JP2013130563A - Sensing sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感知対象物がその表面に設けられた吸着層に吸着することで固有振動数が変わる圧電振動子を用いて感知対象物を感知するための感知センサーに関する。 The present invention relates to a sensing sensor for sensing a sensing object using a piezoelectric vibrator that changes its natural frequency by adsorbing to the adsorption layer provided on the surface of the sensing object.
試料流体中の感知対象物、例えば血液中あるいは血清中の微量なタンパク質を感知する方法として、例えば特許文献1に示すようなQCM(Quartz Crystal Microbalance)を利用した感知センサーが示されている。QCMは励振電極の表面に感知対象物を抗原抗体反応により吸着する吸着膜が設けられた水晶振動子を用い、試料液中の感知対象物の吸着による質量負荷を、水晶振動子の周波数の変化として捉えて、感知対象物の定量を行うものである。具体的には、感知対象物を含まない参照液を供給したときの前記周波数と、感知対象物の有無や濃度が未知である試料液を供給したときの前記周波数と、を検出し、これらの周波数の差分が前記吸着膜に吸着された感知対象物の質量に対応するものとして感知対象物の検出や濃度の測定を行う。 As a method for detecting a detection object in a sample fluid, for example, a trace amount of protein in blood or serum, a detection sensor using QCM (Quartz Crystal Microbalance) as shown in Patent Document 1, for example, is shown. QCM uses a quartz oscillator with an adsorption film that adsorbs the sensing object on the surface of the excitation electrode by antigen-antibody reaction. The mass load due to the adsorption of the sensing object in the sample liquid is changed by changing the frequency of the quartz oscillator. This is to quantify the sensing object. Specifically, the frequency when the reference liquid that does not include the sensing object is supplied and the frequency when the sample liquid with the unknown presence or concentration of the sensing object is supplied are detected, and these frequencies are detected. The detection of the sensing object and the measurement of the concentration are performed assuming that the difference in frequency corresponds to the mass of the sensing object adsorbed on the adsorption film.
このような感知センサーを例えば臨床分野や食品検査の分野において使用する場合には、簡易な機器を用いて行われることが多く、小型で簡便な装置であって正確な検出をする装置が求められている。一方QCMの構成として、水晶振動子の表面に試料液を連続的に流すと共にその表面から試料液を排出するフロースルーセル型と試料液をセル内に貯留する静止型とが知られている。フロースルーセル型は、通常試料液が参照液により希釈されることを防止し、また感知対象物の質量に加えて試料液の質量が水晶振動子の周波数に影響を与えることを防止できる点で優れているが、ポンプを必要とするため装置が大掛かりになってしまう問題があった。さらに感知センサーの小型化を実現した場合には、供給液を水晶振動子の表面に流通させる供給流路が細くなってしまい、供給流路中の励振電極を設置する領域が狭くなってしまう。励振電極が小型化すると、水晶振動子のCI値が増加して、安定した発振を行うことが難しくなり、また粘性の高い試料液の場合には測定自体ができなくなる問題があり、検出精度が劣化する問題があった。 When such a sensor is used, for example, in the clinical field or food inspection field, it is often performed using a simple device, and a small, simple device that accurately detects the device is required. ing. On the other hand, as a configuration of the QCM, there are known a flow-through cell type in which a sample liquid is continuously flowed to the surface of a crystal resonator and the sample liquid is discharged from the surface, and a static type in which the sample liquid is stored in the cell. The flow-through cell type normally prevents the sample liquid from being diluted with the reference liquid, and can prevent the mass of the sample liquid from affecting the frequency of the crystal unit in addition to the mass of the sensing object. Although excellent, there is a problem that the apparatus becomes large because a pump is required. Further, when the size of the sensing sensor is reduced, the supply flow path for supplying the supply liquid to the surface of the crystal unit becomes thin, and the area for installing the excitation electrode in the supply flow path becomes narrow. If the excitation electrode is reduced in size, the CI value of the crystal resonator increases, making it difficult to perform stable oscillation, and in the case of a highly viscous sample solution, there is a problem that measurement itself cannot be performed, and detection accuracy is increased. There was a problem of deterioration.
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は小型で簡便に供給液の流通を行う感知センサーであって、信頼性の高い測定を行うことができる感知センサーを提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a small-sized and easy-to-use sensing sensor that can circulate a supply liquid and that can perform highly reliable measurement. There is to do.
本発明の感知センサーは、発振周波数を測定するための測定器に接続される接続端子部を備えると共に一面側に凹部が形成された配線基板と、
前記凹部を塞ぐように前記配線基板に固定された共通の圧電片に各々励振電極が形成され、各励振電極が前記接続端子部に電気的に接続される第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子と、
前記第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子を含む前記配線基板の一面側の領域との間に流路を形成するために、当該領域を覆うように設けられ、前記流路に試料液を注入する注入口及び注入された試料液を排出する廃液口が前後に形成された流路形成部材と、
前記第1の圧電振動子における前記流路形成部材側の励振電極上に設けられ、試料液中の感知対象物を吸着する吸着層と、を備え、
前記第1の励振電極及び第2の励振電極は、前記流路内にて互いに左右に並んで配置され、
前記流路形成部材は、試料液を注入口から両方の圧電振動子の一面側を介して廃液口へ毛細管現象により流通させると共に、注入口から下流方向に向かうにつれて流路の幅が広がるように構成されることを特徴とする。
The sensing sensor of the present invention comprises a wiring board having a connection terminal portion connected to a measuring instrument for measuring an oscillation frequency and having a recess formed on one surface side,
Excitation electrodes are respectively formed on a common piezoelectric piece fixed to the wiring board so as to close the recess, and each excitation electrode is electrically connected to the connection terminal portion. A piezoelectric vibrator;
In order to form a flow path between the first piezoelectric vibrator and the area on the one surface side of the wiring board including the second piezoelectric vibrator, a sample is provided in the flow path so as to cover the area. A flow path forming member in which an injection port for injecting a liquid and a waste liquid port for discharging the injected sample liquid are formed in front and back;
An adsorption layer provided on the excitation electrode on the flow path forming member side in the first piezoelectric vibrator and adsorbing a sensing object in the sample liquid,
The first excitation electrode and the second excitation electrode are arranged side by side in the flow path,
The flow path forming member circulates the sample liquid from the injection port to the waste liquid port via the one surface of both piezoelectric vibrators by capillary action, and the width of the flow channel increases in the downstream direction from the injection port. It is characterized by being configured.
また本発明の感知センサーは、前記流路形成部材は、流路の幅が広がった後、更に前記廃液口へ向かうにつれて流路の幅が狭まるように構成されることを特徴としてもよい。
更に本発明の感知センサーは、前記流路形成部材は、注入口から下流方向へ向かう流路の開き角が50度から65度であることを特徴としてもよい。
In the sensor according to the present invention, the flow path forming member may be configured such that the width of the flow path narrows further toward the waste liquid port after the width of the flow path is widened.
Furthermore, in the detection sensor of the present invention, the flow path forming member may be characterized in that an opening angle of the flow path from the inlet to the downstream direction is 50 degrees to 65 degrees.
本発明の感知センサーによれば、圧電振動子が臨む流路に、試料液を毛細管現象により供給している。そのためフロースルーセル型の感知センサーでありながら、試料液を流通させるためのポンプが不要となる。また供給流路を注入口から下流方向に向かうにつれて左右の寸法(幅)が徐々に広がるように構成しているので、供給流路中の流速が急激に変わらないため供給流路中に気泡が生じにくい。そのため小型の感知センサーながら、信頼性の高い測定を行うことができる感知センサーを提供できる。 According to the sensing sensor of the present invention, the sample liquid is supplied to the flow path facing the piezoelectric vibrator by capillary action. Therefore, although it is a flow-through cell type detection sensor, a pump for circulating the sample liquid is not necessary. In addition, since the left and right dimensions (width) gradually increase from the inlet toward the downstream from the inlet, the flow velocity in the supply channel does not change abruptly, so that bubbles are generated in the supply channel. Hard to occur. Therefore, it is possible to provide a detection sensor that can perform highly reliable measurement while being a small detection sensor.
以下、本発明の実施の形態に係る感知センサー20を用いた感知装置について説明する。この感知装置は、例えば人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液中のインフルエンザウイルスなどの抗原の有無を検出し、人間のインフルエンザウイルスの感染の有無を判定することができるように構成されている。図1の外観斜視図に示すように、感知装置は発振回路ユニット12と本体部13とで構成される測定器11と、測定器11の発振回路ユニット12に着脱自在に接続される感知センサー20と、を備えている。発振回路ユニット12は例えば同軸ケーブル14を介して本体部13に接続されている。本体部13の筐体15前面に設けられた表示部16は、例えば周波数あるいは周波数の変化分等の測定結果もしくはウイルス等の検出の有無などを表示する役割を果たし、例えば液晶表示画面により構成されている。
Hereinafter, a sensing device using the
図2は感知センサー20の斜視図であり、以後の図中の配線及び電極には基板等と区別をするためにハッチングを施している。図3は感知センサー20の縦断側面図である。図3中の部材の高さ方向の寸法は、説明の便宜上、実寸法と異なるように示している。感知センサー20は、下方から配線基板2と、圧電振動子の1つである水晶振動子3と、流路形成部材4と、上蓋ケース5と、が積層されており、長さ約2.0cm、幅約1.2cmの寸法で構成される。図4は、感知センサー20の各部の下面側を示した分解斜視図であり、図5は感知センサー20の各部の上面側を示した分解斜視図である。これら図2〜図5を用いて感知センサー20について説明する。
FIG. 2 is a perspective view of the
前記配線基板2は、長さ方向の後方側に上記の発振回路ユニット12に差し込まれる接続端子部22が形成されている。前方側の先端部21には、角型形状の凹部23が形成されている。配線基板2の上面側には、配線25、26、27が設けられる。これら配線25〜27は接続端子部22側から凹部23の外縁まで引き回されており、配線基板2の長さ方向に沿って、夫々並行に伸びるように形成されている。配線25、26、27の接続端子部22側は夫々端子部25a、26a、27aを形成している。配線25、26、27は凹部23外縁から凹部23の底部へと引き回されており、配線の端部は夫々端子部25b、26b、27bを形成している。
The
続いて水晶振動子3についてその上面、下面を夫々示した図6(a)、図6(b)も参照しながら説明する。水晶振動子3は、第1の水晶振動子3A及び第2の水晶振動子3Bにより構成されており、これら第1の水晶振動子3A及び第2の水晶振動子3Bは、ATカットされた共通の水晶片31上に備えられる。この水晶片31は、例えば長方形状に形成され、水晶片31の長さ方向を前後とすると左半分及び右半分が夫々第1の水晶振動子3A及び第2の水晶振動子3Bに割り当てられている。水晶片31の左半分及び右半分の領域を以下では、夫々第1の振動領域32a及び第2の振動領域32bと呼ぶこととする。
Next, the
第1の振動領域32aの上面側には励振電極33aが形成されており、第2の振動領域32bの上面側には励振電極33bが形成されている。夫々の領域32a、32bの下面側には、励振電極34a,34bが形成される。水晶片31の上面側に形成される励振電極33a,33bは、夫々第1及び第2の振動領域に配置され、長さ約3.8mm、幅約0.8mmの略短冊形状に形成される。励振電極33a、33bは、およそ0.4mmの間隔を開けて互いに並行に配置される。夫々の励振電極33は左右に並べた短冊形状の外側に位置する各々2つの角を切り落としている。下面側の励振電極34a、34bも同様の形状に構成され、水晶片31を挟んで上面側の励振電極33a、33bと対向するように設けられている。
An
第1の振動領域32aに設けられた励振電極33aの表面には感知対象物である抗原と選択的に結合する抗体により構成された、図示しない吸着層が設けられている。一方第2の振動領域32bの励振電極33bの表面には抗原と励振電極33bとの結合を阻害する図示しない阻害膜が設けられている。
On the surface of the
上面側の励振電極33a、33bは一端が互い接続されており、当該接続部から水晶片31の周縁の方向に向かって、引き出し電極35が伸ばされる。水晶片31の下面側の励振電極34a,34bからは、水晶片31の長さ方向に直交するように、外側方向に向かって引き出し電極36a、36bが引き出されている。
One ends of the
水晶振動子3は、上述の配線基板2に設けられた凹部23に嵌挿される。水晶振動子3は、励振電極34a、34bが凹部23に臨むように配置され、引き出し電極35、36a、36bが、凹部23底部に設けられた端子部25b、26b、27bに重なり、夫々電気的に接続される。水晶振動子3は、引き出し電極35、36a、36bと凹部23に設けられた端子部25b、26b、27bの接続に用いられる導電性接着剤37により、当該凹部23の底面と隙間を介して対向するように保持される。
ところで水晶振動子の引き出し電極は配線基板2の配線に重なるように設けられるため、図3では、水晶片31の周縁部が配線基板2から浮いたように示されているが、実際には水晶振動子3の各電極及び配線基板2の各配線の厚さは、極めて小さく、水晶振動子3は配線基板2に略水平な状態で設けられる。
The
Incidentally, since the lead electrode of the crystal resonator is provided so as to overlap the wiring of the
続いて流路形成部材4について説明する。流路形成部材4は例えば自己吸着性が高いPDMS(ポリジメチルシロキサン)により構成されている。流路形成部材4は角板状に形成される。流路形成部材には、厚さ方向に直径1.5mmの円柱状の注入口41となる貫通孔と、廃液口42となる貫通孔がおよそ4mmの間隔をあけて、前後に並べて穿設される。
流路形成部材の下面側には、注入口41と廃液口42とを囲む枠部50が下側に1μm〜300μmの高さで突出して形成されている。前記枠部50に囲まれる領域は、後述するように、下方側を水晶振動子3に閉じられて、供給流路10となる。供給流路10は、注入口41と廃液口42とを最短距離で結ぶ直線状に設けられるが、注入口41及び廃液口42の付近は、夫々の貫通孔から、互いに対向する方向に扇状に広がるように形成されており、中流部は、直線状の流路になっている。即ち供給流路は、左右対称の六角形状に形成されており、注入口41と廃液口42とが対向する一対の角に位置するように設けられている。また枠部50は一定の高さで設けられており、供給流路10高さは一定になる。
Next, the flow
On the lower surface side of the flow path forming member, a
流路形成部材4は、水晶振動子3を設置した配線基板2の上方から重ね合わせるように配置される。供給流路10の開口面側は水晶振動子3により、密閉されて流路空間が形成される。水晶振動子3と枠部50とが密着されることで、水晶振動子3の表面を伝わり供給液が漏出するのを防ぐように構成している。図7に示すように夫々第1の水晶振動子3Aと、第2の水晶振動子3Bとが、前述供給流路10の領域を、供給流路10を幅方向に左右均等に分割するよう配置される。第1の水晶振動子3A及び第2の水晶振動子3Bに設けられた上面側の励振電極33a,33bは、前述の六角形状に形成された供給流路10の内側領域に面するように配置され、上面側の励振電極33a,33bは供給流路10の長さ方向に伸ばされて、左右に並ぶように配置される。
The flow
なお流路形成部材4を配線基板2上に設置する前に、流路形成部材4をプラズマ洗浄し、その表面を活性化すると共に表面の有機物が除去した状態とする。このようにプラズマ洗浄を行うのは、注入口41、廃液口42、供給流路10および、後述する流路形成部材4の上面側に上蓋ケース5で囲まれることで形成される廃液たまり52の親和性を高めて、当該供給液の注入口41、廃液口42及び廃液たまり52の流通を容易にすること及び流路形成部材4と配線基板2、及び流路形成部材4と上蓋ケース5との密着性を高めて、これらの隙間から供給液の漏れ出しを防ぐことを目的とする。なお、流路形成部材4としてはPDMSの他に例えばアクリル樹脂や水晶などにより構成することができる。
Before installing the flow
続いて上蓋ケース5の説明をする。上蓋ケース5の上面側前方には、インジェクト口51となる凹部が設けられている。インジェクト口51は、傾斜が設けられており、インジェクト口51へと滴下された供給液が底部に集められるように構成されている。上蓋ケース5の後方には、下面側に貫通する空気孔53が設けられている。上蓋ケース5の下面側には、インジェクト口51の底部に貫通する孔部46が設けられ、この孔部46は前記流路形成部材4の注入口41と重なる位置に設けられている。上蓋ケース5下面の後方側には、廃液だまり52となる凹部が設けられており、廃液だまり52の前方側が前記流路形成部材4の廃液口42と重なる位置に設けられている。また廃液だまりの後方は、空気孔53と接続されている。廃液たまり52は、前記供給液を多く貯留することができるようにインジェクト口51よりも大きな容積を持つように構成されており、また廃液たまり52はインジェクト口51より低い位置に設けられる。上蓋ケース5の前方部及び左右側方部には下向きに伸びるフック54が設けられている。
Next, the
上蓋ケース5は、流路形成部材4を上方から、覆うように配置され、フック54により配線基板2に係止され、配線基板2上に水晶振動子3、流路形成部材4、上蓋ケース5の順で積層される。上蓋ケース5は、流路形成部材4上に積層されると、インジェクト口51に設けられた孔部46が、流路形成部材4の注入口41と接続され、廃液だまり52の下面側が流路形成部材4の上面により閉じられて空間を形成すると共に、流路形成部材4の廃液口42と接続される。これによりインジェクト口51→注入口41→供給流路10→廃液口42→廃液だまり52と続く一連の流路が形成される。
The
注入口41及び廃液口42には毛細管部材となる円柱状のフィルタ43、44が着脱自在に設けられる。このフィルタ43、44は多孔質体であり、例えばセルロースからなるストロー状の化学繊維を束ねて構成されており、ストローの側壁にも多数の小孔が形成されている。フィルタ43は水晶振動子3の表面から注入口41及び孔部46を通り、インジェクト口51の底部に突出するように設けられ、フィルタ44は水晶振動子3の表面から廃液口42を通り、廃液たまり52に突出するように設けられる。
The
このフィルタ43は、供給液中に含まれる異物を孔内に捕捉することで流路が詰まることを防ぐ役割を有する。一方試料液に含まれる抗原の通過を妨げないように、供給液を保持しながら、微細粒子を十分に通過させる大きさとなっている。また、ミクロ的に見ると、フィルタ43を通過した供給液は微細に分割された状態となっているので、フィルタ43を通過させずに注入口41に供給した供給液と比べて、表面張力により配線基板2上で凝集する傾向が抑えられる。従って、フィルタ43を通過した供給液は供給流路10へ速やかに導入される。なお、フィルタ43、44の材質としてはセルロースに限られないが、速やかに供給液を通過させるために、当該供給液と親和性の高い材質を選択することが好ましい。廃液口42側のフィルタ44は供給流路10中の励振電極33の設置された部位を通過した供給液を吸収する。
The
上記の感知センサー20の接続端子部22が、発振回路ユニット12に差し込まれると、接続端子部22の配線端子25a、26a、27aが、発振回路ユニット12においてこれら配線端子25a〜27aに対応して形成された接続端子部に電気的に接続されて、図1に示した感知装置を構成する。図8に示すように発振回路ユニット12には第1の発振回路64及び第2の発振回路65が設けられており、第1の発振回路64は第1の水晶振動子3Aを、第2の発振回路65が第2の水晶振動子3Bを夫々発振させる。
When the
続いて感知装置を構成する本体部13に設けられる各部について説明する。前記発振回路64、65の後段にはスイッチ部66が設けられており、このスイッチ部66によって2つの発振回路64、65からの周波数信号がデータ処理部67に取り込まれる。データ処理部67は入力信号である周波数信号をディジタル処理して、第1の発振回路64により発振される、発振周波数「F1」の時系列データ及び第2の発振回路64からの発振周波数「F2」の時系列データを取得する。更に各時系列データの差分「F1−F2」を夫々演算し、当該差分データの時系列データを取得すると共に、この「F1−F2」のグラフを表示部16に表示する。
Next, each unit provided in the main body unit 13 constituting the sensing device will be described. A
本発明の実施の形態に係る感知センサー20の作用について説明する。なお供給液において、感知対象物を含まずに水晶振動子3の周囲を液体雰囲気にするための液を参照液と記載し、感知対象物を含むか否か判定を行うために感知センサー20に供給する液を試料液と記載する。この例では参照液は生理食塩水とし、試料液は人間の鼻腔拭い液を生理食塩水で希釈したものを用いる。図9〜図11で、参照液には多数の点を付して、試料液には斜線を付して夫々示している。
The operation of the
まず測定器11を起動し、感知センサー20を発振回路ユニット12に差し込むと、各水晶振動子3A、3Bが発振し、夫々の周波数に対応する周波数信号F1、F2が取り出される。そして、これら周波数信号は時分割されて、データ処理部67に取り込まれ、A/D変換された後、各ディジタル値が信号処理される。そして2つのチャンネルの周波数信号から、前記周波数「F1、F2」が取り出されて図示しないメモリに記憶され、さらに記憶された「F1、F2」に基づいて「F1−F2」が演算されてメモリに記憶される動作が継続される。また、表示部16に既述のグラフが表示され、周波数差「F1−F2」の変化がリアルタイムで表示される。
First, when the measuring instrument 11 is activated and the
次いで、図9(a)に示すようにユーザが感知センサー20の注入口41に設けられたインジェクト口51にスポイトにより例えば参照液(生理食塩水)を滴下する。本発明の実施の形態に係る感知センサー20においては、インジェクト口51を廃液たまり52より高い位置に設置することに加えて、注入口41及び廃液口42を細く構成しており、夫々の管内にはフィルタ43、44を挿入している。そのため注入口41及び廃液口42に設けたフィルタ43、44の毛細管現象及びインジェクト口51と廃液たまり52の高低差を利用したサイホン効果によって流通され、供給液の供給流路10への供給及び供給流路10からの排出が行われる。
Next, as shown in FIG. 9A, the user drops, for example, a reference solution (physiological saline) with a dropper into the
参照液は図9(b)、図9(c)に示すようにフィルタ43に吸収され、フィルタ43内を重力により下方へと降り、毛細管現象により供給流路10へと供給される。図10(a)〜(c)に示すように、供給流路10は注入口41から下流方向に向かうにつれて左右の寸法(幅)が徐々に広がるように構成されており、参照液は流路形状に沿って、注入口41より扇状に広がるように流れていく。参照液が流れると、供給流路10に設けられた水晶振動子3の振動領域32a、32bの環境雰囲気が気相から液相に変わり、液体の粘性に基づく抵抗の増加により各チャンネルの出力周波数F1、F2が低下する。
The reference liquid is absorbed by the
供給流路10側の面に設けられて供給液と接する励振電極33a,33bは、参照液の流れる方向に対して、左右方向に並ぶように配置されている。そのため、参照液は夫々の励振電極33a,33bに対して同時に且つ同様に流れ、夫々の励振電極33a,33b間で、感知対象物の負荷以外の要素が極力等しくなるように構成されており、信頼度の高いレファレンスとして機能させることができる。
感知センサー20を小型化する場合には、供給流路10が細くなり、設置する励振電極33a,33bの大きさが小さくなってしまう。特に励振電極33a,33bを供給流路10に対して左右に並べるように配置する場合には、夫々の励振電極33a,33bが細くなってしまい、水晶振動子3のCI値が増加して安定した発振が困難になり、更には、粘度の高い試料液の場合には測定ができない虞もある。上述の実施の形態では供給流路10を注入口41から扇状に広がるように構成して、供給流路10の中流域の幅が拡がるように構成している。そのため流速が徐々に上昇するため、急激な流速の変化により供給流路10内に気泡が生じることはない。更に夫々の励振電極33a,33bの形状は長方形状ではなく、並行する各々の励振電極33a,33bの外側の2つの角を切り落としている。そのため励振電極33a,33bは、長方形状の励振電極では、死角となる位置にまで配置することができ、長方形状の励振電極と比較して面積を広くすることができる。
When the size of the
更に本発明の実施の形態では、矩形状の水晶片31を供給流路10の流路方向に対して、長さ方向に伸びるように配置して、第1の水晶振動子3A及び第2の水晶振動子3Bを幅方向に並べて配置している。そのため同じ面積の水晶振動子を供給流路10の幅方向に伸びるように配置した場合と比較して、供給流路10の幅が広くする必要がない。流路が広い場合には、流路の中心と端とで流速に差が生じるため流路に気泡が生じ易くなるうえ、感知センサー20の小型化が制限される。
Further, in the embodiment of the present invention, the rectangular
供給流路10に流入した参照液は、図11(a)に示すように廃液口42に設けられたフィルタ44により吸収され、フィルタ44の毛細管現象及びインジェクト口51と廃液たまり52の高低差によるサイホン効果により、廃液口42を上昇する。供給液は流路形成部材4の上面まで上昇すると、廃液たまり52へと流出して、当該廃液たまり52に貯留される(図11(b))。注入口41側のフィルタ43に含まれる参照液が少なくなる一方で、廃液たまり52及び廃液口42側のフィルタ44に含まれる参照液が増加して、廃液口42側のフィルタ44の水圧が高くなると、注入口41から廃液口42への参照液の移動が停止する。
The reference liquid flowing into the
続いて、試料液をインジェクト口51に滴下する。図11(c)に示すように試料液は、参照液と同様にフィルタ43に吸収され、重力によってフィルタ43を下方に向かい、それによってフィルタ43に残留していた参照液が下流方向へと押し流され、当該参照液がすべて供給流路10を流れ、廃液口42へと向かう。そして、試料液は参照液と同様にフィルタ43の毛細管現象により供給流路10へと進入し、供給流路10の外縁に沿って広がるように流れ、供給流路10内の液相は参照液から試料液に置換される。
Subsequently, the sample solution is dropped into the
試料液中に感知対象物が含まれる場合には、第1の水晶振動子3Aは抗原抗体反応により抗原を吸着させるため、質量の負荷がかかり、発振周波数が変化する。一方で第2の水晶振動子3Bでは、抗原の吸着による質量の負荷が起こらない。試料液に抗原が含まれる場合、第1の水晶振動子3Aでは試料液の温度や粘性により周波数が変化することに加えて、当該抗原が抗原抗体反応により吸着膜に吸着され、質量負荷効果により周波数「F1」の値がさらに低下する。その一方で、第2の水晶振動子3B側のチャンネル2からは、試料液の温度や粘性に応じて変化する周波数「F2」が出力される。このような周波数変化の結果、周波数「F1−F2」が低下する。試料液は、供給流路10から廃液口42へと流れて廃液たまり52に貯留される。廃液たまり52内の液量が上昇し、水圧が高くなると、注入口41から試料液の移動が停止する。
When the sample object contains a sensing object, the
試料液が抗原を含まない場合も、抗原を含む場合と同様に流通するが、第1の水晶振動子3Aでは上記の抗原抗体反応が起こらず、チャンネル1およびチャンネル2からは試料液の温度や粘性に応じて変化する周波数「F1」、「F2」が取り出されるので、周波数差はほとんど変化しない。そしてある時刻t1からt2までの「F1−F2」の値aと時刻t2以降の「F1−F2」の値bとの差分値a−bを計算し、この差分値a−bが所定の許容値に収まっていれば、試料液中に抗原はないものと判定し、差分値a−bが許容値を超えていれば試料液中に抗原が存在するものと判定する。
When the sample solution does not contain the antigen, it flows in the same way as when it contains the antigen, but the above-described antigen-antibody reaction does not occur in the
前述のように供給流路10は注入口41と廃液口42の部位は細く構成されており、励振電極33を設置する部位の幅を広げるように構成されている。しかしながら急激に供給流路10の幅を変化させた場合には、幅の狭い部位と、広い部位では供給液の流れる速度に差が生じる。流速に大きな差が生じた場合には溶液が分離して供給液中に気泡が生じ易くなり、気泡が生じた場合には供給流路10内に均一に供給液が流れなくなり、検出に誤差が生じる。そのため注入口41より扇状に広がる供給流路10の中心角が大きくならないように構成することで、供給流路10中の流速の変化を少なくして、気泡の発生を抑えるようにしてもよい。供給流路10幅を十分に広げながら、供給流路10中の流速の変化を少なくするためには、中心角の角度は50度から65度の角度で設けることが望ましい。また六角形状に構成された供給流路10の側方の4つの角にRを設けて、供給流路10を流れる供給液にかかる抵抗を減少させるように構成して、気泡が供給流路10の角部に残留することを抑えるように構成してもよい。また毛細管現象を利用している供給流路10の高さは、1〜300μmと小さくなっており、流路中における試料液中の感知対象物が吸着される割合が大きいので感度の良い検出ができる。
As described above, the
上述の実施の形態に係る感知センサー20によれば、圧電振動子3が臨む流路に、試料液を毛細管現象により供給している。そのためフローセル型の感知センサーでありながら、試料液を流通させるためのポンプが不要となる。また供給流路10を注入口から下流方向に向かうにつれて左右の寸法(幅)が徐々に広がるように構成しているので、供給流路10中の流速が急激に変わらないため供給流路10中に気泡が生じにくい。そのため小型の感知センサー20ながら、信頼性の高い測定を行うことができる感知センサー20を提供できる。
According to the
[他の実施の形態]
また本発明の感知センサー20は、注入口41及び廃液口42が水晶振動子3の領域の外に設けられてもよい。例えば図12に示すように、配線基板2に設ける凹部23及び水晶振動子3の面積を、供給流路10の投影領域の面積より狭く構成して、供給流路10の流路壁50を配線基板2と接着する。配線基板2に設けた凹部23に角板状の水晶振動子3を嵌めこみ、水晶振動子3は凹部23内まで引き回された配線25、26、27と水晶振動子3の下面側で電気的に接続する。注入口41と廃液口42は水晶振動子3の領域の外側に位置するように設けられ、注入口41及び廃液口42から伸ばされたフィルタ43、44は配線基板2と接するように構成される。水晶振動子3の周囲はシール部材47によって塞がれており、供給液が水晶振動子3の下面側に回りこまずに、水晶振動子3の表面を流れるように構成されている。励振電極33a,33bは前後方向を流路方向として、左右に並ぶように配置されており、短冊形状で設けられる。流路形成部材4は水晶振動子3を介さずに配線基板と接着され、流路形成部材4に設けられた流路壁50を、前述の水晶振動子3及び凹部23を囲うように配置して配線基板2と接着させる。このような構成を用いる場合にも本発明を適用することができる。
[Other embodiments]
In the
1 感知装置
2 配線基板
3 水晶振動子
4 流路形成部材
5 上蓋ケース
10 供給流路
11 測定器
12 発振回路ユニット
20 感知センサー
22 接続端子部
31 水晶片
33、34 励振電極
41 注入口
42 廃液口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記凹部を塞ぐように前記配線基板に固定された共通の圧電片に各々励振電極が形成され、各励振電極が前記接続端子部に電気的に接続される第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子と、
前記第1の圧電振動子及び第2の圧電振動子を含む前記配線基板の一面側の領域との間に流路を形成するために、当該領域を覆うように設けられ、前記流路に試料液を注入する注入口及び注入された試料液を排出する廃液口が前後に形成された流路形成部材と、
前記第1の圧電振動子における前記流路形成部材側の励振電極上に設けられ、試料液中の感知対象物を吸着する吸着層と、を備え、
前記第1の励振電極及び第2の励振電極は、前記流路内にて互いに左右に並んで配置され、
前記流路形成部材は、試料液を注入口から両方の圧電振動子の一面側を介して廃液口へ毛細管現象により流通させると共に、注入口から下流方向に向かうにつれて流路の幅が広がるように構成されることを特徴とする感知センサー。 A wiring board having a connection terminal portion connected to a measuring instrument for measuring an oscillation frequency and having a recess formed on one surface side;
Excitation electrodes are respectively formed on a common piezoelectric piece fixed to the wiring board so as to close the recess, and each excitation electrode is electrically connected to the connection terminal portion. A piezoelectric vibrator;
In order to form a flow path between the first piezoelectric vibrator and the area on the one surface side of the wiring board including the second piezoelectric vibrator, a sample is provided in the flow path so as to cover the area. A flow path forming member in which an injection port for injecting a liquid and a waste liquid port for discharging the injected sample liquid are formed in front and back;
An adsorption layer provided on the excitation electrode on the flow path forming member side in the first piezoelectric vibrator and adsorbing a sensing object in the sample liquid,
The first excitation electrode and the second excitation electrode are arranged side by side in the flow path,
The flow path forming member circulates the sample liquid from the injection port to the waste liquid port via the one surface of both piezoelectric vibrators by capillary action, and the width of the flow channel increases in the downstream direction from the injection port. Sensing sensor characterized by comprising.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012154600A JP2013130563A (en) | 2011-11-21 | 2012-07-10 | Sensing sensor |
Applications Claiming Priority (3)
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JP2011254352 | 2011-11-21 | ||
JP2012154600A JP2013130563A (en) | 2011-11-21 | 2012-07-10 | Sensing sensor |
Publications (1)
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JP2013130563A true JP2013130563A (en) | 2013-07-04 |
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Family Applications (1)
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JP2012154600A Pending JP2013130563A (en) | 2011-11-21 | 2012-07-10 | Sensing sensor |
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JP (1) | JP2013130563A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107615039A (en) * | 2015-05-26 | 2018-01-19 | 奥林巴斯株式会社 | Check body dyeing apparatus and check body colouring method |
-
2012
- 2012-07-10 JP JP2012154600A patent/JP2013130563A/en active Pending
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