JP2017021047A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検体中の被検出物を感度良く検出できるセンサ装置を提供する。
【解決手段】素子基板１０ａと、素子基板１０ａの上面に位置している、固定化膜１３ａを有し検体の検出を行う反応部１３、反応部１３に向かって伝搬する弾性波を発生させる第１ＩＤＴ電極１１、および反応部１３を通過した弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極１２、を有する検出部１０ｂと、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っている保護膜２８と、を備え、素子基板１０ａは、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２が位置している第１領域Ａ１と反応部が位置している第２領域Ａ２との間の第３領域Ａ３を有し、第３領域Ａ３の少なくとも一部は第１領域Ａ１および第２領域Ａ２よりも低い、センサ装置とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、検体液の性質あるいは検体液に含まれる成分を測定することができるセンサ装置に関するものである。

弾性表面波素子などの検出素子を用いて、検体液中の被検出物を検出することで検体液の性質あるいは成分を測定するセンサ装置が知られている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。

例えば、弾性表面波素子を用いたセンサ装置は、圧電基板上に検体液の試料に含まれる成分と反応する反応部を設け、この反応部を伝搬した弾性表面波の変化を測定することによって検体液の性質あるいは成分を検出するものである。弾性表面波素子などを用いた測定方法は、他の測定方法（例えば、酵素法など）に比べて、複数の検査項目の同時検出を行ない易いという利点がある。

しかしながら、従来のセンサ装置において、圧電基板の上面は、一対のＩＤＴ電極とその間に存在する反応部の領域とが同一高さであるため、弾性表面波のエネルギーを反応部に充分に集中することが難しく、結果として検体中の被検出物を感度良く検出することが難しかった。

特開平５−２４０７６２号公報 特開２００６−１８４０１１号公報 特開２０１０−２３９４７７号公報

そこで、検体中の被検出物を感度良く検出できるセンサ装置が求められていた。

本発明の実施形態に係るセンサ装置は、素子基板と、前記素子基板の上面に位置している、固定化膜を有し検体の検出を行う反応部、前記反応部に向かって伝搬する弾性波を発生させる第１ＩＤＴ電極、および前記反応部を通過した前記弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極、を有する検出部と、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極を覆っている保護膜と、を備え、前記素子基板は、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極が位置している第１領域と前記反応部が位置している第２領域との間の第３領域を有し、前記第３領域の少なくとも一部は前記第１領域および前記第２領域よりも低い。

本発明の実施形態に係るセンサ装置によれば、素子基板は、第１ＩＤＴ電極および第２ＩＤＴ電極が位置している第１領域と反応部が位置している第２領域との間の第３領域を有し、第３領域の少なくとも一部は第１領域および第２領域よりも低い。これにより、第１ＩＤＴ電極と第２ＩＤＴ電極との間を伝搬する弾性表面波は、相対的に低位の第３領域および高位の第２領域（反応部）を通過する際に、高位の第２領域（反応部）における振幅が大きくなることによって、検体中の被検出物を高い感度で検出することが可能となる。

本発明の実施形態に係るセンサ装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は長さ方向の断面図、（ｃ）は幅方向の断面図である。 図１のセンサ装置の分解平面図である。 図１のセンサ装置の製造工程を示す平面図である。 図１のセンサ装置の検出素子を示す平面図である。 図１のセンサ装置の検出素子を示す断面図である。 図５のセンサ装置の一部を拡大して示す断面図である。 検出素子３の製造工程を示す概略図である。

以下、本発明に係るセンサ装置の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する各図面において同じ構成部材には同じ符号を付すものとする。また、各部材の大きさや部材同士の間の距離などは模式的に図示しており、現実のものとは異なる場合がある。

＜センサ装置の構成＞
本発明の実施形態に係るセンサ装置１００について、図１〜図６を用いて説明する。

本実施形態に係るセンサ装置１００は、図１に示すように、主に、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａ、第２カバー部材２および検出素子３を備える。

具体的には、センサ装置１００は、図１（ｂ）に示すように、検体液が流入する流入部１４と、流入部１４と連続しており且つ中間カバー部材１Ａと第２カバー部材２とで囲まれ少なくとも反応部１３まで延びている流路１５とを備えている。本実施形態において、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２の幅は、検出素子３の幅よりも大きい。これにより、検体液が検出素子３の表面全体を効果的に覆うように流すことが可能となる。

図１（ｃ）は、図１（ａ）の断面図を示すものであり、上から順に、ａ−ａ線で切断した断面、ｂ−ｂ線で切断した断面、ｃ−ｃ線で切断した断面を示す。流入部１４は、第２カバー部材２を厚み方向に貫通するように形成されている。

（第１カバー部材１）
第１カバー部材１は、図１（ａ）、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように平板状である。厚みは、例えば０．１ｍｍ〜１．５ｍｍである。第１カバー部材１の平面形状は概ね長方形状である。第１カバー部材１の長さ方向の長さは、例えば１ｃｍ〜８ｃｍであり、幅方向の長さは、例えば１ｃｍ〜３ｃｍである。

第１カバー部材１の材料としては、例えば、ガラスエポキシ、紙、プラスチック、セルロイド、セラミックス、不織布、ガラスなどを用いることができる。必要な強度とコストとを兼ね備える観点からプラスチックを用いることが好ましい。

また、第１カバー部材１の上面には、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、端子６および端子６から検出素子３の近傍まで引き回された配線７が形成されている。

端子６は、中間カバー部材１Ａの上面において、検出素子３に対して幅方向に両側に形成されている。具体的には、検出素子３に対する端子６のうち少なくとも一部は、検出素子３の流入部１４側の端部よりも流入部１４側に配置されている。また、流路１５の長手方向を基準にして検出素子３の一方側に配列している４つの端子６において、外側の２つの端子６に接続される配線７の長さが互いに略同一であり、また、内側の２つの端子６に接続される配線７の長さが互いに略同一である。これによれば、検出素子３で得られる信号が配線７の長さによってばらつくことを抑制することが可能となる。この場合において、例えば、図４に示す第１ＩＤＴ電極１１に、配線７および第１引出し電極１９などを介して外部の測定器から所定の電圧を印加する際に、一方の略同一の長さの配線７をグランド（接地）配線とし、他方の略同一の長さの配線７を信号配線とし、これらの配線間で電位差が発生するように接続される構成とすれば、信号のばらつきを抑制することが可能となり、検出の信頼性を向上させることが可能となる。

センサ装置１００を外部の測定器（図示せず）で測定する際に、端子６と外部の測定器とが電気的に接続される。また、端子６と検出素子３とは、配線７などを介して電気的に接続されている。

そして、外部の測定器からの信号が端子６を介してセンサ装置１００に入力されるとともに、センサ装置１００からの信号が端子６を介して外部の測定器に出力されることとなる。

（中間カバー部材１Ａ）
本実施形態において、図１（ｂ）に示すように、中間カバー部材１Ａが、第１カバー部材１の上面に、検出素子３と並んで位置している。また、図１（ａ）および図３（ｃ）に示すように、中間カバー部材１Ａと検出素子３とは間隙を介して位置している。なお、中間カバー部材１Ａと検出素子３とはそれぞれの側部同士が接するように配置してもよい。

中間カバー部材１Ａは、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、平板状の板に凹部形成部位４を有する平板枠状であり、その厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。

本実施形態において、凹部形成部位４は、図１（ｂ）に示すように、第１上流部１Ａａよりも下流側に位置している部位である。中間カバー部材１Ａを、平板状の第１カバー部材１と接合することによって、第１カバー部材１および中間カバー部材１Ａによって素子配置部５が形成されることとなる。すなわち、凹部形成部位４の内側に位置する第１カバー部材１の上面が素子配置部５の底面となり、凹部形成部位４の内壁が素子配置部５の内壁となる。

図１および図３に示すように、検出素子３よりも下流において、第１カバー部材１の上に、中間カバー部材１Ａは存在しない。これにより、中間カバー部材１Ａのうち第１上流部１Ａａよりも下流側における気泡の発生を抑制あるいは低減することが可能となる。その結果、検体液を、気泡を含むことなく検出素子３上に液体状で到達させることが可能となり、検出の感度あるいは精度を向上させることが可能となる。

中間カバー部材１Ａの材料としては、例えば、樹脂（プラスチックを含む）、紙、不織布、ガラスを用いることができる。より具体的には、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることが好ましい。なお、第１カバー部材１の材料と中間カバー部材１Ａの材料とを同一としてもよく、異なるようにしてもよい。

また、本実施形態において、中間カバー部材１Ａは、第１上流部１Ａａを有しており、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、上面視において、検出素子３は、第１上流部１Ａａよりも下流に位置している。これによれば、流路１５のうち第１上流部１Ａａを通って検出素子３上を流れる検体液は、測定に必要な量を超える量が下流側に流れていくことから、検出素子３に適切な量の検体液を供給することが可能となる。

（第２カバー部材２）
第２カバー部材２は、図１（ｂ）および図３（ｅ）に示すように、検出素子３を覆うとともに、第１カバー部材１および中間カバー部材１Ａに接合されている。ここで、第２カバー部材２は、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、第３基板２ａと第４基板２ｂとを有する。

第２カバー部材２の材料としては、例えば、樹脂（プラスチックを含む）、紙、不織布、ガラスを用いることができる。より具体的には、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることが好ましい。なお、第１カバー部材１の材料と第２カバー部材２の材料とを同一としてもよい。これによって、互いの熱膨張係数の差に起因する変形を抑制することが可能となる。なお、第２カバー部材２は、中間カバー部材１Ａにのみ接合される構成、あるいは第１カバー部材１および中間カバー部材１Ａの双方に接合される構成にしてもよい。

第３基板２ａは、図１（ｃ）、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、中間カバー部材１Ａの上面に貼り合わされている。第３基板２ａは平板状であり、その厚みは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。第４基板２ｂは、第３基板２ａの上面に貼り合わされている。第４基板２ｂは、平板状であり、その厚みは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。そして、第４基板２ｂが第３基板２ａと接合されることによって、図１（ｂ）に示すように、第２カバー部材２の下面に流路１５が形成されることとなる。流路１５は、流入部１４から少なくとも反応部１３の直上領域まで延びており、断面形状は、例えば矩形状である。なお、第３基板２ａと第４基板２ｂとを同一材料としてもよく、両者が一体化されたものを用いてもよい。

本実施形態において、流路１５の端部は、図１（ｂ）に示すように、中間カバー部材１Ａおよび第３基板２ａが存在せず、第４基板２ｂと第１カバー部材１との隙間が排気孔１８として機能する。排気孔１８は、流路１５内の空気などを外部に放出するためのものである。排気孔１８の開口の形状は、円形状または矩形状など、流路１５内の空気を抜くことができればどのような形状であってもよい。例えば、開口が円形状の排気孔１８の場合にはその直径を２ｍｍ以下となるようにし、矩形からなる排気孔１８の場合にはその１辺が２ｍｍ以下となるようにしている。

なお、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２は、すべて同じ材料によって形成することもできる。それによれば、各部材の熱膨張係数をほぼ揃えることができるため、部材ごとの熱膨張係数の差に起因するセンサ装置１００の変形が抑制される。また、反応部１３には生体材料が塗布されることがあるが、その中には紫外線などの外部の光によって変質しやすいものもある。その場合は、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２の材料として、遮光性を有する不透明なものを用いるとよい。一方、反応部１３の外部の光による変質がほとんど起こらない場合は、流路１５を構成する第２カバー部材２を透明に近い材料によって形成してもよい。この場合は、流路１５内を流れる検体液の様子を視認することができるため、光による検出方式と組み合わせて用いることも可能となる。

（検出素子３）
本実施形態に係る検出素子３について、図１〜図６、特に図４〜図６を用いて説明する。

図６は、図５のセンサ装置の一部を拡大して示す断面図であり、（ａ）は図５（ｂ）の検出素子の要部を拡大した図であり、（ｂ）は（ａ）の一部をさらに拡大した図である。

検出素子３は、図６に示すように、概略として、第１カバー部材１の上面に位置している素子基板１０ａ、および素子基板１０ａの上面に位置しており且つ検体液に含まれる被検出物（検出対象）の検出を行なう少なくとも１つの検出部１０ｂを有する。

具体的には、本実施形態の検出素子３は、図６に示すように、素子基板１０ａと、素子基板１０ａの上面に位置している、固定化膜１３ａを有して被検出物の検出を行なう反応部１３、反応部１３に向かって伝搬する弾性波を発生させる第１ＩＤＴ（InterDigital Transducer）電極１１、および反応部１３を通過した弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極１２、を有する検出部１０ｂと、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っている保護膜２８とを備えている。そして、素子基板１０ａは、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２が位置している第１領域Ａ１と反応部１３が位置している第２領域Ａ２との間の第３領域Ａ３を有し、第３領域Ａ３の少なくとも一部は第１領域Ａ１および第２領域Ａ２よりも低い。なお、検出部１０ｂは、第１ＩＤＴ電極１１、反応部１３、および第２ＩＤＴ電極１２に加えて、保護膜２８、第１引出し電極１９および第２引出し電極２０などを有している。

（素子基板１０ａ）
素子基板１０ａは、例えば、水晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）単結晶、またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）単結晶などの圧電性を有する単結晶の基板からなる。素子基板１０ａの平面形状および各種寸法は適宜設定すればよい。素子基板１０ａの厚みは、例えば０．３ｍｍ〜１ｍｍである。

本実施形態において、素子基板１０ａは、図６に示すように、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２が位置している第１領域Ａ１、反応部１３が位置している第２領域Ａ２、および第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間の第３領域Ａ３を有し、第３領域Ａ３の少なくとも一部は第１領域Ａ１および第２領域Ａ２よりも低い。これによれば、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬する弾性表面波（SAW：Surface Acoustic Wave）は、相対的に低位の第３領域Ａ３および高位の第２領域Ａ２（反応部１３）を通過する際に、高位の第２領域Ａ２（反応部１３）における振幅が大きくなることによって、高い感度で被検出物を検出することが可能となる。

ここで、図６（ｂ）に示すように、素子基板１０ａにおいて、第３領域Ａ３の少なくとも一部は凹部Ａ３ａであり、凹部Ａ３ａは底部に向かうにつれて側断面視で狭くなっている。これによれば、素子基板１０ａの上面近傍において、ＳＡＷの伝搬方向に対して、固定化膜１３ａとの境界が緩やかに変化するため、該境界におけるＳＡＷの反射が低減し、結果として電気信号の損失が低減される。なお、第３領域Ａ３の少なくとも一部である凹部Ａ３ａの底部は、第１領域Ａ１の上面および第２領域Ａ２の上面よりも、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬するＳＡＷの波長をλとしたとき、例えば０．０２λ以下の範囲で低く設定することができる。また、凹部Ａ３ａの底部の表面粗さは、固定化膜１３ａの上面の表面粗さよりも大きく設定することができる。ここで、各構成要素の表面粗さは、算術平均粗さＲａを用いて判断すればよく、測定対象上に保護膜２８またはその他の膜等が設けられている場合には、例えばＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）やＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）などの分析手法を用いた断面写真において断面形状を図形解析することによって測定すればよい。また、測定対象を直接測定できる場合には、通常の接触式または非接触式の表面粗さ測定機を用いて測定すればよい。以下においても、特記しない限り、同様とする。

本実施形態において、素子基板１０ａのうち固定化膜１３ａが位置している領域の表面粗さよりも、固定化膜１３ａの上面の表面粗さの方が大きく設定されている。これによれば、例えば素子基板１０ａの表面に、後述するアプタマーや抗体を固定化するのに対して、固定化膜１３ａの表面へのアプタマーや抗体の接合性を高くすることができ、高密度の固定化が可能となる。その結果として、被検出物の検出感度を向上させることが可能となる。

（ＩＤＴ電極１１、１２）
図４および図６に示すように、第１ＩＤＴ電極１１は、１対の櫛歯電極を有する。各櫛歯電極は、互いに対向する２本のバスバーおよび各バスバーから他のバスバー側へ延びる複数の電極指を有している。そして、１対の櫛歯電極は、複数の電極指が互いに噛み合うように配置されている。第２ＩＤＴ電極１２も、第１ＩＤＴ電極１１と同様に構成されている。第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２は、トランスバーサル型のＩＤＴ電極を構成している。

第１ＩＤＴ電極１１は、所定の弾性表面波を発生させるためのものであり、第２ＩＤＴ電極１２は、第１ＩＤＴ電極１１で発生したＳＡＷを受信するためのものである。第１ＩＤＴ電極１１で発生したＳＡＷを第２ＩＤＴ電極１２が受信できるように、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２とは同一直線上に配置されている。第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の電極指の本数、隣接する電極指同士の距離、ならびに電極指の交差幅などをパラメータとして周波数特性を設計することができる。

ＩＤＴ電極によって励振されるＳＡＷとしては、種々の振動モードのものが存在するが、本実施形態に係る検出素子３においては、例えばＳＨ波とよばれる横波の振動モードを利用している。ＳＡＷの周波数は、例えば数メガヘルツ（ＭＨｚ）から数ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲内において設定可能である。中でも、数百ＭＨｚから２ＧＨｚとすれば、実用的であり、かつ検出素子３の小型化ひいてはセンサ装置１００の小型化を実現することができる。本実施形態では、ＳＡＷの中心周波数を数百ＭＨｚとした場合を例にとって、所定の構成要素の厚みや長さを記載する。

第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２は、例えば金の薄膜層などからなる単層構造としてもよく、素子基板１０ａ側からチタン層、金層およびチタン層の三層構造、あるいはクロム層、金層およびクロム層の三層構造などの複数層構造としてもよい。

第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の厚みは、例えば０．００５λ〜０．０１５λの範囲で設定すればよい。

なお、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２のＳＡＷの伝搬方向（幅方向）における外側に、ＳＡＷの反射抑制のための弾性部材を設けてもよい。

（反応部１３）
図４および図６に示すように、反応部１３は、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間に設けられている。

本実施形態において、反応部１３は、素子基板１０ａの上面に形成された固定化膜１３ａ（例えば金属膜）と、固定化膜１３ａの上面に固定化された、被検出物と反応する反応物質とを有する。反応物質は、検出対象の被検出物に応じて適宜選択すればよく、例えば検体液中の特定の細胞または生体組織などを被検出物とするときは、核酸やペプチドからなるアプタマーを用いることができる。本実施形態において、反応物質と被検出物との反応は、例えば、化学反応または抗原抗体反応など反応物質と被検出物とが結合するものであってもよく、また、これらの反応に限らず、被検出物と反応物質との相互作用によって被検出物が反応物質と結合したり、被検出物が反応物質に吸着したりするようなものであってもよい。反応部１３に検体が接触したときに、反応物質が存在することで被検出物の種類や含有量に応じて弾性表面波の特性を変化させるものであれば、本実施形態の反応物質として反応部１３に用いることができる。反応部１３は、検体液中の被検出物と反応を生じさせるためのものであり、具体的には、検体液が反応部１３に接触すると、検体液中の特定の被検出物がその被検出物に対応するアプタマーと結合する。

固定化膜１３ａ（金属膜）としては、例えば、金層からなる単層構造としてもよく、チタン層およびチタン層上に位置する金層の二層構造、あるいは、クロム層およびクロム層上に位置する金層の二層構造などの複数層構造とすることができる。また、固定化膜１３ａの材料は、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の材料と同一にしてもよい。これによれば、両者を同一工程で形成することが可能となる。なお、固定化膜１３ａの材料は、上述の金属膜に代えて、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２などの酸化膜を用いてもよい。

ここで、流路の幅方向に沿って配置された第１ＩＤＴ電極１１、第２ＩＤＴ電極１２および反応部１３を１セットとすると、本実施形態に係るセンサ装置１００には、図４に示すように、そのセットが２つ設けられている。これにより、一方の反応部１３と反応する被検出物を、他方の反応部１３と反応する被検出物と異なるように設定することによって、１つのセンサ装置で２種類の被検出物の検出を行なうことが可能となる。

本実施形態において、固定化膜１３ａの上面は、図６（ｂ）に示すように、素子基板１０ａの上面のうち第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２が位置している第１領域Ａ１の上面よりも高い。これによれば、反応部１３において、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬するＳＡＷのエネルギーが固定化膜１３ａに集中し易くなるため高い感度で被検出物の検出が可能となる。

また、固定化膜１３ａの上面は、図６（ｂ）に示すように、第１ＩＤＴ電極１１の上面および第２ＩＤＴ電極１２の上面の少なくとも一方よりも低い。これによれば、反応部１３において、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬するＳＡＷのエネルギーが固定化膜１３ａに集中し易くなるため、より高い感度で被検出物を検出することが可能となる。

ここで、固定化膜１３ａの上面は、図６（ｂ）に示すように、第１ＩＤＴ電極１１の上面および第２ＩＤＴ電極１２の上面よりも、０．０１λ以下の範囲で低く設定することができる。これによれば、反応部１３において、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬するＳＡＷのエネルギーが固定化膜１３ａの上面に集中し易くなるため高い感度での被検出物の検出が可能となる。

また、固定化膜１３ａは、側断面視で、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２のうち少なくとも一方の側の端部において、上端よりも下端の方が、前記一方との距離が短い。さらに、固定化膜１３ａは、側断面視で、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２のうち少なくとも一方の側の端部において、上端から下端へと向かうにつれて、前記一方の側に近づくように傾斜している。これによれば、素子基板１０ａの上面近傍において、ＳＡＷの伝搬方向に対して、固定化膜１３ａとの境界が緩やかに変化するため、該境界における弾性表面波の反射が低減し、結果として電気信号の損失が低減される。ここで、固定化膜１３ａの端部における傾斜は、後述する保護膜２８の傾斜よりもその傾斜角を小さく設定することができる。

固定化膜１３ａの厚みは、例えば０．００５λ〜０．０１５λの範囲で設定すればよい。本実施形態において、固定化膜１３ａの厚みは、図６（ｂ）に示すように、第１ＩＤＴ電極１１の厚みおよび第２ＩＤＴ電極１２の厚みの少なくとも一方よりも小さい。これによれば、固定化膜１３ａの厚みが比較的薄い場合においても、反応部１３において、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬するＳＡＷのエネルギーの損失を低減することが可能になる。それに加えて、ＳＡＷのエネルギーが固定化膜１３ａに集中し易くなるため高い感度で被検出物の検出が可能となる。

固定化膜１３ａの上面の表面粗さは、第１ＩＤＴ電極１１の上面の表面粗さおよび第２ＩＤＴ電極１２の上面の表面粗さの少なくとも一方よりも大きい。これによれば、反応部１３において、アプタマーや抗体などを高密度に固定化することができ、検出感度をより向上させることが可能となる。固定化膜１３ａの上面の表面粗さは、算術平均粗さＲａで例えば２．０〜５．０ｎｍの範囲で設定すればよく、測定対象である上面を、通常の接触式または非接触式の表面粗さ測定機を用いて測定すればよい。また、第１ＩＤＴ電極１１の上面および第２ＩＤＴ電極１２の上面の表面粗さは、いずれかの櫛歯電極の部分あるいはそれらを連結する部分のいずれかで、測定対象である上面を、通常の接触式または非接触式の表面粗さ測定機を用いて測定すればよい。

（保護膜２８）
保護膜２８は、図６に示すように、素子基板１０ａの上面に位置しており、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っている。これによって、検体液が第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２に接触することを抑制することができ、ＩＤＴ電極の酸化などによる腐食を低減することが可能となる。保護膜２８の材料としては、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、窒化珪素またはシリコンが挙げられる。なお、これらの材料は、保護膜２８の中で質量比率が最も多い主成分として用いられればよく、極僅かに不純物として混入などしている場合は材料として判断されないものとする。

本実施形態において、保護膜２８は、図６（ｂ）に示すように、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の少なくとも一方と反応部１３（固定化膜１３ａ）との間、すなわち第３領域Ａ３にも位置している。これによれば、ＩＤＴ電極の固定化膜１３ａ側の側部が検体液と接触することを抑制することが可能となる。ここで、保護膜２８は、図６（ｂ）に示すように、反応部１３（固定化膜１３ａ）と接することなく離れて位置している。これによれば、反応部１３（固定化膜１３ａ）におけるＳＡＷに対する感度に与える影響を低減することができる。

また、保護膜２８は、第３領域Ａ３であって、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の少なくとも一方と凹部Ａ３ａとの間に位置している。これによれば、保護膜２８が存在することで、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間で発生する電気的直達波が抑制され、信号ノイズを低減することが可能となる。

また、保護膜２８は、図６（ｂ）に示すように、側断面視で、反応部１３（固定化膜１３ａ）の側の端部において上端よりも下端の方が、反応部１３（固定化膜１３ａ）との距離が短い。ここで、側断面視とは、例えば図１（ｂ）にも示されるように、図１（ａ）をａ−ａ線あるいはそれに垂直な方向に切断して得られた断面を、センサ装置の側面側から見た状態を意味する。また、反応部１３の側の端部とは、例えば、上述のように、保護膜２８が、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の少なくとも一方と反応部１３との間にも位置しており、反応部１３の全領域を覆っていない場合において、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の少なくとも一方の側の端部と反対側の端部のことを意味する。さらに、保護膜２８は、図６（ｂ）に示すように、側断面視で、反応部１３（固定化膜１３ａ）の側の端部において上端から下端へと向かうにつれて、反応部１３（固定化膜１３ａ）の側に近づくように傾斜している。これにより、検体液が第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２に接触することをより効果的に抑制することができる。また、保護膜２８が素子基板１０ａの上面を覆うように形成されている場合には、素子基板１０ａとの間の結合の安定性が向上する。

本実施形態において、保護膜２８の厚みは、例えば０．００１λ〜０．０５λの範囲で設定すればよい。ここで、保護膜２８の厚みは、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っていない部位で測定すればよいが、それ以外の部位での測定は排除されない。

なお、保護膜２８の厚みは、第１ＩＤＴ電極１１の厚みおよび第２ＩＤＴ電極１２の厚みよりも小さくしてもよい。これによれば、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬するＳＡＷに対する保護膜２８の影響を低減することができ、ＳＡＷのエネルギーの損失を低減することが可能になる。この場合において、保護膜２８の上面の少なくとも一部が第１ＩＤＴ電極１１の上面および第２ＩＤＴ電極１２の上面よりも低くなるように設定してもよい。

図４および図６に示すように、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２はそれぞれ、互いに離れて位置している複数の電極指を有しており、保護膜２８は、図６（ｂ）に示すように、複数の電極指のうち隣接する２つの電極指、例えば電極指１２ａ，１２ｂの上に、およびこれら２つの電極指の間に位置している素子基板１０ａの上に、跨って（連続して、繋がって）位置している。これによれば、ＩＤＴ電極の複数の電極指が検体液によって相互間で短絡を生じることを抑制することが可能となる。

（引出し電極１９、２０）
図４に示すように、第１引出し電極１９は第１ＩＤＴ電極１１と接続されており、第２引出し電極２０は第２ＩＤＴ電極１２と接続されている。第１引出し電極１９は、第１ＩＤＴ電極１１から反応部１３とは反対側に引き出され、第１引出し電極１９の端部１９ｅは第１カバー部材１に設けた配線７と電気的に接続されている。第２引出し電極２０は、第２ＩＤＴ電極１２から反応部１３とは反対側に引き出され、第２引出し電極２０の端部２０ｅは配線７と電気的に接続されている。

第１引出し電極１９および第２引出し電極２０は、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２と同様の材料・構成とすればよく、例えば、金の薄膜層などからなる単層構造としてもよく、素子基板１０ａ側からチタン層、金層およびチタン層の三層構造、あるいはクロム層、金層およびクロム層の三層構造などの複数層構造としてもよい。

（検出素子３を用いた検出対象の検出）
以上のようなＳＡＷを利用した検出素子３において検体液中の被検出物の検出を行なうには、まず、第１ＩＤＴ電極１１に、配線７および第１引出し電極１９などを介して外部の測定器から所定の電圧を印加する。

この電圧の印加によって、素子基板１０ａの表面のうち第１ＩＤＴ電極１１の形成領域が励振され、所定の周波数を有するＳＡＷが発生する。発生したＳＡＷは、その一部が反応部１３に向かって伝搬し、反応部１３を通過した後、第２ＩＤＴ電極１２に到達する。反応部１３では、反応部１３のアプタマーが検体液中の特定の被検出物と結合し、結合した分だけ反応部１３の重さ（質量）が変化するため、反応部１３を通過するＳＡＷの位相などの特性が変化する。このように特性が変化したＳＡＷが第２ＩＤＴ電極１２に到達すると、それに応じた電圧が第２ＩＤＴ電極１２に生じる。

このようにして生じた電圧は、第２引出し電極２０、配線７などを介して外部に出力され、それを外部の測定器で読み取ることによって、検体液の性質や成分を調べることができる。

ここで、検体液を反応部１３に誘導するために、センサ装置１００では毛細管現象を利用する。

具体的には、上述のように、流路１５は、図１に示すように、第２カバー部材２が中間カバー部材１Ａに接合されることによって、第２カバー部材２の下面に細長い管状となる。そのため、検体液の種類、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２の材質などを考慮して、流路１５の幅あるいは径などを所定の値に設定することによって、細長い管状の流路１５に毛細管現象を生じさせることができる。流路１５の幅は、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、深さは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。なお、流路１５は、図１（ｂ）に示すように、反応部１３を超えて延びた部分である下流部（延長部）１５ｂを有し、第２カバー部材２には延長部１５ｂにつながった排気孔１８が形成されている。そして、検体液が流路１５内に入ってくると、流路１５内に存在していた空気は排気孔１８から外部へ放出される。

このような毛細管現象を生じる管を、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２を含むカバー部材によって形成すれば、流入部１４に検体液を接触させることによって、検体液が流路１５を流れてセンサ装置１００の内部に吸い込まれていく。このように、センサ装置１００は、それ自体が検体液の吸引機構を備えているため、ピペットなどの器具を使用することなく検体液の吸引を行なうことができる。

（流路１５と検出素子３との位置関係）
本実施形態において、検体液の流路１５は深さが０．３ｍｍ程度であるのに対し、検出素子３は厚みが０．３ｍｍ程度であり、図１（ｂ）に示すように、流路１５の深さと検出素子３の厚さとがほぼ等しい。そのため、流路１５上に検出素子３を第１カバー部材１の上面にそのまま置くと流路１５が塞がれてしまう。そこで、センサ装置１００においては、図１（ｂ）および図５に示すように、検出素子３が実装される第１カバー部材１と第１カバー部材１上に接合される中間カバー部材１Ａとによって素子配置部５を設けている。この素子配置部５の中に検出素子３を収容することによって、検体液の流路１５が塞がれないようにしている。すなわち、素子配置部５の深さを検出素子３の厚みと同程度にし、その素子配置部５の中に検出素子３を実装することによって、流路１５を確保することができる。

検出素子３は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコーン樹脂などを主成分とするダイボンド材によって、素子配置部５の底面に固定されている。

第１引出し電極１９の端部１９ｅと配線７とは、例えばＡｕなどからなる金属細線２７によって電気的に接続されている。第２引出し電極２０の端部２０ｅと配線７との接続も同様である。なお、第１引出し電極１９および第２引出し電極２０と配線７との接続は、金属細線２７によるものに限らず、例えばＡｇペーストなどの導電性接着材によるものでもよい。第１引出し電極１９および第２引出し電極２０と配線７との接続部分には空隙が設けられているため、第２カバー部材２を第１カバー部材１に貼り合わせた際に、金属細線２７の破損が抑制される。また、第１引出し電極１９、第２引出し電極２０、金属細線２７および配線７は、保護膜２８によって覆われている。第１引出し電極１９、第２引出し電極２０、金属細線２７および配線７が保護膜２８で覆われていることによって、これらの電極などが腐食することを抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係るセンサ装置１００によれば、検出素子３を第１カバー部材１の素子配置部５に収容したことによって、流入部１４から反応部１３に至る検体液の流路１５を確保することができ、毛細管現象などによって流入部１４から吸引された検体液を反応部１３まで流すことができる。すなわち、所定の厚みを有する検出素子３を用いた場合であっても、センサ装置１００自体に検体液の吸引機構を備えることができるため、検体液を検出素子３に効率的に導くことができるセンサ装置１００を提供することができる。

＜検出素子の製造工程＞
本発明の実施形態に係るセンサ装置１００が備える検出素子３の製造工程について説明する。図７は、検出素子３の製造工程を示す概略図である。

まずは、水晶からなる素子基板１０ａを洗浄する。その後、必要に応じて、素子基板１０ａの下面にＡｌ膜５０をＲＦスパッタリングによって形成する（図７（ａ））。

次に、素子基板１０ａの上面に、電極パターンを形成する。ここでは、電極パターンを形成するための画像反転型のフォトレジストパターン５１を、フォトリソグラフィー法を用いて形成する（図７（ｂ））。

次に、素子基板１０ａの上面のうち、フォトレジストパターン５１が形成された部位と形成されていない部位とに、電子ビーム蒸着機を用いてＴｉ／Ａｕ／Ｔｉの三層構造の金属層５２を成膜する（図７（ｃ））。

次に、フォトレジストパターン５１を、溶剤を用いてリフトオフし、その後、酸素プラズマによってアッシングを行なうことによって、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３が形成される（図７（ｄ））。

本実施形態において、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３は、一対のＩＤＴ電極１１、１２および固定化膜１３ａに加えて、反射器（図示せず）および実装用の引出し電極１９、２０を構成する。一対のＩＤＴ電極１１、１２は、相対向する配置とし、一方が発信器、他方が受信器の機能を有するものである。このように、一対のＩＤＴ電極１１、１２、固定化膜１３ａ、反射器および実装用の引出し電極１９、２０を、同一の工程にて形成することができる。

次に、素子基板１０ａの上面に、例えばＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）−プラズマＣＶＤによって、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３を覆うように保護膜２８を成膜する（図７（ｅ））。

次に、保護膜２８の上面に、ポジ型のフォトレジスト５４を形成し、保護膜２８を、ＲＩＥ装置を用いてエッチングすることによって、保護膜２８のパターンを形成する（図７（ｆ））。

具体的には、ポジ型のフォトレジスト５４を、ＩＤＴ電極１１、１２を覆っている保護膜２８の上面に形成し、ポジ型のフォトレジスト５４が形成されていない部位の保護膜２８を、ＲＩＥ装置を用いてエッチングをした後、溶剤を用いてポジ型のフォトレジスト５４をリフトオフすることによって、ＩＤＴ電極１１、１２を覆うような保護膜２８のパターンが形成される。ここで、素子基板１０ａをオーバーエッチングすることによって、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２が位置する第１領域Ａ１と固定化膜１３ａが位置する第２領域Ａ２との間の第３領域Ａ３において、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２よりも低い部分である凹部Ａ３ａを形成する。さらに、ＲＩＥ装置を用いたエッチングによって、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３のうちフォトレジスト５４が形成されてない部位における保護膜２８をエッチングして除去し、さらにＴｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３の最表層のＴｉ層までエッチングすることによって、上述の実施形態とは異なり、固定化膜１３ａの保護膜２８が覆ってない部分をＡｕ／Ｔｉの二層構造になるようにしてもよい。この結果、Ａｕ／Ｔｉの二層構造の固定化膜１３ａをＴｉ／Ａｕ／Ｔｉの三層構造の一対のＩＤＴ電極１１、１２によって挟む構成とすることができる。ここで、１つの素子基板１０ａ上には、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの一対のＩＤＴ電極１１、１２とＡｕ／Ｔｉの固定化膜１３ａとを有するセットを２セット形成し、一方を「検出側」、他方を「参照側」として用いる。なお、固定化膜１３ａと同様、反射器および実装用の引出し電極１９、２０についても最表層のＴｉまでエッチングすることができる。

その後、素子基板１０ａの下面に形成されていたＡｌ膜５０を、フッ硝酸を用いて除去する。

固定化膜１３ａの上面には、核酸やペプチドからなるアプタマーを固定化して反応部１３を形成する（図７（ｇ））。
以上のようにして、検出素子３が形成される。

次に、素子基板１０ａをダイシングして所定のサイズに分断する（図７（ｈ））。その後、分断して得られた個々の検出素子３を、予め配線が形成された第１カバー部材１に相当するガラスエポキシ実装基板（以下、実装基板と記す。）上に、エポキシ系接着剤５６を用いて裏面固定する。そして、導線２７としてＡｕ細線を用いて、検出素子３上の引出し電極の電極１９ｅ、２０ｅと実装基板上の端子６に繋がっている配線７との間を電気的に接続する（図７（ｉ））。

その後、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２などを設けて本発明の実施形態に係るセンサ装置１００が形成される。

検出素子３の製造工程およびセンサ装置１００の製造工程は、図７で示した上記の工程に限定されず、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２が位置している領域１０ａ１よりも反応部１３が位置している領域１０ａ２の方が低い上面を有する素子基板１０ａを製造できる方法であればどのような製造工程を採用してもよい。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

上述した実施形態においては、反応部１３が固定化膜１３ａと固定化膜１３ａの上面に固定化されたアプタマーとからなるものについて説明したが、アプタマーに限らず、検体液中の被検出物と反応し、反応部１３を通過する前後でＳＡＷの特性が変化する反応物質であれば、固定化膜１３ａの上面に固定して用いることができる。また、例えば、検体液中の被検出物と固定化膜１３ａとが反応する場合には、アプタマーを使用せず、固定化膜１３ａだけで反応部１３を構成してもよい。さらに、固定化膜１３ａを用いずに、圧電基板である素子基板１０ａの表面における第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間の領域を反応部１３としてもよい。この場合は、素子基板１０ａの表面に検体液を直接付着させることにより、検体液の粘性などの物理的性質を検出することができる。より具体的には、反応部１３上の検体液の粘性などが変化することによるＳＡＷの位相変化を計測する。また、固定化膜１３ａとして、金属膜に代えて、導電性を有さない膜を用いることができ、当該膜の上面にアプタマーを固定化してもよい。

また、検出素子３として、１つの基板上に複数種類のデバイスを混在させても構わない。例えば、ＳＡＷ素子の隣に酵素電極法の酵素電極を設けてもよい。この場合は、抗体やアプタマーを用いた免疫法に加えて酵素法での測定も可能となり、一度に検査できる項目を増やすことができる。

また、上述した実施形態においては、検出素子３が１個設けられている例について説明したが、検出素子３を複数個設けてもよい。この場合は、検出素子３ごとに素子配置部５を設けてもよいし、全ての検出素子３を収容できるような長さあるいは幅を有する素子配置部５を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２がそれぞれ別部材である例を示したが、これに限らず、いずれかの部材同士が一体化されたものを用いてもよい。また、これら全ての部材同士が一体化されたものを用いてもよい。

１・・・第１カバー部材
１Ａ・・・中間カバー部材
１Ａａ・・・第１上流部
２・・・第２カバー部材
２ａ・・・第３基板
２ｂ・・・第４基板
３・・・検出素子
４・・・凹部形成部位
５・・・素子配置部
６・・・端子
７・・・配線
９・・・充填部材
１０ａ・・・素子基板
Ａ１・・・第１領域
Ａ２・・・第２領域
Ａ３・・・第３領域
Ａ３ａ・・・凹部
１０ｂ・・・検出部
１１・・・第１ＩＤＴ電極
１２・・・第２ＩＤＴ電極
１３・・・反応部
１３ａ・・・固定化膜
１４・・・流入部
１５・・・流路
１５ａ・・・上流部
１５ｂ・・・下流部（延長部）
１８・・・排気孔
１９・・・第１引出し電極
１９ｅ・・・端部
２０・・・第２引出し電極
２０ｅ・・・端部
２７・・・導線（金属細線）
２８・・・保護膜
１００・・・センサ装置

Claims (15)

1. 素子基板と、
   前記素子基板の上面に位置している、固定化膜を有し検体の検出を行なう反応部、前記反応部に向かって伝搬する弾性波を発生させる第１ＩＤＴ電極、および前記反応部を通過した前記弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極、を有する検出部と、
   前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極を覆っている保護膜と、を備え、
   前記素子基板の上面は、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極が位置している第１領域、前記反応部が位置している第２領域、および前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域を有し、前記第３領域の少なくとも一部は前記第１領域および前記第２領域よりも低い、センサ装置。
2. 前記素子基板は、前記第３領域の前記少なくとも一部に凹部を有しており、前記凹部は底部に向かうにつれて側断面視で狭くなっている、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記保護膜は、前記第３領域のうち前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方と前記凹部との間に位置している、請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記保護膜は、前記第３領域に位置している、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ装置。
5. 前記保護膜は、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方と前記固定化膜との間に位置している、請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ装置。
6. 前記保護膜は、前記固定化膜と離れて位置している、請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ装置。
7. 前記固定化膜の上面は、前記第１ＩＤＴ電極の上面および前記第２ＩＤＴ電極の上面の少なくとも一方よりも低い、請求項１〜６のいずれかに記載のセンサ装置。
8. 前記固定化膜の材料は、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極の材料と同一である、請求項１〜７のいずれかに記載のセンサ装置。
9. 前記第１ＩＤＴ電極の厚みおよび前記第２ＩＤＴ電極の厚みの少なくとも一方よりも前記固定化膜の厚みの方が小さい、請求項１〜８のいずれかに記載のセンサ装置。
10. 前記第１ＩＤＴ電極の上面の表面粗さおよび前記第２ＩＤＴ電極の上面の表面粗さの少なくとも一方よりも前記固定化膜の上面の表面粗さの方が大きい、請求項１〜９のいずれかに記載のセンサ装置。
11. 側断面視で、前記保護膜のうち前記固定化膜の側の端部は、上端よりも下端の方が、前記固定化膜との距離が短い、請求項１〜１０のいずれかに記載のセンサ装置。
12. 側断面視で、前記保護膜のうち前記固定化膜の側の端部は、上端から下端へと向かうにつれて、前記固定化膜の側に傾斜している、請求項１〜１１のいずれかに記載のセンサ装置。
13. 前記固定化膜は、側断面視で、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方のＩＤＴ電極側の端部のうち上端よりも下端の方が、前記一方のＩＤＴ電極との距離が短い、請求項１〜１２のいずれかに記載のセンサ装置。
14. 前記固定化膜は、側断面視で、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極の少なくとも一方のＩＤＴ電極側の端部のうち上端から下端へと向かうにつれて、前記一方のＩＤＴ電極側に傾斜している、請求項１〜１３のいずれかに記載のセンサ装置。
15. 前記固定化膜の傾斜している前記端部の傾斜角度が、前記保護膜の傾斜している端部の傾斜角度よりも小さい、請求項１２を引用する請求項１４記載のセンサ装置。