JP6284220B2 - 表面弾性波センサおよび表面弾性波センサ装置 - Google Patents
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Description
前記被検出物収容材は、前記圧電材上であって励起部と受信部との間の伝搬面上で、前記溝部の開口が前記圧電材に向けて位置するように、前記圧電材に対し離接可能に配置されていることを特徴とする。
さらに、溝部の開口側周囲の外面を疎水性材料とする場合、表面に疎水性材料を被覆してもよく、また、その内側を含めて疎水性材料で構成してもよい。
なお、親水性、疎水性は、相対的なものであり、これを満たせばよい。さらには、両者の関係が溝部から液漏れしない条件を満たすのが一層望ましい。
表面弾性波センサ装置1は、表面弾性波センサ10と分析装置30を備えている。なお、この実施形態では、表面弾性波センサ10はレイリー波デバイスを用いるものとする。分析装置30には、ネットワークアナライザやインピーダンスアナライザなどを用いることができる。分析装置30では、測定データに基づいて特性評価として表示したり、印刷などしたりすることができる。すなわち、分析装置30は、本発明の判定部に相当する。また、分析装置30では、CPUなどを設けることで、測定データに基づいてさらに詳細な分析を行えるようにしてもよい。
入力電極11及び出力電極12は、櫛形電極などによって構成される。櫛形電極は、Al蒸着後、フォトリソグラフィーによって不要な金属部分をウエットエッチング除去し形成することができるが、本発明としてはその構成や形成方法が特に限定されるものではない。
入力電極は、櫛型電極幅に影響する周波数、溝基板の溝幅、溝深さについて、測定したい溶液の濃度によって感度が変わることから最適な形状を決めることが必要である。
さらに、入力電極11の他端には配線15が接続されて接地され、出力電極12の他端には配線16が接続されて接地されている。
なお、圧電材13は、図2に示すように少なくともレイリー波の伝搬面上で疎水性材料100を有している。疎水性材料100は、圧電材13の表面に疎水性材料を被覆することで形成することができ、また、圧電材13の材料自体が疎水性材料で構成されるものであってよい。要は、圧電材13の伝搬面が疎水性材料になっていればよい。
溝の深さと溝の幅は特定の範囲に限定されるものではないが、表面弾性波の伝搬方向で、0.2〜0.6mmの溝幅を有し、溝深さが0.1〜0.3mmの範囲内にあるのが望ましい。
被検出物収容材20は、ガラス、石英、水晶、シリコン、プラスチック等を用いることができる。溝部21はダイサー装置などの機械加工やドライエッチングなどにより形成することができるが、その形成方法が特に限定されるものではなく、溝部を有する形状で被検出物収容材20を作製するものであってもよい。
さらに、被検出物収容材20は、圧電材13上に設置した際に、少なくとも溝部21の開口側の周囲の外面が圧電材13に接触している。そして少なくとも開口側の周囲の外面は、疎水性材料220で構成されている。疎水性材料220は、上記外面に疎水性材料を被覆することで形成することができ、また、被検出物収容材20の材料自体が疎水性材料で構成されるものであってよい。要は、上記外面が疎水性材料になっていればよい。
上記材料を被覆により構成する場合、例えば親水性材料としてシリカ系、チタニア系親水化材などを用いることができ、疎水性材料としてシリカ系、フッ素系撥水材などを用いることができる。
比較により上記材料を構成する場合、不織布等に親水性材料や疎水性材料を染み込ませて塗布する方法や蒸着による方法等を用いることができる。
被検出物収容材20の溝部21に被検出物溶液7を滴下し、前記溝部21に前記被検出物溶液7を収容する。被検出物としては、水に不溶性の金属ナノ粒子、水に可溶性のたんぱく質等を挙げることができるが、本発明としては被検出物の種別が特定のものに限定されるものではない。
なお、測定に用いる周波数は、被検出物を含む溶液の濃度によって感度が異なるものの、溝幅と溝深さ形状に影響する測定ばらつきの理由で、30〜500MHzを用いることが望ましい。さらに、上記周波数は、同様の理由で下限を100MHz、上限を200MHzとするのが一層望ましい。好適な周波数にすることで、前記溝幅において良好な感度が得られ、また、ばらつきが小さくなる。
この実施例では、表面弾性波センサ装置として実施形態で示した装置を用いた。
また、表面弾性波センサの圧電基板には厚み0.5mm、ST−カット水晶ウエハーを用いた。
被検出物収容材は、ガラス基板を用いており、該ガラス基板に疎水性材料をクリーンワイパーなどに染み込ませ全面に塗布し、その後、ダイサー装置によって、溝幅0.2、0.4、0.6mm、溝深さ0.1、0.2、0.3mmの各サイズの溝部を加工した。
圧電材の伝搬面上に、前記溝部が下向きになるようにして被検出物収容材を設置した。
溝部は親水性であり、溝部の周囲の外面が疎水性であるので、毛細管現象により被検出物溶液を滴下すると自然に溝部に溶液が入った。
まず、原液濃度10mMのナノ金分散液(ルネッサンス・エナジー・リサーチ製)を純水で希釈し、濃度0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/ml溶液を作製した。
櫛形電極の幅は20μmと5μmを作製し、それぞれの電極の幅で励起される弾性波の周波数39.5MHzと157.6MHzとした。
溝幅は0.4mm、溝深さ0.2mmの溝部にナノ金分散液を滴下し、周波数39.5MHzと157.6MHzとして、測定は、液滴後、励起して10秒後のレイリー波電気信号を計測した。測定では各位相シフトを測定した。位相シフトは純水を溝部に滴下したときの位相データをゼロとし、それぞれのナノ金分散液濃度を溝部に滴下したときの位相データの差とした。
櫛型電極の幅は5μmとし、励起される弾性波の周波数157.6MHz、溝幅0.4mm、溝深さ0.1、0.2、0.3mmで比較した。位相シフトは純水を溝部に流したときの位相データをゼロとし、それぞれのグリコーゲン溶液を溝部に流したときの位相データの差とした。
ナノ金分散液同様、設定範囲内で溝深さが深いほど位相シフト感度が高いが、測定バラツキが大きい傾向にあることがわかった。
本実施例では、溝深さ、溝幅を変えた評価結果から、レイリー波を使用して測定を行う場合、設定範囲内で溝深さが深いほど位相シフト感度が高いことがわかった。
3 レイリー波
3a 縦波
7 被検出物溶液
7a 溶液
10 表面弾性波センサ
11 入力電極
12 出力電極
13 圧電材
20 収容材
21 溝部
30 分析装置
100 疎水性材料
210 親水性材料
220 疎水性材料
Claims (10)
- 圧電材と、前記圧電材に表面弾性波を励起させる励起部と、前記圧電材を伝搬する前記表面弾性波を受信する受信部と、被検出物溶液を収容する溝部が設けられた被検出物収容材とを有し、
前記被検出物収容材は、前記圧電材上であって励起部と受信部との間の伝搬面上で、前記溝部の開口が前記圧電材に向けて位置するように、前記圧電材に対し離接可能に配置されていることを特徴とする表面弾性波センサ。 - 前記被検出物収容材は、溝部内面が親水性材料で構成され、前記溝部の開口側周囲の外面が疎水性材料で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波センサ。
- 前記圧電材は、少なくとも、前記被検出物収容材が配置される前記伝搬面が疎水性材料で構成されていることを特徴とする請求項2に記載の表面弾性波センサ。
- 前記溝部は、一定の深さと、前記伝搬面上における前記表面弾性波の伝搬方向で一定の幅を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の表面弾性波センサ。
- 前記溝部は、前記伝搬面上における前記表面弾性波の伝搬方向で、0.2〜0.6mmの溝幅を有し、かつ溝深さが0.1〜0.3mmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の表面弾性波センサ。
- 前記溝部は、前記伝搬面を伝搬する表面弾性波によって前記溝部内に収容した前記被検出物のストリーミングを生じさせるものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の表面弾性波センサ。
- 前記溝部は、長さ方向端部の一方または両方が前記被検出物収容材の側面に開口していることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の表面弾性波センサ。
- 前記表面弾性波がレーリー波であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の表面弾性波センサ。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の表面弾性波センサと、前記表面弾性波センサの受信部で受信した表面弾性波の測定データに基づいて、前記表面弾性波センサに収容された被検出物溶液の特性を示す判定部と、を備えることを特徴とする表面弾性波センサ装置。
- 前記判定部は、基準溶液における測定データと被検出物溶液における測定データとの対比によって得られる測定データと被検出物量との相関関係を予め求めておき、前記被検出物溶液の測定データによって溶質質量を判定することを特徴とする請求項9に記載の表面弾性波センサ装置。
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