JP2015197330A

JP2015197330A - 感知センサー及び感知装置

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Publication number: JP2015197330A
Application number: JP2014074440A
Authority: JP
Inventors: 茎田　啓行; Hiroyuki Kukita; 啓行茎田; 和歌子忍; Wakako Shinobu
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-09
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP6357619B2

Abstract

【課題】測定感度を向上させた感知センサー及び感知装置を提供すること。
【解決手段】感知センサー２においては、試料液が注入口２３から水晶振動子４の一面側の流路５７を介して廃液流路へ向かい、この際に試料液中に含まれる感知対象物が水晶振動子４に設けられた吸着膜４５１に吸着される。流路５７は、流路形成部材５を水晶振動子４が固定された配線基板３に対して押圧することにより形成される。ここで、配線基板３の流路形成部材５と接する側とは他面側に緩衝部材６を配することにより、過大な圧力分が当該緩衝部材６により吸収されることから、流路５７が押圧により潰れることを防止し、当該流路５７の高さを狭小に設定することが可能となる。よって前記感知対象物と水晶振動子４に設けられた吸着膜４５１との間の接触率を向上させることができることから、感知センサー２全体を高感度化することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、水晶振動子等の圧電振動子の発振周波数に基づいて、試料液に含有される感知対象物を感知するための感知センサー及び当該感知センサーを含む感知装置に関する。

臨床分野において、例えば血糖値の自己モニタリングやインフルエンザウイルス検査等に代表されるＰＯＣＴ（Point of core TEST）と呼ばれる簡便な検査方法が普及しており、このような検査において、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）を利用した感知センサーを用いることが検討されている。ＱＣＭについて簡単に説明すると、感知装置に設けられた水晶振動子の表面に感知対象物が含まれる試料液を供給する。そして水晶振動子の表面に試料液中の感知対象物が吸着され、質量負荷効果により感知対象物の吸着量に応じて水晶振動子の発振周波数が変化する。当該発振周波数の変化に基づいて、試料液中の感知対象物の検出または定量が行われる。

特許文献１には、その一面側に感知対象物を吸着する吸着膜を備えた水晶振動子に対して試料液を供給し、当該水晶振動子の発振周波数の変化量に基づいて感知対象物を感知するバッチ式の感知センサーが開示されている。当該感知センサーの一例について図１２に示すと、配線基板９に形成された貫通孔９０を塞ぐように水晶振動子９１が設けられており、下部に凹部９２が形成されたシート９８を水晶振動子９１の上面に配置し、外側からカバー９３を配線基板９の一端側に嵌合し、カバー９３の圧力によってシート９８を配線基板９に押圧することにより試料液の流路９２が形成されている。なおシート９８の凹部及び試料液の流路は同一であるため同符号９２を附している。そしてカバー９３に形成された供給口９３１から供給された試料液は、入口側毛細管部材９４から前記流路９２へと流入し、出口側毛細管部材９５を介して排液領域９６へと毛細管現象により流出するように構成されている。９７は前記貫通孔９０を塞ぐように配線基板９の他面側に設けられたフィルムである。

当該構造を有したバッチ式センサーは、シート９８を介在させることにより、各部品の寸法のばらつきに起因する部品間の隙間などの発生を防ぐという点で効果がある。しかし当該構造は同時に、カバー９３がシート９８を押圧しているため、流路９２の天井部が加圧されることから流路９２の高さが不均一に低下してしまうことがある。

当該バッチ式センサーにおいては、感知対象物と水晶振動子９１表面との接触率を向上させるために流路９２の高さを狭小化することへの要請がある。しかし嵌合するカバー９３からの圧力を高めることにより流路９２の高さを低くすると、流路９２が完全に潰れてしまう部分が発生したり、あるいは水晶振動子９１が欠損したりする懸念がある。またシート９８の凹部９２を狭小に形成した上で嵌合するカバー９３からの圧力を低下させる手法も考えられるが、試料液がセンサー外に漏れ出すおそれがある。

特許文献２には、開口部及び開口部を取り巻く溝が形成された下部ケース上に圧電振動子を配置し、上部ケースに試料液注入口及び前記溝に対応する突起を形成し、下部ケースの溝と上部ケースの突起とを嵌合させて圧電センサーを構成する手法が開示されている。しかし当該文献には圧電振動子上における試料液の流路の高さに関する言及はなく、解決する課題が本発明とは異なる。

特開２０１２−１４５５６６号公報特開平９−１４５５８３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、感知対象物に対する測定感度を向上させた感知センサー及び感知装置を提供することにある。

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を備えると共に一面側に凹部が形成された配線基板と、
圧電片に励振電極を設けて構成され、前記凹部を塞ぎかつ振動領域が前記凹部と対向するように前記配線基板に固定されると共に、励振電極が前記接続端子に電気的に接続され、一面側に試料液中の感知対象物を吸着する吸着膜が形成された圧電振動子と、
前記圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆うように設けられ、試料液の注入口を備えた流路形成部材と、
前記流路形成部材を前記配線基板に押圧した状態により固定する押圧部材と、
前記押圧部材による押圧により前記配線基板と前記流路形成部材との間に形成され、前記注入口に供給された試料液を、圧電振動子の一面側において一端側から他端側に向けて流通させる流路と、
前記流路形成部材と前記押圧部材との間、または前記配線基板の他面側に設けられ、前記押圧部材からの過大な圧力分を吸収する緩衝部材と、
を備えることを特徴とする。

また本発明の感知装置は、
前記感知センサーと前記測定器を含んだ感知装置であることを特徴とする。

本発明の感知センサーによれば、試料液が注入口から圧電振動子の一面側の流路を介して排液流路へ向かい、この際に試料液中に含まれる感知対象物が圧電振動子に設けられた吸着膜に吸着される。当該圧電振動子の一面側の流路は、押圧部材により、流路が形成された流路形成部材を圧電振動子が固定された配線基板に対して押圧することにより構成される。ここで、配線基板の流路形成部材と接する側とは他面側に、流路形成部材よりも硬度の低い緩衝部材を配することにより、押圧部材からの圧力のうち過大な圧力分が当該緩衝部材により吸収されることから、当該流路が過大な圧力分により潰れることを防止することができる。よって当該流路の高さを狭小に設定することが可能となることから、前記感知対象物と圧電振動子に設けられた吸着膜との間の接触率を向上させることができ、結果として感知センサー全体としての感度を高感度化できる。

本発明に係る感知装置の斜視図である。感知装置を構成する感知センサーの分解斜視図である。感知センサーの各部の上面側を示した分解斜視図である。感知センサーの一部の下面側を示した分解斜視図である。感知センサーの分解縦断面図である。感知センサーの縦断面図である。感知装置の構成を示すブロック図である。感知センサーにて液体が流通する様子を示す縦断面図である。感知センサーの他の例を示す縦断面図である。感知センサーの他の例を示す縦断面図である。本発明の感知センサーによる測定結果を示すグラフである。感知センサーの従来例を示す縦断側面図である。

以下、本発明の感知装置１について説明する。この感知装置１は、例えば人間の鼻腔のぬぐい液から得られた試料液中のインフルエンザウイルスの有無を検出するように構成されている。図１の外観構成図に示すように、感知装置１は発振回路ユニット１２と、この発振回路ユニット１２に例えば同軸ケーブル１４を介して接続された演算装置１３とを備えており、これら発振回路ユニット１２と演算装置１３とにより測定器１１が構成されている。前記演算装置１３の筐体１５前面には表示部１６が設けられており、この表示部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を表示する役割を果たしている。発振回路ユニット１２には感知センサー２が着脱自在に接続されるようになっている。

続いて感知センサー２について、図２〜図７を参照して詳説する。図２は感知センサー２における押圧部材である蓋体（上側カバー体２１）を外した状態を示す斜視図、図３は感知センサー２の各部材の表側（上面側）を示した分解斜視図、図４は感知センサー２の一部の部材の裏側（下面側）を示した斜視図、図５は感知センサー２を長さ方向（図中Ｘ軸方向）に沿って切断した分解縦断面図、図６は感知センサー２を組み立てた状態の縦断面図、図７は感知装置１の構成を示すブロック図である。

図中３は配線基板であり、この配線基板３は長さ方向（Ｘ軸方向）に延伸された形状を有し、長さ方向の他端側は、上記の発振回路ユニット１２の差し込み口１７に差し込まれる差し込み部３１を形成している。また配線基板３には貫通孔３２が形成されており、この貫通孔３２は格納部材である後述する下側ケース体２２の底面２２１により塞がれている。この貫通孔３２及び下側ケース体２２の底面２２１によって配線基板３の一面側（表面側）に開口した凹部が形成される。
配線基板３の表面には、貫通孔３２の外縁近傍から差し込み部３１側に伸びるように、３本の配線３４、３５、３６が設けられており、これら配線３４〜３６の両端部は、夫々端子部３４１、３５１、３６１、接続端子３４２、３５２、３６２を形成している。また配線基板３には貫通孔３３が形成されている。

この配線基板３には前記貫通孔３２を一面側から塞ぐように圧電振動子をなす水晶振動子４が設けられている。水晶振動子４の水晶片４１は例えば円形に構成され、水晶振動子４の表面側及び裏面側には夫々励振電極４２、４３が形成されている。表面側の励振電極４２は図３に示すように例えば略コ字状に形成され、裏面側の励振電極４３は互いに平行に設けられた２つの励振電極４３１、４３２を備えている。表面側の励振電極４２と励振電極４３１、４３２とは、水晶片４１を介して互いに対向するように形成され、表面側の励振電極４２には共通の引き出し電極４４が設けられており、当該引き出し電極４４の先端側は図４に示すように水晶片４１の裏面に引き回されている。また図４に示すように裏面側の励振電極４３１、４３２には夫々引き出し電極４４１、４４２が接続されている。

さらに表面側の励振電極４２において、便宜上励振電極４３１、４３２に対向している各領域を励振電極４２１、４２２とすると、図７に示すように、励振電極４２１の表面には、感知対象物である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吸着膜４５１が設けられている。一方励振電極４２２の表面にはインフルエンザウイルスと励振電極４２２との結合を阻害する阻害膜４５２が設けられている。こうして水晶片４１と励振電極４２１、４３１とにより第１の水晶振動子４Ａが構成され、水晶片４１と励振電極４２２、４３２とにより第２の水晶振動子４Ｂが構成される。これら水晶振動子４Ａ、４Ｂは、引き出し電極４４が配線基板３の配線３５１、引き出し電極４４１、４４２が配線基板３の配線３６１、３４１の夫々に重なるように設けられる。このように設けると、水晶振動子４の各電極及び配線基板３の各配線の厚さは極めて小さいため、水晶振動子４の周縁部は配線基板３に接し、水晶振動子４は配線基板３に略水平な状態で設けられる。

図３に戻って、前記配線基板３の一面側には、水晶振動子４を挟み込むように流路形成部材５が設けられている。この流路形成部材５は板状部材であり、配線基板３の差し込み部３１を構成する他端側部を露出させ、水晶振動子４が設けられる一端部側を覆うように形成されている。この流路形成部材５は例えば自己吸着性が高い合成樹脂例えば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５は例えばプラズマ洗浄されて、その表面が活性化されると共に表面の有機物が除去された状態で、図６に示すように配線基板３に吸着される。

流路形成部材５の裏面側には、図４に示すように、水晶振動子４及び配線３４〜３６が収まるようにこれらの外形に沿って凹部５１が設けられている。この凹部５１には、水晶振動子４に夫々重なる位置に、流路形成部材５の厚さ方向に貫通する貫通孔５２、５３が形成されている。またこれら貫通孔５２、５３を囲む枠部５４が下側に突出して設けられている。この枠部５４は、励振電極４２を囲むように設けられ、励振電極４２の長さ方向における一端側及び他端側近傍には夫々貫通孔５２、５３が配置される。前記枠部５４に囲まれる領域は流路５７を形成し、この流路５７は水平な天井面を備え、流路５７の下面は水晶振動子４により構成される。

流路５７は、図６において示すように上側カバー体２１を下側ケース体２２に対して嵌合したときに、高さＨ（流路高さ寸法）が例えば３００μｍとなるように構成される。また前記励振電極４２１（４３１）、４２２（４３２）は、図３に示すように貫通孔５２と貫通孔５３とを結ぶ線に対して、互いに対称に設けられている。流路形成部材５には配線基板３の貫通孔３３に対応する位置に貫通孔５８が形成されている。なお、流路形成部材５はＰＤＭＳの他に例えばアクリル樹脂等の合成樹脂や水晶等の、硬度が２０〜６０以下でありかつ後述する緩衝部材６と比して硬度が高い材質により構成することができる。

図３に戻って、前記貫通孔５２、５３には夫々多孔質の毛細管部材により構成された入口側毛細管部材５５及び出口側毛細管部材５６が着脱自在に設けられている。前記入口側毛細管部材５５は例えば円柱状、出口側毛細管部材５６は例えば円柱を略Ｌ字状に屈曲させた形状に夫々形成され、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の化学繊維束により構成されている。これら入口側毛細管部材５５や出口側毛細管部材５６は多孔質体であるセルロースや親水化した多孔質樹脂により構成してもよい。入口側毛細管部材５５は流路形成部材５の貫通孔５２を塞ぎ、その上端側が後述する上側カバー体２１の液受け部２３に露出し、その下端側が流路形成部材５の流路５７内に進入するように設けられている。

出口側毛細管部材５６は水平部５６１とこの水平部５６１から下方側に伸びる垂直部５６２とを備えた略Ｌ字状に形成されている。前記垂直部５６２は流路形成部材５の貫通孔５３を塞ぎ、その下端側が流路形成部材５の流路５７内に進入すると共に、水平部５６１は後述する廃液通路５９に接続されている。さらに図５及び図６に示すように出口側毛細管部材５６の下端面５６３は、例えば水平面において上側に傾斜するように形成されている。入口側毛細管部材５５の繊維間の孔（多孔質の毛細管部材の孔）は、試料液の注入口に相当する。

前記廃液流路５９は例えば親水性のガラスにより管状に構成され、流路形成部材５の上方部に感知センサー２の長さ方向（図中Ｘ方向）に沿って伸びるように設けられている。前記出口側毛細管部材５６の水平部５６１の下端側は、廃液流路５９の内部に突入するように設けられる。

図３、図５及び図６に示すように、廃液流路５９の下流側には、試料液を吸収して貯留するための廃液吸収部７が設けられている。この廃液吸収部７は毛細管部材をなす毛細管シート７１と、当該毛細管シート７１と接触するように設けられ、毛細管シート７１を流通する試料液を吸収するための吸収部材７２と、を備えている。前記毛細管部材は毛細管現象を生じさせる材質よりなるものであり、例えば不織布や紙、セルロースや綿、多孔質の化学繊維束、親水化した多孔質樹脂等により構成される。また毛細管シート７１は、毛細管部材をシート状に構成したものであり、例えば平面で見たときに一端側が他端側よりも狭まった形状に構成され、頂点７１１が廃液流路５９の下流端から廃液流路５９の内部に入り込むように設けられる。従って廃液流路５９の下流端は開口している。

この毛細管シート７１の下面は、吸収部材７２の上面と接触するように設けられている。この吸収部材７２は、毛細管シート７１により吸収可能な液量よりも多い液量を吸収できるものであり、例えばＰＶＡや親水性材料よりなるスポンジ等の多孔質体や、綿状体により構成されている。

この廃液吸収部７は図５及び図６に示すように、液体の漏れを防ぐためにケース体７３に収納されており、このケース体７３の廃液流路５９側の側壁には、図３に示すように例えば廃液流路５９の設置領域を確保するための切り欠き部７４が形成されている。また廃液流路５９は支持部材７５により、高さ及び左右方向の位置を位置決めされた状態で支持されている。

前述した配線基板３の他面側（水晶振動子４側と反対側）には、緩衝部材６が設けられている。緩衝部材６は前述した流路形成部材５と比して硬度が低い（柔らかい）材質にて形成される。当該緩衝部材６の材質としてはシリコンゴム等の、硬度が５〜２０であり流路形成部材５と比して硬度が低い材質が選択される。当該緩衝部材６は、下側ケース体２２の内側かつ長さ方向の他端側に設けられた凹部２４に嵌合される寸法に設計されており、各寸法の例としては、図３に示す長さＲ１が１６ｍｍ、幅Ｒ２が１１ｍｍに、全体としての厚みＲ３が上述の流路形成部材５により形成される流路５７の流路高さ寸法Ｈよりも小さい厚みである１ｍｍに、また図５に示す下側ケース体２２よりも突出する部分の厚みＲ４が２００μｍに、夫々形成される。

前記流路形成部材５の一面側には上側カバー体２１が設けられている。この上側カバー体２１は、例えばプラスチック等の樹脂により構成されており、流路形成部材５や廃液流路５９、廃液吸収部７等を覆うように形成されている。一方配線基板の他面側には下側ケース体２２が設けられており、上側カバー体２１を下側ケース体２２に嵌合して押圧することにより、水晶振動子４が前記貫通孔３２を塞ぐように配線基板３に固定すると共に、貫通孔３２は緩衝部材６により塞がれ、さらに緩衝部材６は下側ケース体２２に対して押圧され、凹部２４に嵌合される。また図示しない突起が、図３にて示した配線基板３の貫通孔３３及び流路形成部材５の貫通孔５８に進入し、これにより流路形成部材５の横方向への位置ずれが抑えられるように構成されている。さらに上側カバー体２１内部の下部には爪２６が例えば長さ方向の側面下部に夫々２箇所ずつ、合計４箇所設けられ、図２及び図３にて図示している下側ケース体２２下部の凹部２５と嵌合するように構成されている。図６は上側カバー体２１を下側ケース体２２に対して嵌合し、感知センサー２を形成した状態の縦断面図である。

上側カバー体２１の上面側には、液受け部２３として構成される開口部が形成されており、この開口部内に前記貫通孔５２が開口し、液受け部２３から供給された液体は入口側毛細管部材５５の繊維間の孔（多孔質の毛細管部材の孔）を介して、液体の流路５７に供給される。また上側カバー体２１には、図示しない通気口が形成されており、この感知センサー２内を液体が流通するときに、各流路の気体は廃液流路５９の下端側の開口部からこの通気口を介して感知センサー２の外部へと押し出される。
このように構成された感知センサー２は、配線基板３の差し込み部３１を発振回路ユニット１２の差し込み口１７に差し込んだときに、水晶振動子４の各電極が発振回路８１１、８１２に電気的に接続されるようになっている。

続いて、感知装置１を構成する演算装置１３に設けられる各部について図７を用いて説明する。前記発振回路８１１、８１２の後段にはスイッチ部８２が設けられており、当該スイッチ部８２によって２つの発振回路８１１、８１２からの周波数信号を時分割して後段に取り込み、各振動領域の発振周波数を並行して求めることができる。第１の発振回路８１１からの出力をチャンネル１、第２の発振回路８１２からの出力をチャンネル２とすると、例えば１秒間をｎ分割（ｎは偶数）し、各チャンネルの発振周波数を１／ｎ秒の処理で順次求めることにより、１秒間に少なくとも１回以上周波数を取得しているため、実質同時に各チャンネルの周波数を取得することができる。

スイッチ部８２の後段には測定回路部８３が設けられている。測定回路部８３は入力信号である周波数信号をディジタル処理し、各チャンネルの発振周波数を測定する。以下、チャンネル１、２の出力を夫々Ｆ１、Ｆ２と表す。また演算装置１３はデータバス８０を備えており、データバス８０にはＣＰＵ８４，データ処理プログラム８５を格納している記憶手段、メモリ８６及び既述の測定回路部８３が接続されている。さらにデータバス８０には既述の表示部１６やキーボード等の入力手段８７が接続されている。

データ処理プログラム８５は、測定回路部８３から出力される信号に基づいて発振周波数Ｆ１の時系列データ及び発振周波数Ｆ２の時系列データを取得し、メモリ８６に格納する。またこのデータ取得動作と同時に、同一の時間帯におけるチャンネル１から取得した発振周波数Ｆ１、チャンネル２から取得した発振周波数Ｆ２の各時系列データの差分「Ｆ１−Ｆ２」の差分を演算し、当該差分データの時系列データを取得してメモリ８６に格納すると共に、当該「Ｆ１−Ｆ２」のグラフを表示部１６に表示する。

続いて、感知センサー２を構成する工程について説明する。図２及び図３に図示したように各部品を下側ケース体２２内部に配置した上で、上側カバー体２１を下側ケース体２２に対して被せ、上側カバー体２１内部の爪２６が下側ケース体２２側面の凹部２５に嵌合するまで上側カバー体２１を下側ケース体２２に対して押圧する。この過程において下側ケース体２２内部の流路形成部材５は配線基板３を押圧し、当該配線基板３からの圧力により緩衝部材６は高さ方向に縮んでいく。このとき緩衝部材６は下側ケース体２２内部において凹部２４に嵌合されているため、緩衝部材６の下側ケース体２２内部からの飛び出しは抑止できる。

そして緩衝部材６の厚さＲ３は、上側カバー体２１の爪２６が下側ケース体２２の凹部２５に嵌合したときに、緩衝部材６の下側ケース体２２から突出する厚みＲ４が０にならないように予め設計されている。このため、上側カバー体２１と下側ケース体２２とを嵌合した後にも、緩衝部材６は嵌合による圧力のうち過大な圧力分を吸収することができる。

続いて感知センサー２を用い、試料液中のインフルエンザウイルスの有無を判定する工程について図８を参照して説明する。但しこれら図８は、感知センサー２内を通流する液体（試料液、緩衝液）のイメージを示すものであり、実際の様子よりも誇張して描画している。先ず感知センサー２を発振ユニット１２に接続し、図示しないインジェクタを用いて、図８（ａ）に示すように液受け部２３に例えば生理食塩水からなりインフルエンザウイルスを含まない緩衝液を滴下する。ここで感知センサー２に液体を供給したときの、感知センサー２内の液体の流れについて説明する。液体は毛細管現象により入口側毛細管部材５５に吸収され、当該毛細管部材５５内を流通し、流路５７に流れ込んで水晶振動子４の一端部側の表面に供給される。

水晶振動子４を構成する水晶片４１の表面は親水性であるため、流路５７内を濡れ広がり、流路５７に広がった液体に続いて入口側毛細管部材５５の液体は、表面張力により水晶片４１の表面へと引き出され、液受け部２３から流路５７へ連続して液体が流れていく。そして水晶振動子４表面の液体が出口側毛細管部材５６に到達すると、液体は毛細管現象により出口側毛細管部材５６に吸収され、当該毛細管部材５６内を流れて廃液流路５９へ滲み出る。ここで毛細管現象に加えてサイホンの原理が働き、引き続き自動的に液受け部２３の液体が水晶振動子４表面を通過して廃液流路５９へと排出される。

廃液流路５９内の液体は当該廃液流路５９内を下流側に通流していき、毛細管シート７１に到達する。廃液流路５９内の液体が毛細管シート７１に到達すると、廃液流路５９を通流する液体の移動速度よりも大きい速度にて毛細管シート７１側に液体が移動する。毛細管シート７１に液体が接触すると、毛細管シート７１側に液体が速やかに吸収され、毛細管シート７１内を毛細管現象により広がるように通流していき、図８（ｂ）に示すように、廃液流路５９内にて液体が途切れる状態が形成される。

こうして廃液流路５９内にて液体が分断されると、毛細管シート７１側の液体は、毛細管シート７１に接触する吸収部材７２に吸収されて貯留される。一方液受け部２３に残存する液体は、毛細管現象とサイホンの原理とにより、廃液流路５９に向けて流れようとするため、この液体の流れにより廃液流路５９内に残存した液体は下流側に移動していき、図８（ｃ）に示すように、再び毛細管シート７１と接触する。このようにして廃液流路５９内の液体の分断と、廃液流路５９内の液体の通流とが繰り返され、液受け部２３内の液体が全て通流したところで、図８（ｄ）に示すように、廃液流路５９内では液体が分断された状態で停止する。

説を緩衝液の供給に戻すと、液受け部２３に滴下された緩衝液は、既述のように感知センサー２内を通流していく。そして流路５７を流れる緩衝液が、励振電極４２１、４２２表面に供給されると、これら励振電極４２１、４２２は流路５７の入口側から出口側へ向かって見て対称に形成されているため、等しく水圧の影響を受ける。これによって第１の水晶振動子４Ａ、第２の水晶振動子４Ｂの発振周波数Ｆ１、Ｆ２が共に等しく低下する。

続いて緩衝液と同量の試料液を液受け部２３へ供給する。これにより入口側毛細管部材５５に吸収されている緩衝液に加わる圧力が高くなり、図８と同様に当該緩衝液は再び廃液流路５９内を下流側に向かって流れ、試料液が入口側毛細管部材５５に吸収される。吸収された試料液は、緩衝液と同様に入口側毛細管部材５５から流路５７に流入し、流路５７内が緩衝液から試料液に置換される。

このときにも、励振電極４２１、４２２が流路５７の入口側から出口側に見て対称に形成されているため、これらの電極４２１、４２２は流路５７内の液の切り替わりによる圧力変化を均等に受け、当該圧力変化による第１の水晶振動子４Ａ、第２の水晶振動子４Ｂの発振周波数が互いに揃って変化する。試料液中に測定対象物であるインフルエンザウイルスが含まれる場合には、励振電極４２１上の吸着膜４５１に当該インフルエンザウイルスが吸着され、一方励振電極４２２上の阻害膜４５２にはインフルエンザウイルスは吸着されない。このため吸着膜４５１へのインフルエンザウイルスの吸着量に応じて周波数Ｆ１が下降し、Ｆ１−Ｆ２が変化する。このようにＦ１−Ｆ２の変化に基づいてインフルエンザウイルスの有無を判定することができる。また、発振周波数の差分Ｆ１−Ｆ２の変化量と試料液中の感知対象物の濃度との関係式を予め取得しておき、当該関係式と測定により得られた発振周波数の差分の変化量とから、試料液中の感知対象物の濃度を求めてもよい。

上述の実施形態の感知センサー２においては、配線基板３の他面側に緩衝部材６を設けている。この緩衝部材６は前述の通り、流路形成部材５よりも柔らかい（硬度が低い）材料によって形成されている。このため、上側カバー体２１と下側ケース体２２とを嵌合させて、その圧力により流路５７を形成する際に、当該嵌合による圧力のうち過大な圧力分が当該緩衝部材６により吸収されることから、流路５７が過大な圧力分により潰れたり、水晶振動子４が欠損したりすることを防止できる。よって流路５７の高さＨ（流路高さ寸法）を均一な状態に保ったまま流路高さ寸法Ｈを予め狭小に、例えば３００μｍ以下に設定することが可能となる。このように流路高さ寸法Ｈを狭小に設定すると、感知対象物であるインフルエンザウイルスと水晶振動子４上に設けられた吸着膜４５１との接触率を向上させることができる。その結果として、感知センサー２全体として、感知対象物に対する感度を高めることができる。

さらにこの感知センサー２においては、試料液が毛細管現象により注入口から水晶振動子４の一面側の流路５７を介して励振電極４２の一端側から他端側へと流れ、試料液中に含まれる感知対象物が水晶振動子４に設けられた吸着膜４５１に吸着される。従って試料液を流通させるためにポンプ等の機器を設ける必要がないため、装置の大型化や複雑化を防ぎ、簡便に測定を行うことができる。

また試料液は流路５７の下流側に設けられた廃液流路５９、毛細管部材を介して吸収部材７２に貯留される。毛細管部材は、廃液流路５９内の試料液と接触するように設けられ、廃液流路５９内の試料液は毛細管部材に到達すると、当該毛細管部材により試料液の移動速度よりも大きい速度にて引っ張られるようにして移動する。従って毛細管部材と廃液流路５９内の試料液との間に隙間が発生する状態が形成される。これにより廃液吸収部７の毛細管部材と、試料液が貯留する流路５７とが切り離された状態となり、流路５７内の試料液が緩衝液によって希釈される現象の発生が抑制される。従って、常に測定感度が高い状態にて、試料液中の感知対象物の検出または定量を行うことができる。

さらに既述のように、最終的に廃液流路５９にて試料液が分断され、廃液吸収部７と流路５７とが切り離されるので、流路５７においては水晶振動子４上の試料液が確実に静止した状態となる。このため試料液と吸着膜４５１との抗原抗体反応が飽和するまで計測を継続することができ、より精度の高い測定を行うことができる。

本実施形態の感知センサー２は、図９（ａ）に示すように、廃液流路５９の下流端を毛細管シート７４により塞ぐように、前記毛細管シート７４を設ける構成であってもよい。この構成であっても、毛細管シート７４と廃液流路５９内の試料液との間に隙間を形成することができる。さらに吸収部材７２としてスポンジ等の多孔質体や綿状体を設けているので、吸収部材７２を設けない場合に比して、材料や大きさを変更することによって液体の貯留量を変更しやすく、感知センサー２の設計が容易となる。

また、毛細管部材は、毛細管部材と廃液流路５９内の試料液との間に隙間が形成されるものであれば、必ずしもシート状に形成する必要はない。さらにまた図２〜図６に示す感知センサー２において、毛細管シート７１の形状は、平面的に見て一端側が他端側よりも狭まった形状に構成され、前記一端側が廃液流路５９内に突入されることが好ましい。毛細管シート７１は、必ずしも一端側が尖った形状である必要はない。また廃液流路５９内に突入される毛細管部材の容量も適宜選択される。

さらに毛細管部材と吸収部材７２は、毛細管部材が吸収できる液量よりも吸収部材７２が吸収できる液量が多ければよい。さらにまた、図９（ｂ）に示すように、吸収部材７２１の下方側に廃液領域７６を形成し、吸収部材７２１から自重により落下した液体を当該廃液領域７６に貯留する構成としてもよい。図９（ｂ）中、５０は廃液流路、５６４は出口側毛細管部材、７７はケース体である。
このように廃液流路５９（５０）は毛細管現象により液体を流通させる構成であればよく、ガラス管に限らず、流路形成部材により形成された流路であってもよい。

さらに本発明の感知センサー２を用いた感知対象物の検出においては、試料液を感知センサー２に供給した後に、吸着膜４５１に吸着された感知対象物と結合する増感材を含んだ供給液（増感液）を供給することができ、さらにそのように感知対象物に結合された増感材に重畳して結合する増感材を含んだ増感液を供給して、増感を行うことができる。このような増感液を用いる場合にも、当該増感液を流路５７に供給したときに、先に供給した液との混合が防止されるので、増感液の希釈を防ぐことができる。従って増感材の結合が速やかに発生するので、測定の感度を高くできると共に測定時間を短縮することが可能となる。

さらにまた、水晶振動子４Ａ、４Ｂを分割した水晶片にて構成し、各水晶片を互いにごく近くに配置してもよい。さらにまた必ずしも第１の水晶振動子４Ａ及び第２の水晶振動子４Ｂを設ける必要はなく、吸着膜を備えた水晶振動子を一つ設ける構成であってもよい。この場合には、吸着膜に感知対象物が吸着されると発振周波数が変化するため、例えば予め閾値を設定しておき、発振周波数が閾値を超えたか否かによって感知対象物の検知の有無を判定する。

さらにまた、緩衝部材６を配線基板３の他面側に配する代わりに、緩衝部材６を流路形成部材５と上側カバー体２１との間に配してもよく、この場合も上側カバー体２１と下側ケース体２２との嵌合による圧力のうち過大な圧力分を緩衝部材６によって吸収することが可能である。よって上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本発明における緩衝部材６を図１２の従来の感知センサーに適用した感知センサー２０を図１０に示し、簡単に説明する。なお、前述した感知センサー２と同様の部位には同符号を附し説明を省略する。当該感知センサー２０は、感知センサー２から廃液吸収部７を省いた構成となっている。この感知センサー２０においては、液受け部２３から供給された液体は毛細管部材５５０から毛細管現象によって感知センサー２と同様に流路５７内へと流入し、毛細管部材５６０を介し廃液流路５９０内へと排出される。

当該感知センサー２０においても、上側カバー体２１を下側ケース体２２に嵌合し、流路形成部材５を配線基板３に押圧することによって流路５７が形成されている。その際に緩衝部材６を配線基板３の他面側に配することにより、上側カバー体２１と下側ケース体２２との嵌合による圧力のうち過大な圧力分を緩衝部材６全体に吸収させることができ、結果として流路５７を均一に形成できることから、流路５７の流路高さ寸法Ｈを狭小に設計することが可能となる。

以上において、感知センサー２は、既述したように緩衝部材６を介在させることにより、流路５７を狭小に設定することが可能となることから、感知対象物と吸着膜４５１との間の接触率を向上させ、結果として感知センサー２としての感度を高感度化させることができる。さらに流路５７が上側カバー体２１からの押圧により潰れることを抑止することができることから、特に流路高さ寸法Ｈが３００μｍ以下の感知センサーを形成する際に、顕著な効果を得ることができる。

（評価試験）
上記の実施形態に従って、感知センサー２を用いてＦ１とＦ２との差分が変化する様子を調べた。この評価試験では試料液としてＣ反応性蛋白（ＣＲＰ）を夫々異なる濃度に調製した溶液を注入し、感知センサー２の吸着膜４５１としてはＣＲＰ抗体を用いた。流路５７の流路高さ寸法について３００μｍに形成したセンサーと５０μｍに形成したセンサーとを用意し、夫々のセンサーについて試験を行った。

評価試験の結果を図１２にグラフにて示す。縦軸はＦ１とＦ２との差分、横軸は試料液中のＣＲＰの濃度であり、夫々対数である。また実線のグラフは流路高さ寸法５０μｍのセンサーにおける反応量、点線のグラフは流路高さ寸法３００μｍのセンサーにおける反応量を示したものである。当該グラフより、流路高さ寸法３００μｍのセンサーと比して、流路高さ寸法５０μｍのセンサーは感度が顕著に高いことが認められる。この結果は流路高さ寸法を小さくすることによって吸着膜と感知対象物との接触率が上昇したことによるものと推測される。

１感知装置
２感知センサー
３配線基板
４水晶振動子
５流路形成部材
６緩衝部材
７廃液吸収部

Claims

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を備えると共に一面側に凹部が形成された配線基板と、
圧電片に励振電極を設けて構成され、前記凹部を塞ぎかつ振動領域が前記凹部と対向するように前記配線基板に固定されると共に、励振電極が前記接続端子に電気的に接続され、一面側に試料液中の感知対象物を吸着する吸着膜が形成された圧電振動子と、
前記圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆うように設けられ、試料液の注入口を備えた流路形成部材と、
前記流路形成部材を前記配線基板に押圧した状態により固定する押圧部材と、
前記押圧部材による押圧により前記配線基板と前記流路形成部材との間に形成され、前記注入口に供給された試料液を、圧電振動子の一面側において一端側から他端側に向けて流通させる流路と、
前記流路形成部材と前記押圧部材との間、または前記配線基板の他面側に設けられ、前記押圧部材からの過大な圧力分を吸収する緩衝部材と、
を備えることを特徴とする感知センサー。
前記緩衝部材の前記配線基板側とは他面側に、深さが前記緩衝部材の厚みよりも小さい凹部を有し、当該凹部に前記緩衝部材が嵌合される格納部材が設けられ、
前記押圧部材と前記格納部材とを嵌合させることにより前記流路を形成することを特徴とする請求項１記載の感知センサー。
前記流路の高さが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の感知センサー。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の感知センサーと前記測定器とを含むことを特徴とする感知装置。