JP2019045367A

JP2019045367A - 感知センサの製造方法、感知センサ及び感知方法

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Publication number: JP2019045367A
Application number: JP2017170031A
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: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-09-05
Also published as: JP6966266B2

Abstract

【課題】簡単な方法で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】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を組み立てた後、供給流路５７に処理液を供給するための注入口に保護剤４０を注入している。さらに注入口にシート９０を押し当てて余分な保護剤４０を吸収した後、保護剤４０を乾燥させている。そのため簡便な方法で水晶振動子４の表面における供給流路５７の領域のみに正確に短時間で保護剤４０を塗布することができ、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、除去液を供給流路５７にリン酸緩衝液９を流すことで、簡単に保護剤４０を除去することができ、感知対象物の測定を行うことができる。【選択図】図１１

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。そのため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。従って長期間の保管に適した感知センサが求められている。

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により失活し、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、簡便な方法で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の製造方法は、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、圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆い、下端面が圧電振動子の表面に押圧されるよう設けられ、処理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処理液を、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通流させる流路と、を備えた感知センサを製造する製造方法において、
前記注入口に生体分子の失活を抑制するための保護剤を注入し、前記保護剤が前記吸着膜の表面を覆う状態とする工程を含むことを特徴とする。

また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、
圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆い、下端面が圧電振動子の表面に押圧されるように設けられ、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通流させる流路と、
前記吸着膜の表面を覆うように設けられた生体分子の失活を抑制するための保護剤と、を備え
前記保護剤が、前記流路に臨む圧電振動子の表面を覆い、流路形成部材の下端面と水晶振動子との間に存在しないことを特徴とする。

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圧電振動子の一面側に試料液の流路を形成し、当該流路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、流路に吸着膜を保護する保護剤を供給して、吸着膜の表面に保護剤を塗布している。
従って、簡単な方法で吸着膜の表面に乾燥などによる生体分子の劣化を抑制する保護剤を塗布することができ、保管による測定精度の低下を抑制できる。
また感知センサを組み立てた後に注入口から保護剤を供給して、圧電振動子の表面に保護剤を塗布するため、圧電振動子の表面に流路を形成する流路形成部材における圧電振動子と密着させる面と、圧電振動子の表面との間に保護剤が進入しない。そのため保護剤を溶解除去したときに圧電振動子と、流路形成部材における圧電振動子と密着させる面と、の間に隙間が生じることがないため、液漏れのリスクを抑制し、安定した計測をすることができる。
そして感知センサを使用するにあたっては、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。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。保護剤の塗布を行う工程を説明する説明図である。保護剤の塗布を行う工程を説明する説明図である。水晶振動子に塗布された保護剤を説明する説明図である。水晶振動子に塗布された保護剤を説明する説明図である。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。

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。水晶片４１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。

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により構成された吸着膜４７が設けられ、さらに第２の励振電極４２Ｂの表面及び引出電極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。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、流路形成部材５を厚さ方向に貫通する内径が１．３ｍｍの貫通孔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６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の容量１μＬの供給流路５７を形成する。

また図３、図６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に形成された液受け部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。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。

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体７２から構成される廃液吸収部７が接続されている。図３に示すように下側ケース２２には、廃液吸収部７を収納すると共に、吸収体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処理液を注入するための液受け部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、押圧部９０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に押圧して密着させる。即ち流路形成部材５の下端面（囲み部５１の下面）が水晶振動子３の表面に押圧されている。また押圧部９０には、貫通孔５２に対応する位置に液受け部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７に概略図で示す感知装置を構成する。図７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に接続され、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。

上述の感知センサ２は、各部品が組みたてられた後、供給流路５７側の第１及び第２の励振電極４２Ａ、４２Ｂの表面に例えばグリセリンや糖などで構成された保護剤４０が塗布される。感知センサ２の組み立てが完了した後、図８に示すように保護剤４０を液受け部２３に１０〜５０μＬ、例えば２０μＬ滴下する。滴下された保護剤４０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。

そして供給流路５７に広がった保護剤４０に続いて入口側毛細管部材５５内の保護剤４０は、表面張力により水晶片４１の表面へ引きだされ、液受け部２３から供給流路５７へ連続して流れていく。さらに保護剤４０は、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、引き続き液受け部２３に供給された保護剤４０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内の保護剤４０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内の保護剤４０が毛細管シート７１に到達すると、廃液流路５９を通流する保護剤４０の移動速度よりも大きい速度にて毛細管シート７１側に保護剤４０が吸収される。この時廃液流路５９内にて保護剤４０が途切れる。これにより保護剤４０が液受け部２３から入口側毛細管部材５５、供給流路５７、出口側毛細管部材５６、廃液流路５９とつながった状態で停止する。

保護剤４０を液受け部２３に注入してから、１０分経過後、図９に示すように吸収部材である紙製のシート９０を液受け部２３の底部に臨む入口側毛細管部材５５に押し当てる。これにより液受け部２３及び入口側毛細管部材５５中に残る保護剤４０が、シート９０に吸収される。入口側毛細管部材５５内の保護剤４０がシート９０に吸収されると、廃液流路５９、出口側毛細管部材５６、供給流路５７を満たす保護剤４０が入口側毛細管部材５５内に引き込まれて減少する。そしてシート９０により保護剤４０の吸収を継続すると、やがて、廃液流路５９、出口側毛細管部材５６内の保護剤４０が供給流路５７に流れ込む。さらに図１０に示すように供給流路５７内における水晶振動子４の表面を保護剤４０がわすかに残った状況となる。この時保護剤４０の量が減っても、水晶振動子４の表面は、保護剤４０により濡れた状態が保たれている。水晶振動子４の表面が保護剤４０で濡れた状態が維持されていれば、吸着膜４７の吸着能の低下を十分に抑制できることから水晶振動子４の表面が保護剤４０で濡れた状態が維持されている場合も、水晶振動子４の表面が保護剤４０により覆われている状態に含むものとする。保護剤４０を供給流路５７に供給することにより水晶振動子４の表面に塗布していることから、保護剤４０は、図１１に示すように水晶振動子４の表面における囲み部５１により囲まれた領域に塗布される。そして囲み部５１の下面と水晶振動子４とは、押圧部９０により押圧されて密着していることから、囲み部５１の下面と水晶振動子４との間には、保護剤４０が進入することはない。

さらに例えば常温（２５℃）で１時間乾燥させる。これにより供給流路５７を濡らす保護剤４０が乾燥して固化する。従って結果として水晶振動子４の表面における供給流路５７に臨む領域に保護剤４０の薄膜が形成されることになる。その後、例えば感知センサ２は、アルミパックに入れられ、真空封止がされる。

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。まずアルミパックから新品の感知センサ２を取り出し、感知センサ２の差込部３１を本体部１２に挿入する。これにより既述のように差込部３１の各端子部が、本体部側の端子部に接続されて、図７に示す発振回路が構成される。
その後図示しないインジェクタを用いて、図１２に示すように液受け部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、液受け部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１３に示すように水晶振動子４の表面に塗布された保護剤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１４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が露出し、抗体４７０が露出した状態になる。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１５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、引き続き液受け部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に接触する吸収体７２に吸収されて貯留される。一方液受け部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。これにより保護剤４０は、リン酸緩衝液９に溶解され、すべて廃液流路５９へ排出され吸収体７２に吸収される。またシート９０により保護剤４０を吸収したときに、入口側毛細管部材５５、出口側毛細管部材５６、廃液流路５９内も保護剤４０が僅かに残ることがあるが、液受け部２３、入口側毛細管部材５５、供給流路５９、出口側毛細管部材５６、廃液流路５９と連なる流路にリン酸緩衝液９を通流させることにより、付着した保護剤４０は、溶解し吸収体７２に吸収される。

そして液受け部２３内のリン酸緩衝液９がすべて通流したところで、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。

続いて試料液を液受け部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、液受け部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により吸着膜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る。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の液受け部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を組み立てた後、供給流路５７に処理液を供給するための注入口に保護剤４０を注入している。さらに注入口にシート９０を押し当てて余分な保護剤４０を吸収した後、保護剤４０を乾燥させている。そのため簡便な方法で水晶振動子４の表面における供給流路５７の領域のみに正確に短時間で保護剤４０を塗布することができる。

また保護剤４０が水晶振動子４と、流路形成部材５の囲み部５１の下面と、の間に進入してしまうと、保護剤４０をリン酸緩衝液９で溶解除去したときに水晶振動子４と、流路形成部材５の囲み部５１の下面と、の間に隙間が生じてしまうことがあり、処理液の液漏れするリスクがある。
上述の実施の形態では、感知センサ２を組み立てた後に注入口から保護剤４０を供給して、水晶振動子４の表面に保護剤４０を塗布している。そのため水晶振動子４の表面に、囲み部５１で区画された供給流路５７を形成する流路形成部材５を密着させた状態で、水晶振動子４の表面に保護剤４０を塗布することができ、水晶振動子４と、流路形成部材５の囲み部５１の下面と、の間に保護剤４０が進入しない。従って、保護剤４０を溶解除去したときに水晶振動子４と、流路形成部材５の囲み部５１の下面と、の間に隙間が生じることがないため、液漏れのリスクを抑制し、安定した計測をすることができる。

また貫通孔５２、５３は径が細く、入口側毛細管部材５５及び出口側毛細管部材５３は液体の保持力も高いため、供給流路５７に保護剤４０を注入した後で保護剤４０を乾燥させなくても入口側毛細管部材５５介して逆流した保護剤４０が液漏れを起こすおそれは低い。しかしながら保護剤４０を乾燥固化させることにより、確実に液漏れを防ぐことができる。

また供給流路５７に保護剤４０を注入した後。シート９０により、余分な保護剤４０を吸収しない場合にも、水晶振動子４の表面を保護剤４０で覆った状態とすることができるため効果を得ることができる。供給流路５７に保護剤４０を注入した後、シート９０により、余分な保護剤４０を吸収することで、流路を満たす保護剤４０を減らすことができ、保護剤４０を除去するために使用するリン酸緩衝液９の量を少なくすることができると共に保護剤４０の除去にかかる時間を短くすることができる。またシート９０により、余分な保護剤４０を吸収して供給流路５７を満たす保護剤４０を減らすことで、供給流路５７に気層を形成され、水晶振動子４の表面を濡らす保護剤４０の乾燥を促進することができる。

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核酸などの生体分子は、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。
また保護剤４０を供給流路５７に供給した後、１０〜３０分静置するようにしてもよい。さらに除去剤を流路に供給した後、１０〜３０分静置してもよい。保護剤は電極上で固着しているため、除去剤の供給後しばらく静置することで保護剤が溶解しやすくなる。

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製造方法に従って作成した感知センサ２に加速試験を行い、試験後の周波数の精度について評価した。
感知センサは、実施の形態に示した作成方法に従って感知センサ２を組み立て、次いで、注入口から２０μＬの保護剤を注入した。１０分後、液受け部２３に吸収部材を押し当てて、流路内の余分な液体成分を取り除き１時間乾燥させた。
続いて感知センサ２をアルミパックに入れて、真空封止を行い、４０℃で１週間保管する加速試験を行った。
加速試験後の感知センサ２を２つ作成し、各感知センサ２を、実施の形態に示した本体部に接続し、実施の形態に従い保護膜の除去を行うと共に、ＣＲＰ（Ｃ反応性タンパク質：濃度１００ｎｇ／ｍｌ）計測を行い、発振周波数の測定を行い周波数の変化量Ｆ１−Ｆ２を調べた。
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７日間保管後の周波数変動量は室温（２５℃）にて１か月間経過したときの周波数変動量に相当する。

各感知センサ２にて測定された周波数変動量は、２１．８８Ｈｚ、１９．４５Ｈｚであった。感知センサ２の製品規格における周波数の変化量の規格値は、１５Ｈｚであることから、加速試験後の感知センサ２において、周波数の精度が十分に保たれていると言える。

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液受け部
３１接続端子
４０保護剤
４１水晶片
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、圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆い、下端面が圧電振動子の表面に押圧されるよう設けられ、処理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処理液を、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通流させる流路と、を備えた感知センサを製造する製造方法において、
前記注入口に生体分子の失活を抑制するための保護剤を注入し、前記保護剤が前記吸着膜の表面を覆う状態とする工程を含むことを特徴とする感知センサの製造方法。
前記保護剤を注入する工程の後に、前記保護剤を乾燥固化させる工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の感知センサの製造方法。
前記注入口に保護剤を注入した後、吸収部材により、前記注入口側から保護剤を吸収し、流路内の保護剤を減少させる工程を行い、その後、前記保護剤を乾燥固化させる工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の感知センサの製造方法。
前記注入口に保護剤を注入した後、吸収部材により流路内の保護剤を減少させる工程を行う前に、保護剤が液体の状態のまま感知センサを１０〜３０分の間静置する工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の感知センサの製造方法。
前記保護剤は、グリセリンあるいは糖の少なくとも一方を含む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の製造方法。
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、
圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆い、下端面が圧電振動子の表面に押圧されるように設けられ、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通流させる流路と、
前記吸着膜の表面を覆うように設けられた生体分子の失活を抑制するための保護剤と、を備え
前記保護剤が、前記流路に臨む圧電振動子の表面を覆い、流路形成部材の下端面と水晶振動子との間に存在しないことを特徴とする感知センサ。
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６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。