JP2017156157A

JP2017156157A - 感知センサ及び感知方法

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Publication number: JP2017156157A
Application number: JP2016037935A
Authority: JP
Inventors: 和歌子忍; Wakako Shinobu
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: US20170248591A1; US10620199B2; JP6730819B2

Abstract

【課題】保管による測定精度の低下を抑制した感知センサを提供すること。【解決手段】励振電極４２の表面に形成した吸着膜４７に感知対象物を吸着させて感知する感知センサ２において、感知センサ２における吸着膜４７の表面を覆うように高粘度材料の保護剤４０を塗布している。従って、感知センサ２を保管したときに吸着膜４７の乾燥や劣化を抑制することができる。そして感知センサ２を使用するにあたっては、感知センサ２に設けられた試料液を水晶振動子４の表面に通流させる供給流路５７にリン酸緩衝液９を流すことで、保護剤４０を除去することができる。そのため、簡単な操作で吸着膜４７を露出させ、感知対象物の測定を行うことができる。【選択図】図６

Description

本発明は、圧電振動子の発振周波数に基づいて、試料液に含まれる感知対象物を感知するための感知センサ及び感知方法に関する。

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、例えば抗体で構成され抗原抗体反応により抗原である感知対象物を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。

感知装置においては、測定方法の簡便化や、多くの試料液を測定するための効率化のため、吸着膜が設けられた水晶振動子を備えた感知センサ部分を装置本体部と着脱自在に構成し、感知対象物の測定を行うときに装置本体に新品の感知センサを接続して測定を行う。そして繰り返し同じ感知センサに試料液を注入すると、吸着膜の吸着力が低下するため、測定に使用した感知センサを取り外し、新たな感知センサを接続して測定することで感知精度を維持している。

このように新品の感知センサを複数保持し、交換しながら測定するため感知センサは新品の状態で長期間保管されることがある。しかしながら例えば抗体などの生体分子を用いた吸着膜を備えた感知センサを長期間保管したときに、乾燥などにより吸着膜を構成するタンパク質が変性や分解して失活し、吸着能が低下して測定精度が低下することがあった。
特許文献２には、金属電極の表面にフォトレジスト保護膜を成膜した後、光を照射してフォトレジスト保護膜を硬化させて、金属電極への塵などの汚染物の付着を抑制した感知センサが記載されている。しかしながら電極に抗体などの生体分子からなる吸着層の保護については記載されていない。

特開２０１２−１４５５６６号公報特開２００７−４０７０３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、保管による測定精度の低下を抑制した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、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、前記凹部を塞ぎ且つ振動領域が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生体分子からなる吸着膜が形成された圧電振動子と、
前記吸着膜の表面を覆うように設けられ、生体分子の失活を抑制するための高粘度のゲル状の保護剤と、
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、
前記配線基板と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へ向けて流通させる流路と、を備えたことを特徴とする。

また本発明の感知方法は、試料液中に含まれる感知対象物を吸着する生体分子からなる吸着膜が形成された圧電振動子を発振させて、前記圧電振動子の振動数に基づいて感知対象物を感知する感知方法において、
上述の感知センサを前記測定器に接続する工程と、
前記注入口に保護剤を除去する除去剤を注入し、前記流路に除去剤を通流させて、除去剤により保護剤を除去する工程と、
その後前記注入口に試料液を注入して感知対象物を感知する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明は、励振電極に感知対象物を吸着する生体分子からなる吸着膜が設けられた水晶振動子の一面側に、試料液を通流させて吸着膜に感知対象物を吸着させる感知センサにおいて、吸着膜の表面を覆うように高粘度材料の保護剤を塗布している。従って、吸着膜の乾燥などによる生体分子の劣化を抑制することができるため、保管による測定精度の低下を抑制できる。そして感知センサを使用するにあたっては、感知センサに設けられた試料液を水晶振動子の表面に通流させる流路に除去剤を流すことで、保護剤を除去することができる。そのため、簡単な操作で吸着膜を露出させ、感知対象物の測定を行うことができる。

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。水晶振動子の表面側及び裏面側を示す平面図である。保護剤を塗布した水晶振動子の表面を示す断面図である・前記感知センサの縦断側面図である。前記感知装置の概略構成図である。本発明の実施の形態に係る感知センサの作用を説明する説明図である。リン酸緩衝液による保護剤の除去を説明する説明図である。リン酸緩衝液による保護剤の除去を説明する説明図である。感知センサに供給された液体の通流を説明する説明図である。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いて試験前後における周波数変動量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、測定器である本体部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）を示した斜視図である。
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。この下側ケース２２により下方が塞がれた貫通孔３２は、凹部に相当する。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５（ａ）、図５（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を備えている。水晶振動子４の表面側には、例えば金（Ａｕ）により互いに並行する２本の電極、第１及び第２の励振電極４２Ａ、４２Ｂを前方側にて接続した共通電極４２が設けられている。また水晶振動子４の裏面側には、例えばＡｕにより、第１及び第２の励振電極４３Ａ、４３Ｂが前記第１の励振電極４２Ａ及び前記第２の励振電極４２Ｂと夫々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における第１の励振電極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。また第２の励振電極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は、水晶片４１の側面を引き回され、水晶片４１の裏面の周縁部にて端子部４４ａが形成されている。また第１及び第２の励振電極４３Ａ、４３Ｂから水晶片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。

図６も参照して説明すると、共通電極４２における一方の第１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４７０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、表面に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。
吸着膜４７及びブロッキング膜４８を設けた後、図５（ａ）、図６に示すように、共通電極４２の表面を覆うように、例えばグリセリンや糖などのゲル状の高粘度材料で構成された保護剤４０を塗布する。これにより吸着膜４７の表面に形成されている抗体４７０、及びブロッキング膜４８を含む共通電極４２の表面全体が保護剤４０により覆われる。
保護剤４０の塗布を行った水晶振動子４は、図３、４に示すように水晶振動子４の裏面側の第１及び第２の励振電極４３Ａ、４３Ｂが配線基板３の貫通孔３２に臨むように配置され、端子部４４ａ〜４６ａと、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とが、導電性接着剤により接着される。

図３、図４に示すように配線基板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が収まるように概略円形の窪み５４が形成されている。また流路形成部材５の下面側には、配線基板３に形成された各配線２５〜２７が収まり、窪み５４に夫々連通した溝２５３、２６３、２７３が形成されている。窪み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、窪み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、窪み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。

流路形成部材５は、孔部５８が配線基板３に設けられた孔部３３と揃うように配置される。この時囲み部５１が水晶振動子４の上面に配置され、供給流路５７の下面側が水晶振動子４により塞がれる。この時第１及び第２の励振電極が４２Ａ、４２Ｂが供給流路５７の中心に並んで収まる。従って図５（ａ）に示すように第１及び第２の振動領域６１、６２は、貫通孔５２から貫通孔５３に向かう方向に対して、左右に並ぶように配置される。図７に示すように、この囲み部５１と水晶振動子４とに囲まれた領域は、底面が水晶振動子４により構成され、天上面と底面が平行に伸びる深さ３００μｍの供給流路５７を形成する。

また図３、図７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の一端側に挿入されている。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が接続されている。下側ケース２２には、廃液吸収部７を収納すると共に、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について説明する。図２、図３に示すように下側ケース体２２には、差込部３１を除いた配線基板３、水晶振動子４、入口側毛細管部材５５及び出口側毛細管部材５６が接続された流路形成部材５、廃液流路５９及び廃液吸収部７が収納され、上部カバー体２１は、下部ケース体２２の周囲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。図４に示すように上側カバー体２１の裏面側には、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して、囲み部５１を水晶振動子４に密着させる。また押圧部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。

また押圧部９０には、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。さらに押圧部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のずれを規制するための固定柱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、図８に概略図で示す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における第１の励振電極４２Ａと第１の励振電極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は第２の励振電極４２Ｂと第２の励振電極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。また水晶振動子４の上面側の第１及び第２の励振電極４２Ａ、４２Ｂは発振時にアース電位となるように接続される。

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構成している。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。

続いて感知センサ２を用いた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。先ず新品の感知センサ２の差込部３１を本体部１２の差込口１７に挿入して、感知センサ２と本体部１２とを接続する。その後図示しないインジェクタを用いて、図９に示すように注入口２３に、保護剤４０の除去剤、例えばリン酸緩衝液９を注入する。この時リン酸緩衝液９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内を通流し、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、リン酸緩衝液９は、供給流路５７内を濡れ拡がる。そして供給流路５７に広がったリン酸緩衝液９に続いて入口側毛細管部材５５内のリン酸緩衝液９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へ連続して流れていく。
リン酸緩衝液９が供給流路５７を満たすと、図１０に示すように保護剤４０がリン酸緩衝液９に接する。保護剤４０は、グリセリンや糖などで構成されているため、徐々にリン酸緩衝液９に溶解する。そのため図１１に示すように共通電極４２の表面を覆うように設けられた保護剤４０が徐々に除去されて、励振電極４２Ａの表面の吸着膜４７が露出する。また励振電極４２Ｂの表面においては、ブロッキング膜４８が露出する。

そして図１２に示すように水晶振動子４の表面を流れるリン酸緩衝液９が出口側毛細管部材５６に到達すると、リン酸緩衝液９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、引き続き注入口２３に供給されたリン酸緩衝液９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。そして共通電極４２を覆っていた保護剤４０は、リン酸緩衝液９に溶けだしているため、リン酸緩衝液９と共に廃液流路５９に排出される。

廃液流路５９内のリン酸緩衝液９は当該廃液流路５９内を下流側に流れ、毛細管シート７１に到達する。廃液流路５９内のリン酸緩衝液９が毛細管シート７１に到達すると、廃液流路５９を通流するリン酸緩衝液９の移動速度よりも大きい速度にて毛細管シート７１側にリン酸緩衝液９が吸収される。そしてリン酸緩衝液９は、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く。この時廃液流路５９内にてリン酸緩衝液９が途切れた状態が形成される。

こうして廃液流路５９内にてリン酸緩衝液９が分断されると、毛細管シート７１側のリン酸緩衝液９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に残存するリン酸緩衝液９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、このリン酸緩衝液９の流れにより廃液流路５９内に残存したリン酸緩衝液９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内のリン酸緩衝液９の分断と、リン酸緩衝液９の通流とが繰り返されて供給流路５７内のリン酸緩衝液９が廃液流路５９に流れる。このようにして保護剤４０が溶解したリン酸緩衝液９は、すべて廃液流路５９へ排出される。そして注入口２３内のリン酸緩衝液９がすべて通流したところリン酸緩衝液９を下流側に押し流す力が弱まり、廃液流路５９内ではリン酸緩衝液９が分断された状態で停止する。従って供給流路５７内は後続のリン酸緩衝液９、即ち保護剤４０を含まないリン酸緩衝液９で満たされた状態となる。既述のように水晶振動子４の表面に塗布した保護剤４０は除去されているため、吸着膜４７及びブロッキング膜４８も露出し、リン酸緩衝液９に接した状態となる。

続いて試料液を注入口２３に供給する。これにより入口側毛細管部材５５に吸収されているリン酸緩衝液９に加わる圧力が高くなり、当該リン酸緩衝液９は再び廃液流路５９内を下流側に向かって流れ、注入口２３に注入された試料液が入口側毛細管部材５５に吸収される。入口側毛細管部材５５に吸収された試料液は、リン酸緩衝液９と同様に入口側毛細管部材５５から供給流路５７に流入する。これにより、供給流路５７を満たしていたリン酸緩衝液９が下流側に押し流され、出口側毛細管部材５６に吸収されて、供給流路５７から排出される。この結果、供給流路５７内がリン酸緩衝液９から試料液に置換される。

励振電極４２Ａ、４２Ｂは、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第１及び第２の励振電極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、第１の励振電極４２Ａ上の吸着膜４７に当該感知対象物が吸着される。一方第２の励振電極４２Ｂ上は、ブロッキング膜４８となっているため、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、第１の振動領域６１の周波数が下降する。従ってデータ処理部６６にて、例えば第１の発振回路６３により出力される発振周波数Ｆ１と、第２の発振回路６４により出力される発振周波数Ｆ２との差分値となる周波数変化量Ｆ１−Ｆ２を取得した場合に、吸着膜４７への感知対象物の吸着量に応じて周波数変化量Ｆ１−Ｆ２が変化する。このように周波数変化量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。

ここで感知センサ２は、共通電極４２の表面を保護剤４０で覆われた新品の状態で保管されている。吸着膜４７を構成する抗体４７０は、例えば乾燥や雰囲気中に含まれる物質により、変性してしまい吸着能が低下することがあるが、保護剤４０は、グリセリンや糖などの高粘度のゲル状であるため保湿力が高く、吸着膜４７の乾燥を防ぐことができ、吸着膜４７の雰囲気との接触を抑制し、生体分子の変性を抑制することができ。また糖やグリセリンは、生体分子の構造を維持することができるため、保護剤４０により吸着膜４７を覆った時にも抗体４７０などの生体分子の構造を維持したまま保護することができる。

さらに水晶振動子４の表面に保護剤４０が付着した状態だと水晶振動子４の発振が妨げられる。そのため感知センサ２を本体部１２に接続して測定を行うにあたっては、水晶振動子４の表面から保護剤４０を除去する必要がある。上述の実施の形態では、リン酸緩衝液９を感知センサ２の注入口２３に供給することで、入口側毛細管部材５５を介して、試料液を通流させる供給流路５７にリン酸緩衝液９を通流させて保護剤４０を除去することができる。そのため感知センサ２の分解や洗浄、乾燥及び組立など工程を行うことなく簡易な方法で保護剤４０を除去して、吸着膜４７を露出させることができ、試料液の測定を行うことができる。

上述の実施の形態は、第１の励振電極４２の表面に形成した吸着膜４７に感知対象物を吸着させて感知する感知センサ２において、感知センサ２における吸着膜４７の表面を覆うように高粘度材料の保護剤４０を塗布している。従って、感知センサ２を保管したときに吸着膜４７の乾燥や劣化を抑制することができる。そして感知センサ２を使用するにあたっては、感知センサ２に設けられた試料液を水晶振動子４の表面に通流させる供給流路５７にリン酸緩衝液９を流すことで、保護剤４０を除去することができる。そのため、簡単な操作で吸着膜４７を露出させ、感知対象物の測定を行うことができる。

また感知センサ２を感知装置の本体部１２に接続する前に感知センサ２にリン酸緩衝液９を注入してもよい。図９〜図１２に示したように注入口２３に注入された試料液は毛細管現象と、サイホンの原理により供給流路５７を流れる。そのため感知センサ２を感知装置の本体部１２に接続する前においてもリン酸緩衝液９を水晶振動子４の表面を通流させることができるため、保護剤４０を洗い流すことができる。

また吸着膜４７は、例えばタンパク質や核酸等を用いた吸着膜４７でも良い。このようなタンパク質や拡散などの生体分子は、雰囲気との接触や乾燥により失活しやすい。そのため吸着膜４７を保護剤４０で覆うことにより生体分子の失活を抑制することができ、吸着膜４７の吸着能の低下を抑制することができる。更に保護剤４０にグリセリンや糖などを用いることにより、生体分子の構造を維持したまま保護できるため同様の効果がある。
また保護剤４０を除去するための除去剤は、保護剤４０を洗い流すことのできる液体であればよいが、例えば実施の形態に示したリン酸緩衝液９、生理食塩水や他の緩衝液を用いることができる。このような生体分子の活性を阻害しない等張液を用いることで、吸着膜４７を露出させたときに液体の成分により生体分子の失活するおそれが少なくなるため、より好ましい

また本発明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１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１３にこのような感知装置を示す。図１３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、１１０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。そして水晶振動子１０３の電極１０６の表面には、図５に示した水晶振動子と同様に生体分子からなる図示しない吸着膜が形成され、試料液が通流する流路側の電極１０６を覆うように保護剤１０４が塗布されている。

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１１０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感知センサを本体部に接続した後、リン酸緩衝液９を水晶振動子１０３の表面に通流させることにより、保護剤１０４を除去して吸着膜を露出させることができる。この場合においても試料液を通流させる流路を利用してリン酸緩衝液９を通流させることができるため、簡易な方法で保護剤４０を除去して、吸着膜を露出させることができる。

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２を用いた例を実施例とした。また比較例として、保護剤４０を塗布しない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。実施例及び比較例に係るサンプルをアルミパック内に真空状態で梱包し、４０℃、３週間保管する加速試験を行った後、実施の形態に示した本体部に接続しＣＲＰ（１００ｎｇ／ｍｌ）の計測を行い、実施の形態に示した測定方法に従い発振周波数の測定を行い周波数の変化量Ｆ１−Ｆ２を調べた。また実施例及び比較例に係るサンプルを加速試験前に実施の形態に示した本体部１２に接続しＣＲＰ（１００ｎｇ／ｍｌ）の計測を行い、周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）を調べた。
なお高温環境保管下において、水晶振動子４は、エージング劣化と呼ばれる周波数変動を起こすが、エージング劣化は保管温度が高い程、周波数変動量が大きくなる、いわゆる熱活性過程であり、４０℃にて２１日間保管後の周波数変動量は室温（２５℃）にて２か月間経過したときの周波数変動量に相当する。

図１４はこの結果を示し夫々比較例及び実施例に係る各々の感知センサにおける加速試験の前と後と（夫々試験前、試験後と記載した）の夫々において測定したときの周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）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、加速試験前の周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）は３２．５Ｈｚ、加速試験後の周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）は１７．５Ｈｚであり、加速試験により周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）が５３％まで低下していた。
一方実施例においては、加速試験前の周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）は２９．２Ｈｚ、加速試験後の周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）は２４Ｈｚであり、加速試験により周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）は８２％に低下していた。
従って本発明によれば、新品の感知センサ２を保管したときの周波数変化量（Ｆ１−Ｆ２）の低下を抑制することができると言える。

２感知センサ
３配線基板
４水晶振動子
５流路形成部材
９リン酸緩衝液
２３注入口
３１接続端子
４０保護剤
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

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、前記凹部を塞ぎ且つ振動領域が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生体分子からなる吸着膜が形成された圧電振動子と、
前記吸着膜の表面を覆うように設けられ、生体分子の失活を抑制するための高粘度のゲル状の保護剤と、
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、
前記配線基板と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へ向けて流通させる流路と、を備えたことを特徴とする感知センサ。
前記流路の下流側に設けられ、前記流路内の試料液を毛細管現象により排出する廃液流路と、
前記廃液流路の下流側に、当該廃液流路内を流通する試料液と接触するように設けられ、前記試料液を毛細管現象により流通させる毛細管部材と、
前記毛細管部材の下流側に設けられ、毛細管部材を流通する試料液を吸収するための吸収部材と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の感知センサ。
前記保護剤は、グリセリンあるいは糖の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または２に記載の感知センサ。
試料液中に含まれる感知対象物を吸着する生体分子からなる吸着膜が形成された圧電振動子を発振させて、前記圧電振動子の振動数に基づいて感知対象物を感知する感知方法において、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の感知センサを前記測定器に接続する工程と、
前記注入口に保護剤を除去する除去剤を注入し、前記流路に除去剤を通流させて、除去剤により保護剤を除去する工程と、
その後前記注入口に試料液を注入して感知対象物を感知する工程と、を含むことを特徴とする感知方法。