JP2007303911A

JP2007303911A - センサーホルダー

Info

Publication number: JP2007303911A
Application number: JP2006131303A
Authority: JP
Inventors: Tsunero Oki; 恒郎大木; Nobutaka Nakaso; 教尊中曽
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP4952050B2

Abstract

【課題】球形状のセンサー素子の再利用が可能で、球形状のセンサー素子に対する薬液やサンプルなどの接触を効率よくかつ容易に行なえ、コスト低減を図る上でも有利なセンサーホルダーを提供する。
【解決手段】センサーホルダー基材３２には、球状弾性表面波素子１０が装脱可能に保持される貫通孔４０が厚さ方向に貫通形成されている。保持部３４は、貫通孔４０の内周面の下部に感受領域１２Ａの外径よりも小さい寸法の内径で形成され球状弾性表面波素子１０を着脱可能に保持するように構成されている。液体保持用凹部３６は、感受領域１２Ａに対向する貫通孔４０の内周面部分に形成されている。導入路３８は、液体保持用凹部３６に液体Ｌ（薬液）が導入され、液体保持用凹部３６に導入された液体Ｌが表面張力によって感受領域１２Ａに接触するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は球形状のセンサー素子を保持するセンサーホルダーに関する。

球状弾性表面波素子を用いたセンサーを使って生体物質の評価、例えば、蛋白質の有無を評価する技術が提案されている（特許文献１参照）。
この場合、１マイクロリットル程度の非常に少量の被分析用液体を球状弾性表面波素子に接触させなくてはならない。
特開２００５−１４７７３６号公報

少量の液体を球状弾性表面波素子に接触させる方法として、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数の球形の孔２を持った樹脂基板からなるセンサーホルダー４に球状弾性表面波素子６を埋め込み、流路７を介して薬液を孔２に供給する方法が考案されている。
しかしながら、この方法では、球状弾性表面波素子６の再利用に為に球状弾性表面波素子６を取り外すことが困難で、また球状弾性表面波素子６を薬液に接触させた後にリンスさせるために大量の液体を流す事が困難となる不利があった。
つまり、液体状のサンプルを処理して測定するセンサーにおいては、少量の薬液やサンプルを効率的に球状弾性表面波素子６に接触させるとともに、球状弾性表面波素子６をリンスするなどの大量の薬液処理を容易に行なうことが望まれている。
さらに、球状弾性表面波素子６においては、その駆動において、電極６Ａ（少なくともすだれ状電極あるいは櫛型電極が２極）と外部高周波回路と接続する配線８が必要であるが、このようなセンサーホルダー４を用いた場合には、センサーホルダー４に配線８をパターニングする必要がありセンサーホルダー４を使い捨てとした場合にコスト高となることが懸念される。
本発明は、従来の技術における、前記の様な問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、球形状のセンサー素子の再利用が可能で、少量の薬液やサンプルなどを球形状のセンサー素子に対して効率よく接触させ、リンス処理などにおける大量の薬液処理を容易に行なうことができ、コスト低減を図る上でも有利なセンサーホルダーを提供することにある。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、請求項１記載の発明は、球面の一部で形成され円環状に連続する周面を有し前記周面でその外径が最も大きい円周に沿って感受領域が形成されたセンサー素子を保持するセンサーホルダーであって、板状のセンサーホルダー基材と、前記センサーホルダー基材の厚さ方向に貫通形成された貫通孔と、前記貫通孔の内周面の下部に前記感受領域の外径よりも小さい寸法の内径で形成され前記センサー素子を保持する保持部と、記感受領域に対向する前記貫通孔の内周面の部分に、前記内周面の半径方向外方に窪むように形成された液体保持用凹部と、前記液体保持用凹部に液体が導入される導入路とを備え、前記液体保持用凹部に導入された液体が表面張力によって前記感受領域に接触するように構成されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、前記貫通孔が複数設けられ、各貫通孔に前記保持部と前記液体保持用凹部がそれぞれ設けられ、かつ、各貫通孔にそれぞれ前記導入路が接続されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、前記液体保持用凹部とは異なる前記センサーホルダー基材の箇所に前記導入路に前記液体を供給するための液体投入口が設けられていることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記センサーホルダーのうち、前記貫通孔の内周面を除く箇所の表面に疎水処理が施されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、前記液体保持用凹部の上下方向の寸法は前記感受領域と同じ寸法かあるいは前記感受領域よりも大きな寸法で形成されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、前記球状弾性表面波素子で発生する弾性表面波は前記感受領域に沿って周回することを特徴とする。
請求項７の発明は、前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、前記感受領域の周方向の一部に弾性表面波を発生させるためのすだれ状電極が形成され、前記貫通孔の内周面が前記すだれ状電極に臨む箇所に、前記液体保持用凹部よりも前記内周面の径方向外方に窪む凹部が、前記センサーホルダー基材の厚さ方向に貫通形成され、この凹部により前記液体保持用凹部に導入された液体が前記すだれ状電極に接触しないように構成されていることを特徴とする。
請求項８の発明は、前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、前記感受領域の周方向の一部に弾性表面波を発生させるためのすだれ状電極が形成され、前記すだれ状電極に臨む前記液体保持用凹部の壁面の部分に疎水処理が施され、この疎水処理により前記液体保持用凹部に導入された液体が前記すだれ状電極に接触しないように構成されていることを特徴とする。
請求項９の発明は、前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、前記感受領域の周方向の一部に弾性表面波を発生させるためのすだれ状電極が形成され、前記すだれ状電極に導通する接続用電極が前記球状弾性表面波素子の表面に形成され、前記センサー素子が前記保持部に保持された状態で、前記接続用電極が前記貫通孔から露出していることを特徴とする。

本発明によれば、球形状のセンサー素子の再利用が可能で、少量の液体を球形状のセンサー素子に効率よくかつ容易に接触させることができ、リンス処理などにおける大量の薬液処理を容易に行なうことができ、コスト低減を図る上でも有利となる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２は第１の実施の形態のセンサーホルダー３０の断面図、図３は図２のＡ矢視図である。
センサーホルダー３０に保持される球状弾性表面波素子１０（特許請求の範囲のセンサー素子に相当）から説明する。
図２、図３に示すように、球状弾性表面波素子１０は、球面の一部で形成されていて円環状に連続している領域１２を含む表面１４を有する基材１６と、表面１４に設けられ弾性表面波を領域１２に沿って発生させる弾性表面波発生部１８とを含んでいる。基材１６は圧電性材料で形成され、圧電性材料として例えば水晶が用いられる。
本実施の形態では、領域１２は、前記球面の最大円周線に沿った感受領域１２Ａ（周回領域）を含んでいる。
弾性表面波発生部１８は、領域１２上に設けられた２つのすだれ状（櫛歯状）の電極２０、２２で構成されている。電極２０、２２に高周波信号が印加されることで発生する弾性表面波は感受領域１２Ａに沿って周回する。
領域１２を挟んで基材１６の直径方向の両端の表面１４に位置する箇所には、一方の電極２０に導通する接続用電極２４と、他方の電極２２に導通する接続用電極２６とがそれぞれ形成されている。

図２、図３に示すように、センサーホルダー３０は、センサーホルダー基材３２と、保持部３４と、液体保持用凹部３６と、導入路３８とを含んで構成されている。
センサーホルダー基材３２は板状に形成され、センサーホルダー基材３２には、球状弾性表面波素子１０が保持される貫通孔４０が厚さ方向に貫通形成されている。
保持部３４は、貫通孔４０の内周面の下部に感受領域１２Ａの外径よりも小さい寸法の内径で形成され球状弾性表面波素子１０を着脱可能に保持するように構成され、球状弾性表面波素子１０の再利用が可能となっている。
また、センサーホルダー３０は、球状弾性表面波素子１０が保持部３４に保持された状態で、接続用電極２４、２６が貫通孔４０から露出するように構成されている。
液体保持用凹部３６は、感受領域１２Ａに対向する貫通孔４０の内周面の部分に、その内周面の半径方向外方に窪むように形成されている。液体保持用凹部３６の上下方向の寸法は感受領域１２Ａと同じ寸法かあるいは感受領域１２Ａよりも大きな寸法で形成されている。
導入路３８は、液体保持用凹部３６に液体Ｌ（薬液、サンプル）が導入されるように構成されている。
本実施の形態では、保持部３４に球状弾性表面波素子１０が保持された状態で、感受領域１２Ａの全周と液体保持用凹部３６を構成するセンサーホルダー基材３２の壁面との間には１ｍｍ以下の隙間が確保されている。
そして、液体保持用凹部３６に導入された液体Ｌが表面張力によって感受領域１２Ａに接触するように構成されている。したがって、少量の液体Ｌを球状弾性表面波素子１０に対して効率よく接触させる上で有利となっている。
センサーホルダー基材３２の表面は、流路３８を流れる液体Ｌが外部に漏れることが無いように、疎水性の膜、すなわち撥水膜４２が形成されていることが有用である。
疎水性の膜を形成する材料は、例えば、ポリ弗化エチレンであり、流路３８に進入しない粘度の高い材料を塗布することが望まれる。塗布方法としては、印刷、あるいは、スパッタ真空膜技術など従来公知の様々な方法が採用可能である。

また、センサーホルダー基材３２を構成する材料を球状弾性表面波素子１０の基材１６よりも硬度が低い合成樹脂、例えば、ＰＶＡなどで形成すると、測定が終わり球状弾性表面波素子１０の再利用に際にも、球状弾性表面波素子１０を保持部３４から容易に取り外すことが可能となり、また、球状弾性表面波素子１０の感受領域１２Ａ（周回経路）がセンサーホルダー基材３２によって損傷されることがないので、弾性表面波の周回に伴う減衰量を抑制する上で有利となる。
また、図３に示すように、感受領域１２Ａに対向する貫通孔４０の内周面の部分に、貫通孔４０の内周面の径方向外方に窪む凹部４０Ａを、センサーホルダー基材３２の厚さ方向に貫通形成すると、電極２０、２２部分に対する貫通孔４０の内周面の接触を防止でき、電極２０、２２を保護する上で有利となる。また、このような凹部４０Ａを設けることにより、液体保持用凹部３６に導入された液体Ｌが電極２０、２２に接触することが防止される。
すなわち、純水処理などでは問題が無いが、例えば、液体Ｌが導電性を有する樹脂である場合、その液体Ｌが電極２０、２２に回りこむと、電極２０、２２間の抵抗を低くし、高周波信号を電極２０、２２に印加して出力信号を引き出す際に、十分な強度の信号を取り出す事が出来ないばかりか、弾性表面波の減衰率測定においてその誤差の要因になることが懸念されるが、本実施の形態のように、凹部４０Ａの形成により液体Ｌの回り込みを防止することで、上述の不具合を回避することができ有利となる。
また、凹部４０Ａを形成することに代えて電極２０、２２に臨む液体保持用凹部３６の壁面の部分に疎水処理を施し、この疎水処理により液体保持用凹部３６に導入された液体Ｌが電極２０、２２に接触しないように構成しても上述と同様の効果が奏される。
なお、本実施の形態では、貫通孔４０の内周面は、保持部３４の壁面と、液体保持用凹部３６の壁面と、液体保持用凹部３６の上部に残存する内周面部分とで構成されているので、前記疎水処理は、電極２０、２２に臨む液体保持用凹部３６の壁面の部分に施せばよい。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
図４は第２の実施の形態のセンサーホルダー３０に多数の球状弾性表面波素子１０が装着された状態を示す平面図、図５は第２の実施の形態のセンサーホルダー３０をリンスした状態を示す説明図である。
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同一または同様の箇所、部材には同一の符号を付して説明する。
図４に示すように、１つのセンサーホルダー３０に多数の貫通孔４０が設けられ、各貫通孔４０に保持部３４と液体保持用凹部３６とが設けられ、各貫通孔４０にそれぞれ導入路３８が接続されている。
液体保持用凹部３６とは異なるセンサーホルダー基材３２の箇所に導入路３８に液体を供給するための液体投入口４４が設けられている。
液体投入口４４から投入された液体は、液体投入口４４に接続された導入路３８を介して液体保持用凹部３６に導入され、次いで、その液体保持用凹部３６に接続された導入路３８を介して隣接する貫通孔４０の液体保持用凹部３６に順次導入される。
その結果、液体投入口４４に投入された薬液は、表面張力に従って全ての球状弾性表面波素子１０の間を流れ、各球状弾性表面波素子１０の感受領域１２Ａ（感受面）に作用することとなり、多数の球状弾性表面波素子１０に対して少量の薬液を作用させることが可能になる。

また、センサーホルダー３０に装着された多数の球状弾性表面波素子１０をリンス処理する場合、図５に示すように、球状弾性表面波素子１０の表面１４のうち、液体保持用凹部３６に臨む部分（少なくとも感受領域１２Ａ部分）以外の箇所がセンサーホルダー３０の外部に露出していることから、センサーホルダー３０ごとリンス処理を行なうことができ、大量の薬液処理を容易に行なう上で有利となる。
特に、センサーホルダー３０を純水４６が満たされたビーカー４８に浸漬した場合、球状弾性表面波素子１０の感受領域１２Ａ、すなわち、感受部分である周回経路がセンサーホルダー３０の外方に露出していないことから、それら感受領域１２Ａをビーカー４４の底部などに接触させる心配が無く、多数の球状弾性表面波素子１０を全く同じ条件でリンス処理することができ有利となる。

図６はセンサーホルダー３０に多数の球状弾性表面波素子１０を装着した状態で測定を行なう際の説明図、図７は球状弾性表面波素子１０による蛋白質の検出の説明図である。
図６に示すように、球状弾性表面波素子１０が保持部３４に保持された状態で、接続用電極２４、２６が貫通孔４０から露出している。
球状弾性表面波素子１０が装着されたセンサーホルダー３０は、下側保持部材７０と上側保持部材７２の間に挟持されている。
全ての球状弾性表面波素子１０の下部の接続電極２６は、下側保持部材７０の上面に形成された電極７０Ａを介してアース電極５０に接続している。
球状弾性表面波素子１０の上部の接続電極２４は、上側保持部材７２を貫通する配線部材７２Ａを介してプリント基板５２に接続され、このプリント基板５２を介して高周波切り替えスイッチ５４に接続されている。
信号発生器５６はバースト信号からなる高周波信号をサーキュレーター５８を介して各球状弾性表面波素子１０に順次印加する。
各球状弾性表面波素子１０からの出力は、信号解析装置６０によって計測され、不図示の計算機でそのデータが解析されて、球状弾性表面波素子１０の周囲を周回する弾性表面波の周回速度の変化や減衰量の変化が測定されることとなる。
得られた周回速度の変化から、図７に示すように、球状弾性表面波素子１０の表面１４の感受領域１２Ａに形成された各抗体Ｘに蛋白質Ｙが結合したか否かを判断することが可能になる。
本実施の形態によれば、従来と違って、センサーホルダー３０に球状弾性表面波素子１０の電極２０、２２に接続される配線をパターニングする必要がないため、センサーホルダー３０を使い捨てにする必要がなく、コストを抑制する上で有利となる。

（Ａ）は従来のセンサーホルダー４の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。第１の実施の形態のセンサーホルダー３０の断面図である。図２のＡ矢視図である。第２の実施の形態のセンサーホルダー３０に多数の球状弾性表面波素子１０が装着された状態を示す平面図である。第２の実施の形態のセンサーホルダー３０のリンス処理の説明図である。センサーホルダー３０に多数の球状弾性表面波素子１０を装着した状態で測定を行なう際の説明図である。球状弾性表面波素子１０による蛋白質の検出の説明図である。

符号の説明

１０…球状弾性表面波素子、１２Ａ…感受領域、３０…センサーホルダー、３２…センサーホルダー基材、３４…貫通孔、３４…保持部、３６…液体保持用凹部、３８…導入路。

Claims

球面の一部で形成され円環状に連続する周面を有し前記周面でその外径が最も大きい円周に沿って感受領域が形成されたセンサー素子を保持するセンサーホルダーであって、
板状のセンサーホルダー基材と、
前記センサーホルダー基材の厚さ方向に貫通形成された貫通孔と、
前記貫通孔の内周面の下部に前記感受領域の外径よりも小さい寸法の内径で形成され前記センサー素子を保持する保持部と、
前記感受領域に対向する前記貫通孔の内周面の部分に、前記内周面の半径方向外方に窪むように形成された液体保持用凹部と、
前記液体保持用凹部に液体が導入される導入路とを備え、
前記液体保持用凹部に導入された液体が表面張力によって前記感受領域に接触するように構成されている、
ことを特徴とするセンサーホルダー。
前記貫通孔が複数設けられ、各貫通孔に前記保持部と前記液体保持用凹部がそれぞれ設けられ、かつ、各貫通孔にそれぞれ前記導入路が接続されている、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。
前記液体保持用凹部とは異なる前記センサーホルダー基材の箇所に前記導入路に前記液体を供給するための液体投入口が設けられている、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。
前記センサーホルダーのうち、前記貫通孔の内周面を除く箇所の表面に疎水処理が施されていることを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。
前記液体保持用凹部の上下方向の寸法は前記感受領域と同じ寸法かあるいは前記感受領域よりも大きな寸法で形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。
前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、
前記球状弾性表面波素子で発生する弾性表面波は前記感受領域に沿って周回する、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。
前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、
前記感受領域の周方向の一部に弾性表面波を発生させるためのすだれ状電極が形成され、
前記貫通孔の内周面が前記すだれ状電極に臨む箇所に、前記液体保持用凹部よりも前記内周面の径方向外方に窪む凹部が、前記センサーホルダー基材の厚さ方向に貫通形成され、
この凹部により前記液体保持用凹部に導入された液体が前記すだれ状電極に接触しないように構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。
前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、
前記感受領域の周方向の一部に弾性表面波を発生させるためのすだれ状電極が形成され、
前記すだれ状電極に臨む前記液体保持用凹部の壁面の部分に疎水処理が施され、
この疎水処理により前記液体保持用凹部に導入された液体が前記すだれ状電極に接触しないように構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。
前記センサー素子は、球状弾性表面波素子であり、
前記感受領域の周方向の一部に弾性表面波を発生させるためのすだれ状電極が形成され、
前記すだれ状電極に導通する接続用電極が前記球状弾性表面波素子の表面に形成され、
前記センサー素子が前記保持部に保持された状態で、前記接続用電極が前記貫通孔から露出している、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサーホルダー。