JP4794112B2 - 水晶振動子微量天秤 - Google Patents

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Description

【0001】
本発明は、水晶振動子センサのためのセルの改良に関するものである。
【0002】
水晶振動子センサは、圧電水晶振動子の表面上の非常に小さい質量変化を測定する能力を備えた質量検出装置である。このような水晶振動子センサを用いた装置は、水晶振動子微量天秤(quartz crystal microbalance)として、この技術分野で一般に知られている。水晶振動子は、テスト中の物質が水晶振動子の表面又は水晶振動子の表面にコーティングされたレセプタにさらされることができるセル内に取り付けられている。水晶振動子センサは、元来、真空状態の下で、水晶振動子センサ上の堆積物を検出するために開発された。水晶振動子が気体の環境下にあり、かつ振動回路(発振回路)によって活性化されているときには、水晶振動子表面上に堆積された質量と周波数変化との間には、明確な関係が存在する。液体の環境下では、液体の密度及び粘度とレセプタの粘弾性とが、応答に影響を及ぼす。原子の単層の堆積物のような小さい質量変化が検出されることができる。
【0003】
セルを流通している液体キャリアからの堆積物を測定するためのさらなる開発においては、水晶振動子と接触している液体に起因するセンサの感度の減衰により惹起される問題に取り組むことが必要であった。これは、水晶振動子を駆動するための新規な回路を提案している我々の特許出願PCT/EP99/08148において取り組まれている。
【0004】
水晶振動子センサについての我々の継続中の研究において、我々は、現実のセルの物理的な形態から、結果の再現性及び感度においてさらなる問題が生じるということを発見した。添付の図面中の図1には、セルの典型的な形態が示されている。このセルにおいて、サンプルスペース1は、上側ハウジング部4と下側ハウジング部3との間に、例えばボアホール5(bore hole)にボルトを通し、水晶振動子2を挟みつけることにより形成されている。上側ハウジング部4は、円柱形の凹部又は「ウエル(well)」で形成され、このためサンプルスペース1は、水晶振動子2の上側表面と、凹部の側壁6と、該側壁にまたがっている上側表面7とによって画成されている。上側ハウジング部4内に形成された入口ポート8及び出口ポート9は、サンプルを輸送する流体がサンプルスペースに流入し及び流出することを可能にする。水晶振動子2の反対向きの両表面の両電極10、11は、水晶振動子が振動回路(oscillator circuit)によって駆動されるのを可能にする。
【0005】
従来、水晶振動子2は、上側本体部4と下側本体部3との間に、締め付け圧力の一部を吸収するとともにサンプルスペースをシールする弾性的なO−リング12、13により取り付けられている。実際、この形態(arrangement)は、セル内でのセンサの挟みつけによりかかるトルクの実行(run)から実行(run)への変化により、繰り返されるサンプリングの再現性が悪くなるといった結果を招く。これは、水晶振動子の配列の変化(variation)を生じさせ、さらには水晶振動子のひび割れさえも生じさせる。水晶振動子の押圧及び配列の変化は、周波数変化を測定するためのパラメータであるピーク「Q」値を不明瞭にする結果となる。
【0006】
我々は、この問題は、水晶振動子センサがハウジングに直接取り付けられているセルを構築することにより克服することができるということを発見した。
【0007】
かくして、第1の態様においては、本発明は、サンプル輸送流体(sample carrier fluid)を受け入れるためのウエルを有するハウジングと、水晶振動子センサ(quartz crystal sensor)を受け入れるためのウエルの基部(base)の開口部(aperture)と、ウエルの基部に配置された水晶振動子センサとを備えていて、センサの周縁部表面が、開口部の周縁部表面に対向して配置され、かつセンサが各周縁部表面間の接着剤層によりウエルの基部に取り付けられている水晶振動子センサセルを提供する。
【0008】
セルの基部は、中央の開口部を画成するための、ウエルの側壁から内側に向いた周縁フランジで構成されていてもよい。好ましくは、ウエルは、内部環状フランジを有する円柱形のボアとして形成され、ウエルの開口された基部を形成する。典型的には、センサは、円形であり、環状フランジによって画成される中央の開口部の直径より大きい直径を有している。
【0009】
センサは、フランジに硬化型の接着剤の連続的なビード(continuous bead)又は層(layer)を形成し、接着剤を硬化させながらビード上にセンサを配置し、センサ及びフランジの重複している各縁部間に接着剤層を形成することにより、フランジに接着することができる。接着剤の硬化可能なビードが流動可能な組成であり、かつセンサが自重で、ビードを薄い中間層として硬化させつつビード上にとどまることを可能にするのが好ましい。好ましくは、センサは、該センサが取り付けられるときにセルが反転させられることを要求しつつ、ウエルの空隙部に対して相対的にフランジの下側に配置される。溶媒の除去の問題を回避するには、非溶媒型(non-solvent-based)の接着剤が好ましい。しかしながら、圧力感応型の接着剤層を堆積するのには、溶媒型の接着剤を用いることができる。
【0010】
センサは、任意の接着剤により非圧縮的に取り付けてもよい。しかしながら、硬い設定(rigid-setting)の接着剤の使用は、それ自身センサに応力(stress)を生じさせるであろう。したがって、接着剤は、硬化してセンサとフランジとの間に弾性的な中間層を形成するようなものを選択するのが好ましい。シリコーンポリマ(silicone polymer)がとくに適していることが見出された。
【0011】
セルは、ウエルの開口と交差するように位置決めされたハウジング部によって閉じられていてもよい。この閉止部(closure)は、流体サンプルキャリアがセルを通過するのを可能にする入口ポート及び出口ポートを有しているのが好ましい。この形態において、セルは、フローセルとして用いられることができ、サンプルがセンサ上に堆積するのにつれて、動的特性(dynamic characteristics)を測定することができる。とくに、このようなセルは、キャリア流体中のサンプルとセンサ上に予め堆積された基質(substrate)との間の結合特性(binding characteristics)を究明するのに用いてもよい。
【0012】
水晶振動子センサをフローセルとして動作させることは、必ずしも必要ではない。ある状況においては、分析上の要求は、単純に、センサ表面上に堆積された基質と、キャリア液体中に懸濁又は溶解している試験物質(test material)との間の結合事象(binding event)を検出することである。この場合、閉止部が入口ポート及び出口ポートと、供給管を取り付けるためのコネクタとを備えることは必要ではない。また、他の実施態様においては、閉止部は単一のポートを備えていてもよい。このポートは、単純に、これを通ってサンプルキャリア液体がウエル内に注入されてセンサに接触することができ、好ましくはセンサを覆うことができる、中央に配置された開口部又はボアホール(bore hole)であってもよい。
【0013】
このようなセルの配列は、自動化されたサンプル注入システムとともに用いてもよい。この形態においては、センサは、単純に、動的情報(dynamic information)が必要でないときに結合事象を検出するのに用いられることができる。
【0014】
ある特定の実施態様においては、複数のセル(multiple cells)を矩形のハウジングブロック内のボアホールとして形成してもよい。例えば、標準の96セル配列は、従来の自動化されたサンプル注入器とともに用いることができる。各ウエルは、その基部を形成している周縁フランジに接着されたセンサを有している。この実施態様においては、ウエルを閉止することなく、完全に開いてもよい。
【0015】
水晶振動子微量天秤のフローセルについての我々の研究はまた、水晶振動子と、サンプルスペースの実質的に平行な上側境界表面との間に、反射波が生じることも解明した。我々は、この問題は非対称のサンプルスペースを用いることにより克服することができるということを発見した。
【0016】
かくして、第2の態様において、本発明は、ハウジングと、ハウジングの内壁表面によって画成されたサンプルスペースの1つの境界表面を形成するためのハウジング内に取り付けられた水晶振動子と、ハウジングの壁にまたがる(bridging)上側ハウジング表面とを備えかつサンプルスペースに対してサンプルキャリアを出入りさせて輸送するためのハウジング上の入口ポート及び出口ポートを有する水晶振動子センサのためのフローセルであって、上側のハウジング表面が水晶振動子の面(plane)に対して傾斜していることを特徴とするフローセルを提供する。
【0017】
本発明の第2の態様にかかるフローセルの構成は、他の従来の構成のフローセルとともに、例えば上側及び下側の1対の弾性的なO−リング間に取り付けられた水晶振動子とともに用いてもよい。それは、接着剤層によりウエルの基部に取り付けられたセンサを備えた本発明の第1の態様にかかるフローセルとともに用いるのが好ましい。
【0018】
ここで、「傾斜した(inclined)」との語は、我々は、全体として非平行であるという意味で用いている。我々は、もし上側境界表面の傾斜が余りにも急勾配(steep)であると、サンプルスペース内に泡を生成する傾向があるということを見出した。したがって、傾斜角は、サンプルスペース内での泡の生成と反射波の発生とを最小とする効果とバランスするように選択しなければならない。我々は、傾斜角が1〜5°であるのが好ましく、1〜3°であるのがより好ましく、およそ2°(例えば、+又は−0.5°)であるのが有効であるということを見出した。
【0019】
傾斜角は、上側境界表面が、入口ポートと出口ポートとの間で、水晶振動子センサに対して相対的に立ち上がっている(rise)のが好ましい。入口ポート及び出口ポートが上側境界表面に形成された場合は、出口ポートは、サンプルスペースの最も高い地点又はその近傍、すなわち上側ハウジング表面と水晶振動子との間が最大限に離間するところにあるのが好ましい。
【0020】
フローセルとして使用することが意図されている場合、セルハウジングは、2つの部材(部分)で形成されるのが便利である。すなわち、水晶振動子がサンプルスペースの下側(低い方)の境界表面を形成するように取り付けられる中央の開口部を備えたウエルを有する第1の(下側の)ハウジング部材と、ウエル及び水晶振動子センサの上方の下側の部材の上に配置され、サンプルスペースの上側境界表面を形成する第2の(上側の)ハウジング部材とで形成されるのが便利である。
【0021】
ウエルは、基部を形成する内部環状フランジを有する中空円柱形の空隙(void)であるのが好ましい。典型的には、センサは、円形であり、環状フランジによって画成された中央の開口部の直径より大きい直径を有している。
【0022】
典型的には、上側ハウジング部材が下側ハウジング部材に締結される場合、それは弾性的なO−リングと係合してサンプルスペースをシールする。O−リングはウエル内の周縁フランジに対向するように着座させられ、センサはフランジの反対側に接着されるのが好ましい。この形態は、水晶振動子への締め付け力の伝達を最小にする。
【0023】
フローセルのための入口ポート及び出口ポートは、上側ハウジング部内に設けられるのが最も便利であり、上側境界表面でサンプルスペース内に開口しているのが最も好ましい。ポートは、サンプルキャリアが水晶振動子の表面に対して実質的に垂直な方向でサンプルスペースに出入りするように方向付けるのが好ましいが、ある実用的な状況では、これとは異なる方向付けであるのが好ましいであろう。
【0024】
組み付け及びメンテナンスを容易にするために、センサは、該センサを着座させるためのフランジとウエルとを備えた個別のキャリアブロック(carrier block)に取り付けるのが有利である。キャリアブロックは、上側ハウジング部材がウエルに対する閉止部としてボルト締結されるベースブロック内に配置される。
【0025】
以下、本発明は、単なる例として示されただけの添付の図面を参照しつつ、より詳細に説明される。
図1は、既に説明した前記の従来技術にかかる構造を示している。前記のとおり、我々は、この仕様の要素(elements)は、結果の再現性の観点と、「Q」値ピークの不明瞭さの観点とからは、不満足なものであるということを見出した。とりわけ、これらは、弾性的なO−リング12、13を介するハウジング部材3、4間の水晶振動子センサの挟みつけから生じるものである。
【0026】
図2(模式的であり、寸法は考慮されていない)は、本発明の成果(findings)に従って構成されたフローセルを示している。
セルは、両者でハウジングを形成している下側(基部)本体ブロック20と上側(閉止部)本体ブロック21とを備えた2部構造を有している。下側本体ブロック20は、その基部に開口部23を有する円柱形の空隙(void)であり水晶振動子センサ25のための着座部として機能する周縁フランジ24によって囲まれているウエル22を画成するように形成されている。薄い水晶のウエハである水晶振動子センサ25は、接着剤層26により、フランジ24の下側表面に取り付けられている。これは、空気中で硬化して弾性的な層を形成する硬化可能なシリコーン接着剤を用いることにより達成するのが好ましい。これは、水晶振動子25が、水晶振動子センサに不規則な(uneven)又は非再現性の(non-reproducible)応力(stress)をかけるといった危険を伴うことなく、フランジ24に直接取り付けることを可能にする。下側ブロック20を反転させて、フランジ24に対向して接着剤26の連続的なビード(bead)を注入することにより、センサ25が重力のみの影響下でビードの上にのることを可能にし、接着剤26の層が、外的な応力を及ぼすことなく、センサ25をフランジ24に接着させる。
【0027】
ウエル22内にサンプルスペースを形成するために、上側本体部21は下側本体部20に対向して配置され、ウエル22に対して有効に閉止部を形成し、これによりサンプルスペースが、ウエル22の側壁27と、水晶振動子25の上側表面と、上側ブロック21の下側表面28とによって画成される。
【0028】
本発明によれば、この表面28は、上側本体ブロック21と下側本体ブロック20とが組み付けられたときに、水晶振動子センサ25と平行にならないように傾斜している。我々は、傾斜角が2°付近であれば良好な結果が得られ、反射波の効果の低減と傾斜角が増加するのにつれて生じる泡の形成との間のバランスを図ることができるということを見出した。
【0029】
ウエル22におけるサンプルスペースのシール(密封)を確実にするために、上側本体ブロック21は、ウエル22内に突出して、フランジ24の上側表面に適切にのっている弾性的なO−リングシール210と係合する環状突出部29を備えるような形状とされている。環状突出部29は、ウエル22内のサンプルスペースの上側部分を画成する凹部を形成している上側ブロック21の表面28を囲んでいる。
【0030】
2つの本体部20、21は、O−リングシール210を圧縮しつつ、ブロック20、21に形成されたボルト孔211を通り抜けるボルト(図示せず)により、互いに組み付けられている。
【0031】
上側本体ブロック21はまた、それぞれ、試験物質をウエル22内のサンプルスペースに輸送する液体キャリアのための入口及び出口として機能するボアホール212、213(穿孔)を備えるように形成されている。これらのボアホール212、213は、水晶振動子センサ25に対して実質的に垂直な方向でキャリアがサンプルスペースに出入りできるように形成するのが好ましいが、これらの方向付けは、キャリア液体が供給及び排出される配管との外部接続に適合するように変えることが必要であろう。
【0032】
水晶振動子センサ25の各表面に電極214(33)が配置され、これにより圧電水晶振動子(piezoelectric crystal)が、外部の振動回路(発振回路)によって駆動されることができるようになっている。電極は、従来の振動回路に、より好ましくは、PCT/EP99/08148に記載されているような、水晶振動子のエッジのまわりの電極からハウジング内に挿入された導体まで担持された銀の導電性ペイントリード(silver conductive paint lead:図示せず)により、振動回路に接続することができる。
【0033】
図2に示す模式的な実施の形態により本発明の理論(基本概念)を説明したが、以下では、上記の理論が実際に用いられる、添付の図面中の図3に示された実用的な実施の形態を説明する。
【0034】
図3は、水晶振動子センサフローセルの断面を示す図である。この実施の形態においては、水晶振動子センサ40は、ベースブロック410内に配置されたキャリアブロック41に取り付けられている。連結されるキャリアブロック41とベースブロック410とは、図2における下側ハウジング部20と等価である。図2に示す実施の形態と類似の仕様で、キャリアブロック41は、円柱形のウエル42と、その基部内の円形の開口部43とを備え、周縁フランジ44によって囲まれている。フランジ44は、2つの部分を有している。1つは、O−リング45を支持する、ウエル42の壁部に隣接する比較的厚い根元部44aである。もう1つは、センサ40を受け入れるためのフランジ表面を形成する比較的薄い延長部44bである。図2と同様に、センサ40は、フランジ44(延長部44b)の下側(ウエルのサンプル空間部に対して相対的に)に接着され、フランジの根元部44aのエッジによって画成された逆向きのウエル46内に着座している。
【0035】
導電性のソケット47がキャリアブロック41のハウジングのボア(bore)内に配置され、このソケット47は、これがフランジ44に接着されたときに導電リードによりセンサ40の電極に接続される。センサキャリアブロック41は、導電性のソケット47を介して、ベースブロック410内に形成されたウエル49内に突出している導電ピン48の上に配置される。導電ピン48はまた、水晶振動子センサ40を駆動する振動回路(図示せず)に接続されている。
【0036】
閉止部411(closure part)は、それぞれ閉止部411内及びベースブロック410内のボルト穴412b、412bを通るボルトによりベースブロック410に締結される。閉止部411は、該閉止部411がベースブロック410に取り付けられたときにキャリアブロック41のウエル42内に伸びる突出部413を有している。突出部413の前側エッジ413a(forward edge)はフランジ44の根元部44aと接触させられ、他方面取りされた(bevelled)サイドエッジ413bはO−リング45と係合する。突出部413内の凹部414は、センサ40の上方のウエル42内のサンプルスペースを画成する。閉止部411の本体内に形成された入口ボア415及び出口ボア416は、キャリア流体がサンプルスペースに入って試験物質をセンサ40と接触するのを可能にする。
【0037】
図2と同様に、凹部414の上側表面は、センサ40の面に対して典型的には約2°傾斜し、出口ボア416は、凹部414の最も高い地点に位置する。
【0038】
図示された実施の形態において、入口ボア415及び出口ボア416は、閉止部411の中心軸に対して傾斜し、閉止部411の上側表面上のポートの分離を促進する。これは、ボア415、416内に既知のHPLCコネクタブッシュ(connector bush)を配置するためのスペースを与える。これは、HPLCの配管(tubing)がセルに対してキャリア液体を流入及び流出させるのに用いることを可能にする。
【0039】
代替的な実施の形態(図示せず)においては、例えば分析上の要求が単純にセンサ表面上に堆積された基質と、キャリア液体に懸濁又は溶解している試験物質との間の結合事象を検出する情況においては、閉止部411が入口ポート及び出口ポートと、供給配管を取り付けるためのコネクタとを備える必要はない。この代替的な実施の形態においては、閉止部411は単純に中央に配置された開口部又はボアホールであってもよい単一のポートを有し、これを通してキャリア液体をウエル42内に注入してセンサ40を覆うことができる。
【0040】
さらに、水晶振動子センサセルがフローセルでない場合は、それを非常に簡素化することができる。例えば、図4a及び図4bに示すように、セルは、開かれたウエル又は好ましく開かれたウエルの配列であってもよい。図4a、bに示す実施の形態においては、ベースブロック70内に規則的な配列で、好ましくは12×8の配列で一連のウエル60が形成されている。各ウエル60は、その一端に、内側に向いたフランジ61を有している。ウエル60は、弾性的な中間層63を形成する接着剤を用いて水晶振動子センサ62を各フランジ61に接着することにより、閉じられている。ベースブロック70は、各水晶振動子に個別に電力を供給し、かつ「Q」出力を検出するための電気的接続部を備えている。ベースブロック70は、実在する自動化されたサンプル注入装置とともに用いるのに適するような寸法とされ、これによりキャリア液体及びサンプルが各ウエル60内に注入し、その結果、複数のサンプルについて、迅速かつ経済的に、結合事象を検出して、分析することができる。
【0041】
流通型及び静止型の試験のいずれにおいても、試験されるサンプルの温度を制御するのが望ましい。各ウエルの基部で周縁フランジの下側にセンサを配置することの利点は、センサを温度制御のためのペルチェ素子に対向して配置することができることである。
【0042】
典型的な水晶振動子センサ24、40は、直径が約8.6mmの円形の部品である。感度を最適化するために水晶振動子センサの上方のサンプルスペースは、可能な限り小さくなるように形成され、フローセルの場合の適切な体積は20マイクロリットル付近である。入口及び出口は、所望の体積流量(flow volume)、典型的には毎分1〜100マイクロリットルとなることが可能なように形成される。本体部は、プラスチック材料、好ましくはたんぱく質に対して非接着性であるポリエチルエチルケトン(PEEK)などの人体適合性高分子(biocompatible polymer)を機械加工又はモールド成形したものである。なぜなら、このタイプの水晶振動子微量天秤への多くの応用は、生物的化合物の間の評価結合特性(assaying binding properties)を含むからである。
【0043】
センサが分離型のキャリアブロック41に取り付けられる場合、キャリアブロックもPEEKで形成されるのが好ましく、これによりベースブロック410を陽極酸化されたアルミニウムなどの金属で形成することが可能となる。この場合、導電ピン48は非導電性のブッシュ55内に取り付けられる。
【0044】
上記セルの典型的な使用形態において、水晶振動子センサ24、40は、カップリングコンビネーション(coupling combination)の1つのエレメント(例えば、第1の化学的又は生物的化合物)で覆われ、カップリングコンビネーションの他の成分(例えば、第2の化学的又は生物的化合物)を含むことが知られ又は確信されるサンプルは水性のキャリア(aqueous carrier)を用いてセルを通過させられ、水晶振動子は振動回路により駆動される。そして、センサ上の堆積物の質量の変化が、駆動された水晶振動子の「Q」値及び/又は周波数変化により決定される。これらの変化は、試験中の化合物の結合活量(coupling activeity)を判定するのに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術にかかるフローセルの模式的な断面図である。
【図2】 本発明の両態様にかかるフローセルの模式的な断面図である。
【図3】 本発明の両態様にかかるフローセルの実用的な実施形態の断面図である。
【図4a】 複数の静止セルユニットの部分的な断面図である。
【図4b】 複数の静止セルユニットの平面図である。
【符号の説明】
20 下側本体ブロック、21 上側本体ブロック、22 ウエル、24 周縁フランジ、25 水晶振動子センサ、26 接着剤層。

Claims (14)

  1. サンプル輸送流体を受け入れるためのウエル(22、42)を有するハウジング(20、21、41、410、411)と、
    水晶振動子センサ(25、40)を受け入れるための、ウエル(22、42)の基部の開口部(23、43)と、
    ウエル(22、42)の基部に配置されたセンサ(25、40)とを備えていて、
    センサ(25、40)の周縁部表面が、開口部(23、43)の周縁部表面に対向して配置され、
    かつ、センサ(25、40)が、各周縁部表面間の接着剤層(26)により、ウエル(22、42)の基部に取り付けられ
    サンプルスペースが、ハウジングの側壁表面(27)と、上側ハウジング表面(28、414)と、水晶振動子(25、40)の表面とによって画成されていて、
    上側ハウジング表面(28、414)が、水晶振動子(25、40)の面に対して傾斜している水晶振動子センサセル。
  2. ウエル(22、42)の基部が、中央の開口部(23、43)を画成して水晶振動子センサ(25、40)を受け入れる、ウエル(22、42)の側壁から内側に向いた周縁フランジ(24、44)を備えている、請求項1に記載のセル。
  3. 接着剤(26)が、センサ(25、40)とフランジ(24、44)との間で弾性的な中間層を形成している、請求項2に記載のセル。
  4. ウエル(22、42)が、内部環状フランジ(24、44)を有する円柱形のボアとして形成され、
    かつ、センサ(25、40)が、円形であって、環状フランジ(24、44)によって画成された中央の開口部(23、43)の直径より大きい直径を有している、請求項3に記載のセル。
  5. 該セルが、ウエル(22、42)と交差して位置決めされたハウジング部(21、411)によって閉じられている、請求項1から4のいずれか一項に記載のセル。
  6. ハウジング部(21、411)が、サンプル輸送流体が該セルを通り抜けるのを可能にする入口ポート(213、415)と出口ポート(212、416)とを有している、請求項5に記載のセル。
  7. ウエル(22、42)と交差して位置決めされたハウジング部(21、411)が、サンプル輸送流体がウエル(22、42)内に注入されてセンサ(25、40)と接触するのを可能にする単一の開口部を有している、請求項5に記載のセル。
  8. 開放されたセルである、請求項1から4のいずれか一項に記載のセル。
  9. セルハウジングが2つの部材で形成されていて、
    第1の(下側の)ハウジング部材(21、41)が、水晶振動子センサ(25、40)が取り付けられてサンプルスペースの下側の境界表面を形成する中央の開口部(23、43)を有する基部を備えたウエル(22、42)を有し、
    かつ、第2の(上側の)ハウジング部材(21、411)が、ウエル(22、42)及び振動子センサ(25、40)の上方で下側の部材の上に配置され、サンプルスペースの上側の境界表面を形成している、請求項1から7のいずれか一項に記載セル。
  10. 上側のハウジング部材(21、411)が、下側のハウジング部材(21、41)に締結されたときに、ウエル(22、42)内の周縁フランジ(24、44)に対向して着座させられている弾性的なO−リング(210、45)と係合し、かつセンサ(25、40)がフランジ(24、44)の反対側に接着されている、請求項9に記載のセル。
  11. センサ(25、40)が、該センサ(25、40)を着座させるためのフランジ(24、44)とウエル(22、42)とを備えている別体のキャリアブロック(41)内に取り付けられ、
    かつ、キャリアブロックが、上側のハウジング部材(411)がウエル(22、42)のための閉止部としてボルト締結されるベースブロック(410)内に配置されている、請求項9又は10に記載のセル。
  12. 水晶振動子(25、40)の面に対する上側ハウジング表面(28、414)の傾斜角が1〜5°であることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の水晶振動子センサセル。
  13. 傾斜角が2±0.5°であることを特徴とする、請求項12に記載の水晶振動子センサセル。
  14. 水晶振動子センサ(25、40)が、カップリング・コンビネーションの1つのエレメントで被覆され、
    カップリング・コンビネーションの他の成分を含むことが知られ又は確信されるサンプルが、水性のキャリアを用いてセルを通過させられ、
    水晶振動子(25、45)が振動回路によって駆動され、
    かつ、センサ(25、40)上の堆積物の質量変化が、駆動された水晶振動子(25、40)の「Q」値及び/又は周波数変化によって決定される、請求項1から13のいずれか一項に記載の水晶振動子センサセルの使用方法。
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Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004001392A1 (en) * 2002-06-19 2003-12-31 Biosensor Applications Sweden Ab (Publ) System, device and method for detection of several individual analytes in a solution, and a disposible flow cell for use therein
SE0203772D0 (sv) 2002-12-19 2002-12-19 Attana Ab Piezoelectric sensor arrangement
JP2004245613A (ja) * 2003-02-12 2004-09-02 Japan Science & Technology Agency フロ−セル型qcm装置および試料測定方法
SE0300375D0 (sv) * 2003-02-12 2003-02-12 Attana Ab Piezoelectric resonator
US8766745B1 (en) 2007-07-25 2014-07-01 Hrl Laboratories, Llc Quartz-based disk resonator gyro with ultra-thin conductive outer electrodes and method of making same
JP4266740B2 (ja) * 2003-07-28 2009-05-20 株式会社ソディック コアレス交流リニアモータ
DE102004041595A1 (de) 2004-04-30 2005-12-01 Markus Gruber Messzelle sowie Verfahren zum Herstellen einer Messzelle und Messvorrichtung zur Aufnahme einer derartigen Messzelle
JP2006162538A (ja) * 2004-12-10 2006-06-22 Seiko Instruments Inc 微量質量測定装置
US7554247B2 (en) * 2004-12-15 2009-06-30 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd Component measuring device
WO2006064954A1 (ja) * 2004-12-15 2006-06-22 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd 水晶センサ及び感知装置
WO2006064951A1 (ja) * 2004-12-15 2006-06-22 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd 水晶センサ及び感知装置
JP4134025B2 (ja) * 2004-12-28 2008-08-13 日本電波工業株式会社 感知装置
WO2006103440A2 (en) * 2005-04-01 2006-10-05 Akubio Limited Docking mechanism for a sensor cartridge
GB0506710D0 (en) * 2005-04-01 2005-05-11 Akubio Ltd Cartridge for a fluid sample analyser
US7611908B2 (en) * 2005-05-02 2009-11-03 Bioscale, Inc. Method and apparatus for therapeutic drug monitoring using an acoustic device
US7300631B2 (en) * 2005-05-02 2007-11-27 Bioscale, Inc. Method and apparatus for detection of analyte using a flexural plate wave device and magnetic particles
US7648844B2 (en) * 2005-05-02 2010-01-19 Bioscale, Inc. Method and apparatus for detection of analyte using an acoustic device
US7749445B2 (en) * 2005-05-02 2010-07-06 Bioscale, Inc. Method and apparatus for analyzing bioprocess fluids
CN101238361B (zh) 2005-08-03 2011-08-03 日本电波工业株式会社 浓度传感器和浓度检测装置
DE102006015512B4 (de) 2006-03-31 2010-01-21 Andreas Hettich Gmbh & Co. Kg Vorrichtung aus einer Messkammer und einem über einen Schnellverschluss in die Messkammer integrierbaren Resonator für die Flüssigkeitssensorik
JP4772563B2 (ja) * 2006-03-31 2011-09-14 日本製紙株式会社 異物の沈積度合を測定する方法
JP4299325B2 (ja) * 2006-08-30 2009-07-22 日本電波工業株式会社 水晶センサ及び感知装置
GB0619008D0 (en) * 2006-09-27 2006-11-08 Akubio Ltd Cartridge for a fluid sample analyser
GB0708346D0 (en) * 2007-04-30 2007-06-06 Attana Ab Sensor
US10266398B1 (en) 2007-07-25 2019-04-23 Hrl Laboratories, Llc ALD metal coatings for high Q MEMS structures
US8354280B2 (en) * 2007-09-06 2013-01-15 Bioscale, Inc. Reusable detection surfaces and methods of using same
US7802466B2 (en) * 2007-11-28 2010-09-28 Sierra Sensors Gmbh Oscillating sensor and fluid sample analysis using an oscillating sensor
US8397762B2 (en) * 2008-02-04 2013-03-19 Bioscale, Inc. Fluidic system with improved flow characteristics
GB0803257D0 (en) 2008-02-22 2008-04-02 Univ Leeds Apparatus for inspection of a fliuid and method
EP2116833B1 (de) * 2008-05-05 2017-05-31 Kistler Holding AG Kraftmessdose
FR2931550B1 (fr) * 2008-05-20 2012-12-07 Commissariat Energie Atomique Dispositif pour la detection gravimetrique de particules en milieu fluide comprenant un oscillateur entre deux canaux fluidiques, procede de realisation et methode de mise en oeuvre du dispositif
FR2931549B1 (fr) * 2008-05-20 2017-12-08 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif pour la detection gravimetrique de particules en milieu fluide, comprenant un oscillateur traverse par une veine fluidique, procede de realisation et methode de mise en oeuvre du dispositif
AT504958B1 (de) * 2008-05-29 2009-08-15 Avl List Gmbh Piezoelektrische sensoreinrichtung
CN101957297B (zh) * 2009-07-16 2012-04-18 河南科瑞科技有限公司 一种石英晶体传感器检测池
JP2011137639A (ja) * 2009-12-25 2011-07-14 Ulvac Japan Ltd フロースルーセル及びこれを使用した測定装置
US8912711B1 (en) 2010-06-22 2014-12-16 Hrl Laboratories, Llc Thermal stress resistant resonator, and a method for fabricating same
US9086338B2 (en) * 2010-06-25 2015-07-21 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Sensing device
CN102135525B (zh) * 2010-12-31 2012-12-05 重庆工商大学 压电调制与传感单细胞力学分析装置及方法
DE102013200935A1 (de) * 2013-01-22 2014-07-24 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoff führenden Komponente, einem Brennstoffeinspritzventil und einem Verbindungselement
WO2014123519A1 (en) * 2013-02-06 2014-08-14 Empire Technology Development Llc Devices, systems, and methods for detecting odorants
US9599470B1 (en) 2013-09-11 2017-03-21 Hrl Laboratories, Llc Dielectric high Q MEMS shell gyroscope structure
US9977097B1 (en) 2014-02-21 2018-05-22 Hrl Laboratories, Llc Micro-scale piezoelectric resonating magnetometer
US9991863B1 (en) 2014-04-08 2018-06-05 Hrl Laboratories, Llc Rounded and curved integrated tethers for quartz resonators
WO2015171298A1 (en) * 2014-05-07 2015-11-12 Exxonmobil Upstream Research Company High pressure utilization of quartz crystal microbalance
US10308505B1 (en) 2014-08-11 2019-06-04 Hrl Laboratories, Llc Method and apparatus for the monolithic encapsulation of a micro-scale inertial navigation sensor suite
US10031191B1 (en) 2015-01-16 2018-07-24 Hrl Laboratories, Llc Piezoelectric magnetometer capable of sensing a magnetic field in multiple vectors
EP3384280B1 (en) * 2015-11-30 2023-10-11 Robert Bosch GmbH Nanostructured nickel oxide environmental sensor device and a package for encapsulating the device
US10110198B1 (en) 2015-12-17 2018-10-23 Hrl Laboratories, Llc Integrated quartz MEMS tuning fork resonator/oscillator
US10175307B1 (en) 2016-01-15 2019-01-08 Hrl Laboratories, Llc FM demodulation system for quartz MEMS magnetometer
CN110550942B (zh) * 2019-09-16 2022-03-08 陕西理工大学 纳米孪晶二氧化硅压电材料的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55137353U (ja) * 1979-03-23 1980-09-30
JPH0534349A (ja) * 1991-07-30 1993-02-09 Oki Electric Ind Co Ltd 食中毒性細菌の検出方法及びこれに用いるセンサ
JPH05296903A (ja) * 1992-04-16 1993-11-12 Seiko Instr Inc 水晶振動子セル
DE4404309A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-17 Polster Schlageter Klaus Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung und Messung von Wässern und Flüssigkeiten auf Abscheidung und/oder Auflösung von Stoffen bei Temperatur- und/oder Druckänderung
JPH09145583A (ja) * 1995-11-14 1997-06-06 Dev Center For Biotechnol カートリッジ状の圧電センサチップ
WO2000026636A1 (fr) * 1998-11-02 2000-05-11 Kabushiki Kaisha Meidensha Capteur qcm

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5642499A (en) 1979-05-15 1981-04-20 Nippon Ceramic Kk Ultrasonic-wave transducer
CH662421A5 (de) * 1983-07-13 1987-09-30 Suisse Horlogerie Rech Lab Piezoelektrischer kontaminationsdetektor.
US5021701A (en) 1988-10-20 1991-06-04 Tdk Corporation Piezoelectric vibrator mounting system for a nebulizer
US5201215A (en) * 1991-10-17 1993-04-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for simultaneous measurement of mass loading and fluid property changes using a quartz crystal microbalance
DE4334834A1 (de) * 1993-10-13 1995-04-20 Andrzej Dr Ing Grzegorzewski Biosensor zum Messen von Viskositäts- und/oder Dichteänderungen
US5455475A (en) 1993-11-01 1995-10-03 Marquette University Piezoelectric resonant sensor using the acoustoelectric effect
JPH0875629A (ja) 1994-09-09 1996-03-22 Nippon Steel Corp 流体中吸着物量連続測定素子及び材料層コーティング方法
JPH09304259A (ja) * 1996-05-09 1997-11-28 Yuasa Corp 水晶式濃度センサー
DE19734706A1 (de) * 1997-08-11 1999-02-18 Fraunhofer Ges Forschung Piezoelektrischer Resonator, Verfahren zur Herstellung des Resonators sowie dessen Einsatz als Sensorelement zum Erfassen der Konzentration eines in einem Fluid enthaltenen Stoffes und/oder der Bestimmung physikalischer Eigenschaften des Fluids
DE69841480D1 (de) * 1997-12-02 2010-03-18 Allan L Smith Sensor zur messung von mass und wärmefluss
GB9823410D0 (en) * 1998-10-26 1998-12-23 Smithkline Beecham Plc Novel device
JP3700559B2 (ja) 1999-12-16 2005-09-28 株式会社村田製作所 圧電音響部品およびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55137353U (ja) * 1979-03-23 1980-09-30
JPH0534349A (ja) * 1991-07-30 1993-02-09 Oki Electric Ind Co Ltd 食中毒性細菌の検出方法及びこれに用いるセンサ
JPH05296903A (ja) * 1992-04-16 1993-11-12 Seiko Instr Inc 水晶振動子セル
DE4404309A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-17 Polster Schlageter Klaus Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung und Messung von Wässern und Flüssigkeiten auf Abscheidung und/oder Auflösung von Stoffen bei Temperatur- und/oder Druckänderung
JPH09145583A (ja) * 1995-11-14 1997-06-06 Dev Center For Biotechnol カートリッジ状の圧電センサチップ
WO2000026636A1 (fr) * 1998-11-02 2000-05-11 Kabushiki Kaisha Meidensha Capteur qcm

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