JP2007040703A - 微少質量測定用センサの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、信頼性の高い微少質量測定用センサの表面処理方法を提供することである。
【解決手段】
上記の目的を達成する為に本発明は、水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を用いた微少質量測定用センサの表面処理方法において、微少質量測定用センサ素子の表面にフォトレジスト保護膜を塗布する工程（Ｓ１０１）と、光を照射してフォトレジスト保護膜を硬化する工程（Ｓ１０２）とによりなることを特徴として課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、汚染が無く信頼性の高い水晶より成る微少質量測定用センサ（ＱＣＭセンサ）の表面処理方法に関する。

従来よりＡＴカットの水晶振動子を使用した微少質量測定用センサ（ＱＣＭ：Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ センサ）は厚みすべり振動を励振させることを目的に、水晶基板の主面表裏には水晶基板、及び、計測対象物質との密着性を考慮した金属薄膜材料を使用して電極が構築される。しかし、ＱＣＭセンサでは通常使用される水晶振動子（密封環境）とは異なり水晶振動子の表面を外部に露出した状態で使用される。ＱＣＭセンサの原理は、質量変化と周波数変化の関係（Ｇ.Ｚ.Ｓａｕｅｂｒｅｙの式）を応用したもので、電極上に付着した微少質量の変化を周波数の変化に変換して変化した質量を検出するものである。その為測定対象となる溶液などの試料を直接、水晶振動子の電極面に接触させる必要がある。ここで、ＱＣＭセンサを溶液中で使用する「液相タイプ」に於いては、センサ全体を溶液中に浸漬させた時、水晶振動子の主面表裏の電極同士の溶液中での電気的短絡を避ける目的、また、溶液の抵抗による共振抵抗の増大により振動が抑制されてＱＣＭセンサー素子として使用することが出来なくなることを避けるため、主面の片側を液相に接触させない、即ち、隔離して気相環境状態とすることにより溶液中に浸漬しても振動が可能となる構造のものがつくられ、使用されている。

また、ＱＣＭセンサは、先述のように測定する計測対象物質が水晶振動子の金属薄膜上に付着・乖離する際の微少な重量変化を周波数変化として捉えるが、計測対象物質が水晶振動子の表面に付着し・汚染するために、基本的にはＱＣＭセンサの水晶振動子部分は随時交換できる構造として測定・解析精度を維持する方法がとられる。また、高い測定精度の達成を目的に、計測関連エリアは厳しい温度制御をすることで外乱による計測誤差を最小限に抑制することが可能となる。

前述の「液相タイプ」のＱＣＭセンサはその使用目的から水晶振動子の少なくとも一方の主面が露出した構成となっており、セラミック、高分子材料の樹脂などで成形して成る容器に気相部分を形成して固定されるＱＣＭセンサは、その保管・搬送時において、水晶振動子に上からキャップを被せるか、もしくは、プラスチックなどで出来たトレイに形成した凹部に水晶振動子の電極部分をむき出した状態で、それぞれ落とし込まれるように並べ、その上に蓋を被せる方法で梱包や包装袋に収納されていた。
特開昭６２−０６４９３４号公報 特開２００１−１５３７７７号公報 特開２００３−２２２５８０号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、従来の梱包方法では、搬送・保管中は大気中にＱＣＭセンサの電極が露出した状態となっているので、測定用電極上にチリやほこりなど、汚染物の付着により計測対象物質の密着強度、及び測定精度に著しく影響を及ぼし、また、電極材料によっては、大気中に放置されることにより電極表面が変質するおそれがある。ピコグラム、若しくはナノグラムといった非常に微少な質量の変化を検出する電極上に先述の汚染物を付着させたままではレセプタを固定化させる際に、電極への汚染物（付着物）により固定化が抑制され、その結果、ＱＣＭセンサの検出感度が劣化するおそれがあるといった問題があった。

また、従来の梱包方法では先述の汚染物を除去するために、ＱＣＭセンサを使用直前に、混合溶液などで水晶振動子の表面を洗浄する必要があり、シール部分の劣化や、非常に手間の掛かる工程を必要とする問題があった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従がってその目的は、汚染の無い信頼性の高いＱＣＭセンサの水晶振動子の測定電極を含む表面の汚染を防止できるＱＣＭセンサの表面処理方法を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、ＱＣＭセンサの表面処理方法として、水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を容器に固定した後に、水晶振動子の表面にフォトレジストを保護膜として塗布する工程（Ｓ１０１）と、光を照射してフォトレジスト保護膜を硬化する工程（Ｓ１０２）とによりなることを特徴とする。

本発明のＱＣＭセンサの表面処理方法によれば、電極を含むＱＣＭセンサ素子の表面への汚染物の付着が防止されることによって、ＱＣＭセンサ素子の振動が抑制されず、ＱＣＭセンサとして検出感度を低下するのを防ぐことが出来る。

また、従来のＱＣＭセンサの保管方法で必要であった、使用直前での混合溶液でを用いての測定用電極を洗浄する手間を省くことが出来、ＱＣＭセンサを用いた測定効率を著しく高めることが可能となる。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明のＱＣＭセンサ５の保管方法を示した工程図である。即ち、まず、ＱＣＭセンサ素子６の表面２にフォトレジスト保護膜７を塗布し（Ｓ１０１）、次に光を照射してフォトレジスト保護膜７を硬化する（Ｓ１０２）ものである。

図２は本発明の微少質量測定用センサ５の表面２の表面処理方法を施した微少質量測定用センサ５を側面からみた概略の模式図である。先述のように、本発明による微少質量測定用センサ５の表面２処理方法では、まず、微少質量測定用センサ素子６の露出された表面にフォトレジスト膜７を保護膜として塗布し（Ｓ１０１）、次に光を照射してフォトレジスト保護膜７を硬化する（Ｓ１０２）。このＱＣＭセンサ素子６の表面２処理方法では、センサの容器形状は問わず、ＱＣＭセンサ素子６の露出された表面２を汚染物質の付着から保護することが出来、測定に際して従来の保管方法が施されたセンサに比べ、ＱＣＭセンサ５の検出感度の低下を抑制することが出来る。フォトレジスト膜７は、使用する直前に、侵襲性の少ないアルカリ性水溶液や、有機溶媒により簡単に除去することが出来る。同様にフォトレジスト保護膜７の変わりに、ポジレジストやネガレジストを使用しても良いが、剥離工程は、ポジレジストを用いたプロセスの方がその工程の簡素化が可能である。以上の手法は電極として金属薄膜を使用する場合について有効な方法である。

図３は微少質量測定用センサ５の測定用の電極の上に汚染物が付着した場合と、同電極の上に汚染物の付着が無い場合のセンサー電極面の状態を比較して示した概略の模式図である。図３の上側の模式図は、ＱＣＭセンサ素子６の露出された表面２に汚染物質の付着が無く、レセプターが固定化される際、電極への汚染物（付着物）による固定化が抑制されず、ＱＣＭセンサ５の検出感度が低下されること無く測定が行われる様子を示している。また、図３の下側の従来の梱包方法でのＱＣＭセンサ５の表面２の状態を示す模式図では、大気中にＱＣＭセンサ５の電極が露出した状態となっていることから、測定に著しく影響を及ぼす測定に用いられる電極上にチリやほこりなど汚染物が付着するおそれが有り、また、電極材料によっては、大気中に放置されることにより電極の表面２が変質するおそれがある。ピコグラム、若しくはナノグラムといった非常に微少な質量の変化を検出する電極上に先述の汚染物を付着させたままではレセプターを固定化させる際に、電極への汚染物（付着物）により固定化が抑制され、その結果、ＱＣＭセンサ５の検出感度をおとすおそれがあることを示している。従って、使用直前でＱＣＭセンサ素子の洗浄が不可欠となり、この工程を行う手間が大きな負担となっていた。

図４は従来の微少質量測定用センサ５の保管方法を示す斜め上方からみた概略の模式図である。従来の微少質量測定用センサ５の保管方法では、大気中に放置されることにより電極表面に酸化膜が形成されるなど変質のおそれがあり、ピコグラム、若しくはナノグラムといった非常に微少な質量の変化を検出する電極上に汚染物を洗浄により除去し得たとしても、変質した電極表面ではレセプターなどプローブを固定化（修飾）するとき密着・信頼性に大きな問題が発生するおそれがあった。

本発明の微少質量測定用センサの表面処理方法を示した工程図である。 本発明の微少質量測定用センサの表面処理方法を施した微少質量測定用センサーを側面方向からみた概略の模式図である。 微少質量測定用センサの測定用の電極の上に汚染物の付着が無い場合と、同電極の上に汚染物が付着した場合とのセンサー電極面の状態を比較して示した概略の模式図である。 従来の微少質量測定用センサの保管方法を示す前方斜め上方からみた概略の模式図である。

符号の説明

１ 水晶基板
２ 表面
３ 金属膜
５ 微少質量測定用センサー
６ 微少質量測定用センサー素子
７ フォトレジスト保護膜
９ 縁部
１３ 反応物

Claims (1)

1. 水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を用いた微少質量測定用センサの表面処理方法において、
   微少質量測定用センサ素子表面にフォトレジスト保護膜を塗布する工程と、
   光を照射して該フォトレジスト保護膜を硬化する工程と、
   によりなる微少質量測定用センサの表面処理方法。

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