JP2015175621A - State holding method of sensor, and sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液中に含まれる物質を検出するセンサ及びそのセンサの状態を保持する方法に関する。 The present invention relates to a sensor for detecting a substance contained in a liquid and a method for maintaining the state of the sensor.
近年、液中の微量な物質を検出するセンサとして、圧電振動子である水晶振動子を液に浸して、水晶振動子の電極表面に物質が付着することによって、共振周波数が変化する性質を利用して微量な物質を検出するQCM(Quartz Crystal Microbalance)センサが利用されている(例えば、特許文献1,2参照)。このQCMセンサは、1ng/cm2オーダーの物質の質量変化を検出することができる。
In recent years, as a sensor for detecting a very small amount of substance in liquid, the resonance frequency is changed by immersing a quartz vibrator, which is a piezoelectric vibrator, in the liquid and attaching the substance to the electrode surface of the crystal vibrator. Thus, a QCM (Quartz Crystal Microbalance) sensor that detects a trace amount of substance is used (for example, see
しかしながら、上記特許文献1,2に記載されているように、QCMセンサでは、計測初期には、発振周波数が安定せず、したがって、発振周波数が安定するまで計測を開始することができず、待ち時間が必要である。更に、同じ発振周波数のQCMセンサであっても、発振周波数が安定するまでの時間には個体差があるために、計測開始までの待ち時間が区々となる。
However, as described in
このように従来のQCMセンサでは、計測開始までの待ち時間が必要であると共に、待ち時間が区々となり、迅速な計測が行えないという課題がある。 As described above, the conventional QCM sensor has a problem that a waiting time until the start of measurement is necessary and the waiting time is varied, so that quick measurement cannot be performed.
本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであって、発振周波数が安定するまでの時間を短縮し、迅速な計測を行えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to shorten the time until the oscillation frequency is stabilized and to perform quick measurement.
本件発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、計測前に、センサのセンシング領域を、予め液体に濡らした状態にしておくことによって、計測の際に、発振周波数が安定するまでの待ち時間を短縮できることを見出し、本発明を完成した。 In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have made extensive studies, and as a result, the sensor sensing region is pre-wet in a liquid state before measurement, so that the oscillation frequency is measured. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、試料溶液中の検出対象が付着するセンシング領域を有すると共に、前記検出対象の前記付着によって共振周波数が変化する圧電振動子を備えるセンサの状態保持方法であって、前記センシング領域を、液体で濡らした状態に保持するものである。 That is, the present invention is a method for maintaining a state of a sensor having a sensing region to which a detection target in a sample solution adheres, and including a piezoelectric vibrator whose resonance frequency changes due to the attachment of the detection target. Is kept wet with a liquid.
本発明のセンサの状態保持方法の好ましい実施態様では、前記圧電振動子は、水晶振動片の両主面に励振電極がそれぞれ形成される水晶振動子であり、前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、前記センシング領域を、前記液体に浸漬させた状態に保持する。 In a preferred embodiment of the sensor state holding method of the present invention, the piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece, and the sensing region is the two main surfaces. A sensing film formed on the excitation electrode on at least one of the main surfaces, and the sensing region is held in a state immersed in the liquid.
本発明のセンサの状態保持方法の他の実施態様では、前記圧電振動子は、水晶振動片の両主面に励振電極がそれぞれ形成される水晶振動子であり、前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、前記センシング領域を、前記液体を吸収した保湿体に接触させた状態に保持する。 In another embodiment of the sensor state holding method of the present invention, the piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are respectively formed on both main surfaces of a crystal vibrating piece, and the sensing region is the two main faces. It includes a sensitive film formed on the excitation electrode on at least one main surface of the surface, and holds the sensing region in contact with the moisturizing body that has absorbed the liquid.
本発明のセンサの状態保持方法の更に他の実施態様では、前記液体が、前記試料溶液の調製に使用される緩衝液である。 In still another embodiment of the sensor state holding method of the present invention, the liquid is a buffer used for preparing the sample solution.
本発明のセンサの状態保持方法の好ましい実施態様では、前記液体が、生理食塩水または人工汗液である。 In a preferred embodiment of the sensor state maintaining method of the present invention, the liquid is physiological saline or artificial sweat.
本発明のセンサの状態保持方法の他の実施態様では、当該センサが、要冷凍製品として出荷される。 In another embodiment of the sensor state holding method of the present invention, the sensor is shipped as a frozen product.
本発明のセンサの状態保持方法によれば、センシング領域に、試料溶液中の検出対象が付着することによって、共振周波数が変化する圧電振動子の前記センシング領域を、液体で濡らした状態に保持するので、当該センサが搬送される搬送期間等を利用して、センシング領域を液体に十分なじませることができ、ユーザが、当該センサを使用して試料溶液中の検出対象を検出してその濃度等を計測するときには、センサの発振周波数が、従来例に比べて早期に安定し、計測開始までの待ち時間を短縮することができる。しかも、センサがメーカから出荷されてユーザまで搬送される搬送期間等を利用して、センサのセンシング領域を十分に液体になじませることができるので、センサの個体差による待ち時間のばらつきも吸収することができる。 According to the sensor state holding method of the present invention, the sensing region of the piezoelectric vibrator whose resonance frequency changes due to the detection target in the sample solution adhering to the sensing region is kept wet with the liquid. Therefore, the sensing area can be sufficiently familiar with the liquid by using the transport period during which the sensor is transported, and the user can detect the detection target in the sample solution using the sensor and the concentration thereof. Is measured, the oscillation frequency of the sensor is stabilized earlier than in the conventional example, and the waiting time until the start of measurement can be shortened. In addition, the sensor sensing area can be fully adapted to the liquid by using the transport period during which the sensor is shipped from the manufacturer and transported to the user, so that variations in waiting time due to individual differences in the sensor are also absorbed. be able to.
また、センシング領域は、水晶振動子を構成する水晶振動片の両主面にそれぞれ形成される両励振電極の少なくとも一方の励振電極上に形成される感応膜を含んでおり、この感応膜によって、試料溶液中の検出対象を付着させることができる。 Further, the sensing region includes a sensitive film formed on at least one excitation electrode of both excitation electrodes respectively formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece constituting the crystal resonator, and by this sensitive film, The detection target in the sample solution can be attached.
このセンシング領域は、液体に浸漬させて濡らした状態としてもよいし、液体を吸収した保湿体に接触させて濡らした状態としてもよい。 The sensing region may be in a wet state by being immersed in a liquid, or may be in a wet state by being in contact with a moisture retaining body that has absorbed the liquid.
センシング領域を濡らす液体は、試料溶液の調製に使用される緩衝液であるのが好ましい。このように試料溶液の調製に使用される緩衝液にセンシング領域をなじませておくことによって、当該センサの発振周波数がより早期に安定し、計測開始までの待ち時間を一層短縮することができる。 The liquid that wets the sensing area is preferably a buffer used in the preparation of the sample solution. Thus, by allowing the sensing region to be used in the buffer solution used for preparing the sample solution, the oscillation frequency of the sensor can be stabilized earlier, and the waiting time until the start of measurement can be further shortened.
また、メーカによる当該センサの出荷からユーザによるセンサの使用までの期間が、長い場合には、要冷凍の製品として出荷することによって、液体が、圧電振動子の電極等を腐食させるような液体であっても、低い冷凍温度に維持されることによって、圧電振動子の電極等の腐食を抑制することができる。 In addition, when the period from the shipment of the sensor by the manufacturer to the use of the sensor by the user is long, the liquid is a liquid that corrodes the electrodes of the piezoelectric vibrator, etc. by shipping as a refrigerated product. Even if it exists, corrosion of the electrode of a piezoelectric vibrator, etc. can be suppressed by maintaining at a low freezing temperature.
本発明のセンサは、圧電振動子を備えるセンサであって、前記圧電振動子は、試料溶液中の検出対象が付着するセンシング領域を有すると共に、前記検出対象の前記付着によって共振周波数が変化するものであり、前記センシング領域を液体で濡らした状態に保持する保持手段を備える。 The sensor of the present invention is a sensor including a piezoelectric vibrator, and the piezoelectric vibrator has a sensing region to which a detection target in a sample solution adheres, and a resonance frequency changes due to the attachment of the detection target. And holding means for holding the sensing region wet with a liquid.
本発明のセンサの好ましい実施態様では、前記圧電振動子は、水晶振動片の両主面に励振電極がそれぞれ形成される水晶振動子であり、前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、前記保持手段は、少なくとも前記センシング領域と、該センシング領域が漬かる前記液体とを封入する容器を有する。 In a preferred embodiment of the sensor of the present invention, the piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are respectively formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece, and the sensing region is at least one of the two main surfaces. It includes a sensitive film formed on the excitation electrode on the main surface, and the holding means has a container for enclosing at least the sensing region and the liquid immersed in the sensing region.
容器は、センサの少なくともセンシング領域と液体とを封入できればよく、特に限定されないが、感応膜によっては、光によって分解反応等が生じる場合があるので、感応膜を保護するために、遮光性を有する容器とするのが好ましい。 The container is not particularly limited as long as it can enclose at least the sensing region of the sensor and the liquid. However, depending on the sensitive film, light may cause a decomposition reaction or the like, and thus has a light-shielding property to protect the sensitive film. A container is preferred.
本発明のセンサの他の実施態様では、前記圧電振動子は、水晶振動片の両主面に励振電極がそれぞれ形成される水晶振動子であり、前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、前記保持手段は、前記液体を吸収した保湿体を有し、該保湿体が、前記センシング領域に接触する。 In another embodiment of the sensor of the present invention, the piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece, and the sensing region is at least one of the two main surfaces. The holding means has a moisturizing body that absorbs the liquid, and the moisturizing body is in contact with the sensing region.
本発明のセンサの更に他の実施態様では、前記液体が、前記試料溶液の調製に使用される緩衝液である。 In still another embodiment of the sensor of the present invention, the liquid is a buffer used for preparing the sample solution.
本発明のセンサの他の実施態様では、前記液体が、生理食塩水または人工汗液である。 In another embodiment of the sensor of the present invention, the liquid is physiological saline or artificial sweat.
本発明のセンサの他の実施態様では、当該センサが、要冷凍製品として出荷される。 In another embodiment of the sensor of the present invention, the sensor is shipped as a frozen product.
本発明のセンサによれば、センシング領域に、試料溶液中の検出対象が付着することによって、共振周波数が変化する圧電振動子の前記センシング領域を、液体で濡らした状態に保持する保持手段を備えているので、当該センサが搬送される期間等を利用して、センシング領域を液体に十分なじませることができ、ユーザが、当該センサを使用して試料溶液中の検出対象を検出してその濃度等を計測するときには、センサの発振周波数が、従来例に比べて、早期に安定し、計測開始までの待ち時間を短縮することができる。しかも、センサがメーカから出荷されてユーザまで搬送される搬送期間等を利用して、センサのセンシング領域を十分に液体になじませることができるので、センサの個体差による待ち時間のばらつきも吸収することができる。 According to the sensor of the present invention, the sensor includes a holding unit that holds the sensing region of the piezoelectric vibrator whose resonance frequency changes when the detection target in the sample solution is attached to the sensing region in a wet state with a liquid. Therefore, the sensing area can be sufficiently infiltrated with the liquid using the period during which the sensor is transported, etc., and the user can detect the concentration of the detection target in the sample solution using the sensor. When measuring the above, the oscillation frequency of the sensor is stabilized earlier than in the conventional example, and the waiting time until the measurement is started can be shortened. In addition, the sensor sensing area can be fully adapted to the liquid by using the transport period during which the sensor is shipped from the manufacturer and transported to the user, so that variations in waiting time due to individual differences in the sensor are also absorbed. be able to.
また、センシング領域は、水晶振動子を構成する水晶振動片の両主面にそれぞれ形成される両励振電極の少なくとも一方の励振電極上に形成される感応膜を含んでおり、この感応膜によって、試料溶液中の検出対象を付着させることができる。 Further, the sensing region includes a sensitive film formed on at least one excitation electrode of both excitation electrodes respectively formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece constituting the crystal resonator, and by this sensitive film, The detection target in the sample solution can be attached.
このセンシング領域を液体で濡らした状態に保持する保持手段は、少なくとも前記センシング領域と、該センシング領域が漬かる前記液体とが封入された容器を有するものであってもよいし、液体を吸収した保湿体を有し、該保湿体を、センシング領域に接触させるようにしてもよい。 The holding means for holding the sensing area wet with a liquid may include a container in which at least the sensing area and the liquid in which the sensing area is immersed are sealed, or moisturizing that has absorbed the liquid. It may have a body and the moisturizing body may be brought into contact with the sensing region.
センシング領域を濡らす液体は、試料溶液の調製に使用される緩衝液であるのが好ましい。このように試料溶液の調製に使用される緩衝液にセンシング領域をなじませることによって、当該センサの発振周波数がより早期に安定し、計測開始までの待ち時間を一層短縮することができる。 The liquid that wets the sensing area is preferably a buffer used in the preparation of the sample solution. In this way, by adapting the sensing region to the buffer solution used for the preparation of the sample solution, the oscillation frequency of the sensor is stabilized earlier, and the waiting time until the start of measurement can be further shortened.
また、メーカによる当該センサの出荷からユーザによるセンサの使用までの期間が、長い場合には、要冷凍の製品として出荷するので、液体が、圧電振動子の電極等を腐食させるような液体であっても、低い冷凍温度に維持されることによって、圧電振動子の電極等の腐食を抑制することができる。 In addition, when the period from the shipment of the sensor by the manufacturer to the use of the sensor by the user is long, the liquid is shipped as a product requiring refrigeration. However, corrosion of the electrodes of the piezoelectric vibrator can be suppressed by maintaining the low freezing temperature.
本発明によれば、センシング領域に、試料溶液中の検出対象が付着することによって、共振周波数が変化する圧電振動子の前記センシング領域を、液体で濡らした状態に保持するので、当該センサが搬送される期間等を利用して、センシング領域を十分に液体になじませることができ、ユーザが、当該センサを使用して試料溶液中の検出対象を検出してその質量等を計測するときには、センサの発振周波数が、従来例に比べて早期に安定し、計測開始までの待ち時間を短縮することができる。しかも、センサのセンシング領域を液体になじませることができる十分な期間を確保できるので、センサの個体差による待ち時間のばらつきも吸収することができる。 According to the present invention, the sensing region of the piezoelectric vibrator whose resonance frequency changes due to the detection target in the sample solution adhering to the sensing region is maintained in a wet state with the liquid. When the user detects the detection target in the sample solution by using the sensor and measures its mass, etc. The oscillation frequency is stabilized earlier than the conventional example, and the waiting time until the start of measurement can be shortened. In addition, since a sufficient period during which the sensing area of the sensor can be adapted to the liquid can be ensured, variations in waiting time due to individual differences among sensors can be absorbed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサを示すものであり、同図(a)は平面図であり、同図(b)は同図(a)におけるA−A線断面図である。 1A and 1B show a sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. .
この実施形態のセンサは、センサ素子として、圧電振動子である水晶振動子5を備えるQCMセンサ1である。このQCMセンサ1は、胴部2及び一対の脚部3を有するパッケージ4を備えており、このパッケージ4の前記胴部2には、ATカット水晶振動子5が組込まれている。
The sensor of this embodiment is a
この実施形態のパッケージ4は、基本的に、下部層4a、中間層4b及び上部層4cを有する積層構造であって、例えば、積層したセラミックシートを焼成して形成される。胴部2側の上部層4c及び中間層4bには、円形の貫通孔
がそれぞれ形成されて、水晶振動子5を嵌め込むための収納凹部6が形成される。収納凹部6の上部層4c部分の開口径は、中間層4b部分の開口径に比べて大きく、収納凹部6には、水晶振動子5の周縁部を支持する段部が形成される。
The
水晶振動子5は、円形に形成された水晶振動片である水晶片7を備え、この水晶片7の両主面である表面及び裏面の中央部には、励振電極8a,9aが円形にそれぞれ形成されている。各励振電極8a,9aからは、互いに反対方向となるように、水晶片7の外周方向に向かって引出電極8b,9bが形成されている。水晶片7の表面側の引出電極8bは、同図(b)に示されるように裏面側に回り込んでいる。これら電極8a,9a;8b,9bは、例えばクロム(Cr)/金(Au)やTi(チタン)/Au(金)の積層膜により形成される。なお、電極材料は、これら金属に限らず、ニッケル(Ni)/銀(Ag)やその他の金属を用いてもよい。
The
水晶片7の表面側の励振電極8a上には、試料溶液中の検出対象である特定物質が吸着等によって付着する感応膜10が形成される。
On the
パッケージ4の収納凹部6の段部の上面には、水晶片7の引出電極8b,9bに対応するように接続電極11,12が形成されており、これら接続電極11,12に、水晶片7の引出電極8b,9bが、エポキシ樹脂等の導電性接着剤13を介して接続される。なお前記導電性接着剤として、エポキシ系以外の樹脂を用いてもよい。
On the upper surface of the stepped portion of the
各接続電極11,12は、中間層4bの内部に形成された配線14,15を介して各脚部3,3の表面の外部端子16,17にそれぞれ接続される。
The
この実施形態のQCMセンサ1は、試料溶液に浸されるので、水晶片7の表裏面の励振電極8a,9aが、液体に接触すると、短絡して水晶振動子5を発振させることができなくなる。このため、収納凹部6内への試料溶液の浸入を防止するために、水晶片7の外周縁とパッケージ4の収納凹部6の内壁との間には、絶縁性の封止材18が充填されてシーリングされる。
Since the
このQCMセンサ1では、水晶振動子5の水晶片7の表面側が、試料溶液に浸されるセンシング領域となり、このセンシング領域には、検出対象である特定物質が付着する感応膜10を含んでいる。
In this
かかる構成のQCMセンサ1は、例えば、有機化合物や生体分子を検出対象としたケミカルセンサやバイオセンサなどに使用されるものであり、次に、QCMセンサ1を用いた計測システムについて説明する。
The
図2は、図1のQCMセンサ1を用いた計測システムの概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a measurement system using the
この計測システムは、緩衝液等の液体19に注入装置(図示せず)によって検出対象である特定物質が注入されて試料溶液が調製され、この試料溶液中の特定物質の質量等を計測するものである。 In this measurement system, a specific substance to be detected is injected into a liquid 19 such as a buffer solution by an injection device (not shown) to prepare a sample solution, and the mass of the specific substance in the sample solution is measured. It is.
QCMセンサ1は、外部の発振回路20に接続されている。QCMセンサ1の励振電極8aの表面には、特定物質が付着する感応膜10が形成されており、このQCMセンサ1を、緩衝液等の液体19に浸漬し、検出対象である特定物質を液体19に注入して計測を行う。液体19は、図示しない攪拌機能付の恒温槽によって一定温度に維持されると共に、攪拌される。
The
先ず、発振回路20からQCMセンサ1に通電して水晶振動子5を発振させ、周波数カウンタ21によって水晶振動子5の共振周波数を計測する。次に注入装置によって検出対象である特定物質を液体19に注入する。特定物質が注入された液体19、すなわち、試料溶液中の特定物質が、QCMセンサ1の感応膜10に結合付着し、励振電極8aの質量が増加する。励振電極8aの質量が増加すると、水晶振動子5の共振周波数が低下する。この共振周波数の低下量等を、周波数カウンタ21を介してコンピュータ22によって解析することによって、試料溶液中の特定物質の質量等を算出する。
First, the
QCMセンサ1を用いた計測では、水晶振動子5の発振周波数が安定するまでの待ち時間が長く、また、同じ発振周波数のQCMセンサ1であっても、個体差によって発振周波数が安定するまでの待ち時間がばらつく。
In the measurement using the
この実施形態では、計測開始までの待ち時間を短縮すると共に、個体差による待ち時間のばらつきを吸収できるように、次のように構成している。 In this embodiment, the waiting time until the start of measurement is shortened and the waiting time variation due to individual differences can be absorbed.
すなわち、この実施形態では、QCMセンサ1のメーカは、QCMセンサ1がユーザの手元に届いて使用されるまでの搬送期間等を利用して、計測開始までの待ち時間を短縮するための処理を行うものである。
In other words, in this embodiment, the manufacturer of the
具体的には、QCMセンサ1の少なくとも感応膜10を含むセンシング領域を、液体に濡らした状態に保持して出荷し、ユーザの手元に届くまでの搬送期間等を利用して、QCMセンサ1の感応膜10を含むセンシング領域を、予め液体に十分なじませるようにしている。
Specifically, the sensing region including at least the
この液体は、QCMセンサ1によって計測される試料溶液の調製に用いられる液体であるのが好ましいが、他の液体であってもよい。
This liquid is preferably a liquid used for preparing a sample solution measured by the
図3は、QCMセンサ1の状態保持方法の一例を示す図1(b)に対応する縦断側面図である。
FIG. 3 is a longitudinal side view corresponding to FIG. 1B showing an example of a state holding method of the
この実施形態のQCMセンサ1の状態保持では、QCMセンサ1のセンシング領域を液体23で濡れた状態に保持するための保持手段として、QCMセンサ1及び該QCMセンサ1が浸漬される液体23を封入する容器24を備えている。
In the state holding of the
すなわち、QCMセンサ1は、容器24内の液体23に浸漬された状態に保持され、この状態で出荷される。
That is, the
容器24は、容器本体25と蓋体26とを有し、容器本体25内に、QCMセンサ1を収納し、液体23を注入して蓋体26によって密封する。
The
液体23は、QCMセンサ1による計測時に使用される試料溶液の調製に用いられる液体であるのが好ましく、例えば、生理食塩水、人工汗液などの緩衝液であるのが好ましい。なお、液体23は、純水などであってもよい。
The liquid 23 is preferably a liquid used for preparing a sample solution used at the time of measurement by the
この実施形態の容器24は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロンなどの樹脂製である。QCMセンサ1の感応膜10は、有機官能基を有する膜で構成される場合があるので、光による分解反応等が生じないように遮光性を有するのが好ましく、このため、容器24に内壁面は、例えば、アルミニウム等の金属が蒸着されるのが好ましい。
The
蓋体26は、容器本体25内に、QCMセンサ1を収納し、液体を注入した後に、容器本体25の開口縁部に、熱溶着等されて密封する。
The
なお、容器24は、樹脂に限らず、金属であってもよく、箱状に限らず、袋状やその他の形状であってもよい。
The
このようにQCMセンサ1は、液体23に、感応膜10を含むセンシング領域が浸漬された状態に保持されて出荷されるので、その搬送期間等において、センシング領域が液体23に十分になじみ、その後、ユーザでは、QCMセンサを用いた計測が行われる。
As described above, the
このようにユーザにおいてQCMセンサ1を用いた計測が行われる迄に、QCMセンサ1のセンシング領域が、液体23に浸漬されて十分になじむので、QCMセンサ1を用いて試料溶液中の特定物質の質量等を計測するときには、QCMセンサ1の発振周波数が、従来に比べて早期に安定し、試料溶液中の特定物質の質量等の計測を開始するまでの待ち時間を短縮することができる。
As described above, since the sensing area of the
また、QCMセンサ1に個体差があっても、QCMセンサ1がメーカから出荷されてユーザの手元に届いて計測に使用されるまでの搬送期間等を利用して、QCMセンサ1のセンシング領域を十分に液体になじませることができるので、QCMセンサ1の個体差による待ち時間のばらつきも吸収することができる。
Even if there are individual differences in the
このようにQCMセンサ1の感応膜10を含むセンシング領域を、液体23に浸漬した状態に保持して出荷することによって、ユーザにおける計測開始までの待ち時間を短縮できる理由は、明確ではないが、例えば、次のように考えることができる。
The reason why the waiting time until the start of measurement by the user can be shortened by shipping the sensing region including the
すなわち、感応膜10が形成される励振電極8aは、上記のように、例えば、クロム(Cr)/金(Au)の積層膜であり、上層である金層は、微視的に見ると、ポーラスであり、このため、液体23が、微細なポーラスを介して下地のクロム層に浸透して、クロムと水和物を形成して安定し、これによって、計測時に発振周波数が安定するまでの時間を短縮できるのではないかと考えられる。
That is, the
図4は、本発明の他の実施形態のQCMセンサを示す平面図であり、上記図1(a)に対応する部分には、同一の参照符号を付す。 FIG. 4 is a plan view showing a QCM sensor according to another embodiment of the present invention, and portions corresponding to those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals.
この実施形態のQCMセンサ1aは、胴部2の水晶振動子5よりも脚部3寄りの外周面には、後述の容器28の端部を気密に装着するための装着溝27が、全周に亘って形成されている。その他の構成は、図1(a)のQCMセンサ1と同様である。
In the
図5は、図4のQCMセンサ1aの状態保持方法を示す縦断側面図であり、上記図3に対応する図である。
FIG. 5 is a longitudinal side view showing a method of maintaining the state of the
図3の実施形態では、QCMセンサ1の全体を液体23に浸漬させて保持するのに対して、この実施形態では、胴部2の水晶振動子5が組込まれた部分のみを液体23に浸漬させるものである。
In the embodiment of FIG. 3, the
すなわち、この実施形態のQCMセンサ1aの状態保持では、QCMセンサ1aのセンシング領域を液体23で濡れた状態に保持するための保持手段として、QCMセンサ1aの前記装着溝27よりも水晶振動子5寄りの部分及び液体23を封入する容器28を備えている。この容器28は、可撓性を有すると共に、図5の左方の側壁に開口部28aを有しており、この開口部28aから液体23を注入し、更に、QCMセンサ1aの胴部2を挿入し、容器28の開口部28aの端縁を、その弾性によって、QCMセンサ1aの胴部2の装着溝27に嵌め込み密着させる。
That is, in the state holding of the
なお、熱収縮材料を用いて、開口部28aを熱によって収縮させて装着溝27に密着させるようにしてもよい。
Note that the heat shrinkable material may be used so that the
この実施形態によれば、センサ1aの胴部2の水晶振動子5の部分のみを容器28内に密封するので、脚部3の外部端子16,17が、液体23に接触することがない。このため、液体23が、電極等を腐食させるような液体であって、QCMセンサ1aの出荷からユーザによる使用までの期間が長期に亘るような場合でも、QCMセンサ1aの外部端子16,17が、液体によって腐食されることがない。
According to this embodiment, since only the portion of the
図6は、図1のQCMセンサ1の他の実施形態に係る状態保持方法を示す図であり、図1に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state holding method according to another embodiment of the
上記の各実施形態では、QCMセンサ1,1aのセンシング領域を、液体に浸漬したが、この実施形態のQCMセンサ1の出荷形態は、QCMセンサ1の感応膜10を含むセンシング領域を、液体23で濡れた状態に保持するための保持手段として、液体を吸収し、離水する保湿体29を備えており、この保湿体29を、センシング領域上に載置してセンシング領域に接触させた状態で保持するものである。
In each of the above embodiments, the sensing region of the
この保湿体29としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム系などの高吸水性のポリマーを用いることができる。
As the
この保湿体29を、上記実施形態の液体23に予め浸漬して液体23を十分吸収させてQCMセンサ1のセンシング領域に載置して密着させ、図示しないシートを被せて固定する。保湿体29をQCMセンサ1のセンシング領域上に密着させた状態に保持することによって、重力によって保湿体29から液体23が染み出してセンシング領域を適度に濡らすことができる。
This
なお、保湿体29は、ポリアクリル酸ナトリウム系に限らず、ポリアクリルアミド系、ポリオキシエチレン系、ポリビニルアルコール系のポリマーであってもよく、スポンジやその他の材料であってもよい。
The
図7は、本発明の他の実施形態に係るQCMセンサ30を示すものであり、同図(a)は平面図であり、同図(b)は縦断側面図である。
7A and 7B show a
上記実施形態のQCMセンサ1,1aが一対の脚部3の表面に外部端子16,17を有する、いわゆるリードタイプであるのに対して、この実施形態のQCMセンサ30は、表面実装型であると共に、発振回路等を含むICチップ31をパッケージ32に内蔵したものである。
Whereas the
パッケージ32は、矩形平板状の基材層33を備えると共に、この基材層33の上面に第1,第2上部層34,35が形成され、基材層33の下面に矩形環状の下部層36が形成される。このパッケージ32は、積層したセラミック等の絶縁シートを焼成して形成される。
The
第1,第2上部層34,35には、円形の貫通孔がそれぞれ形成されて、水晶振動子37を嵌め込むための収納凹部38が形成される。収納凹部38の第2上部層35部分の開口径は、第2上部層34部分の開口径に比べて大きく、収納凹部38には、水晶振動子37の周縁部を支持する段部が形成される。
Circular through holes are formed in the first and second
基材層33の下面側には、矩形環状の下部層36によって、ICチップ31を収納すると共に、樹脂39で封止する収納凹部が形成される。
On the lower surface side of the
水晶振動子37は、円形に形成された水晶片40を備え、この水晶片40の表面及び裏面の中央部には、励振電極41a,42aが円形に形成されている。
各励振電極41a,42aからは、互いに反対方向となるように、水晶片40の外周方向に向かって引出電極41b,42bが形成されている。水晶片40の表面側の引出電極41bは、裏面側に回り込んでいる。
The
From each
水晶片40の表面側の励振電極41a上には、検出対象である特定物質が吸着等によって付着する感応膜43が形成される。
On the
パッケージ32の収納凹部38の段部の上面には、水晶片40の引出電極41b,42bに対応するように接続電極44,45が形成されており、これら接続電極44,45に、水晶片40の引出電極41b,42bが、エポキシ樹脂等の導電性接着剤46を介して接続される。
各接続電極44,45は、図示しない内部配線によって基材層33の下面の電極パッド47,48に接続され、ICチップ31が、該ICチップ31の金属バンプにより電極パッド47,48に接続され、樹脂39によって封止される。
The
矩形環状の下部層36の底面の4箇所には、実装用の外部端子49が設けられる。
この実施形態のQCMセンサ30は、収納凹部38内への液体の浸入を防止するために、水晶片40の外周縁とパッケージ32の収納凹部38の内壁との間には、絶縁性の封止材50が充填されてシーリングされる。
In the
このようにQCMセンサ30は、パッケージ32の基材層33の上面側の収納凹部38と下面側の収納凹部とに水晶振動子37とICチップ31とがそれぞれ搭載された断面H型の構造となっているので、剛性を高めることができると共に、水晶振動子37とICチップ31の発振回路との距離を短くできることになり、図2の計測システムに比べて、ノイズの混入やゆらぎを抑制することができ、発振の安定性が向上する。
As described above, the
特に、パッケージ32の基材層33の上面側の水晶振動子37を収納する収納凹部38の周壁を構成する第1上部層34の幅W1を、基材層33の下面側の収納凹部の周壁を構成する下部層36の幅W2より大きくしている、すなわち、水晶振動子37が収納される収納凹部38の周壁の厚みを厚くしているので、パッケージ32の上部が変形しにくく、水晶振動子37にかかる応力を低減できる一方、パッケージ32の下部は、ICチップ31を収納するための空間を十分に確保することができる。
In particular, the width W1 of the first
図8は、図7のQCMセンサ30の状態保持方法を示す図7(b)に対応する断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7B showing a state holding method of the
この実施形態のQCMセンサ30の状態保持では、QCMセンサ30のセンシング領域を液体23で濡れた状態に保持する保持手段として、液体23を入れた状態で、センシング領域を含むQCMセンサ30の上面側に取付けられて密封する容器51を備えている。
In the state holding of the
この実施形態では、次のような手順で図8に示される保持形態とされる。 In this embodiment, it is set as the holding | maintenance form shown in FIG. 8 with the following procedures.
先ず、単独の容器51を、図8に示される状態から上下を逆転させた状態で、該容器51に液体23を入れ、この容器51に、QCMセンサ30を、上面側である水晶振動子37側から入れ、容器51の周縁部の取付け部51aによってパッケージ32の第2上部層35の外周縁に密着固定し、上下を逆転させて図8に示す状態とし、液体23に、QCMセンサ30のセンシング領域を浸漬させる。なお、センシング領域が液体23に浸漬されている状態であれば、必ずしも容器51を上下逆転させて図8の状態にする必要はない。
First, in a state where the
図9は、図7のQCMセンサ30の他の状態保持方法を示す図7に対応する断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 7 showing another state holding method of the
この実施形態は、上記図6の実施形態と同様に、QCMセンサ30の感応膜43を含むセンシング領域には、液体を吸収し、離水する高吸水性のポリマーなどからなる保湿体29を載置密着させたものである。
In this embodiment, similarly to the embodiment of FIG. 6 described above, a
上記各実施形態では、QCMセンサ1,1a,30は、いずれも円形の水晶片7,40に円形の励振電極8a,9a;41a,42aを形成すると共に、円形の感応膜10,43を形成したが、円形に限らず、例えば、上記図7に対応する図10に示すように、矩形の水晶片37´に、矩形の励振電極41a´,42a´を形成すると共に、矩形の感応膜43´を形成してもよい。
In each of the above embodiments, the
この図10のQCMセンサ30´も上記図8及び図9と同様に、液体に浸漬し、あるいは、保湿体29によって液体に濡らせばよい。
The
(その他の実施形態)
QCMセンサのセンシング領域を浸漬あるいは保湿する液体が、生理食塩水などのイオン化しやすい液体である場合には、QCMセンサの出荷からユーザによる使用までの期間が長期に亘ると、QCMセンサの電極等が、液体によって腐食される虞がある。
(Other embodiments)
If the liquid that immerses or moisturizes the sensing area of the QCM sensor is a liquid that is easily ionized, such as physiological saline, the QCM sensor electrodes, etc., when the period from shipment to use by the user is long However, there is a risk of being corroded by the liquid.
そこで、本発明の他の実施形態として、出荷時には、例えば、−10℃程度の要冷凍製品として出荷し、冷凍状態で搬送し、QCMセンサの使用前に解凍するようにしてもよい。これによって、QCMセンサの出荷からその使用までの期間における電極等の腐食を抑制することができる。 Therefore, as another embodiment of the present invention, at the time of shipment, for example, the product may be shipped as a refrigerated product of about −10 ° C., transported in a frozen state, and thawed before using the QCM sensor. Thereby, corrosion of the electrodes and the like during the period from shipment of the QCM sensor to its use can be suppressed.
この場合、出荷前に、QCMセンサのセンシング領域を液体になじませるために、センシング領域を、液体に浸漬あるいは保湿体に接触させる期間を確保するようにしてもよい。 In this case, in order to familiarize the sensing area of the QCM sensor with the liquid before shipment, a period in which the sensing area is immersed in the liquid or in contact with the moisture retaining body may be secured.
また、QCMセンサを浸漬する液体によっては、QCMセンサの使用期限を明示して出荷するようにしてもよい。 In addition, depending on the liquid in which the QCM sensor is immersed, the expiration date of use of the QCM sensor may be specified and shipped.
QCMセンサのパッケージの材料は、セラミックに限らず、ガラス、水晶、シリコンなどであってもよい。 The material of the QCM sensor package is not limited to ceramic, but may be glass, crystal, silicon, or the like.
圧電振動子は、平板状に限らず、一方の面または/および他方の面の中央部に窪みを形成して中央部の周囲の厚みを厚くした逆メサ構造や、一方の面または/および他方の面の外周部の厚みを、中央部の厚みよりも薄くしたメサ構造等の圧電振動子であってもよい。 The piezoelectric vibrator is not limited to a flat plate shape, but an inverted mesa structure in which a recess is formed in the central portion of one surface or / and the other surface to increase the thickness around the central portion, or one surface or / and the other surface. A piezoelectric vibrator having a mesa structure or the like in which the thickness of the outer peripheral portion of the surface is thinner than the thickness of the central portion may be used.
水晶振動子のセンシング領域に試料溶液を流入、流出させる流路を形成したフローセル型のQCMセンサに適用してもよい。 The present invention may be applied to a flow cell type QCM sensor in which a flow path for allowing a sample solution to flow into and out of a sensing region of a crystal resonator is formed.
1,1a,30,30´ QCMセンサ
2,32 パッケージ
5,37,37´ 水晶振動子
7,40 水晶片
8a,9a;41a,42a 励振電極
10,43 感応膜
20 発振回路
21 周波数カウンタ
22 コンピュータ
23 液体
24,28,51 容器
31 ICチップ
1,1a, 30,30 ′
Claims (13)
前記センシング領域を、液体で濡らした状態に保持する、
ことを特徴とするセンサの状態保持方法。 A method for maintaining a state of a sensor having a sensing region to which a detection target in a sample solution adheres, and a piezoelectric vibrator whose resonance frequency changes due to the attachment of the detection target,
Holding the sensing area wet with liquid;
A method for maintaining the state of a sensor.
前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、
前記センシング領域を、前記液体に浸漬させた状態に保持する、
請求項1に記載のセンサの状態保持方法。 The piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece,
The sensing region includes a sensitive film formed on the excitation electrode on at least one main surface of the two main surfaces;
Holding the sensing region immersed in the liquid;
The sensor state holding method according to claim 1.
前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、
前記センシング領域を、前記液体を吸収した保湿体に接触させた状態に保持する、
請求項1に記載のセンサの状態保持方法。 The piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece,
The sensing region includes a sensitive film formed on the excitation electrode on at least one main surface of the two main surfaces;
Holding the sensing region in contact with the moisturizer that has absorbed the liquid;
The sensor state holding method according to claim 1.
請求項1ないし3のいずれかに記載のセンサの状態保持方法。 The liquid is a buffer used to prepare the sample solution;
The sensor state holding method according to claim 1.
請求項1ないし4のいずれかに記載のセンサの状態保持方法。 The liquid is physiological saline or artificial sweat;
The sensor state holding method according to any one of claims 1 to 4.
請求項1ないし5のいずれかに記載のセンサの状態保持方法。 The sensor is shipped as a frozen product.
The sensor state holding method according to claim 1.
前記圧電振動子は、試料溶液中の検出対象が付着するセンシング領域を有すると共に、前記検出対象の前記付着によって共振周波数が変化するものであり、
前記センシング領域を液体で濡らした状態に保持する保持手段を備える、
ことを特徴とするセンサ。 A sensor comprising a piezoelectric vibrator,
The piezoelectric vibrator has a sensing region to which a detection target in a sample solution adheres, and a resonance frequency changes due to the attachment of the detection target,
Holding means for holding the sensing area wet with a liquid;
A sensor characterized by that.
前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、
前記保持手段は、少なくとも前記センシング領域と、該センシング領域が漬かる前記液体とを封入する容器を有する、
請求項7に記載のセンサ。 The piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece,
The sensing region includes a sensitive film formed on the excitation electrode on at least one main surface of the two main surfaces;
The holding means includes a container that encloses at least the sensing region and the liquid in which the sensing region is immersed.
The sensor according to claim 7.
請求項8に記載のセンサ。 The container has a light shielding property,
The sensor according to claim 8.
前記センシング領域は、前記両主面の少なくとも一方の主面の前記励振電極上に形成される感応膜を含み、
前記保持手段は、前記液体を吸収した保湿体を有し、該保湿体が、前記センシング領域に接触する、
請求項7に記載のセンサ。 The piezoelectric vibrator is a crystal vibrator in which excitation electrodes are formed on both main surfaces of the crystal vibrating piece,
The sensing region includes a sensitive film formed on the excitation electrode on at least one main surface of the two main surfaces;
The holding means has a moisturizing body that has absorbed the liquid, and the moisturizing body is in contact with the sensing region.
The sensor according to claim 7.
請求項7ないし10のいずれかに記載のセンサ。 The liquid is a buffer used to prepare the sample solution;
The sensor according to claim 7.
請求項7ないし11のいずれかに記載のセンサ。 The liquid is physiological saline or artificial sweat;
The sensor according to claim 7.
請求項7ないし12のいずれかに記載のセンサ。 The sensor is shipped as a frozen product.
The sensor according to claim 7.
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- 2014-03-13 JP JP2014049911A patent/JP2015175621A/en active Pending
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