JP5292359B2 - Sensing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensing device capable of easily and accurately sensing an object to be sensed. <P>SOLUTION: In a sensing device which supplies a sample solution to an adsorption layer 46 while oscillating a crystal oscillator 4 so as to adsorb an object to be sensed in the sample solution and senses the object on the basis of the amount of change in an oscillation frequency of the crystal oscillator 4 after the adsorption time has passed, before the sample solution is supplied to the adsorption layer 46, the crystal oscillator 4 is oscillated to measure the oscillation frequency of the crystal oscillator 4 at a predetermined measurement interval, for example, every one second, and the oscillation frequency of the crystal oscillator 4 is stabilized until the measurement result reaches a level lower than or equal to a frequency allowance value predetermined on the basis of the measurement sensitivity of the object to be sensed throughout the same time as the measurement time. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、圧電片に設けられた電極上に形成された吸着層に試料流体中の感知対象物を吸着させ、圧電片の固有振動数の変化に基づいて感知対象物を感知する感知装置に関する。   The present invention relates to a sensing device that adsorbs a sensing object in a sample fluid to an adsorption layer formed on an electrode provided on a piezoelectric piece, and senses the sensing object based on a change in the natural frequency of the piezoelectric piece. .

溶液中や気体中の微量物質を感知する装置として、圧電片として主にATカットされた水晶片により構成された圧電振動子である水晶振動子によるQCM(Quarts Crystal Microbalance )を用いた感知装置が知られている。この種の感知装置は、水晶発振回路を構成する前記水晶振動子に微量物質を吸着させ、微量物質の吸着後における発振周波数(共振周波数)と、微量物質の吸着前あるいは微量物質が吸着していない参照用の水晶振動子の発振周波数と、の間における差分を捉えることにより試料流体中の微量物質の有無や濃度を感知している。微量物質としては、例えば大気中の環境汚染物質であるダイオキシンや、血液あるいは血清中の特定の抗原等であり、感知装置はこれらを極低濃度、例えばppb〜pptレベルにて感知する。
このような感知装置は、例えば上記の圧電片の表面に当該圧電片を発振させるための励振電極を形成し、更にこの励振電極上に微量物質を吸着する吸着層例えば抗体などを積層して構成される。そして、上記のように微量物質を吸着させて水晶振動子の発振周波数を測定して、例えば予め求めておいた検量線やしきい値に基づいて試料流体中の微量物質の有無や濃度が算出される。
As a device for detecting trace substances in a solution or gas, there is a sensing device using a QCM (Quarts Crystal Microbalance) by a crystal resonator which is a piezoelectric resonator mainly composed of a crystal piece that is AT-cut as a piezoelectric piece. Are known. This type of sensing device adsorbs a trace substance to the crystal oscillator constituting the crystal oscillation circuit, and oscillates after the trace substance is adsorbed (resonance frequency) and before or after the trace substance is adsorbed. By detecting the difference between the oscillation frequency of the reference crystal resonator that is not present, the presence or concentration of a trace substance in the sample fluid is sensed. Examples of trace substances include dioxins, which are environmental pollutants in the atmosphere, and specific antigens in blood or serum. The sensing device senses these at extremely low concentrations, for example, ppb to ppt levels.
Such a sensing device is formed by, for example, forming an excitation electrode for oscillating the piezoelectric piece on the surface of the piezoelectric piece, and further laminating an adsorption layer such as an antibody that adsorbs a trace amount substance on the excitation electrode. Is done. Then, the oscillation frequency of the quartz resonator is measured by adsorbing the trace substance as described above, and the presence or concentration and the concentration of the trace substance in the sample fluid are calculated based on, for example, a calibration curve or threshold value obtained in advance. Is done.

ところで、圧電片は発振を開始してから発振か安定するまでに時間を要し、特に液相中で発振させる場合には安定するまでの時間が長い。また、圧電片が気相中で安定して発振している状態で液相中に置かれた場合にも安定するまでに長い時間を要する。従って、微量物質を感知するにあたって、例えば吸着層に試料流体を供給する前に、圧電片の発振周波数が所定の値に安定化するまで待機する待機時間を設けておき、この待機時間が経過した後で感知対象物の感知(測定)を開始する必要がある。しかし、発振周波数が安定したかどうかを判断するのは極めて困難であり、微量物質を短時間で精度高く検出するためには例えば作業者の経験や判断が必要となっている。即ち、圧電片の発振周波数が落ち着く前に測定を開始してしまうと、微量物質の検出精度が悪くなってしまうし、必要以上に長い待機時間を設けた場合には、測定に要する時間が長くなってしまう。更に、上記の試料流体が液体の場合には、測定前に例えば緩衝液などの液体を圧電片に供給して発振周波数を安定化させることになるが、液体では圧電片の発振周波数が落ち着くまでには気体の場合よりも長い時間が必要となるので、圧電片の発振周波数が落ち着いたかどうかを見極めるのは一層困難である。
特許文献1、2には、水晶振動子を用いたセンサやシステムが記載されているが、上記の課題については何ら検討されていない。
By the way, the piezoelectric piece takes time from the start of oscillation until the oscillation is stabilized, and in particular when it is oscillated in the liquid phase, it takes a long time to stabilize. Further, when the piezoelectric piece is stably oscillated in the gas phase and placed in the liquid phase, it takes a long time to stabilize. Therefore, when sensing a trace amount of material, for example, before supplying the sample fluid to the adsorption layer, a standby time is provided to wait until the oscillation frequency of the piezoelectric piece stabilizes to a predetermined value, and this standby time has elapsed. It is necessary to start sensing (measuring) the sensing object later. However, it is extremely difficult to determine whether or not the oscillation frequency is stable. For example, the experience and determination of an operator are necessary to detect a trace amount of material with high accuracy in a short time. In other words, if measurement is started before the oscillation frequency of the piezoelectric piece settles, the detection accuracy of trace substances will deteriorate, and if a standby time longer than necessary is provided, the time required for measurement will be long. turn into. Furthermore, when the sample fluid is a liquid, a liquid such as a buffer solution is supplied to the piezoelectric piece before measurement to stabilize the oscillation frequency. However, in the liquid, the oscillation frequency of the piezoelectric piece is settled. Since it takes a longer time than gas, it is more difficult to determine whether the oscillation frequency of the piezoelectric piece has settled.
Patent Documents 1 and 2 describe a sensor and a system using a crystal resonator, but none of the above problems are studied.

特開平11−183479JP-A-11-183479 特表2005−530177Special table 2005-530177

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、感知対象物を簡便に精度高く感知できる感知装置を提供することにある。   The present invention has been made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide a sensing device capable of sensing a sensing object simply and accurately.

本発明の感知装置は、
圧電片に設けられた電極上に吸着層を形成してなる圧電センサーを用い、前記吸着層に試料液中の感知対象物を吸着させ、前記圧電片の固有振動数の変化に基づいて前記感知対象物を感知する装置において、
前記電極に液を供給するための液供給路と、
この液供給路の上流側に設けられ、前記吸着層に吸着される物質を含まない参照液が貯留されると共に、前記液供給路を介して前記電極側に前記参照液を押し出すための参照液供給部と、
前記液供給路に介設され、試料液が貯留される貯留部と前記参照液が通流する参照液通流路とが設けられると共に、前記参照液供給部から前記電極に向かう流路を、前記参照液が前記貯留部を通ってこの貯留部内の試料液を前記電極側に押し出す流路と、前記参照液が前記参照液通流路を通る流路と、の間で切り替え自在に構成された液切り替え部と、
前記圧電片を発振させるための発振回路と、
この発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、
この周波数測定部で測定された周波数を予め設定された時間間隔でサンプリングして周波数の時系列データを取得するデータ取得部と、
試料液を圧電センサーに供給したときに周波数の変化分を測定するために予め設定した測定時間を記憶する記憶部と、
前記参照液通流路を介して前記参照液を圧電センサーに供給したときに周波数の各サンプリングのタイミングを夫々始点とする、前記測定時間に相当する長さのサンプリング区間の群について、順次サンプリング区間毎に周波数安定度を算出し、算出された周波数安定度が測定感度に対応する許容値以下になったときに前記液切り替え部における流路を前記貯留部側に切り替えるように試料液の供給許可信号を出力する出力部と、を備え
前記測定時間は、前記参照液供給部によって前記貯留部の試料液を押し出す時の参照液の供給速度と、前記貯留部における試料液の貯留量とに基づいて設定されることを特徴とする。
The sensing device of the present invention comprises:
Using a piezoelectric sensor in which an adsorption layer is formed on an electrode provided on the piezoelectric piece, the sensing object in the sample liquid is adsorbed on the adsorption layer, and the sensing is performed based on a change in the natural frequency of the piezoelectric piece. In a device for sensing an object,
A liquid supply path for supplying liquid to the electrode;
A reference liquid that is provided on the upstream side of the liquid supply path and stores a reference liquid that does not contain a substance adsorbed on the adsorption layer, and that pushes the reference liquid to the electrode side through the liquid supply path. A supply section;
A storage part that is interposed in the liquid supply path and a reference liquid flow path through which the reference liquid flows and a reference liquid flow path through which the reference liquid flows are provided, and a flow path from the reference liquid supply part to the electrode, The reference liquid is configured to be switchable between a flow path for pushing the sample liquid in the storage section through the storage section to the electrode side and a flow path for the reference liquid to pass through the reference liquid flow path. Liquid switching part,
An oscillation circuit for oscillating the piezoelectric piece;
A frequency measurement unit for measuring the oscillation frequency of the oscillation circuit;
A data acquisition unit that acquires frequency time-series data by sampling the frequency measured by the frequency measurement unit at a preset time interval;
A storage unit for storing a measurement time set in advance to measure a change in frequency when the sample liquid is supplied to the piezoelectric sensor;
Sampling intervals sequentially for a group of sampling intervals of a length corresponding to the measurement time, each starting from the timing of each frequency sampling when the reference solution is supplied to the piezoelectric sensor via the reference solution passage The frequency stability is calculated every time, and when the calculated frequency stability falls below the allowable value corresponding to the measurement sensitivity, the supply of the sample liquid is permitted so that the flow path in the liquid switching part is switched to the storage part side. An output unit for outputting a signal ,
The measurement time is set based on a reference liquid supply rate when the reference liquid supply unit pushes out the sample liquid in the storage unit and a storage amount of the sample liquid in the storage unit .

前記周波数安定度は、例えば以下の式で表される。
周波数安定度

Figure 0005292359
:各サンプリング区間毎のk番目のサンプリング時における周波数、m:各サンプリング区間に含まれるサンプリング数(k,m:正数)
測定感度を選択することにより、測定感度に対応する許容値を求める許容値取得部備えていても良い。 The frequency stability is represented by the following formula, for example.
Frequency stability
Figure 0005292359
y k : frequency at the time of the k-th sampling for each sampling interval, m: number of samplings included in each sampling interval (k, m: positive number)
An allowable value acquisition unit that obtains an allowable value corresponding to the measurement sensitivity by selecting the measurement sensitivity may be provided.

本発明の具体的構成としては、前記貯留部に試料液を供給する試料液供給部と
前記圧電センサーに供給された試料液及び参照液を排出する排出部と、を備え、
前記周波数安定度の算出及び前記試料液中の感知対象物の感知は、前記圧電センサーが置かれる雰囲気に夫々参照液及び試料液を流しながら行われる例を挙げることができる。

As a specific configuration of the present invention, a sample solution supply unit that supplies a sample solution to the storage unit ,
A discharge unit for discharging the sample liquid and the reference liquid supplied to the piezoelectric sensor,
Examples of the calculation of the frequency stability and the detection of the sensing object in the sample liquid may be performed while flowing the reference liquid and the sample liquid in the atmosphere in which the piezoelectric sensor is placed.

本発明は、圧電片に設けられた電極上に吸着層を形成してなる圧電センサーを用い、前記吸着層に試料液中の感知対象物を吸着させ、前記圧電片の固有振動数の変化に基づいて前記感知対象物を感知するにあたって、吸着層に試料流体を供給する前に参照液を供給して前記圧電片の発振周波数を予め設定された測定間隔で測定し、この測定結果が測定時間と同じ時間に亘って感知対象物の測定感度に基づいて予め設定された許容値以下となるまで圧電片の発振周波数を安定化させているので、感知対象物を簡便に精度高く感知できる。   The present invention uses a piezoelectric sensor in which an adsorption layer is formed on an electrode provided on a piezoelectric piece, and adsorbs a sensing object in a sample solution to the adsorption layer, thereby changing the natural frequency of the piezoelectric piece. When sensing the sensing object based on this, the reference liquid is supplied before the sample fluid is supplied to the adsorption layer, and the oscillation frequency of the piezoelectric piece is measured at a preset measurement interval. Since the oscillation frequency of the piezoelectric piece is stabilized until it becomes equal to or less than a preset allowable value based on the measurement sensitivity of the sensing object over the same period of time, the sensing object can be sensed simply and accurately.

本発明の感知装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the sensing apparatus of this invention. 上記感知装置のセンサーユニットの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the sensor unit of the said sensing apparatus. 上記のセンサーユニットを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows said sensor unit. 上記のセンサーユニットに用いられる水晶振動子の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the crystal oscillator used for said sensor unit. 上記の水晶振動子を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows said quartz resonator. 上記のセンサーユニットに用いられる流路形成部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flow-path formation member used for said sensor unit. 上記のセンサーユニットを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows said sensor unit. 上記のセンサーユニットに緩衝液や試料液が供給される様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a buffer solution and a sample solution are supplied to said sensor unit. 感知装置における測定部10を示す概略図である。It is the schematic which shows the measurement part 10 in a sensing apparatus. 上記の感知装置にて試料流体を感知する時に得られる特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic acquired when a sample fluid is sensed with said sensing apparatus. 上記の測定部にて行われる計算に用いられる許容値の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the tolerance used for calculation performed in said measurement part. 測定部にて得られる周波数データを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the frequency data obtained in a measurement part. 上記の感知装置の制御部において行われる計算方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the calculation method performed in the control part of said sensing device. 上記の感知装置において感知対象物を感知する時のフローを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow at the time of sensing a sensing target object in said sensing apparatus. 上記の感知装置にて感知対象物が感知される様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that a sensing target object is sensed by said sensing apparatus.

本発明の感知装置の実施の形態は、図1に示すように、センサーユニット2と、このセンサーユニット2に液体(試料液や緩衝液)を供給する液供給系1と、センサーユニット2から排出される液体を貯留する液排出系90と、センサーユニット2に取り付けられた圧電センサーである水晶センサー7を駆動し、また得られた発振出力を処理する周波数測定部10と、を備えている。図2及び図3に示すように、センサーユニット2は、支持体21、封止部材30、配線基板3、水晶振動子4、流路形成部材5及び上部カバー24が下側からこの順番で積層されて構成されている。   As shown in FIG. 1, an embodiment of the sensing device of the present invention includes a sensor unit 2, a liquid supply system 1 that supplies a liquid (sample liquid or buffer solution) to the sensor unit 2, and a discharge from the sensor unit 2. A liquid discharge system 90 for storing the liquid to be stored, and a frequency measuring unit 10 for driving the quartz sensor 7 as a piezoelectric sensor attached to the sensor unit 2 and processing the obtained oscillation output. As shown in FIGS. 2 and 3, the sensor unit 2 includes a support 21, a sealing member 30, a wiring board 3, a crystal resonator 4, a flow path forming member 5, and an upper cover 24 stacked in this order from the lower side. Has been configured.

水晶センサー7は、配線基板3上に圧電振動子である水晶振動子4を設けて構成されている。この水晶振動子4は、例えば図4に示すように、圧電片である円板状の水晶片41の両面に励振電極42、43を設けて構成されるが、この例では裏面側に第1の励振電極43A及び第2の励振電極43Bを互いに離間して配置すると共に、表面側に前記2つの励振電極43A、43Bに対する共通の励振電極(共通電極)42を配置している。従って、図5に示すように、第1の励振電極43A及び共通電極42により第1の振動領域4Aが、また第2の励振電極43B及び共通電極42により第2の振動領域4Bが形成されることになる。第1の励振電極43A及び第2の励振電極43Bは、水晶センサー7をセンサーユニット2に装着した時に、配線基板3の導電路32、34を介して、測定部10に設けられた後述の2つの発振回路6A、6Bに夫々接続されると共に、共通電極42は配線基板3の導電路33を介して発振回路6A、6Bのアース側に接続されることになる。上記の配線基板3の端部領域には、各導電路32〜34と夫々接続される接続端子35〜37が形成されている。   The crystal sensor 7 is configured by providing a crystal resonator 4 that is a piezoelectric resonator on a wiring board 3. For example, as shown in FIG. 4, the crystal resonator 4 is configured by providing excitation electrodes 42 and 43 on both surfaces of a disk-shaped crystal piece 41 that is a piezoelectric piece. The excitation electrode 43A and the second excitation electrode 43B are arranged apart from each other, and a common excitation electrode (common electrode) 42 for the two excitation electrodes 43A and 43B is arranged on the surface side. Therefore, as shown in FIG. 5, the first vibration region 4A is formed by the first excitation electrode 43A and the common electrode 42, and the second vibration region 4B is formed by the second excitation electrode 43B and the common electrode 42. It will be. The first excitation electrode 43 </ b> A and the second excitation electrode 43 </ b> B are 2 described later provided in the measurement unit 10 via the conductive paths 32 and 34 of the wiring board 3 when the crystal sensor 7 is attached to the sensor unit 2. The common electrode 42 is connected to the ground side of the oscillation circuits 6A and 6B through the conductive path 33 of the wiring board 3 while being connected to the two oscillation circuits 6A and 6B. Connection terminals 35 to 37 connected to the respective conductive paths 32 to 34 are formed in the end region of the wiring board 3.

水晶振動子4は、図3及び図7に示すように、配線基板3に形成された貫通孔31を塞ぐように装着されており、水晶センサー7は、この図7に示すように、図6に示す弾性体からなる流路形成部材5と、支持体21と、により夫々表面側及び裏面側が押しつけられた状態でセンサーユニット2に取り付けられる。
そして、水晶センサー7の共通電極42における第1の励振電極43Aに対応する領域には、図5に示すように、感知対象物である例えば抗原を吸着するための抗体からなる吸着層(反応物質)46が形成されている。従って、上記の吸着層46に例えば試料液中の感知対象物が吸着すると、第1の振動領域4Aにおける発振周波数が質量負荷効果により低下し、一方第2の振動領域4Bでは共通電極42に感知対象物が吸着しないので、感知対象物の吸着前後における各領域4A、4Bの発振周波数を比べることにより、センサーユニット2の周囲の温度、試料液の粘度、試料液中に含まれる感知対象物以外の物質の付着などの外乱の影響を抑えて吸着層46に吸着した感知対象物の量に対応する発振周波数の変化(低下分)を感知できることになる。
As shown in FIGS. 3 and 7, the crystal resonator 4 is mounted so as to close the through-hole 31 formed in the wiring board 3. As shown in FIG. Are attached to the sensor unit 2 in a state where the front surface side and the back surface side are pressed by the flow path forming member 5 made of an elastic body shown in FIG.
And in the area | region corresponding to the 1st excitation electrode 43A in the common electrode 42 of the quartz sensor 7, as shown in FIG. 5, the adsorption layer (reactive substance) which consists of an antibody for adsorbing the antigen which is a sensing object, for example ) 46 is formed. Therefore, for example, when a sensing object in the sample liquid is adsorbed on the adsorption layer 46, the oscillation frequency in the first vibration region 4A is lowered due to the mass load effect, while in the second vibration region 4B, the common electrode 42 senses it. Since the object is not adsorbed, by comparing the oscillation frequencies of the regions 4A and 4B before and after the adsorption of the sensing object, the temperature around the sensor unit 2, the viscosity of the sample liquid, and other than the sensing object contained in the sample liquid Therefore, it is possible to detect the change (decrease) in the oscillation frequency corresponding to the amount of the sensing object adsorbed on the adsorption layer 46 while suppressing the influence of disturbance such as adhesion of the substance.

図2、図3及び図7中26は液体供給管、27は排出手段である液体排出管であり、液体供給管26から供給される液体が流路形成部材5と水晶振動子4との間の流路である液体供給領域53を通って液体排出管27から排出されるように構成されている。また、図1に示すように、液供給系1は、水晶センサー7に対して参照液としての緩衝液及び試料液を夫々供給する緩衝液供給部91及び試料液供給部92によって構成されている。緩衝液供給部91は、緩衝液例えばリン酸バッファを貯留する緩衝液貯留部93と、例えばシリンジポンプなどの緩衝液保持部94と、例えば三方バルブなどからなる第1バルブ95と、を備えており、緩衝液保持部94により緩衝液貯留部93から一旦緩衝液を吸引して保持し、次いで図8(a)に示すように、第1バルブ95の流路を切り替えて緩衝液保持部94から水晶センサー7に向けて緩衝液を供給できるように構成されている。   2, 3, and 7, 26 is a liquid supply pipe, 27 is a liquid discharge pipe that is a discharge means, and the liquid supplied from the liquid supply pipe 26 is between the flow path forming member 5 and the crystal unit 4. It is configured to be discharged from the liquid discharge pipe 27 through the liquid supply region 53 which is a flow path of As shown in FIG. 1, the liquid supply system 1 includes a buffer solution supply unit 91 and a sample solution supply unit 92 that respectively supply a buffer solution and a sample solution as a reference solution to the crystal sensor 7. . The buffer solution supply unit 91 includes a buffer solution storage unit 93 that stores a buffer solution such as a phosphate buffer, a buffer solution holding unit 94 such as a syringe pump, and a first valve 95 that includes, for example, a three-way valve. The buffer solution holding unit 94 sucks and holds the buffer solution from the buffer solution storage unit 93, and then, as shown in FIG. 8A, the flow path of the first valve 95 is switched to change the buffer solution holding unit 94. The buffer solution can be supplied to the quartz sensor 7 from the top.

試料液供給部92は、試料液例えば血液や血清を貯留する試料液貯留部96と、例えば六方バルブなどからなる第2バルブ97と、を備えており、図8(b)に示すように、第2バルブ97に設けられたカラム98内に試料液貯留部96の試料液を充填し、次いで同図(c)に示すように、第2バルブ97の流路を切り替えて緩衝液によりカラム98内の試料液を押し出して水晶センサー7に向けて供給できるように構成されている。図1中91a、99は、夫々第1バルブ95から第2バルブ97を介して水晶センサー7に向けて伸びる緩衝液供給路及び液排出系90をなす廃液部であり、水晶センサー7に緩衝液を供給する時には緩衝液がカラム98を介さずに第2バルブ97を通流し、またカラム98から溢れた余分な試料液を廃液部99へと廃棄するように構成されている。   The sample solution supply unit 92 includes a sample solution storage unit 96 that stores a sample solution such as blood and serum, and a second valve 97 formed of, for example, a six-way valve. As shown in FIG. The column 98 provided in the second valve 97 is filled with the sample solution in the sample solution storage unit 96, and then, as shown in FIG. The sample liquid is pushed out and supplied to the crystal sensor 7. In FIG. 1, reference numerals 91 a and 99 denote a buffer solution supply path extending from the first valve 95 to the crystal sensor 7 via the second valve 97 and a waste liquid portion forming the liquid discharge system 90. Is supplied, the buffer solution passes through the second valve 97 without passing through the column 98, and the excess sample solution overflowing from the column 98 is discarded to the waste liquid part 99.

次に、測定部10について図9を参照して説明する。この図9中6Aは水晶振動子4の第1の振動領域4Aを発振させるための第1の発振回路、6Bは水晶振動子4の第2の振動領域4Bを発振させるための第2の発振回路であり、これらの発振出力(周波数信号)は、スイッチ部80により交互に測定部10に取り込まれるように構成されている。測定部10は、公知の回路である周波数カウンターにより周波数を検出するものであっても良いが、例えば特開2006−258787号に記載されているように、周波数信号をA/D変換し、キャリアムーブにより処理して前記周波数信号の周波数で回転する回転ベクトルを生成し、この回転ベクトルの速度を求めるといった手法を利用したものであっても良く、このようなディジタル処理による測定部を利用した方が周波数の検出精度が高いので好ましい。   Next, the measurement unit 10 will be described with reference to FIG. In FIG. 9, 6A is a first oscillation circuit for oscillating the first vibration region 4A of the crystal resonator 4, and 6B is a second oscillation for oscillating the second vibration region 4B of the crystal resonator 4. These oscillation outputs (frequency signals) are configured to be alternately taken into the measurement unit 10 by the switch unit 80. The measurement unit 10 may detect the frequency by a frequency counter which is a known circuit. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-258787, the measurement unit 10 performs A / D conversion on the frequency signal to generate a carrier. A method that uses a method of generating a rotation vector that rotates at the frequency of the frequency signal and obtaining the speed of the rotation vector by processing with a move, or using a measurement unit using such digital processing Is preferable because the frequency detection accuracy is high.

こうして得られた周波数信号は、プログラム(プログラム格納部に格納されているが、プログラムとして図示する)11により例えば1sec毎にサンプリングされて、時系列データ12として記憶部13に記憶される。ここで図9中15、18は夫々コンピュータからなる制御部及びバスであり、前記プログラム11、記憶部13、CPU14、例えば作業者が後述の測定時間や周波数許容値などを入力する入力手段16及び周波数や感知対象物の測定結果が表示される表示部17などを備えている。記憶部13には、測定時間及び周波数許容値が記憶される。   The frequency signal obtained in this way is sampled, for example, every 1 sec by a program (which is stored in the program storage unit but shown as a program) 11 and stored in the storage unit 13 as time-series data 12. In FIG. 9, reference numerals 15 and 18 denote a control unit and a bus, each of which is a computer. The program 11, the storage unit 13, the CPU 14, for example, an input means 16 for an operator to input later-described measurement time, frequency allowable value, and the like. A display unit 17 for displaying the measurement result of the frequency and the sensing object is provided. The storage unit 13 stores measurement time and frequency tolerance.

測定時間とは、試料液を水晶センサー7に供給した時に試料液中の感知対象物が水晶センサー7に吸着したことによる周波数の変化分(低下分)を取得するために必要な時間である。図10に示すように、試料液を水晶センサー7に供給した時に周波数が低下して安定するまでの時間は感知対象物の濃度に応じて変わるが、この装置では測定時間は、例えばカラム98内の試料液が水晶センサー7内を通過する時間(例えば5分)に相当する。そして、例えば一律にこの時間が経過した後の所定の時点の第1の振動領域4Aの周波数を、あるいは周波数の低下曲線の傾きが所定の値よりも小さくなった時の第1の振動領域4Aの周波数を、試料液中の感知対象物の濃度に対応する量の感知対象物が水晶センサー7(吸着層46)に吸着した時の周波数として評価している。また、試料液中の感知対象物の濃度と周波数の低下分との対応関係を表す検量線を作成する場合に、つまり既知の濃度の試料液に対して感知対象物の感知を行って感知対象物の濃度に対応する周波数の低下量を測定する場合に、周波数が低下して安定するまでに要する安定時間がカラム98内の試料液の前記通過時間よりも短いことが予め分かっていて、安定時間が経過した時点でサンプリングを終了してこの時の周波数を感知対象物の吸着後の周波数として用いる時には、当該安定時間が測定時間となる。   The measurement time is a time required to acquire a change (decrease) in frequency due to the sensing object in the sample being adsorbed to the quartz sensor 7 when the sample is supplied to the quartz sensor 7. As shown in FIG. 10, when the sample solution is supplied to the quartz sensor 7, the time until the frequency decreases and stabilizes varies depending on the concentration of the sensing object. In this apparatus, the measurement time is, for example, in the column 98. Corresponds to the time (for example, 5 minutes) required for the sample liquid to pass through the quartz sensor 7. Then, for example, the frequency of the first vibration region 4A at a predetermined time point after this time has elapsed uniformly, or the first vibration region 4A when the slope of the frequency decrease curve becomes smaller than a predetermined value. Is evaluated as the frequency when the sensing object of an amount corresponding to the concentration of the sensing object in the sample liquid is adsorbed to the quartz crystal sensor 7 (adsorption layer 46). In addition, when creating a calibration curve that represents the correspondence between the concentration of the sensing object in the sample liquid and the decrease in frequency, that is, the sensing object is sensed for the sample liquid with a known concentration. When measuring the amount of decrease in the frequency corresponding to the concentration of the substance, it is known in advance that the stabilization time required for the frequency to decrease and stabilize is shorter than the passage time of the sample liquid in the column 98. When the sampling is finished when the time has elapsed and the frequency at this time is used as the frequency after the adsorption of the sensing object, the stable time becomes the measurement time.

また、周波数許容値とは、周波数が安定したかどうかを判断する時に、後述のように周波数の安定化の指標となる値(σ(τ))が安定化に相当する十分小さな値になったか否かを判定するためのしきい値である。この周波数許容値は、例えば図11に示すように、設定された測定感度(分解能)に応じて変わってくるものであり、例えば水晶振動子4の発振周波数が30MHzの場合において、例えば測定感度が5Hzの時に測定時間において許容されるノイズ(誤差範囲)は例えば0.5Hz(30MHzの水晶センサーの場合、0.0167ppm)に設定され、この誤差範囲に対応するσ(τ)の許容値は1.67×10−8 (0.0167ppm)以下となる。ここで、この図11に示すような測定感度に対応する周波数許容値のテーブルを記憶部13に格納しておき、作業者が入力あるいは選択した測定感度に基づいてプログラム11がこのテーブルから周波数許容値を取得するようにしても良い。あるいは、測定感度に対するノイズの割合(この例では0.1)を予め記憶部に記憶させ、測定感度が選択されたときに測定感度にノイズの割合を掛け算して許容されるノイズ(誤差範囲)を求めても良い。 Further, the allowable frequency value is a sufficiently small value corresponding to the stabilization (σ 2 (τ)) as an index for stabilizing the frequency, as will be described later, when determining whether or not the frequency is stable. It is a threshold value for determining whether or not. For example, as shown in FIG. 11, the allowable frequency value varies depending on the set measurement sensitivity (resolution). For example, when the oscillation frequency of the crystal unit 4 is 30 MHz, the measurement sensitivity is, for example, The noise (error range) allowed in the measurement time at 5 Hz is set to 0.5 Hz (0.0167 ppm for a 30 MHz crystal sensor), for example, and the allowable value of σ 2 (τ) corresponding to this error range is 1.67 × 10 −8 (0.0167 ppm) or less. Here, a table of allowable frequency values corresponding to the measurement sensitivity as shown in FIG. 11 is stored in the storage unit 13, and the program 11 uses this table to determine the allowable frequency values based on the measurement sensitivity input or selected by the operator. You may make it acquire a value. Alternatively, the ratio of noise to the measurement sensitivity (0.1 in this example) is stored in the storage unit in advance, and noise (error range) that is allowed by multiplying the measurement sensitivity by the ratio of noise when the measurement sensitivity is selected. You may ask for.

前記プログラム11は、時系列データ12のサンプリングを行うためのステップ群の他に、各バルブ95、97の切り替えシーケンスを行うステップ群、前記時系列データ12に基づいて試料液を水晶センサー7に供給した時の既述の周波数の低下分を求めるためのステップ群を含んでいる。更にこのプログラム11は、緩衝液を水晶センサー7に供給している時に周波数の安定化を判断するためのステップ群を備えている。以下にこの周波数の安定化の判断について述べると、水晶振動子4の発振周波数が安定したかどうかは、例えば以下の式(1)のAllan Deviationの式に基づいて計算される。

Figure 0005292359
:各サンプリング区間毎のk番目のサンプリング時における周波数、m:各サンプリング区間に含まれるサンプリング数(k,m:正数) The program 11 supplies a sample solution to the crystal sensor 7 based on the time series data 12 in addition to a step group for sampling the time series data 12, a step group for switching the valves 95 and 97. This includes a step group for obtaining the above-described decrease in frequency. Further, the program 11 includes a step group for determining the stabilization of the frequency when the buffer solution is supplied to the crystal sensor 7. The determination of the stabilization of the frequency will be described below. Whether or not the oscillation frequency of the crystal unit 4 has been stabilized is calculated based on, for example, the Allan Deviation formula of the following formula (1).
Figure 0005292359
y k : frequency at the time of the k-th sampling for each sampling interval, m: number of samplings included in each sampling interval (k, m: positive number)

この式(1)中yは各サンプリング区間毎のk番目のサンプリング時における周波数、mは各サンプリング区間に含まれるサンプリング数(k,m:正数)であり、この例では水晶センサー7に緩衝液を供給してサンプリングを開始してから例えば1秒毎に発振周波数の差(yk+1−y)が計算され、この発振周波数の差を2乗した値を測定時間が経過するまで(m個の周波数を取得するまで)加算して2mで割った結果である測定結果σが算出される。そして、図12に示すように、サンプリングを開始して測定時間が経過した後1秒毎にこの測定結果σが更新され、つまり1秒毎に新たにサンプリングの始点が設定され、順次サンプリング区間毎にσ(t)、σ(t)、σ(t)、σ(t)、σ(tj+1)、が取得されていくことになる。こうして図13に示すように、サンプリングを開始してから時間の経過と共に発振周波数が安定していくにつれて上記の測定結果σが所定の値に小さくなっていくので、上記のプログラム11は、この測定結果σ(詳しくは以下に説明するように標準偏差σ)が既述の周波数許容値よりも小さくなった時に周波数が安定化したと判断し、試料液の供給許可信号を出力して既述の第2バルブ97を緩衝液側から試料液側に切り替えて試料液の供給を開始することとなる。この例ではプログラム11のステップ群の一部が、試料液の供給許可信号を出力する出力部に相当する。 In this equation (1), y k is the frequency at the time of the k-th sampling for each sampling section, and m is the number of samplings (k, m: positive number) included in each sampling section. For example, an oscillation frequency difference (y k + 1 −y k ) is calculated every second after sampling is started by supplying a buffer solution, and a value obtained by squaring the oscillation frequency difference is measured until the measurement time elapses ( A measurement result σ 2 is calculated which is the result of adding and dividing by 2 m (until obtaining m frequencies). Then, as shown in FIG. 12, the measurement result σ 2 is updated every second after the measurement time elapses after sampling is started, that is, a new sampling start point is set every one second, and the sampling period is sequentially set. Σ 2 (t 1 ), σ 2 (t 2 ), σ 2 (t 3 ), σ 2 (t j ), and σ 2 (t j + 1 ) are acquired every time. Thus, as shown in FIG. 13, the measurement result σ 2 decreases to a predetermined value as the oscillation frequency stabilizes with the passage of time from the start of sampling. When the measurement result σ 2 (more specifically, the standard deviation σ as described below) becomes smaller than the above-described frequency tolerance, it is determined that the frequency has stabilized, and a sample solution supply permission signal is output to The supply of the sample solution is started by switching the second valve 97 described above from the buffer solution side to the sample solution side. In this example, a part of the step group of the program 11 corresponds to an output unit that outputs a sample liquid supply permission signal.

ここで、上記の(1)式において、σが誤差を指す平均値となるため、上記のように測定感度が例えば5Hzの場合のノイズ(誤差)の許容値を0.5Hzと定義すると、分散となるσについて、σ≒0.5と広義に解釈できることになる。即ち上記の(1)式では標準偏差(σ)が用いられているので、この標準偏差を測定感度における許容値として取り扱っている。このような周波数の安定化の判断は、例えば第1の振動領域4Aの発振周波数について、または第1の振動領域4A及び第2の振動領域4Bの双方の発振周波数について行われる。尚、図12では模式的にサンプリング区間を9秒として描画しており、また緩衝液を供給する前に水晶振動子4の発振を開始した時点をt0として示している。   Here, in the above equation (1), since σ is an average value indicating an error, if the allowable value of noise (error) when the measurement sensitivity is 5 Hz as described above is defined as 0.5 Hz, the variance is Therefore, σ can be interpreted in a broad sense as σ≈0.5. That is, since the standard deviation (σ) is used in the above equation (1), this standard deviation is handled as an allowable value in the measurement sensitivity. Such determination of frequency stabilization is performed, for example, for the oscillation frequency of the first vibration region 4A or for the oscillation frequencies of both the first vibration region 4A and the second vibration region 4B. In FIG. 12, the sampling interval is schematically drawn as 9 seconds, and the time when the oscillation of the crystal unit 4 is started before the buffer solution is supplied is shown as t0.

次に、感知装置の作用について、図14を参照して説明する。先ず、センサーユニット2内に水晶振動子4を収納し、このセンサーユニット2を図2に示すように気密に一体化すると共に、配線基板3に形成された接続端子35〜37を介して振動領域4A、4Bと発振回路6A、6Bとを夫々電気的に接続する。そして、例えば作業者は、測定を行う試料液に応じて、測定時間(カラム98内に貯留される試料液の量)と、周波数許容値または測定感度と、を入力(選択)する(ステップS1)。測定感度を入力する場合には、予め測定感度に対するノイズの割合(上記の例では0.1)が記憶部に記憶され、測定感度にこの比率が掛けられて許容値が求まる。   Next, the operation of the sensing device will be described with reference to FIG. First, the crystal unit 4 is accommodated in the sensor unit 2, and the sensor unit 2 is hermetically integrated as shown in FIG. 2, and the vibration region is connected via the connection terminals 35 to 37 formed on the wiring board 3. 4A and 4B are electrically connected to the oscillation circuits 6A and 6B, respectively. Then, for example, the operator inputs (selects) a measurement time (amount of sample liquid stored in the column 98) and a frequency tolerance or measurement sensitivity according to the sample liquid to be measured (step S1). ). When inputting the measurement sensitivity, the ratio of noise to the measurement sensitivity (0.1 in the above example) is stored in advance in the storage unit, and the allowable value is obtained by multiplying the measurement sensitivity by this ratio.

次いで、各発振回路6A、6Bにより所定の周波数例えば30MHzで水晶振動子4(振動領域4A、4B)の発振を開始すると共に、緩衝液供給部91からバルブ95、97を介して緩衝液を液体供給領域53に供給する(ステップS2)。各振動領域4A、4Bの発振周波数は、測定部10において各々サンプリングされ、緩衝液が供給されると所定の値に低下していく。この時の水晶振動子4の発振周波数は、発振直後には発振状態が不安定であることから図10に示すように上下に変動し、その後時間の経過と共に安定化していくことになる。そして、既述の図13に示したように、周波数安定化プログラム14により、感知対象物の測定を行う測定時間と同じ時間に亘って標準偏差σが上記の周波数許容値以下に安定しているかどうか判断され(ステップS3)、水晶振動子4の発振周波数が安定化するまで感知対象物の測定が行われず、いわば待機時間が設けられることになる。そして、周波数が安定化したと判断される(ステップS4)と、以下のように感知対象物の感知が開始される。   Next, the oscillation circuits 6A and 6B start oscillation of the crystal unit 4 (vibration regions 4A and 4B) at a predetermined frequency, for example, 30 MHz, and the buffer solution is supplied from the buffer solution supply unit 91 via the valves 95 and 97. Supply to the supply area | region 53 (step S2). The oscillation frequencies of the vibration regions 4A and 4B are sampled by the measurement unit 10 and are lowered to a predetermined value when a buffer solution is supplied. The oscillation frequency of the crystal unit 4 at this time fluctuates up and down as shown in FIG. 10 because the oscillation state is unstable immediately after oscillation, and then stabilizes as time passes. Then, as shown in FIG. 13 described above, whether the standard deviation σ is stable below the frequency allowable value over the same time as the measurement time for measuring the sensing object by the frequency stabilization program 14. Whether or not the sensing object is measured is determined until the oscillation frequency of the crystal unit 4 is stabilized, so that a waiting time is provided. When it is determined that the frequency has stabilized (step S4), sensing of the sensing object is started as follows.

続いて、予め第2バルブ97のカラム98内に試料液を供給しておき、水晶振動子4を発振させたまま、第2バルブ97の流路を切り替えて、緩衝液供給部91からカラム98に対して緩衝液を供給する(ステップS5)。カラム98内の試料液は、緩衝液により押し出されて、液体供給領域53に供給される。そして、図15(a)に示す水晶振動子4の吸着層46に感知対象物が接触すると、同図(b)に示すように、例えば抗原抗体反応や化学反応などにより吸着層46に感知対象物が吸着して、水晶振動子4(振動領域4A)の発振周波数が質量負荷効果により低下していき、この周波数データが取得される(ステップS6)。その後、測定時間に亘って試料液を液体供給領域53に供給することにより、既述の図10に示すように、吸着層46には試料液中の感知対象物の濃度に応じた量の感知対象物が吸着し、水晶振動子4(振動領域4A)の発振周波数が所定の値に低下することになる。この時得られる周波数データは、例えば予め設定されていた測定感度例えば5Hzの単位で測定されることになり、また測定時間における誤差範囲(ノイズ)は0.5Hz以下に抑えられる。その後、測定時間が経過すると、液体供給領域53に供給される溶液が試料液から緩衝液に切り替わることになる。なおこの例ではカラム内の試料液が水晶振動子4に供給される直前の周波数(緩衝液の状態である周波数)と、当該試料が水晶振動子4を通過して、当該試料液を押し出している緩衝液に切り替った直後の周波数と、の差分を求めている。このため測定時間は試料液が水晶振動子4に到達する直前から、通過した直後の時点までということになる。   Subsequently, the sample solution is supplied in advance into the column 98 of the second valve 97, and the flow path of the second valve 97 is switched while the crystal unit 4 is oscillated, so that the buffer 98 is supplied from the buffer solution supply unit 91 to the column 98. A buffer solution is supplied to (Step S5). The sample solution in the column 98 is pushed out by the buffer solution and supplied to the liquid supply region 53. When the sensing object comes into contact with the adsorption layer 46 of the crystal unit 4 shown in FIG. 15A, as shown in FIG. 15B, the sensing object is detected on the adsorption layer 46 by, for example, antigen-antibody reaction or chemical reaction. An object is adsorbed, and the oscillation frequency of the crystal unit 4 (vibration region 4A) decreases due to the mass load effect, and this frequency data is acquired (step S6). Thereafter, by supplying the sample liquid to the liquid supply region 53 over the measurement time, as shown in FIG. 10 described above, the adsorption layer 46 detects an amount corresponding to the concentration of the sensing object in the sample liquid. The object is adsorbed, and the oscillation frequency of the crystal unit 4 (vibration region 4A) is lowered to a predetermined value. The frequency data obtained at this time is measured in units of, for example, a preset measurement sensitivity, for example, 5 Hz, and the error range (noise) in the measurement time is suppressed to 0.5 Hz or less. Thereafter, when the measurement time elapses, the solution supplied to the liquid supply region 53 is switched from the sample solution to the buffer solution. In this example, the frequency immediately before the sample solution in the column is supplied to the crystal unit 4 (the frequency that is in the state of the buffer solution) and the sample pass through the crystal unit 4 to push out the sample solution. The difference from the frequency immediately after switching to the buffer solution is obtained. For this reason, the measurement time is from immediately before the sample solution reaches the quartz crystal resonator 4 to immediately after it passes.

その後、ステップS7では、緩衝液を水晶センサー7に供給して周波数が安定化したと判断された時点の周波数と、測定時間が経過して所定の時間が経過した時あるいは周波数の低下曲線の傾きが所定の値となった時の周波数と、の差分を求める。即ち、水晶振動子4の第1の振動領域4A(検出領域)における周波数の差分と、水晶振動子4の第2の振動領域4B(参照領域)における周波数の差分と、が求められる。第2の振動領域4Bの周波数の差分は既述のように温度変化や試料液の粘度、あるいは試料液中に含まれる感知対象物以外の物質の付着などの外乱によるものであることから、第1の振動領域4Aの差分から第2の振動領域4Bの差分を差し引いて、外乱による周波数の変動分を補償した、感知対象物の吸着だけに起因する周波数の差分が得られる。この値は例えば既述の検量線の作成に用いられ、あるいは予め作成されていた検量線に照らし合わせて試料液中の感知対象物の濃度あるいは有無として評価される。   After that, in step S7, the frequency at the time when it is determined that the buffer solution is supplied to the quartz crystal sensor 7 and the frequency is stabilized, and when the measurement time elapses or a predetermined time elapses, or the slope of the frequency decrease curve The difference from the frequency at which becomes a predetermined value is obtained. That is, the difference in frequency in the first vibration region 4A (detection region) of the crystal unit 4 and the difference in frequency in the second vibration region 4B (reference region) of the crystal unit 4 are obtained. As described above, the frequency difference of the second vibration region 4B is due to disturbance such as temperature change, viscosity of the sample liquid, or adhesion of substances other than the sensing target contained in the sample liquid. By subtracting the difference of the second vibration area 4B from the difference of the first vibration area 4A, the frequency difference caused only by the adsorption of the sensing object is obtained, which compensates for the frequency fluctuation due to the disturbance. This value is used, for example, for preparing the above-mentioned calibration curve, or is evaluated as the concentration or presence of the sensing object in the sample solution in light of a calibration curve prepared in advance.

上述の実施の形態によれば、水晶振動子4を発振させながら吸着層46に試料液を供給して試料液中の感知対象物を吸着させ、水晶振動子4の発振周波数の変化量に基づいて感知対象物を感知するにあたって、吸着層46に試料液を供給する前に、緩衝液を供給して所定の測定間隔例えば1秒毎に水晶振動子4の発振周波数を測定し、この測定結果σ(τ)が測定時間と同じ時間に亘って感知対象物の測定感度に基づいて予め設定された周波数許容値以下となるまで水晶振動子4の発振周波数を安定化させているので、感知対象物を簡便に精度高く感知できる。
また、発振周波数の安定化を判断するにあたり、既述のようにAllan Deviationの式を用いていることから、容易に且つ確実に周波数の安定化を判断することができる。
According to the above-described embodiment, the sample liquid is supplied to the adsorption layer 46 while the crystal oscillator 4 is oscillated to adsorb the sensing object in the sample liquid, and based on the amount of change in the oscillation frequency of the crystal oscillator 4. In sensing the sensing object, before supplying the sample solution to the adsorption layer 46, the buffer solution is supplied and the oscillation frequency of the crystal unit 4 is measured at a predetermined measurement interval, for example, every second. Since the oscillation frequency of the crystal unit 4 is stabilized until σ 2 (τ) is equal to or lower than a preset frequency tolerance based on the measurement sensitivity of the sensing object over the same time as the measurement time, sensing is performed. An object can be easily and accurately detected.
Further, since the Allan Deviation formula is used as described above in determining the stabilization of the oscillation frequency, the stabilization of the frequency can be easily and reliably determined.

更に、感知対象物を感知するにあたり、試料液を供給しながら発振周波数を測定することにより、感知対象物の濃度に応じた周波数の低下分を正確に算出することができるので、感知対象物を正確に感知できるし、また1つの水晶振動子4上に2つの振動領域4A、4Bを設けておき、一方の振動領域4Aを測定用、他方の振動領域4Bを参照用としていることから、センサーユニット2の周囲の温度などの影響を抑えているので、感知対象物を高い精度で感知できる。   Further, when sensing the sensing object, the frequency decrease corresponding to the concentration of the sensing object can be accurately calculated by measuring the oscillation frequency while supplying the sample liquid. It is possible to detect accurately, and since two vibration areas 4A and 4B are provided on one crystal resonator 4, one vibration area 4A is used for measurement and the other vibration area 4B is used for reference. Since the influence of the ambient temperature of the unit 2 is suppressed, the sensing object can be sensed with high accuracy.

上記の例では、2つの振動領域4A、4Bを設けてセンサーユニット2の周囲の温度などの影響を抑えるようにしたが、1つの振動領域だけを設けるようにしても良い。また、緩衝液や試料液を供給しながら発振周波数を測定したが、励振電極43A、43B上にこれらの緩衝液や試料液を滴下していわば閉鎖系において測定しても良い。
以上において緩衝液は参照液の一例である。参照液は、圧電センサーの吸着層に吸着される物質を含まない液であることが必要であり、例えば純水などを用いてもよい。試料液として血液や血清を用いる場合には、緩衝液であることが好ましいが、河川などの環境水中の汚染物質を感知対象物として調べる場合には、参照液として純水が好ましい。
更に、既述のように測定部10により感知対象物の有無や濃度を算出したが、例えば各振動領域4A、4Bにおいて得られた発振周波数を表示部17に表示させ、作業者が表示部17の表示を読み取り、この読み取った結果と既述の検量線やしきい値とを比較して感知対象物の有無や濃度を求めても良い。また、周波数が安定化した後緩衝液から試料液への切り替えを測定部10(制御部15)により行うようにしたが、例えば表示部17に周波数が安定したかどうかを表示して、この表示に基づいて作業者が第2バルブ97を切り替えるようにしても良い。
In the above example, the two vibration regions 4A and 4B are provided to suppress the influence of the temperature around the sensor unit 2, but only one vibration region may be provided. Further, the oscillation frequency was measured while supplying the buffer solution and the sample solution. However, if the buffer solution and the sample solution are dropped on the excitation electrodes 43A and 43B, the oscillation frequency may be measured in a closed system.
In the above, the buffer solution is an example of a reference solution. The reference liquid needs to be a liquid that does not contain a substance that is adsorbed on the adsorption layer of the piezoelectric sensor. For example, pure water may be used. When blood or serum is used as the sample solution, it is preferably a buffer solution. However, when pollutants in environmental water such as rivers are examined as sensing objects, pure water is preferred as a reference solution.
Further, the presence / absence and concentration of the sensing object are calculated by the measurement unit 10 as described above. For example, the oscillation frequency obtained in each vibration region 4A, 4B is displayed on the display unit 17, and the operator displays the oscillation frequency. The presence / absence and concentration of the sensing object may be obtained by comparing the read result with the above-described calibration curve and threshold value. In addition, the switching from the buffer solution to the sample solution is performed by the measurement unit 10 (control unit 15) after the frequency is stabilized. For example, the display unit 17 displays whether or not the frequency is stabilized, and displays this. The operator may switch the second valve 97 based on the above.

更に、液体である試料液を用いて、水晶振動子4の発振周波数を安定化させる時には液体の緩衝液を液体供給領域53に供給したが、気体中の感知対象物を感知する場合例えば気体中のダイオキシンやアルコールなどの感知にセンサーユニット2を用いても良い。その場合には、水晶振動子4の発振周波数を安定化させる時には、緩衝液に代えて例えば清浄な気体が用いられる。   Further, when the oscillation frequency of the crystal unit 4 is stabilized using the liquid sample liquid, the liquid buffer solution is supplied to the liquid supply region 53. In the case of sensing a sensing object in the gas, for example, in the gas The sensor unit 2 may be used for detecting dioxins, alcohol, and the like. In that case, when the oscillation frequency of the crystal unit 4 is stabilized, for example, a clean gas is used instead of the buffer solution.

1 液供給系
2 センサーユニット
4 水晶振動子
4A、4B 振動領域
7 水晶センサー
10 測定部
41 水晶片
42 励振電極
43 励振電極
46 吸着層
90 液排出系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid supply system 2 Sensor unit 4 Crystal oscillator 4A, 4B Vibration area 7 Crystal sensor 10 Measuring part 41 Crystal piece 42 Excitation electrode 43 Excitation electrode 46 Adsorption layer 90 Liquid discharge system

Claims (4)

圧電片に設けられた電極上に吸着層を形成してなる圧電センサーを用い、前記吸着層に試料液中の感知対象物を吸着させ、前記圧電片の固有振動数の変化に基づいて前記感知対象物を感知する装置において、
前記電極に液を供給するための液供給路と、
この液供給路の上流側に設けられ、前記吸着層に吸着される物質を含まない参照液が貯留されると共に、前記液供給路を介して前記電極側に前記参照液を押し出すための参照液供給部と、
前記液供給路に介設され、試料液が貯留される貯留部と前記参照液が通流する参照液通流路とが設けられると共に、前記参照液供給部から前記電極に向かう流路を、前記参照液が前記貯留部を通ってこの貯留部内の試料液を前記電極側に押し出す流路と、前記参照液が前記参照液通流路を通る流路と、の間で切り替え自在に構成された液切り替え部と、
前記圧電片を発振させるための発振回路と、
この発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、
この周波数測定部で測定された周波数を予め設定された時間間隔でサンプリングして周波数の時系列データを取得するデータ取得部と、
試料液を圧電センサーに供給したときに周波数の変化分を測定するために予め設定した測定時間を記憶する記憶部と、
前記参照液通流路を介して前記参照液を圧電センサーに供給したときに周波数の各サンプリングのタイミングを夫々始点とする、前記測定時間に相当する長さのサンプリング区間の群について、順次サンプリング区間毎に周波数安定度を算出し、算出された周波数安定度が測定感度に対応する許容値以下になったときに前記液切り替え部における流路を前記貯留部側に切り替えるように試料液の供給許可信号を出力する出力部と、を備え
前記測定時間は、前記参照液供給部によって前記貯留部の試料液を押し出す時の参照液の供給速度と、前記貯留部における試料液の貯留量とに基づいて設定されることを特徴とする感知装置。
Using a piezoelectric sensor in which an adsorption layer is formed on an electrode provided on the piezoelectric piece, the sensing object in the sample liquid is adsorbed on the adsorption layer, and the sensing is performed based on a change in the natural frequency of the piezoelectric piece. In a device for sensing an object,
A liquid supply path for supplying liquid to the electrode;
A reference liquid that is provided on the upstream side of the liquid supply path and stores a reference liquid that does not contain a substance adsorbed on the adsorption layer, and that pushes the reference liquid to the electrode side through the liquid supply path. A supply section;
A storage part that is interposed in the liquid supply path and a reference liquid flow path through which the reference liquid flows and a reference liquid flow path through which the reference liquid flows are provided, and a flow path from the reference liquid supply part to the electrode, The reference liquid is configured to be switchable between a flow path for pushing the sample liquid in the storage section through the storage section to the electrode side and a flow path for the reference liquid to pass through the reference liquid flow path. Liquid switching part,
An oscillation circuit for oscillating the piezoelectric piece;
A frequency measurement unit for measuring the oscillation frequency of the oscillation circuit;
A data acquisition unit that acquires frequency time-series data by sampling the frequency measured by the frequency measurement unit at a preset time interval;
A storage unit for storing a measurement time set in advance to measure a change in frequency when the sample liquid is supplied to the piezoelectric sensor;
Sampling intervals sequentially for a group of sampling intervals of a length corresponding to the measurement time, each starting from the timing of each frequency sampling when the reference solution is supplied to the piezoelectric sensor via the reference solution passage The frequency stability is calculated every time, and when the calculated frequency stability falls below the allowable value corresponding to the measurement sensitivity, the supply of the sample liquid is permitted so that the flow path in the liquid switching part is switched to the storage part side. An output unit for outputting a signal ,
The measurement time is set based on a reference liquid supply speed when the reference liquid supply unit pushes out the sample liquid in the storage unit and a storage amount of the sample liquid in the storage unit. apparatus.
前記周波数安定度は、以下の式で表されることを特徴とする請求項1に記載の感知装置。
Figure 0005292359

yk:各サンプリング区間毎のk番目のサンプリング時における周波数、m:各サンプリング区間に含まれるサンプリング数(k,m:正数)
The sensing device according to claim 1, wherein the frequency stability is expressed by the following equation.
Figure 0005292359

yk: frequency at the time of the kth sampling for each sampling interval, m: number of samplings included in each sampling interval (k, m: positive number)
測定感度を選択することにより、測定感度に対応する許容値を求める許容値取得部を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の感知装置。   The sensing device according to claim 1, further comprising an allowable value acquisition unit that obtains an allowable value corresponding to the measurement sensitivity by selecting the measurement sensitivity. 前記貯留部に対して試料液を供給する試料液供給部と
前記圧電センサーに供給された試料液及び参照液を排出する排出部と、を備え、
前記周波数安定度の算出及び前記試料液中の感知対象物の感知は、前記圧電センサーが置かれる雰囲気に夫々参照液及び試料液を流しながら行われることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の感知装置。
A sample solution supply part for supplying a sample solution for the reservoir,
A discharge unit for discharging the sample liquid and the reference liquid supplied to the piezoelectric sensor,
4. The calculation of the frequency stability and the detection of a sensing object in the sample liquid are performed while flowing a reference liquid and a sample liquid in an atmosphere in which the piezoelectric sensor is placed, respectively. A sensing device according to claim 1.
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