JP6210569B2 - センサ - Google Patents
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Description
本発明は、液体の性質あるいは液体に含まれる成分を測定することができるセンサに関するものである。なお、液体は、流動性を有するものであればよく、粘性が高くても構わない。
検出部上に位置している検体（検体液）に含まれる検出対象に応じた信号を出力するセンサにおいて、毛細管現象により検体液を検出部上に導くセンサが知られている（例えば特許文献１）。なお、特許文献１において、検出部は、検体液を導く流路の下面（底面）を構成する基板上に試薬を塗布することにより構成されており、流路下面と検出部とは連続している。
上記のようなセンサにおいて、流路下面と検出部との間に間隙が生じることがある。例えば、検出部を有するセンサ素子をパッケージに収容し、そのパッケージに流路を形成した場合、センサ素子とパッケージとの間には微小な間隙が生じ、ひいては、連続すべき流路下面とセンサ素子の素子面（検出部含む）との間にも間隙が生じる。
このような場合、毛細管現象による検体液の流れが、間隙において止まってしまい、検体液が素子面上（検出部上）へ到達できないおそれがある。
そこで、毛細管現象による流れを好適に生じさせることができるセンサの提供が望まれる。
本発明の一態様に係るセンサは、素子面を有し、前記素子面のうちの検出部に位置している検体に含まれる検出対象に応じた信号を出力するセンサ素子と、内部に前記センサ素子を収容しており、且つ、前記素子面上に位置する空間を含む流路を有するパッケージと、を備え、前記流路の下面は、前記素子面と、前記空間に向かって延びる流入路の下面とを有し、前記流入路の下面と前記素子面との間には第１間隙が位置しており、前記素子面は、少なくとも一部が前記流入路の下面よりも上方に位置している。
本発明の他の態様に係るセンサは、素子面を有し、前記素子面のうちの検出部に位置している検体に含まれる検出対象に応じた信号を出力するセンサ素子と、内部に前記センサ素子を収容しており、且つ、前記素子面上に位置する空間を含む流路を有するパッケージと、を備え、前記流路の下面は、前記素子面と、前記空間から前記検体の進行方向に延びる流出路の下面とを有し、前記素子面と前記流出路の下面との間には第３間隙が位置しており、前記流出路の下面は、少なくとも一部が前記素子面よりも上方に位置している。
本発明のさらに他の態様に係るセンサは、素子面を有し、前記素子面のうちの検出部に位置している検体に含まれる検出対象に応じた信号を出力するセンサ素子と、内部に前記センサ素子を収容しており、且つ、前記素子面上に位置する空間を含む流路を有するパッケージと、を備え、前記流路の下面には凹部を有しており、前記流路において、前記凹部に対して下流側の下面は、少なくとも一部が上流側の下面よりも上方に位置している。
上記の構成によれば、間隙（凹部）に到達した検体液が下流側の下面に触れやすくなる。その結果、毛細管現象による流れが間隙を超えやすくなる。
以下、本発明に係るセンサの実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する図面において、同様または類似する構成には同じ符号を付すものとする。また、図面において各部は模式的に示されており、各部の大きさ等は現実のものとは異なる場合がある。
また、センサは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともにｚ方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いるものとする。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るセンサ１（検体液センサ）を示す斜視図である。
図１は、第１の実施形態に係るセンサ１（検体液センサ）を示す斜視図である。
センサ１は、例えば、全体として概ね長方形の板状に形成されている。その厚みは、例えば、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、ｘ方向の長さは、例えば、１ｃｍ以上５ｃｍ以下であり、ｙ方向の長さは、例えば、１ｃｍ以上３ｃｍ以下である。
センサ１には、検体液を取り込むための流入口３、流入口３からの検体液が流れる流路５、流路５への検体液の流入に伴って流路５の排気を行うための排気口７が形成されている。また、センサ１には、電気信号の入出力に供される複数の端子９が設けられている。
流入口３は、例えば、センサ１の長方形の一端に開口している。流路５は、例えば、長方形の長手方向に延びている。排気口７は、例えば、センサ１の上面に開口している。複数の端子９は、例えば、長方形の他端に位置している。
センサ１は、例えば、発振回路等を含む不図示のリーダに装着される。装着は、例えば、センサ１の端子９側の端部をリーダのスロットに差し込むことによって行われる。そして、センサ１は、リーダから複数の端子９のいずれかに入力された電気信号を、流入口３から取り込んだ検体液の性質または成分に応じて変化させ、複数の端子９のいずれかからリーダへ出力する。センサ１は、例えば、使い捨てのセンサとされている。
図２は、センサ１の分解斜視図である。
センサ１は、センサ素子１１と、センサ素子１１を収容するパッケージ１３とを有している。センサ素子１１は、検体液に応じた電気信号の変換を実質的に行う。パッケージ１３は、センサ素子１１の取り扱い性の向上等に寄与する。
センサ素子１１は、例えば、概ね直方体状に形成されており、その上面は、検体液が供給される素子面１１ａとなっている。センサ素子１１は、素子面１１ａ上の検体液の性質または成分に応じて電気信号の変換を行う。
パッケージ１３は、例えば、下方側から順に積層される層状の下層部材１５、中層部材１７および上層部材１９を有している。中層部材１７には、切り欠き１７ａが形成されている。これにより、下層部材１５および上層部材１９の間に、センサ素子１１を収容するスペースや流路５が形成される。
下層部材１５は、例えば、プリント配線板と同様の構成とされている。その絶縁基体２１は、例えば、樹脂またはセラミックを主体として構成されている。絶縁基体２１の平面形状は、例えば、センサ１全体の平面形状と同様である。絶縁基体２１の上面には、センサ素子１１が配置されている。センサ素子１１は、例えば、接着剤によって、絶縁基体２１の上面に固定されている。下層部材１５は、その上面に、既述の複数の端子９と、複数の端子９とセンサ素子１１とを接続する複数の配線２３とを有している。
中層部材１７は、例えば、樹脂またはセラミック等の絶縁性材料によって構成されている。中層部材１７は、例えば、接着剤によって下層部材１５と貼り合わされている。中層部材１７の平面形状（概略形状）は、複数の端子９が露出するように、下層部材１５よりも若干短い長方形とされている。
上層部材１９は、例えば、親水性フィルムによって構成されている。従って、上層部材１９は、例えば、下層部材１５および中層部材１７に比較して検体液に対する濡れ性が高くなっている。なお、検体液に対する濡れ性（または親水性）は、一般に知られているように、検体液との接触角によってその程度を測定することができる。すなわち、濡れ性が高いほど接触角は小さくなる。上層部材１９は、例えば、接着剤によって中層部材１７と貼り合わされている。上層部材１９の平面形状は、中層部材１７と同様に、下層部材１５よりも若干短い長方形とされている。また、上層部材１９には、既述の排気口７が形成されている。
親水性フィルムとしては、親水化処理（親水性処理）が施された市販の樹脂性フィルムを使用することができる。例えば、親水性材料によって表面がコーティングされた樹脂性フィルムが使用されてよい。基材となる樹脂は、例えば、ポリエステル系またはポリエチレン系である。親水性材料は、例えば、ポリエチレングリコール、ホスホリルコリン、ポリエチレンオキシドまたはポリビニールアルコールである。また、親水性材料（親水性ポリマー）からなる樹脂性フィルムが使用されてもよい。
なお、センサ１は、例えば、可撓性を有していない。例えば、下層部材１５、中層部材１７および上層部材１９の少なくとも一つは、可撓性を有していない。
中層部材１７の厚みは、センサ素子１１の厚みよりも厚い。従って、切り欠き１７ａは、センサ素子１１上に、検体液が流れ込む空間５ｂ（図４参照）を形成する。切り欠き１７ａによって構成される流路５は、この空間５ｂと、空間５ｂに検体液を流入させる流入路５ａと、空間５ｂから検体液を流出させる流出路５ｃとを含んでいる。
絶縁基体２１の上面には、流入路５ａの下面を構成する流入側下面部材２５と、流出路５ｃの下面を構成する流出側下面部材２７とが設けられている。これらの部材は、例えば、上層部材１９と同様に、親水性フィルムによって構成されている。従って、流入路５ａおよび流出路５ｃの下面は、下層部材１５および中層部材１７に比較して、検体液との接触角が小さくなっている。
流入側下面部材２５は、例えば、流入側接着剤３７（図４参照）によって下層部材１５に固定されている。流出側下面部材２７は、例えば、流出側接着剤３９（図４参照）によって下層部材１５に固定されている。
流入路５ａは、例えば、一定の幅（ｙ方向）で流入口３から空間５ｂに直線状に延びる。また、流出路５ｃは、例えば、一定の幅で空間５ｂから流入口３とは反対側へ（検体液の進行方向へ）直線状に延びる。流入路５ａの幅および流出路５ｃの幅は、例えば、互いに同一であり、また、空間５ｂの幅よりも小さい。
流路５は、ｚ方向の高さが比較的小さく設定されている。例えば、流路５のｚ方向の高さは、５０μｍ以上０．５ｍｍ以下である。検体液の量を少なくする（例えば採血の量を少なくする）観点からは、流路５の高さは、５０μｍ程度であることが好ましい。また、上述のように、流路５の上面（天井面、上層部材１９の下面等）は、親水性であり、ひいては、検体液との接触角が小さい。
流路５のｚ方向の高さが小さく、また、流路５の上面および下面（流路５の内面）における検体液との接触角が小さいことから、検体液が流入口３に接触すると、検体液は、毛細管現象によって流入路５ａをセンサ素子１１に向かって流れる。すなわち、本実施形態においては、マイクロピペットなどの器具を用いて検体液を吸引し、吸引した検体液を流入口３へ流し込むというような作業は不要である。
なお、毛細管現象は、流路５の内面の接触角が９０°未満であれば、生じ得る。従って、流路５の内面の濡れ性（親水性）は、検体液（水に代表させてもよい）の接触角が９０°未満となる高さであればよい。また、毛細管現象を確実に生じさせる観点からは、流路５の内面の濡れ性は、接触角が６０°未満となる高さであることが好ましい。素子面１１ａについても同様である。
図３は、センサ素子１１を示す平面図である。
センサ素子１１は、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）を利用するＳＡＷセンサ素子により構成されている。センサ素子１１は、例えば、圧電基板２９と、圧電基板２９上に設けられた、金属膜３１、一対のＩＤＴ電極３３および複数のパッド３５とを有している。
圧電基板２９は、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）単結晶，ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）単結晶、水晶などの圧電性を有する単結晶の基板からなる。圧電基板２９の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板２９の厚みは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
金属膜３１は、例えば、平面形状が概ね矩形とされ、圧電基板２９の上面において、ｙ方向の中央に位置し、また、ｘ方向の概ね全体に亘るように設けられている。金属膜３１は、例えば、クロムおよびクロム上に成膜された金の２層構造となっている。金属膜３１の表面には、例えば、核酸やペプチドからなるアプタマーが配置（固定化）されている。
一対のＩＤＴ電極３３は、圧電基板２９の上面を伝搬するＳＡＷを発生させ、また、このＳＡＷを受信するためのものである。一対のＩＤＴ電極３３は、金属膜３１を挟んで配置されている。すなわち、金属膜３１は、ＳＡＷの伝搬路に位置している。金属膜３１および一対のＩＤＴ電極３３の並び方向は、例えば、流路５に交差（より具体的には直交）する方向である。
各ＩＤＴ電極３３は、一対の櫛歯電極を有している。各櫛歯電極は、バスバーおよびバスバーから延びる複数の電極指を有している。そして、一対の櫛歯電極は、複数の電極指が互いに噛み合うように配置されている。一対のＩＤＴ電極３３は、トランスバーサル型のＩＤＴ電極を構成している。
ＩＤＴ電極３３の電極指の本数、隣接する電極指同士の距離、電極指の交差幅などをパラメータとして周波数特性を設計することができる。ＩＤＴ電極によって励振されるＳＡＷとしては、レイリー波、ラブ波、リーキー波などが存在し、いずれが利用されてもよい。
一対のＩＤＴ電極３３のＳＡＷの伝搬方向における外側の領域にＳＡＷの反射抑制のための弾性部材が設けられてもよい。ＳＡＷの周波数は、例えば、数メガヘルツ（ＭＨｚ）から数ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲内において設定可能である。なかでも、数百ＭＨｚから２ＧＨｚとすれば、実用的であり、かつ圧電基板２９の小型化ひいてはセンサ素子１１の小型化を実現することができる。
複数のパッド３５は、ＩＤＴ電極３３と接続されている。また、複数のパッド３５は、例えば、ボンディングワイヤ３６（図４（ｂ）参照）を介して下層部材１５の配線２３に接続されている。端子９から入力された信号は、パッド３５を介して、ＩＤＴ電極３３に入力され、また、ＩＤＴ電極３３から出力された信号は、パッド３５を介して端子９に出力される。
ＩＤＴ電極３３、パッド３５およびこれらを接続する配線は、例えば、金、アルミニウム、アルミニウムと銅との合金などからなる。これらの導体は、多層構造とされてもよい。多層構造とする場合は、例えば、１層目がチタンまたはクロムからなり、２層目がアルミニウム、アルミニウム合金または金からなり、さらに最上層にチタンまたはクロムを積層してもよい。なお、これらの導体の厚みは、例えば、１μｍ未満であり、流路５の高さ（例えば５０μｍ以上）に及ぼす影響は小さい。
アプタマーが配置された金属膜３１に検体液が接触すると、検体液中の特定の標的物質がその標的物質に対応するアプタマーと結合し、金属膜３１の重さが変化する。その結果、一対のＩＤＴ電極３３間を伝搬するＳＡＷの位相特性などが変化する。従って、その位相特性などの変化に基づいて、検体液の性質または成分を調べることができる。
なお、金属膜３１のうち主として一対のＩＤＴ電極３３間の領域は、検出部１１ｂを構成している。既述の素子面１１ａは、検出部１１ｂを含む面であり、圧電基板２９、ＩＤＴ電極３３、金属膜３１、パッド３５および配線等の上面により構成されている。
図４（ａ）は、図１のIVａ−IVａ線における断面図であり、図４（ｂ）は、図１のIVｂ−IVｂ線における断面図である。
上述のとおり、パッケージ１３の内部には、検出部１１ｂ上の空間５ｂに検体液を流入させるための流入路５ａと、空間５ｂから検体液を流出させる流出路５ｃとが形成されている。
流入路５ａ、空間５ｂおよび流出路５ｃの上面は、いずれも親水性フィルムからなる上層部材１９によって構成されている。従って、これらの上面は、互いに連続して、連続面５ｅを構成している。なお、ここでいう連続は、流路の側面視において間隙や段差がないことを意味する。連続面５ｅは、流路の側面視において直線状乃至は直線に近い曲線状に延びている。
流入路５ａの下面は流入側下面部材２５によって構成されており、一方、空間５ｂの下面は素子面１１ａによって構成されている。従って、両者の間には間隙Ｇ１が生じている。同様に、空間５ｂの下面は素子面１１ａによって構成され、流出路５ｃの下面は流出側下面部材２７によって構成されており、両者の間には間隙Ｇ２が生じている。これらの間隙Ｇ１およびＧ２は、毛細管現象によって検体液が流れる妨げとなる。
そこで、素子面１１ａは、流入路５ａの下面よりも高くされている。同様に、流出路５ｃの下面は、素子面１１ａよりも高くされている。このような高さの調整は、例えば、流入側接着剤３７および流出側接着剤３９の厚みを調整することによってなされる。接着剤の厚みの調整に代えてまたは加えて、流入側下面部材２５および流出側下面部材２７の厚みの調整によって高さ調整がなされてもよい。
より具体的には、圧電基板２９の上面は、流入路５ａの下面よりも高くされている。ひいては、圧電基板２９上に位置する検出部１１ｂ（および検出部１１ｂを含む素子面１１ａ）は、流入路５ａの下面よりも高くなっている。
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、センサ１の作用を説明するための図であり、間隙Ｇ１付近の模式的な断面図である。
図５（ａ）に示すように、流入口３から取り込まれた検体液Ｌは、流入路５ａの上面及び下面を濡らそうとし、ひいては、毛細管現象によって流入路５ａを空間５ｂに向かって流れる。そして、検体液Ｌは、間隙Ｇ１に到達する。
図５（ｂ）に示すように、検体液Ｌが間隙Ｇ１に到達しても、上面側においては、検体液Ｌは、連続面５ｅをさらに濡らすように進行する。一方、下面側においては、濡らすべき下面が途切れることによって、検体液Ｌの進行は停止する。なお、流入側下面部材２５の側面は、親水性フィルムの裁断面であり、一般には濡れ性が低い。
しかし、素子面１１ａは、流入路５ａの下面よりも高くなっていることから、上面側における検体液Ｌの進行が進むと、検体液Ｌは、素子面１１ａの一部（本実施形態では間隙Ｇ１側の縁部）に接触する。そうすると、検体液Ｌは、素子面１１ａを濡らすべく、進行を再開する。
その結果、図５（ｃ）に示すように、毛細管現象によって検体液は空間５ｂを流れてゆく。
この検体液が間隙Ｇ１を超える作用は、素子面１１ａが流入路５ａの下面に対して高いほど、素子面１１ａが検体液に触れやすくなるから、生じやすくなる。また、検体液が間隙Ｇ１を超える作用は、連続面５ｅにおける検体液との接触角が小さいほど、検体液が連続面５ｅを濡らそうとして連続面５ｅを進行するから、生じやすくなる。
ここで、図５（ｂ）に直角三角形Ｔを点線で示しているように、検体液Ｌの素子面１１ａに触れる面は、直角三角形Ｔの斜辺によって近似することができる。この直角三角形Ｔを想定することにより、素子面１１ａの高さ等を適宜に設定することができる。
例えば、所定の接触角を仮定して素子面１１ａの高さを設定するような場合、直角三角形Ｔとして、流入路５ａの下面の間隙Ｇ１側の縁部から連続面５ｅへ引いた連続面５ｅの垂線を一の隣辺とし、連続面５ｅに沿う線を他の隣辺とし、連続面５ｅの接触角を上記の他の隣辺と斜辺との成す角とする直角三角形（第１の直角三角形）を想定する。この第１の直角三角形の斜辺は、所定の接触角で連続面５ｅと接する検体液Ｌの、素子面１１ａに触れるべき面を近似しているから、素子面１１ａは、その一部が斜辺に当接するようにその高さが設定されてよい。
具体的には、例えば、間隙Ｇ１の流路方向の長さと、接触角の正接との積よりも大きい差で、素子面１１ａが流入路５ａの下面よりも高ければ、素子面１１ａの間隙Ｇ１側の縁部は、第１の直角三角形の斜辺に当接する。
また、例えば、素子面１１ａの高さを仮定して検体液の接触角を設定する（連続面５ｅの材料を選択する）ような場合、直角三角形Ｔとして、流入路５ａの下面の間隙Ｇ１側の縁部から連続面５ｅへ引いた連続面５ｅの垂線を一の隣辺とし、連続面５ｅに沿う線を他の隣辺とし、流入路５ａの下面の間隙Ｇ１側の縁部から素子面１１ａの一部（本実施形態では間隙Ｇ１側の縁部）に当接する線を斜辺とする直角三角形（第２の直角三角形）を想定する。この第２の直角三角形における前記の他の隣辺（連続面５ｅ）と斜辺との成す角は、検体液Ｌが素子面１１ａに触れることができる最大の接触角を近似しているから、接触角は、前記の他の隣辺（連続面５ｅ）と斜辺との成す角よりも小さくなればよい。
より端的には、接触角は、流入路５ａの下面の間隙Ｇ１側の縁部から、素子面１１ａの一部に接するように延びる線（斜辺）と、連続面５ｅとが成す角よりも小さければよい。
親水性フィルム等は、水等との接触角を１０°未満とすることが可能なものも存在する。なお、接触角の測定は、１０°未満の範囲において行うことは難しく、接触角１０°未満であることの特定は、実質的に濡れ性が最大限に高いことの特定と同様である。連続面５ｅ（および各種流路の下面）は、検体液との接触角が１０°未満であることが好ましい。
ちなみに、接触角が１０°であると仮定した場合、前記の第１の直角三角形の斜辺に素子面１１ａの間隙Ｇ１側の縁部が当接するためには、素子面１１ａは、流入路５ａに対して、間隙Ｇ１の流路方向の長さ×ｔａｎ１０°の差で高くなっていればよい。ｔａｎ１０°は、約０．１８である。従って、接触角が１０°の場合、間隙Ｇ１の流路方向の長さの２割以上の差で素子面１１ａが流入路５ａよりも高くなっていれば、毛細管現象による流れが間隙Ｇ１を超える作用が期待される。
なお、流入路５ａと空間５ｂとの間の流れについて説明したが、空間５ｂと流出路５ｃとの間の流れも同様である。
以上のとおり、本実施形態では、間隙Ｇ１に対して下流側の下面（素子面１１ａ）は、少なくとも一部（本実施形態では全体）が、間隙Ｇ１に対して上流側の下面（流入路５ａの下面）よりも高くなっている。従って、連続面５ｅを濡らすように上面側にて進行した検体液を間隙Ｇ１を超えて素子面１１ａの一部（縁部）に触れさせ、毛細管現象による流れを素子面１１ａ側へ継続することができる。
＜第２の実施形態＞
図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るセンサ２０１を示す、図４（ａ）および図４（ｂ）に対応する断面図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るセンサ２０１を示す、図４（ａ）および図４（ｂ）に対応する断面図である。
センサ２０１は、センサ素子２１１が短絡電極２４１および保護膜２４３を有する点、流路の正面視において連続面２０５ｅに凸部２４５が設けられている点が第１の実施形態と相違する。具体的には、以下のとおりである。
短絡電極２４１は、圧電基板２９の上面のうち一対のＩＤＴ電極３３間に設けられている。保護膜２４３は、一対のＩＤＴ電極３３および短絡電極２４１の上から圧電基板２９の上面を覆っている。金属膜３１は、保護膜２４３の上に設けられている。
短絡電極２４１は、圧電基板２９の上面のうちＳＡＷの伝搬路となる部分を電気的に短絡させるためのものである。この短絡電極２４１を設けることによってＳＡＷの種類によってはＳＡＷの損失を小さくすることができる。なお、ＳＡＷとして特にリーキー波を使用したときに短絡電極２４１による損失抑制効果が高いと考えられる。短絡電極２４１は、例えば、図３において点線で示した検出部１１ｂの範囲と同等の範囲に亘って形成されている。短絡電極２４１は、電気的に浮き状態とされていてもよいし、グランド電位が付与されてもよい。
保護膜２４３は、例えば、パッド３５の配置領域を除いて、圧電基板２９の概ね全体を覆っており、一対のＩＤＴ電極３３および短絡電極２４１等の導体の酸化防止などに寄与する。保護膜２４３は、例えば、無機絶縁材料からなる。無機絶縁材料は、例えば、酸化珪素（例えばＳｉＯ２）、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、窒化珪素、またはシリコンである。なお、保護膜２４３の厚み（圧電基板２９の上面からの高さ）は、例えば、ＩＤＴ電極３３等の導体の厚みよりも厚い。また、保護膜２４３の厚みは、例えば、２００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
凸部２４５は、例えば、親水性フィルムを上層部材１９の下面に貼り付けることによって構成されている。凸部２４５の下面における検体液との接触角は、上層部材１９の下面における検体液との接触角以下であることが好ましい。凸部２４５は、例えば、金属膜３１と同等の幅で、流入路５ａ、空間５ｂおよび流出路５ｃに亘って延びている。
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、素子面２１１ａ（検出部２１１ｂを含む）は流入路５ａの下面よりも高くされており、第１の実施形態と同様に、間隙Ｇ１を超えるように検体液を流れさせることができる。
保護膜２４３は、その厚み次第では、素子面２１１ａを流入路５ａの下面よりも高くすることに寄与する。保護膜２４３の厚み調整は、ＣＶＤ等の薄膜形成において比較的容易にできるから、素子面２１１ａの高さ調整が容易化される。
凸部２４５は、素子面２１１ａとの距離が短くなるから、毛細管現象が生じやすくなる。従って、例えば、空間５ｂの側方よりも検出部２１１ｂ上を優先的に検体液が流れるようにし、検出部２１１ｂ上に気泡ができることを抑制することができる。当該効果は、凸部２４５の下面における検体液との接触角がその側方に隣接する面における検体液との接触角よりも小さいときに顕著である。
（変形例）
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、流路形状等の変形例を示す模式的な断面図である。
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、流路形状等の変形例を示す模式的な断面図である。
図７（ａ）は、図５と同様に、流路を側面から見た断面図を示している。この変形例では、連続面５ｅは傾斜している。具体的には、流入路５ａの高さよりも空間５ｂの高さの方が低くなるように傾斜している。このような傾斜は、中層部材１７の厚みを適宜に調整することによって実現したり、または、流入路５ａよりも面積の広い空間５ｂにおいて上層部材１９を撓ませることによって実現することができる。このように連続面５ｅが傾斜している場合、例えば、検体液Ｌは、より間隙Ｇ１を超えやすくなると期待される。
図７（ｂ）は、図５と同様に、流路を側面から見た断面図を示している。この変形例では、素子面３１１ａの全体が流入路５ａの下面よりも高くなるのではなく、素子面３１１ａに凸部３１１ｃが形成されることによって素子面３１１ａの一部のみが流入路５ａの下面よりも高くなっている。凸部３１１ｃは、例えば、圧電基板２９上に金属または樹脂を配置することによって形成される。このような態様においても、検体液が凸部３１１ｃに触れると、検体液が凸部３１１ｃを濡らそうとすることによって、下面側における検体液の流れが再開される。
図７（ｃ）は、流路５を正面から見た断面図を示している。なお、この断面図は、流入路５ａ、空間５ｂおよび流出路５ｃのいずれの位置の断面であってもよい。この変形例では、流路５は、上面の側方の角部が曲面によって面取りされている。このような面取りは、例えば、中層部材１７に切り欠き１７ａを形成するときに、その切り欠き１７ａを構成する側面に傾斜面を形成することによって実現される。この変形例においては、面取りされた部分において流路の高さが低くなっており、この位置において検体液が間隙を超えやすくなっている。その一方で、この変形例では、上面全体を低くする場合に比較して、流路面積を確保しやすい。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
センサは、ＳＡＷを利用するものに限定されない。例えば、表面プラズモン共鳴を利用するものであってもよいし、水晶振動子の振動を利用するものであってもよい。また、センサは、バイオセンサに限定されない。別の観点では、検出部は、アプタマーが配置されるものに限定されない。例えば、検出部は、電位の変化に基づいてpＨ（ペーハー）を測定するための電極によって構成されていてもよい。
また、センサがＳＡＷを利用するものである場合、流れ方向に複数対のＩＤＴ電極が配置されてもよい。この場合、各ＩＤＴ電極対の間に配置されるアプタマーの種類を変えて複数種類の測定を行ったり、アプタマーが配置されたＩＤＴ電極対とアプタマーが配置されていないＩＤＴ電極対とを比較して測定を行ったりすることができる。
また、センサは、どのような用途に用いられるものであってもよい。換言すれば、検体（検体液）の種類は、どのようなものであってもよい。例えば、検体の種類は、体液（例えば血液）であってもよいし、飲料であってもよいし、薬液であってもよいし、純水でない水（例えば海水、湖水、地下水）であってもよい。また、例えば、検体の種類は、水を含むものであってもよいし、油を含むものであってもよい。また、例えば、検体の種類は、溶液であってもよいし、ゾルであってもよい。
なお、検体の一の種類において、個々の検体は、その成分等に不確定性を有している。例えば、検体の種類が血液の場合、その血液に含まれる成分の量が人によって（個々の検体によって）異なるからこそ、血液はセンサの測定対象となっている。従って、厳密には、流路の内面における検体との接触角は、個々の検体毎に異なる。
しかし、一般には、その差は微差である。または、毛細管現象を利用するセンサは、そのような差が問題とならないように構成される。従って、例えば、実施品の流路の内面における検体との接触角は、個々の検体との接触角によって判断されてもよいし、標準的な成分構成の検体との接触角によって判断されてもよい。なお、特異な検体が存在し得る場合には、好ましくは後者である。また、検体の種類が溶液であり、かつ、溶媒が水の場合においては、検体との接触角は、水との接触角によって判断されてよい場合が多いと考えられる。
検体液の流れる流路は、実施形態に例示したもの以外に、適宜に構成されてよい。例えば、実施形態では、流入口３は、パッケージ１３の端面に開口したが、パッケージ１３の上面に開口してもよい。また、例えば、実施形態では、排気口７は、パッケージ１３の上面に開口したが、パッケージ１３の端面に開口してもよい。また、例えば、実施形態では、流入路５ａおよび流出路５ｃの幅は、空間５ｂの幅よりも狭くされたが、空間５ｂの幅と同等であってもよい。
また、例えば、流路は、流入路および流出路の双方を含んでいる必要は無い。ここで、流出路が必須でないことは明らかである。例えば、素子面上の空間に隣接して排気口が形成されてもよい。
また、流入路および流出路の双方が設けられている場合において、間隙（凹部）に対して下流側の下面が、間隙に対して上流側の下面よりも高くなる構成は、流入路および流出路の双方において適用されている必要はなく、いずれか一方のみに適用されてもよい。
流路は、適宜な部材によって形成されてよい。例えば、中層部材を２層から構成し、下層部材上に配置される１層目は、センサ素子を配置するための孔が形成された形状とし、その上に配置される２層目は、センサ素子を配置するための孔、ならびに、流入路に対応する切り欠きが形成された形状とし、実施形態の流入側下面部材２５を省略するようにしてもよい。
流路内面の濡れ性を高くする方法は、親水性フィルムを配置する方法に限定されない。例えば、基材に対して親水性処理を施してもよい。親水性処理としては、例えば、コーティング剤を配置（定着）させる方法が挙げられる。より具体的には、例えば、基材に対して、酸素プラズマによるアッシングを行い、シランカップリング剤を塗布し、コーティング剤としてのポリエチレングリコールを塗布してもよい。また、例えば、基材に対して、ホスホリルコリンを有する処理剤を用いて表面処理を行い、コーティング剤としてのホスホリルコリンを定着させてもよい。
第２の実施形態では、流路の上面について、凸部が形成される点に着目して説明した。しかし、第２の実施形態からは、流路の上面における検体液との接触角を、流路の幅方向において部分的に変化させるという特徴を抽出可能である。この特徴を適用するに際して、検体液との接触角が小さい領域は、必ずしも凸部の表面である必要は無い。換言すれば、上層部材の下面に親水性フィルムを貼るのではなく、上層部材の下面に親水性処理（または疎水化処理）を施して、検体液との接触角が小さい領域を適宜な位置（例えば検出部に対向する位置）に形成してよい。
第１間隙（実施形態では間隙Ｇ１）を超える流れを生じさせるに際しては、圧電基板の上面が流入路の下面よりも高いことも有効であるし、素子面の上面が流入路の下面よりも高いことも有効である。なお、圧電基板の上面に所定の構成を追加した場合の表面が素子面である。追加構成としては、検出部、ＩＤＴ、保護層（ＳｉＯ２）などが含まれる。圧電基板の上面は、必ずしもその全体が流入路の下面よりも高い必要は無く、一部のみが高くてもよい。
流路の下面の間隙（凹部）は、センサ素子とパッケージとの間の間隙に限定されない。換言すれば、間隙に対して下流側の下面を、間隙に対して上流側の下面よりも高くする特徴が適用される構成は、流入路の下面および素子面の組み合わせ、ならびに、素子面および流出路の下面の組み合わせに限定されない。前記の特徴は、複数部材からパッケージを構成することに起因して生じる何らかの間隙の前後の下面に適用されてもよい。このような場合であっても、検体液が間隙を超える効果が奏される。
１…センサ、５ａ…流入路、５ｂ…空間、５ｅ…連続面、１１…センサ素子、１１ａ…素子面、１１ｂ…検出部、１３…パッケージ、Ｇ１…間隙（凹部）。
Claims (18)
- 素子面を有し、前記素子面のうちの検出部に位置している検体に含まれる検出対象に応じた信号を出力するセンサ素子と、
内部に前記センサ素子を収容しており、且つ、前記素子面上に位置する空間を含む流路を有するパッケージと、
を備え、
前記流路の下面は、前記素子面と、前記空間に向かって延びる流入路の下面とを有し、
前記流入路の下面と前記素子面との間には第１間隙が位置しており、
前記素子面は、少なくとも一部が前記流入路の下面よりも上方に位置している
センサ。 - 前記センサ素子は、前記素子面の前記検出部と、前記検出部の両側に位置している一対のＩＤＴ電極とを上面に有する圧電基板を有し、
前記圧電基板の前記上面は、少なくとも一部が前記流入路の下面よりも上方に位置している
請求項１に記載のセンサ。 - 前記センサ素子は、前記流路の流れ方向に、複数対の前記ＩＤＴ電極を有している
請求項２に記載のセンサ。 - 前記流入路を側面視したときに、前記流路の上面における前記検体との接触角は、前記流入路の下面のうち前記第１間隙側の縁部から、前記素子面の一部に接するように延びる直線と、前記流路の上面とが成す角よりも小さい
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記流路の下面は、前記空間から前記流入路とは異なる方向に延びる流出路の下面をさらに含み、
前記素子面と前記流出路の下面との間には第２間隙が位置しており、
前記流出路の下面は、少なくとも一部が前記素子面よりも上方に位置している
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記パッケージは、
下層部材と、
前記下層部材上に接着剤によって接着され、前記流入路の下面を構成する流入側下面部材と、を有し、
前記素子面は、前記第１間隙の流路方向の長さと、接触角の正接との積よりも大きい差で、前記流入路の下面よりも上方に位置している
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ。 - 素子面を有し、前記素子面のうちの検出部に位置している検体に含まれる検出対象に応じた信号を出力するセンサ素子と、
内部に前記センサ素子を収容しており、且つ、前記素子面上に位置する空間を含む流路を有するパッケージと、
を備え、
前記流路の下面には凹部を有しており、
前記流路において、前記凹部に対して下流側の下面は、少なくとも一部が上流側の下面よりも上方に位置している
センサ。 - 前記流路を側面視したときに、前記流路の上面における前記検体との接触角は、前記凹部に対して上流側の下面のうち前記凹部側の縁部から、前記凹部に対して下流側の下面の一部に接するように延びる直線と、前記流路の上面とが成す角よりも小さい
請求項７に記載のセンサ。 - 前記検出部は、アプタマーを有している、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ。
- 前記流路の上面における前記検体との接触角は、１０°未満である
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記流路の上面は、下流側が低くなるように傾斜している
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記素子面は、前記流路の上面に向かって突出する凸部を含んでいる
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記流路は、上面と側面との角部が曲面によって面取りされている
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記センサ素子は、上面全体が前記流路内に露出している
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記パッケージは、前記流路の下面から下方へ凹んでいる、前記センサ素子を収容している収容凹部を有しており、
前記センサ素子の外周面は、前記収容凹部の内周面から離れている
請求項１４に記載のセンサ。 - 前記流路の上面は、下方へ突出し、かつ前記検出部上を前記流路に沿って通過するように延びる凸部を有している
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記流路の上面は、
前記検出部上を前記流路に沿って通過するように延びる第１領域と、
前記第１領域の側方両側に位置する第２領域と、を有しており、
前記第１領域は、前記第２領域よりも前記検体との接触角が小さい
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のセンサ。 - 前記流路は、毛細管現象を生じさせる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のセンサ。
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