JP6966283B2 - 感知センサー及び感知装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子の発振周波数に基づいて、試料液に含まれる感知対象物を感知するための感知センサー及び感知装置に関する。

臨床分野において、例えば血糖値の自己モニタリングに代表されるＰＯＣＴ(Point of care Testing)と呼ばれる簡便な方法が普及している。この方法の例としてＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）を利用した感知センサーが知られている。感知センサーは、例えば特許文献１に記載されているように配線基板に固定された水晶振動子の一面側に感知対象物を含む試料液を供給させて、水晶振動子に感知対象物を吸着させ、水晶振動子の周波数の変化量により吸着した感知対象物の量を測定する感知センサーが知られている。さらに現場において簡易な計測を行うことができる感知センサーとして、供給口に滴下した試料液を毛細管現象により通流させて水晶振動子の一面側に処理液を満たす感知センサーが知られている。

ところで感知センサーにおいては、水晶振動子の一面側が液相であるか気相であるかにより発振周波数が異なってくる。そのため感知対象物を含む試料液を測定するにあたって、先に感知対象物を含まない緩衝液を流路に流し、発振周波数の測定を行い、その後試料液を流路に流し、発振周波数の測定を行っている。そして各々の周波数の差分値より周波数変動量を求め、この周波数変動量により、感知対象物の量を測定している。

この時先に供給された緩衝液は、試料液により水晶振動子よりも下流側に押し流されて、感知センサー内に貯留されるが、先に流された緩衝液と、試料液とが混合されてしまうと、試料液に含まれる感知対象物の濃度が下がってしまい、測定される周波数変動量が低くなってしまうことがある。そのため特許文献２に記載されているような流路内の試料液を廃液管に排出して毛細管シートを介して吸収部材に吸収させる感知センサーが知られている。
廃液管６内の試料液は毛細管シートに到達すると、当該毛細管シート側に引っ張られるように移動していき、毛細管シートと廃液管内の試料液との間に隙間が発生して、毛細管シートと流路とにおける試料液が切り離される。このため緩衝液を試料液の前に供給する場合においても、緩衝液による試料液の希釈が抑えられ、測定感度の低下が抑制される。
このような感知センサーにおいては、廃液流路を構成する細管に流れ込もうとする試料液が、細管と、細管の下方の部材との間に回り込んでしまうことがあり、試料液がセンサーの隙間から漏れ出すことがある。
特許文献１に記載の感知センサーにおいては、廃液流路の上流側端部に撥水剤を塗布し、撥水性を高めることにより、処理液が流路の開口部を伝わって下方側に回り込むことを抑制しているが、さらなる簡便な方法が求められていた。

特開２０１４−１４５６５１号公報 特開２０１５−１９７３３０号公報

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、試料液中の感知対象物の検出又は定量を行うことができる感知センサーにおいて、液漏れを抑制する技術を提供することにある。

本発明の感知センサーは、発振周波数を測定するための測定器に接続される接続端子を備えると共に、一面側に凹部が形成された配線基板と、
圧電片に励振電極を設けて構成され、前記凹部を塞ぎ且つ振動領域が凹部と対向するように前記配線基板に固定されると共に、励振電極が前記接続端子に電気的に接続され、一面側に処理液中の感知対象物を吸着する吸着膜が形成された圧電振動子と、
圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆うように設けられ、処理液の注入口を備えた流路形成部材と、
前記配線基板と流路形成部材との間に形成され、前記注入口に供給された処理液を、圧電振動子の一面側において一端側から他端側へ向けて通流させる流路と、
前記流路の下流側に設けられ、前記流路内の試料液を毛細管現象により下流側に排出する廃液側毛細管部材と、
前記廃液側毛細管部材の下流側端部が接続され、水平に伸びるように配置された廃液管と、を備え、
前記廃液管における上流側の端部を含む領域の下方側に処理液の廃液管の下方への引き込みを抑制する空間が形成されたことを特徴とする。

本発明の感知装置は、上述の感知センサーと、前記圧電振動子の発振周波数を測定するための周波数測定部を備えると共に、前記感知センサーが前記周波数測定部に電気的に接続可能に構成された本体部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の感知センサーは、処理液が注入口から圧電振動子の一面側の流路を介して下流に向かって流れ、処理液中に含まれる感知対象物が圧電振動子に設けられた吸着膜に吸着される。また試料液は前記流路から廃液側毛細管部材を介して廃液され、廃液側毛細管部材の下流に接続され水平に伸びる排液管を介して廃液されるように構成している。さらに廃液管における前記廃液側毛細管部材が接続される側の端部を含む領域の下方側に隙間を設けているため、廃液側毛細管部材から廃液管に流れ込もうとする処理液の廃液管の下方への回り込みを抑制し液漏れを抑制することができる。

本発明に係る感知センサーを用いた感知装置の斜視図である。 感知センサーの分解斜視図である。 感知センサーの各部の上面側を示した分解斜視図である。 感知センサーの一部の下面側を示した分解斜視図である。 水晶振動子の上面側及び下面側の平面図である。 流路形成部材の表面、裏面の平面図及び断面図である。 感知センサーの断面図である。 感知装置の概略構成図である。 前記感知センサーに供給した処理液の流れを示す説明図である。 前記感知センサーに供給した処理液の流れを示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る感知センサーの作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る感知センサーの作用を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る感知センサー他の例を示す断面図である。

以下本発明の実施の形態に係る感知センサーを用いた感知装置について説明する。この感知装置は、マイクロ流体チップを利用し、例えば人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液中のウイルスなどの抗原の有無を検出し、人間のウイルスの感染の有無を判定することができるように構成されている。図１の外観斜視図に示すように、感知装置は本体部１２と、感知センサー２と、を備えている。感知センサー２は、本体部１２に形成された差込口１７に着脱自在に接続されている。本体部１２の上面には、例えば液晶表示画面により構成される表示部１６が設けられており、表示部１６は例えば本体部１２内に設けられた後述する発振回路の出力周波数あるいは、周波数の変化分等の測定結果もしくは、ウイルスの検出の有無等を表示する。

続いて感知センサー２について説明する。図２は図１に示した感知センサー２における上側ケース体２１を外した状態の斜視図を示し、図３は感知センサー２の各部材の表側（上面側）の斜視図を示す。また図４は、感知センサー２の一部の部材の裏側（下面側）の斜視図を示す。
図１に示すように感知センサー２は、上側ケース体２１と下側ケース体２２とで構成される容器２０を備え、容器２０から水平に突出し、本体部１２に形成された差込口１７に挿入される板状の差込部３１を備えている。感知センサー２の差込部３１側を後方、他端側を前方とすると、図２、図３に示すように、下側ケース体２２は、上面が開口した概略箱型に形成され、後方側の壁部に切欠き２２ａが形成されている。下側ケース体２２の上面側の前方寄りの位置には、後述する廃液管６を支持する支持部７５と、吸収部材７２が収納される箱状の収納部７３が設けられている。また収納部７３の後方側の側壁の上端の位置には、例えば廃液管６の設置領域を確保するための切欠き部７４が形成されている。
下側ケース体２２の上方には、前記支持部７５の後方側に長さ方向に延伸された形状の配線基板３が設けられ、配線基板３における長さ方向の一端側は、前述の本体部１２の差込口１７に差し込まれる差込部３１となる。

図３に示すように配線基板３の前方側の位置には、貫通孔３２が形成されている。配線基板３は貫通孔３２が下側ケース体２２の底面によって塞がれると共に、下側ケース体２２の外側に差込部３１が突出するように配置される。配線基板３の表面側には、長さ方向に伸びる３本の配線２５〜２７が設けられており、各配線２５〜２７の一端側は、差込部３１において、夫々端子部２５２、２６２、２７２が形成されている。また各配線２５〜２７の他端側は貫通孔３２の外縁にて、夫々端子部２５１、２６１及び２７１が形成されている。また配線基板３における貫通孔３２の更に前方には、配線基板３の水平位置を決めるための孔部３３が幅方向に２か所並べて形成されている。

続いて圧電振動子、例えば水晶振動子４について説明する。図３〜図５に示すように水晶振動子４は、例えばＡＴカットの円板状の水晶片４１を備えており、図５（ａ）に示すように水晶片４１の表面側（上面側）には、例えばＡｕ（金）により形成される帯状の励振電極４２Ａ、４２Ｂが設けられている。また図５（ｂ）に示すように水晶片４１の裏面側（下面側）には、励振電極４２Ａ、４２Ｂに夫々対応するように励振電極４３Ａ、４３Ｂが帯状に設けられている。この水晶振動子４における励振電極４２Ａ及び励振電極４３Ａで挟まれた領域は、第１の振動領域６１となり、励振電極４２Ｂ及び励振電極４３Ｂで挟まれた領域は、第２の振動領域６２となる。

図３、図５に示すように表面側の励振電極４２Ａ、４２Ｂは後方側の端部にて、互いに接続された後、水晶振動子４の後方側に引き回され、後方側側面を介して下面側周縁に伸びる配線４４の一端が接続され、配線４４の他端側は水晶振動子４の下面側周縁にて電極４４ａが形成されている。一方の励振電極４２Ａの表面には、例えば抗原である感知対象物を吸着するための抗体からなる吸着膜４７が形成されている。また励振電極４２Ａの表面を除いた励振電極４２Ｂの表面を含む電極表面には、吸着膜４７に代えて、感知対象物の吸着を阻害する阻害剤４８が塗布されている。

また水晶振動子４の下面側に設けられた励振電極４３Ａ及び４３Ｂには、夫々水晶振動子４の周縁に伸びる配線４５、４６の一端が接続され、各配線４５、４６の他端側は水晶振動子４の下面側周縁において電極４５ａ、４６ａが形成されている。
水晶振動子４は、図３に示すように下面側の励振電極４３Ａ，４３Ｂが配線基板３の貫通孔３２に臨むように配置され、電極４５ａ、４６ａが夫々端子部２５１、２７１と導電性接着剤により接続され、電極４４ａが端子部２６１と導電性接着剤により接続されて固定される。

図３に示すように配線基板３の上面側には、流路形成部材５が設けられている。図６（ａ）〜（ｃ）は、夫々流路形成部材５の上面側平面図、下面側平面図及び断面図を示す。図６（ａ）〜（ｃ）に示すように流路形成部材５は、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で構成された例えば厚さ２．０ｍｍの概略矩形板状の部材で構成される。流路形成部材５の前方寄りの位置には、流路形成部材５の位置合わせをするための孔部５８が、配線基板３に形成された孔部３３と対応する位置に、流路形成部材５を厚さ方向に貫通するように設けられている。

流路形成部材５の下面側における後方側には、水晶振動子４が収まるように深さ３００μｍの段差部５４が形成されている。段差部５４には、流路形成部材５が配線基板３側に押圧されたときに水晶振動子４の表面との間に試料液の流路５７を区画形成する囲み部５１が設けられている。この囲み部５１は、感知センサー２の前後方向にその長さ方向が向くように、その外縁が小判型に形成された環状の突出部により構成されている。囲み部５１は、段差部５４から３００μｍの厚さに突出するように設けられ、囲み部５１の内側の領域は、段差部５４と同じ高さの平面になっている。また囲み部５１の内側の領域の幅は後方側から放射状に広がったのち、中流域で一定の幅となり、その後前方側に向けて徐々に狭くなるように構成されている。

流路形成部材５には、囲み部５１に囲まれた領域の後方側端部に開口し、流路形成部材５を厚さ方向に貫通する直径１．５ｍｍの貫通孔５２が穿設されている。また流路形成部材５には、囲み部５１に囲まれた領域の前方側端部に開口し、厚さ方向に貫通する直径１．５ｍｍの貫通孔５３が穿設されている。流路形成部材５は、図３に示すように孔部５８が配線基板３に設けられた孔部３３と揃うように配置される。これにより囲み部５１に囲まれた領域の下面側が水晶振動子４により塞がれる。この流路形成部材５と水晶振動子４とに挟まれ、囲み部５１に囲まれた領域が流路５７に相当する。配線基板３の上面に水晶振動子４を固定し、流路形成部材５を孔部５８が配線基板３に形成された孔部３３に揃うように積層すると、図５（ａ）に示すように水晶振動子４の上面に囲み部５１が配置され、水晶振動子４の励振電極が４２Ａ、４２Ｂが流路５７の中心に並んで収まり、貫通孔５２及び貫通孔５３が各々水晶振動子４の上方に位置する。

また流路形成部材５の上面側には、貫通孔５３の開口部の位置から前方側に向かい、周縁よりも手前の位置まで伸びる溝部５０が形成されている。この溝部５０は例えば深さ１ｍｍであって、後述する廃液管６の外径寸法と同じ幅、例えば２．０ｍｍの幅で長さ５ｍｍに形成されている。また流路形成部材５の上面側における貫通孔５２と貫通孔５３との間であって、試料液の流路５７と対向する位置に流路形成部材５を水晶振動子４に押し付けたときに流路５７の潰れを防ぐための段差部５９が形成されている。

前記貫通孔５２、５３には夫々多孔質の毛細管部材により構成された入口側毛細管部材５５及び廃液側毛細管部材５６が着脱自在に設けられている。前記入口側毛細管部材５５は例えば円柱状、廃液側毛細管部材５６は例えば円柱を略Ｌ字状に屈曲させた形状に夫々形成され、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の化学繊維束により構成されている。これら入口側毛細管部材５５や廃液側毛細管部材５６は多孔質体であるセルロースや親水化した多孔質樹脂により構成してもよい。入口側毛細管部材５５は流路形成部材５の貫通孔５２を塞ぎ、その上端側が後述する上側ケース体２１の液受け部２３に露出し、その下端側が流路形成部材５の流路５７内に進入するように設けられている。

廃液側毛細管部材５６は水平部５６１とこの水平部５６１から下方側に伸びる垂直部５６２とを備えた略Ｌ字状に形成されている。図７に示すように前記垂直部５６２は流路形成部材５の貫通孔５３を塞いで、その下端側が流路形成部材５の流路５７内に進入すると共に、上端側が流路形成部材５の上面よりも上方に突出し、水平部５６１は後述する廃液管６に接続されている。従って流路形成部材５の溝部５０の底部は、廃液側毛細管部材５６の垂直部５６２の途中から前方に向かって伸びていると言える。さらに廃液側毛細管部材５６の下端面５６３は、例えば水平面に対して上側に傾斜するように形成されている。これら毛細管部材５５、５６においては、前記化学繊維束の繊維間の空隙を毛細管現象により処理液が流通する。従って入口側毛細管部材５５の繊維間の孔（多孔質の毛細管部材の孔）は、試料液の注入口に相当する。

ここで入口側毛細管部材５５及び廃液側毛細管部材５６の大きさの一例を示すと、例えば入口側毛細管部材５５は、直径が例えば１．３ｍｍ、長さが例えば４ｍｍに形成される。また廃液側毛細管部材５６は、直径が例えば１．３ｍｍ、水平部５６１の長さが例えば５ｍｍ、垂直部５６２の長さが例えば４ｍｍ、下端面５６３と水平面とのなす角が例えば４５度に形成されている。

前記廃液管６は例えば外径２ｍｍの親水性のガラス管で構成され、流路形成部材５の上方に感知センサー２の長さ方向（図中Ｘ方向）に沿って伸びるように設けられている。前記廃液側毛細管部材５６の水平部５６１の下流端は、廃液管６の内部に挿入され、廃液側毛細管部材５６と廃液管６とは嵌合されている。この時廃液管６の後方側端部（上流側端部）を含む、後方寄りの領域の下方が流路形成部材５に形成した溝部５０に臨むように配置される。また溝部５０の前方側端部は、廃液管６の上流側端部よりも前方側に５ｍｍの位置に位置している。

図３に戻って廃液管６の下流側には、処理液を吸収して貯留するための廃液吸収部７が設けられている。この廃液吸収部７は毛細管部材をなす毛細管シート７１と、当該毛細管シート７１と接触するように設けられ、毛細管シート７１を流通する試料液を吸収するための吸収部材７２と、を備えている。前記毛細管部材は毛細管現象を生じさせる材質よりなるものであり、例えば不織布や紙、セルロースや綿、多孔質の化学繊維束、親水化した多孔質樹脂等により構成される。また毛細管シート７１は、毛細管部材をシート状に構成したものであり、例えば平面で見たときに一端側が他端側よりも狭まった形状に構成されている。この例では細長い五角形状に形成され、内角が鋭角となる頂点部分が廃液管６の下流端から廃液管６の内部に入り込むように設けられる。毛細管シート７１の大きさの一例を挙げると、長さＬ１が１０ｍｍ、幅Ｌ２が５ｍｍ、シートの厚みは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。また吸収部材７２は、長さＬ３が８ｍｍ、幅Ｌ４が８ｍｍ、高さＬ５が５ｍｍ程度である。

この毛細管シート７１の下面は、吸収部材７２の上面と接触するように設けられている。この吸収部材７２は、毛細管シート７１により吸収可能な液量よりも多い液量を吸収できるものであり、例えばＰＶＡや親水性材料よりなるスポンジ等の多孔質体や、綿状体により構成されている。例えば吸収部材７２は、２００μｌ〜３００μｌ程度の液体を貯留できるように材質や形状が設定され、この例では直方体状に形成されている。

このように廃液管６及び廃液吸収部７を構成すると、後述するように試料液は廃液管６内を毛細管現象により流通し、試料液が毛細管シート７１に到達したときに、廃液管６を通流する試料液の移動速度よりも大きい速度で毛細管シート７１側に試料液が引っ張られるように試料液が移動する。これにより毛細管シート７１と廃液管６内の試料液との間に隙間が発生する状態が形成される。
図２、図７に示すように廃液吸収部７は液体の漏れを防ぐために下側ケース体２２の上方に形成された収納部７３に収納されている。また廃液管６は支持部材７５により、高さ及び左右方向の位置を位置決めされた状態で支持されている。

上側ケース体２１について図２と共に図４に示す上側ケース体２１の下面側平面図及び図７に示す側断面図を参照して説明する。上側ケース体２１は、概略箱型に形成され、後方側の壁面に配線基板３の差込部を容器２０の外部に突出させるための切欠き２１ａが形成されている。そして上側ケース体２１は、差込部３１を除いた配線基板３、流路形成部材５及び廃液吸収部７を上方側から覆うように設けられる。上側ケース体２１の上面側にはすり鉢状に傾斜した液受け部２３が形成されている。図４に示すように上側ケース体２１の裏面側における後方側には、流路形成部材５を配線基板３に押圧するための押圧部９０が設けられている。押圧部９０は、例えば概略箱形に構成され、上側ケース体２１を下側ケース体２２に嵌合して互いに係止した時に、押圧部９０の下面にて流路形成部材５の上面が垂直下方に押圧される。押圧部９０には、貫通孔５２に対応する位置に注入口２３に連通する貫通孔９１が形成されている。また押圧部９０における前方寄りの位置には、廃液管６及び廃液側毛細管部材５６の設置領域を確保するための切り欠き９２が形成されている。また押圧部９０の前方寄りの位置には、流路形成部材５の孔部５８及び配線基板３の孔部３３に挿入され、流路形成部材５の及び配線基板３の位置決めをするための固定柱９３が設けられている。

既述のように配線基板３、水晶振動子４、流路形成部材５を積層し、入口側毛細管部材５５及び廃液側毛細管部材５６を貫通孔５２、５３に挿入すると共に、廃液側毛細管部材５６を廃液管６の後方側端部に接続し、廃液管６の前方側端部に廃液吸収部７を接続する。その後下側ケース体２２と上側ケース体２１を係止して容器２０を形成する。この時孔部５８及び孔部３３に固定柱９３が挿入されて、配線基板３と、流路形成部材５の水平方向の位置決めがされると共に、押圧部９０により流路形成部材５が押されることによって、流路形成部材５に形成された囲み部５１の下面が水晶振動子４に押し付けられて密着する。これにより注入口２３から貫通孔９１、５２（入口側毛細管部材５）、流路５７、貫通孔５３、廃液側毛細管部材５６、廃液管６及び吸収部材７２と流れる処理液の流路が形成される。

このように構成された感知センサー２は、差込部３１を本体部１２の差込口１７に差し込んだときに、図８に示すように水晶振動子４に設けられた励振電極４２Ａ及び４３Ａで挟まれた第１の振動領域６１が第１の発振回路６３に接続されて発振する。また水晶振動子４の励振電極４２Ｂ及び４３Ｂに挟まれた第２の振動領域６２が第２の発振回路６４に接続されて発振する。本発明の感知装置では、スイッチ部６５により、データ処理部６６と第１の発振回路６３とを接続するチャンネル１と、データ処理部６６と第２の発振回路６４とを接続するチャンネル２とを交互に切り替えた間欠発振を行うことにより、２つの発振回路８１１、８１２からの周波数信号を時分割して後段に取り込み、各振動領域の発振周波数を並行して求めることができる。第１の発振回路６３からの出力をチャンネル１、第２の発振回路６４からの出力をチャンネル２とすると、例えば１秒間をｎ分割（ｎは偶数）し、各チャンネルの発振周波数を１／ｎ秒の処理で順次求めることにより、１秒間に少なくとも１回以上周波数を取得しているため、実質同時に各チャンネルの周波数を取得することができる。

そしてこれらの周波数信号は、データ処理部６６に取り込まれる。データ処理部６６では、周波数信号を例えばディジタル値として算出し、算出されたディジタル値の時分割データに基づいて、演算処理を行い、例えば、抗原の有無などの演算結果を表示部１６に表示する。この第１の発振回路６３、第２の発振回路６４、スイッチ部６５及びデータ処理部６６は、周波数測定部に相当する。

続いて感知センサー２を用い、試料液中の感知対象物の有無を判定する工程について図９及び図１０を参照して説明する。但しこれら図９及び図１０は、感知センサー２内を通流する液体（緩衝液、試料液）のイメージを示すものであり、実際の様子よりも誇張して描いている。なお感知センサー２に注入する液体を総称して処理液というものとする。
先ず感知センサー２を本体部１２に接続し、図９（ａ）に示すように図示しないインジェクタを用いて、液受け部２３に例えば生理食塩水からなり感知対象物を含まない緩衝液を滴下する。ここで感知センサー２に液体を供給したときの、感知センサー２内の液体の流れについて説明する。液体は毛細管現象により入口側毛細管部材５５に吸収され、当該毛細管部材５５内を通流し、流路５７に流れ込んで水晶振動子４の一端部側の表面に供給される。

水晶振動子４を構成する水晶片４１の表面は親水性であるため、流路５７内を濡れ広がろうとする作用が強く働く。その結果、毛細管現象によって液体は流路５７を水晶振動子４の他端部側へと流れ、流路５７に広がった液体に続いて入口側毛細管部材５５の液体は、表面張力により水晶片４１の表面へと引き出される。このようにして液受け部２３から流路５７へ連続して液体が流れていく。なおここでいう毛細管現象とは、液体が、当該液体が接する物体が形成する空間内を、前記物体との界面張力により当該液体が有する表面張力に抗して自動で濡れ広がって移動することを指している。従って液体が移動する方向が上下方向である場合だけでなく、横方向であっても毛細管現象という用語を使用する。励振電極４２Ａ、４２Ｂ及び電極表面に形成される吸着膜４７及び阻害剤４８が塗布された部位も比較的親水性が高いため、励振電極４２Ａ、４２Ｂの表面においても液体がスムーズに流れる。

そして水晶振動子４表面の液体が廃液側毛細管部材５６に到達すると、液体は毛細管現象により廃液側毛細管部材５６に吸収され、当該毛細管部材５６内を流れて廃液管６へ滲み出る。廃液管６は親水性のガラスにより形成されているので液体が濡れ拡がりやすく、当該廃液管６を液体が通流していく。こうして入口側毛細管部材５５から廃液側毛細管部材５６までの流路が液体で満たされることにより、毛細管現象に加えてサイホンの原理が働き、引き続き自動的に液受け部２３の液体が水晶振動子４表面を通過して、廃液側毛細管部材５６内を上方側に向かって流れる。さらに廃液側毛細管部材５６内を上昇した処理液は、廃液側毛細管部材５６の下流側端部から廃液管６に流れ込む。

さらに廃液管６に流れ込んだ処理液は、当該廃液管６内を下流側に通流して行き、毛細管シート７１に到達する。既述のように廃液管６内の液体が毛細管シート７１に到達すると、廃液管６を通流する液体の移動速度よりも大きい速度で毛細管シート７１側に液体が移動する。毛細管シート７１はＰＶＡにより構成されているため、廃液管６よりも液体が流れやすく、液体の吸収力が大きいからである。ここで廃液管６内の液体の移動速度は、廃液管６を構成する材質と廃液管６の内径等によって決定され、毛細管シート７１が液体を吸収するスピードは、毛細管シート７１を構成する材質と形状（接触面積）とにより決定される。従って廃液管６内の液体の移動速度と、毛細管シート７１が液体を吸収する速度が適切な大きさになるように、夫々の材質や形状が適宜設定される。

例えば廃液管６内の試料液の移動速度は、感知センサー２を透明体により構成すると共に、着色した試料液を用いて、目視にて廃液管６内の試料液の通流状態を確認し、廃液管６のある区間の試料液の通流時間を測定することにより把握できる。一方毛細管シート７１側に試料液が移動する速度は、目視にて毛細管シート７１の一端側からある区間の試料液の通流時間を測定することにより把握できる。また試料液が毛細管シート７１側に到達して急速に吸収され、後述するように廃液管６内にて液体が途切れる様子を目視にて確認することにより、廃液管６内の移動速度よりも大きい速度で毛細管シート７１側に液体が移動することを把握してもよい。

このように毛細管シート７１に液体が接触すると、毛細管シート７１側に液体が速やかに吸収され、毛細管シート７１内を毛細管現象により広がるように通流していき、図９（ｂ）に示すように、廃液管６内にて液体が途切れる状態が形成される。このため例えば図９（ａ）に示すように、廃液管６が液体により満たされる前に毛細管シート７１に到達する。そして毛細管シート７１と廃液管６内の液体との接触面積が小さいことから、前記液体は少しずつ毛細管シート７１に吸収されていき、毛細管シート７１に吸収された分の液体が廃液側毛細管部材５６側から廃液管６内に移動する状態が形成される。

こうして廃液管６内にて液体が分断されると、毛細管シート７１側の液体は、毛細管シート７１に接触する吸収部材７２に吸収されて貯留される。この吸収部材７２は、毛細管シート７１よりも液体の吸収力が大きく、吸収可能な液量が多いため、毛細管シート７１内の液体は速やかに吸収部材７２側に移動していく。毛細管シート７１は廃液管６内に突入される一端側は狭まっているが、他端側に向けて広がるように形成されているので、試料液は毛細管シート７１の一端側から広がるように流れ、例えば他端側に至る前に吸収部材７２に吸収される。

一方液受け部２３に残存する液体は、毛細管現象とサイホンの原理により、廃液管６に向けて流れようとするため、この液体の流れにより廃液管６に残った液体は下流側に移動していき、図９（ｃ）に示すように、再び毛細管シート７１と接触する。このようにして廃液管６内の液体の分断と、廃液管６内の液体の通流とが繰り返される。そして液受け部２３内の液体が全て通流したところで、液体を保持する力が入口側毛細管部材５５に働き、入口側毛細管部材５５から流路５７への液体の通流が停止する。これにより図９（ｄ）に示すように、廃液管６内では液体が分断された状態で停止する。

説明を緩衝液の供給に戻すと、液受け部２３に滴下された緩衝液は、既述のように感知センサー２内を通流していく。そして流路５７を流れる緩衝液が、励振電極４２Ａ、４２Ｂ表面に供給されると、これら励振電極４２Ａ、４２Ｂは流路５７の入口側から出口側へ向かって見て対称に形成されているため、等しく水圧の影響を受ける。これによって第１の振動領域６１、第２の振動領域６２の発振周波数Ｆ１、Ｆ２が共に等しく低下する。緩衝液の供給量は、例えば液受け部２３に供給される緩衝液がすべて入口側毛細管部材５５に流れ込んだときに、緩衝液が流路５７を満たし、廃液管６から毛細管シート７１を介して吸収部材７２に貯留される程度の量、例えば５０μｌに設定される。

続いて緩衝液と同量の試料液を液受け部２３へ供給する。これにより入口側毛細管部材５５に吸収されている緩衝液に加わる圧力が高くなり、サイホンの原理と毛細管現象とによって当該緩衝液は再び廃液管６内を下流側へ向かって流れ、試料液が入口側毛細管部材５５に吸収される（図１０（ａ））。なお図１０中試料液は緩衝液よりも濃いグレーで表示している。吸収された試料液は、緩衝液に続いて入口側毛細管部材５５から流路５７に流れ込み、緩衝液と同様に流路５７を流れ、流路５７が緩衝液から試料液に置換される。

このときにも、励振電極４２Ａ、４２Ｂが流路の入口側から出口側に見て対称に形成されているため、これらの励振電極４２Ａ、４２Ｂは流路５７内の液の切り替わりによる圧力変化を均等に受け、当該圧力変化による第１の振動領域６１、第２の振動領域６２の発振周波数が互いに揃って変化する。試料液中に測定対象物（この例では感知対象物）が含まれる場合には吸着膜４７に当該感知対象物が吸着され、この吸着量に応じて周波数Ｆ１が下降し、Ｆ１−Ｆ２が変化する。このようにＦ１−Ｆ２の変化に基づいて試料液中の抗原の有無の判定を行うことができる。また発振周波数差Ｆ１−Ｆ２の変化量と試料液中の感知対象物の濃度との関係式を取得しておき、この関係式と測定により得られた変化量とから、試料液中の感知対象物の濃度を求めてもよい。

流路５７を広がった試料液は廃液側毛細管部材５６に到達し、次いで廃液管６に流れ込み、入口側毛細管部材５５から廃液管６に至るまで試料液が流れ続ける。そして試料液が毛細管シート７１に到達すると、既述のように、廃液管６内にて試料液が途切れる状態が形成される（図１０（ｂ））。こうして液受け部２３に供給されたすべての試料液が入口側毛細管部材５５に流れ込むまで、廃液管６内の液の分断と、廃液管６内の液の通流（図１０（ｃ））とが繰り返される。液受け部２３に溜まった試料液が全て入口側毛細管部材５５に流れ込み、流路５７への試料液の通流が停止すると、廃液管６内では試料液が分断された状態で停止する（図１０（ｄ））。

この感知センサー２においては、試料液が毛細管現象により注入口から水晶振動子４の一面側の流路５７を介して励振電極４２Ａ、４２Ｂの一端側から他端側へと流れ、試料液中に含まれる感知対象物が水晶振動子４に設けられた吸着膜４７に吸着される。

また試料液は流路５７の下流側に設けられた廃液管６、毛細管部材を介して吸収部材７２に貯留される。毛細管部材は、廃液管６内の試料液と接触するように設けられ、廃液管６内の試料液は毛細管部材に到達すると、当該毛細管部材により引っ張られるように移動する。つまり廃液管６内の試料液が毛細管部材に到達すると、廃液管６を通流する試料液の移動速度よりも大きい速度で毛細管部材側に試料液が移動する。従って毛細管部材と廃液管６内の試料液との間に隙間が発生する状態が形成される。

こうして最終的に液受け部２３に供給された試料液が全て入口側毛細管部材５５に移動した段階では、廃液管６で試料液が分断した状態で液の移動が停止する。これにより廃液吸収部７の毛細管シート７１と、試料液が貯留する流路５７とが切り離された状態になり、廃液吸収部７に貯留されている緩衝液と流路５７内の試料液とが接触する領域がないので、流路５７内の試料液が緩衝液によって希釈されるという現象の発生が抑制される。また液体は毛細管シート７１に到達すると、廃液管６内の移動速度よりも大きい速度で毛細管シート７１側に吸収されることから、廃液管６よりも毛細管シート７１の方に流れやすく、毛細管シート７１から廃液管６側へは流れにくいと言える。このため廃液吸収部７から廃液管６へ向けて緩衝液が逆流するといったことが発生しにくく、この点からも、試料液が緩衝液により希釈されることが抑えられる。従って、常に測定感度が高い状態で、試料液中の感知対象物の検出または定量を行うことができる。

さらに既述のように、最終的に廃液管６にて試料液が分断され、廃液吸収部７側と流路５７とが切り離されるので、流路５７では水晶振動子４上の試料液が確実に静止した状態となる。このため試料液と吸着膜４７との抗原抗体反応が飽和するまで計測を継続することができ、より精度の高い測定を行うことができる。
ここで廃液側毛細管部材５６を上昇し、廃液管６に流れ込む処理液について説明する。廃液管６の上流側端部と流路形成部材５とが接するように配置されている場合、あるいは廃液管６の上流側端部と流路形成部材５とが毛細管現象が働く程度のごく狭い隙間が空いている場合には、図１１に示すように廃液側毛細管部材５６を上昇してくる処理液が、廃液管６と、流路形成部材５と、の隙間により生じる毛細管現象により、廃液管６と流路形成部材５との間に引き出されてしまう。また廃液側毛細管部材５６に形成された水平方向に伸びる部位を廃液管６に接続した場合においても、廃液管６と、流路形成部材５と、の隙間により生じる毛細管現象により、廃液側毛細管部材５６の水平方向に伸びる部位から重力により下方に染み出した処理液が、廃液管６と流路形成部材５との間に引き出されてしまう。そのため廃液管６の下方に処理液が流れが形成され、処理液の液漏れを引き起こす要因になってしまう。

上述の実施の形態では、廃液管６の上流側端部を流路形成部材５に形成した深さ１ｍｍの凹部の上方に配置している。そのため図１２に示すように廃液側毛細管部材５６を流れた処理液が、廃液管６と、流路形成部材５と間に引き出されずに、廃液側毛細管部材５６の内部を通って、廃液管６内に確実に導かれる。従って廃液管６下方への処理液の回り込みを抑制することができるため、感知センサー２の液漏れを抑制することができる。

上述の実施の形態に係る感知センサー２は、水晶振動子４の表面に流路形成部材により流路を形成し、流路を流れる処理液中に含まれる感知対象物が水晶振動子４に設けられた吸着膜４７に吸着される。また処理液は下流側が流路形成部材５の上方に突出するように設けた廃液側毛細管部材５６を介して流路５７から廃液されると共に、廃液側毛細管部材５６の下流に接続された水平に伸びる廃液管６に流れ込むように構成している。さらに流路形成部材５における廃液側毛細管部材５６の突出する位置から廃液管６の伸びる方向に向かって溝部５０を形成し、廃液管６の上流側端部を含む部位が溝部５０の上方に位置するように配置している。そのため廃液管６に流れ込もうとする処理液が廃液管６の下方に回りにくくなり、感知センサー２の液漏れを抑制することができる。

また廃液管６の上流側端部の下方に形成する空間は、廃液管６の上流側端部と、廃液管６の上流側端部の直下の位置にある部材との間の隙間の高さ寸法が０．５ｍｍ以上であればよい。これにより廃液管６の下方に処理液が引き込まれようにすることができるため効果を得ることができる。
また流路形成部材５の上面に溝部５０を形成するにあたっては、溝部５０は、流路形成部材５における貫通孔５３から廃液管６の伸びる方向に伸ばされ、少なくとも廃液管６における廃液管６の上流側の端部から３ｍｍの位置よりも、前方の位置まで形成されていればよい。

また本発明は、流路形成部材５に溝部５０が形成されていなくてもよい。例えば図１３に示すように支持部７５の高さ寸法を大きくし、廃液管６を支持する高さ位置を高くし、廃液管６の上流側端部と流路形成部材５との間に空間を形成しても効果を得ることができる。上述の実施の形態に示すように流路形成部材５の上面に溝部５０を形成することにより、感知センサー２の高さ寸法が小さくなり感知センサー２を小型化することができる効果がある。

２ 感知センサー
３ 配線基板
４ 水晶振動子
５ 流路形成部材
６ 廃液管
２１ 上側ケース体
２２ 下側ケース体
５５ 入口側毛細管部材
５６ 廃液側毛細管部材
５７ 流路
６１ 第１の振動領域
６２ 第２の振動領域

Claims (7)

1. 発振周波数を測定するための測定器に接続される接続端子を備えると共に、一面側に凹部が形成された配線基板と、
   圧電片に励振電極を設けて構成され、前記凹部を塞ぎ且つ振動領域が凹部と対向するように前記配線基板に固定されると共に、励振電極が前記接続端子に電気的に接続され、一面側に処理液中の感知対象物を吸着する吸着膜が形成された圧電振動子と、
   圧電振動子を含む配線基板の一面側の領域を覆うように設けられ、処理液の注入口を備えた流路形成部材と、
   前記配線基板と流路形成部材との間に形成され、前記注入口に供給された処理液を、圧電振動子の一面側において一端側から他端側へ向けて通流させる流路と、
   前記流路の下流側に設けられ、前記流路内の試料液を毛細管現象により下流側に排出する廃液側毛細管部材と、
   前記廃液側毛細管部材の下流側端部が接続され、水平に伸びるように配置された廃液管と、を備え、
   前記廃液管における上流側の端部を含む領域の下方側に処理液の廃液管の下方への引き込みを抑制する空間が形成されたことを特徴とする感知センサー。
2. 前記空間の高さ寸法は０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の感知センサー。
3. 前記廃液側毛細管部材は、前記流路の下流側端部から上方に向かって伸び前記流路形成部材の上面側に突出し、前記流路形成部材の上方にて水平に伸ばされて前記廃液管に接続されるように設けられ、
   前記流路形成部材は、前記廃液側毛細管部材が当該流路形成部材の上面側に突出する位置から前記廃液管の長手方向に沿って伸びる、前記空間を形成する溝部を備え、
   前記廃液管は、上流側の端部を含む領域が前記溝部の上方に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の感知センサー。
4. 前記溝部は、その底部が前記廃液側毛細管部材の上方に伸びる部分の途中から水平方向に伸びるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の感知センサー。
5. 前記廃液管の下流側に設けられ、前記廃液管を流れた処理液を吸収する吸収部材を備え、
   前記廃液管内の処理液が吸収部材に到達したときに、処理液が廃液管を流通する処理液の移動速度よりも大きい速度で吸収部材側に移動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の感知センサー。
6. 前記注入口は、多孔質の毛細管部材の孔により構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の感知センサー。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の感知センサーと、
   前記圧電振動子の発振周波数を測定するための周波数測定部を備えると共に、前記感知センサーが前記周波数測定部に電気的に接続可能に構成された本体部と、を備えたことを特徴とする感知装置。

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