JP2007192650A - Qcm sensor and qcm sensor device - Google Patents

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Tetsuhiro Nakamura
中村  哲浩
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To extremely simplify a QCM (Quartz Crystal Microbalance) sensor device for quantitatively analyzing a target material, by detecting resonance frequency of a piezoelectric vibrator varied by adsorption of an object into an adsorption film, without having to use external power by a pump or the like in making sample liquid flow. <P>SOLUTION: In this QCM sensor device, only by dropping the sample liquid into an injecting hole, the sample liquid infiltrates into a flow channel and is absorbed by an absorbing hole. At this time, the target material in the sample liquid is adsorbed to the piezoelectric vibrator having the adsorption film, and the variation of the resonance frequency of the piezoelectric vibrator is detected in that case, thereby allowing the adsorption amount of the target material to be known. A very simple QCM sensor device can be obtained, without having to use external power by a pump or the like in making sample liquid flow. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、所定の共振周波数で振動する圧電振動子上の励振用電極パターンを試料ガスや試料溶液に晒したときの共振周波数やインピーダンス等の電気的特性の変化に基づき、励振用の電極パターン表面に吸着した試料の成分を検知、定量するQCM(Quartz
Crystal Microbalance)センサー装置及びセンサーに関するものである。
The present invention provides an electrode pattern for excitation based on changes in electrical characteristics such as resonance frequency and impedance when the electrode pattern for excitation on a piezoelectric vibrator that vibrates at a predetermined resonance frequency is exposed to a sample gas or a sample solution. QCM (Quartz) for detecting and quantifying the components of the sample adsorbed on the surface
The present invention relates to a sensor device and a sensor.

近年、圧電振動子を用いてマイクロバランス原理を応用したケミカルバイオセンサーが注目を集めている。従来のQCMセンサー装置の構造を図14に基づいて説明する。図14は従来のQCMセンサー装置の断面構造を示している。このセンサー装置は容器体を構成するアクリル樹脂からなる円筒状のセル21を有し、セル21の側壁には圧電振動子1の外径よりも小さい開口部を設けたフランジ部16が形成されている。圧電振動子1は、その外周部が接着剤によってフランジ部16の下面に接着固定されており、そして圧電振動子1の励振部分に設けた電極パターン2a、2bのうち、電極パターン2bがフランジ部16の内側にできる開口部に露呈するようになっている。さらに圧電振動子1の外周部がフランジ部16に押圧されるように圧電振動子1と台座17との間にスプリング18を配設している。台座17には外部に電極パターン2a、2bを引き出すための端子ピン19がガラスシール20によって固定されており、圧電振動子1の電極パターン2a、2bは、それぞれスプリング18を介して端子ピン19に電気的に接続されている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。   In recent years, chemical biosensors using a microbalance principle using a piezoelectric vibrator have attracted attention. The structure of a conventional QCM sensor device will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows a cross-sectional structure of a conventional QCM sensor device. This sensor device has a cylindrical cell 21 made of an acrylic resin constituting a container body, and a flange portion 16 having an opening smaller than the outer diameter of the piezoelectric vibrator 1 is formed on the side wall of the cell 21. Yes. The outer periphery of the piezoelectric vibrator 1 is bonded and fixed to the lower surface of the flange portion 16 with an adhesive. Of the electrode patterns 2a and 2b provided on the excitation portion of the piezoelectric vibrator 1, the electrode pattern 2b is the flange portion. 16 is exposed to an opening formed inside. Further, a spring 18 is disposed between the piezoelectric vibrator 1 and the base 17 so that the outer peripheral portion of the piezoelectric vibrator 1 is pressed against the flange portion 16. Terminal pins 19 for pulling out electrode patterns 2a and 2b to the outside are fixed to the pedestal 17 by glass seals 20. The electrode patterns 2a and 2b of the piezoelectric vibrator 1 are respectively connected to the terminal pins 19 via springs 18. They are electrically connected (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

上記のQCMセンサー装置は、圧電振動子1の電極パターン2bが形成された面のみを試料液体側に露出させて試料ガスや試料溶液に晒し、電極パターン2bに設けた吸着膜(図示せず)に試料成分が吸脱着することにより変動する共振周波数の変化量から試料成分を検知、定量することができる。   In the above QCM sensor device, only the surface on which the electrode pattern 2b of the piezoelectric vibrator 1 is formed is exposed to the sample liquid side and exposed to the sample gas or sample solution, and an adsorption film (not shown) provided on the electrode pattern 2b. Thus, the sample component can be detected and quantified from the amount of change in the resonance frequency that fluctuates due to the adsorption and desorption of the sample component.

さらにこのQCMセンサー装置には試料液体を攪拌するための攪拌部51が設けられている。攪拌部51は支持部52に取り付けられてセル21の上部開口側から試料液体内に入れられ、上下動して試料液体を攪拌するようになっている。 Further, the QCM sensor device is provided with a stirring unit 51 for stirring the sample liquid. The stirring unit 51 is attached to the support unit 52 and is put into the sample liquid from the upper opening side of the cell 21, and moves up and down to stir the sample liquid.

また他の形態としては、試料液体の入ったセル本体を揺動攪拌機構上に載置し、セル21自体を揺り動かす構成も提案されている。
特開2002−310872号公報(5頁〜8頁、図1、図6、図7、図8) 特開2002−277369号公報(4頁〜6頁、図1、図5、図6)
As another form, a configuration has been proposed in which a cell body containing a sample liquid is placed on a rocking stirring mechanism and the cell 21 itself is rocked.
JP 2002-310872 (pages 5-8, FIG. 1, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8) JP 2002-277369 A (pages 4 to 6, FIG. 1, FIG. 5, FIG. 6)

前述したQCMセンサー装置には以下に記載するような問題点がある。   The QCM sensor device described above has the following problems.

従来のQCMセンサー装置では、容器体であるセルに入った溶液を攪拌する際に、セル自体を揺り動かす機構もしくはセル内の溶液に攪拌部を浸漬して上下に動かして攪拌する機構が提案されているが、セル自体を揺り動かす方法では攪拌が十分でなく、QCMセンサーに対して検出したい物質の遭遇確率が低下し、安定した性能を有するQCMセンサー装置を得ることが難しかった。   In the conventional QCM sensor device, when stirring the solution in the cell which is a container body, a mechanism for shaking the cell itself or a mechanism for immersing the stirring part in the solution in the cell and moving it up and down is proposed. However, in the method of shaking the cell itself, stirring is not sufficient, the encounter probability of a substance to be detected with respect to the QCM sensor is lowered, and it is difficult to obtain a QCM sensor device having stable performance.

一方、攪拌部を上下に動かして試料液体を攪拌する機構は、試料液体を十分に攪拌することはできるが、攪拌部51の下側にある圧電振動子1に素早く試料が行くように特別な試料供給経路を設ける必要があり、装置が複雑になっていた。   On the other hand, the mechanism for stirring the sample liquid by moving the stirring unit up and down can sufficiently stir the sample liquid, but it is special so that the sample can quickly go to the piezoelectric vibrator 1 below the stirring unit 51. It is necessary to provide a sample supply path, and the apparatus is complicated.

そのため、液面に試料を供給した場合は満遍なく攪拌するまでに時間がかかり、測定時間が長くなっていた。また、測定によっては試料液体の温度を一定にする必要があったが、上記のような攪拌機構では、攪拌部51を取り付けた柄の部分が試料液体と空気の両方に触れるため、柄によって試料液体の温度が不安定になるという問題があった。   For this reason, when the sample is supplied to the liquid surface, it takes time to uniformly stir, and the measurement time is long. Also, depending on the measurement, the temperature of the sample liquid needs to be constant. However, in the stirring mechanism as described above, the portion of the handle to which the stirring unit 51 is attached touches both the sample liquid and air. There was a problem that the temperature of the liquid became unstable.

本発明は、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子を試料液体に接触させ、吸着膜に目的物が吸着することにより変化する圧電振動子の共振周波数を検出して目的物質を定量分析するQCMセンサー装置において、試料液体を流動させる際にポンプなどの外部動力を一切使用する必要が無く、非常に簡便なQCMセンサー装置を提供することを目的としている。   According to the present invention, a piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance is brought into contact with a sample liquid, and the resonance frequency of the piezoelectric vibrator changes when the object is adsorbed on the adsorption film. In the QCM sensor device that detects the target substance and quantitatively analyzes the target substance, it is not necessary to use any external power such as a pump at the time of flowing the sample liquid, and the object is to provide a very simple QCM sensor device .

上記の目的を達成するために、本発明における圧電振動子の実装構造は、下記記載の構成を採用する。   In order to achieve the above object, the structure described below is adopted for the mounting structure of the piezoelectric vibrator in the present invention.

本発明のQCMセンサーは、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極を有する圧電振動子と、励振電極と電気的に接続した外部接続電極とを有するQCMセンサーであって、
試料液体を流すための凹部を設けた基板と、試料液体を注入するための注入穴と、注入された試料液体を吸収するための吸収穴とを設けたカバーとを有することを特徴としている。
The QCM sensor of the present invention is a QCM sensor having an adsorption film for selectively adsorbing a target substance, a piezoelectric vibrator having an excitation electrode, and an external connection electrode electrically connected to the excitation electrode,
It is characterized by having a substrate provided with a recess for flowing the sample liquid, an injection hole for injecting the sample liquid, and a cover provided with an absorption hole for absorbing the injected sample liquid.

本発明のQCMセンサーは、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極を有する圧電振動子と、励振電極と電気的に接続した外部接続電極とを有するQCMセンサーであって、
試料液体を流すための基板と、試料液体を注入するための注入穴と、試料液体の流路となる凹部および注入された試料液体を吸収するための吸収穴とを設けたカバーとを有することを特徴としている。
The QCM sensor of the present invention is a QCM sensor having an adsorption film for selectively adsorbing a target substance, a piezoelectric vibrator having an excitation electrode, and an external connection electrode electrically connected to the excitation electrode,
A cover for providing a substrate for flowing the sample liquid, an injection hole for injecting the sample liquid, a recess serving as a flow path for the sample liquid, and an absorption hole for absorbing the injected sample liquid; It is characterized by.

本発明のQCMセンサー装置は、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子を試料液体に接触させ、吸着膜に目的物質が吸着することにより変化する圧電振動子の共振周波数を検出して目的物質を定量分析するQCMセンサー装置であって、
試料液体を流すための凹部を設けた基板と、試料液体を注入するための注入穴と、注入された試料液体を吸収するための吸収穴とを設けたカバーと、励振電極と電気的に接続された外部接続電極とを有するQCMセンサーと、QCMセンサーの外部接続電極からの信号を受けて目的物質を定量分析する分析装置とを有することを特徴としている。
In the QCM sensor device of the present invention, a piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance is brought into contact with a sample liquid, and the piezoelectric vibration that changes when the target substance is adsorbed on the adsorption film. A QCM sensor device for quantitatively analyzing a target substance by detecting a resonance frequency of a child,
A substrate provided with a recess for flowing a sample liquid, a cover provided with an injection hole for injecting the sample liquid, an absorption hole for absorbing the injected sample liquid, and an excitation electrode electrically connected A QCM sensor having an external connection electrode, and an analyzer for quantitatively analyzing a target substance in response to a signal from the external connection electrode of the QCM sensor.

本発明のQCMセンサー装置は、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子を試料液体に接触させ、吸着膜に目的物質が吸着することにより変化する圧電振動子の共振周波数を検出して目的物質を定量分析するQCMセンサー装置であって、
試料液体を流すための基板と、試料液体を注入するための注入穴と、注入された前記試料液体を吸収するための吸収穴と、試料液体を流すための凹部とを設けたカバーと、前記励振電極と電気的に接続された外部接続電極とを有するQCMセンサーと、QCMセンサーの外部接続電極からの信号を受けて目的物質を定量分析する分析装置とを有することを特
徴としている。
In the QCM sensor device of the present invention, a piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance is brought into contact with a sample liquid, and the piezoelectric vibration that changes when the target substance is adsorbed on the adsorption film. A QCM sensor device for quantitatively analyzing a target substance by detecting a resonance frequency of a child,
A substrate provided with a substrate for flowing the sample liquid, an injection hole for injecting the sample liquid, an absorption hole for absorbing the injected sample liquid, and a recess for flowing the sample liquid; It has a QCM sensor having an external connection electrode electrically connected to the excitation electrode, and an analyzer for quantitatively analyzing a target substance in response to a signal from the external connection electrode of the QCM sensor.

本発明のQCMセンサー装置およびQCMセンサーは、上記QCMセンサー装置およびQCMセンサーであって、基板またはカバーに設けた凹部に吸収部材を配置することが好ましい。   The QCM sensor device and the QCM sensor of the present invention are the QCM sensor device and the QCM sensor described above, and it is preferable that an absorbing member is disposed in a recess provided in a substrate or a cover.

本発明のQCMセンサー装置は、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子を試料液体に接触させ、吸着膜に目的物が吸着することにより変化する圧電振動子の共振周波数を検出して目的物質を定量分析するQCMセンサー装置であって、試料液体を流すための凹部を設けた基板と、基板と所定の隙間を保って配設した圧電振動子と、試料液体を注入するための注入穴と、注入された試料液体を吸収するための吸収穴とを設けたカバーと、励振電極と電気的に接続された外部接続電極とを有するQCMセンサーと、QCMセンサーの外部接続電極からの信号を受けて目的物質を定量分析する分析装置とを有することを特徴としており、この構造とすることにより、注入穴から注入された試料液体が基板とカバーとで形成した隙間に集中して流入するので、試料液体中の目的物質は高い確率で圧電振動子に設けた吸着膜に遭遇する機会が増える。   In the QCM sensor device of the present invention, a piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance is brought into contact with a sample liquid, and the piezoelectric vibration that changes when the object is adsorbed on the adsorption film. A QCM sensor device for quantitatively analyzing a target substance by detecting a resonance frequency of a child, a substrate provided with a recess for flowing a sample liquid, and a piezoelectric vibrator disposed with a predetermined gap from the substrate; A QCM sensor having an injection hole for injecting a sample liquid, a cover provided with an absorption hole for absorbing the injected sample liquid, an external connection electrode electrically connected to the excitation electrode, and a QCM And an analyzer that quantitatively analyzes the target substance in response to a signal from the external connection electrode of the sensor. With this structure, the sample liquid injected from the injection hole is separated from the substrate. Since flows concentrated in the gap formed by the chromatography, the objective substance in the sample liquid opportunity to encounter adsorbed film provided on the piezoelectric vibrator at a high probability increases.

さらに試料液体は吸収穴によってその隙間から徐々に吸収されるので、最終的にはほぼすべての試料液体を圧電振動子の吸着膜に遭遇させることができる。それによって吸着膜を設けた圧電振動子に試料液体中の目的物質が吸着されその際に圧電振動子の共振周波数の変化を検出することにより目的物質の吸着量を知ることが可能となる。また、センサー単体では試料液体を流動させる際にポンプなどの外部動力を一切使用する必要が無く、センサー単体は使い捨てできるので 非常に簡便なQCMセンサー装置及びセンサーを得ることができる。   Furthermore, since the sample liquid is gradually absorbed from the gap by the absorption hole, finally, almost all the sample liquid can be made to encounter the adsorption film of the piezoelectric vibrator. As a result, the target substance in the sample liquid is adsorbed to the piezoelectric vibrator provided with the adsorption film, and the amount of the target substance adsorbed can be known by detecting the change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. In addition, the sensor alone does not require any external power such as a pump to flow the sample liquid, and the sensor alone can be disposable, so that a very simple QCM sensor device and sensor can be obtained.

以下図面を用いて本発明の最適な実施形態におけるQCMセンサー装置について説明する。図1は、本発明の実施形態におけるQCMセンサーの実装構造を示し、図13におけるA−A’断面図である。図12は、本発明の実施形態に係るQCMセンサーの断面図、図2は圧電振動子1の断面図、図3は圧電振動子1の斜視図、図4〜図7は、圧電振動子1を実装する基板3と、圧電振動子1を実装する基板3へ実装した状態を示す断面図、図8は図13のB−B’断面であり、圧電振動子1を実装した基板3とカバー7とを貼り合わせた状態を示す断面図、図9は基板3上に塗布する封止材の位置を示す平面図、図10と図11はカバー7を示す斜視図および断面図、図12は吸収部材12を配置した場合のQCMセンサーの断面図、図13は、本発明の実施形態に係わるQCMセンサー装置を示す外観図である。   A QCM sensor device according to an optimal embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a QCM sensor mounting structure according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 13. 12 is a cross-sectional view of a QCM sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric vibrator 1, FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric vibrator 1, and FIGS. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the substrate 3 on which the piezoelectric vibrator 1 is mounted, and a state in which the piezoelectric vibrator 1 is mounted on the substrate 3. FIG. FIG. 9 is a plan view showing the position of the sealing material applied on the substrate 3, FIGS. 10 and 11 are a perspective view and a sectional view showing the cover 7, and FIG. A cross-sectional view of the QCM sensor when the absorbing member 12 is disposed, and FIG. 13 is an external view showing the QCM sensor device according to the embodiment of the present invention.

最初に、本実施形態のQCMセンサー装置で使用するQCMセンサー単体について説明する。図1に示すように、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜(図示せず)と励振電極とを有する圧電振動子1を試料液体に接触させ、前記吸着膜に前記目的物が吸着することにより変化する前記圧電振動子1の共振周波数を検出して前記目的物質を定量分析するQCMセンサーは、目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子を試料液体に接触させ、前記吸着膜に前記目的物が吸着することにより変化する前記圧電振動子の共振周波数を検出して前記目的物質を定量分析するQCMセンサー装置であって、前記試料液体を流すための凹部10を設けた基板3と、該基板3と所定の隙間を保って接続材料と封止材6を用いて配設した前記圧電振動子1と、前記試料液体を前記隙間へ注入するための注入穴8と、前記隙間に注入された前記試料液体を吸収するための吸収穴9とを設けたカバー7と、基板3とカバー7を接着するための封止材6とを有している。   First, a single QCM sensor used in the QCM sensor device of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, a piezoelectric vibrator 1 having an adsorption film (not shown) for selectively adsorbing a target substance and an excitation electrode is brought into contact with a sample liquid, and the object is adsorbed on the adsorption film. The QCM sensor that detects the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 1 that changes by performing quantitative analysis of the target substance includes a piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing the target substance. A QCM sensor device for contacting the sample liquid and detecting the resonance frequency of the piezoelectric vibrator that changes as the target object is adsorbed on the adsorption film to quantitatively analyze the target substance, and flowing the sample liquid The substrate 3 provided with the recess 10 for the above, the piezoelectric vibrator 1 disposed using the connecting material and the sealing material 6 while maintaining a predetermined gap with the substrate 3, and the sample liquid is injected into the gap. Injection hole 8 , And a cover 7 provided with the absorption holes 9 for absorbing the sample liquid injected into the gap, and the sealing material 6 for bonding the substrate 3 and the cover 7.

次に、本実施形態におけるQCMセンサーの製造工程について図2から図12を用いて説明する。まず、図2に示すように水晶板からなる圧電振動子1をエッチングやダイシングなどの方法により任意の大きさに形成し、メタルマスクを用いてスパッタリング法や真空蒸着法により水晶板上に金属薄膜を形成することにより、圧電振動子1上に励振用の電極パターン2a、2bを形成する。   Next, the manufacturing process of the QCM sensor in this embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, a piezoelectric vibrator 1 made of a quartz plate is formed into an arbitrary size by a method such as etching or dicing, and a metal thin film is formed on the quartz plate by a sputtering method or a vacuum evaporation method using a metal mask. As a result, the electrode patterns 2a and 2b for excitation are formed on the piezoelectric vibrator 1.

図3は圧電振動子1の斜視図であるが、点線は裏面の電極パターン2aの状態を表している。励振用の電極パターン2bは、後述の図4に示した基板3上に設けた配線4bと電気的な接続を行うため、その接続配線が励振用の電極パターン2aと同一の面になるように、圧電振動子1の側面を回り込むように形成されている。   FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric vibrator 1, and the dotted line represents the state of the electrode pattern 2a on the back surface. Since the excitation electrode pattern 2b is electrically connected to the wiring 4b provided on the substrate 3 shown in FIG. 4 to be described later, the connection wiring is on the same surface as the excitation electrode pattern 2a. The piezoelectric vibrator 1 is formed so as to go around the side surface.

本実施形態では圧電振動子1としてAT水晶板を用い、大きさが5mm角で厚みが50μmのものを使用し、励振用の電極パターン2a、2bが3mm角となるような金パターンを0.2μmの厚みで形成した。   In the present embodiment, an AT crystal plate is used as the piezoelectric vibrator 1, a 5 mm square and a 50 μm thickness is used, and a gold pattern such that the excitation electrode patterns 2a and 2b are 3 mm square is 0.00 mm. It was formed with a thickness of 2 μm.

次に図4に示すように、圧電振動子1を実装する基板3には、ガラス繊維とエポキシ樹脂で形成したガラスエポキシ基板を使用している。基板3の一方の面には配線4a、4bが形成されており、スルーホールを介して裏面側の配線と接続している。本実施形態では厚みが0.5mmの基板3を使用し、配線4a、4bとスルーホールは銅、ニッケル、金の三層構造となっている。   Next, as shown in FIG. 4, a glass epoxy substrate formed of glass fiber and epoxy resin is used for the substrate 3 on which the piezoelectric vibrator 1 is mounted. Wirings 4a and 4b are formed on one surface of the substrate 3, and are connected to the wiring on the back surface side through through holes. In the present embodiment, a substrate 3 having a thickness of 0.5 mm is used, and the wirings 4a and 4b and the through holes have a three-layer structure of copper, nickel and gold.

さらに基板3には次に図5に示すように凹部10を設けており、これにより基板3にカバー7を接着することで試料液体の流れる流路となる。この凹部10は基板3上に感光性樹脂を塗布し露光現像により流路となる部分の感光性樹脂を除去するようにして形成する方法や、凹部分を開口したプラスチックフィルムを粘着剤または接着剤で貼り付けるといった方法で形成する。   Further, the substrate 3 is provided with a concave portion 10 as shown in FIG. The recess 10 is formed by applying a photosensitive resin on the substrate 3 and removing the photosensitive resin in a portion that becomes a flow path by exposure and development, or by using a plastic film having an opening in the recess as an adhesive or adhesive. It is formed by the method of pasting with.

このとき形成する凹部10は図11に記載するように、基板3側ではなくカバー7側に形成しても同様の効果が得られ、どちらに形成するかは制限されるものではない。   As shown in FIG. 11, the concave portion 10 formed at this time can be obtained on the cover 7 side instead of the substrate 3 side, and the same effect can be obtained.

次に図6に示すように、圧電振動子1上に設けた励振用の電極パターン2a、2bと基板3上に設けた配線4a、4bとを導電接着剤や異方性導電シートなどの接続材料5を用いて電気的な接続を行う。   Next, as shown in FIG. 6, the electrode patterns 2a and 2b for excitation provided on the piezoelectric vibrator 1 and the wirings 4a and 4b provided on the substrate 3 are connected by a conductive adhesive or an anisotropic conductive sheet. Electrical connection is made using material 5.

本実施形態では接続材料5として、シリコーン接着剤中に銀やパラジウムなどの導電粒子を含有した導電接着剤を用いており、それをディスペンサで基板3の配線4a、4b上に塗布し、圧電振動子1の励振用の電極パターン2a、2bと配線4a、4bとの位置あわせを行い、熱処理により導電接着剤を硬化させて、電気的接続を行った。   In this embodiment, a conductive adhesive containing conductive particles such as silver and palladium in a silicone adhesive is used as the connection material 5, which is applied onto the wirings 4 a and 4 b of the substrate 3 with a dispenser, and piezoelectric vibration is applied. The electrode patterns 2a and 2b for exciting the child 1 and the wirings 4a and 4b were aligned, the conductive adhesive was cured by heat treatment, and electrical connection was performed.

さらに図7に示すようにエポキシ、シリコーン、ポリウレタンなどの封止材6を圧電振動子1の外周部にディスペンサを用いて塗布しており、封止材6を硬化させることによって、圧電振動子1と基板3との隙間が水密に密封される。   Further, as shown in FIG. 7, a sealing material 6 such as epoxy, silicone, or polyurethane is applied to the outer peripheral portion of the piezoelectric vibrator 1 using a dispenser, and the sealing material 6 is cured, whereby the piezoelectric vibrator 1. And the substrate 3 are hermetically sealed.

本実施形態では硬化後に柔らかく、圧電振動子1を変形させるような応力を発生させない常温硬化型のシリコーン接着剤を封止材6として使用した。   In this embodiment, a room temperature curing type silicone adhesive that is soft after curing and does not generate stress that deforms the piezoelectric vibrator 1 is used as the sealing material 6.

基板3上に実装された圧電振動子1の電極パターン2b部分には、特定の物質を吸着させる吸着膜(図示せず)を形成しておく。この吸着膜は、吸着させたい物質に合わせて抗体などを塗布および乾燥させることにより形成する。   An adsorption film (not shown) for adsorbing a specific substance is formed on the electrode pattern 2b portion of the piezoelectric vibrator 1 mounted on the substrate 3. This adsorption film is formed by applying and drying an antibody or the like according to the substance to be adsorbed.

次に図13のB−B’間の断面図である図8に示すように、圧電振動子1を実装した基板3とカバー7とを封止材を用いて接着することにより、基板3に設けた凹部10が隙間として残り、試料液体が流れる流路を設けることができる。基板3側に塗布する封止材は圧電振動子1の外周部に塗布したものと同じ常温硬化型のシリコーン接着剤を使用し、図9に示すように基板3に形成した凹部10の外周に沿って塗布し、基板3とカバー7とを重ねることで流路を形成している。   Next, as shown in FIG. 8, which is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 13, the substrate 3 on which the piezoelectric vibrator 1 is mounted and the cover 7 are bonded to each other by using a sealing material. The provided concave portion 10 remains as a gap, and a flow path through which the sample liquid flows can be provided. As the sealing material applied to the substrate 3 side, the same room temperature curing type silicone adhesive as that applied to the outer peripheral portion of the piezoelectric vibrator 1 is used, and the outer periphery of the concave portion 10 formed on the substrate 3 as shown in FIG. The flow path is formed by coating the substrate 3 and the cover 7 together.

この時、基板3に設ける凹部10の深さにより隙間の高さhが決まるので、試料液体が通過できる範囲で自由に変更することができる。本実施形態では高さhが約30μmとなるよう基板に設ける凹部の深さを100μmとしたが、特に限定されるものではない。カバー7としては材質に特に制限はないが、図10に示すような注入穴8と吸収穴9を設けたアクリル板を本実施形態では使用した。   At this time, the height h of the gap is determined by the depth of the concave portion 10 provided on the substrate 3, and can be freely changed within a range in which the sample liquid can pass. In the present embodiment, the depth of the concave portion provided in the substrate is set to 100 μm so that the height h is about 30 μm, but is not particularly limited. Although there is no restriction | limiting in particular in the material as the cover 7, The acrylic board which provided the injection hole 8 and the absorption hole 9 as shown in FIG. 10 was used in this embodiment.

カバー7に設ける注入穴8と吸収穴9の大きさは、注入穴8の場合直径5mm程度の穴を設け、吸収穴9の場合直径0.2mm程度の穴をドリルで切削加工して形成し、吸収穴9の数については試料液体の量によって適当な数を設けた。   The injection hole 8 and the absorption hole 9 provided in the cover 7 are formed by forming a hole with a diameter of about 5 mm in the case of the injection hole 8 and cutting a hole with a diameter of about 0.2 mm with a drill in the case of the absorption hole 9. As for the number of the absorption holes 9, an appropriate number is provided depending on the amount of the sample liquid.

また、基板3に設けた凹部10は図11に記載するように、基板3側ではなくカバー7側に形成しても同様の効果が得られ、どちらに形成するかは制限されない。   Further, as shown in FIG. 11, the same effect can be obtained even if the concave portion 10 provided in the substrate 3 is formed not on the substrate 3 side but on the cover 7 side.

以上の工程を行うことで図1に示すような流路型のQCMセンサーが完成する。このQCMセンサーの構造は主に圧電振動子1、基板3、カバー7から構成されており、非常に簡便な構造となっている。さらにポンプなどの外部動力を一切使用せずに試料液体を圧電振動子1を配置した流路に流すことが可能であり、それによって吸着膜を設けた圧電振動子1に試料液体中の目的物質が吸着されその際に圧電振動子1の共振周波数の変化を検出することにより目的物質の吸着量を知ることが可能となる。   By performing the above steps, a flow path type QCM sensor as shown in FIG. 1 is completed. The structure of this QCM sensor is mainly composed of the piezoelectric vibrator 1, the substrate 3, and the cover 7, and has a very simple structure. Furthermore, it is possible to flow the sample liquid through the flow path in which the piezoelectric vibrator 1 is arranged without using any external power such as a pump, and thereby the target substance in the sample liquid is provided to the piezoelectric vibrator 1 provided with the adsorption film. The amount of adsorption of the target substance can be known by detecting the change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 1 at that time.

また上記に示すQCMセンサーに図12に示す様に基板3上に設けた凹部10のカバー7に形成した吸水穴9を設けた部分に吸収部材12を配置しておくことで、試料液体が吸収部材に染み込む速度が試料液体の流速となるので、吸収部材のきめの細かさを変更することにより試料液体の流速を制御することが可能となる。本実施形態ではメンブレンフィルターを吸収部材12として使用した。   In addition, as shown in FIG. 12, the absorption member 12 is disposed in the QCM sensor shown above in the portion provided with the water absorption hole 9 formed in the cover 7 of the recess 10 provided on the substrate 3, so that the sample liquid is absorbed. Since the speed of soaking into the member is the flow rate of the sample liquid, it is possible to control the flow rate of the sample liquid by changing the fineness of the absorption member. In the present embodiment, a membrane filter is used as the absorbing member 12.

図13はQCMセンサー13と分析装置15の関係を示す外観図である。主に圧電振動子1、基板3、カバー7で構成されているQCMセンサー13は、試料液体を滴下する注入穴8と試料液体を吸収する吸収穴9が設けられている。基板3上の配線4a、4bは、外部の分析装置15と電気的に接続するため、基板3の配線4a、4bをケースカバー7の外に突出させており、この配線4a、4bが配設された基板3を分析装置15の所定のコネクタ部に接続することにより、分析装置15が分析測定するようになっている。   FIG. 13 is an external view showing the relationship between the QCM sensor 13 and the analyzer 15. The QCM sensor 13 mainly composed of the piezoelectric vibrator 1, the substrate 3, and the cover 7 is provided with an injection hole 8 for dropping the sample liquid and an absorption hole 9 for absorbing the sample liquid. Since the wirings 4a and 4b on the substrate 3 are electrically connected to the external analyzer 15, the wirings 4a and 4b on the substrate 3 are projected out of the case cover 7, and the wirings 4a and 4b are arranged. By connecting the substrate 3 thus formed to a predetermined connector portion of the analyzer 15, the analyzer 15 performs analysis and measurement.

以上の構造とすることにより、注入穴8に試料液体を滴下するだけで、流路内に試料液体が浸入し、吸収穴9によって吸収される。この時、吸着膜を設けた圧電振動子1に試料液体中の目的物質が吸着されその際に圧電振動子1の共振周波数の変化を検出することにより目的物質の吸着量を知ることが可能となる。試料液体を流動させる際にポンプなどの外部動力を一切使用する必要が無く、非常に簡便なQCMセンサー装置を得ることができる。   With the above structure, just by dropping the sample liquid into the injection hole 8, the sample liquid enters the flow path and is absorbed by the absorption hole 9. At this time, the target substance in the sample liquid is adsorbed to the piezoelectric vibrator 1 provided with the adsorption film, and the amount of adsorption of the target substance can be known by detecting the change in the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 1 at that time. Become. It is not necessary to use any external power such as a pump when flowing the sample liquid, and a very simple QCM sensor device can be obtained.

また、図13に示すように、QCMセンサーは、分析装置15のコネクタにより簡単に脱着できるので、QCMセンサー 部分を交換するだけで複数の試料の分析を容易に行う
ことができる。
Further, as shown in FIG. 13, since the QCM sensor can be easily attached and detached by the connector of the analyzer 15, analysis of a plurality of samples can be easily performed only by exchanging the QCM sensor portion.

本発明の実施形態におけるQCMセンサーの実装構造を示し、図13におけるA−A’断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. 13, showing the mounting structure of the QCM sensor in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの圧電振動子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piezoelectric vibrator of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの圧電振動子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric vibrator of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the board | substrate of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the board | substrate of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの圧電振動子と基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piezoelectric vibrator and board | substrate of a QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの圧電振動子と基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the piezoelectric vibrator and board | substrate of a QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの実装構造を示し、図13におけるB−B’断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ in FIG. 13, showing the mounting structure of the QCM sensor in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの基板を示す平面図である。It is a top view which shows the board | substrate of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーのカバーを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cover of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーのカバーを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cover of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサーの実装構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mounting structure of the QCM sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるQCMセンサー装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the QCM sensor apparatus in embodiment of this invention. 従来例における圧電振動子の実装構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mounting structure of the piezoelectric vibrator in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧電振動子
2a、2b 電極パターン
3 基板
4a、4b 配線
5 接続材料
6 封止材
7 カバー
8 注入穴
9 吸収穴
10 凹部
11 分析装置
12 吸収部材
13 QCMセンサー
16 フランジ部
17 台座
18 スプリング
19 ピン
20 ガラスシール
21 セル
51 攪拌部
52 支持部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 2a, 2b Electrode pattern 3 Board | substrate 4a, 4b Wiring 5 Connection material 6 Sealing material 7 Cover 8 Injection hole 9 Absorption hole 10 Recessed part 11 Analyzing device 12 Absorbing member 13 QCM sensor 16 Flange part 17 Base 18 Spring 19 Pin 20 Glass seal 21 Cell 51 Stirring unit 52 Supporting unit

Claims (6)

目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子と、前記励振電極と電気的に接続した外部接続電極とを有するQCMセンサーであって、
前記試料液体を流すための凹部を設けた基板と、前記試料液体を注入するための注入穴および注入された前記試料液体を吸収するための吸収穴とを設けたカバーとを有するQCMセンサー。
A QCM sensor having a piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance, and an external connection electrode electrically connected to the excitation electrode,
A QCM sensor comprising: a substrate provided with a recess for flowing the sample liquid; and a cover provided with an injection hole for injecting the sample liquid and an absorption hole for absorbing the injected sample liquid.
目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子と、前記励振電極と電気的に接続した外部接続電極とを有するQCMセンサーであって、
前記試料液体を流すための基板と、前記試料液体を注入するための注入穴、試料液体の流路となる凹部および注入された前記試料液体を吸収するための吸収穴とを設けたカバーとを有するQCMセンサー。
A QCM sensor having a piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance, and an external connection electrode electrically connected to the excitation electrode,
A substrate provided with a substrate for flowing the sample liquid, an injection hole for injecting the sample liquid, a recess serving as a flow path for the sample liquid, and an absorption hole for absorbing the injected sample liquid; QCM sensor with.
前記基板または前記カバーに設けた凹部に吸収部材を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のQCMセンサー。   The QCM sensor according to claim 1, wherein an absorption member is provided in a recess provided in the substrate or the cover. 目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子を試料液体に接触させ、前記吸着膜に前記目的物質が吸着することにより変化する前記圧電振動子の共振周波数を検出して前記目的物質を定量分析するQCMセンサー装置であって、
前記試料液体を流すための凹部を設けた基板と、前記試料液体を注入するための注入穴および注入された前記試料液体を吸収するための吸収穴とを設けたカバーと、前記励振電極と電気的に接続された外部接続電極とを有するQCMセンサーと、該QCMセンサーの前記外部接続電極からの信号を受けて前記目的物質を定量分析する分析装置とを有するQCMセンサー装置。
A piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance is brought into contact with a sample liquid, and the resonance frequency of the piezoelectric vibrator that changes when the target substance is adsorbed to the adsorption film is changed. A QCM sensor device for detecting and quantitatively analyzing the target substance,
A substrate provided with a recess for flowing the sample liquid, a cover provided with an injection hole for injecting the sample liquid and an absorption hole for absorbing the injected sample liquid, the excitation electrode and the electric QCM sensor device comprising: a QCM sensor having externally connected external connection electrodes; and an analyzer for quantitatively analyzing the target substance in response to a signal from the external connection electrode of the QCM sensor.
目的物質を選択的に吸着させるための吸着膜と励振電極とを有する圧電振動子を試料液体に接触させ、前記吸着膜に前記目的物質が吸着することにより変化する前記圧電振動子の共振周波数を検出して前記目的物質を定量分析するQCMセンサー装置であって、
前記試料液体を流すための基板と、前記試料液体を注入するための注入穴、注入された前記試料液体を吸収するための吸収穴および前記試料液体を流すための凹部とを設けたカバーと、前記励振電極と電気的に接続された外部接続電極とを有するQCMセンサーと、該QCMセンサーの前記外部接続電極からの信号を受けて前記目的物質を定量分析する分析装置とを有するQCMセンサー装置。
A piezoelectric vibrator having an adsorption film and an excitation electrode for selectively adsorbing a target substance is brought into contact with a sample liquid, and the resonance frequency of the piezoelectric vibrator that changes when the target substance is adsorbed to the adsorption film is changed. A QCM sensor device for detecting and quantitatively analyzing the target substance,
A cover provided with a substrate for flowing the sample liquid, an injection hole for injecting the sample liquid, an absorption hole for absorbing the injected sample liquid, and a recess for flowing the sample liquid; A QCM sensor device comprising: a QCM sensor having an external connection electrode electrically connected to the excitation electrode; and an analyzer for quantitatively analyzing the target substance in response to a signal from the external connection electrode of the QCM sensor.
前記基板または前記カバーに設けた凹部に吸収部材を備えることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のQCMセンサー装置。   The QCM sensor device according to claim 4, wherein an absorption member is provided in a recess provided in the substrate or the cover.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010249654A (en) * 2009-04-15 2010-11-04 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Crystal sensor and sensing apparatus
JP2012013535A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Detection apparatus
JP2018091871A (en) * 2013-01-30 2018-06-14 京セラ株式会社 Sensor apparatus

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