JP2006226850A - Thermal analysis sensor and thermal analysis system using the same - Google Patents

Thermal analysis sensor and thermal analysis system using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a thermal analysis sensor by forming a temperature sensor and a sample holder on a thin film, having a very small heat capacity and being thermally isolated from a substrate, which uses much less power and makes the temperature distribution of at least the sample holder uniform, by using an external heating means of high response speed, and to provide a thermal analysis system that uses the same. <P>SOLUTION: The head section of the thin film, made of an SOI layer or the like and formed like a cantilever, is used as the sample holder, and a thin-film temperature sensor is formed on this region. The thermal analysis sensor having the heating means is constituted, such that the sample holder can be heated uniformly by forming a thin film heater which is used as the heating means, on a diaphragm being positioned on the upper and the lower sides of the cantilever of the SOI layer and sandwiches the thin film via a gap, or by forming a thin-film heater which surrounds the thin film. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板から熱分離した薄膜に形成した薄膜温度センサと試料ホルダと、この薄膜を略一様加熱するための加熱手段を具備した熱分析センサ、およびこれを用いた熱分析装置に関するもので、試料ホルダにある試料が生体試料である場合には、酵素反応を用いた熱型バイオセンサとして利用でき、また、熱容量の小さな加熱手段による温度走査により、試料のエンタルピ変化などを利用した低消費電力で極微量試料の検出ができる熱分析装置として利用できるものである。 The present invention relates to a thin film temperature sensor and a sample holder formed on a thin film thermally separated from a substrate, a thermal analysis sensor including a heating means for heating the thin film substantially uniformly, and a thermal analysis apparatus using the same. In the case where the sample in the sample holder is a biological sample, it can be used as a thermal biosensor using an enzyme reaction, and low temperature using changes in the enthalpy of the sample by temperature scanning with a heating means with a small heat capacity. It can be used as a thermal analyzer that can detect a very small amount of sample with power consumption.

従来、示差熱量計としての熱分析装置があった。この装置では、試料ホルダが金属板からなる入れ物であり、二個の試料ホルダを温度制御された電気炉で所定の温度プログラムで温度走査のさせるもので、一方の試料ホルダには、非検出試料を設置し、他方には、標準試料を設置しておき、温度上昇に伴い、非検出試料にエンタルピ変化があると、このときの時刻で標準試料と非検出試料との間に温度差が生じるので、この温度差を時間経過とともに表示し、非検出試料の物性などを調べる装置があった。しかし、この従来の熱分析装置では、試料ホルダの熱容量が大きく、多量の非検出試料が必要であり、応答時間もその分遅く、試料ホルダを加熱する電気炉は、断熱材で覆うなど熱容量が大きいので、電力消費が大きく、更に応答時間も極めてゆっくりで、一回の計測に数時間かかるものであった。   Conventionally, there has been a thermal analyzer as a differential calorimeter. In this apparatus, the sample holder is a container made of a metal plate, and two sample holders are temperature-scanned by a predetermined temperature program in a temperature-controlled electric furnace. On the other side, a standard sample is installed. If the enthalpy changes in the non-detected sample as the temperature rises, a temperature difference occurs between the standard sample and the non-detected sample at this time. Therefore, there is an apparatus for displaying the temperature difference with time and checking the physical properties of the non-detected sample. However, in this conventional thermal analyzer, the heat capacity of the sample holder is large, a large amount of non-detection sample is required, the response time is also slow, and the electric furnace that heats the sample holder has a heat capacity such as covering with a heat insulating material. Since it is large, the power consumption is large and the response time is very slow, and it takes several hours for one measurement.

これに対し本出願人は、基板から熱分離した薄膜に、少なくとも1個の試料ホルダと薄膜ヒータとを備え、所定の温度プログラムにより温度走査する熱分析装置を発明し(特許第3377162号;USP−6331074)、基板から熱分離した薄膜が700μm角程度で、厚みが10μm程度のものを利用した場合には、水のエンタルピ変化である沸点検出は、数十秒程度で検出できることを示した。 On the other hand, the present applicant has invented a thermal analysis apparatus that includes at least one sample holder and a thin film heater on a thin film thermally separated from a substrate, and performs temperature scanning according to a predetermined temperature program (Japanese Patent No. 3377162; USP). -63331074), when the thin film thermally separated from the substrate is about 700 μm square and the thickness is about 10 μm, the boiling point detection, which is a change in water enthalpy, can be detected in about several tens of seconds.

本出願人は、基板から熱分離した薄膜に、1個の薄膜ヒータと1個の温度センサThAと、更に、この薄膜ヒータから離れた箇所の薄膜にもう一つの温度センサThBを有する気体センシングデバイスを発明し(特願2003−076619)、フローセンサ、ピラニ型真空センサや絶対湿度センサなどに利用できること、更に、温度センサThBの箇所に特定の酵素を薄膜に固定しておくことによる熱型バイオセンサとして利用できることも示した。 The present applicant has disclosed a gas sensing device having a thin film thermally separated from a substrate, one thin film heater, one temperature sensor ThA, and another temperature sensor ThB in a thin film located away from the thin film heater. (Japanese Patent Application No. 2003-076619) and can be used for a flow sensor, a Pirani type vacuum sensor, an absolute humidity sensor, and the like, and further, a specific enzyme is fixed to a thin film at a temperature sensor ThB. It was also shown that it can be used as a sensor.

しかしながら、本出願人が発明した熱分析装置(特許第3377162号;USP−6331074)においては、微量液体の検出において、温度の走査時間中に試料の蒸発があり、時間経過と共に液体試料量が減少してしまうので、これを防ぐ工夫が必要であること、また、極微量液体試料の試料ホルダへの導入方法の問題、さらに、同一薄膜にマイクロヒータと温度センサとが形成されているために、マイクロヒータの熱容量が余分に存在し、また、薄膜内に加熱時の温度分布がやはり存在するので高感度で高精度になりにくいので、改良する必要があった。 However, in the thermal analyzer invented by the present applicant (Japanese Patent No. 3377162; USP-63331074), in the detection of a trace amount of liquid, the sample evaporates during the temperature scanning time, and the amount of the liquid sample decreases with time Therefore, it is necessary to devise measures to prevent this, the problem of the method of introducing a very small amount of liquid sample into the sample holder, and further, because the micro heater and the temperature sensor are formed on the same thin film, Since there is an extra heat capacity of the microheater and there is also a temperature distribution during heating in the thin film, it is difficult to achieve high sensitivity and high accuracy.

また、本出願人が発明した気体センシングデバイスをバイオセンサとして利用するのに、やはり、極微量液体の導入問題、特に、温度の異なる液体試料をどのようにして試料ホルダにある酵素固定領域へ、一定量だけ導入するかの問題が存在していた。
特許第3377162号公報 特開2004−286492号公報
In addition, in order to use the gas sensing device invented by the present applicant as a biosensor, there is still a problem of introducing a very small amount of liquid, in particular, how a liquid sample having a different temperature is transferred to the enzyme fixing region in the sample holder. There was a problem of introducing only a certain amount.
Japanese Patent No. 3377162 JP 2004-286492 A

解決しようとする課題は、熱容量が極めて小さな薄膜に温度センサと試料ホルダを形成して、温度に対して高速応答で、高感度で、高精度な温度センサであり、しかも均一な温度分布を実現すること、更に消費電力が小さく、高速応答の上記薄膜の外部に加熱手段を形成すること、極微量液体試料を定量分だけ試料ホルダに導入し、蒸発を防ぐようにした熱分析センサを提供し、更にこれを用いた超小型の熱分析装置を提供することである。   The problem to be solved is to form a temperature sensor and sample holder on a thin film with extremely small heat capacity, and to achieve a high-speed response, high sensitivity and high accuracy with respect to temperature, and a uniform temperature distribution Providing a thermal analysis sensor that prevents heating by forming heating means outside the above thin film with low power consumption and introducing a very small amount of liquid sample into the sample holder. Furthermore, it is to provide an ultra-compact thermal analyzer using the same.

上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に係わる熱分析センサは、基板1から第1の空洞3を介して熱分離した薄膜2に、少なくとも1個の薄膜温度センサ5と試料ホルダ6とを備え、薄膜2のうちの少なくとも試料ホルダ6を略一様に昇温させる加熱手段を有し、この加熱手段は空隙30を介して試料ホルダ6を囲む構造であり、試料ホルダ6に導入した試料の熱反応に基づく温度変化を前記薄膜温度センサ5で検出するようにしたことを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problems, a thermal analysis sensor according to claim 1 of the present invention is provided with at least one thin film temperature sensor 5 and a sample on a thin film 2 thermally separated from a substrate 1 through a first cavity 3. And a heating means for raising the temperature of at least the sample holder 6 of the thin film 2 substantially uniformly. The heating means surrounds the sample holder 6 with a gap 30 therebetween. The thin-film temperature sensor 5 detects a temperature change based on the thermal reaction of the sample introduced into 1.

また、本発明の請求項2に係わる熱分析センサは、加熱手段として、薄膜ヒータ20とした場合である。 The thermal analysis sensor according to claim 2 of the present invention is a case where the thin film heater 20 is used as the heating means.

また、本発明の請求項3に係わる熱分析センサは、薄膜ヒータ20として、薄膜2に形成された試料ホルダ6を上下で挟む形で構成してある一対の薄膜ヒータ21、22とした場合である。一方の薄膜ヒータ21は、薄膜2を支持する基板1の第1の空洞3を介して直接形成したダイアフラム25か、または基板1の薄膜2とは反対側に密着形成してある別の基板のダイアフラム25に形成できる。他方の薄膜ヒータ22は、基板1に密着形成した更に別の基板10に形成されている第2の空洞13を介して形成してあるダイアフラム26に形成できる。 The thermal analysis sensor according to claim 3 of the present invention is a case where the thin film heater 20 is a pair of thin film heaters 21 and 22 configured to sandwich the sample holder 6 formed on the thin film 2 from above and below. is there. One thin film heater 21 is a diaphragm 25 formed directly through the first cavity 3 of the substrate 1 that supports the thin film 2, or another substrate that is in close contact with the thin film 2 on the opposite side of the substrate 1. A diaphragm 25 can be formed. The other thin film heater 22 can be formed in a diaphragm 26 formed through a second cavity 13 formed in another substrate 10 formed in close contact with the substrate 1.

また、本発明の請求項4に係わる熱分析センサは、薄膜温度センサ5として、トランジスタサーミスタ、ダイオードサーミスタもしくは薄膜熱電対を用いた場合である。 The thermal analysis sensor according to claim 4 of the present invention is a case where a transistor thermistor, a diode thermistor or a thin film thermocouple is used as the thin film temperature sensor 5.

また、本発明の請求項5に係わる熱分析センサは、試料ホルダ6に酵素7を固定した場合である。 The thermal analysis sensor according to claim 5 of the present invention is a case where the enzyme 7 is fixed to the sample holder 6.

また、本発明の請求項6に係わる熱分析センサは、毛細管現象もしくは電気浸透流により液体試料を試料ホルダ6に導くようにした場合である。 The thermal analysis sensor according to claim 6 of the present invention is a case where a liquid sample is guided to the sample holder 6 by capillary action or electroosmotic flow.

また、本発明の請求項7に係わる熱分析センサは、液体試料が蒸発し難いように試料ホルダ6に薄膜カバー55を設けた構造の場合である。もちろん、試料注入孔から試料ホルダ6に至るまでのチャネル部分にも薄膜カバー55を延在するなどして設けた方が良いし、液体試料に対してその液体に対して親和力が大きい材料を薄膜カバー55の材料とした方が、毛細管現象を利用しやすいので好都合である。 The thermal analysis sensor according to claim 7 of the present invention is a case where the thin film cover 55 is provided on the sample holder 6 so that the liquid sample is difficult to evaporate. Of course, it is better to provide the thin film cover 55 also in the channel portion extending from the sample injection hole to the sample holder 6, and a thin film is made of a material having a high affinity for the liquid sample. It is advantageous to use the cover 55 as a material because it is easy to use the capillary phenomenon.

また、本発明の請求項8に係わる熱分析装置は、請求項1から7に記載しているいずれかの熱分析センサを有し、その加熱手段の温度を制御する温度制御手段を具備してあり、この熱分析センサの試料ホルダ6に設置した試料の熱反応に基づく温度変化を、この熱分析センサの薄膜温度センサ5で検出するようにしたことを特徴とするものである。 A thermal analysis apparatus according to an eighth aspect of the present invention includes the thermal analysis sensor according to any one of the first to seventh aspects, and further includes a temperature control unit that controls the temperature of the heating unit. The temperature change based on the thermal reaction of the sample placed in the sample holder 6 of the thermal analysis sensor is detected by the thin film temperature sensor 5 of the thermal analysis sensor.

また、本発明の請求項9に係わる熱分析装置は、温度制御手段として、一定温度に保持したり、所定のプログラムに基づき温度走査ができるようにした場合である。 Further, the thermal analysis apparatus according to claim 9 of the present invention is a case where the temperature control means is held at a constant temperature or temperature scanning can be performed based on a predetermined program.

本発明の熱分析センサは、基板1から第1の空洞3を介して熱分離した薄膜2に、薄膜温度センサ5と試料ホルダ6とを備えてあり、この薄膜2を加熱手段は空隙30介して薄膜2を取り囲む構造であるので、特に、空隙30を狭くしておけば対流も無視できるようになり、容易に試料ホルダ6を略一様に昇温させる加熱させることができるという利点があり、更に、薄膜温度センサ5と試料ホルダ6とは、同一の宙に浮いた構造の薄膜2に形成されているので、熱容量が小さく、高速にしかも低消費電力で昇温させることができるという利点がある。   The thermal analysis sensor of the present invention is provided with a thin film temperature sensor 5 and a sample holder 6 on a thin film 2 thermally separated from a substrate 1 through a first cavity 3, and the thin film 2 is heated via a gap 30. Since the structure surrounds the thin film 2, the convection can be neglected particularly when the gap 30 is narrowed, and there is an advantage that the sample holder 6 can be easily heated to raise the temperature substantially uniformly. Furthermore, since the thin film temperature sensor 5 and the sample holder 6 are formed in the thin film 2 having the same floating structure, the heat capacity is small, and the temperature can be increased at high speed with low power consumption. There is.

本発明の熱分析センサは、加熱手段として、薄膜ヒータ20としているので、高速応答で、低消費電力のヒータとなり、しかも、ジュール加熱にすれば、電力供給の制御により微細な温度制御が可能になるという利点がある。 Since the thermal analysis sensor of the present invention is the thin film heater 20 as a heating means, it becomes a heater with a high speed response and low power consumption, and if Joule heating is used, fine temperature control is possible by controlling power supply. There is an advantage of becoming.

本発明の熱分析センサは、薄膜ヒータ20として、薄膜2を支持する基板1を上下に密着形成した基板10,11にそれぞれ空洞31,32を介して形成されたダイアフラムに形成された場合で、特に、基板としてシリコン単結晶を利用すると、半導体のMEMS技術が使用できるので、容易に、しかも同一基板に集積回路としての制御回路、演算回路、メモリ回路、駆動回路なども形成できるから、超小型の熱分析センサチップが作成できるとともに、これを熱分析装置に用いた場合、ハンディな熱分析装置が提供できるという利点がある。 The thermal analysis sensor of the present invention is a thin film heater 20 formed as a diaphragm formed through cavities 31 and 32 on substrates 10 and 11 in which the substrate 1 supporting the thin film 2 is formed in close contact with the upper and lower sides, respectively. In particular, if a silicon single crystal is used as a substrate, a semiconductor MEMS technology can be used. Therefore, a control circuit, an arithmetic circuit, a memory circuit, a drive circuit, etc. as an integrated circuit can be easily formed on the same substrate. The thermal analysis sensor chip can be produced, and when this is used in a thermal analysis device, there is an advantage that a handy thermal analysis device can be provided.

本発明の熱分析センサは、薄膜温度センサ5として、極めて高感度で、超小型となるトランジスタサーミスタ、ダイオードサーミスタもしくは電流検出型熱電対を用いると、半導体の製作工程で一般に用いられているフォトリソグラフィーが利用できるし、大量生産性があるので、安価で、高感度の熱分析センサが達成できるという利点がある。 The thermal analysis sensor of the present invention is a photolithography that is generally used in a semiconductor manufacturing process when a transistor thermistor, a diode thermistor, or a current detection type thermocouple that is extremely sensitive and ultra-small is used as the thin film temperature sensor 5. Can be used, and there is an advantage that a low-cost and high-sensitivity thermal analysis sensor can be achieved.

本発明の熱分析センサは、試料ホルダ6に酵素を固定すると、酵素反応を利用して、非検出試料中の特定物質成分との発熱反応から、極微量成分の分析ができる熱型バイオとして利用することができる。 The thermal analysis sensor of the present invention is used as a thermal bio that can analyze a trace amount component from an exothermic reaction with a specific substance component in a non-detected sample by using an enzyme reaction when an enzyme is immobilized on the sample holder 6. can do.

また、基板1から熱分離した複数の薄膜2を基板1に形成し、それぞれの薄膜2に薄膜温度センサ5と試料ホルダ6と、異なる酵素を薄膜状に形成しておき、そこに非検出試料を導入できるようにしておくことにより、一気にそれぞれに対応する物質成分を特定することができるという利点がある。 Further, a plurality of thin films 2 thermally separated from the substrate 1 are formed on the substrate 1, and a thin film temperature sensor 5, a sample holder 6, and different enzymes are formed in the thin films on each thin film 2, and a non-detection sample is provided there. By being able to introduce | transduce, there exists an advantage that the substance component corresponding to each can be specified at a stretch.

本発明の熱分析センサは、毛細管現象もしくは電気浸透流により液体試料を試料ホルダ6に導くようにしてあるので、液体試料を一定量導入することが容易であるという利点がある。特に、毛細管現象を利用する場合は、試料の駆動部や電力が不必要であるという利点があり、電気浸透流を利用することにより、容易に、しかも高速に試料の導入が可能であるという利点がある。 The thermal analysis sensor of the present invention has an advantage that it is easy to introduce a certain amount of liquid sample because the liquid sample is guided to the sample holder 6 by capillary action or electroosmotic flow. In particular, when the capillary phenomenon is used, there is an advantage that the sample drive unit and electric power are unnecessary, and the advantage that the sample can be introduced easily and at high speed by using the electroosmotic flow. There is.

本発明の熱分析センサは、液体試料が蒸発し難いように試料ホルダ6に薄膜カバー55を設けてあるので、揮発性の試料でも熱分析ができると共に、この熱容量の極めて小さい薄膜カバーを利用して、所定の一定量の液体試料を試料ホルダに導入することができるという利点がある。 In the thermal analysis sensor of the present invention, since the thin film cover 55 is provided on the sample holder 6 so that the liquid sample is not easily evaporated, thermal analysis can be performed even for a volatile sample, and this thin film cover having a very small heat capacity is used. Thus, there is an advantage that a predetermined amount of liquid sample can be introduced into the sample holder.

本発明の熱分析装置は、上述の利点を有する熱分析センサを利用するので、その加熱手段の温度を制御する温度制御手段も極めて小型で低消費電力にできるので、ハンディな熱分析装置を提供できるという利点がある。 Since the thermal analysis apparatus of the present invention uses the thermal analysis sensor having the above-mentioned advantages, the temperature control means for controlling the temperature of the heating means can also be made extremely small in size and low in power consumption, thereby providing a handy thermal analysis apparatus. There is an advantage that you can.

本発明の熱分析装置は、上述の利点を有する熱分析センサを利用し、温度制御手段として、一定温度に保持できるようにしてあるので、例えば、試料ホルダとそこにある固定された薄膜状の酵素が最も活性な温度に保持して、そこに導入された液体試料中の特定成分の発熱的酵素反応により、その特定成分の種類と量を容易に分析できるという利点がある。 The thermal analysis apparatus of the present invention uses the thermal analysis sensor having the above-mentioned advantages and can maintain a constant temperature as temperature control means. There is an advantage that the kind and amount of the specific component can be easily analyzed by holding the enzyme at the most active temperature and performing the exothermic enzymatic reaction of the specific component in the liquid sample introduced therein.

本発明の熱分析装置は、上述の利点を有する熱分析センサを利用し、温度制御手段として、所定のプログラムに基づき温度走査ができるようにしてあるので、液体試料ばかりでなく、極微量の固体試料も熱分析ができるハンディな熱分析装置が提供できるという利点がある。 The thermal analysis apparatus of the present invention uses the thermal analysis sensor having the above-mentioned advantages and allows temperature scanning based on a predetermined program as temperature control means, so that not only a liquid sample but also a very small amount of solid There is an advantage that a handy thermal analysis apparatus capable of performing thermal analysis on a sample can be provided.

SOI基板のSOI層をカンチレバ状に形成し、この先端部を例えば幅広に形成して試料ホルダとして利用し、更に、この領域に薄膜温度センサを形成する。さらに、このSOI層のカンチレバの上側と下側に空隙を介してダイアフラムを形成してここに加熱手段としての薄膜ヒータを形成して、カンチレバの試料ホルダを一様に外部から加熱できるような加熱手段を有する熱分析センサを構成する。   The SOI layer of the SOI substrate is formed in a cantilever shape, and the tip is formed wide, for example, as a sample holder, and a thin film temperature sensor is formed in this region. Further, a diaphragm is formed on the upper and lower sides of the cantilever of the SOI layer through a gap, and a thin film heater is formed as a heating means here, so that the sample holder of the cantilever can be uniformly heated from the outside. A thermal analysis sensor having means is configured.

上記の加熱手段を有する熱分析センサからの信号を増幅する回路、信号から所望の特性を算出する演算回路、加熱手段である薄膜ヒータの温度を制御する温度制御手段としての温度制御回路などの集積回路を、薄膜温度センサや試料ホルダを有するSOI層のカンチレバが形成されている同一のSOI基板に形成して、熱分析装置を構成する。このように熱分析センサ部とこれを駆動し演算する集積回路などを同一SOI基板に形成することにより極めてコンパクトな熱分析装置が提供できる。 Integration of a circuit for amplifying a signal from the thermal analysis sensor having the above heating means, an arithmetic circuit for calculating a desired characteristic from the signal, a temperature control circuit as a temperature control means for controlling the temperature of the thin film heater as the heating means, etc. A circuit is formed on the same SOI substrate on which a cantilever of an SOI layer having a thin film temperature sensor and a sample holder is formed to constitute a thermal analyzer. Thus, by forming the thermal analysis sensor unit and an integrated circuit for driving and calculating the thermal analysis sensor unit on the same SOI substrate, an extremely compact thermal analysis apparatus can be provided.

図1は、本発明の熱分析センサを酵素反応に基づく熱型バイオセンサとした一実施例で、この熱分析センサのうちの熱分離した薄膜2を有する基板1の部分の平面概略図で、基板1からの熱分離のために中に浮いた薄膜2をカンチレバ9として実施した場合である。図2は、熱分析センサの一実施例を示す横断面の概略図であって、図1に示した基板1に基板10の蓋12を接合してあり、この蓋12にも薄膜ヒータ22を形成してあり、薄膜2を一様に加熱するようにしている。 FIG. 1 is an example in which the thermal analysis sensor of the present invention is a thermal biosensor based on an enzyme reaction, and is a schematic plan view of a portion of a substrate 1 having a thermally separated thin film 2 of the thermal analysis sensor. This is a case where the thin film 2 floating inside for thermal separation from the substrate 1 is implemented as a cantilever 9. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the thermal analysis sensor. The lid 12 of the substrate 10 is joined to the substrate 1 shown in FIG. The thin film 2 is uniformly heated.

基板1として、シリコン単結晶を用いた(100)面のSOI基板を用い、SOI基板にSOI層8の少なくとも一部を残して第1の空洞3を形成し、この第1の空洞3を介してカンチレバ9の形態で熱分離したSOI層8Aを薄膜2として利用する。この薄膜2に薄膜温度センサ5と試料ホルダ6を形成しておく。薄膜温度センサ5は、薄膜熱電対(例えば、縮退するほど高濃度のn型層を薄膜熱電対の要素5Aとし、ニッケル薄膜を薄膜熱電対の要素5Bとして形成することで作成できる)を用いた場合であり、試料ホルダ6は単に、カンチレバ9の先端部を幅広にして、そこに、例えば、グルコースオキシダーゼなどの酵素7を薄膜状に固定した例である。 As the substrate 1, a (100) plane SOI substrate using a silicon single crystal is used, and the first cavity 3 is formed on the SOI substrate leaving at least a part of the SOI layer 8. Then, the SOI layer 8 A thermally separated in the form of the cantilever 9 is used as the thin film 2. A thin film temperature sensor 5 and a sample holder 6 are formed on the thin film 2. The thin film temperature sensor 5 uses a thin film thermocouple (for example, it can be created by forming a highly concentrated n-type layer as the element 5A of the thin film thermocouple and forming a nickel thin film as the element 5B of the thin film thermocouple). In this case, the sample holder 6 is simply an example in which the tip of the cantilever 9 is widened and an enzyme 7 such as glucose oxidase is fixed in a thin film there.

カンチレバ9の薄膜2を形成している基板1と同様に、図2に示すように、シリコン単結晶の(100)面を有するSOI基板である基板10を用い、上記熱分離した薄膜2の試料ホルダ6よりも十分大きな面積で、この試料ホルダ6を囲むように、2枚の基板1,10にそれぞれ第1の空洞3と第2の空洞13を介して2枚のダイアフラム25,26を形成し、これらのダイアフラム25,26に半導体の不純物拡散により低抵抗層領域を形成して、シリコン単結晶薄膜からなる面発熱する2枚の薄膜ヒータ21,22を作成する。これらの薄膜ヒータ21,22の領域は、試料ホルダ6を挟みこむように形成してあり、この試料ホルダの面積よりも十分大きく形成してあるので、試料ホルダ6がほぼ一様に加熱され、均一な温度分布になるようにしてある。 Similar to the substrate 1 on which the thin film 2 of the cantilever 9 is formed, as shown in FIG. 2, a sample of the thin film 2 subjected to thermal separation using a substrate 10 which is an SOI substrate having a (100) plane of silicon single crystal is used. Two diaphragms 25 and 26 are formed on the two substrates 1 and 10 through the first cavity 3 and the second cavity 13 so as to surround the sample holder 6 with a sufficiently larger area than the holder 6. Then, a low resistance layer region is formed in these diaphragms 25 and 26 by impurity diffusion of a semiconductor, and two thin film heaters 21 and 22 made of silicon single crystal thin film and generating surface heat are formed. The regions of these thin film heaters 21 and 22 are formed so as to sandwich the sample holder 6 and are formed sufficiently larger than the area of the sample holder, so that the sample holder 6 is heated almost uniformly and uniformly. So that the temperature distribution is stable.

第1の空洞3と第2の空洞13は、ヒドラジン水溶液などのシリコンの異方性エッチングにより容易に形成できるが、基板1に形成するダイアフラム25は、異方性エッチングに耐性があるホウ素の高濃度添加により形成すると好都合である。この場合、ホウ素添加のシリコンはp型となるので、基板1であるSOI基板の下地基板はn型になるようにしておくと良い。 The first cavity 3 and the second cavity 13 can be easily formed by anisotropic etching of silicon such as a hydrazine aqueous solution, but the diaphragm 25 formed on the substrate 1 is made of a boron-resistant high resistance to anisotropic etching. Conveniently formed by concentration addition. In this case, since the boron-added silicon is p-type, the base substrate of the SOI substrate which is the substrate 1 is preferably n-type.

試料ホルダ6の温度と、そこに固定した酵素7と導入された試料60との熱反応に基づく温度変化は、試料ホルダ6内に形成されている薄膜温度センサ5を利用して計測する。本実施例では、薄膜熱電対を薄膜温度センサ5として使用した場合であり、試料ホルダ6の温度を、薄膜熱電対を普通の熱電対(開放起電力の計測を利用する電圧検出型)として基板1と試料ホルダ6の温度差を検出しても良いし、本出願人が発明した薄膜熱電対をOPアンプの仮想短絡などのより等価的に短絡して、そこを流れる電流から温度差を計測する、所謂、電流検出型の熱電対として基板1と試料ホルダ6の温度差を検出しても良い。その場合、基板1の温度は、基板1に設けてあるサーミスタ15を使用するとよい。本実施例では、薄膜熱電対の要素5A、5B として、それぞれ高濃度n型シリコン層とニッケル薄膜とを使用した例であり、電流検出型の熱電対として使用する場合を示した。 The temperature change based on the temperature of the sample holder 6 and the thermal reaction between the enzyme 7 immobilized thereon and the introduced sample 60 is measured using the thin film temperature sensor 5 formed in the sample holder 6. In this embodiment, a thin film thermocouple is used as the thin film temperature sensor 5, and the temperature of the sample holder 6 is set as a substrate using a thin film thermocouple as an ordinary thermocouple (voltage detection type using open electromotive force measurement). The temperature difference between 1 and the sample holder 6 may be detected, or the thin film thermocouple invented by the present applicant is short-circuited more equivalently, such as a virtual short circuit of an OP amplifier, and the temperature difference is measured from the current flowing therethrough. The temperature difference between the substrate 1 and the sample holder 6 may be detected as a so-called current detection type thermocouple. In that case, the thermistor 15 provided on the substrate 1 may be used as the temperature of the substrate 1. In the present embodiment, a high-concentration n-type silicon layer and a nickel thin film are used as the thin film thermocouple elements 5A and 5B, respectively, and the case where the thin film thermocouple is used as a current detection type thermocouple is shown.

酵素7としてグルコースオキシダーゼの場合、液体試料としてグルコース水溶液を用いると、試料ホルダ6の温度が37℃程度になるように2枚の薄膜ヒータ21,22の温度を調節するとよい。液体の試料60としてのグルコース水溶液は、試料注入孔16から導入され、チャネル17を毛細管現象で試料ホルダ6の方に移動し、途中37℃程度に暖められながら試料ホルダ6に固定してある薄膜状に固定したグルコースオキシダーゼと反応して、グルコースが酸化されて発熱反応を起こし、グルコースの濃度に応じて発熱量が変化するので、それに対応して試料ホルダ6が温度上昇するので、薄膜温度センサ5によるこの温度検出からグルコース水溶液の濃度を知ることができる。グルコース水溶液は、血液や尿、更には唾液などの体液を使用し校正すると、所謂、血糖値などを計測できる。 In the case of glucose oxidase as the enzyme 7, when a glucose aqueous solution is used as the liquid sample, the temperature of the two thin film heaters 21 and 22 may be adjusted so that the temperature of the sample holder 6 is about 37 ° C. A glucose aqueous solution as a liquid sample 60 is introduced from the sample injection hole 16, moves the channel 17 toward the sample holder 6 by capillary action, and is fixed to the sample holder 6 while being heated to about 37 ° C. in the middle. Reacting with the glucose oxidase fixed in the shape, the glucose is oxidized to cause an exothermic reaction, and the calorific value changes according to the concentration of glucose. Therefore, the temperature of the sample holder 6 rises accordingly, so that the thin film temperature sensor From this temperature detection by 5, the concentration of the glucose aqueous solution can be known. When the aqueous glucose solution is calibrated using blood, urine, or body fluid such as saliva, so-called blood glucose level can be measured.

本実施例では、液体試料を用いた場合であるから、チャネル17を通る液体試料が蒸発しないように薄膜カバー55をチャネル17上に被せてあり、毛細管現象も起こりやすくしている。薄膜カバー55は、薄膜状態に固定した酵素7の上にも薄膜カバー55を分割するなどして、試料ホルダ6上にまで延在させると、試料ホルダ6からの蒸発を抑制することもできる。 In this embodiment, since a liquid sample is used, a thin film cover 55 is placed on the channel 17 so that the liquid sample passing through the channel 17 does not evaporate, and capillary action is also likely to occur. The thin film cover 55 can also suppress evaporation from the sample holder 6 by extending the thin film cover 55 onto the sample holder 6 by dividing the thin film cover 55 on the enzyme 7 fixed in a thin film state.

図3は、本発明装置の加熱手段を有する熱分析センサを酵素反応に基づく熱型バイオセンサとして実施した一実施例であり、実施例1で述べた図1と図2に示した熱分析センサのうち、試料注入孔16とチャネル17とを除くセンシング部分(S1−S14)を複数個(本実施例では14個)設けた場合である。センシング部分には異なる酵素7を固定しておき、それぞれの酵素7が特定の物質と熱反応しやすい温度に設定しておく。試料注入孔16から注入した液体の試料60がチャネル17を通って各センシング部分(S1−S14)に流入する。試料60と反応する酵素7を固定してある箇所のS1からS14のうちのセンシング部分、例えば、S3のみが温度上昇するので、この特定酵素に反応する試料60の成分を特定できるし、その発熱量から試料60の反応している成分の量を計測することもできる。 FIG. 3 shows an embodiment in which the thermal analysis sensor having the heating means of the apparatus of the present invention is implemented as a thermal biosensor based on an enzyme reaction, and the thermal analysis sensor shown in FIGS. 1 and 2 described in the first embodiment. Of these, a plurality of sensing portions (S1 to S14) excluding the sample injection hole 16 and the channel 17 are provided (14 in this embodiment). Different enzymes 7 are fixed to the sensing part, and each enzyme 7 is set to a temperature at which it easily reacts with a specific substance. A liquid sample 60 injected from the sample injection hole 16 flows through the channel 17 into each sensing portion (S1-S14). Since only the sensing portion of S1 to S14, for example, S3, where the enzyme 7 that reacts with the sample 60 is fixed rises in temperature, the component of the sample 60 that reacts with this specific enzyme can be identified, and its heat generation It is also possible to measure the amount of the reacting component of the sample 60 from the amount.

図4は、極微量の試料60の熱分析するための本発明の熱分析センサの一実施例を示す模式図であり、同図(A)は、その断面構造図であり、同図(B)は、熱分析センサのうちの脱着可能なセンサチップ300部分のみを抜き出して表示した断面構造図である。このセンサチップ300は、例えば、使い捨て型(デスポーザブル型)として、安価に作成できるようにすることもできる。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of the thermal analysis sensor of the present invention for thermal analysis of a very small amount of sample 60, and FIG. 4A is a sectional structural view thereof. ) Is a cross-sectional structure diagram showing only the removable sensor chip 300 portion of the thermal analysis sensor. This sensor chip 300 can be made inexpensively, for example, as a disposable type (desposable type).

図4(B)のセンサチップ300から説明すると、単結晶シリコンの基板1から例えば異方性エッチング技術により空洞3を形成してカンチレバ型の基板1から熱分離した薄膜2を作成してある。薄膜2には、試料ホルダ6、薄膜温度センサ5としての薄膜熱電対、この薄膜熱電対の要素5A,5Bをカンチレバ型の薄膜2に延在して形成してあり、また、熱分析をする試料60がその先端部にある試料ホルダ6に載せるようにしてある。基板1の側には、薄膜状の延在してある薄膜熱電対の要素5A,5Bからの電極として、厚めにした薄膜温度センサ用電極41A,41Bを形成してあり、ケース200に装着後、ケース200側の電極である薄膜温度センサ用接点41C,41Dと電気的に接続できるようにしてある。また、基板1の側には、基板1に形成した温度センサであるサーミスタ15が形成されてあり、基板1の温度を検出して、そこを基準にして試料ホルダ6の微細な温度変化が薄膜熱電対である薄膜温度センサ5の出力から計測できるようにしてある。薄膜熱電対は、上述の電流検出型の熱電対としても使用することができる。なお、センサチップ300は、脱着可能な形態をとっているので、ハンドリングがしやすいように、プラスチックなどのチップカバー310がしてあり、しかも、ケース200への挿入時にその位置が定められるように、ストッパ350を付けてある。図では、チップカバー310が基板1の表面側にのみ形成してあるように描いているが、基板1をチップカバー310で包むようにしても良いことはもちろんで、むしろ、その方が、取扱に便利である。 Referring to the sensor chip 300 in FIG. 4B, the thin film 2 is formed by thermally separating the cantilever type substrate 1 by forming the cavity 3 from the single crystal silicon substrate 1 by, for example, an anisotropic etching technique. The thin film 2 is formed by extending the sample holder 6, a thin film thermocouple as the thin film temperature sensor 5, and elements 5 A and 5 B of this thin film thermocouple to the cantilever type thin film 2, and conducting thermal analysis. The sample 60 is placed on the sample holder 6 at the tip. On the substrate 1 side, thick thin film temperature sensor electrodes 41A and 41B are formed as electrodes from the thin film extending thin film thermocouple elements 5A and 5B. The thin film temperature sensor contacts 41C and 41D, which are electrodes on the case 200 side, can be electrically connected. Further, a thermistor 15 which is a temperature sensor formed on the substrate 1 is formed on the substrate 1 side, and the temperature of the substrate 1 is detected, and a minute temperature change of the sample holder 6 is detected on the basis of the detected temperature. Measurement is possible from the output of the thin film temperature sensor 5 which is a thermocouple. The thin film thermocouple can also be used as the above-described current detection type thermocouple. Since the sensor chip 300 is detachable, the sensor chip 300 is provided with a chip cover 310 made of plastic or the like so that it can be easily handled, and the position thereof is determined when the sensor chip 300 is inserted into the case 200. A stopper 350 is attached. In the figure, the chip cover 310 is drawn only on the surface side of the substrate 1, but the substrate 1 may be wrapped with the chip cover 310, rather, it is more convenient for handling. It is.

図4(A)は、図4(B)で図示したセンサチップ300をケース200に装着した場合の図であり、断熱材でできているケース200の内部には、薄膜ヒータ20がケース200の内側から空隙31を介して宙に浮いた構造で形成されてあり、この薄膜ヒータ20は、挿入されたセンサチップ300の試料60を搭載した薄膜2とは空隙30で空間的に分離してあり、試料60が一様に加熱されるように、薄膜2をほぼ密閉構造で取り囲むように形成してある。薄膜ヒータ20と薄膜熱電対である薄膜温度センサ5からの端子は、配線101を介してケース200の外側にそれぞれ薄膜ヒータ用端子45A‘、45B’と薄膜温度センサ用端子41A‘,41B’として形成してある。 4A is a diagram when the sensor chip 300 illustrated in FIG. 4B is attached to the case 200. In the case 200 made of a heat insulating material, the thin film heater 20 includes the case 200. FIG. The thin film heater 20 is spatially separated from the thin film 2 on which the sample 60 of the inserted sensor chip 300 is mounted by the air gap 30. The thin film 2 is formed so as to be surrounded by a substantially sealed structure so that the sample 60 is heated uniformly. Terminals from the thin film heater 20 and the thin film temperature sensor 5 which is a thin film thermocouple are connected to the outside of the case 200 via the wiring 101 as thin film heater terminals 45A ′ and 45B ′ and thin film temperature sensor terminals 41A ′ and 41B ′, respectively. It is formed.

本実施例の熱分析センサの動作の概要を説明すると次のようである。センサチップ300の先端付近の試料ホルダ6に固体や液体の試料60を、例えば定量だけ搭載し、ケース200内に装着する。薄膜ヒータ20に薄膜ヒータ用端子45A‘、45B’を通して電流を流して、薄膜ヒータ20を温度上昇または降下させ、試料60を搭載した薄膜2の温度を上昇または降下などの温度走査をさせる。この温度制御は、時間と共に直線的に温度を上昇や降下させるなど、薄膜ヒータ20の温度を所定のプログラムで温度走査を行う。所定のプログラムは、試料60を搭載しない空のセンサチップ300、または、試料60の代わりに、標準試料を搭載させて、試料ホルダ6のところの薄膜温度センサ5を用いて、温度上昇のテストを行っておき、これを基にして定めるとよい。試料60の温度を時間と共に上昇させて行くと、試料60の融点、沸点や更には他の状態の変化、また、化学反応に基づくエンタルピ変化で、熱の発生や吸熱反応が伴うので、特定の温度になったときに温度変化が発生する。試料60が存在しないときや標準試料のときでは、その温度では何も起こらないので、試料60がある場合と、ない場合または標準試料との時間経過に伴う温度変化の差を求めることにより、試料60の熱特性が求められる。このようにして、試料60の熱分析が可能になる。 The outline of the operation of the thermal analysis sensor of this embodiment will be described as follows. A solid or liquid sample 60 is mounted, for example, only in a fixed amount on the sample holder 6 near the tip of the sensor chip 300 and mounted in the case 200. A current is passed through the thin film heater 20 through the thin film heater terminals 45A 'and 45B' to raise or lower the temperature of the thin film heater 20, and to perform temperature scanning such as raising or lowering the temperature of the thin film 2 on which the sample 60 is mounted. In this temperature control, the temperature of the thin film heater 20 is scanned with a predetermined program, such as increasing or decreasing the temperature linearly with time. The predetermined program is an empty sensor chip 300 on which the sample 60 is not mounted, or a standard sample is mounted instead of the sample 60, and a temperature rise test is performed using the thin film temperature sensor 5 at the sample holder 6. It is better to set it based on this. When the temperature of the sample 60 is increased with time, heat generation or endothermic reaction is accompanied by changes in the melting point, boiling point and other states of the sample 60, and enthalpy changes based on chemical reactions. A temperature change occurs when the temperature is reached. When the sample 60 is not present or when it is a standard sample, nothing happens at that temperature. Therefore, by obtaining the difference in temperature change over time with or without the sample 60 or with the standard sample, 60 thermal properties are required. In this way, thermal analysis of the sample 60 becomes possible.

上述の本発明の熱分析センサを用いた熱分析の実施例では、温度走査のための所定のプログラムは、試料60を搭載しない空のセンサチップ300、または、試料60の代わりに、標準試料を搭載させて行う場合を示したが、初めから一つの基板1に、薄膜温度センサ5や試料ホルダ6を有する2個の同等なカンチレバ型の薄膜2を形成しておき、一方に試料60を搭載し、他方には、標準試料か、空の試料状態(試料60がない状態)にして、同時に温度走査を行い、これらの差動動作により差温度を時間と共に出力して、熱分析することも出来る。 In the embodiment of thermal analysis using the thermal analysis sensor of the present invention described above, the predetermined program for temperature scanning uses an empty sensor chip 300 that does not have the sample 60 mounted thereon, or a standard sample instead of the sample 60. Although the case where it mounts was shown, from the beginning, two equivalent cantilever type thin films 2 having a thin film temperature sensor 5 and a sample holder 6 are formed on one substrate 1, and a sample 60 is mounted on one side. On the other hand, a standard sample or an empty sample state (with no sample 60) can be simultaneously scanned for temperature, and the differential temperature can be output over time by these differential operations for thermal analysis. I can do it.

また、上述の熱分析の実施例では、薄膜ヒータ20自体の温度計測には触れていないが、薄膜ヒータ20の抵抗温度係数が大きければ、薄膜ヒータ20の抵抗値の大きさから薄膜ヒータ20自体の平均的な温度を計測できるし、薄膜ヒータ20に、他の温度センサを形成しておき、そこの温度計測から薄膜ヒータ20の代表温度として利用することも出来る。 Further, in the above-described thermal analysis embodiment, the temperature measurement of the thin film heater 20 itself is not mentioned, but if the resistance temperature coefficient of the thin film heater 20 is large, the thin film heater 20 itself is determined from the magnitude of the resistance value of the thin film heater 20. The other temperature sensors can be formed in the thin film heater 20 and can be used as the representative temperature of the thin film heater 20 from the temperature measurement.

薄膜ヒータ20の温度走査は、薄膜ヒータ20自体の温度を基準にして、プログラム化しても良いし、薄膜2に搭載している薄膜温度センサ5を基準にしても良い。 The temperature scanning of the thin film heater 20 may be programmed based on the temperature of the thin film heater 20 itself, or may be based on the thin film temperature sensor 5 mounted on the thin film 2.

上述の実施例では、薄膜2としてカンチレバ型にしていたが、これは両端支持の薄膜2でもよいし、ダイアフラムにスリットを入れて、基板1への熱伝導を小さくさせて、容易に昇温できるようにしても良い。 In the embodiment described above, the cantilever type is used as the thin film 2, but this may be the thin film 2 supported at both ends, or a slit can be formed in the diaphragm to reduce the heat conduction to the substrate 1 to easily raise the temperature. You may do it.

図5には、本発明の熱分析装置の構成の一実施例の概略ブロック図を示している。本実施例では、例えば、試料60を搭載しない空のセンサチップ300を用いて、薄膜2に搭載している薄膜温度センサ5を基準にして、その温度が時間と共に一定の割合で上昇させるように温度制御手段である薄膜ヒータ20の温度走査をプログラム化した場合である。先ず、空のセンサチップ300を用いて、温度走査に従い薄膜温度センサ5の時間的に変化する時々刻々の温度に相当する出力を、出力増幅回路部を用いて増幅し演算回路部で演算して、空の時の薄膜温度センサ5が一定の割合で温度上昇するように、温度制御手段を介して加熱手段である薄膜ヒータ20に時々刻々電力を供給する。また、このときの時々刻々の温度に対応する薄膜温度センサ5の出力は演算回路部にあるメモリに記録させておく。次に、試料60を搭載したセンサチップ300を用いて同一の温度走査を行い、空の場合の記録されていた時々刻々の出力と、試料60を搭載した場合の対応する時々刻々の出力とを温度走査開始を基準にして、それぞれの温度差に相当する出力を演算回路部で時間経過の温度差に対応させて出力し、これを表示回路部でグラフ化させたり、時々刻々のデータを表示させるようにする。この温度走査範囲内に、試料60にエンタルピ変化があれば、温度の停滞などが生じるので、試料60がある場合とない場合の温度差が、試料60にエンタルピ変化が生じる温度で、例えば、ピークとして観測されることになり、所謂、従来の熱分析装置のように動作させることができる。 FIG. 5 shows a schematic block diagram of an embodiment of the configuration of the thermal analyzer of the present invention. In the present embodiment, for example, by using an empty sensor chip 300 on which the sample 60 is not mounted, the temperature is increased at a constant rate with time with reference to the thin film temperature sensor 5 mounted on the thin film 2. This is a case where the temperature scanning of the thin film heater 20 as the temperature control means is programmed. First, using the empty sensor chip 300, the output corresponding to the time-varying temperature of the thin film temperature sensor 5 according to the temperature scan is amplified using the output amplifier circuit unit and calculated by the arithmetic circuit unit. Electric power is supplied from time to time to the thin film heater 20 as the heating means via the temperature control means so that the temperature of the thin film temperature sensor 5 rises at a constant rate. Further, the output of the thin film temperature sensor 5 corresponding to the momentary temperature at this time is recorded in a memory in the arithmetic circuit section. Next, the same temperature scan is performed by using the sensor chip 300 on which the sample 60 is mounted, and the recorded momentary output when empty and the corresponding momentary output when the sample 60 is loaded are obtained. Based on the start of temperature scanning, output corresponding to each temperature difference is output in correspondence with the temperature difference over time in the arithmetic circuit part, and this is graphed on the display circuit part, or the data is displayed every moment I will let you. If there is enthalpy change in the sample 60 within this temperature scanning range, a stagnation of temperature or the like occurs. Therefore, the temperature difference between when the sample 60 is present and when there is no sample 60 is the temperature at which the enthalpy change occurs in the sample 60. It can be operated as a so-called conventional thermal analyzer.

上述の実施例では、温度走査を実施した場合であるが、試料60を搭載する前に一定温度に試料ホルダ6の温度を一定に維持させるように加熱手段である薄膜ヒータ20の温度を設定しておき、その後、試料60を搭載して、例えば酵素7を用いた試料60の酸化反応熱による温度変化を検出して、試料60の中の特定成分の量を知ることもできる。 In the above-described embodiment, the temperature scanning is performed, but before the sample 60 is mounted, the temperature of the thin film heater 20 as the heating means is set so that the temperature of the sample holder 6 is kept constant at a constant temperature. Then, after that, the sample 60 can be mounted and, for example, the temperature change due to the oxidation reaction heat of the sample 60 using the enzyme 7 can be detected to know the amount of the specific component in the sample 60.

上述の実施例は、それぞれ一実施例に過ぎず、本願発明の主旨と作用および効果が同様でありながら、種々の変形があることは当然である。 Each of the above-described embodiments is merely one embodiment, and it is natural that there are various modifications while the gist, operation, and effect of the present invention are the same.

本発明の熱分析センサのうちの熱分離した薄膜2を有する基板1の部分の平面概略図である。(実施例1)It is the plane schematic diagram of the part of the board | substrate 1 which has the heat-separated thin film 2 among the thermal analysis sensors of this invention. Example 1 本発明の熱分析センサの横断面概略図である。(実施例1)It is a cross-sectional schematic diagram of the thermal analysis sensor of this invention. Example 1 本発明の熱分析センサのセンシング部を同一基板に複数個設けた場合の基板の平面概略図である。(実施例2)It is the plane schematic diagram of a board | substrate at the time of providing the sensing part of the thermal analysis sensor of this invention with two or more on the same board | substrate. (Example 2) 本発明の熱分析センサの一実施例を示す模式図であり、同図(A)は、その断面構造概略図であり、同図(B)は、熱分析センサのうちの脱着可能なセンサチップ300部分のみを抜き出して表示した断面構造図である。(実施例3)BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows one Example of the thermal analysis sensor of this invention, The same figure (A) is the cross-sectional structure schematic diagram, The same figure (B) is a detachable sensor chip among thermal analysis sensors. It is the cross-section figure which extracted and displayed only 300 parts. Example 3 本発明の熱分析装置の構成の一実施例の概略ブロック図である。(実施例4)It is a schematic block diagram of one Example of a structure of the thermal analyzer of this invention. Example 4

符号の説明Explanation of symbols

1、10、11 基板
2 薄膜
3、13 空洞
5 薄膜温度センサ
5A、5B 薄膜熱電対の要素
6 試料ホルダ
7 酵素
8、8A、8B SOI層
9 カンチレバ
12 蓋
15 サーミスタ
16 試料注入孔
17 チャネル
20、21、22 薄膜ヒータ
25、26 ダイアフラム
30、31 空隙
41A,41B 薄膜温度センサ用電極
41A‘,41B’ 薄膜温度センサ用端子
41C,41D 薄膜温度センサ用接点
42A、42B サーミスタ用電極
43A、43B 上部薄膜ヒータ用電極
44A、44B 下部薄膜ヒータ用電極
45A、45B 薄膜ヒータ用電極
45A‘、45B’ 薄膜ヒータ用端子
50 埋め込み絶縁膜(BOX層)
51 絶縁膜
55 薄膜カバー
60 試料
101 配線
120 スペーサ
200 ケース
300 センサチップ
310 チップカバー
350 ストッパ
1, 10, 11 Substrate 2 Thin film 3, 13 Cavity 5 Thin film temperature sensor 5A, 5B Thin film thermocouple element 6 Sample holder 7 Enzyme 8, 8A, 8B SOI layer 9 Cantilever 12 Lid 15 Thermistor 16 Sample injection hole 17 Channel 20, 21, 22 Thin film heaters 25, 26 Diaphragm 30, 31 Air gap 41A, 41B Thin film temperature sensor electrode 41A ', 41B' Thin film temperature sensor terminal 41C, 41D Thin film temperature sensor contact 42A, 42B Thermistor electrode 43A, 43B Upper thin film Heater electrodes 44A, 44B Lower thin film heater electrodes 45A, 45B Thin film heater electrodes 45A ', 45B' Thin film heater terminals 50 Embedded insulating film (BOX layer)
51 Insulating film 55 Thin film cover 60 Sample 101 Wiring 120 Spacer 200 Case 300 Sensor chip 310 Chip cover 350 Stopper

Claims (9)

基板(1)から第1の空洞(3)を介して熱分離した薄膜(2)に、少なくとも1個の薄膜温度センサ(5)と試料ホルダ(6)とを備え、薄膜(2)のうちの少なくとも試料ホルダ(6)を略一様に昇温させる加熱手段を有し、該加熱手段は空隙(30)を介して試料ホルダ(6)を囲む構造であり、試料ホルダ(6)に導入した試料の熱反応に基づく温度変化を前記薄膜温度センサ(5)で検出するようにしたことを特徴とする熱分析センサ。 The thin film (2) thermally separated from the substrate (1) via the first cavity (3) is provided with at least one thin film temperature sensor (5) and a sample holder (6), and the thin film (2) And heating means for raising the temperature of at least the sample holder (6) substantially uniformly. The heating means surrounds the sample holder (6) through the gap (30) and is introduced into the sample holder (6). A thermal analysis sensor characterized in that a temperature change based on a thermal reaction of a sample is detected by the thin film temperature sensor (5). 加熱手段として、薄膜ヒータ(20)とした請求項1記載の熱分析センサ。 The thermal analysis sensor according to claim 1, wherein the heating means is a thin film heater (20). 薄膜(2)を支持する基板(1)の第1の空洞(3)と、異なる基板(10)に設けられた第2の空洞(13)には、それぞれがダイアフラム(25、26)を備えてあり、薄膜ヒータ(20)として、これらのダイアフラム(25、26)にそれぞれ形成した一対の薄膜ヒータ(21、22)とした請求項2記載の熱分析センサ。 The first cavity (3) of the substrate (1) that supports the thin film (2) and the second cavity (13) provided in a different substrate (10) each have a diaphragm (25, 26). The thermal analysis sensor according to claim 2, wherein the thin film heater (20) is a pair of thin film heaters (21, 22) respectively formed on the diaphragms (25, 26). 薄膜温度センサ(5)として、トランジスタサーミスタ、ダイオードサーミスタもしくは電流検出型熱電対を用いた請求項1から3のいずれかに記載の熱分析センサ。 The thermal analysis sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a transistor thermistor, a diode thermistor, or a current detection type thermocouple is used as the thin film temperature sensor (5). 試料ホルダ(6)に酵素(7)を固定した請求項1から4のいずれかに記載の熱分析センサ。 The thermal analysis sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the enzyme (7) is fixed to the sample holder (6). 毛細管現象もしくは電気浸透流により液体試料を試料ホルダ(6)に導くようにした請求項5記載の熱分析センサ。 The thermal analysis sensor according to claim 5, wherein the liquid sample is guided to the sample holder (6) by capillary action or electroosmotic flow. 試料ホルダ(6)に薄膜カバー(55)を設けて、液体試料の蒸発を防ぐようにした構造の請求項6記載の熱分析センサ。 The thermal analysis sensor according to claim 6, wherein a thin film cover (55) is provided on the sample holder (6) to prevent evaporation of the liquid sample. 請求項1から7のいずれかに記載の熱分析センサを有し、その加熱手段の温度を制御する温度制御手段を具備してあり、前記熱分析センサの試料ホルダ(6)に設置した試料の熱反応に基づく温度変化を、前記熱分析センサの薄膜温度センサ(5)で検出するようにしたことを特徴とする熱分析装置。 A thermal analysis sensor according to any one of claims 1 to 7, further comprising temperature control means for controlling the temperature of the heating means, and a sample installed in a sample holder (6) of the thermal analysis sensor. A thermal analysis apparatus characterized in that a temperature change based on a thermal reaction is detected by a thin film temperature sensor (5) of the thermal analysis sensor. 温度制御手段は、一定温度に保持したり、所定のプログラムに基づき温度走査ができるようにした請求項8記載の熱分析装置。 9. The thermal analyzer according to claim 8, wherein the temperature control means is configured to maintain a constant temperature or perform temperature scanning based on a predetermined program.
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WO2021153118A1 (en) * 2020-01-29 2021-08-05 三菱マテリアル株式会社 Biosensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008111822A (en) * 2006-10-04 2008-05-15 Mitsuteru Kimura Gas sensor element and gas concentration measuring device using the same
WO2021153118A1 (en) * 2020-01-29 2021-08-05 三菱マテリアル株式会社 Biosensor
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