JP2007520698A - 弾性表面波センサアセンブリ - Google Patents

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Abstract

本発明は、Ｚ軸導電性エラストマーなどのＺ軸導電層を使用する弾性表面波センサ（ＳＡＷ）アセンブリに関する。特に、Ｚ軸導電性エラストマーが、ＳＡＷセンサアセンブリを形成するために、回路層を弾性表面波（ＳＡＷ）センサに結合する。たとえば、回路層の複数の電気コンタクトを、Ｚ軸導電性エラストマーを介して、ＳＡＷセンサの複数の電極に結合することができる。Ｚ軸導電性エラストマーは、電気コンタクトと電極との間の電気的結合を提供し、また、回路層とＳＡＷセンサとの間の密閉バリヤを形成する。さらに、Ｚ軸導電性エラストマーの弾性特性は、使用の間ＳＡＷセンサ上に加えられる圧力を低減することができる。

Description

本出願は、２００３年１２月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／５３３，１７６号への優先権を主張し、その出願の全体を引用によりここに援用する。
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）センサに関し、より特定的には、ＳＡＷセンサを回路に結合するための技術に関する。
化学的および生物学的テストが、一般に、化学剤または生物学的剤の存在または不在についてテストするために用いられる。血液、食物、または他の材料中の化学剤または生物学的剤の存在についてのテストは、一般に、安全性を保証するために、または健康状態の診断を促進するために行われる。たとえば、テストが、医療患者からとられた血液サンプル、実験のために開発された実験室サンプル、食物サンプルなどの中の、化学物質、細菌、または他の作用物質（ａｇｅｎｔ）を特定するために用いられる。さらに、化学的および生物学的テストは、また、妊娠、糖尿病、および患者の化学または生物学に影響を及ぼすことがある非常にさまざまな他の状態などの健康状態についてテストするために用いられる。
化学的または生物学的検知能力のために開発されたセンサの１タイプは、弾性表面波（ＳＡＷ）センサである。ＳＡＷの一例は、ラブモード剪断水平弾性表面波（Ｌｏｖｅ ｍｏｄｅ ｓｈｅａｒ−ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）（ＳＨ−ＳＡＷ）センサである。ＳＨ−ＳＡＷセンサは、４つの主構成要素：１）圧電性基材；２）圧電効果に基いて音波を励起するために使用される、基材上の入力インターデジット式（ｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｔｅｄ）トランスデューサ（ＩＤＴ）；３）圧電効果を利用することによって、伝送された音波を受けて電気出力を発生する、基材上の出力ＩＤＴ；および４）入力ＩＤＴから出力ＩＤＴへの伝送のためＳＨタイプ波を導波路ラブモードに変換する、ＩＤＴ上の導波路層、を含む。ＳＨ−ＳＡＷの表面上の１つ以上の材料の存在は、導波路層を通る波伝播に影響を及ぼし、これは、所与の作用物質の検出を促進する。
動作中、ＳＡＷセンサが回路に電気的に結合され、回路は、信号をＳＡＷに送り、ＳＡＷから信号を受ける。特に、回路は、典型的には、ＳＡＷの電極に半田付けされた回路トレースを含む。このように、電気信号を、ＳＡＷを駆動するためにＳＡＷに送ることができ、回路による処理のためにＳＡＷから受けることができる。
概して、本発明は、Ｚ軸導電性エラストマーなどのＺ軸導電層を使用する弾性表面波センサ（ＳＡＷ）アセンブリに関する。特に、Ｚ軸導電性エラストマーが、ＳＡＷセンサアセンブリを形成するために、回路層をＳＡＷセンサに結合する。たとえば、回路層の複数の電気コンタクトを、Ｚ軸導電性エラストマーを介して、ＳＡＷセンサの複数の電極に結合することができる。Ｚ軸導電性エラストマーは、電気コンタクトと電極との間の電気的結合を提供し、また、回路層とＳＡＷセンサとの間の密閉バリヤを形成することができる。さらに、その弾性特性のため、Ｚ軸導電性エラストマーは、使用の間ＳＡＷセンサ上に加えられる圧力を低減することができる。
回路層に開口を形成することができ、ＳＡＷセンサは、当該開口を通してアクセス可能であるように、開口に近接して回路層に結合することができる。Ｚ軸導電性エラストマーが、回路層とＳＡＷセンサとの間の密閉バリヤをも形成する場合、開口の上を流れる流体を、回路層の回路と接触することなくＳＡＷセンサによって検知することができる。したがって、本発明は、流体中で運ばれる化学的または生物学的作用物質の検出に有用であることができる。
上記ＳＡＷセンサアセンブリは、センサカートリッジの一部を形成することができる。その場合、カートリッジハウジング内に形成された流体経路が、流体が、回路層の開口内および導波路層上を流れることを可能にし、ＳＡＷセンサは流体中の１つ以上の生物学的または化学的作用物質を検出することができる。Ｚ軸導電性エラストマーは、また、回路層とＳＡＷセンサとの間の密閉バリヤを形成することができ、ＳＡＷセンサによって検知された流体が回路層の回路と接触しない。
一実施形態において、本発明は、複数の電極を含むＳＡＷセンサと、開口および複数の電気コンタクトを含む回路層と、電気コンタクトを電極に結合するためのＺ軸導電層と、を含むＳＡＷセンサアセンブリを提供する。
別の実施形態において、本発明は、流体経路を有するハウジングと、複数の電極を有するＳＡＷセンサ、開口および複数の電気コンタクトを有する回路層、ならびに電気コンタクトを電極に結合するためのＺ軸導電層を含むＳＡＷセンサアセンブリであって、ＳＡＷセンサが、開口を介して流体経路に露出される、ＳＡＷセンサアセンブリと、を含むセンサカートリッジを提供する。
別の実施形態において、本発明は、ＳＡＷセンサの複数の電極を、Ｚ軸導電層で、回路層の複数の電気コンタクトに電気的に結合する工程を含む、ＳＡＷアセンブリを形成する方法を提供する。
本発明は、いくつもの利点をもたらすことができる。特に、Ｚ軸導電層の使用は、組立て、およびＳＡＷセンサと回路層との間の電気的結合を簡単にすることができる。さらに、Ｚ軸導電性エラストマーが、ＳＡＷセンサと回路層との間の密閉シールを提供することができ、ＳＡＷアセンブリを、流体とより適合性にする。また、Ｚ軸導電性エラストマーの使用は、ＳＡＷセンサを、たとえば剛性センサカートリッジハウジングから、機械的に隔離することができ、ＳＡＷセンサは、センサの上の流体流れによって加えられた圧力に応答して、自由にわずかに移動することができる。
本発明の１つ以上の例示的な実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかであろう。
本発明は、Ｚ軸導電性エラストマーなどのＺ軸導電層を使用する弾性表面波（ＳＡＷ）センサアセンブリに関する。Ｚ軸導電性エラストマーは、一般に、エラストマー材料の厚さ方向を横切る導電経路を発生する導電性粒子が充填されたエラストマー材料を指す。エラストマーが多くの実施形態に使用されるが、Ｚ軸導電層のための適切な材料としては、また、米国特許第５，６８５，９３９号明細書（ウォーク（Ｗｏｌｋ）ら）、米国特許第５，３６２，４２１号明細書（クロップ（Ｋｒｏｐｐ）ら）、および米国特許出願公開第２００１／００２８９５３ Ａ１号明細書に記載されたものを挙げることができる。
本発明の一実施形態によれば、Ｚ軸導電性エラストマーが、ＳＡＷセンサアセンブリを形成するために、回路層をＳＡＷセンサに結合する。たとえば、回路層の複数の電気コンタクトを、Ｚ軸導電性エラストマーを介して、ＳＡＷセンサの複数の電極に結合することができる。Ｚ軸導電性エラストマーは、電気コンタクトと電極との間の電気的接続を提供し、また、回路層とＳＡＷセンサとの間の密閉バリヤを形成する。さらに、その弾性特性のため、Ｚ軸導電性エラストマーは、使用の間ＳＡＷセンサ上に加えられる圧力を低減することができる。
回路層は、開口を含み、ＳＡＷセンサは、当該開口を通してアクセス可能であるように、当該開口に近接して回路層に結合される。当該開口の上を流れる流体を、好ましくは、回路層の回路に影響を及ぼすことなくＳＡＷセンサによって検知することができる。なぜなら、Ｚ軸導電性エラストマーが、回路層とＳＡＷセンサとの間の密閉バリヤを形成するからである。特に、Ｚ軸導電性エラストマーは、センサから回路への流体の移動を阻止し、それにより、電気的短絡を防止する。したがって、本発明は、流体環境におけるＳＡＷセンサの使用を促進することができる。
ＳＡＷセンサアセンブリは、テストすべき流体を受けるか収容するセンサカートリッジの一部を形成することができる。カートリッジ内に形成された流体経路が、流体が流れて回路層の開口を通り過ぎることを可能にし、ＳＡＷセンサは流体中の１つ以上の生物学的剤または化学剤を検出することができる。再び、Ｚ軸導電性エラストマーは、好ましくは、回路層とＳＡＷセンサとの間の密閉バリヤを形成し、ＳＡＷセンサによって検知された流体が回路層の回路と接触しない。しかし、同時に、Ｚ軸導電性エラストマーは、ＳＡＷセンサと関連する電極と回路層内の回路素子との間の導電を可能にする。
図１は、本発明の実施形態による例示的なＳＡＷセンサアセンブリ１０を示す分解斜視図である。ＳＡＷセンサアセンブリ１０は、ＳＡＷセンサ１２と、回路層１４と、ＳＡＷセンサ１２を回路層１４に電気的に結合するＺ軸導電性エラストマー１６と、を含む。
ＳＡＷセンサ１２は、複数の電極１３Ａ〜１３Ｈ（まとめて電極１３）を含み、回路層１４は、回路層１４の底側１９に形成された複数の電気コンタクト１５Ａ〜１５Ｈ（まとめて電気コンタクト１５）を含む。電極１３は、一般に、ＳＡＷセンサ１２の周縁に配置される。回路層１４の電気コンタクト１５は、ＳＡＷセンサ１２の電極１３に結合するために位置決めされた回路トレース１１Ａ〜１１Ｈ（まとめて回路トレース１１）を含むことができる。
図１に示された電極１３および電気コンタクト１５の数は、ここに広く具体化され請求されるような本発明を限定するものではない。換言すれば、いかなる数の電極１３および電気コンタクト１５も本発明によって使用することができる。図１にさらに示されているように、ＳＡＷセンサ１２は、１つ以上の入力および出力トランスデューサ（図示せず）の上に形成された導波路層８を含む。例として、ＳＡＷセンサ１２は、ラブモード剪断水平弾性表面波（ＳＨ−ＳＡＷ）センサを含むことができる。その場合、センサは、基材上の入力および出力インターデジット式トランスデューサ（ＩＤＴ）を含む。
回路層１４は、一般に、電気信号をルーティングするための回路トレース、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、増幅器、またはいかなる他の回路素子などの、１つ以上の回路素子を含む層を指す。回路層１４は、ＳＡＷセンサ１２を駆動し制御するための構成要素を含むことができるか、単に、ＳＡＷセンサ１２へおよびＳＡＷセンサ１２から信号をルーティングするための回路トレースを含むことができる。
回路層１４は開口１７が形成される。Ｚ軸導電性エラストマー１６は、電極１３を電気コンタクト１５に電気的に結合する。特に、Ｚ軸導電性エラストマー１６は、電極１３を電気コンタクト１５の各々の回路トレース１１に電気的に結合するように位置決めすることができる。Ｚ軸導電性エラストマー１６は、ＳＡＷセンサ１２と回路層１４との間に開口１７に近接して密閉バリヤを形成する。したがって、アセンブリ１０の第１の側１８、すなわち頂側の上の流体経路を、ＳＡＷセンサ１２に露出させることができるが、アセンブリ１０の第２の側１９、すなわち底側の回路を、流体流れから隔離することができる。本開示で用いられるように、密閉バリヤは、１つ以上のタイプの流体に対する実質的なバリヤを指す。しかし、いくつかの場合、密閉バリヤは、ほとんどの液体および気体を阻止しながらではあるが、いくつかの特定の気体がバリヤを通過することを可能にすることができる。
図２は、図１の例示的なＳＡＷセンサアセンブリを示す斜視図である。再び、アセンブリ１０は、ＳＡＷセンサ１２と、回路層１４と、ＳＡＷセンサ１２を回路層１４に電気的に結合するＺ軸導電性エラストマー１６と、を含む。Ｚ軸導電性エラストマー１６は、ＳＡＷセンサ１２と回路層１４との間に開口１７に近接して密閉バリヤを形成する。したがって、アセンブリ１０の第１の側１８の上の流体経路を、ＳＡＷセンサ１２に露出させることができるが、アセンブリ１０の第２の側１９の回路を、流体流れから隔離することができる。
ＳＡＷセンサ１２は、非常にさまざまなＳＡＷセンサのいずれかを含むことができる。ＳＨ−ＳＡＷセンサは、典型的には、波伝播が、剪断水平モードに、すなわち、導波路によって規定された平面に平行に回転されることを可能にし、検出表面と接触する液体への音波（ａｃｏｕｓｔｉｃ）減衰損失の低減をもたらす結晶カットおよび配向を有する圧電性材料から構成される。剪断水平音波は、たとえば、厚み剪断モード（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｓｈｅａｒ ｍｏｄｅｓ）（ＴＳＭ）、音波プレートモード（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｌａｔｅ ｍｏｄｅｓ）（ＡＰＭ）、表面スキミングバルク波（ｓｕｒｆａｃｅ ｓｋｉｍｍｉｎｇ ｂｕｌｋ ｗａｖｅｓ）（ＳＳＢＷ）、ラブ波、漏洩音波（ｌｅａｋｙ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅｓ）（ＬＳＡＷ）、およびブルースタイン−グリヤエフ（Ｂｌｅｕｓｔｅｉｎ−Ｇｕｌｙａｅｖ）（ＢＧ）波を含むことができる。
一例において、センサ１２は、ラブモード剪断水平弾性表面波（ＳＨ−ＳＡＷ）センサを含む。ＳＨ−ＳＡＷセンサは、たとえば、４つの主構成要素：１）圧電性基材；２）圧電効果に基いて音波を励起するために使用される、基材上の入力インターデジットトランスデューサ（ＩＤＴ）；３）圧電効果を利用することによって、伝送された音波を受けて電気出力を発生する、基材上の出力ＩＤＴ；および４）入力ＩＤＴから出力ＩＤＴへの伝送のためＳＨタイプ波を導波路ラブモードに変換する、ＩＤＴの上の導波路層、を含む。
特に、ラブ波センサは、ＳＴ石英のＳＳＢＷまたは３６°ＹＸＬｉＴａＯ3の漏洩波などのＳＨ波モードを支持する基材を含むことができる。これらのモードは、好ましくは、薄い音響案内層（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｇｕｉｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）または導波路の付与によってラブ波モードに変換することができる。これらの波は、周波数依存であり、導波路層の剪断波速度が圧電性基材の剪断波速度より低い場合に発生することができる。
ＳＡＷセンサ１２は、非常にさまざまな化学的または生物学的作用物質のいずれかの検出のために設計することができる。さまざまな化学的または生物学的作用物質の検出を促進するために、さまざまな材料をＳＡＷセンサ１２の導波路層上にコーティングすることができる。導波路材料は、好ましくは、次の特性：低音波損失、低導電性、水および水溶液中の安定性および堅牢性、比較的低い音響速度、疎水性、より高い分子量、高度架橋などの１つ以上を示す材料であることができる。一例において、ＳｉＯ2が石英基材上の音響導波路層（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｌａｙｅｒ）として使用されている。他の熱可塑性および架橋ポリマー導波路材料の例としては、たとえば、エポキシ、ポリメチルメタクリレート、フェノール樹脂（たとえば、ノバラク（ＮＯＶＡＬＡＣ））、ポリイミド、ポリスチレンなどが挙げられる。
特に、ＳＡＷセンサの表面上の特定の材料の存在は、導波路層を通る波伝播に影響を及ぼし、これは、特定の化学的または生物学的作用物質の検出を促進する。したがって、導波路層上にコーティングされた材料を、導波路を横切って流れる流体中に浮遊した材料を引きつけるか、捕えるか、それらと接合するか、それらに他の態様で付着するように選択することができる。ＳＡＷセンサ１２は、他のタイプのそのようなセンサを含むこともできる。いずれにせよ、電極１３は、ＳＡＷセンサ１２の構成要素への電気的インタフェースを提供する。
再び、回路層１４は、一般に、電気信号をルーティングするための回路トレース、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、トランジスタ、増幅器、またはいかなる他の回路素子などの、１つ以上の回路素子を含む層を指す。回路層１４は、ＳＡＷセンサ１２を駆動し制御するための構成要素を含むことができるか、単に、ＳＡＷセンサ１２へおよびＳＡＷセンサ１２から信号をルーティングするための回路トレースを含むことができる。いずれにせよ、回路層１４には開口１７が形成される。たとえば、回路層１４は、回路層１４の第２の側１９のさまざまな回路トレースを規定するようにエッチングまたは印刷された導電性材料でコーティングされた可撓性または剛性基材を含むことができる。基材は、回路層１４の第１の側１８を回路層１４の第２の側１９のそのような回路トレースから密閉して隔離することができる。
Ｚ軸導電性エラストマー１６は、Ｚ軸（図１および図２上に標記された）において導電性であるが、他の方向すべて、たとえばＸ軸およびＹ軸において、実質的に電気的に絶縁性である実質的に連続した層を指す。換言すれば、Ｚ軸導電性エラストマー１６は、その主面に垂直な方向にのみ電気を伝導する。場合によっては、導電は、Ｚ軸導電性エラストマー１６がＺ軸において圧縮されたときに促進され、他の場合、Ｚ軸における導電は、Ｚ軸導電性エラストマー１６の通常の圧縮されていない状態において生じる。
さらに、Ｚ軸導電性エラストマー１６はコンプライアントなものであることができる。いずれにせよ、Ｚ軸導電性エラストマー１６は、一般に、回路層１４および音波センサ１２の表面をシールしこれらと密接に係合する。たとえば、Ｚ軸導電性エラストマー１６は、開口１７の外周に沿って位置決めされた実質的に連続した層を含むことができる。いくつかの実施形態において、Ｚ軸導電性エラストマー１６は、成形されるか、打抜かれるか、カットされるか、他の態様で処理されて、開口１７の周囲の周りに延在するようなサイズにされたガスケット状リングを形成する。Ｚ軸導電性エラストマー１６は、ＳＡＷセンサ１２上の電極１３の各々を、たとえば回路トレース１１を介して、回路層１４上の電気コンタクト１５の対応する１つに電気的に結合する。しかし、Ｚ軸導電性エラストマー１６がＸ軸およびＹ軸において実質的に電気的に絶縁性であるので、電極１３間または電気コンタクト１５間の電気的短絡が生じない。
Ｚ軸導電性エラストマー１６は、ＳＡＷセンサ１２と回路層１４との間の密閉シールを提供することができる。したがって、アセンブリ１０の第１の表面１８を流体経路に沿って位置決めすることができ、Ｚ軸導電性エラストマー１６によって提供された密閉（ｈｅｒｍｉｔｉｃａｌｌｙ）シールのため、アセンブリ１０の第２の表面１９を流体経路から密閉して隔離することができる。
Ｚ軸導電性エラストマー１６は、また、エラストマーである。したがって、ＳＡＷセンサ１２は、センサ１２と回路層１４との間の密閉シールを破壊することなく、回路層１４に対して自由にわずかに移動することができる。回路層１４は、たとえばセンサカートリッジハウジングに、機械的に取付けることができ、ＳＡＷセンサ１２が、取付けられ、カートリッジハウジングの剛性によって抑制されることを必要としない。
図３は、ＳＡＷセンサアセンブリ１０の底面図である。図３に示されているように、回路層１４の電気コンタクト１５は、アセンブリ１０の底面上に少なくとも部分的に露出される。この例において、電気コンタクト１５に対応する回路トレース１１は、半径方向に内方に延在して、Ｚ軸導電性エラストマー（図３に示されていない）とインタフェースする。Ｚ軸導電性エラストマーは、電気コンタクト１５をＳＡＷセンサ１２の電極（図３に示されていない）に電気的に結合する。
図４は、ＳＡＷセンサアセンブリ１０の側断面図である。アセンブリ１０は、ＳＡＷセンサ１２と、回路層１４と、ＳＡＷセンサ１２を回路層１４に電気的に結合するＺ軸導電性エラストマー１６と、を含む。Ｚ軸導電性エラストマー１６は、ＳＡＷセンサ１２と回路層１４との間の密閉シールも提供する。したがって、アセンブリ１０の第１の表面１８を流体経路に沿って位置決めすることができ、Ｚ軸導電性エラストマー１６によって提供された密閉シールのため、アセンブリ１０の第２の表面１９を流体経路から密閉して隔離することができる。さらに、Ｚ軸導電性エラストマー１６はエラストマーである。したがって、ＳＡＷセンサ１２は、センサ１２と回路層１４との間の密閉シールを破壊することなく、回路層１４に対して自由にわずかに移動することができる。再び、回路層１４は、たとえばセンサカートリッジハウジングに、機械的に取付けることができ、ＳＡＷセンサ１２が、取付けられ、カートリッジハウジングの剛性によって抑制されることを必要としない。
図５は、本発明の実施形態による例示的なセンサカートリッジ５０を示す側断面図である。特に、センサカートリッジ５０は、ここで説明されるようなＳＡＷセンサアセンブリ１０を使用することができるデバイスの一例である。
センサカートリッジ５０は、カートリッジ５０を通る流体経路（図５に矢印で示された）を規定するハウジング５２を含む。この例において、流体経路は、入力溜め（ｉｎｐｕｔ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）５１と、出力溜め（ｏｕｔｐｕｔ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）５３と、入力溜め５１と出力溜め５３との間のチャネル５７と、を含む。入力ポート５４が、流体を受けるためにハウジング５２内に形成される。Ｚ軸導電性エラストマー１６を介してＳＡＷセンサ１２に結合された回路層１４を含むＳＡＷセンサアセンブリが、ハウジング５２を通る流体経路に沿って位置決めされる。特に、回路層１４の開口１７（図１）は、ＳＡＷセンサ１２が流体経路に露出されるように、流体経路に沿って位置決めされる。
ハウジング５２は、回路層１４に個別に結合するいくつもの別々の構成要素または他のハウジング構成要素を含むことができるか、一体化ハウジング構造を含むことができる。いずれにせよ、回路層１４はハウジング５２に機械的に結合する。Ｚ軸導電性エラストマー１６のエラストマー特性は、センサ１２と回路層１４との間の密閉シールを破壊しない、回路層１４およびハウジング５２に対するＳＡＷセンサ１２のわずかな移動を考慮する。したがって、ＳＡＷセンサ１２は、センサ１２の上の流体流れによって加えられた圧力に応答して、自由にわずかに移動することができる。空気溜め５８を、流体経路に対してＳＡＷセンサ１２の反対側にハウジング５２内に形成することができる。空気溜め５８は、ＳＡＷセンサ１２の隔離を向上させ、ＳＡＷセンサ１２とハウジング５２との間の機械的相互作用を回避するのを助ける。
電気コンタクト１５（図５に示されていない）の少なくとも一部を、カートリッジ５０の外面上で、たとえば位置５５および５６において露出させることができる。したがって、回路層１４、およびしたがって、Ｚ軸導電性エラストマーを介してＳＡＷセンサ１２への電気的結合を、位置５５および５６において達成することができる。センサモジュール処理ユニット（図示せず）が、位置５５および５６において電気コンタクトパッドに結合する回路トレース延長部分を介して回路層１４にアクセスすることができる。このように、処理ユニットは、ＳＡＷセンサ１２によって発生された信号を受け、センサ結果、すなわち、生物学的または化学的物質の存在、不在、またはレベルを発生する。
動作中、流体がカートリッジ５２内の流体経路（図５に矢印で示された）を通って導入される。チャネル５７の高さは、ＳＡＷセンサ１２の上の所望の流体流れを確実にするように規定することができる。流体がＳＡＷセンサ１２の上を通過するとき、流体中の作用物質が導波路層の表面に付着することができ、それにより、センサ１２の導波路層を通る波伝播に影響を及ぼし、これは、回路層１４上の回路、または回路層１４を介してＺ軸導電性エラストマー１６を通してＳＡＷセンサ１２とインタフェースする外部回路による所与の作用物質の検出を促進する。
図６は、本発明の実施形態による例示的なセンサカートリッジ６０を示す別の側断面図である。センサカートリッジ６０は、ここで説明されるようなＳＡＷセンサアセンブリ１０を使用することができるデバイスの別の例である。
センサカートリッジ６０は、カートリッジ６０内への流体経路（図６に矢印で示された）を規定するハウジング６２を含む。この例において、流体経路は、入力溜め６１と、出力溜め６３と、入力溜め６１と出力溜め６３との間のチャネル６７と、を含む。入力ポート６４が、流体を受けるためにハウジング６２内に形成される。Ｚ軸導電性エラストマー１６を介してＳＡＷセンサ１２に結合された回路層１４を含むＳＡＷセンサアセンブリが、ハウジング６２を通る流体経路に沿って位置決めされる。特に、回路層１４の開口１７（図１）は、ＳＡＷセンサ１２が流体経路に露出されるように、流体経路に沿って位置決めされる。
センサカートリッジ６０は、出力溜め６３内の収着剤６８をさらに含む。収着剤６８は、チャネル６７を介して入力溜め６１から出力溜め６３に流体を引寄せる傾向がある。さらに、収着剤６８は、流体を吸収することができ、ＳＡＷセンサ１２によって行われた検知機能の実行の後、入力溜め６１に導入された流体がセンサカートリッジ６０内に収容される。入力溜め６１、出力溜め６３、およびチャネル６７によって規定された流体経路を通る流体流れを向上させるために、空気口６９を、また、出力溜め６３に近接して形成することができる。チャネル６７の高さは、また、ＳＡＷセンサ１２の上の所望の流体流れを確実にするように規定することができる。
ハウジング６２は、回路層１４に個別に結合するいくつもの別々の構成要素を含むことができるか、一体化ハウジング構造を含むことができる。いずれにせよ、回路層１４はハウジング６２に機械的に結合する。Ｚ軸導電性エラストマー１６のエラストマー特性は、センサ１２と回路層１４との間の密閉（ｈｅｒｍｉｔｉｃ）シールを破壊しない、回路層１４およびハウジング６２に対するＳＡＷセンサ１２のわずかな移動を考慮する。したがって、ＳＡＷセンサ１２は、センサ１２の上の流体流れによって加えられた圧力に応答して、自由にわずかに移動することができる。空気溜め８５を、流体経路に対してＳＡＷセンサ１２の反対側にハウジング６２内に形成することができる。空気溜め８５は、ＳＡＷセンサ１２の隔離を向上させ、ＳＡＷセンサ１２とハウジング６２との間の機械的相互作用を回避するのを助ける。
電気コンタクト１５（図６に示されていない）の少なくとも一部を、カートリッジ６０の外面上で、たとえば位置６５および６６において露出させることができる。したがって、回路層１４、およびしたがって、Ｚ軸導電性エラストマーを介してＳＡＷセンサ１２への電気的結合を、位置６５および６６において達成することができる。
動作中、流体がカートリッジ６２内の流体経路（図６に矢印で示された）を通って導入される。流体がＳＡＷセンサ１２の上を通過するとき、流体中の剤がセンサ１２の導波路層を通る波伝播に影響を及ぼすことができ、これは、回路層１４上の回路、または回路層１４を介してＺ軸導電性エラストマー１６を通してＳＡＷセンサ１２とインタフェースする外部回路による所与の作用物質の検出を促進する。センサ１２による流体中のさまざまな剤の検出後、流体を出力溜め６３内の収着剤６８中に実質的に含有することができる。
銅で先にスパッタリングされたポリイミド基材を使用してフレキシブル回路層を構成した。構造の銅側を、回路トレースが望まれるところでポリマーでマスクした。次に、マスクされていない銅を酢酸ナトリウム浴中でエッチング除去した。結果として生じる回路層は、ＳＡＷセンサの電極コネクタに対応する、ポリイミド基材上の８のトレースを含んだ。
Ｚ軸導電性エラストマーの製造指示に従って、わずかな圧力をＺ軸導電性エラストマー上に加え、材料を摂氏８０度の温度に加熱することによって、Ｚ軸導電性エラストマーの層を回路層に回路トレースの上に接合した。Ｚ軸導電性エラストマーを摂氏８０度に加熱されたプラテンによって加熱し、このプラテンは、また、回路およびＺ軸導電性エラストマーを接合するのに必要なわずかな圧力を提供する。Ｚ軸導電性エラストマーは、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｓａｉｎｔ Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から市販されている熱可塑性マトリックス内の４０ミクロンの銀コーティングガラスビーズを含んだ。次に、ＳＡＷセンサの導波路表面に対応する回路層に開口をあけた。
ニューメキシコ州アルバカーキのサンディア国立研究所（Ｓａｎｄｉａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，Ｎｅｗ Ｍｅｘｉｃｏ）から入手可能なラブモード剪断水平弾性表面波（ＳＨ−ＳＡＷ）センサを、ＳＨ−ＳＡＷセンサの電極がＺ軸導電性エラストマーに結合されるように、基材上に開口の上に配置した。アセンブリを加熱されたプラテンの下に配置し、それは圧力および熱をアセンブリに加え、したがって、Ｚ軸導電性エラストマーを回路およびＳＨ−ＳＡＷに処理する。この処理の間、Ｚ軸導電性エラストマーを摂氏１４０度の温度に加熱し、プラテンを接合領域上に圧力２５０ｐｓｉ配置した。プラテンは、この熱および圧力を１０秒間加えて、Ｚ軸導電性エラストマーを完全に処理した。次に、アセンブリを冷却させた。回路層とＳＨ−ＳＡＷセンサとの間の電気的接続をデジタル電圧計で確かめた。
本発明のさまざまな実施形態を説明した。特に、Ｚ軸導電層を使用するＳＡＷセンサアセンブリを説明した。ここで説明した多くの実施形態において、Ｚ軸導電層をＺ軸導電性エラストマーとして説明する。しかし、他の実施形態において、Ｚ軸導電層は必ずしもエラストマーでない。これらおよび他の実施形態は、特許請求の範囲内である。
本発明は、以下で特定されるさまざまな米国およびＰＣＴ特許出願に記載されるようなさまざまな材料、方法、システム、装置などと組合せて使用することができ、これらの出願のすべては、それらのそれぞれの全体を引用により援用する。それらは、２００３年１２月３０日に出願された米国特許出願第６０／５３３，１６２号明細書；２００３年１２月３０日に出願された米国特許出願第６０／５３３，１７８号明細書；２００４年７月２２日に出願された米国特許出願第１０／８９６，３９２号明細書；２００３年１１月１４日に出願された米国特許出願第１０／７１３，１７４号明細書；２００４年１１月１２日に出願された米国特許出願第１０／９８７，５２２号明細書；２００３年１１月１４日に出願された米国特許出願第１０／７１４，０５３号明細書；２００４年１１月１２日に出願された米国特許出願第１０／９８７，０７５号明細書；２００３年１２月３０日に出願された米国特許出願第６０／５３３，１７１号明細書；２００４年１０月７日に出願された米国特許出願第１０／９６０，４９１号明細書；２００３年１２月３０日に出願された米国特許出願第６０／５３３，１７７号明細書；２００３年１２月３０日に出願された米国特許出願第６０／５３３，１６９号明細書；本明細書と同日に出願された「細胞の細胞壁成分の信号検出を向上させる方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｌｌ−Ｗａｌｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ Ｃｅｌｌｓ）」という名称の＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（代理人整理番号５９４６７ＵＳ００２）；本明細書と同日に出願された「アミン捕捉剤としての可溶性ポリマーおよび方法（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｓ Ａｍｉｎｅ Ｃａｐｔｕｒｅ Ａｇｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」という名称の＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（代理人整理番号５９９９５ＵＳ００２）；本明細書と同日に出願された「多官能性アミン捕捉剤（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ａｍｉｎｅ Ｃａｐｔｕｒｅ Ａｇｅｎｔｓ）」という名称の＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（代理人整理番号５９９９６ＵＳ００２）；本明細書と同日に出願された「弾性表面波センサによる伝播速度の推定（Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ａ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）」という名称のＰＣＴ出願番号＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（代理人整理番号５８９２７ＷＯ００３）；本明細書と同日に出願された「音響機械的検出システムおよび使用方法（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｕｓｅ）」という名称のＰＣＴ出願番号＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（代理人整理番号５９４６８ＷＯ００３）；本明細書と同日に出願された「検出カートリッジ、モジュール、システム、および方法（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｃａｒｔｒｉｄｇｅｓ，Ｍｏｄｕｌｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」という名称のＰＣＴ出願番号＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（代理人整理番号６０３４２ＷＯ００３）；および本明細書と同日に出願された「音波センサおよび方法（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」という名称のＰＣＴ出願番号＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（代理人整理番号６０２０９ＷＯ００３）を含む。
ここでおよび特許請求の範囲で用いられるように、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は、文脈が特に明示しない限り、複数の指示するものを含む。
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」およびその変形の用語は、これらの用語が説明または特許請求の範囲に現れる場合、限定的な意味を有さない。
ここに引用された特許、特許出願、特許文書、および刊行物の完全な開示を、各々、個別に援用したかのように、それらの全体を引用により援用する。本発明へのさまざまな修正および変更は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者には明らかになるであろう。本発明が、ここに記載された例示的な実施形態によって不当に限定されることが意図されないこと、および、そのような実施形態が例としてのみ提示され、本発明の範囲が、特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されることが理解されるべきである。
本発明の実施形態による例示的な弾性表面波（ＳＡＷ）センサアセンブリを示す分解斜視図である。 例示的なＳＡＷセンサアセンブリを示す斜視図である。 例示的なＳＡＷセンサアセンブリを示す底面図である。 例示的なＳＡＷセンサアセンブリを示す側断面図である。 本発明の実施形態による例示的なセンサカートリッジを示す側断面図である。 本発明の実施形態による例示的なセンサカートリッジを示す別の側断面図である。

Claims (23)

  1. 複数の電極を含む弾性表面波センサと、
    開口および複数の電気コンタクトを含む回路層と、
    前記電気コンタクトを前記電極に結合するためのＺ軸導電層と、
    を含む弾性表面波センサアセンブリ。
  2. 前記Ｚ軸導電層がＺ軸導電性エラストマーを含む、請求項１に記載の弾性表面波センサアセンブリ。
  3. 前記Ｚ軸導電性エラストマーが、前記弾性表面波センサと前記回路層との間の密閉バリヤを形成する、請求項２に記載の弾性表面波センサアセンブリ。
  4. 前記弾性表面波センサが、センサカートリッジの一部を形成し、前記弾性表面波センサが、前記開口を介して前記カートリッジ内の流体経路に露出されている、請求項１に記載の弾性表面波センサアセンブリ。
  5. 前記弾性表面波センサがラブモード剪断水平弾性表面波センサを含む、請求項１に記載の弾性表面波センサアセンブリ。
  6. 前記回路層の電気コンタクトが、前記回路層上に形成された回路トレースを含む、請求項１に記載の弾性表面波センサアセンブリ。
  7. 前記電極が前記センサの周縁に配置された、請求項１に記載の弾性表面波センサアセンブリ。
  8. 流体経路を含むハウジングと、
    複数の電極を含む弾性表面波センサ、開口および複数の電気コンタクトを含む回路層、ならびに前記電気コンタクトを前記電極に結合するためのＺ軸導電層を含む弾性表面波センサアセンブリであって、前記弾性表面波センサが、前記開口を介して前記流体経路に露出されている、弾性表面波センサアセンブリと、
    を含むセンサカートリッジ。
  9. 前記複数の電気コンタクトが前記流体経路に露出されていない、請求項８に記載のセンサカートリッジ。
  10. 前記Ｚ軸導電層がＺ軸導電性エラストマーを含む、請求項８に記載のセンサカートリッジ。
  11. 前記Ｚ軸導電性エラストマーが、前記弾性表面波センサと前記回路層との間の密閉バリヤを形成する、請求項１０に記載のセンサカートリッジ。
  12. 前記弾性表面波センサがラブモード剪断水平弾性表面波センサを含む、請求項８に記載のセンサカートリッジ。
  13. 前記ハウジングが前記流体経路への入力ポートを含む、請求項８に記載のセンサカートリッジ。
  14. 前記流体経路が、前記入力ポートに近接した入力溜めと、出力溜めと、前記入力溜めと前記出力溜めとの間のチャネルと、を含み、前記開口が前記チャネルに近接している、請求項１３に記載のセンサカートリッジ。
  15. 前記出力溜めの内側に収着剤をさらに含む、請求項１４に記載のセンサカートリッジ。
  16. 前記ハウジングが、前記出力溜めに近接した出力口を含む、請求項１５に記載のセンサカートリッジ。
  17. 前記ハウジングが、前記流体経路に対して前記弾性表面波センサの反対側に空気溜めを含む、請求項８に記載のセンサカートリッジ。
  18. 前記回路層の電気コンタクトが、前記回路層上に形成された回路トレースを含む、請求項８に記載のセンサカートリッジ。
  19. 弾性表面波センサの複数の電極を、Ｚ軸導電層で、回路層の複数の電気コンタクトに電気的に結合する工程を含む、弾性表面波アセンブリを形成する方法。
  20. 前記回路層に開口を設け、前記複数の電極がＺ軸導電層で回路層の複数の電気コンタクトに結合されたとき、前記弾性表面波センサが前記開口を介して露出されるようにする工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記Ｚ軸導電層がＺ軸導電性エラストマーを含む、請求項１９に記載の方法。
  22. 前記Ｚ軸導電性エラストマーが、前記弾性表面波センサと前記回路層との間の密閉バリヤを形成する、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記弾性表面波センサがラブモード剪断水平弾性表面波センサを含む、請求項１９に記載の方法。
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