JP2018087720A - 感知センサー及び感知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定感度の低下を抑制して、感知対象物の検出又は定量を行うことができる感知センサー２及び感知装置を提供すること。【解決手段】感知センサー２に注入された供給液（緩衝液及び試料液）が流路５７を流れた後、廃液流路５３を上昇し液溜め部５５に溜まる。さらに液溜め部５５に溜まった供給液が貫通孔６０を上昇し、吸収部材７に吸収される。この時吸収部材７の吸引力と、供給液を下降させようとする重力とにより、流路５７側の供給液と吸収部材７側の供給液とが切り離され、流路５７側の供給液と、吸収部材７内の供給液とが混ざらない状態で感知対象物の測定が行われる。この時液溜め部５５に供給液が溜まっているため、水晶振動子４の表面の流路５７を満たす供給液と切り離されておらず、連続した液相となっている供給液の量が多くなる。これにより流路５７を満たす供給液の乾燥が抑制される。【選択図】図３

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ー及び感知装置に関する。

臨床分野において、例えば血糖値の自己モニタリングに代表されるＰＯＣＴ(Point of care Testing)と呼ばれる簡便な方法が普及している。この方法の例としてＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）を利用した感知センサーが知られている。感知センサーは、例えば特許文献１に記載されているように配線基板に固定された水晶振動子の一面側に感知対象物を含む試料液を供給させて、水晶振動子に感知対象物を吸着させ、水晶振動子の周波数の変化量により吸着した感知対象物の量を測定する感知センサーが知られている。さらに現場において簡易な計測を行うことができる感知センサーとして、供給口に滴下した試料液を毛細管現象により通流させて水晶振動子の一面側に供給液を満たす感知センサーが知られている。

ところで感知センサーにおいては、水晶振動子の一面側が液相であるか気相であるかにより発振周波数が異なってくる。そのため感知対象物を含む試料液を測定するにあたって、先に感知対象物を含まない緩衝液を流路に流し、発振周波数の測定を行い、その後試料液を流路に流し、発振周波数の測定を行っている。そして各々の周波数の差分値より周波数変動量を求め、この周波数変動量により、感知対象物の量を測定している。

この時先に供給された緩衝液は、試料液により水晶振動子よりも下流側に押し流されて、感知センサー内に貯留されるが、先に流された緩衝液と、試料液とが混合されてしまうと、試料液に含まれる感知対象物の濃度が下がってしまい、測定される周波数変動量が低くなってしまうことがある。
そのため特許文献２に記載されているような、水晶振動子の一面側の流路を流れた試料液が、上方に伸びる廃液流路を上昇し、廃液管を流れて毛細管部材を介して吸収部材に吸収される感知センサーが知られている。この感知センサーは、毛細管部材を前記廃液管内の試料液と接触するように設け、毛細管部材に到達した試料液が毛細管部材側に引っ張られるように移動する。これにより毛細管部材と廃液流路内の試料液との間に隙間が発生して、毛細管部材と、試料液が貯留する流路とが切り離された状態が形成される。

しかしながら供給液を下流側に流す廃液管に用いるガラス管などの小型の部品が多く組み立てが難しい問題がある。また小径のガラス管からの漏れを抑制するため、ガラス管の端部に撥水加工を行うことが好ましいが、部品が小型のため加工が難しい問題がある。
また流路に残る液量が少ないため、例えば水晶振動子と、感知対象物との間の吸着反応に時間がかかり、測定に長い時間がかかる場合には、時間経過に従い水晶振動子の表面の試料液が少なくなり、水晶振動子の表面が乾燥してしまい測定感度が低下する懸念がある。

特開２０１４−１４５６５１号公報 特開２０１５−１９７３３０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、測定感度の低下を抑制して、感知対象物の検出又は定量を行うことができる感知センサーを提供することにある。

本発明の感知センサーは、一面側に凹部と導電路とが形成された配線基板と、
前記配線基板に形成された導電路に電気的に接続された励振電極を圧電片に設けて構成されると共に、その一面側の励振電極に試料液中の感知対象物を吸着する吸着膜が形成され、振動領域が前記凹部と対向するように前記凹部を塞いだ状態で前記配線基板に固定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、圧電振動子の一面側との間に圧電振動子の一端側から他端側へ向けて供給液を流通させる流路を形成する流路形成部材と、
前記流路の一端側に上方から供給液を注入するための注入路と、
前記流路の他端側に上方に向けて伸びるように接続され、前記注入路に注入された供給液の液圧により、供給液が上昇する廃液流路と、
底部に前記廃液流路の上端が開口し、廃液流路を上昇した供給液が貯留される廃液流路の開口よりも広い液溜まりと、
前記液溜まりの上方に設けられ、液溜まりを上昇した供給液を吸収する吸収部材と、を備え、
前記液溜まりを上昇した供給液が、前記吸収部材による供給液の吸収と、重力とにより上流側と下流側とに切り離されるように構成されたことを特徴とする。

本発明の感知装置は、上述の感知センサーと、
前記圧電振動子の発振周波数を測定するための周波数測定部を備えた測定器と、を備え、
前記感知センサーを測定器に接続することにより、前記導電路と前記周波数測定部とが電気的に接続されることを特徴とする。

本発明の感知センサーは、試料液が注入口から圧電振動子の一面側の流路を流れ、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。また試料液は注入口から注入された供給液の液圧により廃液流路を上昇し、液溜まりにたまる。その後液溜まりにたまった試料液が液溜まりの上方に設けられた毛細管部材により吸収される。注入口側の供給液の量が少なくなると、供給液を廃液流路を上昇させる液圧が低くなり、毛細管部材に毛細管部材に吸収されて引っ張られる試料液と、流路側の試料液とが切り離された状態が形成される。そのため試料液に先立って緩衝液を感知センサーに供給する場合においても緩衝液による試料液の希釈が抑えられ、測定感度の低下を抑制することができる。

本発明に係る感知センサーを用いた感知装置の斜視図である。 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。 水晶振動子の上面側及び下面側の平面図である。 流路形成部材の表面、裏面の平面図及び断面図である。 上側ケース体の下面側の平面図及び断面図である。 感知センサーの断面図である。 感知装置の概略構成図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した供給液の流れを示す説明図である。

以下本発明の実施の形態に係る感知センサー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、感知センサー２と、を備えている。感知センサー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、ウイルスの検出の有無等を表示する。

続いて感知センサー２について説明する。図２は図１に示した感知センサー２における上側ケース体２１を外した状態の斜視図を示し、図３は感知センサー２の各部材の表側（上面側）の斜視図を示す。感知センサー２は、上側ケース体２１と下側ケース体２２とで構成される容器２０を備えている。下側ケース体２２の上方には、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、感知センサー２の差込部３１側を後方、他端側を前方とする。

図３に示すように配線基板３の前方側の位置には、貫通孔３２が形成されている。配線基板３は貫通孔３２が下側ケース体２２の底面によって塞がれると共に、下側ケース体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３４〜３６が設けられており、各配線３４〜３６の一端側は、差込部３１において、夫々端子部３４２、３５２、３６２が形成されている。また各配線３４〜３６の他端側は貫通孔３２の外縁にて、夫々端子部３４１、３５１及び３６１が形成されている。また配線基板３における貫通孔３２の更に前方には、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。

続いて圧電振動子、例えば水晶振動子４について説明する。図４に示すように水晶振動子４は、例えばＡＴカットの円板状の水晶片４１を備えており、図４（ａ）に示すように水晶片４１の表面側には、例えばＡｕ（金）により形成される帯状の励振電極４２Ａ、４２Ｂが設けられている。また図４（ｂ）に示すように水晶片４１の裏面側には、励振電極４２Ａ、４２Ｂに夫々対応するように励振電極４３Ａ、４３Ｂが帯状に設けられている。この水晶振動子４における励振電極４２Ａ及び励振電極４３Ａで挟まれた領域は、第１の振動領域６１となり、励振電極４２Ｂ及び励振電極４３Ｂで挟まれた領域は、第２の振動領域６２となる。
表面側の励振電極４２Ａ、４２Ｂは長さ方向一端側にて、互いに接続された後、水晶振動子４の下面側周縁に伸びる配線４４の一端が接続され、配線４４の他端側は水晶振動子４の下面側周縁にて電極４４ａが形成されている。一方の励振電極４２Ａの表面には、例えば抗原である感知対象物を吸着するための抗体からなる吸着膜４７が形成されている。また励振電極４２Ａの表面を除いた励振電極４２Ｂの表面を含む電極表面には、吸着膜４７に代えて、感知対象物の吸着を阻害する阻害剤４８が塗布されている。
また水晶振動子４の下面側に設けられた励振電極４３Ａ及び４３Ｂには、夫々水晶振動子４の周縁に伸びる配線４５、４６の一端が接続され、各配線４５、４６の他端側は水晶振動子４の下面側周縁において電極４５ａ、４６ａが形成されている。

図３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。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように流路形成部材５は、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で構成された例えば厚さ２．０ｍｍの概略矩形板状の部材で構成される。流路形成部材５の前方寄りの位置には、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。

流路形成部材５の下面側における後方側には、水晶振動子４が収まるように深さ３００μｍの凹部５４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、感知センサー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設けられ、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。また囲み部５１の内側の領域の幅は後方側から放射状に広がったのち、中流域で一定の幅となり、その後前方側に向けて徐々に狭くなるように構成されている。

流路形成部材５には、囲み部５１の内側の領域の後方側端部に開口し、厚さ方向に貫通する直径１．５ｍｍの貫通孔５２が穿設されている。また流路形成部材５には、囲み部５１の内側の領域の前方側端部に開口し、厚さ方向に貫通する直径１．５ｍｍの廃液流路５３が穿設されている。流路形成部材５を孔部５８が配線基板３に設けられた孔部３３と揃うように配置する。囲み部５１の内側の領域の下面側が水晶振動子４により塞がれる。この流路形成部材５と水晶振動子４とに挟まれ、囲み部５１に囲まれた領域が流路５７に相当する。これにより図４（ａ）に示すように水晶振動子４の上面に囲み部５１が配置され、水晶振動子４の励振電極が４２Ａ、４２Ｂが流路５７の中心に並んで収まり、貫通孔５２及び廃液流路５３が各々水晶振動子４の上方に位置する。
また流路形成部材５の上面側には、廃液流路５３の開口部の位置から前方側に向かい、周縁よりも手前の位置まで伸びる、廃液流路５３と同じ幅の液溜め部５５が形成されている。

図３に戻って、流路形成部材５の上方には、カバー部材６が設けられている。カバー部材６は、例えば下面側に鏡面仕上げがされたプラスチックシートで構成されている。カバー部材６には、水平位置を決めるための孔部６９が流路形成部材の孔部５８に対応する位置に２か所並べて形成されている。またカバー部材６には、流路形成部材５に形成された液溜め部５５の前方側の端部に臨む位置に貫通孔６０が形成されている。
カバー部材６の上方には、吸収部材７が設けられている。吸収部材７は、矩形を平面に見て後方側の２つの角部を切り落とした五角形に形成されたスポンジで構成され、後方側の端部が貫通孔６０に臨むように配置される。

上側ケース体２１について図２と共に図６（ａ）に示す上側ケース体２１の下面側平面図及び図６（ｂ）に示す側断面図を参照して説明する。上側ケース体２１は、概略箱型に形成され、後方側の壁面に配線基板３の差込部３１を容器２０の外部に突出させるための切欠き２１ａが形成されている。そして上側ケース体２１は、差込部３１を除いた配線基板３、流路形成部材５及び吸収部材７を上方側から覆うように設けられる。上側ケース体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６に示すように上側ケース体２１の裏面側における後方側には、流路形成部材５を配線基板３に押圧するための押圧部２５が設けられている。押圧部２５は、例えば概略箱形に構成され、上側ケース体２１を下側ケース体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の上面を垂直下方に押圧する。押圧部２５には、貫通孔５２に対応する位置に注入口２３に連通する貫通孔２４が設けられている。

上側ケース体２１の裏面側における押圧部２５の前方には、カバー部材６を上方から抑える２個の固定部２６が上側ケース体２１の幅方向に並べて設けられている。固定部２６は、その下面の高さ位置が、押圧部２５の下面の高さ位置よりもカバー部材６の厚さ分高くなっている。また固定部２６の前方側には、吸収部材７の位置決めをするための５枚の壁部２７が、吸収部材７の５面の側面に夫々対応する位置に設けられている。各壁部２７は、上側ケース体２１の下面から吸収部材７の高さ寸法と同じ高さ寸法で伸び出すように形成されている。また壁部２７と固定部２６との間には、カバー部材６、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垂直に伸びる２本の固定柱が上側ケース体２１の幅方向に並べて設けられている。

また図３に示すように貫通孔５２、２４には、貫通孔５２を塞ぎ、その上端が貫通孔２４を介して、注入口２３に露出し、下端が流路５７内に進入するように多孔質の部材で構成された毛細管部材９が着脱自在に設けられている。毛細管部材９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おり、例えば直径８０μｍ程度の孔が多数形成された多孔質部材となっている。毛細管部材９おいては、前記化学繊維束の繊維間の空隙を毛細管現象により供給液が流通する。この実施の形態では、注入口２３、貫通孔５２、２４毛細管部材９は、注入路に相当する。
また図３に示すように下側ケース体２２は、概略箱型に形成され、後方側の壁部に配線基板３を配置するための切欠き２２ａが形成されている。また下側ケース体２２における配線基板３の配置領域の前方には、カバー部材６を下方から支持する段部７１及び吸収部材７を下方から支持する段部７２が形成されている。

続いて感知センサー２の組み立て工程について組み立て後の感知センサー２の側断面図である図７も参照して説明する。本発明の実施の形態に係る感知センサー２は、上側ケース体２１に各部品をはめ込むことにより組み立てる。先ず壁部２７で囲まれた領域に吸収部材７をはめ込む。この時吸収部材７の下面、壁部２７の下面及び固定部２６の下面の高さ位置が揃う。次いでカバー部材６の孔部６９に固定柱２８を挿入し、吸収部材７の下方にカバー部材６を重ねる。この時カバー部材６の貫通孔６０から吸収部材７の後端部分が臨み、カバー部材６の下面と、押圧部２５との下面の高さが揃う。
続いて流路形成部材５の孔部５８に固定柱２８を挿入し、流路形成部材５をカバー部材６の下方に重ねる。この時液溜め部５５の前方側の端部とカバー部材６の貫通孔６０との位置が揃い、さらに貫通孔５２と、貫通孔２４との位置が揃い連通する。さらに貫通孔５２及び貫通孔２４に毛細管部材９を毛細管部材９の下端と流路形成部材５の下面との高さが揃うように挿入する。

さらに配線基板３に水晶振動子４を固定する。水晶振動子４は、下面側の励振電極４３Ａ，４３Ｂが配線基板３の貫通孔３２に臨むように配置され、電極４５ａ、４６ａが夫々端子部３４１、３６１と導電性接着剤により接続され、電極４４ａが端子部３５１と導電性接着剤により接続される。そして水晶振動子４を固定した配線基板３の孔部３３に固定柱２８を挿入する。これにより配線基板３が流路形成部材５の下方に固定され、差込部３１が切り欠き２１ａから上側ケース体２１の外部に突出するように配置される。またこの時水晶振動子４は、既述のように励振電極が４２Ａ、４２Ｂが囲み部５１の内側の領域の中心に並んで収まるように配置され、囲み部５１が水晶振動子４の表面に密接する。なお図７では流路形成部材５における囲み部５１と流路形成部材の凹部５４を除いた下面との高さが異なるように記載しているが、実際には同じ高さである。そして水晶振動子４は極めて厚さが薄く、流路形成部材５を水晶振動子４及び配線基板３に上方から押し付けることにより囲み部５１が水晶振動子４と密接すると共に、流路形成部材の凹部５４を除いた下面が配線基板３に接している。

そして上側ケース体２１の下方を下側ケース体２２で塞ぎ、例えば上側ケース体２１に設けられた図示しない爪部を下側ケース体に係止させることにより上側ケース体２１と下側ケース体２２とを固定する。これにより下側ケース体２２の底面により配線基板３が支持されると共にカバー部材６が段部７１に支持され、吸収部材７が段部７２に支持される。これにより注入口２３から貫通孔２４、５２（毛細管部材９）、流路５７、廃液流路５３、液溜め部５５、貫通孔６０及び吸収部材７と流れる供給液の流路が形成される。

このように構成された感知センサー２は、差込部３１を本体部１２の差込口１７に差し込んだときに、図８に示すように水晶振動子４に設けられた励振電極４２Ａ及び４３Ａで挟まれた第１の振動領域６１が第１の発振回路６３に接続されて発振する。また水晶振動子４の励振電極４２Ｂ及び４３Ｂに挟まれた第２の振動領域６２が第２の発振回路６４に接続されて発振する。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、感知センサー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。この第１の発振回路６３、第２の発振回路６４、スイッチ部６５及びデータ処理部６６は、周波数測定部に相当する。

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。なお明細書中においては、感知センサー２の注入口２３から供給する液体を総称として「供給液」と示し、感知対象物を含む供給液を「試料液」、試料液の前に供給する感知対象物を含まない供給液を「緩衝液」とする。また感知センサー２の作用を示す図９〜図１６においては、緩衝液をドットで示し、試料液をグレーで示す。先ず感知センサー２を本体部１２に接続し、例えばユーザがスポイトを用いて、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緩衝液を滴下する。緩衝液は毛細管部材９に吸収され、毛細管現象により当該毛細管部材９内を流通し、流路５７に流れ込んで水晶振動子４の後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、流路５７に供給された緩衝液は、流路５７内を濡れ拡がる。流路５７に広がった緩衝液に続いて毛細管部材９に吸収されている緩衝液は、図９に示すように表面張力により水晶片４１の表面へ引きだされ、注入口２３から流路５７へ連続して緩衝液が流れていく。励振電極４２Ａ、４２Ｂは、流路５７の中流部付近に並べて配置されているため、緩衝液は励振電極４２Ａ、４２Ｂの表面を一定の速度で、同時に流れる。従って図１０に示すように緩衝液が流路５７を満たし、励振電極４２Ａ，４２Ｂの表面を緩衝液が満たしたときに、励振電極４２Ａ、４２Ｂは、等しく水圧の影響を受ける。これによって第１の振動領域６１、第２の振動領域６２の発振周波数が共に等しく低下する。

そして緩衝液は、流路５７を満たした後、図１１に示すように注入口２３に供給された緩衝液の液圧によるサイホンの原理により、廃液流路５３を上昇し、液溜め部５５に流れ込む。液溜め部５５の上面を覆うカバー部材６は、下面側が鏡面仕上げがされているため、液溜め部５５に流れ込んだ緩衝液は、カバー部材６に沿って、前方に流れる。
そして液溜め部５５が緩衝液で満たされると、図１２に示すように緩衝液は貫通孔６０を上昇して、緩衝液と吸収部材７とが接する。この時緩衝液が吸収部材７に接すると、吸収部材７は緩衝液を一気に吸収するため、その流速が加速される。この結果吸収部材７に吸収される緩衝液の流速と、貫通孔６０を上昇し、液溜め部５５を流れる緩衝液の流速との差により、図１３に示すように流路５７側の緩衝液と、吸収部材７に吸収された緩衝液と、が切り離される。

この時注入口２３に緩衝液が残っている場合には、緩衝液が注入口２３から毛細管部材９に流れ込む力により、流路５７側の緩衝液が押し流され、液溜め部５５に流れ込み、貫通孔６０を上昇する。これにより再び緩衝液が吸収部材７に接する。緩衝液が吸収部材７に接すると、緩衝液が再度吸収部材７に吸収されて、流路５７側の緩衝液と吸収部材７に吸収された緩衝液とが切り離される。この吸収部材に緩衝液が吸収されて、流路５７側の緩衝液と吸収部材に吸収された緩衝液とが切り離される動作と、流路５７の緩衝液が液溜め部５５に流れ込みを貫通孔６０を上昇する動作と、がすべて毛細管部材９に流れ込むまで繰り返される。

そして注入口２３の緩衝液がすべて毛細管部材９に流れ込むと、毛細管部材９が、緩衝液を保持しようとするため、毛細管部材９から流路５７への緩衝液の流れ出しが止まり、緩衝液の流れが止まる。そのため流路５７側の緩衝液と、吸収部材７に吸収された緩衝液とが、切り離された状態にて、流路５７内の緩衝液が停止する。そしてこの状態にて第１の振動領域６１、第２の振動領域６２の発振周波数が測定され、水晶振動子４の表面が緩衝液で満たされたときの第１の振動領域６１の発振周波数ｆ１及び第２の振動領域６２の発振周波数ｆ２が夫々データ処理部６６に記憶される

続いて緩衝液と同量の試料液を注入口２３に供給する。注入された試料液が毛細管部材９に流れ込むことにより、図１４に示すように緩衝液が流路５７を下流側に向けて流される。更に試料液が重量によって、毛細管部材９に流れ込もうとするため、当該緩衝液は廃液流路５３内を上昇し、吸収部材７に接触し吸収される。このとき吸収部材７に緩衝液が吸収され、吸収部材の緩衝液と、流路５７側の緩衝液及び試料液と、が切り離される。

その後残りの緩衝液が廃液流路５３を上昇して吸収部材７に接する動作と、吸収部材７に緩衝液が吸収され、吸収部材７の緩衝液と流路５７側の供給液とが切り離される動作が繰り返され、徐々に緩衝液が吸収部材７に吸収されていく。また液溜め部５５を含む流路５７側においては、緩衝液が試料液により徐々に下流側に押し流され、流路５７を満たす液相が緩衝液から試料液に置換される。

その後図１５に示すように液溜め部５５に流れ込んだ緩衝液がすべて吸収部材７に吸収され、貫通孔６０を含む液溜め部５５内側の液相が試料液に置換される。そして液溜め部５５内の試料液が貫通孔６０を上昇して、試料液が吸収部材７に接する。この時図１６に示すように貫通孔６０を上昇した試料液が吸収部材７に吸収され、液溜め部５５側の試料液と、吸収部材７に吸収された試料液とが切り離される。

その後流路５７内の試料液が廃液流路５３を上昇し液溜め部５５を流れて貫通孔６０を上昇する動作と、貫通孔６０を上昇した試料液が吸収部材７に吸収され、液溜め部５５側の試料液と、吸収部材７に吸収された試料液とが切り離される動作と、繰り返される。そして注入口２３に試料液が減るに従い、試料液を下流側に押し流す力が弱まり、試料液の流れが止まる。試料液が吸収部材７に触れると吸収部材７が吸収することにより、吸収部材７側の試料液と、液溜め部５５側の試料液とが切り離されるため、試料液の流れが止まった時には、図１６に示すように液溜め部５５側の液相がすべて試料液となり、液溜め部５５側の液相と、吸収部材７側の液相とが切り離された状態で静止する。

流路５７内の液相が試料液に置換されると、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する。そして吸着膜４７に感知対象物が十分に吸着した後、水晶振動子４の表面に試料液を満たしたときの第１の振動領域６１の発振周波数Ｆ１及び第２の振動領域６２の発振周波数Ｆ２を夫々測定する。

そしてデータ処理部６６において、水晶振動子４の表面に緩衝液を満たしたときと、水晶振動子４の表面に試料液を満たしたときと、の第１の振動領域６１の発振周波数の差（ｆ１−Ｆ１）と第２の振動領域６２の発振周波数の差（ｆ２−Ｆ２）とを求める。この時水晶振動子４の表面に試料液を満たしたときの第１の振動領域６１の発振周波数Ｆ１は、感知対象物が吸着した分、低くなっている。そのため第１の振動領域６１の発振周波数の差（ｆ１−Ｆ１）と第２の振動領域６２の発振周波数の差（ｆ２−Ｆ２）との差分値［（ｆ１−Ｆ１）−（ｆ２−Ｆ２）］は、感知対象物の吸着量に対応した値になる。このように水晶振動子４の表面に緩衝液を満たしたときと、水晶振動子４の表面に試料液を満たしたときと、の第１の振動領域６１の発振周波数と第２の振動領域６２の発振周波数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。また第１の振動領域６１の発振周波数の差（ｆ１−Ｆ１）と第２の振動領域６２の発振周波数の差（ｆ２−Ｆ２）との差分値［（ｆ１−Ｆ１）−（ｆ２−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との変化量とから、試料液中の感知対象物の濃度を求めてもよい。

上述の実施の形態においては、感知センサー２に注入された供給液（緩衝液及び試料液）が流路５７を流れた後、廃液流路５３を上昇し液溜め部５５に溜まる。さらに液溜め部５５に溜まった供給液が貫通孔６０を上昇し、吸収部材７に吸収される。この時吸収部材７の吸引力と、供給液を下降させようとする重力とにより、流路５７側の供給液と吸収部材７側の供給液とが切り離され、流路５７側の供給液と、吸収部材７内の供給液とが混ざらない状態で感知対象物の測定が行われる。この時液溜め部５５に供給液が溜まっているため、水晶振動子４の表面の流路５７を満たす供給液と切り離されておらず、連続した液相となっており供給液の量が多くなる。これにより時間経過に従い乾燥等により液量が減った時にも液溜め部５５側から流路５７を満たす供給液が補充され、水晶振動子４の表面の供給液の乾燥が抑制される。従って測定時間が長くなる場合においても、水晶振動子４の表面の乾燥を抑制することができ、安定して測定することができる。
また容器２０の中に夫々板状に構成された吸収部材７、カバー部材６、流路形成部材５及び配線基板３を積層した構成となっている。そのため微細な部材が少なく組み立てが容易になる。

また上述の実施の形態では、吸収部材７を液溜め部５５における廃液流路５３の開口部の上方から外れた位置に設けている。吸収部材７が廃液流路５３の開口部の上方に位置する場合に吸収部材７の吸引力が強いと、廃液流路５３内の供給液を吸引してしまい、水晶振動子４の表面の流路５７を満たす供給液と連続した液相の量が少なくなってしまうおそれがある。そのため吸収部材７を液溜め部５５における廃液流路５３の開口部の上方から外れた位置に設けることにより水晶振動子４の表面の流路５７内の乾燥を抑制することができる。
また貫通孔５２、２４に毛細管部材９を設けない場合においても、供給液が注入口２３から流路５７に重力を利用して流れ込み、廃液流路５３を上昇させることができ、供給液の液量が少なくなると、供給液が廃液流路５３を上昇し、液溜まり５５に流れ込まなくなる。そのため同様に吸収部材７に供給液を吸収させたときに、吸収部材７側の供給液と、液溜まり５５側の供給液と、を切り離した状態を形成することができるため同様の効果が得られる。

また下面側を鏡面仕上げをしたカバー部材６を液溜まり５５の上方に配置させることで、カバー部材を伝わり液相が流れるため、液溜まり５５に供給液を満たしやすくなるが、カバー部材６を除いた構成でも良い。この場合には、供給液が液溜め部５５に供給され、液溜め部５５が供給液が満たされ水位が上昇すると供給液が吸収部材７に接するように構成する。そして液溜め部５５に溜まる供給液が吸収部材に接し、一部が吸収されることにより水位が減少し、吸収部材７側と液溜め部５５側の供給液が切り離される。このような構成の場合にも、液溜め部５５に供給液が残り、流路５７を満たす供給液と切り離されておらず連続した液相となっている供給液の量が多くなるため、流路５７を満たす供給液の液量の減少を抑制することができる。従って長時間の測定においても水晶振動子４の表面の乾燥を抑制することができるため同様の効果を得ることができる。

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
２１ 上側ケース体
２２ 下側ケース体
２３ 注入口
２４、５２ 貫通孔
５３ 廃液流路
５５ 入口側毛細管部材
５６ 出口側毛細管部材
５７ 流路
６１ 第１の振動領域
６２ 第２の振動領域

Claims (6)

1. 一面側に凹部と導電路とが形成された配線基板と、
   前記配線基板に形成された導電路に電気的に接続された励振電極を圧電片に設けて構成されると共に、その一面側の励振電極に試料液中の感知対象物を吸着する吸着膜が形成され、振動領域が前記凹部と対向するように前記凹部を塞いだ状態で前記配線基板に固定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、圧電振動子の一面側との間に圧電振動子の一端側から他端側へ向けて供給液を流通させる流路を形成する流路形成部材と、
   前記流路の一端側に上方から供給液を注入するための注入路と、
   前記流路の他端側に上方に向けて伸びるように接続され、前記注入路に注入された供給液の液圧により、供給液が上昇する廃液流路と、
   底部に前記廃液流路の上端が開口し、廃液流路を上昇した供給液が貯留される廃液流路の開口よりも広い液溜まりと、
   前記液溜まりの上方に設けられ、液溜まりを上昇した供給液を吸収する吸収部材と、を備え、
   前記液溜まりを上昇した供給液が、前記吸収部材による供給液の吸収と、重力とにより上流側と下流側とに切り離されるように構成されたことを特徴とする感知センサー。
2. 前記液溜まりと吸収部材との間に設けられ、前記液溜まりの上方を覆い、液溜まりと対向する面に鏡面仕上げがされたカバー部材と、
   前記カバー部材における前記液溜まりと、前記吸収部材とが臨む位置に形成された貫通孔と、を備え、
   前記液溜まりを上昇した供給液は、貫通孔を介して前記吸収部材に吸収され、前記吸収部材による供給液の吸収と、重力とにより上流側と下流側とに切り離されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の感知センサー。
3. 前記吸収部材は、液溜まりにおける廃液流路の開口部の上方から外れた位置に設けられた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ー
4. 前記廃液流路及び液溜め部は、前記流路形成部材に形成され、
   下方側から前記圧電振動子が固定された配線基板、前記流路形成部材、前記吸収部材の順番で積層されて構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の感知センサー
5. 前記注入路には、多孔質部材が設けられ、前記多孔質部材を通流した供給液が流路に供給されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の感知センサー。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の感知センサーと、
   前記圧電振動子の発振周波数を測定するための周波数測定部を備えた測定器と、を備え、
   前記感知センサーを測定器に接続することにより、前記導電路と発振回路とが電気的に接続されることを特徴とする感知装置。