JP2011112594A - Sensor chip and sensor device using the same - Google Patents

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JP2011112594A JP2009271379A JP2009271379A JP2011112594A JP 2011112594 A JP2011112594 A JP 2011112594A JP 2009271379 A JP2009271379 A JP 2009271379A JP 2009271379 A JP2009271379 A JP 2009271379A JP 2011112594 A JP2011112594 A JP 2011112594A
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Kenju Yamamoto
健樹 山本
Masaya Nakatani
将也 中谷
Makoto Takahashi
誠 高橋
Soichiro Hiraoka
聡一郎 平岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor chip for securely adsorbing or trapping a spherical substance, such as a particle or a cell, and also to provide a sensor device using the same. <P>SOLUTION: The sensor chip is equipped with a sheet and a frame body to support the periphery of the sheet, in which the sheet has at least a through-hole to penetrate a first surface and a second surface facing the first surface and a recess continuously provided from the through-hole has a diameter greater than the bore diameter of the through-hole and a narrow-down portion on the first surface side. The structure provides a sensor chip improving the adhesiveness between the spherical substance, such as an particle and a cell, and the recess. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、細胞やビーズ等の粒子の球状物質を吸着あるいは捕捉させるためのセンサチップと、このセンサチップを用いた細胞の電気生理的活動を測定する細胞電気生理センサや、化学物質といった試料を測定する化学物質同定センサ等のセンサデバイスに関するものである。   The present invention relates to a sensor chip for adsorbing or capturing spherical particles of particles such as cells and beads, a cell electrophysiological sensor for measuring the electrophysiological activity of cells using this sensor chip, and a sample such as a chemical substance. The present invention relates to a sensor device such as a chemical substance identification sensor to be measured.

図11に示したように、従来のセンサデバイスの一例である細胞電気生理センサは、導通孔1を有する実装基板2と、これらの導通孔1の下端部にそれぞれ保持されたシリコンを主成分とするセンサチップ3と、前記実装基板1の上方及び下方にそれぞれ配置された電極4、5とを備えている。また、前記センサチップ3は、窪み部6を有した貫通孔7を備えている。   As shown in FIG. 11, a cell electrophysiological sensor which is an example of a conventional sensor device has a mounting substrate 2 having conduction holes 1 and silicon held at the lower ends of these conduction holes 1 as main components. Sensor chip 3 and electrodes 4 and 5 disposed above and below the mounting substrate 1, respectively. The sensor chip 3 includes a through hole 7 having a recess 6.

ここで、センサチップ3の上方および下方を電解液で満たし、さらに細胞をセンサチップ3の上方から注入し、貫通孔7の上方から加圧、あるいは下方から吸引することで、細胞を貫通孔7の窪み部6に吸引し捕捉することができる。   Here, the upper and lower portions of the sensor chip 3 are filled with the electrolyte, and the cells are injected from the upper portion of the sensor chip 3, and the cells are injected from the upper portion of the through-hole 7 or sucked from the lower portion. Can be sucked and captured in the hollow portion 6.

そして、細胞を捕捉させた状態で、細胞の上から薬剤を投与し、センサチップ3の上方および下方の電解液の電位差を電極4、5を用いて計測することによって、細胞が活動する際の細胞内外における電位変化、電流値、あるいは細胞の活動によって発生する物理化学的変化を測定することができる。   Then, in a state where the cells are captured, a drug is administered from above the cells, and the potential difference between the electrolyte solution above and below the sensor chip 3 is measured using the electrodes 4 and 5, so that the cells are activated. It is possible to measure a change in potential inside or outside the cell, a current value, or a physicochemical change caused by cell activity.

なお、上記細胞電気生理センサと類似する例を開示するものとして例えば特許文献1が挙げられる。   For example, Patent Literature 1 is disclosed as an example similar to the above-described cell electrophysiological sensor.

特開2005−156234号公報JP 2005-156234 A

上述のような構成では、センサデバイスの測定精度が低いという問題があった。これは、細胞と貫通孔7の窪み部6との密着性が低く、細胞を窪み部6に確実に捕捉しきれないため、センサチップ3の上方と下方との間の電気的絶縁性が十分に確保されないことが原因となる。その結果、測定精度が低下するのであった。   The configuration as described above has a problem that the measurement accuracy of the sensor device is low. This is because the adhesion between the cells and the depression 6 of the through-hole 7 is low, and the cells cannot be reliably captured by the depression 6, so that the electrical insulation between the upper side and the lower side of the sensor chip 3 is sufficient. The cause is that it is not secured. As a result, the measurement accuracy is reduced.

そこで、本発明は上記課題を解決し、粒子や細胞等の球状物質を確実に吸着あるいは捕捉させるためのセンサチップおよびこれを用いたセンサデバイスを実現することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and to realize a sensor chip and a sensor device using the sensor chip for reliably adsorbing or capturing spherical substances such as particles and cells.

この目的を達成するために本発明のセンサチップは、薄板とこの薄板の周辺部を保持する枠体とを備え、前記薄板は第一面とこの第一面と対向する第二面との間を貫通させる少なくとも1つの貫通孔を有し、前記貫通孔には当該貫通孔の孔径より大径で、かつ前記第一面側に絞り部を有する凹部を連設したものである。   In order to achieve this object, a sensor chip according to the present invention includes a thin plate and a frame body that holds a peripheral portion of the thin plate, and the thin plate is between a first surface and a second surface facing the first surface. At least one through-hole that penetrates the through-hole, and a concave portion having a diameter larger than the diameter of the through-hole and having a throttle portion on the first surface side.

また、本発明のセンサデバイスは、実装基板と、前記実装基板の上面から下面までを導通する導通孔の下端部に保持されたセンサチップとを備え、前記センサチップは薄板とこの薄板の周辺部を保持する枠体とを備え、前記薄板は第一面とこの第一面と対向する第二面との間を貫通させる少なくとも1つの貫通孔を有し、前記貫通孔には当該貫通孔の孔径より大径で、かつ前記第一面側に絞り部を有する凹部を連設したものである。   The sensor device of the present invention includes a mounting substrate and a sensor chip held at a lower end portion of a conduction hole that conducts from the upper surface to the lower surface of the mounting substrate, and the sensor chip is a thin plate and a peripheral portion of the thin plate. The thin plate has at least one through-hole penetrating between the first surface and the second surface facing the first surface, and the through-hole has a through-hole in the through-hole. A recess having a diameter larger than the hole diameter and having a throttle portion on the first surface side is provided.

また、本発明の他のセンサデバイスは、実装基板と、前記実装基板の上面から下面までを導通する導通孔の中央部に保持されたセンサチップとを備え、前記センサチップは薄板とこの薄板の周辺部を保持する枠体とを備え、前記薄板は第一面とこの第一面と対向する第二面との間を貫通させる少なくとも1つの貫通孔を有し、前記貫通孔には当該貫通孔の孔径より大径で、かつ前記第一面側に絞り部を有する凹部を連設し、前記凹部にプローブ機能を有した微小球を配置するとともに、前記微小球にて二分される前記導通孔の第一の領域あるいは第二の領域のいずれか一方の内部に液体を充填したものである。   In addition, another sensor device of the present invention includes a mounting substrate and a sensor chip held in a central portion of a conduction hole that conducts from the upper surface to the lower surface of the mounting substrate, and the sensor chip is a thin plate and the thin plate. The thin plate has at least one through-hole penetrating between the first surface and the second surface opposite to the first surface, and the through-hole includes the through-hole. A concavity having a diameter larger than the diameter of the hole and having a constricted portion on the first surface side, and a microsphere having a probe function disposed in the concavity, and the conduction divided by the microsphere One of the first region and the second region of the hole is filled with a liquid.

これにより、本発明のセンサチップとこれを用いたセンサデバイスは、粒子や細胞等の球状物質と凹部との密着性を高めることができる。   Thereby, the sensor chip of this invention and the sensor device using the same can improve the adhesiveness of spherical substances, such as particle | grains and a cell, and a recessed part.

それは、前述の通り、凹部に絞り部を有することにより、粒子や細胞等の球状物質が凹部に食い込みやすくなるためである。   This is because, as described above, spherical portions such as particles and cells easily bite into the recesses by having the constriction in the recesses.

その結果、粒子や細胞等の球状物質を確実に吸着あるいは捕捉させることができるのである。   As a result, spherical substances such as particles and cells can be reliably adsorbed or captured.

実施の形態1におけるセンサチップの断面図Sectional drawing of the sensor chip in Embodiment 1 実施の形態1におけるセンサチップの要部断面図Sectional drawing of the principal part of the sensor chip in Embodiment 1. 実施の形態1における他のセンサチップの要部上面図Top view of main parts of another sensor chip in the first embodiment 図3のAB断面図AB cross section of FIG. 実施の形態2におけるセンサデバイスの断面図Sectional drawing of the sensor device in Embodiment 2 実施の形態2におけるセンサデバイスの要部断面図Sectional drawing of the principal part of the sensor device in Embodiment 2. 実施の形態3におけるセンサデバイスの一部切り欠き斜視図Partially cutaway perspective view of a sensor device according to Embodiment 3 実施の形態3におけるセンサデバイスの要部断面図Sectional drawing of the principal part of the sensor device in Embodiment 3. 実施の形態3におけるセンサデバイスの要部断面図Sectional drawing of the principal part of the sensor device in Embodiment 3. 実施の形態3におけるセンサデバイスの要部断面図Sectional drawing of the principal part of the sensor device in Embodiment 3. 従来のセンサデバイスの一部切り欠き斜視図Partially cutaway perspective view of a conventional sensor device

(実施の形態1)
以下、本実施の形態におけるセンサチップ11について説明する。なお各実施の形態において先行する実施の形態と同様の構成をなすものは同じ符号を付して説明し、詳細な説明を省略する場合がある。また本発明は以下の各実施の形態に限定されるものではない。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the sensor chip 11 in the present embodiment will be described. In addition, in each embodiment, what has the same configuration as the preceding embodiment is described with the same reference numeral, and detailed description may be omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

図1及び図2に示すように、本実施の形態におけるセンサチップ11は、シリコンを主成分とする円板状の薄板12と、この薄板12の外周を支持する円筒状の枠体13とを有し、薄板12には、その上下面を貫通する貫通孔14が形成されている。枠体13を設けることで、薄板12が薄い場合も、センサチップ11全体の機械的強度を高く保つことができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor chip 11 in the present embodiment includes a disk-shaped thin plate 12 mainly composed of silicon, and a cylindrical frame 13 that supports the outer periphery of the thin plate 12. The thin plate 12 has a through-hole 14 that penetrates the upper and lower surfaces thereof. By providing the frame 13, even when the thin plate 12 is thin, the mechanical strength of the entire sensor chip 11 can be kept high.

そして、前記貫通孔14には前記薄板12の第一面側に貫通孔14の孔径より大径の凹部15を連設しており、この凹部15の曲率半径が異なる弧面と弧面とが交差する位置に絞り部16を有している。つまり、図2に示すように、凹部15の位置P2での湾曲面の曲率半径CR2は、位置P2と異なる位置P1での湾曲面である内壁面の曲率半径CR1と異なる。具体的には、位置P1は位置P2に比べて開口部により近く、曲率半径CR1は曲率半径CR2より大きい。なお、センサチップ11を垂直方向から見た場合、位置P1の直径は位置P2の直径よりも大きくなることが望ましい。なお、絞り部の位置、深さ及び大きさは使用する目的に応じて適宜変更することができる。   A recess 15 having a diameter larger than the diameter of the through hole 14 is continuously provided in the through hole 14 on the first surface side of the thin plate 12, and an arc surface and an arc surface having different curvature radii of the recess 15 are provided. A diaphragm 16 is provided at the intersecting position. That is, as shown in FIG. 2, the curvature radius CR2 of the curved surface at the position P2 of the recess 15 is different from the curvature radius CR1 of the inner wall surface, which is a curved surface at a position P1 different from the position P2. Specifically, the position P1 is closer to the opening than the position P2, and the curvature radius CR1 is larger than the curvature radius CR2. When the sensor chip 11 is viewed from the vertical direction, the diameter of the position P1 is preferably larger than the diameter of the position P2. The position, depth, and size of the aperture can be changed as appropriate according to the purpose of use.

次に本実施の形態におけるセンサチップの部材について説明する。   Next, members of the sensor chip in the present embodiment will be described.

センサチップ11はシリコン単結晶基板、あるいはSOI(Silicon on Insulator)基板、ガラス基板、水晶基板等をエッチングすることにより形成できる。   The sensor chip 11 can be formed by etching a silicon single crystal substrate, an SOI (Silicon on Insulator) substrate, a glass substrate, a quartz substrate, or the like.

本実施の形態では、センサチップ11として二酸化シリコン層をシリコン層で挟みこんだSOI基板を用い、まず絞り部16を有する凹部15をエッチングにより形成した。絞り部16を有した凹部15を形成するためのエッチングには、エッチング材料の導入および排出を繰り返し行うプロセスを用いる。具体的にはまず、マスクを形成したSOI基板をチャンバー等に入れ、チャンバー内に一定量のエッチング材料を導入する。そして、導入されたエッチング材料とSOI基材とを反応させる。そして、一定時間反応させた後、反応を一旦終了し、反応が完了したエッチング材料をポンプ等を用いて吸引し、排出する。その後、新たなエッチング材料をチャンバー内に導入し、同様に反応させて、反応後、吸引し排出する。このようにエッチング材料の導入、エッチング反応、反応が完了したエッチング材料の排出を繰り返し行う。この時、マスクの開口の大きさが10μm以下であるため、凹部15内部に入り込んでいる反応が完了したエッチング材料の排出が起こりにくくなる。従って、特に、マスクの開口から離れた位置にある凹部15下部にエッチング反応が完了したエッチング材料が滞留しやすくなる。そして、反応が完了したエッチング材料が凹部15に滞留した状態で、新たなエッチング材料を導入し、エッチング反応を開始させるため、新たなエッチング材料があまり到達していない凹部15下部でのエッチング速度が減少し、曲率半径CR2が小さくなる。一方、マスクの開口に近い位置にある凹部15上部では、マスクの開口から近いため、マスクの開口からのエッチング反応が完了したエッチング材料の排出および未反応のエッチング材料の導入が比較的行われやすい。そのため、エッチング速度の減少は起こらず、その結果曲率半径CR1はCR2よりも大きくなる。このようにエッチング反応時にエッチング速度に変化が生じるため、所望の形状を得ることが出来る。このときのエッチング方法としては、高精度な微細加工が可能でありエッチング材料の排出および導入の切り替えが容易であるドライエッチングが望ましい。このときに用いるエッチングガスとしては、SF6、CF4、Cl2、XeF2などのSiをエッチング可能なガスを用いることができる。 In the present embodiment, an SOI substrate in which a silicon dioxide layer is sandwiched between silicon layers is used as the sensor chip 11, and the concave portion 15 having the throttle portion 16 is first formed by etching. For the etching for forming the recess 15 having the narrowed portion 16, a process of repeatedly introducing and discharging the etching material is used. Specifically, first, an SOI substrate on which a mask is formed is placed in a chamber or the like, and a certain amount of etching material is introduced into the chamber. Then, the introduced etching material is reacted with the SOI substrate. And after making it react for a fixed time, reaction is once complete | finished, the etching material which reaction was completed is sucked using a pump etc., and is discharged | emitted. Thereafter, a new etching material is introduced into the chamber and reacted in the same manner. After the reaction, suction and discharge are performed. In this manner, the introduction of the etching material, the etching reaction, and the discharge of the etching material that has completed the reaction are repeatedly performed. At this time, since the size of the opening of the mask is 10 μm or less, it is difficult for the etching material that has entered the inside of the recess 15 to be completely discharged. Therefore, in particular, the etching material that has completed the etching reaction tends to stay in the lower portion of the recess 15 at a position away from the opening of the mask. Then, in the state where the etching material having completed the reaction stays in the recess 15, a new etching material is introduced and the etching reaction is started, so that the etching rate at the lower portion of the recess 15 where the new etching material has not reached much is increased. The curvature radius CR2 is decreased. On the other hand, in the upper part of the recess 15 near the opening of the mask, since it is close to the opening of the mask, it is relatively easy to discharge the etching material from the opening of the mask and to introduce the unreacted etching material. . Therefore, the etching rate does not decrease, and as a result, the radius of curvature CR1 becomes larger than CR2. Thus, since a change occurs in the etching rate during the etching reaction, a desired shape can be obtained. As an etching method at this time, dry etching is preferable because highly precise microfabrication is possible and the switching of the discharge and introduction of the etching material is easy. As an etching gas used at this time, a gas capable of etching Si, such as SF 6 , CF 4 , Cl 2 , and XeF 2 , can be used.

その後、ドライエッチングにより微細な貫通孔14を形成した。なお、SOI基板は、中間の二酸化シリコン層をエッチングストップ層として用いることができる。したがって、貫通孔14の深さや薄板12の厚み、枠体13の高さなど、設計通りに高精度に加工することができる。   Thereafter, fine through holes 14 were formed by dry etching. Note that an SOI substrate can use an intermediate silicon dioxide layer as an etching stop layer. Therefore, the depth of the through hole 14, the thickness of the thin plate 12, the height of the frame 13, and the like can be processed with high accuracy as designed.

なお、センサチップ11はSOI基板を用いて形成したが、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、多結晶シリコンとアモルファスシリコンとの混合物、ガラス、水晶等と、二酸化ケイ素を主成分とする基材とのダイアフラムで形成してもよい。   Although the sensor chip 11 is formed using an SOI substrate, for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, a mixture of polycrystalline silicon and amorphous silicon, glass, crystal, and the like, and silicon dioxide are the main components. You may form with a diaphragm with a base material.

このように貫通孔14に凹部15を連設し、この凹部15に絞り部16を有することにより、粒子や細胞等の球状物質が凹部15にしっかりと食い込まれ、粒子や細胞等の球状物質17を確実に吸着あるいは捕捉させることができ、その結果、球状物質17と凹部15との密着性を高めることができる。   Thus, by providing the through-hole 14 with the concave portion 15 and having the constricted portion 16 in the concave portion 15, spherical substances such as particles and cells are firmly bitten into the concave portion 15, and the spherical substance 17 such as particles and cells. Can be reliably adsorbed or captured, and as a result, the adhesion between the spherical substance 17 and the recess 15 can be enhanced.

なお、絞り部16は凹部15に少なくとも一箇所あればよいが、球状物質17をより確実に捕捉するために、複数の絞り部16を有することが望ましい。   It should be noted that at least one throttle part 16 may be provided in the recess 15, but it is desirable to have a plurality of throttle parts 16 in order to capture the spherical substance 17 more reliably.

なお、センサチップ11は薄板12が底面となるように枠体13よりも下側に配置したが、このセンサチップ11の向きは上下逆であってもセンサチップ11全体の機械的強度を高く保つことができる。   Although the sensor chip 11 is arranged below the frame 13 so that the thin plate 12 is the bottom surface, the mechanical strength of the entire sensor chip 11 is kept high even if the orientation of the sensor chip 11 is upside down. be able to.

なお、図3、図4に示すように、薄板12に複数の貫通孔14を設け、それぞれの貫通孔14に複数の絞り部16を有する凹部15を連接し、この隣接する凹部15の内壁が互いに交差するように形成させてもよい。   3 and 4, a plurality of through holes 14 are provided in the thin plate 12, and a concave portion 15 having a plurality of throttle portions 16 is connected to each through hole 14, and an inner wall of the adjacent concave portion 15 is formed. You may form so that it may mutually cross.

すなわち、隣接する凹部15の内壁は互いに交差しており、この交差部分は曲面で形成された突起形状をしている。そして、この部分に球状物質17が着地しても、付着することなく、重力によりいずれかの凹部15に傾き、その内壁に沿って凹部15内部へと速やかに転がり捕捉あるいは吸着され、その結果、凹部15への球状物質17の捕捉率あるいは吸着率を向上させることができる。   That is, the inner walls of the adjacent recesses 15 intersect with each other, and the intersecting portion has a protruding shape formed with a curved surface. And even if the spherical substance 17 lands on this part, it is inclined to any one of the recesses 15 by gravity without being attached, and quickly rolls into the recesses 15 along its inner wall and is captured or adsorbed. The capture rate or adsorption rate of the spherical substance 17 in the recess 15 can be improved.

(実施の形態2)
以下、本実施の形態におけるセンサデバイスである細胞電気生理センサについて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a cell electrophysiological sensor which is a sensor device in the present embodiment will be described.

図5に示すように、本実施の形態におけるセンサデバイスでは、アレイ状に形成された導通孔18を有する実装基板19と、導通孔18の内部にそれぞれ挿入され、固定されたセンサチップ11とを備えている。このセンサチップ11は、図6に示したように、導通孔18の下端部に保持された円板状の薄板12と、この薄板12の外周を支持する円筒状の枠体13とを有し、薄板12にはその上下面を貫通する貫通孔14が形成されている。ここで、薄板12は実装基板19の上面側と下面側とを仕切る仕切り板として機能し、貫通孔14は実装基板19の上面側と下面側とを貫通させる貫通路として機能する。また、枠体13を設けることで、薄板12が薄い場合もセンサチップ11全体の機械的強度を高く保つことができ、実装基板19との実装時のセンサチップ11の損傷を低減する。   As shown in FIG. 5, in the sensor device according to the present embodiment, a mounting substrate 19 having conductive holes 18 formed in an array and a sensor chip 11 inserted and fixed inside the conductive holes 18 are provided. I have. As shown in FIG. 6, the sensor chip 11 includes a disk-shaped thin plate 12 held at the lower end of the conduction hole 18 and a cylindrical frame 13 that supports the outer periphery of the thin plate 12. The thin plate 12 is formed with a through hole 14 penetrating the upper and lower surfaces thereof. Here, the thin plate 12 functions as a partition plate that partitions the upper surface side and the lower surface side of the mounting substrate 19, and the through hole 14 functions as a through path that penetrates the upper surface side and the lower surface side of the mounting substrate 19. Further, by providing the frame 13, the mechanical strength of the entire sensor chip 11 can be kept high even when the thin plate 12 is thin, and damage to the sensor chip 11 when mounted on the mounting substrate 19 is reduced.

そして、貫通孔14には実装基板19の上面側に細胞や生体由来の膜等からなる略球状の被検体20を捕捉するための貫通孔14の孔径より大径の凹部15を連設しており、この凹部15の曲率半径が異なる弧面と弧面とが交差する位置に絞り部16を有している。具体的には、位置P1は位置P2に比べて、実装基板19の上面側により近く、曲率半径CR1は曲率半径CR2より大きい。なお、センサチップ11を垂直方向から見た場合、位置P1の直径は位置P2の直径よりも大きくなることが望ましい。なお、凹部15の最大開口径は10μm程度で、最小開口径は貫通孔14の開口径と同じであり、被検体20が細胞である場合、5μm以下であることが細胞を保持するために適している。なお、絞り部16の位置、深さ及び大きさは使用する目的に応じて適宜変更することができる。   The through-hole 14 is continuously provided with a recess 15 having a diameter larger than the diameter of the through-hole 14 for capturing the substantially spherical subject 20 made of a cell or a living body-derived membrane on the upper surface side of the mounting substrate 19. In addition, the constricted portion 16 is provided at a position where the arc surface and the arc surface having different curvature radii of the concave portion 15 intersect. Specifically, the position P1 is closer to the upper surface side of the mounting substrate 19 than the position P2, and the curvature radius CR1 is larger than the curvature radius CR2. When the sensor chip 11 is viewed from the vertical direction, the diameter of the position P1 is preferably larger than the diameter of the position P2. In addition, the maximum opening diameter of the recess 15 is about 10 μm, the minimum opening diameter is the same as the opening diameter of the through hole 14, and when the subject 20 is a cell, it is suitable for holding the cell to be 5 μm or less. ing. Note that the position, depth, and size of the aperture 16 can be changed as appropriate according to the purpose of use.

また、絞り部16は凹部15に少なくとも一箇所あればよいが、球状物質17をより確実に捕捉するために、複数の絞り部16を有することが望ましい。   Further, the throttle part 16 may be at least one in the concave part 15, but it is desirable to have a plurality of throttle parts 16 in order to capture the spherical substance 17 more reliably.

なお、センサチップは薄板12が底面となるように枠体13よりも下側に配置したが、このセンサチップの向きは上下逆であってもセンサチップ全体の機械的強度を高く保つことができる。   Although the sensor chip is disposed below the frame 13 so that the thin plate 12 is the bottom surface, the mechanical strength of the entire sensor chip can be kept high even if the orientation of the sensor chip is upside down. .

なお、薄板12は、厚み10μm〜100μm、直径1000μm、枠体は、高さ400μm程度、外径は1000μm、貫通孔は開口径1μm〜3μm(深さは薄板12の厚みと同じ)とした。   The thin plate 12 has a thickness of 10 μm to 100 μm, a diameter of 1000 μm, the frame has a height of about 400 μm, the outer diameter is 1000 μm, and the through hole has an opening diameter of 1 μm to 3 μm (the depth is the same as the thickness of the thin plate 12).

また、凹部を有する薄板の表面は、二酸化シリコン層で形成されることが好ましい。二酸化シリコン層は絶縁性が高いため、被検体20を密着保持させることが可能となる。これによりセンサチップを介するリーク電流を低減できる。さらに、二酸化シリコン層は親水性が高いため、被検体20と凹部15との密着性が向上し、センサデバイス11の測定精度を向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the surface of the thin plate which has a recessed part is formed with a silicon dioxide layer. Since the silicon dioxide layer has high insulating properties, the subject 20 can be held in close contact. Thereby, the leakage current through the sensor chip can be reduced. Furthermore, since the silicon dioxide layer has high hydrophilicity, the adhesion between the subject 20 and the recess 15 is improved, and the measurement accuracy of the sensor device 11 can be improved.

また、図5に示すように導通孔18内に上方からプローブ形の測定電極21と細い管状の分注器22とが挿入されている。   Further, as shown in FIG. 5, a probe-shaped measuring electrode 21 and a thin tubular dispenser 22 are inserted into the conduction hole 18 from above.

測定電極21はセンサチップ11上方に注入される電解液の電位、あるいは電流値や抵抗値を測定するものである。また、分注器22はセンサチップ11上方に電解液や細胞、薬剤等を注入するためのものである。   The measurement electrode 21 measures the potential, current value, or resistance value of the electrolyte injected above the sensor chip 11. The dispenser 22 is for injecting an electrolyte solution, cells, drugs, and the like above the sensor chip 11.

また、実装基板19下面に参照電極23を設けている。さらに、実装基板19の下方には流路24を形成するための流路板25が接合され、この流路24内には電解液が充填できる。前述の参照電極23は、この電解液の電位(あるいは電流値や抵抗値)を測定できればよく、位置や形状は適宜変更可能である。例えばプローブ形の形状とし、センサチップ11の下方の空間に挿入されていてもよい。   A reference electrode 23 is provided on the lower surface of the mounting substrate 19. Further, a flow path plate 25 for forming a flow path 24 is joined below the mounting substrate 19, and the flow path 24 can be filled with an electrolytic solution. The reference electrode 23 described above only needs to be able to measure the potential (or current value or resistance value) of the electrolytic solution, and the position and shape can be changed as appropriate. For example, it may have a probe shape and may be inserted into the space below the sensor chip 11.

なお、実装基板19、流路板25は樹脂で構成しておくと成形しやすく、また組み立ても容易である。より好ましくは熱可塑性樹脂を用いることであり、射出成形などの手段を用いることによって生産性良く、均質な成形体を得ることができる。また、これらの熱可塑性樹脂はポリカーボネート(PC)、ポリエチレン(PE)、オレフィンポリマー、ポリメタクリル酸メチルアセテート(PMMA)のいずれか、またはこれらの組み合わせが好ましい。   In addition, if the mounting substrate 19 and the flow path plate 25 are made of resin, it is easy to mold and assembly is also easy. More preferably, a thermoplastic resin is used, and by using means such as injection molding, a uniform molded body with high productivity can be obtained. In addition, these thermoplastic resins are preferably polycarbonate (PC), polyethylene (PE), olefin polymer, polymethyl methacrylate acetate (PMMA), or a combination thereof.

さらに、これらの熱可塑性樹脂として、環状オレフィンポリマー、線状オレフィンポリマー、またはこれらが重合した環状オレフィンコポリマー、またはポリエチレン(PE)とすることが作業性、製造コストおよび材料の入手性の観点からさらに好ましい。   Further, these thermoplastic resins may be cyclic olefin polymers, linear olefin polymers, cyclic olefin copolymers obtained by polymerizing them, or polyethylene (PE) from the viewpoint of workability, production cost, and material availability. preferable.

特に、環状オレフィンコポリマーは透明性、アルカリ・酸などの無機系薬剤に対する耐性が強く、本発明の製造方法もしくは使用環境に適している。また、これらの材料は紫外線を透過させることができることから、紫外線硬化型の接着剤を用いて接着する場合に効果を発揮する。   In particular, the cyclic olefin copolymer is highly transparent and highly resistant to inorganic chemicals such as alkalis and acids, and is suitable for the production method or use environment of the present invention. In addition, since these materials can transmit ultraviolet rays, they are effective when adhered using an ultraviolet curable adhesive.

次に本実施の形態におけるセンサデバイスを用いた細胞電気生理における測定方法について説明する。   Next, a measurement method in cell electrophysiology using the sensor device in the present embodiment will be described.

図5に示すように導通孔18の上方から分注器22を挿入し、センサチップ11の上方に細胞外液(電解液)を注入する。また流路24の内部には、細胞内液(電解液)を注入する。   As shown in FIG. 5, a dispenser 22 is inserted from above the conduction hole 18, and an extracellular fluid (electrolytic solution) is injected above the sensor chip 11. In addition, intracellular fluid (electrolytic solution) is injected into the flow path 24.

ここで、細胞外液とは例えば哺乳類筋細胞の場合、代表的にはK+イオンが4mM程度、Na+イオンが145mM程度、Cl-イオンが123mM程度添加された電解液であって、細胞内液とはK+イオンが155mM、Na+イオンが12mM程度、Cl-イオンが4.2mM程度添加された電解液である。 Here, for example, in the case of mammalian muscle cells, the extracellular fluid is typically an electrolytic solution containing about 4 mM K + ions, about 145 mM Na + ions, and about 123 mM Cl ions. The solution is an electrolytic solution to which K + ions are added at about 155 mM, Na + ions at about 12 mM, and Cl ions at about 4.2 mM.

次に、導通孔18の上方から測定電極21を挿入する。このように細胞外液と電気的に接続された測定電極21と、細胞内液と電気的に接続された参照電極23との間では、100kΩ〜10MΩ程度の導通抵抗値を観測することができる。これは貫通孔14を介して細胞内液あるいは細胞外液が浸透し、測定電極21と参照電極23間で電気回路が形成されるからである。次に、センサチップ11上方から分注器22を介して被検体20を投入し、圧力伝達チューブにより減圧を行うと、図6に示すように被検体20は凹部15の開口部に引き付けられる。このように被検体20が凹部15の開口部を塞ぐことによって、細胞外液と細胞内液との間の電気抵抗が1GΩ以上の十分に高い状態となる(ギガシールと呼ぶ)。このギガシール状態では、被検体20の電気生理活動によって細胞内外の電位が変化すれば、わずかな電位差あるいは電流であっても高精度に測定できる。ここで、この測定時において、流路24内部の細胞内液中の気泡を極力減らすことが測定精度の向上に寄与する。   Next, the measurement electrode 21 is inserted from above the conduction hole 18. Thus, a conduction resistance value of about 100 kΩ to 10 MΩ can be observed between the measurement electrode 21 electrically connected to the extracellular fluid and the reference electrode 23 electrically connected to the intracellular fluid. . This is because the intracellular fluid or the extracellular fluid permeates through the through hole 14 and an electric circuit is formed between the measurement electrode 21 and the reference electrode 23. Next, when the subject 20 is introduced from above the sensor chip 11 via the dispenser 22 and the pressure is reduced by the pressure transmission tube, the subject 20 is attracted to the opening of the recess 15 as shown in FIG. Thus, when the subject 20 closes the opening of the recess 15, the electrical resistance between the extracellular fluid and the intracellular fluid is sufficiently high (referred to as a giga seal) of 1 GΩ or more. In this giga-seal state, if the potential inside and outside the cell changes due to the electrophysiological activity of the subject 20, even a slight potential difference or current can be measured with high accuracy. Here, at the time of this measurement, reducing bubbles in the intracellular fluid inside the flow path 24 as much as possible contributes to improvement in measurement accuracy.

次に、図5の流路24内部の空間にナイスタチンなどの薬剤を注入するか、あるいは針によって貫通孔14を塞いでいる被検体20の細胞膜に穴を開ける(ホールセルと呼ぶ)。   Next, a drug such as nystatin is injected into the space inside the flow path 24 in FIG. 5, or a hole is made in the cell membrane of the subject 20 closing the through hole 14 with a needle (referred to as a whole cell).

その後、センサチップ11上方から分注器22を介して薬液を注入し、被検体20を刺激する。この時、被検体20を刺激する方法としては、本実施の形態のように薬液などの化学的刺激でもよく、その他電気信号などの物理的刺激でも良い。そして、これらの化学的あるいは物理的刺激によって、被検体20のイオンチャネルが反応した場合は、その反応を測定電極21と参照電極23間における電位差(あるいは電流値変化や抵抗値変化)によって検出することができる。   Thereafter, a chemical solution is injected from above the sensor chip 11 via the dispenser 22 to stimulate the subject 20. At this time, the method for stimulating the subject 20 may be chemical stimulation such as a chemical solution as in the present embodiment, or other physical stimulation such as an electrical signal. When the ion channel of the subject 20 reacts due to these chemical or physical stimuli, the reaction is detected by the potential difference (or current value change or resistance value change) between the measurement electrode 21 and the reference electrode 23. be able to.

このように貫通孔14に凹部15を有し、この凹部15に絞り部16を有することにより、被検体20が凹部15に食い込みやすくなるので、被検体20を確実に吸着あるいは捕捉させることができ、被検体20と凹部15との密着性を高めることができるのである。   Since the through hole 14 has the concave portion 15 and the concave portion 15 has the constricted portion 16, the subject 20 can easily bite into the concave portion 15, so that the subject 20 can be reliably adsorbed or captured. Thus, the adhesion between the subject 20 and the recess 15 can be improved.

なお、本実施の形態のセンサチップ11の薄板12の上下逆として使用することも可能である。すなわち、センサチップ11の凹部15を有する面とは対向する面で被検体20を吸着させる場合であっても、絞り部16によって流路24を流れる溶液からの流路抵抗を抑制することができるため、被検体20を保持させることが可能となる。   Note that the thin plate 12 of the sensor chip 11 of the present embodiment can be used upside down. That is, even when the subject 20 is adsorbed on the surface opposite to the surface having the recess 15 of the sensor chip 11, the flow path resistance from the solution flowing through the flow path 24 can be suppressed by the throttle portion 16. Therefore, the subject 20 can be held.

以上説明してきたように、本実施の形態のセンサデバイスは、例えば高精度かつ高速の薬品スクリーニングシステムにかかる細胞電気生理の測定に有用である。   As described above, the sensor device of the present embodiment is useful for measurement of cellular electrophysiology related to, for example, a high-precision and high-speed drug screening system.

その他、実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。   In addition, description about the same structure and effect as Embodiment 1 is abbreviate | omitted.

(実施の形態3)
以下、本実施の形態におけるセンサデバイスである化学物質同定センサについて説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a chemical substance identification sensor which is a sensor device in the present embodiment will be described.

図7、図8に示すように、本実施の形態におけるセンサデバイスは、キャビティ26を構成する有底筒状の一対の実装基板19と、キャビティ26を区分するように一対の実装基板19の間に固定されたセンサチップ11とを備えている。このセンサチップ11は、キャビティ26の上部空間27と下部空間28とを仕切る板状の薄板12と、この薄板12の外周を支持する筒状の枠体13とを有し、薄板12には、その上下面を貫通する貫通孔14が形成されている。ここで、薄板12はキャビティ26の上部空間27である第一の領域とキャビティ26の下部空間28である第二の領域とを区分する仕切り板として機能し、貫通孔14はキャビティ26の上部空間27である第一の領域とキャビティ26の下部空間28である第二の領域とを貫通させる貫通路として機能する。   As shown in FIGS. 7 and 8, the sensor device according to the present embodiment includes a pair of bottomed cylindrical mounting substrates 19 constituting the cavity 26 and a pair of mounting substrates 19 so as to partition the cavity 26. The sensor chip 11 is fixed to the sensor chip 11. The sensor chip 11 includes a plate-like thin plate 12 that partitions the upper space 27 and the lower space 28 of the cavity 26, and a cylindrical frame 13 that supports the outer periphery of the thin plate 12. A through hole 14 penetrating the upper and lower surfaces is formed. Here, the thin plate 12 functions as a partition plate that separates a first region that is an upper space 27 of the cavity 26 and a second region that is a lower space 28 of the cavity 26, and the through hole 14 is an upper space of the cavity 26. It functions as a through path that penetrates the first region 27 and the second region 28 that is the lower space 28 of the cavity 26.

そして、貫通孔14には上部空間27に、プローブ29が表面に形成された粒子(ビーズ)30を吸着するための凹部15を連設しており、この粒子30を介して化学物質の同定を行う。さらに、この凹部15の曲率半径が異なる弧面と弧面とが交差する位置に絞り部16を有している。つまり、凹部15の位置P2での湾曲面の曲率半径CR2は、位置P2と異なる位置P1での湾曲面である内壁面の曲率半径CR1とは異なる。具体的には、位置P1は位置P2に比べて、上部空間27により近く、曲率半径CR1は曲率半径CR2より大きい。なお、センサチップ11を垂直方向から見た場合、位置P1の直径は位置P2の直径よりも大きくなることが望ましい。なお、凹部15の最大開口径は10μm程度で、最小開口径は貫通孔14の開口径と同じである。なお、絞り部16の位置、深さ及び大きさは使用する目的に応じて適宜変更することができる。また、絞り部16は凹部15に少なくとも一箇所あればよい。   The through-hole 14 is provided with a recess 15 for adsorbing particles (beads) 30 having probes 29 formed on the surface thereof in the upper space 27, and chemical substances are identified through the particles 30. Do. Further, the constricted portion 16 is provided at a position where the arc surface and the arc surface having different curvature radii of the concave portion 15 intersect each other. That is, the curvature radius CR2 of the curved surface at the position P2 of the recess 15 is different from the curvature radius CR1 of the inner wall surface that is the curved surface at the position P1 different from the position P2. Specifically, the position P1 is closer to the upper space 27 than the position P2, and the curvature radius CR1 is larger than the curvature radius CR2. When the sensor chip 11 is viewed from the vertical direction, the diameter of the position P1 is preferably larger than the diameter of the position P2. The maximum opening diameter of the recess 15 is about 10 μm, and the minimum opening diameter is the same as the opening diameter of the through hole 14. Note that the position, depth, and size of the aperture 16 can be changed as appropriate according to the purpose of use. Further, it is sufficient that the narrowed portion 16 is at least one in the concave portion 15.

なお、センサチップ11は薄板12が底面となるように枠体13よりも下側に配置したが、このセンサチップ11の向きは上下逆であってもセンサチップ全体の機械的強度を高く保つことができる。   Although the sensor chip 11 is disposed below the frame 13 so that the thin plate 12 is the bottom surface, the mechanical strength of the entire sensor chip is kept high even if the orientation of the sensor chip 11 is upside down. Can do.

なお、薄板12は、厚み10μm〜100μm、直径1000μm、枠体13は、高さ400μm程度、外径は1000μm、貫通孔14は開口径1μm〜3μm(深さは薄板12の厚みと同じ)とした。   The thin plate 12 has a thickness of 10 μm to 100 μm, a diameter of 1000 μm, the frame 13 has a height of about 400 μm, the outer diameter is 1000 μm, and the through hole 14 has an opening diameter of 1 μm to 3 μm (the depth is the same as the thickness of the thin plate 12). did.

また、上部空間27と下部空間28の内部にはそれぞれ光ファイバーなどの光導入口31及び光検出口32が設置されており、これら光導入口31及び光検出口32は、さらに測定器(図示せず)へと接続されている。   In addition, a light inlet 31 and a light detection port 32 such as an optical fiber are provided in the upper space 27 and the lower space 28, respectively. Connected).

また、上部空間27、下部空間28及び絞り部16を有する凹部15を有した貫通孔14の内部は液体によって満たされている。ここで、液体は測定する対象化学物質が存在する液体物質である。さらに、上部空間27及び下部空間28は実装基板19で覆うように構成されており、これによって上部空間27及び下部空間28は外部雰囲気から遮断されている。その結果、内部圧力を制御することを可能としている。   Further, the inside of the through hole 14 having the concave portion 15 having the upper space 27, the lower space 28 and the throttle portion 16 is filled with liquid. Here, the liquid is a liquid substance in which the target chemical substance to be measured exists. Further, the upper space 27 and the lower space 28 are configured to be covered with the mounting substrate 19, and thus the upper space 27 and the lower space 28 are isolated from the external atmosphere. As a result, the internal pressure can be controlled.

なお、本実施の形態では、上部空間27、下部空間28を共に液体によって満たすとしたが、これにより貫通孔14を通って下部空間28へ通過した光は下部空間28を満たす液体の中を拡散するので、下部空間28に設置された光検出口32への導入が容易になるという利点も有している。しかしながら一方で、下部空間28で光を拡散させることが好ましくない場合は下部空間28には液体を満たさなくてもよい。この場合は貫通孔14を通過した光は、直接光検出口32へ到達する。   In the present embodiment, the upper space 27 and the lower space 28 are both filled with the liquid. However, the light passing through the through hole 14 to the lower space 28 diffuses in the liquid filling the lower space 28. Therefore, there is an advantage that introduction into the light detection port 32 installed in the lower space 28 becomes easy. However, on the other hand, if it is not preferable to diffuse light in the lower space 28, the lower space 28 may not be filled with liquid. In this case, the light that has passed through the through hole 14 reaches the light detection port 32 directly.

なお、粒子30の材質は特に限定するものではないが、好ましくは同定に用いる励起光33、検出光34に対して透明性を有していることが好ましく、このような透明性を有している材料としては、ガラス、セラミック材料などの無機材料、あるいはポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン等の樹脂材料が適している。また、粒子30の大きさは0.5〜100μm程度の直径を持つ球形であることにより、センサチップ11の薄板12に設けた絞り部16を有する凹部15内部へ安定して保持することができる。しかしながら、球形以外の形状について排除するものではなく、たとえば表面へのプローブ29の付着量を増やすため、表面に凹凸があるいびつな形状であっても本実施の形態での適用は可能である。   The material of the particles 30 is not particularly limited, but preferably has transparency with respect to the excitation light 33 and the detection light 34 used for identification, and has such transparency. Suitable materials include inorganic materials such as glass and ceramic materials, or resin materials such as polycarbonate, polystyrene, and polyolefin. Further, the size of the particles 30 is a spherical shape having a diameter of about 0.5 to 100 μm, so that the particles 30 can be stably held inside the concave portion 15 having the throttle portion 16 provided on the thin plate 12 of the sensor chip 11. . However, shapes other than the spherical shape are not excluded. For example, in order to increase the amount of the probe 29 attached to the surface, the present embodiment can be applied to an irregular shape having irregularities on the surface.

また、粒子30の表面にはプローブ29が付着されており、このプローブ29は検査対象物質35に対応した特定の化合物として合成されたものである。例えば、DNAプローブは特定の塩基配列と結合する相補的塩基配列をもったDNAであり、溶液中に特定配列を持ったDNAの存在有無を判定したい場合、このDNAプローブと結合(ハイブリタイゼーション)を起こすかどうかによって同定できる。   Further, a probe 29 is attached to the surface of the particle 30, and this probe 29 is synthesized as a specific compound corresponding to the substance to be inspected 35. For example, a DNA probe is a DNA having a complementary base sequence that binds to a specific base sequence. When it is desired to determine the presence or absence of DNA having a specific sequence in a solution, it binds to this DNA probe (hybridization). Can be identified by whether or not

特に、本実施の形態では、プローブ29に蛍光標識を行っておき、検査対象物質35が結合した場合に、外部からの入力光である励起光33に対して蛍光を発するようにしておく。これにより、粒子30の表面を通過した検出光34はハイブリタイゼーションの有無によってその色調が変化するが、本実施の形態のセンサデバイスでは、検出光34は貫通孔14を通過したものだけを観察することができることから、他からのノイズを少なくすることが可能であり、これによって、より高精度な化学物質の同定が可能になる。   In particular, in the present embodiment, the probe 29 is fluorescently labeled, and when the substance 35 to be examined is bound, fluorescence is emitted with respect to the excitation light 33 that is input light from the outside. As a result, the color of the detection light 34 that has passed through the surface of the particle 30 changes depending on the presence or absence of hybridization. In the sensor device of the present embodiment, only the detection light 34 that has passed through the through hole 14 is observed. Therefore, it is possible to reduce noise from others, which makes it possible to identify chemical substances with higher accuracy.

なお、プローブ29の種類はDNAの他にRNA,タンパク質等を用いることが可能である。   In addition, RNA, protein, etc. other than DNA can be used for the kind of probe 29.

次に本実施の形態におけるセンサデバイスを用いた液体に存在する化学物質の同定方法について説明する。   Next, a method for identifying a chemical substance present in a liquid using the sensor device according to the present embodiment will be described.

図9及び図10に示すように、上部空間27において、絞り部16を有する凹部15の内部に、プローブ29が表面に形成された粒子30が保持されている。ここで、凹部15は粒子30より小さいので、この粒子30を保持する方法として下部空間28を減圧して貫通孔14を吸引することによって、強固な保持が容易に実現される。   As shown in FIGS. 9 and 10, in the upper space 27, the particles 30 having the probe 29 formed on the surface are held inside the recess 15 having the throttle portion 16. Here, since the concave portion 15 is smaller than the particle 30, as a method for holding the particle 30, strong holding can be easily realized by decompressing the lower space 28 and sucking the through hole 14.

また、この保持方法は上部空間27と下部空間28との圧力差を利用したものであるので、絞り部16を有する凹部15に粒子30を吸着させるために化学的結合部位を別途設ける必要がないという利点を有している。   In addition, since this holding method uses a pressure difference between the upper space 27 and the lower space 28, it is not necessary to provide a separate chemical bonding site for adsorbing the particles 30 in the recess 15 having the throttle portion 16. Has the advantage.

また、上部空間27と下部空間28はセンサチップ11の薄板によって仕切られていることから、上部空間27の内部を加圧手段(図示せず)によって加圧することによって、貫通孔14を介して下部空間28へ液体を移動させながら粒子30を絞り部16を有する凹部15へと移動させ、粒子30を着実に凹部15に吸着・保持させることが可能となる。   Further, since the upper space 27 and the lower space 28 are partitioned by the thin plate of the sensor chip 11, the inside of the upper space 27 is pressurized by a pressurizing means (not shown), and the lower space is interposed via the through hole 14. While moving the liquid to the space 28, the particles 30 are moved to the recess 15 having the throttle portion 16, and the particles 30 can be steadily adsorbed and held in the recess 15.

このように上部空間27と下部空間28を個別に制御できるような構成とするため、吸引あるいは加圧などの手段を用いて粒子30を容易に制御することができる。さらに、液体を別の薬液などに容易に置換することも可能となるセンサ構造を実現することができる。   Thus, since it is set as the structure which can control the upper space 27 and the lower space 28 separately, the particle | grains 30 can be easily controlled using means, such as attraction | suction or pressurization. Furthermore, it is possible to realize a sensor structure that allows a liquid to be easily replaced with another chemical liquid or the like.

次に、図9に示すように上部空間27側から励起光33を導入すると光は上部空間27の内部を満たした液体内を散乱しながら透過し、凹部15を有した貫通孔14の内部へも進入する。このとき、凹部15に保持された粒子30は貫通孔14を確実に塞いでいるので、貫通孔14を透過してきた励起光33は粒子30の表面を透過してきた光である。そして、図9のように、上部空間27の内部に検査対象物質35が無い、あるいは濃度が低い場合、粒子30の表面に形成されたプローブ29が検査対象物質35とハイブリタイゼーションは起こらず、この状態での粒子30の表面を通過した光が検出光34として検出され、参照応答が測定される。   Next, as shown in FIG. 9, when the excitation light 33 is introduced from the upper space 27 side, the light is scattered while passing through the liquid filling the interior of the upper space 27, and enters the through hole 14 having the recess 15. Also enters. At this time, since the particles 30 held in the recess 15 reliably block the through holes 14, the excitation light 33 transmitted through the through holes 14 is light transmitted through the surfaces of the particles 30. As shown in FIG. 9, when the inspection target substance 35 is not present in the upper space 27 or when the concentration is low, the probe 29 formed on the surface of the particle 30 does not hybridize with the inspection target substance 35. Light passing through the surface of the particle 30 in this state is detected as detection light 34, and a reference response is measured.

一方、図10に示すように、上部空間27側に検査対象物質35が存在する状態では、プローブ29が検査対象物質35とハイブリタイゼーションを起こし、この状態での粒子30の表面を通過した検出光34が検出される。この際、プローブ29と検査対象物質35がハイブリタイゼーションを起こしている状態では、プローブ29が蛍光を発するように修飾しておけば、通過した検出光34は蛍光を伴っており、前記参照応答と区別される。このようにして上部空間27の内部に存在する液体に検査対象物質35が存在するかどうかが判定できるのである。   On the other hand, as shown in FIG. 10, in the state where the inspection target substance 35 exists on the upper space 27 side, the probe 29 is hybridized with the inspection target substance 35, and the detection that has passed through the surface of the particle 30 in this state Light 34 is detected. At this time, in the state in which the probe 29 and the substance to be inspected 35 are hybridized, if the probe 29 is modified to emit fluorescence, the detected light 34 that has passed is accompanied by fluorescence, and the reference response Distinguished from In this way, it can be determined whether or not the inspection target substance 35 is present in the liquid present in the upper space 27.

このようにセンサチップ11に貫通孔14に絞り部16を有する凹部15を設けたことによって、確実にプローブ29を表面に有した粒子30を保持できる上、貫通孔14を通過した光は必ず粒子30の表面を通過しているので、より高精度な測定が可能である。   As described above, by providing the sensor chip 11 with the concave portion 15 having the narrowed portion 16 in the through hole 14, the particles 30 having the probe 29 on the surface can be reliably held, and the light that has passed through the through hole 14 must be in the form of particles. Since it passes through 30 surfaces, it is possible to measure with higher accuracy.

従って、センサチップ11の材質は実施の形態1でも説明したシリコン以外でも実現可能であるが、不透明(透過性の低い)であることがより望ましい。これによって、下部空間28側に透過してくる光は貫通孔14を通過したものだけとなり、下部空間28側での光検出がより高精度になる。なお、検出側である下部空間28側は必ずしも液体で満たされていなくても光検出はできるが、液体で満たされる場合には、貫通孔14を通過した光は下部空間28側に存在する液体内で散乱し、光検出口32への導入が簡単になるという利点を有している。   Therefore, the material of the sensor chip 11 can be realized by other than the silicon described in the first embodiment, but it is more desirable that the sensor chip 11 be opaque (low transparency). As a result, only the light transmitted to the lower space 28 side passes through the through hole 14, and the light detection on the lower space 28 side becomes more accurate. Note that light detection is possible even if the lower space 28 side, which is the detection side, is not necessarily filled with liquid, but when it is filled with liquid, the light that has passed through the through hole 14 is liquid present on the lower space 28 side. It has the advantage that it can be easily scattered and is easily introduced into the light detection port 32.

さらに、本実施の形態における粒子30の保持方法では、上部空間27側を減圧雰囲気にすれば、一度保持された粒子30でも再度、保持を解除することができることから、任意の時に粒子30を液体中に分散させて、プローブ29と検査対象物質35の反応を促進させることができる。例えば、検査対象物質35が液体中に無い状態で粒子30を凹部15に保持させて参照応答を測定した後、検査対象物質35が含まれる液体を添加した後、粒子30の保持を解除すれば粒子30は液体の中に容易に分散することで検査対象物質35とプローブ29の反応が促進し、再度吸引によって粒子30を保持した後に測定を行えば、参照応答との比較によって検査対象物質35の有無判定がより高精度になるという利点を有している。   Furthermore, in the method for holding particles 30 in the present embodiment, if the upper space 27 side is in a reduced pressure atmosphere, the particles 30 once held can be released again, so that the particles 30 can be liquidated at any time. The reaction between the probe 29 and the substance to be inspected 35 can be promoted by dispersing in the medium. For example, after the reference response is measured by holding the particle 30 in the recess 15 in a state where the inspection target substance 35 is not in the liquid, the liquid containing the inspection target substance 35 is added, and then the holding of the particle 30 is released. The particles 30 are easily dispersed in the liquid to promote the reaction between the test target substance 35 and the probe 29. When the measurement is performed after the particles 30 are held again by suction, the test target substance 35 is compared with the reference response. This has the advantage that the presence / absence determination becomes more accurate.

なお、絞り部16を有した凹部15を備えた貫通孔14は、複数個設けることによって、より確実な測定が可能である。   In addition, more reliable measurement is possible by providing a plurality of through-holes 14 provided with the recess 15 having the throttle portion 16.

また、本実施の形態の実装基板19は、センサチップ11を覆い囲むように構成されているが、光反応を利用しない化学物質同定を行う場合は、上下に開放した導通孔18を有する実装基板19の内部にセンサチップ11を保持し、前記導通孔18を上部空間27と下部空間28とに区分してもよい。   In addition, the mounting substrate 19 of the present embodiment is configured to cover the sensor chip 11, but when performing chemical substance identification that does not use a photoreaction, the mounting substrate having the conduction holes 18 opened up and down. The sensor chip 11 may be held inside 19 and the conduction hole 18 may be divided into an upper space 27 and a lower space 28.

以上説明してきたように、本実施の形態のセンサデバイスは、化学物質同定センサとして、ウイルス、食料品産地などの特定DNA配列の検出を行うDNAセンサ、SNP(一塩基多型)配列を検出するSNPセンサ、アレルゲン(アレルギー抗原)の存在を検出する抗原センサ等、農業分野、医療分野、環境分野などに広く用いることができる。   As described above, the sensor device according to the present embodiment detects a DNA sensor that detects a specific DNA sequence such as a virus or a food production area, or a SNP (single nucleotide polymorphism) sequence as a chemical substance identification sensor. It can be widely used in the agricultural field, medical field, environmental field, etc., such as an SNP sensor and an antigen sensor that detects the presence of allergen (allergic antigen).

その他、実施の形態1と同様の構成及び効果については説明を省略する。   In addition, description about the same structure and effect as Embodiment 1 is abbreviate | omitted.

以上のように、本発明によるセンサデバイスは、例えば粒子や細胞等の球状物質を吸着させるため等に有用であり、細胞電気生理センサや化学物質同定センサ等に利用できる。   As described above, the sensor device according to the present invention is useful for adsorbing spherical substances such as particles and cells, and can be used for cell electrophysiological sensors, chemical substance identification sensors, and the like.

11 センサチップ
12 薄板
13 枠体
14 貫通孔
15 凹部
16 絞り部
17 球状物質
18 導通孔
19 実装基板
20 被検体
21 測定電極
22 分注器
23 参照電極
24 流路
25 流路板
26 キャビティ
27 上部空間
28 下部空間
29 プローブ
30 粒子
31 光導入口
32 光検出口
33 励起光
34 検出光
35 検査対象物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Sensor chip 12 Thin plate 13 Frame body 14 Through-hole 15 Recessed part 16 Restriction part 17 Spherical substance 18 Conductive hole 19 Mounting substrate 20 Subject 21 Measuring electrode 22 Dispenser 23 Reference electrode 24 Channel 25 Channel plate 26 Cavity 27 Upper space 28 Lower space 29 Probe 30 Particle 31 Light inlet 32 Light detection port 33 Excitation light 34 Detection light 35 Substance to be inspected

Claims (4)

薄板と、この薄板の周辺部を保持する枠体とを備え、
前記薄板は第一面とこの第一面と対向する第二面との間を貫通させる少なくとも1つの貫通孔を有し、
前記貫通孔には当該貫通孔の孔径より大径で、かつ前記第一面側に絞り部を有する凹部を連設したセンサチップ。
Comprising a thin plate and a frame for holding the periphery of the thin plate,
The thin plate has at least one through-hole penetrating between the first surface and the second surface facing the first surface;
A sensor chip in which the through hole has a recess having a diameter larger than the diameter of the through hole and having a throttle on the first surface side.
複数の貫通孔のそれぞれに連設した絞り部を有する凹部のそれぞれは、隣接する凹部の内壁が互いに交差するように形成した請求項1に記載のセンサチップ。 2. The sensor chip according to claim 1, wherein each of the recesses having a throttle portion provided continuously to each of the plurality of through holes is formed such that inner walls of adjacent recesses intersect each other. 実装基板と、
前記実装基板の上面から下面までを導通する導通孔の下端部に保持されたセンサチップとを備え、
前記センサチップは薄板とこの薄板の周辺部を保持する枠体とを備え、
前記薄板は第一面とこの第一面と対向する第二面との間を貫通させる少なくとも1つの貫通孔を有し、
前記貫通孔には当該貫通孔の孔径より大径で、かつ前記第一面側に絞り部を有する凹部を連設したセンサデバイス。
A mounting board;
A sensor chip held at the lower end of the conduction hole that conducts from the upper surface to the lower surface of the mounting substrate;
The sensor chip includes a thin plate and a frame body that holds the periphery of the thin plate,
The thin plate has at least one through-hole penetrating between the first surface and the second surface facing the first surface;
A sensor device in which the through-hole is continuously provided with a recess having a diameter larger than the diameter of the through-hole and having a throttle portion on the first surface side.
実装基板と、
前記実装基板の上面から下面までを導通する導通孔の内部に保持されたセンサチップとを備え、
前記センサチップは薄板とこの薄板の周辺部を保持する枠体とを備え、
前記薄板は第一面とこの第一面と対向する第二面とを貫通させる少なくとも1つの貫通孔を有し、
前記貫通孔には当該貫通孔の孔径より大径で、かつ前記第一面側に絞り部を有する凹部を連設し、
前記凹部にプローブ機能を有した微小球を配置するとともに、
前記微小球にて区分される前記導通孔の第一の領域あるいは第二の領域のいずれか一方の内部に液体を充填したセンサデバイス。
A mounting board;
A sensor chip held inside a conduction hole that conducts from the upper surface to the lower surface of the mounting substrate,
The sensor chip includes a thin plate and a frame body that holds the periphery of the thin plate,
The thin plate has at least one through hole penetrating the first surface and the second surface facing the first surface;
The through hole is provided with a recess having a diameter larger than the diameter of the through hole and having a throttle portion on the first surface side,
While arranging a microsphere having a probe function in the recess,
A sensor device in which a liquid is filled in either the first region or the second region of the conduction hole divided by the microsphere.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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