JP2010002413A - 圧電センサ及び感知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電片の一面側に互いに離間して計測用の第１の電極と、参照用の第２の電極とが、他面側にこれらの電極に対向する共通電極が夫々設けられた圧電センサにおいて、第１の電極と第２の電極との間における電気的結合の影響を抑えて、信頼性の高い発振を行うことのできる圧電センサを提供すること
【解決手段】前記圧電片の一面側に互いに離間して設けられた計測用の第１の電極及び参照用の第２の電極と、前記圧電片の他面側に、第１の電極及び第２の電極に対向して設けられ、当該第１の電極及び第２の電極に対して共通な共通電極と、前記共通電極における第１の電極の投影領域内に形成され、試料流体中の感知対象物を吸着するための吸着層と、を備えるように圧電センサを構成して、試料流体のインピーダンスによる第１の電極、第２の電極の電気的な結合を防ぐ。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧電片に設けられた電極上に形成された吸着層に試料流体中の感知対象物を吸着させ、圧電片の固有振動数の変化に基づいて感知対象物を感知する圧電センサ及びこの圧電センサを用いて感知対象物を感知する感知装置に関する。

溶液中や気体中の微量物質を感知する装置として圧電片として主にＡＴカットされた水晶片により構成された圧電振動子である水晶振動子によるＱＣＭ（Quarts Crystal Microbalance ）を用いた感知装置が知られている。この種の感知装置は、水晶発振回路を構成する前記水晶振動子に微量物質を吸着させ、その発振周波数（共振周波数）の変化を捉えることにより当該微量物質を感知している。微量物質としては例えば環境汚染物質であるダイオキシンや、血液あるいは血清中の特定の抗原等があり、前記感知装置はこれらを極低濃度、例えばｐｐｂ〜ｐｐｔレベルにて感知する。

図１０（ａ）はその感知装置の構成例であり、図中１０１、１０２は夫々水晶発振回路をなす水晶振動子、発振回路である。また発振回路１０２の後段には水晶振動子１０１の発振周波数の変化を検出する周波数検出回路１０３が接続されている。水晶振動子１０１の一面側は気密空間に接し、他面側は感知対象物を含んだ試料溶液が供給される測定雰囲気に接するように構成され、この他面側の表面には感知対象物を吸着させるための吸着層が形成される。そして、図１０（ｂ）で示す時刻ｔ１で水晶振動子１０１に試料溶液が供給され、感知対象物が吸着すると、質量負荷効果により水晶振動子１０１の発振周波数が低下する。この周波数変化に基づいて前記試料溶液中の感知対象物の検出や濃度の測定を行う。

しかし感知対象物が吸着層に吸着されること以外にも水晶振動子１０１の発振周波数は変化する場合がある。例えば感知装置が設けられた室内における人の歩行などによって水晶振動子に加えられる振動の影響なども考えられるが、特に水晶振動子の周波数は温度によって変化するので、空調機や天候などの測定環境の温度変化の影響を受けることが懸念される。このような感知対象物の吸着以外の要因による周波数変化が起きると、測定精度が低下し、その結果として、例えば河川に毒性物質が許容濃度を越えて含まれているにもかかわらず「許容濃度以下」と判定されたり、あるいは血液中に癌マーカが存在しないのにもかかわらず「存在する」と判定されたりするケースが発生することが考えられ、その誤認は重大である。

そこで感知装置を図１１に示すような構成とする場合がある。１０４Ａ，１０４Ｂは夫々１０１と同様の水晶振動子であるが、水晶振動子１０４Ａには前記吸着層が設けられず、当該水晶振動子１０４Ａは感知対象物が吸着されない参照用の水晶振動子として構成される。スイッチ１０６の切り替わりにより水晶振動子１０４Ａ、１０４Ｂの発振出力が時分割されて周波数検出回路１０３に出力される。そして周波数検出回路１０３に接続された演算部１０７により、検出回路１０３で検出された水晶振動子１０４Ａ、１０４Ｂの発振周波数の時系列データＦ１，Ｆ２が作成され、さらにこれらのＦ１，Ｆ２の差分の時系列データＦ１−Ｆ２が演算される。つまり時系列データＦ１としては温度変化による周波数変化が、時系列データＦ２としては感知対象物の吸着及び温度変化による周波数変化が、夫々反映されているので、これらの差分の時系列データＦ１−Ｆ２としては温度変化の影響がキャンセルされた、感知対象物の吸着のみによる周波数変化が示されており、この時系列データＦ１−Ｆ２に基づいて感知対象物の検出を行うことで、測定精度の向上が図られる。

ところで、温度に対してより高い周波数安定性を得て、測定精度をより向上させるために、１枚の水晶片に２つの振動領域が設定され、各振動領域に対応するように当該水晶片に励振用の電極が形成された水晶振動子を用いて水晶発振回路を構成し、そして上記の図１１の感知装置と同様に一方の振動領域を含む振動部にて感知対象物の吸着及び温度変化の双方の影響を、他方の振動領域を含む振動部にて温度変化の影響のみを検出するように構成することが検討されている。つまり、この例では１つの水晶片が２つの水晶振動子の機能を有するように構成されており、前記各振動領域は共通の水晶片に形成されているため、周囲の温度が変化したときに夫々の振動領域から出力される発振周波数の変化量がほぼ揃った周波数温度特性を得ることができる。そして、前記図１１の感知装置と同様に各振動領域から取得した時系列データＦ１，Ｆ２の差分に基づいて感知対象物の検出を行う。特許文献１、２にはこのような水晶発振回路が記載されている。

図１２は上記のように構成された水晶片１１１を用いて形成した水晶発振回路１１０を示している。図中１１２、１１３は水晶片１１１の第１の振動領域１１４、第２の振動領域１１５に夫々対応する励振用の電極である。図中１１６は振動領域１１４、１１５で共用される励振用の共通電極である。１１７は上述の水晶振動子であり、水晶片１１１及び電極１１２、１１３により構成される第１の振動部１１４と、水晶片１１１及び電極１１２、１１３により構成される第２の振動部１１５とから構成される。第１の振動領域１１４は電極１１２、１１６により、第２の振動領域１１５は電極１１３、１１６により夫々独立して振動するように構成されている。

第１の振動領域１１４、第２の振動領域１１５の厚さや電極１１２、１１３の厚さは極めてミクロ的に見れば互いに異なるので、第１の振動領域１１４、第２の振動領域１１５の周波数は、極わずかに異なるが、例えば９ＭＨｚの水晶振動子であれば数十ｋＨｚオーダで異なる。このように互いの周波数が極めて接近していると、互いに引き寄せられてＱ値の低い周波数信号となってしまう。このため電極１１２、１１３の厚さを互いにわずかに変えて互いの周波数を少し離している。１１８、１１９は、各振動領域１１４、１１５を利用して発振周波数を取り出すために水晶振動子１１７に対して直列に接続された、２組のコルピッツ型の発振回路である。

図１３は、この水晶振動子１１７の側面図であり、図中１１９は基板、１２２は水晶振動子１１７の裏面に接する気密空間、１２０は水晶振動子１１７表面に供給された試料溶液１１８に含まれる感知対象物を吸着する吸着層である。

ところで、上記のようにこの水晶発振回路１１０を備えた感知装置においては一方の振動領域の周波数の差分を、他方の振動領域の周波数の差分だけ補正して温度特性の影響を除き、これにより感知対象物の吸着に基づく周波数の変化分だけを取り出すようにしているため、２つの振動領域１１４、１１５は互いに独立して振動する必要がある。このため、上述のように１つの水晶片１１１から２つの振動領域１１４、１１５を有する水晶振動子１１７を構成した場合は振動領域１１４、１１５の間で互いの振動の影響を抑える必要がある。しかし図１３のように試料溶液１１８に接した状態の水晶振動子１１７を電気的に見ると、試料溶液１１８自体のインピーダンスにより、一方の振動領域１１４の励振用の電極１１２と他方の振動領域１１５の励振用の電極１１３とが互いに図中点線で示す抵抗成分１２１を介して接続されている状態となっている。図１４はこの抵抗成分１２１の測定結果を示したスミスチャートであり、このスミスチャートに示すように、水晶発振回路１１０で使用している周波数例えば９．１２５ＭＨｚにおいてそのインピーダンスは約１００Ωであった。

このような抵抗成分１２１が存在すると、各発振回路１２３、１２４の発振に影響を与え、各振動領域１１４、１１５の発振を維持することが困難となることで測定を行うことができなかったり、あるいは各振動領域より取り出された各周波数信号中に一方の振動領域が他方の振動領域の振動の影響を受けることで発生する不要成分が出力されて、信頼性の高い測定が困難になってしまう。

特開２００６−３３１９５号公報：請求項１、第００１２段落〜第００１４段落、第００１８段落〜第００１９段落、図１、図４ 特開２００６−３１４４号公報、第００１５段落、第００２３段落及び図２

本発明はこのような事情のもとになされたものであり、その目的は、圧電片の一面側に互いに離間して計測用の第１の電極と、参照用の第２の電極とが、他面側にこれらの電極に対向する共通電極が夫々設けられた圧電センサにおいて、第１の電極と第２の電極との間における電気的結合の影響を抑えて、信頼性の高い発振を行うことのできる圧電センサを提供することにある。更に他の目的は、この圧電センサを感知装置に適用することにより、信頼性の高い測定を行うことができる感知装置を提供することである。

本発明の圧電センサは、圧電片に設けられた電極上に形成された吸着層に試料流体中の感知対象物を吸着させ、圧電片の固有振動数の変化に基づいて感知対象物を感知する圧電センサにおいて、
前記圧電片の一面側に互いに離間して設けられた計測用の第１の電極及び参照用の第２の電極と、
前記圧電片の他面側に、第１の電極及び第２の電極に対向して設けられ、当該第１の電極及び第２の電極に対して共通な共通電極と、
前記共通電極における第１の電極の投影領域内に形成され、前記感知対象物を吸着するための吸着層と、を備えたことを特徴とする。

前記圧電片を支持する支持部材を備え、前記第１の電極及び第２の電極は、支持部材の凹部により構成される閉じた空間に位置していてもよい。

本発明の感知装置は、上記の圧電センサと、第１の電極及び共通電極間に接続され、圧電片における第１の電極及び共通電極間の振動領域を振動させるための第１の発振回路と、
第２の電極及び共通電極間に接続され、圧電片における第２の電極及び共通電極間の振動領域を振動させるための第２の発振回路と、を備え共通電極は接地されることを特徴とする。

本発明の圧電センサによれば圧電片の一面側に互いに離間して設けられた計測用の第１の電極及び参照用の第２の電極と、前記圧電片の他面側に、第１の電極及び第２の電極に対向して設けられ、当該第１の電極及び第２の電極に対して共通な共通電極と、前記共通電極における第１の電極の投影領域内に形成され、試料流体中の感知対象物を吸着するための吸着層と、を備えている。従って、第１の電極と第２の電極とが当該試料流体に接して、当該試料流体により電気的に接続されることを防ぐことができるので、その結果として、圧電片の発振動作が信頼性の高いものとなる。従って、この圧電センサを感知装置に適用した場合、感知対象物の検知を高い信頼性をもって行うことができる。

実施の形態に係わる感知装置の外観構成図である。 上記感知装置に接続される水晶センサの外観構成図である。 前記水晶センサの縦断側面図である。 上記水晶センサに組み込まれる水晶振動子の平面図である。 前記水晶振動子にて抗原を感知する仕組みを表した説明図である。 試料溶液に浸漬された前記水晶振動子の側面図である。 上記水晶発振回路の構成例を示す回路図である。 感知装置のブロック図である。 他の水晶センサの縦断側面図である。 従来の感知装置の構成図である。 従来の他の感知装置の構成図である。 従来の水晶発振回路の回路図である。 前記水晶発振回路を構成する水晶振動子の側面図である。 前記水晶振動子のインピーダンスを示す説明図である。

（第１の実施形態）
以下、本実施の形態に係わる圧電振動子である水晶振動子を備えた感知装置として、例えば血液あるいは血清中の特定の抗原を感知する機能を備えた感知装置５について説明する。図１の外観構成図に示すように、感知装置５は発振回路ユニット４と装置本体６とを備えており、発振回路ユニット４はケーブル例えば同軸ケーブル５１を介して装置本体６に対して着脱自在に接続されている。装置本体６の筐体６１前面に設けられた表示部６２は、例えば周波数あるいは周波数の変化分等の測定結果を表示する役割を果たし、例えばＬＥＤ表示画面や液晶表示画面により構成されている。

発振回路ユニット４には、図２にその外観構成を、図３にその縦断側面を夫々示す水晶センサ３が着脱自在に接続される。水晶センサ３は後述のように圧電発振回路である水晶発振回路４０を構成し、水晶振動子２を含んでいる。水晶振動子２は例えばＡＴカットにより形成された円形の圧電片である水晶片２１と、例えば金からなる電極２２、２３、２４とから構成されている。

図４（ａ）、（ｂ）は水晶振動子２の夫々表面、裏面を示している。水晶振動子２の表面には円形の後述の各振動領域で共用される共通電極２２が形成されている。水晶振動子２の裏面には参照用の電極２３，計測用の電極２４が互いに離間して夫々形成されており、電極２３，２４は例えば一つの円が水晶片２１の直径に沿って分割された半円状に構成されている。電極２２の周の一部は水晶片２１の外方へと引き出され、水晶片２１の裏面に回り込むように形成されており、水晶振動子２が後述の基板３１に載置されたときに、この回り込んだ部分がその基板３１に形成された電極に接して、電気的に接続される。また、電極２３，２４の周の一部は水晶片２１の外方へ引き出されており、この引き出された部分が前記基板３１に形成された他の電極に接して、電気的に接続される。

電極２３、２４は夫々電極２２に対向し、水晶片２１において電極２３と共通電極２２との間の領域は第１の振動領域２５、電極２４と電極２２との間の領域は第２の振動領域２６を夫々なしている。共通電極２２は各振動領域２５、２６で共用され、電極２２、２３により第１の振動領域２５が、電極２２、２４により第２の振動領域２６が夫々個別に振動し、周波数信号を出力することができる。背景技術の項目で述べたように、電極２２、２３は、周波数温度特性を揃えるという目的を逸脱しない範囲において、互いの厚さをわずかに変えて主モードの発振周波数を例えば５０ｋＨｚ異ならせている。以下、第１の振動領域２５からの出力をチャンネル１、第２の振動領域２６からの出力をチャンネル２とする。

共通電極２２の表面には図４（ａ）及び図５に示すように抗原である感知対象物２８と選択的に反応して結合する抗体からなる吸着層（反応膜）２９が設けられている。この吸着層２９は、第２の振動領域２６における電極２４の共通電極２２表面への投影領域内に形成されており、吸着層２９に対して感知対象物２８が抗原抗体反応を起こして吸着されることによる質量負荷効果を利用して、第２の振動領域２６の第２の発振周波数「Ｆ２」を変化させることができる。この結果、前記チャンネル２からは、第２の発振周波数「Ｆ２」に対して、抗体の吸着及び温度変化の双方の影響を受けた発振周波数「Ｆ２’」を取り出すことができる。一方で、第１の振動領域２５においては感知対象物２８の吸着は起こらないので、前記チャンネル１からは第１の発振周波数「Ｆ１」に対して、温度変化のみの影響を受けた発振周波数「Ｆ１’」を取り出すことができる。なお、吸着層２９は前記投影領域内に形成されていれば、上記のように第１の振動領域から温度変化の影響を受けた周波数変化、第２の振動領域から温度変化及び後退の吸着の双方の影響を受けた周波数変化を取り出すという目的が妨げられない限り、その投影領域からはみ出していてもよい。

なお、電極２２において吸着層２９が形成されない領域には試料溶液中に含まれる感知対象物７１と反応しない抗体（タンパク質）からなるブロック層を設けて、前記第１の発振周波数「Ｆ１」の変化をより確実に防いでもよい。また吸着層２９が試料液中の感知対象物である抗原を捕捉するための抗体である場合には、電極２２上に当該抗原とは反応しないタンパク質を含む液を供給し、これにより電極２２上に当該タンパク質を付着させブロック層を形成しておいてもよい。このような処理を行うと、電極２２上の吸着層２９をなす抗体群の間にもブロック層をなすタンパク質が付着される。この結果試料液例えば血液や血清中の感知対象物以外の抗原などの他の成分が電極２２上に付着することを抑えることができ、より精度の高い測定を行うことができる。

図２、図３に戻って圧電センサである水晶センサ３の構成について説明する。水晶センサ３はその中央部に水晶振動子２の径よりも若干小さい径を有する貫通孔３１Ａが形成された支持部材である基板３１と、前記水晶振動子２と、その中央部に円形の貫通孔３４Ａが形成されたゴムシート３４と、上蓋ケース３５とにより構成されている。基板３１の裏面側には貫通孔３１Ａを塞ぐシート３１Ｂが設けられており、基板３１とシート３１Ｂにより凹部が形成されている。また、水晶振動子２は基板３１の表面側から貫通孔３１Ａを塞ぐように設けられており、前記貫通孔３４Ａの側壁をなす押圧部３４Ｂにより水晶振動子２の周縁部が基板３１における貫通孔３１Ａの外周部に押圧されるようにゴムシート３４が基板２１に積層され、さらに前記ゴムシート３３の上から上蓋ケース３６が装着されている。このような構成によって、前記貫通孔３１Ａ及びシート３１Ｂにより形成される空間が閉じた気密空間となり、水晶振動子２の裏面側がこの気密空間に接し、ランジュバン型の水晶センサが構成され、また当該水晶振動子２の電極２２，２３，２４が、プリント基板３１の一端側に向けて延伸されるように形成された電極である接続端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃに夫々電気的に接続される。

上蓋ケース３６には試料溶液２０の注入口３６Ａと試料溶液が注入されたことを確認する確認口３６Ｂとが設けられており、図６に示すように注入口３６Ａから試料溶液２０を注入することによって貫通孔３４Ａにより形成される水晶振動子２の表面側の空間３７に試料溶液２０を満たすことができ、水晶振動子２の電極２２が試料溶液２０に浸漬される。

このような水晶振動子２を備えた水晶センサ３は、発振回路ユニット４の筐体４１に接続されることにより水晶発振回路４０を構成する。図７の概略構成図に示すように水晶発振回路４０は、水晶振動子２の電極２３、２４を第１、第２の発振回路（増幅器）４１ａ、４１ｂと夫々接続することにより、第１、第２の振動領域２５、２６の振動に夫々対応した第１、第２の発振周波数を持つ周波数信号を出力することができる。また、水晶発振回路４０において共通電極２２は接地される。図中４２ａ，４２ｂは、各発振回路をなすトランジスタであり、図中４３ａ，４３ｂは各発振回路をなすコンデンサである。

ここで、水晶振動子２に設けられた第１の振動領域２５及び第２の振動領域２６は、同じ水晶センサ３内にて共通の試料溶液中に浸漬されるため、各々の領域２５ａ、２５ｂが置かれる温度条件はほぼ一致する。またこれらの領域２５、２６は共通の水晶片２上に設けられているので、第１の発振周波数「Ｆ１」と、第２の発振周波数「Ｆ２」とは互いにほぼ一致した周波数温度特性を示すようになっている。そして、水晶振動子２において２つの電極２３、２４が形成された裏面側は気密空間に面しており、この水晶振動子２において表面側に形成された共通電極２２のみが試料溶液２０に接している。従って背景技術に示したように試料溶液２０が電極間のインピーダンス成分として働くことがなく、電極２３，２４間は電気的に分離されているので、振動領域２５、２６は夫々独立して安定して発振することができ、これら振動領域２５、２６からは互いに近い周波数でありながら周波数が引き寄せられることなく高いＱ値をもって夫々の周波数に対応する周波数信号が取り出されて、各チャンネルから出力される。

図８は感知装置５のブロック図である。既述のように水晶センサ３内の水晶振動子２４と発振回路ユニット４内の発振回路４１ａ、４１ｂとが水晶発振回路４０を構成し、装置本体６に接続されている。装置本体６において水晶発振回路４０との接続部には測定回路部６３が設けられている。本例では測定回路部６３は入力信号である周波数信号をディジタル処理して、各チャンネルの発振周波数を測定する役割を果たす。

また測定回路部６３の前段には、各チャンネルからの出力信号を順次当該測定回路部６３に取り込むためのスイッチ部６４が設けられている。スイッチ部６４は、２つの発振回路４１ａ、４１ｂからの周波数信号を時分割して取り込む役割を果たし、各チャンネルの発振周波数を並行して求めることが可能となる。例えば１秒間をｎ分割（ｎは偶数）し、各チャンネルの発振周波数を１／ｎ秒の処理で順次求めることにより、厳密には完全に同時に測定しているわけではないが、１秒間に少なくとも１回以上周波数を取得しているため、実質同時に各チャンネルの周波数を取得することが可能となる。

装置本体６はデータバス６５を備えており、データバス６５にはＣＰＵ（中央演算処理装置）６６、データ処理プログラム６７を格納した記憶手段、第１メモリ６８、第２メモリ６９及び既述の測定回路部６３が接続されている。更にデータバス６５にはモニタ等の既述の表示部６２やキーボード等の入力手段６Ａが接続され、また図８には示していないが装置本体６はパーソナルコンピュータ等に接続されている。

データ処理プログラム６７は測定回路部６３から出力される信号に基づいて各チャンネルの発振周波数に係わる時系列データを取得し、第１メモリ６８に格納する役割を果たす。またこのデータ取得動作と同時に、同一の時間帯におけるチャンネル１から取得した発振周波数「Ｆ１’」、チャンネル２から取得した発振周波数「Ｆ２’」の各時系列データの差分「Ｆ１’−Ｆ２’」を夫々演算し、当該差分データの時系列データを取得して第２メモリ６９に格納する機能も備えている。また、ユーザの選択に応じてこれらのデータを表示部６２に表示することができるようにも構成されている。これらの機能を実現するＣＰＵ６６やデータ処理プログラム６７及び各メモリ６８、６９は発振周波数の変化分を測定する手段をなしている。

次に上述の構成を備えた感知装置５の作用について、血液あるいは血清中のある種の抗原の濃度を求める手法を例に挙げて説明する。まず装置本体６を起動し、水晶センサ３を発振回路ユニット４の差込み口に差し込むと、各振動領域２５、２５が発振を開始する。振動領域２５、２６に夫々設けられた電極２３、２４からは夫々の周波数に対応する周波数信号が取り出されて、各チャンネルから出力される。そしてこれら周波数信号は時分割されて、測定回路部６３に取り込まれ、Ａ／Ｄ変換された後、各ディジタル値が信号処理される。そして２つのチャンネルの周波数信号から、前記周波数「Ｆ１’、Ｆ２’」が取り出され、これらの周波数が略同時に（例えば１／２秒ずつ、ずれて）第１メモリ６８に記憶される動作が継続される。

次いでユーザが水晶センサ３に例えば食塩水を希釈液として注入すると、水晶振動子２の振動領域２５、２６の環境雰囲気が気相から液相に変わり、各チャンネルの周波数が低くなる。一方人体から採取した血清を例えば食塩水等の希釈液で例えば１００倍に希釈した試料溶液を用意しておき、これを水晶センサ３に注入する。この結果、吸着層（反応膜）２９が形成された第２の振動領域２６にて抗原抗体反応が進行する場合には、質量負荷効果により周波数「Ｆ２’」の値がさらに低下する。一方、第１の振動領域２５側のチャンネル１からは、試料溶液の温度に応じて変化する周波数「Ｆ１’」が出力される。上述のようにこのように水晶振動子２が試料溶液に浸漬されても、２つの電極２３，２４が形成された裏面は、この試料溶液に接しないので、試料溶液自体のインピーダンスにより、これら電極２３，２４が電気的に互いに結合することが防がれる。

このようにして各チャンネルから出力された周波数の時系列データは第１メモリ６８に記憶されると共に、チャンネル２の周波数「Ｆ２’」とチャンネル１の周波数「Ｆ１’」との差分が演算され、これら差分の時系列データが第２メモリ６９に記憶される。差分の周波数は、各チャンネルの周波数を順次取り込むタイミングの中で求めるようにしてもよく、例えばチャンネル１の周波数「Ｆ１’」を取り込み、次いでチャンネル２の周波数「Ｆ２’」を取り込んだ後、「Ｆ１’」から「Ｆ２’」を差し引いて、その差分を第２メモリ６９に書き込むといった手法でもよいし、各チャンネルの周波数の時系列データを取得した後、これらデータの時間軸を合わせて、差分の時系列データを作成してもよい。

続いて、例えばユーザが入力手段６Ａにより、各チャンネルの差分データを表示するコマンドを選択すると、第２メモリ６８の時系列データの中から、選択された差分データを表示部６２にグラフ化して表示する。こうした一連の動作の過程で環境温度が変化して各チャンネルからの周波数「Ｆ１’、Ｆ２’」が変化する場合であっても、この温度変化は共通の水晶振動子２に同じ条件で発生する。このため、これらの周波数の差分をとることにより温度変化の影響が相殺されるので、第２メモリ６９に記憶されている差分データにおける周波数の低下は、水晶片２１への抗原の吸着のみに起因するものであるといえる。また水晶発振回路４０を用いて取り除くことの可能な変動要因は温度変化に限られず、例えば外部から振動が加わった場合や試料溶液（血液や血清）の粘度が変化した場合等にも有効である。

このようにして表示された差分データの変化量に基づき、ユーザは予め求めていた発振周波数の変化量と感知対象物の濃度との関係式（検量線）を用いて感知対象物の濃度を求めることができる。ここで差分データの変化量の決定や検量線を用いた感知対象物の濃度の決定は感知装置５にて行ってもよいし、ユーザが例えば表示部６２に表示されたデータを読み取って行ってもよい。

本発明に係わる水晶センサ３によれば、水晶振動子２の第１の振動領域２５、第２の振動領域２６に夫々設けられ、これら振動領域２５、２６を励振させるための電極２３、２４が共に気密空間に接し、これらの振動領域２５、２６を励振させるために各振動領域２５、２６に設けられた共通電極２２のみが試料溶液に接している。従って、試料溶液のインピーダンスにより電極２３、２４が結合することがなく、第１の振動領域２５と、第２の振動領域２６とが電気的に分離され、互いに影響し合うことが抑えられ、第１、第２の振動領域２５，２６における発振動作が信頼性の高いものとなる。従って、水晶発振回路４０において、２つのチャンネルより取り出された各周波数信号中には一方の振動領域が他方の振動領域の振動の影響を受けることで発生する不要成分の出力が抑えられた状態となっている。このため感知装置５は、これらの周波数信号から周波数「Ｆ１’、Ｆ２’」を時系列データとして取得し、またこれらの周波数の差分の時系列データを演算する際の誤差要因が取り除かれて信頼性の高い測定結果を出力することができる。

ところで共通電極としては、水晶片の一面側に形成され、それが分割されていても互いに共通の電位になっていれば、その分割された電極間にインピーダンスによる結合の影響はないので、物理的に一枚になっていなくても共通電極と称する。例えば図９に他の例として示すように、水晶片２１の表面に互いに離間するように形成された２つの電極２２ａ，２２ｂは接地されている。このような電極２２ａ，２２ｂも共通電極に含まれる。この実施形態においても上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上記の水晶センサ３は、試料液体中の感知対象物を感知することに限られるものではなく、気体中の感知対象物を感知するものであってもよい。即ち本発明の感知装置は、試料流体中の感知対象物を感知するものである。更にまた、既述の実施形態は、試料液を水晶センサに収容して計測するタイプの感知装置であるが、本発明は水晶振動子の表面と、その表面側に設けられた壁部との間に通流空間を形成し、この空間内に試料液を流しながら測定を行うフロータイプの装置に対しても適用できる。

２ 水晶振動子
２０ 試料溶液
２１ 水晶片
２２ 共通電極
２３、２４ 電極
２５、２６ 振動領域
２８ 感知対象物
２９ 吸着層
３ 水晶センサ
３１ 基板
４０ 水晶発振回路
４１ａ，４１ｂ 発振回路
５ 感知装置
６ 装置本体

Claims (3)

1. 圧電片に設けられた電極上に形成された吸着層に試料流体中の感知対象物を吸着させ、圧電片の固有振動数の変化に基づいて感知対象物を感知する圧電センサにおいて、
   前記圧電片の一面側に互いに離間して設けられた計測用の第１の電極及び参照用の第２の電極と、
   前記圧電片の他面側に、第１の電極及び第２の電極に対向して設けられ、当該第１の電極及び第２の電極に対して共通な共通電極と、
   前記共通電極における第１の電極の投影領域内に形成され、前記感知対象物を吸着するための吸着層と、
   を備えたことを特徴とする圧電センサ。
2. 前記圧電片を支持する支持部材を備え、前記第１の電極及び第２の電極は、支持部材の凹部により構成される閉じた空間に位置していることを特徴とする請求項１記載の圧電センサ。
3. 請求項１または２に記載の圧電センサと、第１の電極及び共通電極間に接続され、圧電片における第１の電極及び共通電極間の振動領域を振動させるための第１の発振回路と、
   第２の電極及び共通電極間に接続され、圧電片における第２の電極及び共通電極間の振動領域を振動させるための第２の発振回路と、
   備え、
   共通電極は接地されることを特徴とする感知装置。

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