JP2017096706A

JP2017096706A - 感知センサ

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Publication number: JP2017096706A
Application number: JP2015227731A
Authority: JP
Inventors: 和歌子忍; Wakako Shinobu; 茎田　啓行; Hiroyuki Kukita; 啓行茎田; 俊一若松; Shunichi Wakamatsu
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: US10126268B2; US20170146490A1; JP6471084B2

Abstract

【課題】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。【解決手段】水晶振動子４の一面側の一端側から他端側に試料液を通流させて、試料液中の感知対象物を吸着膜に吸着させて感知する感知センサ２において、吸着膜４７における試料液の流れの上流側の端部を、第１の振動領域６１の長さに対して上流側の端部から２０％の位置としている。また水晶振動子４の一面側における吸着膜４７を設けていない領域にブロッキング膜４８を設けている。従って試料液中に含まれる感知対象物９を第１の振動領域６１における振動エネルギーの大きな領域に確実に感知対象物を吸着させることができるため、低濃度の試料液においても感知センサ２の精度が良好になる。【選択図】図６

Description

本発明は、感知対象物がその表面に設けられた吸着膜に吸着することで、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、感知対象物の定量を行うものである。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。

水晶振動子においては、振動領域の中心部が最も振幅が大きい。そのため振動領域の中心部が最も振動エネルギーが大きくなり、振動領域の中心部から離れるに従い、振動エネルギーは小さくなる傾向にある。
ところが感知対象物を含む試料液を供給流路に供給し、吸着膜に感知対象物を吸着させる場合に、吸着膜が設けられた領域の内、供給流路の上流側の領域ほど感知対象物が吸着しやすい。そのため感知対象物の濃度の低い試料液の場合に吸着膜の上流側の領域において、吸着してしまい、下流側の振動の大きい領域に十分量の感知対象物が吸着せず、感知精度が落ちる問題があった。
特許文献２には、水晶振動子の電極以外の部分にブロッキング層を設けて、電極以外の部分に感知対象物を付着させない技術が記載されているが、本発明の課題を解決するものではない。

特開２００９−２０６７９２号公報特開２００５−１４７７７８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、共通の水晶片の一面側及び他面側に励振電極を設けて各々構成され、互いに左右に離間する第１の振動領域及び第２の振動領域と、
前記第１の振動領域及び第２の振動領域の一方の振動領域に対応する前記一面側の励振電極の表面に形成され、試料液中の感知対象物を吸着する吸着膜と、
前記一面側の励振電極における前記吸着膜が形成された領域以外の領域に全面に亘って設けられた試料液中の感知対象物の吸着を阻止するブロッキング層と、
前記励振電極を周波数測定部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の振動領域の他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、
前記水晶片の一面側における前記第１の振動領域及び第２の振動領域を含む前記配線基板の一面側の領域との間に試料液を前端側から後端側に向けて通流させる流路を形成するために当該領域を覆うように設けられ、前記流路の前端側に試料液を注入する注入口と、前記流路の後端側から試料液を排出する廃液口と、が形成された流路形成部材と、を備え、
前記吸着膜は、前記一方の振動領域の前後方向の中心部を含み、振動領域の前端部をＰ１、吸着膜の前端部をＰ２、振動領域の中心部をＣとすると、吸着膜の前端部をＰ２が（ＣからＰ１までの距離）×０．４≦（Ｐ１からＰ２までの距離）≦（ＣからＰ１までの距離）×０．８となる領域に位置するように設けられたことを特徴とする。

本発明は、水晶振動子の一面側の一端側から他端側に向けて試料液を通流させて試料液中の感知対象物を吸着膜に吸着させる感知センサにおいて、水晶片の一面側及び他面側に励振電極を設けて第１及び第２の振動領域を形成している。そして一方の振動領域に試料液中の感知対象物を吸着する吸着膜を設けるにあたって、前記一方の振動領域の前後方向の中心部を含み、振動領域の前端部をＰ１、吸着膜の前端部をＰ２、振動領域の中心部をＣとすると、吸着膜の前端部をＰ２が（ＣからＰ１までの距離）×０．４≦（Ｐ１からＰ２までの距離）≦（ＣからＰ１までの距離）×０．８となる領域に位置するように設け、一面側の励振電極の他の領域に感知対象物を吸着を阻害するブロッキング層を設けている。そのため試料液を供給したときに感知対象物を振動領域の振動エネルギーが大きい領域に確実に付着させることができるため、検出感度が良くなる。

本発明に係る感知装置及び感知センサの斜視図である。感知センサの分解斜視図である。感知センサの各部の上面側を示した分解斜視図である。感知センサの一部の下面側を示した分解斜視図である。前記感知センサの縦断側面図である。水晶振動子の表面側（ａ）及び裏面側（ｂ）を示す平面図である。吸着膜を設置するためのゴム板を示す平面図である。感知装置の構成を示す概略構成図である。水晶振動子の振動エネルギーの分布を示す説明図である。従来の水晶振動子のおける感知対象物の吸着を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る水晶振動子のおける感知対象物の吸着を示す説明図である。本発明の実施の形態の他の例を示す縦断面図である。実施例及び比較例における周波数変化を示す特性図である。

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、感知装置は本体部１２と、感知センサ２と、を備えている。感知センサ２は、本体部１２に形成された差込口１７に着脱自在に接続されている。本体部１２の上面には、例えば液晶表示画面により構成される表示部１６が設けられており、表示部１６は、例えば本体部１２内に設けられた後述する発振回路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、感知対象物の検出の有無等を表示する。

続いて感知センサ２について説明する。図２は図１に示した感知センサ２における上側カバー体２１を外した状態を示す斜視図、図３、図４は夫々感知センサ２の各部材の表側（上面側）及び一部の裏面（下面側）を示した斜視図、図５は、感知センサ２の縦断面図を示す。
感知センサ２は、図２に示すように上側カバー体２１と下側ケース２２とで構成される容器２０を備えている。下側ケース２２の上方には、図３に示すように長さ方向に延伸された形状の配線基板３が設けられ、配線基板３における長さ方向の一端側には前述の本体部１２の差込口１７に差し込まれる差込部３１が形成されている。以下明細書中では、感知センサ２の差込部３１側を前方、他端側を後方とする。

配線基板３の後方側の位置には、貫通孔３２が形成されており、配線基板３は貫通孔３２が下側ケース２２の底面によって塞がれると共に、下側ケース２２の外側に差込部３１が突出するように配置される。配線基板３の表面側には、長さ方向に伸びる３本の配線２５〜２７が設けられており、各配線２５〜２７の一端側は、差込部３１において、夫々端子部２５２、２６２、２７２が形成されている。また各配線２５〜２７の他端側は貫通孔３２の外縁にて、夫々端子部２５１、２６１及び２７１が形成されている。更に配線基板３における貫通孔３２の更に後方には、配線基板３の水平位置を決めるための孔部３３が幅方向に２か所並べて形成されている。

続いて水晶振動子４についてその表面側、裏面側を夫々示した図６（ａ）、図６（ｂ）も参照しながら説明する。水晶振動子４は、例えばＡＴカットで構成された円板状の水晶片４１に構成される。水晶振動子４の裏面側には、例えば金（Ａｕ）により、第１及び第２の励振電極４３Ａ、４３Ｂが互いに平行状に伸びている。水晶振動子４の表面側には、例えばＡｕにより平行に伸びる２本の励振電極４２Ａ及び４２Ｂを前方側にて接続した音叉形状の共通電極４２が、前記第１の励振電極４３Ａ及び前記第２の励振電極４３Ｂと対向する位置に設けられている。この水晶振動子４の共通電極４２における励振電極４２Ａと、第１の励振電極４３Ａと、で挟まれた領域は、第１の振動領域６１となる。また励振電極４２Ｂと、第２の励振電極４３Ｂと、で挟まれた領域は、第２の振動領域６２となる。これらの第１及び第２の振動領域６１、６２は、互いに離間して設けられ、各々独立して振動する。

共通電極４２からは水晶片４１の前方側周縁部に向かって引出電極４４が伸ばされており、この引出電極は４４、水晶片４１の側面を引き回され、裏面の周縁部にて端子部４４ａが形成されている。第１及び第２の励振電極４３Ａ、４３Ｂからも水晶片４１の周縁に向かって引出電極４５、４６が引き出されており、水晶片４１の周縁部にて夫々端子部４５ａ、４６ａが形成されている。

共通電極４２における一方の励振電極４２Ａの表面であって、第１の振動領域６１となる領域には、感知対象物と選択的に結合する抗体により構成された吸着膜４７が設けられ、さらに共通電極４２において、吸着膜４７が設けられた領域以外の領域及び引出電極４４については、感知対象物の付着を阻害するブロッキング膜４８が設けられる。この吸着膜４７とブロッキング膜４８とについて、これらの膜の形成方法に沿って説明する。

図７は、抗体設置用のゴム板１１０示す。ゴム板１１０は、例えば水晶片４１よりも大きな概略矩形板状に構成されている。ゴム板１１０には、２本のスリット１１１がスリット１１１の幅方向に並べて形成されている。ゴム板１１０を水晶片４１の表面側に積層したときにゴム板１１０の裏面側と水晶片４１の表面とが密着し、各スリット１１１から、夫々対応する第１及び第２の振動領域６１、６２における後方側の端部から、第１及び第２の振動領域６１、６２の長さに対して８０％の長さの領域が臨む。また各スリット１１１の中心には幅方向にスリット１１１の潰れを防ぐための支持部１１２が設けられている。ゴム板１１０を水晶片４１に載置したときに支持部１１２と水晶片４１との間には隙間が形成されている。

水晶片４１に共通電極４２、第１及び第２の励振電極４３Ａ、４３Ｂ、引出電極４４〜４６及び端子部４４ａ〜４６ａを形成した後、ゴム板１１０をスリット１１１と第１及び第２の振動領域６１、６２における後方側の端部から、第１及び第２の振動領域６１、６２の長さに対して８０％の長さの領域と揃うように配置する。

そして例えば治具により水晶片４１及びゴム板１１０を固定した後、インジェクタにより第１の振動領域６１側のスリット１１１に抗体を含む溶液を注入する。ゴム板１１０と水晶片４１とは、密着しているため、抗体を含む溶液はスリット１１１を広がり、抗体が、スリット１１１から臨む範囲、即ち第１の振動領域６１の後方側の端部から第１の振動領域６１の長さの８０％の長さの範囲の共通電極４２の表面に付着する。従って第１の振動領域６１の中心部をＣ、第１の振動領域６１の前方側の端部をＰ１とすると、吸着膜４７の前方側の端部Ｐ２は、（ＣからＰ１までの距離Ｌ０）×０．４＝（Ｐ１からＰ２までの距離Ｌ２）となる位置に形成される。

その後治具及びゴム板１１０を外し、水晶片４１の表面の共通電極４２の全体に例えばＢＳＡやスキムミルクなどのブロッキング剤を塗布してブロッキング膜４８を形成する。このとき予め抗体を固定した吸着膜４７の領域には、既に抗体が付着しているためブロッキング剤はほとんど付着しない。従って共通電極４２における第１の振動領域６１は、その前方側の端部から第１の振動領域６１の長さＬ０の２０％以内の範囲の領域にブロッキング剤が塗布されたブロッキング膜４８が形成され、前方側の端部から第１の振動領域６１の長さＬ０の２０％の長さＬ２の位置よりも下流側の領域は抗体が塗布された吸着膜４７となる。
水晶振動子４は、第１及び第２の励振電極４３Ａ、４３Ｂが配線基板３の貫通孔３２に臨み、端子部４４ａ〜４６ａが配線基板３上に設けられた夫々の対応する端子部２６１、２５１及び２７１に重なるように配置され、導電性接着剤により接着される。

配線基板３の上面側には、流路形成部材５が設けられている。流路形成部材５は、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で構成された板状の部材で構成される。流路形成部材５の後方寄りの位置には、流路形成部材５の位置合わせをするための孔部５８が、配線基板３に形成された孔部３３と対応する位置に、流路形成部材５を厚さ方向に貫通するように設けられている。

図４に示すように流路形成部材５の下面側には、水晶振動子４が収まるように円形の凹部５４が形成されている。また流路形成部材５の下面側における凹部５４の前方側には、配線基板３に形成された各配線２５〜２７が収まり、凹部５４に夫々連通した溝２５３、２６３、２７３が形成されている。凹部５４には、流路形成部材５が配線基板３側に押圧されたときに水晶振動子４の表面との間に試料液の供給流路５７を区画形成する囲み部５１が設けられている。この囲み部５１は、感知センサ２の前後方向にその長さ方向が向くように、その外縁が小判型に形成された環状の突出部により構成されている。囲み部５１は、凹部５４から３００μｍの厚さに突出するように構成され、囲み部５１の内側の領域は、凹部５４と同じ高さの平面になっている。流路形成部材５には、供給流路５７の前端と後端とに夫々開口し、厚さ方向に貫通する貫通孔５２、５３が穿設されている。供給流路５７は、各貫通孔５２、５３の位置から、その幅が徐々に広がるように構成されている。

また第１及び第２の振動領域６１、６２は、供給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、そのため供給液は夫々の第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、夫々の第１及び第２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、信頼度の高いリファレンスとして機能させることができる。

また図３、図５に示すように前記貫通孔５２、５３には、夫々多孔質の部材で構成された入口側毛細管部材５５と出口側毛細管部材５６が着脱自在に設けられている。
入口側毛細管部材５５は、例えば円柱状の部材であり、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの化学繊維束により構成されている。入口側毛細管部材５５は、貫通孔５２を塞ぐように配置され、その上端が後述する上側カバー体２１に形成された注入口２３に露出し、下端が供給流路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も同様にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの化学繊維束により構成され、上方に伸びた後、屈曲して後方に向けて水平に伸びるＬ字型に形成される。出口側毛細管部材５６は、貫通孔５３を塞ぎ、その下端が供給流路５７内に進入するように配置されている。更に出口側毛細管部材５６の下端は、前方側から後方側に向かって傾斜している。

出口側毛細管部材５６の他端側は、例えば親水性のガラス管で構成される廃液流路５９の一端側に接続されている。廃液流路５９の他端側には、例えば廃液流路５９から流出する液体を吸引する毛細管シート７１と、毛細管シート７１で吸引された液体を吸収する吸収部材７２から構成される廃液吸収部７が接続されており、廃液吸収部７の外側には、吸収部材７２からの液漏れを防ぐためのケース体７３が設けられている。なお図中７５は廃液流路５９を支持する支持部材である。

上側カバー体２１は、差込部３１を除いた配線基板３、流路形成部材５及び廃液吸収部７を上方側から覆うように設けられる。上側カバー体２１の上面側にはすり鉢状に傾斜した注入口２３が形成されている。上側カバーの裏面側には、図４に示すように流路形成部材５を配線基板３に押圧するための押圧部９０が設けられている。押圧部９０は、例えば略箱形に構成され、上側カバー体２１を下側ケース２２に嵌合して互いに係止した時に、その下面にて流路形成部材５の上面全体を垂直下方に押圧する。押圧部９０には、貫通孔５２に対応する位置に注入口２３に貫通する貫通孔９１が設けられている。

また貫通孔５３に対応する位置から後方側に向かって、廃液流路５９及び出口側毛細管部材５６の設置領域を確保するための切欠き９２が形成されている。また押圧部９０には、流路形成部材５及び配線基板３に夫々設けられた孔部５８、３３に挿入され、流路形成部材５及び配線基板３の位置決めをするための固定柱９３が設けられている。

続いて感知センサ２を用いた感知装置の全体構成について説明する。上記の感知センサ２の差込部３１が、本体部１２に差し込まれると、差込部３１に形成された端子部２５２、２６２、２７２が本体部１２に、これらの端子部２５２、２６２、２７２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に示すように本体部１２には、例えばコルピッツ回路で構成された第１の発振回路６３及び第２の発振回路６４が設けられており、第１の発振回路６３は水晶振動子４における励振電極４２Ａと励振電極４３Ａとに挟まれた領域である第１の振動領域６１を、第２の発振回路６４は励振電極４２Ｂと励振電極４３Ｂとに挟まれた領域である第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。また端子２６２は発振時にアース電位となるように接続される。この表面側における第１の振動領域６１と、第２の振動領域６２との表面は測定領域に相当する。

第１及び第２の発振回路６３、６４の出力側は、スイッチ部６５と接続され、スイッチ部６５の後段にはデータ処理部６６が設けられる。データ処理部６６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６３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６４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６５により、データ処理部６６と第１の発振回路６３とを接続するチャンネル１と、データ処理部６６と第２の発振回路６４とを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２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６６に取り込まれる。データ処理部６６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１６に表示する。

この感知装置による、試料液中の感知対象物の有無を判定方法について説明する。先ず感知センサ２を本体部１２に接続し、図示しないインジェクタを用いて、注入口２３に例えば生理食塩水からなり、感知対象物を含まない薄め液を滴下する。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、当該入口側毛細管部材５５内を流通し、供給流路５７に流れ込んで水晶振動子４の前方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、供給流路５７内を濡れ拡がり、供給流路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の表面へ引きだされ、注入口２３から供給流路５７へ連続して液体が流れていく。また供給流路５７の幅も後方側に向けて放射状に広がったのち、中流域で一定の幅となり、その後出口側毛細管部材５６に向けて徐々に狭くなるように構成されている。励振電極４２Ａ、４２Ｂは、供給流路５７の中流部付近に並べて配置されているため、液体は励振電極４２Ａ、４２Ｂの表面を一定の速度で、同時に流れることになる。

そして水晶振動子４の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、当該出口側毛細管部材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に供給された液体が水晶振動子４の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、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内を毛細管現象により広がるように通流して行き、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。一方注入口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、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、液体の通流とが繰り返され、液受け部内の液体がすべて通流したところで、廃液流路５９内では液体が分断された状態で停止する。

続いて緩衝液と同量の試料液を注入口２３に供給する。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、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から供給流路５７に流入し、供給流路５７内が緩衝液から試料液に置換される。

この時にも、励振電極４２Ａ，４２Ｂが供給流路５７の入り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励振電極４２Ａ，４２Ｂは供給流路５７内の液の入れ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の振動領域６１、第２の振動領域６２の発振周波数が互いに揃って変化する。試料液中に感知対象物が含まれる場合には、励振電極４２Ａ上の吸着膜４７に当該感知対象物が吸着される。一方励振電極４２Ｂ上には、感知対象物が吸着されない。このため吸着膜４７への感知対象物の吸着量に応じて周波数が下降し、Ｆ１−Ｆ２が変化する。このようにＦ１−Ｆ２の変化に基づいて感知対象物の有無を判定することができる。

ここで感知対象物の吸着膜４７への吸着について説明する。供給流路５７に供給された試料液は、入口側の貫通孔５２から下流に向けて流れ、まず引出電極４４の上方を流れる。Ａｕ電極の表面は、感知対象物に限らず試料液に含有されている物質を吸着させる性質があるが、引出電極４４の表面にはブロッキング膜４８が形成されているため、引出電極４４には感知対象物は吸着しない。続いて試料液は、共通電極４２における第１及び第２の振動領域６１、６２の表面を流れる。第１の振動領域６１において、上流側（前方側）端部から、第１の振動領域６１の長さに対して、２０％以内の領域にはブロッキング膜４８が形成されている。そのため感知対象物は、第１の振動領域６１の前後方向の長さに対して、上流側端部から２０％以内の領域には吸着せず、上流側端部から２０％の部位よりも下流の領域に形成された吸着膜４７に吸着する。

振動領域の振動について説明すると、図９に示すように第１及び第２の振動領域６１、６２を振動させたときに第１及び第２の振動領域６１、６２の各々の中心部（振動中心）ほど振幅が大きく、振動するときにより大きなエネルギーが発生し、振動領域の中心部から離れるに従い振幅が小さくなり振動するときのエネルギーが小さくなる。従って、感知対象物が振動中心に近い部位に吸着するほど大きなエネルギー変化となり、周波数変化が大きくなる。

そして例えば試料液の流れ方向に見て、第１及び第２の振動領域６１、６２の中心から、第１及び第２の振動領域６１、６２の長さの３０％の距離の位置（上流側端部から第１及び第２の振動領域６１、６２の長さの２０％の位置）、ここでは、吸着膜４７とブロッキング膜４８との境界の位置においては、振動エネルギーはおよそ２５％まで減少している。そして振動エネルギーが大きい程、感知対象物が吸着したときに振動エネルギーが大きく低下するため、周波数の変化量が大きくなる。

また感知対象物を含む試料液を供給流路５７に供給し、吸着膜４７に感知対象物を吸着させる場合に、吸着膜４７が設けられた領域の内、供給流路５７の上流側の領域ほど感知対象物が吸着しやすい。これに対して、下流側の領域では、上流側の領域に吸着した感知対象物の量の分だけ感知対象物の濃度が薄まった試料液が流れることになるため、感知対象物の吸着量が減少する。特に感知対象物の濃度が低い試料液においては、感知対象物が上流側の領域に吸着してしまうと、振動領域における振動中心付近には、ほとんど吸着しなくなるおそれがある。

図１０に示すように第１の振動領域６１の上流側の端部まで吸着膜４７を設けた場合には、第１の振動領域６１の振動エネルギーの小さい領域に多くの感知対象物９が吸着してしまい、振動エネルギーの大きい第１の振動領域６１の中心に近い部分における感知対象物９の吸着量が減少する。これに対して図１１に示すように上述の実施の形態においては、供給流路５７の上流側における第１の振動領域６１における振動エネルギーが小さい領域、この例では、振動エネルギーが第１の振動領域６１の中心部の振動エネルギーの３０％以下の領域にブロッキング膜４８を形成している。そのため感知対象物９は、第１の振動領域６１における中心寄りの位置である振動エネルギーが大きい領域に確実に付着する。

上述の実施の形態においては、水晶振動子４の一面側の前方側から後方側に試料液を通流させて、試料液中の感知対象物を吸着膜に吸着させて感知する感知センサ２において、吸着膜４７における試料液の流れの前方側の端部を、第１の振動領域６１の前方側の端部から、第１の振動領域６１の長さに対して２０％の長さの位置としている。また水晶振動子４の一面側における吸着膜４７を設けていない領域にブロッキング膜４８を設けている。従って試料液中に含まれる感知対象物９を第１の振動領域６１における振動エネルギーの大きな領域に確実に感知対象物を吸着させることができるため、低濃度の試料液においても感知センサ２の精度が良好になる。この時吸着膜４８の上流側の端部は、振動領域の上流側の端部をＰ１、吸着膜の上流側端部をＰ２、振動領域の中心部をＣとすると、（ＣからＰ１までの距離Ｌ０）×０．４≦（Ｐ１からＰ２までの距離Ｌ２）≦（ＣからＰ１までの距離Ｌ０）×０．８となる領域に設けることで効果が得られる。

また本発明の感知装置は毛細管現象を利用して水晶振動子４に試料液を供給する感知センサを用いた感知装置に限らず、試料液を流すフロータイプの感知センサを用いた感知装置でもよい。図１２にこのような感知装置を示す。図１２中、１００は上部材、１０１は下部材、１０２は配線基板、１０３は水晶振動子、１０５は水晶片、１０６、１０７は電極、１０８は押圧部材、１０９は給液ポート、１０４は排液ポートである。上部材１００は下部材１０１に対して分離可能に構成され、水晶振動子１０３を交換できるようになっている。このフロータイプの測定ユニットでは、試料液は給液ポート１０９から水晶振動子１０３の表面側の空間を介して排液ポート１０４側に流れ、参照液あるいは試料液を通流させながら水晶振動子１０３の発振周波数を測定する。このような感知装置を用いる場合にも本発明を適用することができる。

本発明者は、高い検出感度が得られるという効果を確保するための吸着膜４７の前端側の端部の位置Ｐ２は、振動領域の前後方向の中心部の振動エネルギー（振動領域の前後方向における最大振動エネルギー）に対して２５〜８０％の振動エネルギーとなる範囲であると捉えている。吸着膜４７の前端側の端部の位置Ｐ２が最大振動エネルギーの２５％以下であると、振動エネルギーの低い領域に感知対象物が多く吸着してしまい、検出感度が低くなる。また位置Ｐ２が最大振動エネルギーの８０％を越えた場合、感知センサ２の小型化が前提であることに鑑みると、吸着膜４７の面積が狭くなり、検出感度が低くなる。
このような技術的思想を視覚化して発明の範囲を明確化するという観点から、吸着膜の前端側の端部の位置Ｐ２を、（ＣからＰ１までの距離Ｌ０）×０．４≦（Ｐ１からＰ２までの距離Ｌ２）≦（ＣからＰ１までの距離Ｌ０）×０．８ということができ、例えば（ＣからＰ１までの距離Ｌ０）×０．４＝（Ｐ１からＰ２までの距離Ｌ２）の位置となる。

本発明の実施の形態の効果を検証するために以下の試験を行った。上述の実施の形態に示した感知センサを用いた例を実施例とした。また比較例として、ゴム板のスリットを振動領域の表面全体が臨む大きさに形成し、第１の振動領域の表面全体に吸着膜を形成したことを除いて実施例と同様に構成した例を比較例とした。実施例及び比較例の各々３つの感知センサを用いて、低濃度ＣＲＰ（１０ｎｇ／ｍｌ）の計測を行い、周波数の変化量を調べた。

図１３はこの結果を示し比較例及び実施例に係る各々の感知センサを用いて測定を行ったときに検出された周波数変化値の平均値を示す特性図である。
この結果によれば比較例においては、周波数変化量は３Ｈｚ程度であったが、実施例においては、４．８Ｈｚ程度の周波数変化が検出されており、実施例においては比較例に比べて１．６倍の周波数変化として検出されていた。
従って本発明の感知センサ２を用いることで、検出感度を上げることができるといえる。

２感知センサ
３配線基板
４水晶振動子
５流路形成部材
３１接続端子部
４１水晶片
４２共通電極
４３Ａ第１の励振電極
４３Ｂ第２の励振電極
４７吸着膜
４８ブロッキング膜
５７供給流路
６１第１の振動領域
６２第２の振動領域

Claims

共通の水晶片の一面側及び他面側に励振電極を設けて各々構成され、互いに左右に離間する第１の振動領域及び第２の振動領域と、
前記第１の振動領域及び第２の振動領域の一方の振動領域に対応する前記一面側の励振電極の表面に形成され、試料液中の感知対象物を吸着する吸着膜と、
前記一面側の励振電極における前記吸着膜が形成された領域以外の領域に全面に亘って設けられた試料液中の感知対象物の吸着を阻止するブロッキング層と、
前記励振電極を周波数測定部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の振動領域の他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、
前記水晶片の一面側における前記第１の振動領域及び第２の振動領域を含む前記配線基板の一面側の領域との間に試料液を前端側から後端側に向けて通流させる流路を形成するために当該領域を覆うように設けられ、前記流路の前端側に試料液を注入する注入口と、前記流路の後端側から試料液を排出する廃液口と、が形成された流路形成部材と、を備え、
前記吸着膜は、前記一方の振動領域の前後方向の中心部を含み、振動領域の前端部をＰ１、吸着膜の前端部をＰ２、振動領域の中心部をＣとすると、吸着膜の前端部をＰ２が（ＣからＰ１までの距離）×０．４≦（Ｐ１からＰ２までの距離）≦（ＣからＰ１までの距離）×０．８となる領域に位置するように設けられたことを特徴とする感知センサ。