JPWO2015115419A1 - センサ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、検出対象を感度良くあるいは精度良く検出することができるセンサ装置が求められていた。
本発明の第1実施形態に係るセンサ装置100について、図1〜図7を用いて説明する。
第1カバー部材1は、図1(b)に示すように平板状である。第1カバー部材1の厚さは、例えば、0.1mm〜0.5mmである。第1カバー部材1の平面形状は概ね長方形状である。第1カバー部材1の長さ方向の長さは、例えば、1cm〜5cmであり、幅方向の長さは、例えば、1cm〜3cmである。第1カバー部材1の材料としては、例えば、紙、プラスチック、セルロイド、セラミックス、不織布、ガラスなどを用いることができる。必要な強度とコストとを兼ね備える観点からプラスチックを用いることが好ましい。
本実施形態において、図1(a)および図1(b)に示すように、中間カバー部材1Aが、第1カバー部材1の上面に、検出素子3と並んで位置している。また、中間カバー部材1Aと検出素子3とは間隙を介して位置している。
第2カバー部材2は、図1(b)および図1(c)に示すように、検出素子3の少なくとも一部を覆うとともに中間カバー部材1Aに接合されている。第2カバー部材2の材料としては、例えば、樹脂(プラスチックを含む)、紙、不織布、ガラスなどを用いることができ、より具体的には、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることが好ましい。なお、第1カバー部材1の材料と第2カバー部材2の材料とを同一としてもよい。これによって、互いの熱膨張係数の差に起因する変形を抑制することが可能となる。なお、第2カバー部材2は、中間カバー部材1Aにのみ接合される構成、あるいは第1カバー部材1および中間カバー部材1Aの双方に接合される構成にしてもよい。
第3基板2aは、中間カバー部材1Aの上面に貼り合わされている。第3基板2aは平板状であり、その厚さは、例えば、0.1mm〜0.5mmである。第4基板2bは、第3基板2aの上面に貼り合わされている。第4基板2bは、平板状であり、その厚さは、例えば、0.1mm〜0.5mmである。そして、図6に示すように、第3基板2aには流路15を形成する切欠きが形成されていることから、第4基板2bが第3基板2aと接合されることによって、図1(b)に示すように、第2カバー部材2の下面に流路15が形成されることとなる。流路15は、流入部14から少なくとも検出部13の直上領域まで延びており、断面形状は、例えば、矩形状である。
検出素子3は、図1(b)に示すように、第1カバー部材1の上面に位置している素子基板10、および素子基板10の上面または後述する絶縁性部材28の上面に位置しており且つ検体液に含まれる検出対象の検出を行なう少なくとも1つの検出部13を有する。検出素子3の詳細については、図2(b)および図3に示している。
素子基板10は、例えば、タンタル酸リチウム(LiTaO3)単結晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)単結晶または水晶などの圧電性を有する単結晶の基板からなる。素子基板10の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、素子基板10の厚さは、0.3mm〜1mmである。
図3に示すように、第1IDT電極11は、素子基板10の上面に位置しており、1対の櫛歯電極を有する。各櫛歯電極は、互いに対向する2本のバスバー、および各バスバーから他のバスバー側へ延びる複数の電極指を有している。そして、1対の櫛歯電極は、複数の電極指が互いに噛み合うように配置されている。第2IDT電極12も、第1IDT電極11と同様、素子基板10の上面に位置しており、1対の櫛歯電極を有する。図3に示されている第1IDT電極11および第2IDT電極12は、トランスバーサル型のIDT電極を構成している。
図3(a)に示すように、第1引出し電極19は、第1IDT電極11に接続されており、第2引出し電極20は、第2IDT電極12に接続されている。
絶縁性部材28は、素子電極(IDT電極11、12および引出し電極19、20など)29の酸化防止などに寄与するものであり、図3に示すように、素子電極29の少なくとも一部を覆っている。
図4(a)において、絶縁性部材28は、素子基板10の一部のみを覆っている。そして、素子基板10の表面(上面)であって絶縁性部材28で覆われていない部位に、検出部13が形成されている。これによれば、絶縁性部材28で覆われていない部位では素子基板10の表面近傍において弾性表面波の振幅が強くなるとともに、当該部位において素子基板10の表面と後述する反応部13bとが近接していることから、検出の感度を向上させることができる。
図3に示すように、検出部13は、検体液に含まれる検出対象の検出を行なうものであり、素子基板10の上面(表面)または絶縁性部材28の上面であって第1IDT電極11と第2IDT電極12との間に位置している。検出部13は、素子基板10の上面(表面)または絶縁性部材28の上面(表面)に位置している固定化膜13aと、固定化膜13aの上面に位置している反応部13bとを有する。
まず、固定化膜13aは、素子基板10の上面(表面)または絶縁性部材28の上面(表面)に位置しているとともに、その上面(表面)に反応部13bを固定化するものである。本実施形態では、上述のとおり、検出部13が第1IDT電極11と第2IDT電極12との間に位置していることから、固定化膜13aも第1IDT電極11と第2IDT電極12との間に位置している。より具体的には、センサ装置100を第2カバー部材2の上面側から透視する上面透視において、固定化膜13aが第1IDT電極11と第2IDT電極12との間に位置している。
以上のように、本実施形態に係るセンサ装置100によれば、固定化膜13aの表面粗さが素子電極29の表面粗さよりも小さいことから、固定化膜13aの表面(上面)に対して、検体液に含まれる検出対象以外の物質が非特異吸着することを抑制しつつ、検体液に含まれる検出対象の検出に寄与する構成を効果的に固定化することができ、その結果、検出対象を精度良く検出することが可能となる。それに加えて、素子電極29の表面粗さはある程度の大きさを有することから、その表面に形成する絶縁性部材28と優れた密着性を有することが可能となる。また、固定化膜13aの表面粗さは、第1IDT電極11および第2IDT電極12のいずれの表面粗さよりも小さいのが好ましい。
以上のように、本実施形態に係るセンサ装置100によれば、固定化膜13aの表層部の酸素量は、素子電極29の表層部の酸素量よりも小さいことから、検体液に含まれる検出対象の検出に寄与する構成を固定化膜13aの表面に効果的に固定化することができ、その結果、検出対象を精度良く検出することが可能となる。なお、固定化膜13aの表層部の酸素量は、第1IDT電極11および第2IDT電極12のいずれの表層部の酸素量よりも小さいのが好ましい。
次に、反応部13bは、検体液中の検出対象と化学反応を生じる部位であり、図5に示すように、固定化膜13aの表面(上面)に位置している。反応部13bとしては、例えば、固定化膜13aの表面に、後述するような官能基13b1を介して生体材料13b3を固定化する構成、あるいは、図5に示すように、官能基13b1および有機部材13b2を介して生体材料13b3を固定化する構成などが挙げられる。言い換えれば、官能基13b1は、直接あるいは有機部材13b2などを介して、固定化膜13aの表面に生体材料13b3を固定化する役割を有する。このような構成を有する反応部13bは、例えば、検体液との接触に起因して、検体液中の特定の検出対象がその検出対象に対応するアプタマーなどの生体材料13b3などと結合する。
SAWを利用した検出素子3を用いて検体液の検出を行なうには、まず、第1IDT電極11に、配線7および第1引出し電極19などを介して、外部の測定器から所定の電圧を印加する。
本実施形態に係るセンサ装置100においては、流路15の内面全体、あるいは内面の一部、例えば、流路15の底面および壁面などが親液性を有している。流路15の内面が親液性を有することによって毛細管現象が起こりやすくなり、検体液が流入部14から吸引されやすくなる。
本実施形態において、検体液の流路15は深さが0.3mm程度であるのに対し、検出素子3は厚さが0.3mm程度であり、図1(b)に示すように、流路15の深さと検出素子3の厚さとがほぼ等しい。そのため、流路15上に検出素子3をそのまま置くと流路15が塞がれてしまう。そこで、センサ装置100においては、図1(b)および図2に示すように、検出素子3が実装される第1カバー部材1と第1カバー部材1上に接合される中間カバー部材1Aとによって素子収容凹部5を設けている。この素子収容凹部5の中に検出素子3を収容することによって、検体液の流路15が塞がれないようにしている。すなわち、素子収容凹部5の深さを検出素子3の厚さと同程度にし、その素子収容凹部5の中に検出素子3を実装することによって、流路15を確保することができる。
まず、図7(a)に示すように、端子6および配線7が形成された第1カバー部材1を用意する。
(i)レジストパターニングした後にリフトオフすることによって、第1IDT電極11、第2IDT電極12、第1引出し電極19および第2引出し電極20を形成する工程。
(ii)成膜した後にパターニングすることによって、絶縁性部材28を形成する工程。
(iii)固定化膜13a、第1引出し電極19の端部19eおよび第2引出し電極20の端部20eを形成する工程。
<変形例>
図8は、図1のセンサ装置100の変形例に係るセンサ装置100a、100b、100cを示す平面図であり、(a)および(b)は図7(d)に対応する図であり、(c)は図1(a)に対応する図である。
まず、図10(a)〜図10(c)に示すように、上述の第1実施形態に係るセンサ装置100と同様にして、端子6および配線7が形成された第1カバー部材1の上に中間カバー部材1Aを積層し、検出素子3を金属細線27を用いて実装する。
図13は、本発明の第2実施形態に係るセンサ装置200を示す図であり、図2(a)に対応する図である。
例えば、上述した実施形態においては、検出素子3が弾性表面波素子からなるものについて説明したが、検出素子3はこれに限らず、例えば、表面プラズモン共鳴が起こるように光導波路などを形成した検出素子3を用いてもよい。この場合は、例えば、検出部における光の屈折率の変化などを計測する。その他、水晶などの圧電基板に振動子を形成した検出素子3を用いることもできる。この場合は、例えば、振動子の発振周波数の変化を計測する。
1A・・・中間カバー部材
1Aa・・・第1上流部
θ1a・・・接触角
1Ab・・・第1下流部
θ1b・・・接触角
2・・・第2カバー部材
2a・・・第3基板
2b・・・第4基板
2ba・・・第2上流部
θ2a・・・接触角
2bb・・・第2下流部
θ2b・・・接触角
3・・・検出素子
3a・・・上流領域
θ3a・・・接触角
3b・・・検出領域(検出部)
θ3b・・・接触角
3c・・・下流領域
θ3c・・・接触角
4・・・凹部形成部位
5・・・素子収容凹部
6・・・端子
7・・・配線
9・・・充填部材
10・・・素子基板
11・・・第1IDT電極
12・・・第2IDT電極
13(3b)・・・検出部
13a・・・固定化膜
13b・・・反応部
13b1・・・官能基
13b2・・・有機部材
13b3・・・生体材料
14・・・流入部
15・・・流路
15a・・・上流部
15b・・・下流部(延長部)
18・・・排気孔
19・・・第1引出し電極
19e・・・端部(パッド部)
20・・・第2引出し電極
20e・・・端部(パッド部)
27・・・導線(金属細線)
28・・・絶縁性部材
28a・・・被覆部位
28b・・・外周部位
29・・・素子電極
30・・・吸液材
100・・・センサ装置
Claims (19)
- 素子基板と、
前記素子基板の上面に位置している素子電極と、
前記素子電極の少なくとも一部を覆っている絶縁性部材と、
前記素子基板の上面または前記絶縁性部材の上面に位置している固定化膜を有しており且つ検体に含まれる検出対象の検出を行なう検出部と、を備え、
前記固定化膜の表面粗さは、前記素子電極の表面粗さよりも小さい、センサ装置。 - 前記素子電極は、
弾性波を発生させる第1IDT(Interdigital Transducer)電極と、
前記第1IDT電極から伝搬する前記弾性波を受信する第2IDT電極と、を有し、
前記固定化膜の表面粗さは、前記第1IDT電極および前記第2IDT電極のいずれの表面粗さよりも小さい、請求項1に記載のセンサ装置。 - 上面透視において、前記固定化膜は、前記第1IDT電極と前記第2IDT電極との間に位置している、請求項2に記載のセンサ装置。
- 前記固定化膜の表層部の酸素量は、前記素子電極の表層部の酸素量よりも小さい、請求項1〜3のいずれかに記載のセンサ装置。
- 素子基板と、
前記素子基板の上面に位置している素子電極と、
前記素子電極の少なくとも一部を覆っている絶縁性部材と、
前記素子基板の上面または前記絶縁性部材の上面に位置している固定化膜を有しており且つ検体に含まれる検出対象の検出を行なう検出部と、を備え、
前記固定化膜の表層部の酸素量は、前記素子電極の表層部の酸素量よりも小さい、センサ装置。 - 前記素子電極は、
弾性波を発生させる第1IDT(Interdigital Transducer)電極と、
前記第1IDT電極から伝搬する前記弾性波を受信する第2IDT電極と、を有し、
前記固定化膜の表層部の酸素量は、前記第1IDT電極および前記第2IDT電極のいずれの表層部の酸素量よりも小さい、請求項5に記載のセンサ装置。 - 上面透視において、前記固定化膜は、前記第1IDT電極と前記第2IDT電極との間に位置している、請求項6に記載のセンサ装置。
- 前記固定化膜の表面粗さは、前記素子電極の表面粗さよりも小さい、請求項5〜7のいずれかに記載のセンサ装置。
- 素子基板と、
前記素子基板の上面に位置している素子電極と、
前記素子基板の上面に位置している固定化膜を有しており且つ検体に含まれる検出対象の検出を行なう検出部と、を備え、
前記固定化膜の表面粗さは、前記素子電極の表面粗さよりも小さく、
前記固定化膜の表層部の酸素量は、前記素子電極の表層部の酸素量よりも小さい、センサ装置。 - 前記検出部は、前記固定化膜の上面に位置しており、前記検体に含まれる検出対象と化学反応を生じる反応部、をさらに有する、請求項1〜9のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記反応部は、前記固定化膜の前記上面と結合しているチオール基を有する、請求項10に記載のセンサ装置。
- 前記反応部は、前記チオール基と結合している有機部材をさらに有する、請求項11に記載のセンサ装置。
- 前記反応部は、前記固定化膜の上方に固定化されている、ペプチド、タンパク質および核酸から選ばれる少なくとも1種を含む生体材料をさらに有する、請求項10〜12のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記固定化膜は、前記素子電極と同一の材料を有する、請求項1〜13のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記素子電極は複数の層からなり、前記複数の層のうち最上層は前記固定化膜と異なる材料で構成されている、請求項1〜14のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記素子電極および前記固定化膜は、Auを有する、請求項1〜15のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記固定化膜の厚さは、前記素子電極の厚さよりも小さい、請求項1〜16のいずれかに記載のセンサ装置。
- 断面視において、前記絶縁性部材の前記上面は、前記固定化膜に覆われている被覆部位よりも前記被覆部位に連続する外周部位の方が低い、請求項1〜17のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記絶縁性部材は、SiO2を有する、請求項1〜18のいずれかに記載のセンサ装置。
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