JP6391653B2 - 検体センサおよび検体センシング方法 - Google Patents
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Description
気信号を測定することによって検体である液体の性質あるいは成分を検出するものである(例えば、特許文献1)。
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。
図1は、検体センサ100の原理を説明するための概略図である。検体センサ100は、図1に示すように検出素子110と、リファレンス素子120と、分岐部130と、計算部140と、計測部150と、選択部160と、検出量算出部170と、を有する。
、第1信号Aから第3信号Bを差し引いた値からヘテロダイン方式で第1計測信号を得る。
て、第1計測信号と第2計測信号とのうち、交点における正負2つの強度の間に位置するものを計測信号として選択する。
V1<V2,かつV2>Vmax・・・計測信号としてV1を採用
V1<V2,かつV1<Vmin・・・計測信号としてV2を採用
V1>V2,かつV2<Vmin・・・計測信号としてV1を採用
仮にV1=V2の場合は、どちらを計測信号として採用してもよい。このようにして選択した計測信号の軌跡を図3(b)に示す。
とで傾きが小さくなり感度が低くなったり誤差が大きくなったりする虞がある。これに対して、上述の構成とすることにより、傾きが小さくなる領域を省き、全ての位相範囲で傾きの大きい計測信号を用いることとなる。これにより位相変化に対して電圧変化率の高いものとすることができ、感度の高い検体センサ100とすることができる。検体センサにおいて0°付近は、標的検出による信号変化の立ち上がり部分に相当することが多く、高い感度で測定することが望まれるため、特に有効である。
次に図4を用いて、検体センサ100の原理を具体化した検体センサ100Aの構成について説明する。
食物質から検出第1IDT電極5aおよび検出第2IDT電極6aを保護することができる。また、第1振動空間11aおよび第2振動空間12aが確保されることによって検出第1IDT電極5a、検出第2IDT電極6aにおいてSAWの励振が大きく阻害されない状態とすることができる。
質と結合し、結合した分だけ金属膜7aの重さが変化するため、金属膜7aの下を通過するSAWの位相特性などが変化する。このように特性が変化したSAWが検出第2IDT電極6aに到達すると、それに応じた電圧が検出第2IDT電極6aに生じる。この電圧が交流信号の検出信号として配線8およびパッド9を介して外部に出力され、それを図1に示す分岐部130、計算部140とを経て処理することによって検体液の性質や成分を調べることができる。
もよい。
上述の例では、検出素子110Aとリファレンス素子120Aとでは、圧電性を有する基板を共有している例を用いて説明したが、検出素子110A用の素子基板と、リファレンス素子120A用のリファレンス素子基板とを別体としてもよい。この場合には、確実
に検出素子110Aとリファレンス素子120Aとの間でのクロストークを抑制することができる。このような場合には、素子基板とリファレンス素子基板とを保持する別体の基体を設ければよい。
以上の例では、検出素子110およびリファレンス素子120からの信号を直接用いた例について説明した。これに対して、図8に示す検体センサ100Bのように、検出素子110と第1分岐部131との間およびリファレンス素子120と第2分岐部132との間それぞれに、ローノイズアンプ133を配置してもよい。
検体センサにおける検体センシング方法を説明する。
まず標的を備えた検体を、標的の吸着または標的との反応に応じて重量が単調変化する検出素子の検体検出部と、標的を吸着または反応しないリファレンス素子のリファレンス検出部とに供給する検体溶液供給工程を行なう。
次に、検体検出部の質量変化に応じた交流信号である検出信号及びリファレンス検出部から交流信号である前記リファレンス信号のうち一方の信号を、2つの同じ位相の第1信号と第2信号とに分岐し、他方の信号を、第1信号と同じ位相の第3信号と、位相を180°を除く値ずらした第4信号とに分岐する。
次に、第1信号と第3信号とからヘテロダイン方式によって第1計測信号を得る。
続いて、第2信号と第4信号とからヘテロダイン方式によって第2計測信号を得る。
次に、第1計測信号から2つの第1位相変化候補値を算出し、第2計測信号から2つの第2位相変化候補値を算出し、2つの第1位相変化候補値と2つの第2位相変化候補値とのうち最も値が小さい組み合わせを成すものを第1位相変化値および第2位相変化値とする。
さらに、第1計測信号と第2計測信号との軌跡の2つの交点の強度を予め求め、第1計測信号と第2計測信号とのうち、前記2つの交点強度の間に位置するものを計測信号として選択する。同様に、第1位相変化値と第2位相変化値とのうち、この計測信号に対応するものを位相変化値として選択する。
選択工程にて選択した位相変化値から検体の検出量を算出する。
2・・・板状体
3・・・カバー
4・・・保護膜
5a・・・検出第1IDT電極
5b・・・リファレンス第1IDT電極
6a・・・検出第2IDT電極
6b・・・リファレンス第2IDT電極
7a,7b・・・金属膜
8・・・配線
9・・・パッド
11a,11b・・・第1振動空間
12a,12b・・・第2振動空間
20・・・空間
31・・・基準電位線
100,100A,100B・・・検体センサ
110・・・検出素子
111・・・検体検出部
120・・・リファレンス素子
121・・・リファレンス検出部
130・・・分岐部
131・・・第1分岐部
132・・・第2分岐部
140・・・計算部
141・・・第1計算部
142・・・第2計算部
150・・・計測部
160・・・選択部
170・・・検出量算出部
Claims (24)
- 検体に含まれる標的の吸着または前記標的との反応に応じて変化する検出信号を出力する検出信号出力部と、
前記検出信号に対する基準信号であるリファレンス信号を出力するリファレンス信号出力部と、
前記検出信号および前記リファレンス信号のうち一方の信号を、第1信号と第2信号とに分岐し、他方の信号を第3信号と第4信号とに分岐する分岐部と、
前記第1信号と前記第3信号とからヘテロダイン方式によって第1計測信号を得る第1計算部、および、前記第2信号と前記第4信号とからヘテロダイン方式によって第2計測信号を得る第2計算部、を含む計算部と、
前記第1計測信号から2つの第1位相変化候補値を算出し、そのうちの一方を第1位相変化値と判断し、前記第2計測信号から2つの第2位相変化候補値を算出し、そのうちの一方を第2位相変化値と判断する計測部と、
前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうちいずれか一方を位相変化値として選択する選択部と、を備える検体センサ。 - 前記第2計測信号は、前記第1計測信号と位相差が異なる(±180°を除く)、請求項1に記載の検体センサ。
- 前記計測部は、前記2つの第1位相変化候補値と前記2つの第2位相変化候補値とのうち最も位相差の値が近い組合せを成すものを前記第1位相変化値および前記第2位相変化値として判断する、請求項1に記載の検体センサ
- 前記選択部は、前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうち、前記第1計測信号の軌跡と前記第2計測信号の軌跡との2つの交点の強度の間に位置するものを前記位相変化値として選択する、請求項1〜3のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記分岐部は、前記第1〜前記第4信号のうち少なくとも1つの位相を異なる(±180°を除く)ようにする、請求項1〜4のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記第1〜前記第3信号は、位相が同じであり、前記第4信号は、前記第3信号と位相が90°異なる、請求項5記載の検体センサ。
- 前記検出信号出力部は、
圧電性を有する第1基板と、
前記第1基板上に配置され、前記標的の吸着または前記標的との反応に応じて変化する検出部と、
前記第1基板上にそれぞれ配置された、前記検出部に向かって第1弾性波を発生させる検出第1IDT電極、および、前記検出部を通過した前記第1弾性波を受ける検出第2IDT電極と、を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の検体センサ。 - 前記検出信号は、前記検出部を通過した前記第1弾性波を前記検出第2IDT電極で受けて得られた交流信号である、請求項7に記載の検体センサ。
- 前記リファレンス信号出力部は、
圧電性を有する第2基板と、
前記第2基板上に配置され、前記標的の吸着しないまたは前記標的と反応しないリファレンス部と、
前記第2基板上にそれぞれ配置された、前記リファレンス部に向かって第2弾性波を発生させるリファレンス第1IDT電極、および、前記リファレンス部を通過した前記第2弾性波を受けるリファレンス第2IDT電極と、を有する、請求項1〜8のいずれかに記載の検体センサ。 - 前記リファレンス信号は、前記リファレンス部を通過した前記第2弾性波を前記リファレンス第2IDT電極で受けて得られた交流信号である、請求項9に記載の検体センサ。
- 前記第1基板と前記第2基板とが一体に形成されており、
前記検出部、前記検出第1IDT電極、および前記検出第2IDT電極が配置された検出素子領域と、前記リファレンス部、前記リファレンス第1IDT電極、および前記リファレンス第2IDT電極が配置されたリファレンス素子領域との間に、基準電位線をさらに備える、請求項9または10に記載の検体センサ。 - 前記検出第1IDT電極、前記検出第2IDT電極、前記リファレンス第1IDT電極、および前記リファレンス第2IDT電極は、それぞれ一対の櫛歯状電極からなり、前記一対の櫛歯状電極の一方がそれぞれ前記基準電位線に接続されている、請求項11に記載の検体センサ。
- 前記検出信号出力部と前記分岐部との間に位置し、前記検出信号出力部からの前記検出信号を増幅する第1ローノイズアンプと、
前記リファレンス信号出力部と前記分岐部との間に位置し、前記リファレンス信号出力部からの前記リファレンス信号を増幅する第2ローノイズアンプと、をさらに備える、請求項1〜12のいずれかに記載の検体センサ。 - 前記計算部は、前記第1計測信号および前記第2計測信号を連続的に測定する、請求項1〜13のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記分岐部は複数存在する、請求項1〜14のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記分岐部は、前記検出信号および前記リファレンス信号のそれぞれを3つ以上の信号に分岐する、請求項1〜15のいずれかに記載の検体センサ。
- 前記計算部は、前記3つ以上の信号のうち2つずつを用いてヘテロダイン方式によって3つ以上の計測信号を得る、請求項16に記載の検体センサ。
- 標的を備えた検体を、前記標的の吸着または前記標的との反応に応じて変化する検出信号を出力する検出信号出力部、および前記検出信号に対する基準信号であるリファレンス信号を出力するリファレンス信号出力部に供給する検体供給工程と、
前記検出信号および前記リファレンス信号のうち一方の信号を、第1信号と第2信号とに分岐し、他方の信号を第3信号と第4信号とに分岐する分岐工程と、
前記第1信号と前記第3信号とからヘテロダイン方式によって第1計測信号を得る第1計算工程と、
前記第2信号と前記第4信号とからヘテロダイン方式によって第2計測信号を得る第2計算工程と、
前記第1計測信号から2つの第1位相変化候補値を算出し、そのうちの一方を第1位相変化値と判断し、前記第2計測信号から2つの第2位相変化候補値を算出し、そのうちの一方を第2位相変化値と判断する計測工程と、
前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうちいずれか一方を位相変化値として選択する選択工程と、を備える検体センシング方法。 - 前記分岐工程において、前記検出信号および前記リファレンス信号のそれぞれを増幅し、増幅した前記検出信号および前記リファレンス信号に基づき前記第1〜前記第4信号を得る、請求項18記載の検体センシング方法。
- 前記分岐工程において、前記第4信号の位相を前記第3信号の位相と90°異ならせる、請求項18または19に記載の検体センシング方法。
- 前記選択工程は、前記第1位相変化値と前記第2位相変化値とのうち、前記第1計測信号の軌跡と前記第2計測信号の軌跡との2つの交点の強度の間に位置するものを前記位相変化値として選択する、請求項18〜20のいずれかに記載の検体センシング方法。
- 前記第1計算工程および前記第2計算工程は、前記第1計測信号および前記第2計測信号を連続的に測定する、請求項18〜21のいずれかに記載の検体センシング方法。
- 前記分岐工程は、前記検出信号および前記リファレンス信号のそれぞれを3つ以上の信号に分岐する、請求項18〜22のいずれかに記載の検体センシング方法。
- 前記第1計算工程および前記第2計算工程を含む計算工程は、前記3つ以上の信号のうち2つずつを用いてヘテロダイン方式によって3つ以上の計測信号を得る、請求項23に記載の検体センシング方法。
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