JP2010185772A - Sensor element and sensor device including the same - Google Patents
Sensor element and sensor device including the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010185772A JP2010185772A JP2009030022A JP2009030022A JP2010185772A JP 2010185772 A JP2010185772 A JP 2010185772A JP 2009030022 A JP2009030022 A JP 2009030022A JP 2009030022 A JP2009030022 A JP 2009030022A JP 2010185772 A JP2010185772 A JP 2010185772A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- metal thin
- sensor element
- substrate
- vibrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、センサー素子およびそれを備えたセンサー装置に関し、特に、金属薄膜を用いたセンサー素子およびそれを備えたセンサー装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor element and a sensor device including the sensor element, and more particularly to a sensor element using a metal thin film and a sensor device including the sensor element.
従来、電極を用いずに無線によって圧電振動子の共振周波数等の音響量の変化を検出して検出対象物を検知する共振振動子質量検出装置が知られている(特許文献1)。 Conventionally, there is known a resonance vibrator mass detection device that detects a detection target by detecting a change in an acoustic amount such as a resonance frequency of a piezoelectric vibrator wirelessly without using an electrode (Patent Document 1).
この共振振動子質量検出装置は、圧電振動子と、試料供給手段と、電場供給手段と、信号解析部とを備える。電場供給手段は、電圧を入力する入力手段と、圧電振動子の振動を受信する受信手段とを有する。 The resonance vibrator mass detection apparatus includes a piezoelectric vibrator, a sample supply unit, an electric field supply unit, and a signal analysis unit. The electric field supply means has an input means for inputting a voltage and a receiving means for receiving the vibration of the piezoelectric vibrator.
圧電振動子は、振動電場が付与されると、圧電効果によって振動する。試料供給手段は、圧電振動子の表面に試料物質を供給する。電場供給手段の入力手段は、電圧を入力して振動電場を圧電振動子に印加する。電場供給手段の受信手段は、圧電振動子の振動を受信する。信号解析部は、受信手段によって受信された圧電振動子の振動に基づいて、検出対象物が圧電振動子に付着することによる共振周波数等の音響量の変化を検出して検出対象物を検知する。 The piezoelectric vibrator vibrates due to the piezoelectric effect when an oscillating electric field is applied. The sample supply means supplies a sample material to the surface of the piezoelectric vibrator. The input means of the electric field supply means inputs a voltage and applies the oscillating electric field to the piezoelectric vibrator. The receiving means of the electric field supply means receives the vibration of the piezoelectric vibrator. The signal analysis unit detects a detection target by detecting a change in an acoustic amount such as a resonance frequency caused by the detection target attached to the piezoelectric vibrator based on the vibration of the piezoelectric vibrator received by the receiving unit. .
そして、共振振動子質量検出装置の感度は、圧電振動子の厚みの2乗に反比例する。 The sensitivity of the resonance vibrator mass detection device is inversely proportional to the square of the thickness of the piezoelectric vibrator.
しかし、従来の圧電振動子を用いた共振振動子質量検出装置においては、機械強度を保持するために圧電振動子の厚みを数十μmよりも薄くことが困難であり、その結果、共振振動子質量検出装置の感度が低いという問題があった。 However, in a conventional resonant vibrator mass detection device using a piezoelectric vibrator, it is difficult to reduce the thickness of the piezoelectric vibrator to several tens of μm in order to maintain mechanical strength. There was a problem that the sensitivity of the mass detector was low.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、感度を向上可能なセンサー素子を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a sensor element capable of improving sensitivity.
また、この発明の別の目的は、感度を向上可能なセンサー素子を備えたセンサー装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a sensor device including a sensor element capable of improving sensitivity.
この発明によれば、センサー素子は、振動子と、保持部材とを備える。保持部材は、振動子を保持し、振動子にレーザ光を照射するための開口部を有する。振動子は、第1の金属薄膜、あるいは、基板と、第1の金属薄膜とを含む。第1の金属薄膜は、基板上に形成されるとともに、検出対象物を補足するたんぱく質が固定される表面を有し、レーザ光の照射により振動する。 According to this invention, the sensor element includes the vibrator and the holding member. The holding member has an opening for holding the vibrator and irradiating the vibrator with laser light. The vibrator includes a first metal thin film or a substrate and a first metal thin film. The first metal thin film is formed on the substrate and has a surface on which a protein supplementing the detection target is fixed, and vibrates when irradiated with laser light.
好ましくは、第1の金属薄膜は、基板に接して形成されている。あるいは、一部の基板が除去され、その部分が振動する状態にある。 Preferably, the first metal thin film is formed in contact with the substrate. Alternatively, a part of the substrate is removed and the part vibrates.
好ましくは、振動子は、第2の金属薄膜をさらに含む。第2の金属薄膜は、第1の金属薄膜が形成された基板の面と反対面に形成される。 Preferably, the vibrator further includes a second metal thin film. The second metal thin film is formed on the surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal thin film is formed.
好ましくは、振動子は、第2の金属薄膜をさらに含む。第2の金属薄膜は、第1の金属薄膜が形成された基板の面と反対面の一部の領域に形成される。そして、第1の金属薄膜と第2の金属薄膜との距離は、基板の厚みよりも小さい。 Preferably, the vibrator further includes a second metal thin film. The second metal thin film is formed in a partial region on the surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal thin film is formed. The distance between the first metal thin film and the second metal thin film is smaller than the thickness of the substrate.
好ましくは、第2の金属薄膜は、第1の金属薄膜と異なる金属からなる。 Preferably, the second metal thin film is made of a metal different from the first metal thin film.
好ましくは、基板は、絶縁物または半導体からなる。 Preferably, the substrate is made of an insulator or a semiconductor.
好ましくは、振動子は、薄膜をさらに含む。薄膜は、基板と第1の金属薄膜との間に配置され、基板および第1の金属薄膜に接して形成される。基板は、基板の厚み方向に形成され、薄膜の第1の金属薄膜との接触面と反対面の一部を露出させるための開口部をさらに含む。 Preferably, the vibrator further includes a thin film. The thin film is disposed between the substrate and the first metal thin film, and is formed in contact with the substrate and the first metal thin film. The substrate further includes an opening formed in the thickness direction of the substrate and exposing a part of the surface opposite to the contact surface of the thin film with the first metal thin film.
好ましくは、薄膜は、絶縁物または半導体からなる。 Preferably, the thin film is made of an insulator or a semiconductor.
好ましくは、第1の金属薄膜は、複数の金属薄膜片からなる。 Preferably, the first metal thin film is composed of a plurality of metal thin film pieces.
好ましくは、第1の金属薄膜は、酸に対して耐性を有する金属からなる。 Preferably, the first metal thin film is made of a metal resistant to acids.
好ましくは、センサー素子は、第1の金属薄膜の表面に固定されたたんぱく質をさらに備える。 Preferably, the sensor element further includes a protein immobilized on the surface of the first metal thin film.
また、この発明によれば、センサー装置は、センサー素子と、第1および第2の光源と、検出器とを備える。センサー素子は、検出対象物を補足する。第1の光源は、レーザ光からなる励起光をセンサー素子に照射する。第2の光源は、レーザ光からなるプローブ光をセンサー素子に照射する。検出器は、プローブ光のセンサー素子からの反射光を受け、その受けた反射光に基づいてセンサー素子の音響量を検出し、その検出した音響量の変動に基づいて検出対象物を検出する。センサー素子は、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のセンサー素子からなる。第1および第2の光源は、第1の金属薄膜と反対側からそれぞれ励起光およびプローブ光をセンサー素子に照射する。 According to the invention, the sensor device includes a sensor element, first and second light sources, and a detector. The sensor element supplements the detection object. The first light source irradiates the sensor element with excitation light composed of laser light. The second light source irradiates the sensor element with probe light including laser light. The detector receives the reflected light of the probe light from the sensor element, detects the acoustic amount of the sensor element based on the received reflected light, and detects the detection object based on the detected variation in the acoustic amount. A sensor element consists of a sensor element given in any 1 paragraph of Claims 1-11. The first and second light sources irradiate the sensor element with excitation light and probe light from the opposite side of the first metal thin film, respectively.
この発明によるセンサー素子は、支持部材によって保持された振動子を備え、振動子は、基板上に形成された第1の金属薄膜を含む。そして、第1の金属薄膜は、レーザ光の照射によって振動し、検出対象物が第1の金属薄膜に付着すれば、共振周波数等の音響応答が変動するので、第1の金属薄膜における共振周波数等の音響応答の変動をレーザ光を用いて検出することによって検出対象物が第1の金属薄膜に付着したことを検知可能である。また、第1の金属薄膜が振動するときの共振周波数等の音響応答の変動は、第1の金属薄膜の膜厚の自乗に反比例し、この発明によるセンサー素子においては、第1の金属薄膜は、基板上に形成されるので、第1の金属薄膜の膜厚を薄くできる。 The sensor element according to the present invention includes a vibrator held by a support member, and the vibrator includes a first metal thin film formed on a substrate. The first metal thin film vibrates by irradiation with laser light, and if the detection target adheres to the first metal thin film, the acoustic response such as the resonance frequency fluctuates. Therefore, the resonance frequency in the first metal thin film It is possible to detect that the object to be detected has adhered to the first metal thin film by detecting the fluctuation of the acoustic response using the laser beam. In addition, the fluctuation of the acoustic response such as the resonance frequency when the first metal thin film vibrates is inversely proportional to the square of the film thickness of the first metal thin film. In the sensor element according to the present invention, the first metal thin film is Since it is formed on the substrate, the thickness of the first metal thin film can be reduced.
したがって、この発明によれば、検出対象物を検出するときの感度を向上できる。 Therefore, according to this invention, the sensitivity at the time of detecting a detection target object can be improved.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態によるセンサー素子の側面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態によるセンサー素子10は、支持部材1,3と、振動子2とを備える。
FIG. 1 is a side view of a sensor element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
支持部材1は、たとえば、テフロン(登録商標)からなり、流路11,12と、開口部13と、保持部14とを有する。
The
流路11,12の各々は、支持部材1を貫通する。開口部13は、支持部材1の裏面1Bから保持部14まで支持部材1を貫通する。保持部14は、支持部材1の表面1A側に設けられる。
Each of the
振動子2は、略四角形の平面形状を有し、支持部材1の保持部14によって保持される。
The
支持部材3は、たとえば、テフロン(登録商標)からなり、液溜部31を表面3A側に有する。
The
そして、支持部材1,3は、支持部材1の表面1Aと支持部材3の表面3Aとが接するようにネジ(図示せず)によって固定される。
The
なお、図1には図示されていないが、1mmの厚みを有するシリコンゴムが保持部14に沿って支持部材1,3間に挿入されている。このシリコンゴムは、溶液が液溜部31に流入した場合に溶液が外部へ漏れるのを防止する。
Although not shown in FIG. 1, silicon rubber having a thickness of 1 mm is inserted between the
図2は、図1に示すA方向から見た支持部材1の平面図である。図2を参照して、支持部材1は、略四角形の平面形状を有する。そして、支持部材1に設けられた流路11,12および開口部13の各々は、円形である。流路11,12の各々は、約2mmの直径を有し、開口部13は、約5mmの直径を有する。
FIG. 2 is a plan view of the
図3は、図1に示すB方向から見た支持部材1の平面図である。図3を参照して、保持部14は、略四角形の平面形状を有し、支持部材1の中央部に配置される。そして、保持部14は、振動子2の大きさと略同じ大きさを有する。
FIG. 3 is a plan view of the
開口部13は、保持部14の中央部に配置される。また、流路11は、保持部14の一方側に配置され、流路12は、保持部14の他方側に配置される。
The
図4は、図3に示す線IV−IV間における支持部材1の断面図である。図4を参照して、保持部14は、支持部材1の表面1A側に形成された凹部からなる。そして、開口部13は、保持部14に連通している。
4 is a cross-sectional view of the
保持部14は、振動子2の大きさと略同じ大きさを有するため、振動子2を保持部14に挿入することによって振動子2は、保持部14によって保持される。
Since the holding
図5は、図1に示すA方向から見た支持部材3の平面図である。また、図6は、図5に示す線VI−VI間における支持部材3の断面図である。
FIG. 5 is a plan view of the
図5および図6を参照して、支持部材3は、表面3A側に凹部32を有する。凹部32は、支持部材3の中央部に設けられ、保持部14よりも大きい大きさを有する。
Referring to FIGS. 5 and 6,
支持部材3は、表面3Aが支持部材1の表面1Aに接するように支持部材1と固定されることによって、凹部32は、振動子2との間で液溜部31を形成する。
The
図7は、図1に示す振動子2の断面図である。図2を参照して、振動子2は、基板21と、金属薄膜22とからなる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
基板21は、たとえば、ガラスからなる。そして、基板21は、約0.5mmの厚みを有する。
The
金属薄膜22は、白金(Pt)または金(Au)からなり、10〜100nmの膜厚を有する。そして、金属薄膜22は、蒸着によって基板21の表面に形成される。
The metal
このように、振動子2は、透明な基板21を備えるので、レーザ光を基板21側から金属薄膜22に照射可能である。
As described above, since the
振動子2を保持部14に挿入する場合、振動子2の基板21だけが保持部14に挿入される。そして、支持部材1の保持部14は、支持部材1の表面1Aから基板21の厚みよりも若干大きい距離だけ窪んでいる。そして、支持部材1と振動子2との間にシリコンゴムを挿入し、ネジで締め付けることで溶液漏れを防ぐ。
When the
したがって、振動子2は、基板21だけが支持部材1に接し、金属薄膜22は、支持部材1に接しない。その結果、レーザ光が基板21側から金属薄膜22に照射された場合、金属薄膜22は、振動することができる。
Therefore, in the
レーザ光の照射によって金属薄膜22が振動する機構について説明する。PtまたはAuからなる金属薄膜22を振動させるためにレーザ光をピコ秒オーダーの時間だけ金属薄膜22に照射する。
A mechanism in which the metal
たとえば、約100フェムト(10−15)秒の時間だけレーザ光を金属薄膜22に照射すると、金属薄膜22のうち、照射部分の温度が瞬間的に上昇し、熱応力が金属薄膜22に発生する。
For example, when the metal
そうすると、この熱応力が音源となって主に金属薄膜22の膜厚方向に縦波が伝搬する。そして、縦波は、金属薄膜22内を多重反射し、定在波(共振)モードが金属薄膜22内で発生する。その結果、金属薄膜22は、振動する。
Then, this thermal stress becomes a sound source, and a longitudinal wave propagates mainly in the film thickness direction of the metal
次に、金属薄膜22内で発生した振動を検出する方法について説明する。この振動を検出する方法としてパルスエコー法、共振法およびブリルアン振動法の3つの方法がある。
Next, a method for detecting vibrations generated in the metal
(i)パルスエコー法
まず、パルスエコー法について説明する。この方法は、膜厚が50nm以上の薄膜に対して適用される。
(I) Pulse Echo Method First, the pulse echo method will be described. This method is applied to a thin film having a thickness of 50 nm or more.
そして、パルスエコー法は、ポンプ光を薄膜に照射することによって薄膜に発生した弾性パルス波が薄膜内を多重反射するエコーを計測し、エコーの振幅から減衰を評価する方法である。 The pulse echo method is a method for measuring an echo in which an elastic pulse wave generated in a thin film by irradiating the thin film with pump light is reflected in the thin film and evaluating the attenuation from the amplitude of the echo.
図8は、パルスエコーの測定結果を示す図である。図8において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。なお、図8に示す測定結果は、シリコン(Si)上に形成された70nmの膜厚を有するPtにおける測定結果である。 FIG. 8 is a diagram showing a measurement result of pulse echo. In FIG. 8, the vertical axis represents reflectance, and the horizontal axis represents time. In addition, the measurement result shown in FIG. 8 is a measurement result in Pt which has a film thickness of 70 nm formed on silicon (Si).
図8を参照して、反射率は、約33psごとに大きく変化しており、この時間間隔で弾性波が薄膜内を一往復していることがわかる。 Referring to FIG. 8, the reflectance changes greatly every about 33 ps, and it can be seen that the elastic wave reciprocates once in the thin film at this time interval.
そして、図8に示す反射率において、反射率が低下したときの時刻や反射率を用いて共振周波数や減衰等の音響量を求める。また、図8に示す反射率をフーリエ変換して共振周波数等の音響量を求める。 Then, in the reflectance shown in FIG. 8, the acoustic amount such as the resonance frequency and attenuation is obtained using the time when the reflectance is reduced and the reflectance. Also, the acoustic quantity such as the resonance frequency is obtained by Fourier transforming the reflectance shown in FIG.
(ii)共振法
次に、共振法について説明する。この方法は、第一薄膜の膜厚が50nmよりも薄い薄膜に対して適用される。また、第一薄膜と基板、さらには、第一薄膜と基板と第二薄膜が振動する場合にも適用される。この場合、全体の膜厚は、200nm程度である。
(Ii) Resonance Method Next, the resonance method will be described. This method is applied to a thin film whose first thin film is thinner than 50 nm. The present invention is also applied to the case where the first thin film and the substrate, and further, the first thin film, the substrate and the second thin film vibrate. In this case, the total film thickness is about 200 nm.
そして、共振法は、パルス幅がピコ秒オーダーである極短パルス光を第一または第二薄い薄膜に照射することによって振動子内に発生した共振モードを反射率の変化から観測するものである。 The resonance method is to observe the resonance mode generated in the vibrator from the change in reflectance by irradiating the first or second thin film with ultrashort pulsed light having a pulse width of the order of picoseconds. .
図9は、音響フォノン共鳴振動の測定結果を示す図である。また、図10は、図9に示すスペクトルをフーリエ変換したときのスペクトルを示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing measurement results of acoustic phonon resonance vibration. FIG. 10 is a diagram showing a spectrum when the spectrum shown in FIG. 9 is Fourier transformed.
図9において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。また、図10において、縦軸は、振幅を表し、横軸は、周波数を表す。 In FIG. 9, the vertical axis represents reflectance, and the horizontal axis represents time. In FIG. 10, the vertical axis represents amplitude, and the horizontal axis represents frequency.
なお、図9および図10においては、5.6nm、13nmおよび34nmの膜厚を有するPt薄膜内で発生した音響フォノン振動の測定結果を示す。 9 and 10 show the measurement results of the acoustic phonon vibration generated in the Pt thin film having film thicknesses of 5.6 nm, 13 nm, and 34 nm.
図9を参照して、ポンプ光(=励起光)を照射後、Pt薄膜内で共振が発生していることがわかる。また、図9に示すスペクトルをフーリエ変換すると、図10に示すスペクトルが得られる。したがって、図10に示すスペクトルからPt薄膜の共振周波数等の音響量を求めることができる。 Referring to FIG. 9, it can be seen that resonance occurs in the Pt thin film after irradiation with pump light (= excitation light). Moreover, if the spectrum shown in FIG. 9 is Fourier-transformed, the spectrum shown in FIG. 10 will be obtained. Therefore, the acoustic quantity such as the resonance frequency of the Pt thin film can be obtained from the spectrum shown in FIG.
なお、Pt薄膜の共振周波数等の音響量は、図9に示すスペクトルにおいて、ある反射率が得られる1つの時間を用いて求められてもよい。 Note that the acoustic quantity such as the resonance frequency of the Pt thin film may be obtained using one time during which a certain reflectance is obtained in the spectrum shown in FIG.
(iii)ブリルアン振動法
最後に、ブリルアン振動法について説明する。この方法は、弾性波による光の回折現象を利用しており、透明・半透明薄膜(酸化物および半導体)に対して非常に有効な手法である。
(Iii) Brillouin vibration method Finally, the Brillouin vibration method will be described. This method utilizes the diffraction phenomenon of light by elastic waves, and is a very effective technique for transparent and translucent thin films (oxides and semiconductors).
図11は、ブリルアン振動法の概念図である。図11を参照して、試料表面に10nm程度の薄いAl等の薄膜からなる金属薄膜を成膜し、ポンプ光をその金属薄膜に照射する。そうすると、薄膜の熱膨張により膜厚方向に縦波超音波が励起される。 FIG. 11 is a conceptual diagram of the Brillouin vibration method. Referring to FIG. 11, a metal thin film made of a thin film such as Al having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of the sample, and the metal thin film is irradiated with pump light. Then, longitudinal wave ultrasonic waves are excited in the film thickness direction by the thermal expansion of the thin film.
縦波は、粗密波であり、物質内の電荷密度もこれと同じ波長で分布する。つまり、屈折率も、この波長で変化するために、光から見れば超音波は、いわゆる回折格子である。この状態でプローブ光が薄膜内に入射されると、プローブ光の一部は、表面で反射するが、Al薄膜(=金属薄膜)が薄いために、プローブ光の大部分は、試料内に透過して超音波によって回折される。 The longitudinal wave is a dense wave, and the charge density in the material is also distributed at the same wavelength. That is, since the refractive index also changes at this wavelength, the ultrasonic wave is a so-called diffraction grating when viewed from light. When the probe light is incident on the thin film in this state, a part of the probe light is reflected on the surface, but since the Al thin film (= metal thin film) is thin, most of the probe light is transmitted into the sample. Then, it is diffracted by ultrasonic waves.
回折条件は、光の物質内での波長(λ0/n)が超音波の波長(λa)の2倍に等しいときである。ここで、nは、プローブ光に対する物質の屈折率を表す。 The diffraction condition is when the wavelength (λ 0 / n) in the light substance is equal to twice the wavelength (λ a ) of the ultrasonic wave. Here, n represents the refractive index of the substance with respect to the probe light.
超音波が薄膜内部へ進行すると、回折光は、金属薄膜の表面で反射された反射光と干渉し、反射率に振動が生じる。この振動をブリルアン振動と言う。ブリルアン振動の周波数fBOは、次式によって表わされる。 When the ultrasonic wave advances into the thin film, the diffracted light interferes with the reflected light reflected from the surface of the metal thin film, and the reflectance is vibrated. This vibration is called Brillouin vibration. The Brillouin vibration frequency f BO is expressed by the following equation.
fBO=2nva/λ0・・・(1)
なお、vaは、物質内における音速である。
f BO = 2nv a / λ 0 (1)
Incidentally, v a is the velocity of sound in the material.
図12は、ブリルアン振動の測定例を示す図である。図12において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。 FIG. 12 is a diagram illustrating a measurement example of Brillouin vibration. In FIG. 12, the vertical axis represents the reflectance, and the horizontal axis represents time.
なお、図12に示すスペクトルは、Si基板上に形成された酸化シリコン(SiO2)からのブリルアン振動を示す。 The spectrum shown in FIG. 12 shows Brillouin vibration from silicon oxide (SiO 2 ) formed on the Si substrate.
図12を参照して、低周波(〜45GHz)の振動の後、高周波(〜450GHz)の振動が観測されている。前者は、SiO2薄膜からのブリルアン振動であり、後者は、Si基板からのブリルアン振動である。 Referring to FIG. 12, high frequency (˜450 GHz) vibration is observed after low frequency (˜45 GHz) vibration. The former is Brillouin vibration from the SiO 2 thin film, and the latter is Brillouin vibration from the Si substrate.
Siは、SiO2よりも屈折率および音速が大きいため、高い周波数のブリルアン振動が観測される。 Since Si has a higher refractive index and sound speed than SiO 2 , high-frequency Brillouin oscillation is observed.
なお、Si基板における振動が減衰しているのは、超音波の減衰ではなく、光が急激に減衰するためである。 The reason why the vibration in the Si substrate is attenuated is not the attenuation of the ultrasonic wave but the attenuation of light abruptly.
そして、図12に示す反射率において、ある反射率が得られる1つの時間を用いて共振周波数等の音響量を求める。また、図12に示す反射率をフーリエ変換して共振周波数を求める。 Then, in the reflectance shown in FIG. 12, an acoustic quantity such as a resonance frequency is obtained using one time during which a certain reflectance is obtained. Further, the resonance frequency is obtained by Fourier transforming the reflectance shown in FIG.
この発明の実施の形態においては、上述したパルスエコー法、共振法およびブリルアン振動法のいずれかの方法を用いて試料内で発生した振動の共振周波数等の音響量を検出する。この場合、金属薄膜22の膜厚が50nm以上であるとき、パルスエコー法が用いられ、金属薄膜22の膜厚が50nmよりも薄いとき、共振法が用いられ、ブリルアン振動法は、金属薄膜22の膜厚に無関係に用いられる。
In the embodiment of the present invention, the acoustic quantity such as the resonance frequency of the vibration generated in the sample is detected using any one of the above-described pulse echo method, resonance method, and Brillouin vibration method. In this case, the pulse echo method is used when the film thickness of the metal
図13は、図1に示すセンサー素子10を用いた検出対象物の検出方法を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a detection target object detection method using the
図13を参照して、センサー素子10の金属薄膜22の表面に分子Bを固定する。そして、センサー素子10の基板21側からレーザ光(=ポンプ光)を金属薄膜22に照射する。これによって、金属薄膜22内で振動が発生する。そして、レーザ光(プローブ光)を基板21側から金属薄膜22に照射し、上述した3つの方法のいずれかを用いて金属薄膜22内で発生した振動の共振周波数等の音響量を検出する。
Referring to FIG. 13, molecule B is fixed on the surface of metal
その後、分子Aを流路11を介して液溜部31に注入すると、分子Aは、分子Bと反応し、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成される。そうすると、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成された状態でレーザ光(=プローブ光)を照射し、上述した3つの方法のいずれかを用いて金属薄膜22内における振動の共振周波数等の音響量を検出する。
Thereafter, when the molecule A is injected into the
複合体(AB)は、分子Bよりも質量が大きいので、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成されたときの複合体(AB)および金属薄膜22の全体の質量は、分子Bおよび金属薄膜22の全体の質量よりも大きい。
Since the composite (AB) has a mass larger than that of the molecule B, the total mass of the composite (AB) and the metal
その結果、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成されたときの共振周波数等の音響量は、分子Bが金属薄膜22の表面に固定されているときの共振周波数等の音響量から変化する。
As a result, the acoustic quantity such as the resonance frequency when the composite (AB) is formed on the surface of the metal
したがって、分子Aをセンサー素子10に注入することによる共振周波数等の音響量の変動Δfを検出し、分子Aを検知する。
Therefore, the fluctuation Af of the acoustic quantity such as the resonance frequency caused by injecting the molecule A into the
この場合、共振周波数等の音響量が変化する速さは、分子Aと分子Bとの反応速度定数を表すことになる。 In this case, the speed at which the acoustic quantity such as the resonance frequency changes represents the reaction rate constant between the molecule A and the molecule B.
図14は、図1に示すセンサー素子10の金属薄膜22における振動の実測例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an actual measurement example of vibration in the metal
図14において、縦軸は、振幅を表し、横軸は、時間を表す。図14に示すスペクトルは、黄色ブドウ球菌プロテインAを金属薄膜22に固定し、ヒト免疫グロブリンG(ヒトIgG)を注入したときの金属薄膜22の振動を示す。
In FIG. 14, the vertical axis represents amplitude and the horizontal axis represents time. The spectrum shown in FIG. 14 shows the vibration of the metal
図14を参照して、金属薄膜22内における振動は、ヒト免疫グロブリンG(ヒトIgG)を注入した後、大きく変化している。プロテインAは、比較的高い親和性によりヒト免疫グロブリンG(ヒトIgG)と結合するため、IgG分子がセンサー素子10に結合し、振幅等の音響量変化が生じる。
Referring to FIG. 14, the vibration in the metal
図14に示す振動の振幅を周波数変化に換算すると、従来の圧電振動体を用いたときの周波数変化の1万倍を上回ることに相当する。 When the amplitude of the vibration shown in FIG. 14 is converted into a frequency change, it corresponds to exceeding 10,000 times the frequency change when the conventional piezoelectric vibrator is used.
検出対象物が付着する前後の共振周波数等の音響量の変化Δfは、振動子(=金属薄膜22)の膜厚の自乗に反比例する。また、金属薄膜22の膜厚は、ナノメートルオーダーであり、従来の圧電振動体の厚みの約1000分の1である。
The change Δf in the acoustic amount such as the resonance frequency before and after the detection object adheres is inversely proportional to the square of the film thickness of the vibrator (= metal thin film 22). The thickness of the metal
したがって、センサー素子10における共振周波数等の音響量の変化Δf(=感度)は、従来のセンサーに対して百万倍となる。
Therefore, the change Δf (= sensitivity) of the acoustic amount such as the resonance frequency in the
図15は、この発明の実施の形態によるセンサー装置の概略図である。図15を参照して、この発明の実施の形態によるセンサー装置100は、センサー素子10と、レーザ光源110と、2分の1波長板111と、偏光ビームスプリッタ112と、反射板113,115,116,121〜123と、コーナーリフレクタ114と、レンズ118,120と、音響光学結晶117と、非線形光学結晶119と、ビームスプリッタ124と、ハーモニックセパレータ125と、対物レンズ126と、検出器127とを備える。
FIG. 15 is a schematic diagram of a sensor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15,
レーザ光源110は、たとえば、チタン・サファイアパルスレーザからなり、波長800nmのパルス光(パルス幅:ピコ秒オーダー)を生成し、その生成したパルス光を2分の1波長板111へ出射する。
The
2分の1波長板111は、レーザ光源110から受けたパルス光の偏光面を90°回転し、その偏光面を回転したパルス光を偏光ビームスプリッタ112へ導く。
The half-
偏光ビームスプリッタ112は、2分の1波長板111から受けたパルス光を反射板113へ透過するとともにレンズ118の方向へ反射する。
The
反射板113は、偏光ビームスプリッタ112から受けたパルス光をコーナーリフレクタ114へ反射する。
The
コーナーリフレクタ114は、反射板113から受けたパルス光の光路を調整してパルス光を反射板115へ導く。
The
反射板115は、コーナーリフレクタ114から受けたパルス光を反射板116の方向へ反射する。
The
反射板116は、反射板115から受けたパルス光を音響光学結晶117の方向へ反射する。
The reflecting
音響光学結晶117は、反射板116から受けたパルス光を変調し、その変調したパルス光をハーモニックセパレータ125へ出射する。
The acousto-
レンズ118は、偏光ビームスプリッタ112から受けたパルス光を平行光にして非線形光学結晶119へ出射する。
The
非線形光学結晶119は、レンズ118から受けたパルス光を倍波(波長=400nm)にしてレンズ120へ出射する。
The nonlinear optical crystal 119 emits the pulsed light received from the
レンズ120は、非線形光学結晶119から受けたパルス光を反射板121に導く。
The
反射板121は、レンズ120から受けたパルス光をビームスプリッタ124の方向へ反射する。
The
反射板122は、反射板123から受けた光を検出器127の方向へ反射する。
The
反射板123は、ビームスプリッタ124から受けた光を反射板122の方向へ反射する。
The
ビームスプリッタ124は、反射板121から受けたパルス光を2つのパルス光に分離し、一方のパルス光をハーモニックセパレータ125へ導くとともに、他方のパルス光を参照光として検出器8127へ導く。また、ビームスプリッタ124は、ハーモニックセパレータ125から受けた光を反射板123の方向へ反射する。
The
ハーモニックセパレータ125は、音響光学結晶117から受けたパルス光を対物レンズ126へ導くとともに、ビームスプリッタ124から受けたパルス光を対物レンズ126へ導き、センサー素子10における反射光をビームスプリッタ124へ導く。
The
対物レンズ126は、ハーモニックセパレータ125から受けた光を集光し、その集光した光をセンサー素子10の振動子2に基板21側から照射する。
The
検出器127は、ビームスプリッタ124から参照光を受け、センサー素子10による反射光を反射板122から受ける。そして、検出器127は、反射光から参照光を減算し、その減算後の光をロックインアンプに入力し、変調周波数成分を抽出する。
The
レーザ光源110は、2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、反射板113、コーナーリフレクタ114、反射板115,116、音響光学結晶117、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を介して、波長800nmのレーザ光LS1をセンサー素子10の振動子2に照射する。これによって、振動子2の金属薄膜22内で振動が生じる。したがって、レーザ光LS1は、ポンプ光(=励起光)と呼ばれる。
The
また、レーザ光源110は、2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、レンズ118、非線形光学結晶119、レンズ120、反射板121、ビームスプリッタ124、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を介して、波長400nmのレーザ光LS2をセンサー素子10の振動子2に照射する。そして、レーザ光LS2の反射光は、ビームスプリッタ124および反射板123,122を介して検出器127に導かれる。そして、検出器127は、レーザ光LS2の反射光から参照光を減算してセンサー素子10の振動子2の共振周波数等の音響量を求める。したがって、レーザ光LS2は、プローブ光と呼ばれる。
Further, the
センサー装置100においては、検出器127は、センサー素子10の流路11から検出対象物を含む溶液を流入しない状態で上述した方法によって振動子2の共振周波数等の音響量f0を検出する。
In the
その後、検出対象物を含む溶液が流路11から液溜部31に流入される。そして、検出器127は、検出対象物を含む溶液が液溜部31に溜まった状態で上述した方法によって振動子2の共振周波数等の音響量fmを検出し、その検出した共振周波数等の音響量fmが共振周波数等の音響量f0から変動していることを検知することにより、検出対象物を検出する。
Thereafter, a solution containing the detection object flows from the
図16は、他の振動子を示す断面図である。この発明の実施の形態においては、センサー装置10は、振動子2に代えて図16に示す振動子2A,2B,2Cのいずれかを備えていてもよい。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing another vibrator. In the embodiment of the present invention, the
図16の(a)を参照して、振動子2Aは、図7に示す振動子2に金属薄膜23を追加したものであり、その他は、振動子2と同じである。金属薄膜23は、金属薄膜22が形成された基板21の一主面と反対の面に形成される。そして、金属薄膜23は、たとえば、Alからなり、10〜100nmの膜厚を有する。すなわち、金属薄膜23は、金属薄膜22と異なる金属からなる。
Referring to FIG. 16A, the
振動子2Aがセンサー素子10に用いられる場合、検出対象物を補足するための抗体等のたんぱく質が金属薄膜22の表面に固定され、レーザ光LS1,LS2は、金属薄膜23側から振動子2Aに照射される。
When the
レーザ光LS1が照射されると、金属薄膜23内において、上述した縦波が金属薄膜23の膜厚方向に発生し、その発生した縦波は、基板21および金属薄膜22に伝搬し、基板21および金属薄膜22,23の全体が振動する。
When the laser beam LS1 is irradiated, the above-described longitudinal wave is generated in the thickness direction of the metal
したがって、振動子2Aの共振周波数等の音響量の変動Δfを検出することにより振動子2Aを用いて検出対象物を検知できる。
Therefore, the detection target can be detected using the
このように、振動子2Aにおいては、金属薄膜23は、音響源として機能する。
Thus, in the
なお、振動子2Aは、ガラスの一方の面に金属薄膜22を蒸着によって形成し、ガラスの他方の面に金属薄膜23を蒸着によって形成することによって製造される。
The
図16の(b)を参照して、振動子2Bは、金属薄膜22と、薄膜24と、基板25とを含む。
Referring to FIG. 16B, the
基板25は、たとえば、400μm程度の厚みを有するシリコンからなり、開口部251を有する。薄膜24は、たとえば、シリコンナイトライド(SiN)およびシリコンカーバイド(SiC)等の絶縁体または半導体からなり、50〜200nmの膜厚を有する。そして、薄膜24は、金属薄膜22および基板25に接して金属薄膜22と基板25との間に形成される。
The
開口部251は、両端がテーパ構造になった断面形状を有し、薄膜24側で約2mmの直径を有し、基板25の裏面側で約2.5mmの直径あるいは約2.5mm角の正方形状を有する。
The
振動子2Bがセンサー素子10に用いられる場合、検出対象物を補足するための抗体等のたんぱく質が金属薄膜22の表面に固定され、レーザ光LS1,LS2は、基板25の開口部251から薄膜24に照射される。
When the vibrator 2B is used in the
レーザ光LS1が照射されると、薄膜22内において、上述した縦波が薄膜22の膜厚方向に発生し、その発生した縦波は、金属薄膜24に伝搬し、金属薄膜22および薄膜24の全体が振動する。
When the laser beam LS1 is irradiated, the longitudinal waves described above are generated in the film thickness direction of the
したがって、振動子2Bの共振周波数等の音響量の変動Δfを検出することにより振動子2Bを用いて検出対象物を検知できる。 Therefore, the detection target can be detected using the vibrator 2B by detecting the fluctuation Δf of the acoustic amount such as the resonance frequency of the vibrator 2B.
なお、振動子2Bは、プラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)法または熱CVD法によって薄膜24をシリコン基板の一主面に形成し、その後、蒸着やスパッタリングによって金属薄膜22を薄膜24上に形成し、さらに、その後、シリコン基板の一部を裏面からエッチングによって除去し、開口部251を形成することによって製造される。
The vibrator 2B forms the
図16の(c)を参照して、振動子2Cは、金属薄膜22,27と、基板26とを含む。基板26は、400μm程度の厚みを有するシリコンからなり、薄膜部261を有する。この薄膜部261は、約100nmの厚みを有する。
Referring to FIG. 16C, the
金属薄膜22は、基板26の一主面に形成される。金属薄膜27は、金属薄膜22が形成された基板26の一主面と反対側において薄膜部261に接して形成される。
The metal
そして、金属薄膜27は、たとえば、Alまたはクロム(Cr)からなり、約10nmの膜厚を有する。すなわち、金属薄膜27は、金属薄膜22と異なる金属からなる。
The metal
振動子2Cがセンサー素子10に用いられる場合、検出対象物を補足するための抗体等のたんぱく質が金属薄膜22の表面に固定され、レーザ光LS1,LS2は、基板26側から金属薄膜27に照射される。
When the vibrator 2C is used for the
レーザ光LS1が照射されると、金属薄膜27内において、上述した縦波が金属薄膜27の膜厚方向に発生し、その発生した縦波は、基板26の薄膜部261および金属薄膜22に伝搬し、薄膜部261および金属薄膜22が振動する。
When the laser beam LS1 is irradiated, the above-described longitudinal wave is generated in the thickness direction of the metal
したがって、振動子2Cの共振周波数等の音響量の変動Δfを検出することにより振動子2Cを用いて検出対象物を検知できる。 Therefore, the detection target can be detected using the vibrator 2C by detecting the fluctuation Δf of the acoustic amount such as the resonance frequency of the vibrator 2C.
このように、振動子2Cにおいては、金属薄膜27は、音響源として機能する。
Thus, in the vibrator 2C, the metal
なお、振動子2Cは、金属薄膜22を蒸着によってシリコン基板の一主面に形成し、その後、シリコン基板の一部を裏面からエッチングして薄膜部261を形成し、さらに、その後、金属薄膜27を蒸着によって薄膜部261に形成することによって製造される。
In the vibrator 2C, the metal
センサー素子10において、振動子2A,2B,2Cのいずれかが用いられた場合も、上述したパルスエコー法、共振法、およびブリルアン振動法のいずれかの方法を用いて振動子2A,2B,2Cの共振周波数等の音響量が検出される。
Even when any of the
図17は、図16の(b)に示す振動子2Bの振動を示す波形図である。図17において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。 FIG. 17 is a waveform diagram showing the vibration of the vibrator 2B shown in FIG. In FIG. 17, the vertical axis represents reflectance, and the horizontal axis represents time.
図17を参照して、振動は、ほぼ一定の周期で持続している。したがって、振動子2Bのように、400μm程度の厚みを有する基板25に接した薄膜24にレーザ光LS1を照射して薄膜24を振動させた場合も、その振動は、基板26によって減衰させられることはなく、持続することが実証された。
Referring to FIG. 17, the vibration continues with a substantially constant period. Therefore, even when the
図18は、さらに他の振動子を示す平面図である。この発明の実施の形態によるセンサー素子10は、振動子2に代えて図18に示す振動子20を備えていてもよい。
FIG. 18 is a plan view showing still another vibrator. The
振動子20は、基板201と、複数の振動部材202とを含む。基板201は、たとえば、ガラスまたはSi基板からなる。
The
複数の振動部材202は、基板201の一主面に碁盤目状に配置される。そして、複数の振動部材202の各々は、上述した振動子2,2A,2B,2Cのいずれかからなり、約1mmの直径を有する円形形状からなる。
The plurality of
振動子20を備えたセンサー素子10においては、複数の振動部材202に含まれる複数の金属薄膜22の表面に、同じ抗体等のたんぱく質が固定されていてもよく、相互に異なる複数種類の抗体等のたんぱく質が固定されていてもよい。
In the
複数種類の抗体等のたんぱく質が複数の金属薄膜22の表面に固定されている場合、複数種類の抗原を同時に検知できる。
When proteins such as a plurality of types of antibodies are immobilized on the surfaces of the plurality of metal
なお、振動子20が用いられる場合、レーザ光LS1,LS2は、スキャンされながら複数の振動部材202に照射される。
When the
また、振動子20においては、複数の振動部材202の各々は、円形に限らず、三角形、四角形および五角形等の多角形からなっていてもよい。
In the
図19は、図15に示すセンサー装置100を用いたセンサーシステムの概略図である。図19を参照して、センサーシステム1000は、センサー素子10と、容器301〜305,340と、送液ポンプ310と、配管320と、恒温槽330と、レーザ計測システム350と、パーソナルコンピュータ360とを備える。
FIG. 19 is a schematic diagram of a sensor system using the
センサーシステム1000においては、センサー素子10およびレーザ計測システム350がセンサー装置100を構成する。
In the
容器301〜305は、送液ポンプ310に接続される。送液ポンプ310は、配管320によってセンサー素子10の流路11に接続される。
The
センサー素子10は、恒温槽330内に配置される。そして、流路11は、配管320に接続され、流路12は、容器340に接続される。
The
レーザ計測システム350は、図15に示すレーザ光源110、2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、反射板113,115,116,121〜123、コーナーリフレクタ114、音響光学結晶117、レンズ118,120、非線形光学結晶119、ビームスプリッタ124、ハーモニックセパレータ125、対物レンズ126および検出器127からなる。
The
容器301〜305の各々は、検出対象物を含む溶液を保持する。この場合、容器301〜305には、相互に異なる検出対象物が入っている。
Each of the
送液ポンプ310は、容器301〜305のいずれかから溶液を吸い上げ、その吸い上げた溶液を配管320を介してセンサー素子10へ流入する。
The
センサー素子10へ流入した溶液は、流路11から液溜部31に流れ込み、その後、流路12から容器340へ排出される。
The solution that has flowed into the
レーザ計測システム350は、レーザ光LS1をポンプ光(=励起光)としてセンサー素子10の振動子2に基板21側から照射し、レーザ光LS2をプローブ光としてセンサー素子10の振動子2に基板21側から照射して、参照光と振動子2からの反射光とを検出し、その検出した参照光および反射光に基づいて、振動子2の共振周波数等の音響量の変動Δfを検出して検出対象物を検知する。
The
そして、レーザ計測システム350は、その検出した検出対象物をパーソナルコンピュータ360へ出力する。
Then, the
パーソナルコンピュータ360は、レーザ計測システム350から検出対象物を受け、その受けた検出対象物を表示する。
The
また、パーソナルコンピュータ360は、レーザ計測システム350を制御する。より具体的には、パーソナルコンピュータ360は、レーザ計測システム350に含まれるレーザ光源110を駆動したり、コーナーリフレクタ114による光路の調整を制御する。
Further, the
なお、上記においては、金属薄膜22は、PtおよびAu等の貴金属からなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、金属薄膜22は、銅(Cu)からなっていてもよく、一般的には、酸に対して耐性を有する金属からなっていればよい。
In the above description, the metal
また、上記においては、センサー素子10は、溶液中の抗原を検知すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、センサー素子10は、空気中のガスを検知してもよい。
In the above description, the
この場合、センサー素子10は、支持部材3がなくてもよい。支持部材3を除去することによって、空気中の検出対象物が振動子2に付着し易くなり、センサー素子10における検出感度を向上できる。
In this case, the
上述したように、センサー素子10は、振動子2を備え、振動子2は、基板21上に形成された金属薄膜22を有する。そして、センサー素子10においては、レーザ光LS1の照射によって金属薄膜22内に発生する振動する共振周波数等の音響量の変動を検出して検出対象物を検知する。また、共振周波数等の音響量の変動は、金属薄膜22の膜厚の自乗に反比例する。
As described above, the
したがって、金属薄膜22の膜厚を薄くすることによって、センサー素子10における検出感度(=共振周波数等の音響量の変動)を飛躍的に向上できる。
Therefore, by reducing the film thickness of the metal
この発明の実施の形態においては、金属薄膜22は、「第1の金属薄膜」を構成し、金属薄膜23,27の各々は、「第2の金属薄膜」を構成する。
In the embodiment of the present invention, the metal
また、この発明の実施の形態においては、複数の振動部材202に含まれる複数の金属薄膜22は、「複数の金属薄膜片」を構成する。
Further, in the embodiment of the present invention, the plurality of metal
さらに、この発明の実施の形態においては、レーザ光LS1を2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、反射板113,115,116、コーナーリフレクタ115、音響光学結晶117、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を用いてセンサー素子10に照射するレーザ光源110は、「第1の光源」を構成する。
Further, in the embodiment of the present invention, the laser light LS1 is divided into the half-
さらに、この発明の実施の形態においては、レーザ光LS2を2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、レンズ118,120、非線形光学結晶119、反射板121、ビームスプリッタ124、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を用いてセンサー素子10に照射するレーザ光源110は、「第2の光源」を構成する。
Further, in the embodiment of the present invention, the laser beam LS2 is divided into the half-
さらに、この発明の実施の形態においては、音響量とは、振動子2,2A,2B,2C,20の共振周波数または振幅を言う。
Furthermore, in the embodiment of the present invention, the acoustic quantity refers to the resonance frequency or amplitude of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、感度を向上可能なセンサー素子に適用される。また、この発明は、感度を向上可能なセンサー素子を備えたセンサー装置に適用される。 The present invention is applied to a sensor element capable of improving sensitivity. The present invention is also applied to a sensor device including a sensor element that can improve sensitivity.
1,3 支持部材、1A,3A 表面、1B 裏面、2,2A,2B,2C,20 振動子、10 センサー素子、11,12 流路、13,251 開口部、14 保持部、21,25,26,201 基板、22,23,27 金属薄膜、24 薄膜、31 液溜部、32 凹部、100 センサー装置、110 レーザ光源、111 2分の1波長板、112 偏光ビームスプリッタ、113,115,116,121〜123 反射板、114 コーナーリフレクタ、117 音響光学結晶、118,120 レンズ、119 非線形光学結晶、124 ビームスプリッタ、125 ハーモニックセパレータ、126 対物レンズ、202 振動部材、261 薄膜部、301〜305,340 容器、310 送液ポンプ、320 配管、330 恒温槽、350 レーザ計測システム、360 パーソナルコンピュータ、1000 センサーシステム。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記振動子を保持し、前記振動子にレーザ光を照射するための開口部を有する保持部材とを備え、
前記振動子は、
基板と、
前記基板上に形成されるとともに、検出対象物を補足するたんぱく質が固定される表面を有し、前記レーザ光の照射により振動する第1の金属薄膜とを含む、センサー素子。 A vibrator,
A holding member that holds the vibrator and has an opening for irradiating the vibrator with laser light;
The vibrator is
A substrate,
A sensor element comprising: a first metal thin film that is formed on the substrate and has a surface on which a protein that supplements a detection target is fixed, and vibrates upon irradiation with the laser beam.
前記第1の金属薄膜と前記第2の金属薄膜との距離は、前記基板の厚みよりも小さい、請求項2に記載のセンサー素子。 The vibrator further includes a second metal thin film formed in a partial region of the surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal thin film is formed,
The sensor element according to claim 2, wherein a distance between the first metal thin film and the second metal thin film is smaller than a thickness of the substrate.
前記基板と前記第1の金属薄膜との間に配置され、前記基板および前記第1の金属薄膜に接して形成された薄膜をさらに含み、
前記基板は、前記基板の厚み方向に形成され、前記薄膜の前記第1の金属薄膜との接触面と反対面の一部を露出させるための開口部をさらに含む、請求項1に記載のセンサー素子。 The vibrator is
A thin film disposed between the substrate and the first metal thin film and formed in contact with the substrate and the first metal thin film;
2. The sensor according to claim 1, wherein the substrate further includes an opening formed in a thickness direction of the substrate and exposing a part of a surface opposite to a contact surface of the thin film with the first metal thin film. element.
レーザ光からなる励起光を前記センサー素子に照射する第1の光源と、
レーザ光からなるプローブ光を前記センサー素子に照射する第2の光源と、
前記プローブ光の前記センサー素子からの反射光を受け、その受けた反射光に基づいて前記センサー素子の音響量を検出し、その検出した音響量の変動に基づいて前記検出対象物を検出する検出器とを備え、
前記センサー素子は、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のセンサー素子からなり、
前記第1および第2の光源は、前記第1の金属薄膜と反対側からそれぞれ前記励起光および前記プローブ光を前記センサー素子に照射する、センサー装置。 A sensor element for supplementing the detection object;
A first light source that irradiates the sensor element with excitation light comprising laser light;
A second light source for irradiating the sensor element with a probe light comprising a laser beam;
Detection that receives the reflected light of the probe light from the sensor element, detects the acoustic amount of the sensor element based on the received reflected light, and detects the detection object based on the variation of the detected acoustic amount Equipped with
The sensor element comprises the sensor element according to any one of claims 1 to 11,
The sensor device, wherein the first and second light sources irradiate the sensor element with the excitation light and the probe light from the opposite side of the first metal thin film, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009030022A JP2010185772A (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Sensor element and sensor device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009030022A JP2010185772A (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Sensor element and sensor device including the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010185772A true JP2010185772A (en) | 2010-08-26 |
Family
ID=42766517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009030022A Pending JP2010185772A (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Sensor element and sensor device including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010185772A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020071485A1 (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-09 | 株式会社カネカ | Carbonaceous-substance vibrator, sensor element using same, and biological substance detection device |
CN113597555A (en) * | 2019-03-15 | 2021-11-02 | 易路美索尼克股份有限公司 | Single source photoacoustic remote sensor (SS-PARS) |
US11313716B2 (en) * | 2017-08-01 | 2022-04-26 | Osaka University | Vibration detection element and method for manufacturing the same |
-
2009
- 2009-02-12 JP JP2009030022A patent/JP2010185772A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11313716B2 (en) * | 2017-08-01 | 2022-04-26 | Osaka University | Vibration detection element and method for manufacturing the same |
WO2020071485A1 (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-09 | 株式会社カネカ | Carbonaceous-substance vibrator, sensor element using same, and biological substance detection device |
JPWO2020071485A1 (en) * | 2018-10-05 | 2021-09-02 | 株式会社カネカ | Carbon-based material oscillator, sensor element equipped with this, and biological substance detection device |
JP7345763B2 (en) | 2018-10-05 | 2023-09-19 | 株式会社カネカ | Carbon-based material oscillator, sensor element and biological material detection device equipped with the same |
US11965857B2 (en) | 2018-10-05 | 2024-04-23 | Kaneka Corporation | Carbon-based material vibrator, a sensor element having the same, and a biological substance detection device having the same |
CN113597555A (en) * | 2019-03-15 | 2021-11-02 | 易路美索尼克股份有限公司 | Single source photoacoustic remote sensor (SS-PARS) |
US11950882B2 (en) | 2019-03-15 | 2024-04-09 | Illumisonics Inc. | Single source photoacoustic remote sensing (SS-PARS) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20060272418A1 (en) | Opto-acoustic methods and apparatus for perfoming high resolution acoustic imaging and other sample probing and modification operations | |
JP2730673B2 (en) | Method and apparatus for measuring physical properties using cantilever for introducing ultrasonic waves | |
JP4653723B2 (en) | Optical stress generator and detector | |
US6175416B1 (en) | Optical stress generator and detector | |
US7624640B2 (en) | Opto-acoustic methods and apparatus for performing high resolution acoustic imaging and other sample probing and modification operations | |
US10267770B2 (en) | Acoustic resonator devices and methods with noble metal layer for functionalization | |
WO2002103328A1 (en) | Cantilever array, method of manufacturing the array, and scanning probe microscope, sliding device of guide and rotating mechanism, sensor, homodyne laser interferometer, and laser doppler interferometer with specimen light excitation function, using the array, and cantilever | |
JP2001228123A (en) | Measuring device for physical property of sample | |
JP2010185772A (en) | Sensor element and sensor device including the same | |
RU2321084C2 (en) | Probe for the probe microscope which uses transparent substrates, the probe microscope and the method for manufacturing the probe | |
WO2001061323A1 (en) | Instrument for measuring physical property of sample | |
JPH11352048A (en) | Device for measuring fine particles in liquid | |
JP6263884B2 (en) | Surface plasmon enhanced fluorescence measuring apparatus and surface plasmon enhanced fluorescence measuring method | |
US8044371B2 (en) | Surface acoustic wave device and method for signal amplification of surface acoustic wave element | |
Ogi et al. | Ultrathin-film oscillator biosensors excited by ultrafast light pulses | |
JP2003121423A (en) | Laser ultrasonic inspection device and laser ultrasonic inspection method | |
JP3766032B2 (en) | Method for measuring physical properties of samples | |
Lu et al. | Femtomolar sensitivity DNA photonic crystal nanowire array ultrasonic mass sensor | |
JP2006258641A (en) | Optical measuring method | |
KR101118474B1 (en) | Apparatus for detecting bio contents using optical coherence | |
JP2005091119A (en) | Method and analyzer for analyzing thermal physical property in micro area | |
JP7278979B2 (en) | NON-CONTACT VIBRATION MEASURING DEVICE AND NON-CONTACT VIBRATION MEASURING METHOD | |
Nakamura et al. | 2E1-3 Development of confocal picosecond ultrasonics | |
JP2000074783A (en) | Optical measurement method and optical measurement apparatus | |
CN106461537A (en) | Device for characterizing an interface of a structure and corresponding device |