JP6100760B2 - バイモルフにより作動されピエゾ抵抗により読出しを行うマイクロカンチレバーセンサ - Google Patents
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Description
図1および図2に示すように、流体の熱伝導率を測定する標準的な方法では、熱線方法を用いる。この方法は、ヒータおよび温度センサが位置する表面の近傍の検査流体媒質を通して直線熱源から既知の距離の所の温度の動的上昇を測定することに基づく。既知の流れが熱をセンサに運び、温度の測定が行われる流体流内で、同様の構成を使用することもできる。ヒータおよびセンサは、それぞれジュールヒータおよび熱電対として作用する、単純な金属蒸着トラックである。
また、機械的(粘度)マイクロカンチレバー流体プローブを熱測定と組み合わせることも可能である。このようなシステムは、1つの低エネルギーパルスで、例えば粘度、熱伝導率、熱容量、密度および温度など(ただしこれらに限定されない)、流体媒質の複数の特徴の測定値を抽出することができる可能性があるように構成することができる。これは、撓みに対する感度が50%であり、温度に対する感度が50%である応答を与えるピエゾ抵抗の材料を選択することによって実現することができる。例えば、ニクロムは、適した選択肢である。
受動差動検知=(SIG A+DRIFT)cantilever1−(DRIFT)cantilever2=(SIG A)
Claims (14)
- 流体媒質試料における反応を検出する方法であって、
第1のコーティングされていないマイクロカンチレバーセンサを準備するステップと、
第2のコーティングされたマイクロカンチレバーセンサを準備するステップとを含み、
前記コーティングされたマイクロカンチレバーおよび前記コーティングされていないマイクロカンチレバーが、異なる熱膨張係数を有する少なくとも2つの材料から実質的に同じように形成され、ヒータおよびピエゾ抵抗センサをその内部に一体化し、前記マイクロカンチレバーが、コーティング前に入力電気パルスに対して実質的に同じ特徴応答を示し、
前記第2のコーティングされたマイクロカンチレバーのコーティングが、検出対象の反応を引き起こす、または加速し、
前記方法が、
前記1つまたは複数の電気パルスで前記第1および第2のマイクロカンチレバーの両方を同時に作動させるステップをさらに含み、
前記一体化されたヒータに1つまたは複数の電気パルスをパルス出力して、前記マイクロカンチレバー中で発熱を引き起こし、且つある体積の前記流体媒質試料内での前記マイクロカンチレバーのスイープ及び/又は周囲の流体媒質試料内への熱放散を引き起し、
前記1つまたは複数の電気パルスは、
単一の短いパルス、
複数の短いパルス、
単一の長いパルス
複数の長いパルス、および
任意の所定の配列で交互に現れる長いパルスと短いパルス
のうちの任意の1つまたは複数を含み、それにより、前記少なくとも1つのマイクロカンチレバーを、熱的感度が大きくなるように、又は機械的感度が大きくなるように調整することができ、
前記機械的検知は、前記マイクロカンチレバーの前記スイープの減衰を検知することにより前記流体媒質試料の少なくとも1つの物理的特性の変化を検出し、前記熱的検知は、前記周囲の流体媒質試料内への熱の放散を検知することにより前記流体媒質試料の少なくとも1つの熱的特性の変化を検出し、
前記方法が、
両方のマイクロカンチレバーを前記流体媒質試料中に浸漬したときに、前記コーティングされたマイクロカンチレバーに一体化されたピエゾ抵抗センサの出力を、前記コーティングされていないマイクロカンチレバーに一体化されたピエゾ抵抗センサの出力と比較することによって、前記マイクロカンチレバーを検査対象の前記流体媒質試料中に浸漬したときの前記第1および第2のマイクロカンチレバーへの1つまたは複数の電気入力パルスに対する応答の差を検出するステップ
をさらに含む、方法。 - 前記1つまたは複数の特定の反応が、共有結合反応、非共有結合反応、結合反応、非結合反応、抗体抗原反応、凝集反応、および血液型反応のうちのいずれか1つまたは複数を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記流体媒質応答中の前記1つまたは複数の特定の反応の前記特徴が、前記1つまたは複数の特定の反応の有無または程度である、請求項1または2に記載の方法。
- 熱的および/または機械的シグネチャを使用して流体媒質試料における1つまたは複数の特定の反応をモニタリングする方法であって、
少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサを準備するステップであり、前記マイクロカンチレバーセンサが、異なる熱膨張係数を有する少なくとも2種類の材料を含み、ヒータおよびピエゾ抵抗センサをその内部に一体化し、前記少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサが、熱的変化および/または機械的変化に合わせて較正され、前記少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーの自由端部が、前記流体媒質試料中に浸漬するように動作可能である、ステップと、
前記ヒータに1つまたは複数の電気パルスをパルス出力して、前記マイクロカンチレバー中で発熱を引き起こすステップと、
前記一体型ピエゾ抵抗センサの出力をサンプリングして、前記流体媒質における前記特定の反応の間の前記マイクロカンチレバーの応答を特徴付けるステップと、
前記サンプリングした出力から前記較正されたマイクロカンチレバーの応答特性を減算して、前記流体媒質試料における前記1つまたは複数の特定の反応の特徴を決定するステップとを含み、
前記ヒータ(310)に1つまたは複数の電気パルスをパルス出力して、前記マイクロカンチレバー(300)中で発熱を引き起こし、且つある体積の前記流体媒質試料(130)内で前記マイクロカンチレバーのスイープ(610)を引き起し、
前記少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサ(300)を準備するステップは、機械的検知モード及び熱的検知モードの両方を備えている少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサを準備するステップをさらに含み、
前記機械的検知モードは、前記マイクロカンチレバーのスイープの減衰を検知することにより、前記流体媒質試料(130)の少なくとも1つの物理的特性の変化を検知し、
前記熱的検知モードは、周囲の前記流体媒質試料(130)内への熱の散逸を検知することにより、前記流体媒質試料(130)の少なくとも1つの熱的特性の変化を検知する、
方法。 - 前記少なくとも1つのマイクロカンチレバーを、前記流体媒質試料に対して実行すべき検査に応じて、熱的感度が大きくなるように、機械的感度が大きくなるように、またはその両方の間の変動比率になるように調整するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- 熱的および/または機械的シグネチャを使用して流体媒質試料における1つまたは複数の特定の反応をモニタリングする方法であって、
少なくとも1つのマイクロカンチレバーセンサを準備するステップであり、前記マイクロカンチレバーセンサが、異なる熱膨張係数を有する少なくとも2種類の材料を含み、ヒータおよびピエゾ抵抗センサをその内部に一体化した、ステップと、
前記少なくとも1つのマイクロカンチレバーの熱的変化に対する応答を較正して、較正されたマイクロカンチレバー応答特性を形成するステップと、
前記流体媒質試料中で前記特定の反応を開始するステップと、
前記ヒータに1つまたは複数の電気パルスをパルス出力して、前記マイクロカンチレバー中で発熱を引き起こすステップと、
前記一体型ピエゾ抵抗センサの出力をサンプリングして、前記流体媒質における前記特定の反応の間の前記マイクロカンチレバーの応答を特徴付けるステップと、
前記サンプリングした出力から前記較正されたマイクロカンチレバー応答特性を減算して、前記流体媒質試料における前記1つまたは複数の特定の反応の特徴を決定するステップと
を含み、
前記ヒータ(310)に1つまたは複数の電気パルスをパルス出力して、前記マイクロカンチレバー(300)中で発熱を引き起こし、且つある体積の前記流体媒質試料(130)内で前記マイクロカンチレバーのスイープ(610)を引き起し、
前記少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサ(300)を準備するステップは、機械的検知モード及び熱的検知モードの両方を備えている少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサを準備するステップをさらに含み、
前記機械的検知モードは、前記マイクロカンチレバーのスイープの減衰を検知することにより、前記流体媒質試料(130)の少なくとも1つの物理的特性の変化を検知し、
前記熱的検知モードは、周囲の前記流体媒質試料(130)内への熱の散逸を検知することにより、前記流体媒質試料(130)の少なくとも1つの熱的特性の変化を検知する、
方法。 - 熱的シグネチャを使用することが、熱的および機械的シグネチャを使用することを含み、前記少なくとも1つのマイクロカンチレバーの応答を較正するステップが、熱的および機械的変化を較正するステップをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記1つまたは複数の特定の反応が、共有結合反応、非共有結合反応、結合反応、非結合反応、抗体抗原反応、凝集反応、および血液型反応のうちのいずれか1つまたは複数を含む、請求項6または7に記載の方法。
- 前記流体媒質応答における前記1つまたは複数の特定の反応の前記特徴が、前記1つまたは複数の特定の反応の有無または程度である、請求項6から8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのマイクロカンチレバーを、前記1つまたは複数の特定の反応のうちの少なくとも1つのための試薬でコーティングするステップをさらに含む、請求項6から9のいずれか1項に記載の方法。
- 1つが試薬でコーティングされ、1つはコーティングされない、少なくとも2つの実質的に同じマイクロカンチレバーを準備するステップと、両方のマイクロカンチレバーが前記流体媒質試料に浸漬されたときに、前記コーティングされたマイクロカンチレバーに一体化されたピエゾ抵抗センサの出力を、前記コーティングされていないマイクロカンチレバーに一体化されたピエゾ抵抗センサの出力と比較するステップとをさらに含む、請求項6から10のいずれか1項に記載の方法。
- 熱的および/または機械的シグネチャを使用して流体媒質試料の少なくとも1つの熱的特性を測定する方法であって、
少なくとも1つのマイクロカンチレバーセンサを準備するステップであり、前記マイクロカンチレバーセンサが、異なる熱膨張係数を有する少なくとも2種類の材料を含み、ヒータおよびピエゾ抵抗センサをその内部に一体化した、ステップと、
既知の流体媒質試料の熱的変化に対する前記少なくとも1つのマイクロカンチレバーの応答を較正して、較正されたマイクロカンチレバー応答特性を形成するステップと、
前記少なくとも1つのマイクロカンチレバーセンサの少なくとも自由端部を未知の流体媒質試料に浸漬するステップと、
前記ヒータに1つまたは複数の電気パルスをパルス出力して、前記マイクロカンチレバー中で発熱を引き起こすステップと、
前記一体型ピエゾ抵抗センサの出力をサンプリングして、前記流体媒質における前記マイクロカンチレバーの応答を特徴付けるステップと、
前記サンプリングした出力から前記較正されたマイクロカンチレバーの応答特性を減算して、前記流体媒質試料の前記熱的特性を決定するステップと
を含み、
前記ヒータ(310)に1つまたは複数の電気パルスをパルス出力して、前記マイクロカンチレバー(300)中で発熱を引き起こし、且つある体積の前記流体媒質試料(130)内で前記マイクロカンチレバーのスイープ(610)を引き起し、
前記少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサ(300)を準備するステップは、機械的検知モード及び熱的検知モードの両方を備えている少なくとも1つの較正されたマイクロカンチレバーセンサを準備するステップをさらに含み、
前記機械的検知モードは、前記マイクロカンチレバーのスイープの減衰を検知することにより、前記流体媒質試料(130)の少なくとも1つの物理的特性の変化を検知し、
前記熱的検知モードは、周囲の前記流体媒質試料(130)内への熱の散逸を検知することにより、前記流体媒質試料(130)の少なくとも1つの熱的特性の変化を検知する、
方法。 - 前記少なくとも1つのマイクロカンチレバー応答を較正するステップが、既知の流体の熱的および機械的変化を較正するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記流体の前記少なくとも1つの熱的特性が、熱伝導率、熱容量、温度、体積熱容量および熱拡散率のうちのいずれか1つまたは複数である、請求項12に記載の方法。
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