JP2014173938A

JP2014173938A - 感知センサ

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Publication number: JP2014173938A
Application number: JP2013045396A
Authority: JP
Inventors: Wakako Shinobu; 和歌子忍; Hiroyuki Kukita; 啓行茎田; Shunichi Wakamatsu; 俊一若松
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-09-22
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP6088857B2; US20140250985A1

Abstract

【課題】試料液中の感知対象物の測定を行う感知センサ１において、低濃度の試料でも安定した測定のできる感知センサ１を提供すること。
【解決手段】感知センサ１に設けられる水晶振動子３の裏面側にリファレンスと検出用との２つの励振電極３４、３５を設け、表面側にリファレンスと検出側との２つの励振電極３４、３５に共通な共通電極３３を設けた構成としている。さらに供給流路４０の右縁と左縁との下面を共通電極３３で覆われた領域上に配置している。そのため供給流路４０の幅方向に電極の領域と水晶の領域とが並ばず、試料溶液の流れやすさの差がなくなる。従って供給流路４０の流路高を低くした場合にも、水晶の領域のみを流れずに、供給流路４０の全域を均等に流れるため、安定した測定を行うことができる。
【選択図】図７

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に関する。

試料流体中の感知対称物、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、試料溶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、感知対象物の定陵を行うものである。この基本原理を利用し医療現場での診断や食品検査にも用いられている簡易計測への応用も可能である。

この際、感知センサでは、マイクロ流体チップを使用してごく狭い反応空間を形成し、その中で抗原抗体反応を行う。マイクロ流体チップはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）製であり、専用のＱＣＭセンサ上に載せることで微小な反応部を作り出す。マイクロ流体チップは反応容量を非常に小さくすることが可能なため、サンプルの希釈なく電極表面を通過する。このため低濃度のサンプル感度が高いという利点がある。
現在、この感知センサに用いるマイクロ流体チップの流路高は３００μｍに設計されており、反応容量は、約５μＬである。特許文献２には、マイクロ流体チップの流路高を１００μｍまで狭めて、より微小な空間が作り出し、サンプルの感度を上げた感知センサが記載されている。さらには、例えば流路高を５０μｍにまで狭めた感知センサでは、容量は０．８３μＬになり、上記の理論から感度が高くなる。しかし流路高を５０μｍのマイクロ流体チップを設計すると、以下の問題が生じる。

まず使用するＱＣＭセンサは２つの金電極で構成されており、一方の電極をリファレンスとすることで差分計測を可能としている。しかし金電極の厚みが４００ｎｍであるため、試料溶液を入口から添加したときに、２つの電極表面の疎水度が高い場合、金電極を避けて周りの水晶を伝って出口から出て行ってしまう。また、２つの電極の内検出用の電極のみに感知対象物を吸着するための親水性の吸着層を設けた場合に、夫々の電極間で親水性に差が生じてしまう。その場合に親水性の低い電極に試料溶液が流れず計測不可能となることがあった。これらの問題は、金電極の厚みを１００ｎｍまで薄くすれば起きないがセンサの特性が劣化する問題があった。

特開２００９−２０６７９２号公報特開２０１１−２７７１６号公報

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、試料液中の感知対象物の測定を行う感知センサにおいて、低濃度の試料でも安定した測定のできる感知センサを提供することにある。

本発明の感知センサは、水晶片の一面側に互いに左右に離間して設けられた第１の励振電極及び第２の励振電極と、
前記水晶片の他面側に、前記第1の励振電極に対向する領域及び第２の励振電極に対向する領域に跨って形成され、前記第1の励振電極との間及び第２の励振電極との間に夫々第1の振動領域及び第２の振動領域を形成するための共通電極と、
前記共通電極の表面であって、前記第1の振動領域及び第２の振動領域の一方に対応する位置に形成され、試料液中の感知対象物を吸着する吸着層と、
前記共通電極、前記第1の励振電極及び前記第２の励振電極を発振周波数を測定するための測定器に電気的に接続するための接続端子部を備え、前記第1の振動領域及び第２の振動領域の一面側に空間が形成されるように、前記水晶片が固定された配線基板と、
前記第１の振動領域及び第２の振動領域の各々の上方に試料液の供給流路を形成するように、また、その左縁及び右縁の下面が前記共通電極上に位置するように設けられ、試料液の注入口と試料液の排出口とが、前記水晶片に対向するように形成された流路形成部材と、を備えたことを特徴とする。

また本発明の感知センサは、前記流路の高さは９０μｍ未満であることを特徴としてもよい。

本発明は、感知センサに設けられる水晶振動子の裏面側にリファレンスと検出用との２つの電極を設け、表面側にリファレンスと検出側との２つの電極に共通な共通電極を設けた構成としている。さらに試料液の供給流路の右縁と左縁との下面を共通電極で覆われた領域上に配置している。そのため供給流路の幅方向に電極の領域と水晶の領域とが並ばず、試料溶液の流れやすさの差がなくなる。従って供給流路の流路高を低くした場合にも、水晶の領域のみを流れずに、流路の全域を均等に流れるため安定した測定を行うことができる。

本発明に係る感知装置の斜視図である。前記感知装置を構成する感知センサの斜視図である。前記感知センサの（ａ）縦断側面図及び（ｂ）水晶振動子と供給流路を拡大した縦断側面図である。感知センサの各部の上面側を示した分解斜視図である。感知センサの各部の下面側を示した分解斜視図である。前記感知センサを構成する水晶振動子の（ａ）上面側、及び（ｂ）下面側を示す平面図である。前記水晶振動子を供給流路に設置した状態を示す平面図である。前記感知装置の概略構成図である。前記感知装置による測定の様子を示す工程図である。従来の感知センサの供給液の流れ方を示す説明図である。本発明の感知センサの供給液の流れ方を示す説明図である。前記感知装置による測定の様子を示す工程図である。

以下本発明の実施の形態に係る感知センサを用いた感知装置について説明する。この感知装置は、マイクロ流体チップを利用し、例えば人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液中のウイルス、例えば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１１と本体部１２とを備えた測定器１０と、測定器１０の発振回路ユニット１１に着脱自在に接続される感知センサ１と、を備えている。発振回路ユニット１１は例えば同軸ケーブル１３を介して本体部１２に接続されている。本体部１２の前面には、例えば液晶表示画面により構成される表示部８１が設けられており、表示部８１は例えば発振回路ユニット１１の出力周波数あるいは、周波数の変化分等の測定結果もしくは、ウイルスの検出の有無等を表示する。

次に感知センサ１の構成について説明する。図２は、感知センサ１の斜視図を示し、図３は感知センサ１の縦断側面図である。図４、図５は夫々感知センサ１の各部の上面側、下面側を示した分解斜視図である。これら図２〜図５を用いて説明する。感知センサ１は下方から配線基板２と、圧電振動子の一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、が積層されている。配線基板２は、例えば略矩形の基板であり、長さ方向を前後とすると、後方側に発振回路ユニット２に差し込まれる接続端子部２１が形成されている。配線基板２の前方側には、円形の貫通孔２２が設けられており、貫通孔２２を配線基板２の下面側から塞ぐようにフィルム２３が固着されている。この貫通孔２２及びフィルム２３により配線基板の表面側に凹部２４が形成されることとなる。配線基板２の上面には、長さ方向に伸びる配線２５、２６、２７が設けられており、夫々の配線２５、２６、２７は、接続端子部２１から凹部２５の外縁まで引き回され、凹部２４の外縁に夫々端子部２５ａ、２６ａ、２７ａが形成され、接続端子部２１に夫々端子部２５ｂ、２６ｂ、２７ｂが形成されている。また端子部２７ａと凹部２４を介して対向するように、パッド２８が設けられている。

続いて水晶振動子３についてその上面、下面をそれぞれ示した図６（ａ）、図６（ｂ）も参照しながら説明する。水晶振動子３は、例えばＡＴカットで構成された円板状の水晶片３０に構成される。水晶振動子３の裏面側には、例えばＡｕにより、第１及び第２の励振電極３４、３５が互いに平行状に伸びている。水晶振動子３の表面側には、例えばＡｕにより楕円形の共通電極３３が、前記第1の励振電極３１及び前記第２の励振電極３２と対向する位置に設けられている。この水晶振動子３の共通電極３３と、第1の励振電極３４及び第２の励振電極３５で挟まれた領域は、夫々第１及び第２の振動領域６１、６２となり、これらの第１及び第２の振動領域６１、６２は、互いに独立して振動する。図中の点線で囲った領域は、第1及び第２の励振電極３４、３５の投影される領域を示している。
なお共通電極３３とは、第1及び第２の振動領域６１、６２の間を電極の領域としており、水晶の領域が含まれないように形成している。

共通電極３３からは水晶片３０の周縁部に向かって引き出し電極３８が伸ばされており、この引き出し電極は３８、水晶片３０の側面を引き回され、裏面の周縁部にて端子部３８ａが形成されている。第1及び第２の励振電極３４、３５からも水晶片３０の周縁に向かって引き出し電極３６、３７が引き出されており、水晶片３０の周縁部にて夫々端子部３６ａ、３７ａが形成されている。なお水晶片３０の引き出し電極３６、３７と共通電極３３とに挟まれた領域も振動を行うが、夫々の引き出し電極３６、３７は、十分に細く形成されており、小さな振動であるため振動領域から除いている。共通電極３３の表面であって、第１の振動領域６１となる領域には、感知対象物であるウイルス、例えばインフルエンザウイルス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膜が設けられている。一方共通電極３３の表面であって、第２の振動領域６２となる領域の表面には、ウイルスと共通電極３３との結合を阻害する阻害膜（ブロッキング膜）が設けられている。

水晶振動子３は、第1及び第２の励振電極３４、３５が配線基板２の凹部２４に臨み、端子部３６ａ、３７ａ、３８ａが配線基板２上に設けられた夫々の対応する端子部２５ａ、２６ａ、２７ａに重なるように配置される。端子部３６ａ、３７ａ、３８ａは、夫々端子部２５ａ、２６ａ、２７ａに導電性接着剤７により接着され、水晶振動子３は、凹部２４の底面と隙間を介して対向するように保持される。また水晶振動子３は、後述する流路形成部材４に押圧され、少し湾曲している。そのため、図３では、水晶片３０の前方側が、パッド２８から浮いたように示されているが、水晶片３０の底面は、パッド２８に接触している。水晶振動子３の各励振電極３４、３５及び配線基板２上の各配線２５、２６、２７の厚さ、端子部２５ａ、２６ａ、２７ａ、及びパッド２８は、極めて小さく、導電性接着剤７もごく少量であるため、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。

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ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）により矩形板状に形成される。流路形成部材４の下面側には、水晶振動子３及び配線２５、２６、２７が収まるようにこれらの外形に沿って段差部４６が設けられている。段差部４６には、注入口４２及び排出口４３となる、厚さ方向に貫通する口径１．５ｍｍの貫通孔が前後に２ヶ所に並ぶように設けられている。また段差部４６には、注入口４２及び排出口４３を囲むように高さ５０μｍの枠部４１が設けられている。枠部４１は、六角形状に形成され、注入口４２と排出口４３とが、互いに対向する２角に位置するように設けられている。

流路形成部材４は、配線基板２の前方側に、水晶振動子３の上方から重ね合わされる。図7に水晶振動子３上に配置した供給流路４０の平面図を示す。図７に示すように枠部４１が共通電極３３の設けられた領域に収まり、かつ水晶振動子３の第１及び第２の振動領域６１、６２が枠部４１内の領域に収まるように配置され、水晶振動子３と流路形成部材４とが密着され、流路である供給流路４０となる。枠部４１は、前述のように六角形状に形成されているため、供給流路４０は、注入口４２から下流に向かって流路の幅が広がった後、中流部は平行に流れ、排出口４３に向かって流路の幅が狭まるように構成される。

また第１及び第２の振動領域６１、６２は、参照液の流れる方向に対して、左右に並ぶように配置されている、そのため参照液は夫々の第１及び第２の振動領域６１、６２に対して同時に且つ同様に流れ、夫々の振動領域６１、６２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。

なお流路形成部材４は、配線基板２に積層される前に、プラズマ洗浄がなされ、その表面の活性化と表面の有機物の除去が行われる。このようにプラズマ洗浄が行われるのは、注入口４２、排出口４３供給流路４０及び後述する廃液溜まり５３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や上蓋ケース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している。

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。注入口５１には、傾斜が設けられており、注入口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。注入口５１の底部には、貫通する孔部５２が設けられ、この孔部５２は前記流路形成部材４の注入口４２と対応する位置に設けられる。上蓋ケース５下面の後方側には、廃液溜まり５３となる凹部が設けられており、廃液溜まり５３の前方側が前記流路形成部材４の排出口と重なる位置に設けられている。また廃液溜まり５３には、上蓋ケース５の上面側へ貫通する空気孔５４が設けられている。廃液溜まり５３は、供給液を多く貯留することができるように注入口５１より大きな容積を持つように構成されている。また廃液溜まり５３は、注入口５１より低い位置に設けられている。

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５５により係止されて、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の順に積層される。上蓋ケース５を流路形成部材４上に積層すると、注入口５１に設けられた孔部５２が、流路形成部材４があの注入口４２と接続され、廃液溜まり５３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が形成されると共に、廃液溜まり５３と排出口４３とが接続される。これにより注入口５１→注入口４２→供給流路４０→排出口４３→廃液溜まり５３と続く一連の流路が形成される。

注入口４２及び排出口４３には毛細管部材となる円柱状のフィルタ４４が着脱自在に設けられる。このフィルタ４４、４５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４４は水晶振動子３の表面から注入口４２及び孔部５２を通り、注入口５２の底部に突出するように設けられる。排出口４３に設けられるフィルタ４５は、その下端が、供給流路４０の天井高さになるように設けられ、先端が廃液溜まり５３に突出するように設けられる。

上記の感知センサ１の接続端子部２１が、発振回路ユニット２に差し込まれると、接続端子部２１の端子２５ａ、２６ａ、２７ａが発振回路ユニット１１においてこれらの端子２５ａ、２６ａ、２７ａと対応するように形成された図示しない接続端子部に電気的に接続されて、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１１には、例えばコルピッツ回路で構成される第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２が設けられており、第１の発振回路７１は第１の振動領域６１を、第２の発振回路７２は第２の振動領域６２を夫々発振させるように構成されている。

本体部１２には、スイッチ部８２と、データ処理部８３とが備えられている。発振回路ユニット１１内に設けられた第１及び第２の発振回路７１、７２の出力側は、同軸ケーブル１３を介して、本体部１２に接続され、本体部１２内に設けられたスイッチ部８２と接続される。スイッチ部８２の後段に設けられたデータ処理部８３は、入力信号である周波数信号のディジタル処理を行い、第１の発振回路７１により出力される発振周波数「Ｆ１」の時系列データと、第２の発振回路７２により出力される発振周波数「Ｆ２」の時系列データと、を取得する。本発明の感知装置では、スイッチ部８２により、データ処理部８３と第1の発振回路７１と接続するチャンネル１と、データ処理部８３と第２の発振回路７２と接続するチャンネル２とを交互に切り替えた間欠発振を行うことにより、感知センサ１の２つの振動領域６１、６２間の干渉を避け、安定した周波数信号を取得できるようにしている。そしてこれらの周波数信号は、例えば時分割されて、データ処理部８３に取り込まれる。データ処理部８３では、周波数信号を例えばディジタル値として算出し、算出されたディジタル値の時分割データに基づいて、演算処理を行い、例えば、抗原の有無などの演算結果を表示部８１に表示する。

本発明の実施の形態に係る感知センサ１の作用について説明する。なお以後の明細書中においては、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供給液を参照液と記載し、感知対象物を含むか否かの判定の対象として、感知センサ１に供給する供給液を試料液と記載する。なおこの例では、参照液は生理食塩水を用いており、試料液は人間の鼻腔拭い液を生理食塩水により希釈したものを用いている。

感知センサ１を発振回路ユニット１１に差し込み、測定器１０を起動すると水晶振動子３の各振動領域６１、６２が発振され、夫々の周波数信号に対応する周波数信号Ｆ１、Ｆ２が取り出される。
次いで、図９に示すようにユーザがスポイトにより、注入口５１に例えば参照液（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２０においては、注入口５１を廃液溜まり５３より高い位置に設置することに加えて、注入口４１及び排出口４２を細く構成して、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及び排出口４２に設けたフィルタ４３、４４の毛細管現象及び注入口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４０への供給及び供給流路４０からの排出が行われる。

注入口５１に滴下された参照液は、注入口４２に設けられたフィルタ４４に吸収され、重力により、フィルタ４４を下降し、供給流路４０内へと供給される。供給液は、供給流路４０中を流れることとなるが、ここで、供給流路４０の高さ及び底面のレイアウトによる供給液の流れ方の違いについて検討する。なお明細書中の流路の高さとは、電極から天井までの距離としている。

まず供給流路４０の底面の水晶振動子３の領域に２つの電極を並べて配置した場合について検討する。水晶振動子１の水晶の領域は、電極の表面と比較して親水度が高く、水晶の表面の領域の方が水となじみ易い。また板状の水晶片３０の表面に電極が設けられているため、電極の厚さ分の高低差が生じてしまう。従って供給流路４０の底面の水晶振動子３の領域に２つの電極を並べて配置して、供給流路４０に供給液を流した場合に、供給液は、電極の設けられていない水晶の領域を流れようとする傾向にある。
しかしながら供給流路４０の高さが例えば３００μｍと高い場合には、供給流路４０の天井面と、底面との間の距離が長く、供給流路４０を一度に流れる液量が多くなる。そのため供給液が水晶の領域のみを流れようしても、供給液の量が多く、供給流路４０の天井面と、底面との間の表面張力では抑えきれず、電極を設けた領域にも供給液が流れこむため、供給流路４０全体を液体が流れることになる。

一方で供給流路４０の高さが９０μｍ以下、例えば５０μｍと低い場合の供給液の流れを供給流路４０の平面図である図１０（ａ）と、平面図中のＡ−Ａ´の断面図である図１０（ｂ）を参考にして説明する。供給流路４０の高さが低い場合には、供給流路４０の断面積が狭くなるため、供給流路４０を流れる供給液７０の量が少なくなる。そのため供給液７０が水晶の領域を流れようとした場合に、検出用電極７１の領域に流れ込もうとする供給液７０の量が少なくなる。その時に供給流路４０の天井面と底面を結ぶ液面の表面張力により検出用電極７１の領域への流出が遮られてしまい、検出用電極７１の領域を避けるように供給液７０が流れてしまう。

続いて供給流路４０の底面全体を共通電極３３で覆われた領域とした場合について検討する。図１１（ａ）は底面全体を共通電極３３で覆われた供給流路４０に供給液を流した時の平面図を示し、図１１（ｂ）は、平面図中Ｂ−Ｂ´の断面図を示す。供給流路４０の底面は、全体が共通電極３３で覆われており、高低差がなくなり、また水晶の領域もなくなるため、親水度の差もなくなる。そのため図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、そのため供給液７０は供給流路４０の全面を均等に流れることになる。また共通電極３３は、注入口４２の下方から、排出口４３の下方まで覆うように設けられている。そのため注入口４２から排出口４３へ流れる途中に、親水度の異なる領域や底面の段差がなくなる。供給流路４０の底面に親水度の差や段差がある場合には、流速が変化するため、流路に気泡が生じやすくなったり、段差部分に気泡が付着しやすくなるなどの不具合の要因となる。流路の底面全体を共通電極３３で覆うことにより、このような不具合の虞を抑制することができる。

このようにして、上述の実施の形態の構成では、供給液（参照液）７０は供給流路４０の形状に沿って、供給流路４０の底面全体を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４０に設けられた水晶振動子３の第１及び第２の振動領域６１、６２の環境雰囲気が気相から液相に変わり、液体の粘性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。

上述の感知センサ１では、表面側の電極は、共通電極３３として構成しており、下面側の電極は、第１及び第２の励振電極３４、３５を流路方向に対して幅方向に並べて配置している。そして、共通電極を接地電極とし、下面側の第１及び第２の励振電極３４、３５を夫々第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２と接続するようにしている。水晶振動子３を発振させた場合には、エネルギー閉じ込め効果により、電極の近傍に振動エネルギーが集中する。そのため上述の水晶振動子３では、図５中に示した下面側の第１及び第２の励振電極３４、３５の設けられている領域で振動エネルギーが大きくなる。そのため第１の発振回路７１から発振される周波数信号と、第２の発振回路７２から発振される周波数信号と、は、夫々独立して出力される。

第１及び第２の振動領域６１、６２に夫々設けられた電極からは、夫々の周波数に対応する周波数信号が取り出されて、各チャンネルから出力される。そしてこれら周波数信号は時分割されて測定回路部に取り込まれ、Ａ／Ｄ変換された後、各ディジタル値が信号処理される。そして２つのチャンネルの周波数信号から、前記周波数「Ｆ１、Ｆ２」が取り出され、これらの周波数がほぼ同時に（例えば１／２秒ずつずれて）メモリに記憶される動作が繰り返される。

続いて、試料液を注入口５１に滴下する。図１２に示すように試料液は、参照液と同様にフィルタに吸収され、重力により下降する。それによってフィルタ４４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４０を流れ、排出口４３へと向かう。そして試料液は参照液と同様にフィルタ４４、４５の毛細管現象により供給流路４０へと供給され、供給流路４０の外縁に沿って広がるように流れ、供給流路４０内の液相は参照液から試料液に置換される。

供給流路４０内が試料液で満たされた場合に、試料液中に感知対象物となる抗原が含まれる場合には、当該抗原が吸着層に設けられている抗体に、抗原抗体反応により吸着される。吸着層は、共通電極３３中の下面側の第1の励振電極の投影される部位、即ち第1の振動領域６１に設けられており、当該領域の電極の質量に、吸着層に吸着された抗原の質量が負荷されることになる。

試料液に抗原が含まれる場合には、第１の振動領域６１から取り出される周波数「Ｆ１」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さらに低下した周波数となる。その一方で第２の振動領域６２と接続されるチャンネル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」が取り出される。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４０から排出口４３へと流れて廃液溜まり５３に貯留される。廃液溜まり５３の液量が上昇し、水圧が高くなると、注入口４２から試料液の移動が停止する。試料液に抗原が含まれていない場合には、試料液は抗原を含む場合と同様に流通するが、第１の振動領域では、上記の抗原抗体反応による質量の負荷が起こらない。チャンネル１及びチャンネル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ことになる。

そして例えば、供給流路４０内が参照液で満たされている時刻での「Ｆ１−Ｆ２」の値の平均値ａと、供給流路４０内が参照液から試料液に入れ替えられ、検出が行われたと推定されるある時刻での「Ｆ１−Ｆ２」の値の平均値ｂとを演算する。更に両平均値の差分値ａ−ｂを計算し、この差分値が所定の許容値に収まっていれば、試料液中に抗原は無いものと判定し、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し、その結果を表示部８１に表示する。

上述の実施の形態によれば、感知センサ１の設けられる水晶振動子３の裏面側にリファレンスと検出用との２つの励振電極３４、３５を設け、表面側にリファレンスと検出側との２つの励振電極３４、３５に共通な共通電極３３を設けた構成としている。さらに供給流路４０の右縁と左縁との下面を共通電極３３で覆われた領域上に配置している。そのため供給流路４０の底面が一様になるため、試料溶液の流れやすさの差がなくなる。従って供給流路４０の流路高を低くした場合にも、水晶の領域のみを流れずに、供給流路４０の全域を均等に流れるため安定した測定を行うことができる。
また本発明の感知センサは供給流路４０の流れる方向に、第１及び第２の振動領域が並べて配置されていてもよく、更には、フロー計測用の感知センサに適用してもよい。

感知センサ１の流路の高さを狭めて、供給流路４０の容量を小さくした場合の効果についての確認データを示す。実施例として、水晶振動子３の表面側の共通電極３３を供給流路４０の底面全体を覆うように設け、流路高さを５０μｍとして１０ｎｇ／ｍｌの濃度のＣ反応性タンパク質の検出を行った。また比較例として、流路高を３００μｍに設定した他は、実施例と同様に構成した感知センサで測定を行った。表１は、実施例及び比較例に係る感知センサの夫々において、出力されるＦ１−Ｆ２の値を示す。

[表１]

表１に示すように、比較例の感知センサでは、Ｆ１−Ｆ２は、２．１３Ｈｚと検出されている。一方、実施例の感知センサでは、Ｆ１−Ｆ２は、６．０４Ｈｚと検出されていた。従って感知センサの流路高を低くすることで、検出感度を上げることができるといえる。

１感知センサ
２配線基板
４流路形成部材
１０測定器
２１接続端子部
３０水晶片
３３共通電極
３４第１の励振電極
３５第２の励振電極
４０供給流路
４２注入口
４３排出口

Claims

水晶片の一面側に互いに左右に離間して設けられた第１の励振電極及び第２の励振電極と、
前記水晶片の他面側に、前記第1の励振電極に対向する領域及び第２の励振電極に対向する領域に跨って形成され、前記第1の励振電極との間及び第２の励振電極との間に夫々第1の振動領域及び第２の振動領域を形成するための共通電極と、
前記共通電極の表面であって、前記第1の振動領域及び第２の振動領域の一方に対応する位置に形成され、試料液中の感知対象物を吸着する吸着層と、
前記共通電極、前記第1の励振電極及び前記第２の励振電極を発振周波数を測定するための測定器に電気的に接続するための接続端子部を備え、前記第1の振動領域及び第２の振動領域の一面側に空間が形成されるように、前記水晶片が固定された配線基板と、
前記第１の振動領域及び第２の振動領域の各々の上方に試料液の供給流路を形成するように、また、その左縁及び右縁の下面が前記共通電極上に位置するように設けられ、試料液の注入口と試料液の排出口とが、前記水晶片に対向するように形成された流路形成部材と、を備えたことを特徴とする感知センサ。
前記流路の高さは９０μｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の感知センサ。