JPH09145583A

JPH09145583A - カートリッジ状の圧電センサチップ

Info

Publication number: JPH09145583A
Application number: JP31844095A
Authority: JP
Inventors: Uu Zuon-Zen; ウーヅォン−ゼン
Original assignee: Development Center for Biotechnology
Current assignee: Development Center for Biotechnology
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1997-06-06
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: JP2748246B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】組み立てるのが容易で、使用がより便利な圧電
センサチップを提供すること。【解決手段】各片側に形成された２つの電極３１、３２
を有する圧電結晶ウエハ３０は、溝２５が密閉され、か
つそれを通って流体サンプルが流される電極が露出され
る開口を有する被覆によってカバーされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に圧電結晶
バイオセンサにおいて使用するのに適している圧電セン
サチップに関し、特に組み立てるのに容易であり、使用
により便利なカートリッジ状の圧電センサチップに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】水晶微量化学はかり（圧電発振器）は、
流体サンプルの中の検体の存在又は濃度を検出するため
に使用される。これらの装置は２つの電極の間にサンド
ウィッチされた単一の結晶ウエハからなる。電極は、こ
れらの装置をその共振周波数で水晶を駆動する外部発振
器回路に接続する手段に備えつけられている。周波数
は、水晶の質量と、水晶の電極領域に限られたいかなる
層の質量と流体サンプルの粘度変化に依存する。流体サ
ンプルに存在することを疑われた検体が捕獲試薬によっ
て電極と結合されるとき、結合から生じる質量又は粘度
変化は、サンプルの中の検体の存在又は濃度を決定する
ために使用されることができる水晶微量化学はかりの共
振周波数における変化を引き起こす。流体サンプルの中
の検体の存在又は濃度を検出するために使用されると
き、圧電結晶バイオセンサは、流体サンプルが注がれる
密閉セル又は容器の中に収容される。図４を参照する
と、電極3a、3bの間にサンドウィッチされた圧電結晶ウ
エハ５は、２つのケーシング８及び９によって形成され
た密閉空間91の中に収容される。電極3a及び3bは、それ
ぞれリード線２に接続される。リード線２は、セルの外
側に取り出され、発振器回路（図示せず）に接続され
る。チューブ６及び７は、流体サンプルを流入及び流出
させるためにセルの中に備えられている。

【０００３】ケーシング８及び９の中への圧電結晶バイ
オセンサの収容は複雑で、注意して取り扱われるべきで
ある。このプロセスは、電極3a、3bの表面に検体捕獲試
薬をコーティング又は固定すること、被覆されたか又は
固定された圧電結晶ウエハ５をケーシング８及び９の間
に収容すること、かつ２つのケーシング８及び９を一緒
に接合することを含む。電極は、直径が小さく、通常約
0.5ｃｍであるので、それのうえに被覆されたか又は固
定された検体捕獲試薬に接触することなく、かつこのよ
うにそれを破壊しないでケーシングの中にウエハ５を収
容することは困難である。さらに、気密状態を得るため
に、Ｏリングやねじ又はシリコンシール材が、通常２つ
のケーシングの接合部での密封を助けるために使用され
る。これらのステップは、全て精巧な技術を必要とし、
多くの時間を必要とする。上記したようなウエハの収容
に加えて、更にリード線及びチューブをセルに接続する
必要がある。このような圧電結晶バイオセンサ素子の複
雑なアセンブリ行程のために、圧電結晶バイオセンサの
商用化には未だ成功しておらず、研究所で特定の使用の
ために設計されているだけである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、組み立てるのが容易で、使用がより便利で、い
つも検体捕獲試薬で被覆されるか又は固定されることが
でき、したがって商用化に適している圧電センサチップ
を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【０００５】この目的は、窪んだ空間を有する受け入れ
ケーシングと、圧電結晶ウエハと、圧電結晶ウエハの各
片側にそれぞれ形成された２つの電極と、２つの電極に
それぞれ接続され、圧電結晶ウエハが、窪んだ空間を密
封するように受け入れケーシングの窪んだ空間上に配置
された２つのリード線と、受け入れケーシングとかみ合
わされ、開口を通して検体捕獲試薬と結合されるべきで
ある２つの電極の一つを露出するように圧電結晶ウエハ
上を覆われる開口を有する部材を持つ被覆ケーシング
と、を含む圧電センサチップを提供することによって達
成される。

【０００６】本発明の態様によると、窪んだ空間は、上
部の窪みと下部の窪みを含み、下部の窪みは、リムが圧
電結晶ウエハを支持するために形成されるように上部の
窪みの下に形成され、かつその空間に通じている。

【０００７】本発明の他の態様によると、被覆ケーシン
グの部材は漏斗状の部材であり、したがって、ウエハの
共振周波数が影響を及ぼされないように検体捕獲試薬が
結合される電極上に流体サンプルが流れる時、泡を保持
する空所が存在しない。

【０００８】さらに、本発明の他の態様によると、検体
捕獲試薬と結合しない電極は、下部の窪んだ空間のリム
に接触せず、それによって共振の不安定性を避ける。

【０００９】さらに、本発明の態様によると、受け入れ
ケーシング及び被覆ケーシングは、カートリッジ状であ
り、従って流体サンプルが注がれるセルに合わされるの
に適している。

【００１０】さらに、本発明の態様によると、リード線
対は重合体導電性ガムによって２つの電極に接続され
る。

【００１１】さらに、本発明の態様によると、検体捕獲
試薬と結合される電極の一つの表面は、結合効果を高め
るためにそれに被覆された末端−ＮＨ₂、又は−ＣＨ
Ｏ、あるいは−ＣＯＯＨもしくはビオチン／アビジン基
を有する重合体フィルムを有するように前処理される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１及び図２を参照すると、本発
明のカートリッジ状の圧電センサチップの好ましい実施
例の断面図及び透視分解図がそれぞれ示されている。カ
ートリッジ状の圧電センサチップはそれの各片側に形成
された電極31、32を有する円形の圧電結晶ウエハ30、ウ
エハ30を受け入れる下部ケーシング及びウエハ30を被覆
する上部ケーシングを含む。検出しているとき、固定さ
れるべき又は検体捕獲試薬で化学的に被覆されるべき電
極31は、リードストリップ29bに接続するためにその周
辺に形成された水平方向に突き出る突出部33を有する。
固定されるべきでないか又は検体捕獲試薬で化学的に被
覆されるべきでない電極32もまた、リードストリップ29
aに接続するために突出部33の反対側に水平方向に突き
出る突出部34を有する。好ましくは、下部ケーシング20
及び上部ケーシング10は、ナイロンのような、有機溶剤
及び酸性／アルカリ溶液に抵抗力のあるプラスティック
製であり、かつカートリッジ状である。上部ケーシング
10は、ウエハ30が下部ケーシング20の中に受け入れられ
た後、上部ケーシング10及び下部ケーシング20がかみ合
うように下部ケーシング20の中に形成された対応するリ
ング状の溝27の中に挿入されるために下方に突き出るリ
ング14を有する。

【００１３】ウエハ30を受け入れるために下部ケーシン
グ20に形成された溝25は、それが上部溝25a及び下部溝2
5bから成るように設計される。下部溝25bは、リム25cが
形成されるように上部溝25aの下に形成され、かつ上部
溝25aに通じていて、このようにウエハ30はリム25cの上
に支持されることができる。上部溝25aの深さは、ウエ
ハ30が閉鎖環境においてリム25c上に配置され、かつ上
部ケーシング10が被覆されたとき、密封された窪んだ空
間が下部溝25bに形成されるようにウエハ30の厚さとほ
ぼ同じであることに注目せよ。下部溝25bのサイズが、
リム25ｃがウエハ30の共振の不安定性を避けるために電
極32に接触しないように電極32よりも少なくとも10％大
きいように設計されることにもまた注目せよ。金属スト
リップ対29a、29bは、突出部33、34の対応する位置に備
えつけられ、かつ発振器回路（図示せず）に接続するた
めに下部ケーシング20の外側へ下方に延ばされる。

【００１４】上部ケーシング10は、最上部で広い円形の
開口12aを有し、かつ最下部で狭い円形の開口12bを有す
る漏斗状の部材12を有する。このような漏斗状の部材設
計によって、流体サンプルが電極31を通って流れると
き、いかなる空所も存在しない。空所は泡を保持し、共
振の安定性に悪影響を与える。漏斗状の部材の内壁は上
部ケーシング10の垂直面に対して50度傾斜される。最下
部開口12bの直径は、上部ケーシング10が下部ケーシン
グ20とかみ合わされるとき、最下部開口12bのリムが結
晶ウエハ30のいかなる共振不安定性も避けるために電極
３１に接触しないように電極３１の直径よりも少なくと
も10％大きいように設計される。

【００１５】次に、図３を参照すると、組み立てられた
圧電センサチップが示される。リング状のギャップ29が
ウエハ30の周辺と下方に突き出るリング14との間に形成
されることに注目せよ。重合体導電性ガム、例えば、導
電性エポキシ樹脂ガム23、24が、金属ストリップ29a、2
9bが突出部33、34に接続されるべき空間29の中に入れら
れる。

【００１６】カートリッジ状の圧電センサチップの組み
立てにおいて、金属ストリップ29a、29bは最初に溝25に
挿入され、かつ２つの接続脚21、22を形成するように下
部ケーシング20の外側に延ばされる。そして、ウエハ30
を閉鎖環境においてリム25c上に配置する。これにより
電極31が上方に位置決めされ、電極32が下方に位置決め
され、且つリム25cに接触せず、また突出部33、34が金
属ストリップ29a、29bの上部端に近接して位置決めされ
るように、下部溝25bを覆う。したがって、電極31、32
の突出部33、34は、ギャップ29の予定された部分の中に
導電性ガムを充填することによって閉鎖環境においてそ
れぞれ金属ストリップ29a、29bに接続される。それか
ら、ギャップ29の他方の部分が下部溝25を密封するため
に充填材ガムで充填される。最後に、上部ケーシング10
は、下方に突き出るリング14を対応するリング状の溝27
の中に挿入することによって下部ケーシング上にカバー
される。

【００１７】本発明の圧電センサチップを使用する検出
ステップは、最初に固定するか又は電極３１上に検体捕
獲試薬、例えば、抗体、受容体、ポリペプチドを化学的
に被覆し、流体サンプルが入れられるセルの中に被覆さ
れるか又は固定されたセンサチップを挿入し、次に金属
ストリップ29a、29bを発振器回路に接続することによっ
て実行される。

【００１８】電極31、32は、通常、金、パラジウム又は
合金である。圧電ウエハ30の発振周波数は４ＭＨｚ〜30
ＭＨｚである。電極31上での検体捕獲試薬の結合を高め
るために、電極31の表面は、末端−ＮＨ₃、−ＣＨＯ、
−ＣＯＯＨ又はビオチン／アビジン基を有する重合体フ
ィルムで蒸着されることができる。

【００１９】本発明の圧電結晶バイオセンサの組み立て
は非常に簡単で、精巧な技術を必要とせず、且つ本発明
のバイオセンサの感度が高められることが本発明の好ま
しい実施例から理解される。

【図面の簡単な説明】

本発明の前述の特徴並びに本発明そのものは、下記の詳
細な説明及び図面から十分に理解され得る。

【図１】本発明によるカートリッジ状の圧電センサチッ
プの好ましい実施形態の断面分解図である。

【図２】図１に示されたカートリッジ状の圧電センサチ
ップの透視分解図である。

【図３】図１に示された組み立てられたカートリッジ状
の圧電センサチップの断面図である。

【図４】セルの中に含まれる従来の圧電センサチップの
透視図である。

【符号の説明】

10：上部ケーシング、12：漏斗状の部材、20：下部ケー
シング、25：溝、29a,29b：リード金属、30：圧電結晶
ウエハ、31,32：電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体サンプルに存在している可能性のあ
る検体を検出する圧電結晶バイオセンサにおいて使用す
るのに適している圧電センサチップにおいて、窪んだ空間を有する受け入れケーシングと、前記窪んだ空間を密封するように前記受け入れケーシン
グの前記窪んだ空間上に配置される圧電結晶ウエハと、前記圧電結晶ウエハの各片側にそれぞれ形成された２つ
の電極と、前記２つの電極にそれぞれ接続された２つのリード線
と、開口を有する部材を備え、前記受け入れケーシングとか
み合わされ、かつ該開口を通して検体捕獲試薬と結合さ
れるべき前記２つの電極の一つを露出するように前記圧
電結晶ウエハ上にカバーされる被覆ケーシリングと、を備えることを特徴とする圧電センサチップ。
【請求項２】前記窪んだ空間が、上部の窪みと下部の
窪みを含み、前記下部の窪みは、リムが前記圧電結晶ウ
エハを支持するために形成されるように前記上部窪みの
下に形成され、また前記上部窪みに通じている、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電センサチップ。
【請求項３】前記部材が漏斗状の部材である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電センサチ
ップ。
【請求項４】検体捕獲試薬と結合すべきでない電極が
前記下部の窪みのリムに接触しない、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電センサチ
ップ。
【請求項５】前記受け入れケーシング及び前記被覆ケ
ーシングがカートリッジ状である、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載の
圧電センサチップ。
【請求項６】前記２つのリード線が重合体の導電性ガ
ムで前記２つの電極に接続される、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５に
記載の圧電センサチップ。
【請求項７】検体捕獲試薬と結合されるべき前記電極
が前記下部開口よりも小さい表面積を有する、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又
は６に記載の圧電センサチップ。
【請求項８】前記受け入れケーシング及び被覆ケーシ
ングがプラスティック製である、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又
は６又は７に記載の圧電センサチップ。
【請求項９】前記電極が金電極である、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又
は６又は７又は８に記載の圧電センサチップ。
【請求項１０】前記電極がパラジウム電極である、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又
は６又は７又は８に記載の圧電センサチップ。
【請求項１１】前記圧電結晶ウエハの発振周波数が４
ＭＨｚ〜30ＭＨｚである、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又
は６又は７又は８又は９又は１０に記載の圧電センサチ
ップ。
【請求項１２】検体捕獲試薬と結合されるための前記
電極の表面が、前記検体捕獲試薬との結合を高めるため
に、それに被覆された末端−ＮＨ₂基を有する重合体フ
ィルムを有するように前処理される、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又
は６又は７又は８又は９又は１０又は１１に記載の圧電
センサチップ。
【請求項１３】検体捕獲試薬と結合されるための前記
電極の表面が、前記検体捕獲試薬との結合を高めるため
に、それに被覆された末端−ＣＨＯ基を有する重合体フ
ィルムを有するように前処理されること、を特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６
又は７又は８又は９又は１０又は１１に記載の圧電セン
サチップ。
【請求項１４】検体捕獲試薬と結合されるための前記
電極の表面が、前記検体捕獲試薬との結合を高めるため
に、それに被覆された末端−ＣＯＯＨ基を有する重合体
フィルムを有するように前処理されること、を特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６
又は７又は８又は９又は１０又は１１に記載の圧電セン
サチップ。
【請求項１５】検体捕獲試薬と結合されるための前記
電極の表面が、前記検体捕獲試薬との結合を高めるため
に、それに被覆された末端−ビオチン／アビジン基を有
する重合体フィルムを有するように前処理されること、を特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５又は６
又は７又は８又は９又は１０又は１１に記載の圧電セン
サチップ。