JP7342023B2 - 検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は、検出装置に関する。
作用電極、参照電極及び対向電極を用いた電気化学測定にポテンショスタットが用いられることがある。ポテンショスタットは、参照電極の電位に対する作用電極の電位を制御して、作用電極に生じる電流（酸化還元電流）を測定する。
特許文献１には、ポテンショスタットを用いた電気化学測定の一例が記載されている。この例に用いられるシステムは、作用電極、参照電極及び対向電極を含む３電極セル及びポテンショスタットを備えている。ポテンショスタットは、３電極セルの外部に配置されたユーザインタフェースに電子的に結合されている。
特許文献２には、アノード、カソード、参照電極、電解液及び制御器を有するシステムを用いてのシリコンの電解精錬の一例が記載されている。アノードは、シリコン含有化合物を含んでいる。制御器は、ポテンショスタットを有している。ポテンショスタットは、アノード及び参照電極間の電圧を制御し、アノード内のシリコンをアノードから電解液に溶解させる。制御器は、アノード及びカソード間の電流を制御し、電解液内のシリコンを電解液からカソードに析出させる。
本発明者は、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することを検討した。例えば、作用電極、参照電極及び対向電極がケーブルを介してポテンショスタットに電気的に接続されている場合、ケーブルがノイズの影響を受けやすく、微小な酸化還元電流を検出することが困難になる。
本発明の目的の一例は、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。
本発明の一態様は、
第１端子と、前記第１端子に電気的に接続された第２端子と、を有する配線基板と、
作用電極と、前記作用電極に電気的に接続された端子と、を有するチップと、
電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路に電気的に接続された端子と、を有する電子素子と、
を備え、
前記チップは、前記配線基板と重なっており、
前記チップの前記端子は、前記配線基板の前記第１端子に電気的に接続されており、
前記電子素子は、前記配線基板と重なっており、
前記電子素子の前記端子は、前記配線基板の前記第２端子に電気的に接続されている、検出装置である。
第１端子と、前記第１端子に電気的に接続された第２端子と、を有する配線基板と、
作用電極と、前記作用電極に電気的に接続された端子と、を有するチップと、
電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路に電気的に接続された端子と、を有する電子素子と、
を備え、
前記チップは、前記配線基板と重なっており、
前記チップの前記端子は、前記配線基板の前記第１端子に電気的に接続されており、
前記電子素子は、前記配線基板と重なっており、
前記電子素子の前記端子は、前記配線基板の前記第２端子に電気的に接続されている、検出装置である。
本発明の他の態様は、
オペアンプを保持している保持体と、
前記保持体から突出しており、前記オペアンプの反転入力端子に電気的に接続された第１端子と、
前記第１端子に取り付けられ、かつ前記第１端子に電気的に接続された参照電極と、
を備える検出装置である。
オペアンプを保持している保持体と、
前記保持体から突出しており、前記オペアンプの反転入力端子に電気的に接続された第１端子と、
前記第１端子に取り付けられ、かつ前記第１端子に電気的に接続された参照電極と、
を備える検出装置である。
本発明のさらに他の態様は、
オペアンプを保持している保持体と、
前記保持体から突出しており、前記オペアンプの出力端子に電気的に接続された端子と、
前記端子に取り付けられ、かつ前記端子に電気的に接続された対向電極と、
を備える検出装置である。
オペアンプを保持している保持体と、
前記保持体から突出しており、前記オペアンプの出力端子に電気的に接続された端子と、
前記端子に取り付けられ、かつ前記端子に電気的に接続された対向電極と、
を備える検出装置である。
本発明の上述した一態様によれば、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、実施形態に係る測定装置１０の斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ´断面図である。図３は、図２に示したチップ２００の平面図である。図４は、図３の一部分の拡大図である。図５は、図４のＢ－Ｂ´断面図である。図６は、図１に示した測定装置１０の一例における回路図である。図１では、配線基板１００の配線１１６及び電子素子３００の端子３１２（図２）を示していない。
図１に示すように、測定装置１０は、検出装置２０、検出装置３０及びスタンド４０を備えている。
図１及び図２に示すように、検出装置２０は、配線基板１００、チップ２００、電子素子３００及び固定部材４００を備えている。
図１に示すように、検出装置３０は、電子装置５００、参照電極６１２及び対向電極６１４を備えている。
図１に示すように、電子装置５００は、検出装置２０よりも高い位置にスタンド４０によって支持され、例えば、電子装置５００は、検出装置２０の上方にスタンド４０によって支持されている。図１及び図２に示すように、スタンド４０は、ステージ４２、支持柱４４及びアーム４６を有している。検出装置２０は、スタンド４０のステージ４２上に搭載されている。アーム４６は、支持柱４４を介してステージ４２に取り付けられている。電子装置５００は、アーム４６に取り付けられている。
図２を用いて、検出装置２０の概要を説明する。検出装置２０は、配線基板１００、チップ２００及び電子素子３００を備えている。配線基板１００は、第１端子１１２及び第２端子１１４を有している。第２端子１１４は、第１端子１１２に電気的に接続されている。チップ２００は、配線基板１００と重なっており、作用電極２２２及び端子２２４を有している（作用電極２２２及び端子２２４の詳細は、図３から図５を用いて後述する。）。端子２２４は、配線基板１００の第１端子１１２に電気的に接続され、また、作用電極２２２に電気的に接続されている。電子素子３００は、配線基板１００と重なっており、電流電圧変換回路３１０及び端子３１２を有している。端子３１２は、配線基板１００の第２端子１１４に電気的に接続され、また、電流電圧変換回路３１０に電気的に接続されている。
上述した構成によれば、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。具体的には、上述した構成においては、作用電極２２２は、配線基板１００を介して電流電圧変換回路３１０に電気的に接続している。したがって、作用電極２２２から電流電圧変換回路３１０までの物理的距離を短くすることができる。このため、作用電極２２２から電流電圧変換回路３１０までの電気的経路において、ノイズによる影響が低減可能になる。このため、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。
図１を用いて、検出装置３０の概要を説明する。検出装置３０は、保持体５１０、端子５１２、端子５１４、参照電極６１２及び対向電極６１４を備えている。保持体５１０は、オペアンプ５０２を保持している（オペアンプ５０２の詳細は、図６を用いて後述する。）。端子５１２は、保持体５１０から突出しており、オペアンプ５０２の反転入力端子に電気的に接続されている。端子５１４は、保持体５１０から突出しており、オペアンプ５０２の出力端子に電気的に接続されている。参照電極６１２は、端子５１２に取り付けられ、かつ端子５１２に電気的に接続されている。対向電極６１４は、端子５１４に取り付けられ、かつ端子５１４に電気的に接続されている。
上述した構成によれば、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。具体的には、上述した構成においては、参照電極６１２は、保持体５１０を介してオペアンプ５０２に電気的に接続している。したがって、参照電極６１２からオペアンプ５０２までの物理的距離を短くすることができる。このため、参照電極６１２からオペアンプ５０２までの電気的経路において、ノイズによる影響が低減可能になる。さらに、上述した構成においては、対向電極６１４は、保持体５１０を介してオペアンプ５０２に電気的に接続している。したがって、対向電極６１４からオペアンプ５０２までの物理的距離を短くすることができる。このため、対向電極６１４からオペアンプ５０２までの電気的経路において、ノイズによる影響が低減可能になる。このようにして、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。
図１に示す例では、参照電極６１２及び対向電極６１４の双方が、保持体５１０を介してオペアンプ５０２に電気的に接続されているが、参照電極６１２及び対向電極６１４の一方のみが保持体５１０を介してオペアンプ５０２に電気的に接続されていてもよい。この場合、参照電極６１２及び対向電極６１４の他方は、保持体５１０とは異なる部材（例えば、ケーブル）を介して、オペアンプ５０２に接続されていてもよい。この場合であっても、図１に示す例と同様に、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。
なお、検出装置２０は、上述した構成を有している一方で、検出装置３０は、上述した構成を有していなくてもよい。例えば、参照電極６１２及び対向電極６１４の双方は、保持体５１０とは異なる部材（例えば、ケーブル）を介して、オペアンプ５０２に接続されていてもよい。
上述した構成によるノイズ低減は、作用電極、参照電極及び対向電極の中で、作用電極において最も顕著である。仮に、参照電極及び対向電極について上述した構成が採用されておらず、作用電極について上述した構成が採用されている場合であっても、同様に、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。
図１及び図２を用いて、測定装置１０の詳細を説明する。
配線基板１００は、第１面１０２、第２面１０４、第１辺１０６ａ、第２辺１０６ｂ、第３辺１０６ｃ及び第４辺１０６ｄを有している。第２面１０４は、第１面１０２の反対側の面である。第２辺１０６ｂは、第１辺１０６ａの反対側の辺である（第１辺１０６ａと対向する辺である）。第３辺１０６ｃは、第１辺１０６ａ及び第２辺１０６ｂの間にある辺である。第４辺１０６ｄは、第３辺１０６ｃの反対側の辺である（第３辺１０６ｃと対向する辺である）。
配線基板１００は、例えば、プリント配線板（ＰＷＢ）である。配線基板１００は、第１端子１１２、第２端子１１４及び配線１１６を有している。配線１１６は、第１端子１１２及び第２端子１１４を相互に電気的に接続している。図２に示す例では、第１端子１１２、第２端子１１４及び配線１１６は、配線基板１００の第１面１０２側に位置している。なお、第１端子１１２、第２端子１１４及び配線１１６は、配線基板１００の第２面１０４側に位置していてもよいし、又は配線基板１００の第１面１０２及び第２面１０４の間に位置していてもよい。
配線基板１００は、開口１００ａを有している。配線基板１００の開口１００ａは、基材４１０の開口４１０ａ（詳細は後述する。）及び基材４２０の開口４２０ａ（詳細は後述する。）と重なっている。
電子素子３００は、例えば、集積回路（ＩＣ）チップである。
図１に示す例では、複数の電子素子３００が配線基板１００上に搭載されており、４つの電子素子３００のそれぞれが配線基板１００の４辺（第１辺１０６ａ、第２辺１０６ｂ、第３辺１０６ｃ及び第４辺１０６ｄ）のそれぞれに沿って配置されている。ただし、複数の電子素子３００のレイアウトは、図１に示す例に限定されるものでない。例えば、配線基板１００の各辺に沿って配置される電子素子３００の数は、配線基板１００の各辺に応じて異なっていてもよい。さらに、配線基板１００の４辺のうちの少なくとも一辺には、電子素子３００が配置されていなくてもよい。
図２に示す例では、電子素子３００は、配線基板１００の第１面１０２側に位置しているが、配線基板１００の第２面１０４側に位置していてもよい。
図２に示す例では、電子素子３００の端子３１２は、リードとなっており、接合材料（例えば、ハンダ）によって配線基板１００の第２端子１１４に接合されている。なお、電子素子３００の端子３１２は、バンプであってもよい。
固定部材４００は、基材４１０、基材４２０及びストッパ４３０を有している。固定部材４００は、配線基板１００を固定しており、具体的には、第１領域４１２及び第２領域４１４を有している。第１領域４１２は、開口４１０ａを有している。第２領域４１４は、第１領域４１２を囲んでいる。配線基板１００は、配線基板１００の開口１００ａが基材４１０の開口４１０ａと重なるように、基材４１０の第２領域４１４上に位置している。基材４２０は、配線基板１００の第１面１０２上に位置し、ストッパ４３０によって、基材４１０に対して固定されている。図１に示す例では、ストッパ４３０は基材４１０にねじ込み可能になっており、ストッパ４３０をねじ込むことで、基材４２０を基材４１０に押し当てることができる。このようにして、配線基板１００を固定部材４００によって固定することができる。
チップ２００は、基材４１０の開口４１０ａ内に位置している。図２に示す例では、検出装置２０は、コネクタ４４０を備えている。コネクタ４４０は、例えば、ピンである。コネクタ４４０は、配線基板１００及びチップ２００の間に位置している。配線基板１００の第１端子１１２及びチップ２００の端子２２４は、コネクタ４４０を介して相互に電気的に接続されている（端子２２４の詳細は、図３から図５を用いて後述する。）。
図１及び図２に示すように、配線基板１００の開口１００ａ、チップ２００、基材４１０の開口４１０ａ及び基材４２０の開口４２０ａによって空間（空間１２）が画定されている。空間１２によって、電気化学セルを形成することができる。
電子装置５００は、オペアンプ５０２、オペアンプ５０４、抵抗５０６、抵抗５０８、端子５１２及び端子５１４を有している。保持体５１０は、オペアンプ５０２、オペアンプ５０４、抵抗５０６及び抵抗５０８を保持している。図１に示す例において、保持体５１０は、オペアンプ５０２、オペアンプ５０４、抵抗５０６及び抵抗５０８を収容する筐体である。端子５１２及び端子５１４は、筐体（保持体５１０）から突出している。
図１に示す例では、電子装置５００は、スタンド４０のアーム４６によって、空間１２の直上に配置されている。このようにして、参照電極６１２の少なくとも一部分（図１に示す例では、参照電極６１２の先端）及び対向電極６１４の少なくとも一部分（図１に示す例では、対向電極６１４の先端）を空間１２内に入り込ませることができる。なお、例えば、スタンド４０のアーム４６によって、電子装置５００を検出装置２０の斜め上に支持することで、電子装置５００を空間１２の斜め上に位置させてもよい。この場合においても、参照電極６１２及び対向電極６１４の向きを調整して、参照電極６１２の少なくとも一部分及び対向電極６１４の少なくとも一部分を空間１２内に入り込ませることができる。
図３から図５を用いて、チップ２００の詳細を説明する。
チップ２００は、基板２１０、導電材料２２０及びレジスト２３０を有している。
基板２１０は、例えば、ガラス基板、半導体基板（例えば、シリコン基板）又は樹脂基板にすることができる。
導電材料２２０は、例えば、金属からなっている。
導電材料２２０は、第１部分２２０ａ、第２部分２２０ｂ及び第３部分２２０ｃを含んでいる。第１部分２２０ａは、作用電極２２２として機能し、第２部分２２０ｂは、端子２２４として機能している。第３部分２２０ｃは、配線２２６として機能し、第１部分２２０ａ及び第２部分２２０ｂを電気的に相互に接続している。
レジスト２３０は、例えば、絶縁材料（例えば、樹脂）からなっている。
図３に示すように、配線基板１００の開口１００ａ、基材４１０の開口４１０ａ及び基材４２０の開口４２０ａは、基板２１０の一部分（作用電極２２２を含む部分）を露出している。
図４及び図５に示す例において、レジスト２３０は、導電材料２２０の第１部分２２０ａの一部分を露出しており、導電材料２２０の第２部分２２０ｂの一部分を露出しており、導電材料２２０の第３部分２２０ｃの全体を覆っている。特に図４及び図５に示す例では、レジスト２３０は、導電材料２２０の第１部分２２０ａの一部分及び導電材料２２０の第２部分２２０ｂの一部分を除いて、基板２１０及び導電材料２２０を覆っている。なお、レジスト２３０は、第１部分２２０ａの全体及び第２部分２２０ｂの全体を露出していてもよいし、第３部分２２０ｃの一部分のみを覆っていてもよい。
作用電極２２２のうちのレジスト２３０から露出された部分の面積は、小さくすることができ、例えば２０００００μｍ２にすることができる。図４に示すように、作用電極２２２のうちのレジスト２３０から露出された部分の形状は円にしてもよく、円の直径は、例えば、５００μｍ以下にしてもよい。
図６を用いて、測定装置１０の詳細を説明する。
図６に示す例において、測定装置１０は、作用電極２２２、参照電極６１２、対向電極６１４、電子素子３００、電子装置５００、測定器８１０（例えば、ボルトメータ）及び制御器８２０（例えば、ファンクションジェネレータ）を備えている。
電子素子３００は、電流電圧変換回路３１０を有している。図６に示す例において、電流電圧変換回路３１０は、オペアンプ３０２及び抵抗３０４を含んでいる。抵抗３０４は、オペアンプ３０２の出力端子及び反転入力端子の間に電気的に接続されており、帰還抵抗として機能している。オペアンプ３０２の非反転入力端子は、接地されている。
作用電極２２２に流れる電流（酸化還元電流）は、電流電圧変換回路３１０によって電圧に変換される。電流電圧変換回路３１０の出力端子から出力された電圧は、測定器８１０によって測定される。
図１から図５を用いて説明したように、本実施形態においては、作用電極２２２は、配線基板１００を介して電流電圧変換回路３１０に電気的に接続している。したがって、作用電極２２２から電流電圧変換回路３１０までの物理的距離を短くすることができる。このため、作用電極２２２から電流電圧変換回路３１０までの電気的経路において、ノイズによる影響が低減可能になる。このため、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。
電子装置５００は、オペアンプ５０２、オペアンプ５０４、抵抗５０６及び抵抗５０８を有している。対向電極６１４は、オペアンプ５０２の出力端子に電気的に接続されている。オペアンプ５０２の非反転入力端子は、接地されている。オペアンプ５０２の反転入力端子には、抵抗５０８を介して制御器８２０から電圧が入力される。参照電極６１２は、オペアンプ５０４及び抵抗５０６を介して、オペアンプ５０２の反転入力端子に接続されている。オペアンプ５０４は、ボルテージフォロワとして機能しており、オペアンプ５０４の非反転入力端子は、参照電極６１２に電気的に接続されており、オペアンプ５０４の反転入力端子は、オペアンプ５０４の出力端子に電気的に接続されている。
図６に示す例では、参照電極６１２は、オペアンプ５０４を介して、オペアンプ５０２の反転入力端子に電気的に接続されているが、オペアンプ５０４を介さないで、オペアンプ５０２の反転入力端子に電気的に接続されていてもよい。
図１から図５を用いて説明したように、本実施形態においては、参照電極６１２は、保持体５１０を介してオペアンプ５０２に電気的に接続している。したがって、参照電極６１２からオペアンプ５０２までの物理的距離を短くすることができる。このため、参照電極６１２からオペアンプ５０２までの電気的経路において、ノイズによる影響が低減可能になる。さらに、本実施形態においては、対向電極６１４は、保持体５１０を介してオペアンプ５０２に電気的に接続している。したがって、対向電極６１４からオペアンプ５０２までの物理的距離を短くすることができる。このため、対向電極６１４からオペアンプ５０２までの電気的経路において、ノイズによる影響が低減可能になる。このようにして、低ノイズで微小な酸化還元電流を検出することができる。
測定装置１０は、様々な酸化還元電流の測定に用いることができる。一例において、測定装置１０の空間１２内に核酸を含む溶液を滴下して作用電極２２２に核酸を固定して、酸化還元電流（例えば、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ））を測定してもよい。この核酸は、例えば、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）又はＲＮＡ（リボ核酸）（例えば、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ））にすることができる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
この出願は、２０１８年１０月２９日に出願された日本出願特願２０１８－２０２５６８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０ 測定装置
１２ 空間
２０ 検出装置
３０ 検出装置
４０ スタンド
４２ ステージ
４４ 支持柱
４６ アーム
１００ 配線基板
１００ａ 開口
１０２ 第１面
１０４ 第２面
１０６ａ 第１辺
１０６ｂ 第２辺
１０６ｃ 第３辺
１０６ｄ 第４辺
１１２ 第１端子
１１４ 第２端子
１１６ 配線
２００ チップ
２１０ 基板
２２０ 導電材料
２２０ａ 第１部分
２２０ｂ 第２部分
２２０ｃ 第３部分
２２２ 作用電極
２２４ 端子
２２６ 配線
２３０ レジスト
３００ 電子素子
３０２ オペアンプ
３０４ 抵抗
３１０ 電流電圧変換回路
３１２ 端子
４００ 固定部材
４１０ 基材
４１０ａ 開口
４１２ 第１領域
４１４ 第２領域
４２０ 基材
４２０ａ 開口
４３０ ストッパ
４４０ コネクタ
５００ 電子装置
５０２ オペアンプ
５０４ オペアンプ
５０６ 抵抗
５０８ 抵抗
５１０ 保持体
５１２ 端子
５１４ 端子
６１２ 参照電極
６１４ 対向電極
８１０ 測定器
８２０ 制御器
１２ 空間
２０ 検出装置
３０ 検出装置
４０ スタンド
４２ ステージ
４４ 支持柱
４６ アーム
１００ 配線基板
１００ａ 開口
１０２ 第１面
１０４ 第２面
１０６ａ 第１辺
１０６ｂ 第２辺
１０６ｃ 第３辺
１０６ｄ 第４辺
１１２ 第１端子
１１４ 第２端子
１１６ 配線
２００ チップ
２１０ 基板
２２０ 導電材料
２２０ａ 第１部分
２２０ｂ 第２部分
２２０ｃ 第３部分
２２２ 作用電極
２２４ 端子
２２６ 配線
２３０ レジスト
３００ 電子素子
３０２ オペアンプ
３０４ 抵抗
３１０ 電流電圧変換回路
３１２ 端子
４００ 固定部材
４１０ 基材
４１０ａ 開口
４１２ 第１領域
４１４ 第２領域
４２０ 基材
４２０ａ 開口
４３０ ストッパ
４４０ コネクタ
５００ 電子装置
５０２ オペアンプ
５０４ オペアンプ
５０６ 抵抗
５０８ 抵抗
５１０ 保持体
５１２ 端子
５１４ 端子
６１２ 参照電極
６１４ 対向電極
８１０ 測定器
８２０ 制御器
Claims (3)
- 第１端子と、前記第１端子に電気的に接続された第２端子と、開口と、を有する配線基板と、
作用電極と、前記作用電極に電気的に接続された端子と、を有するチップと、
電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路に電気的に接続された端子と、を有する電子素子と、
開口を有する第１領域と、前記第１領域を囲う第２領域と、を有する基材と、
を備え、
前記チップは、前記配線基板と重なっており、
前記チップの前記端子は、前記配線基板の前記第１端子に電気的に接続されており、
前記電子素子は、前記配線基板と重なっており、
前記電子素子の前記端子は、前記配線基板の前記第２端子に電気的に接続されており、
前記配線基板は、前記配線基板の前記開口が前記基材の前記開口と重なるように、前記基材の前記第２領域上に位置しており、
前記チップは、前記基材の前記開口内に位置している、
検出装置。 - 前記配線基板及び前記チップの間に位置し、前記配線基板の前記第１端子及び前記チップの前記端子を相互に電気的に接続するコネクタをさらに備える、請求項１に記載の検出
装置。 - 前記チップは、前記作用電極として機能する第１部分と、前記端子として機能する第２部分と、前記第１部分及び前記第２部分を電気的に接続する第３部分と、を含む導電材料を有し、
前記チップは、レジストをさらに有し、
前記レジストは、前記導電材料の前記第１部分のうちの少なくとも一部分及び前記第２部分のうちの少なくとも一部分を露出し、前記導電材料の前記第３部分のうちの少なくとも一部分を覆っている、請求項１又は２に記載の検出装置。
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-
2019
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- 2019-10-07 EP EP19878656.8A patent/EP3875949A4/en not_active Withdrawn
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| US20210348287A1 (en) | 2021-11-11 |
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