WO2006027893A1

WO2006027893A1 - 液中物質検出センサ及びそれを用いた液中物質検出装置

Info

Publication number: WO2006027893A1
Application number: PCT/JP2005/012851
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Kimura; Koji Fujimoto; Kenjiro Okaguchi
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2006-03-16
Also published as: US20070154349A1; TWI307772B; EP1788384A4; TW200619616A; EP1788384B1; US7437907B2; EP1788384A1; JPWO2006027893A1

Abstract

　少量の液体中の検出対象物質を高精度に測定することを可能とする、弾性表面波素子を用いた液中物質検出センサ及びそれを用いた液中物質検出装置を提供する。　ベース基板２の上面に凹部２ｃ，２ｄが設けられており、凹部２ｃ，２ｄにＳＡＷ素子４，５が搭載されており、ＳＡＷ素子４，５の上面のセンシング部を露出させるように、開口部３ｂ，３ｃが設けられた樹脂層３が形成されており、センシング部表面を被覆するように検出対象物質と結合する材料からなる反応膜がＳＡＷ素子４，５のうち少なくとも１つのＳＡＷ素子に設けられており、開口部３ｂ，３ｃから検出対象物質含有液体が供給される、液中物質検出センサ１。

Description

明細書

液中物質検出センサ及びそれを用レ、た液中物質検出装置

技術分野

[0001] 本発明は、表面波素子（SAW素子）を用いた液中物質検出センサ及びそれを用いた液中物質検出装置に関し、より詳細には、 SAW素子のセンシング部に検出対象物質と結合する反応膜が設けられている液中物質検出センサ及びそれを用いた液中物質検出装置に関する。

背景技術

[0002] 従来より、液体中に存在する物質を検出するための様々なセンサが提案されている例えば、下記の特許文献 1には、弾性表面波を利用した液中物質センサが開示されている。図 16は、特許文献 1に記載の液中物質検出センサを説明するための略図的正面断面図である。

[0003] ここでは、検出対象物質を含む溶液 101に、液中物質検出センサ 102が浸漬されている。液中物質検出センサ 102は、表面波素子により構成されている。すなわち、液中物質検出センサ 102は、矩形板状の圧電基板 103と、圧電基板 103—方面において所定距離を隔てて配置された入力側 IDT電極 104及び出力側 IDT電極 105 とを有する。入力側 IDT電極 104と、出力側 IDT電極 105との間に、測定物質を吸着する膜 106が配置されている。ここでは、入力側 IDT電極 104に交流電圧を印加すると、圧電基板 103において、弾性表面波が励振される。該弾性表面波が出力側 I DT電極 105側に向力つて伝搬する。そして、出力側 IDT電極 105においては、伝搬してきた表面波に基づく電気信号が取出される。膜 106が検出対象物質を吸着するため、検出対象物質が存在すると、膜 106による圧電基板 103の表面への負荷が変化する。従って、伝搬する弾性表面波が変化するため、出力側 IDT電極 105から取出される出力が検出対象物質の存在により変化し、検出対象物質の有無や濃度を検出することができる。

[0004] し力しながら、液中物質検出センサ 102を用いた測定方法では、液中物質検出センサ 102を液体 101に浸漬しなければならな力つた。従って、測定対象である液体 1 01が少量しか用意できない場合には、液体中の物質を検出することができないという問題があった。

[0005] また、たとえ多量の液体を調達することができたとしても、液体が高価な場合には、測定コストが高くつくと、う問題があった。

カロえて、液中物質検出センサ 102では、弾性表面波が伝搬する領域以外で、すなわち IDT電極 104, 105に接続されている電極パッドやボンディングワイヤーなどが配置されている領域にも液体 101が付着するため、電気的特性が変化し、検出精度が悪ィ匕するとヽぅ問題もあった。

[0006] 他方、検出対象物質含有液体中に弾性表面波フィルタなどからなる液中物質検出センサを浸漬することなぐ液体中の検出対象物質を測定する方法が下記の特許文献 2に開示されている。

[0007] 特許文献 2では、圧電基板の第 1の主面に IDT電極が形成されており、第 1の主面とは反対側の第 2の主面に、検出対象物質含有液体を注入する測定用池が形成されている。ここでは、第 2の主面側に設けられた測定用池に液体を注入することにより測定が行われる。液中物質検出センサ全体を液体に浸漬する必要がない。また、 ID T電極が液体に接触しな、ため、電気的特性の変化が生じ難!ヽ。

特許文献 1：特開昭 63— 250560号公報

特許文献 2 :特開平 5—45339号公報

発明の開示

[0008] 上記のように、特許文献 2に記載の液中物質検出センサでは、多量の液体を必要としない。また、 IDT電極への液体の付着も生じ難い。

し力しながら、特許文献 2に記載の液中物質検出センサでは、検出対象物質を含有している液体は、圧電基板の第 2の主面側に存在している。他方、弾性表面波は、圧電基板の第 1の主面、すなわち IDT電極が形成されている主面のごく表面近傍において伝搬する。従って、第 2の主面側に溶液が存在したとしても、溶液の有無による変化は第 1の主面側を伝搬する弾性表面波にあまり影響しない。従って、特許文献 2に記載の液中物質検出センサでは、検出精度を十分に高めることができなかつた。

[0009] また、特許文献 2に記載の液中物質検出センサでは、圧電基板の表面近傍だけでなぐある程度の深さ位置までエネルギーを分散しつつ、伝搬する SH波の漏洩成分によるノイズが生じ、それによつて、測定精度が低下するという問題もあった。

[0010] 本発明の目的は、検出対象物質含有液体に浸漬する必要がなぐ少量の液体中の検出対象物質をも高精度に検出することをも可能とする液中物質検出センサ及び液中物質検出装置を提供することにある。

本発明に係る液中物質検出センサは、ベース基板と、表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも 1つの IDT電極とを有し、該少なくとも 2つの IDT電極を有する部分によりセンシング部が構成されている少なくとも 1つの SAW素子とを備え、前記少なくとも 1つの SAW素子が前記ベース基板の一方面に搭載されており、前記ベース基板の一方面において、前記少なくとも 1つの SAW素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記 SAW素子の外表面を覆うように設けられた榭脂層と、前記少なくとも 1つの SAW素子のうち少なくとも 1つの SAW素子のセンシング部の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料力なる反応膜とをさらに備えることを特徴とする。

[0011] 本発明に係る液中物質検出センサのある特定の局面では、前記 SAW素子が共振子型 SAWフィルタである。

本発明に係る液中物質検出センサのさらに他の特定の局面では、前記ベース基板に、少なくとも 1つの凹部が形成されており、前記少なくとも 1つの凹部に前記少なくとも 1つの SAW素子が収納されている。

[0012] 本発明に係る液中物質検出センサのさらに別の特定の局面では、前記反応膜が特定の蛋白質と反応する反応膜である。

本発明に係る液中物質検出センサのさらに他の特定の局面では、前記ベース基板の榭脂層に、上面に開いた開口力もなる液体供給部が形成されており、該液体供給部と、前記 SAW素子のセンシング部とを接続するように溝状の流路が設けられている。

[0013] 本発明に係る液中物質検出センサのさらに他の特定の局面では、前記ベース基板の一方面において、前記榭脂層に上面に開いた穴力もなる液体排出部が形成されており、該液体排出部と、前記 SAW素子のセンシング部とを接続している溝状の第 2の流路が設けられている。

本発明に係る液中物質検出センサのさらに別の特定の局面では、上記榭脂層が感光性榭脂により構成されている。

[0014] 本発明に係る液中物質検出センサのさらに他の特定の局面では、前記感光性榭脂が、ポリイミド、ポリェチルメタタリレート及びエポキシ榭脂の少なくとも 1種を含むことを特徴とする。

本発明に係る液中物質検出装置は、本発明に係る液中物質検出センサと、液中物質検出センサの出力を増幅するために、液中物質検出センサに接続された増幅器と、周波数カウンタと、制御装置とを備えることを特徴とする。

[0015] 本発明に係る液中物質検出センサでは、少なくとも 1つの SAW素子がベース基板の一方面に搭載されており、該ベース基板の一方面において、少なくとも 1つの SA W素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、ベース基板の一方面及び SAW素子の外表面を覆うように榭脂層が設けられており、少なくとも 1つの SAW 素子のセンシング部の表面が、検出対象物質と結合する材料力なる反応膜により被覆されている。従って、検出物質含有液体を上記榭脂層の開口部に滴下することにより、液体中の検出対象物質が反応膜に結合することによるセンシング部への負荷の変化により、検出対象物質の存在及び Zまたは濃度を高精度に検出することができる。しかも、上記榭脂層の開口部に検出対象物質含有液体を滴下するだけでよいため、多量の液体を必要としない。また、 SAW素子を液体に浸漬する必要はないため、液体中に SAW素子が浸漬されることによる測定値の変動も生じ難い。

[0016] よって、本発明によれば、少量の液体であっても、高精度に液体中の検出対象物質を高精度に測定することが可能となる。

SAW素子が共振子型 SAWフィルタである場合には、損失を小さくすることができる。

[0017] ベース基板に少なくとも 1つの凹部が形成されており、少なくとも 1つの凹部に SAW 素子がそれぞれ収納されている場合には、凹部の存在により液中物質検出センサの厚みを薄くすることができる。し力も、少なくとも 1つの凹部に SAW素子が収納されていることにより、ベース基板の一方面に形成される榭脂層の厚みを薄くすることができる。

反応膜が特定の蛋白質と反応する反応膜である場合には、本発明に従って特定の蛋白質の存在及び Zまたは濃度を高精度に検出することが可能となる。

[0018] ベース基板の榭脂層に、上面に開!ヽた開口からなる液体供給部が形成されており、液体供給部と、 SAW素子のセンシング部とを接続するように溝状の流路が設けられている場合には、液体供給部から検出対象物質含有液体を供給し、上記溝状の流路を介して SAW素子のセンシング部に液体を供給することが可能となる。

[0019] ベース基板の一方面において、榭脂層に上面に開いた穴からなる液体排出部が形成されており、液体排出部と、 SAW素子のセンシング部とを接続している溝状の第 2の流路が設けられている場合には、上記第 2の流路を介して、センシング部から液体排出部に液体を排出することができる。従って、連続的に液体をセンシング部に供給し、液体排出部から排出しつつ、測定を行うことができる。

榭脂層が感光性榭脂からなる場合には、フォトリソグラフィー技術を用いて上記榭脂層のパターユングを高精度に行うことができる。

[0020] 感光性榭脂が、ポリイミド、ポリェチルメタタリレート及びエポキシ榭脂の少なくとも 1 種を含む場合には、本発明に従って、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部を有する榭脂層を高精度に形成することができる。

[0021] 本発明に係る液中物質検出装置では、本発明に従って構成された液中物質検出センサと、該液中物質検出センサ力得られた出力を増幅する増幅器と、周波数カウンタと、制御装置とを備え、液中物質検出センサ力出力された液中物質の存在や濃度に応じた周波数信号が増幅器で増幅され、かつ周波数カウンタでカウントされる。従って、本発明に係る液中物質検出センサを用いているため、検出対象物質の存在及び Zまたは濃度を、高精度に検出することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]図 1 (a)は第 1の実施形態に係る液中物質検出センサの平面図、（b)は模式的部分切欠側面断面図、（c)は模式的部分切欠正面断面図である。 [図 2]図 2は、第 1の実施形態に係る液中物質検出センサの側面図である。

圆 3]図 3 (a)は第 1の実施形態の液中物質検出センサの 1つの開口部付近を模式的に拡大して示す平面図、（b)は (a)に示したセンシング部の電極構造及び反応膜を示す部分切欠正面断面図である。

圆 4]図 4は、第 1の実施形態の液中物質検出センサの製造方法の一例を説明するための工程図である。

圆 5]図 5 (a)は第 1の実施形態の液中物質検出センサを用いて測定した場合の出力の一例を示す図であり、 (b)は従来の液中物質検出センサを用いて測定した場合の出力の一例を示す図である。

圆 6]図 6は、第 1の実施形態の液中物質検出センサを用いた液中物質検出装置の一例を説明するためのブロック図である。

[図 7]図 7は、第 1の実施形態の液中物質検出センサを用いて牛血清アルブミン含有生理食塩水溶液を測定した結果を説明するための図である。

[図 8]図 8は、図 7に示した測定結果の内、反応前と反応後の最小挿入損失の変化量を示す図である。

[図 9]図 9は、図 7に示した測定結果の内、反応前と反応後の最小挿入損失の変化量である場合の規格ィ匕周波数を示す図である。

[図 10]図 10は、図 7に示した測定結果の内、反応前と反応後の位相 0度における挿入損失の変化量を示す図である。

[図 11]図 11は、図 7に示した測定結果の内、反応前と反応後の位相 0度における規格ィ匕周波数の変化量を示す図である。

[図 12]図 12 (a)は第 2の実施形態に係る液中物質検出センサの平面図、（b)は側面断面図、（c)は正面断面図である。

[図 13]図 13は、第 2の実施形態の液中物質検出センサの榭脂層の構造を説明するための斜視図である。

[図 14]図 14は、第 2の実施形態の液中物質検出センサの製造方法の一例を示すェ程図である。

[図 15]図 15は、第 2の実施形態の液中物質検出センサを用いた測定結果の一例を示す図である。

[図 16]図 16は、従来の液中物質検出センサを説明するための概略構成図である符号の説明

1…液中物質検出センサ

2…ベース基板

2a…端縁

2b…突出部

2c, 2d…凹部

3…榭脂層

…端縁

3b, 3c…開口部

4， 5… SAW素子

4a…表面波基板

4b…センシング部

4c, 4d- "IDT電極

4e, 4f…反射器

6…反応膜

7…ボンディングワイヤー

9a〜9c…配線電極

10a〜： LOc…配線電極

21 · · ·液中物質検出センサ

22· · ·ベース基板

22a, 22b…凹部

23…榭脂層

23a, 23b…開口部

23c…液体供給孔

23d…液体排出孔

23e, 23f…流路 24, 25· "SAW素子

27, 28· ··ボンディングワイヤー

29· ··カバー部材

32…増幅器

33· ··周波数カウンタ

34· · '制御装置

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図 1 (a)は、本発明の第 1の実施形態に係る液中物質検出センサの平面図であり、 (b)及び (c)は、部分切欠正面断面図及び部分切欠側面断面図である。

[0025] 図 1 (a)に示すように、液中物質検出センサ 1は、全体が略矩形板状の形状を有する。図 2に側面図で示すように、液中物質検出センサ 1は、ベース基板 2と、ベース基板 2上に形成された榭脂層 3とを有する。

ベース基板 2は、矩形板状の形状を有し、その一方端縁 2aが榭脂層 3の端縁 3aよりも外側に突出している。榭脂層 3の端縁 3aより外側に突出しているベース基板部分が突出部 2bである。

[0026] 他方、ベース基板 2の上面には、図 1 (c)に示すように、凹部 2c, 2dが形成されている。凹部 2c, 2dには、略図的に示す SAW素子 4, 5が収納されている。すなわち、ベース基板 2は、一方面に複数の SAW素子 4, 5を収納する複数の凹部 2c, 2dを有する。

他方、榭脂層 3には、開口部 3b, 3cが形成されている。開口部 3b, 3cは、 SAW素子 4, 5のセンシング部を露出する大きさとされている。

[0027] これを、図 3を参照してより具体的に説明する。

図 3 (a)は、 SAW素子 4が収納されている部分を上方力模式的部分拡大平面図である。榭脂層 3の開口部 3bは矩形の形状を有し、該開口部 3bに、下方の SAW素子 4のセンシング部 4aが露出している。図 3 (a)に示すように、 SAW素子 4は、表面波基板 4b上に、 IDT電極 4c, 4d及び反射器 4e, 4fを形成した構造を有する。 IDT 電極 4c, 4dは表面波伝搬方向に並べられており、 IDT電極 4c, 4dが設けられている領域の表面波伝搬方向両側に、反射器 4e, 4fが形成されている。

[0028] 上記表面波基板 4bは、適宜の圧電材料からなる。このような圧電材料としては、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶、または PZT系セラミックスのような圧電セラミックスを挙げることができる。特に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチゥムまたは PZT系セラミックスは、液体中においても表面波を安定に伝搬させるため、好適に用いられる。

[0029] 上記 IDT電極 4c, 4d及び反射器 4e, 4fは、アルミニウムや Agなどの適宜の金属もしくは合金により構成され得る。

本実施形態では、 SAW素子 4, 5は、上記のような共振子型弾性表面波フィルタであり、そのため低損失である。もっとも、本発明において用いられる SAW素子は、共振子型弾性表面波フィルタに限定されるものではない。

[0030] 図 3 (b)に示すように、上記 IDT電極 4c, 4d力 S設けられて、るセンシング部 4aを覆うように、反応膜 6が形成されている。なお、図 3 (a)では、反応膜 6の位置のみを一点鎖線で示す。反応膜 6は、本実施形態では、液中の検出対象物質に結合し得る材料により構成されている。このような材料としては、検出対象物質の種類に応じて適宜の材料が選ばれる。例えば、液中の特定の蛋白質を検出する場合には、該特定の蛋白質に結合する材料が選ばれる。

[0031] 上記のような蛋白質の例としては、例えば牛血清アルブミンを挙げることができ、その場合には反応膜 6を N—2 (アミノエチル） 3 ァミノプロピルトリメトキキシシラン [ (

CH O) SiC H NHC H NH ]などを例示することができる。

3 3 3 6 2 4 2

なお、反応膜 6は、上記検出対象物質を結合する材料のみから構成されていてもよぐ該材料とマトリックスとなる他の材料との複合材料により構成されていてもよい。

[0032] 図 1に示すように、本実施形態では、 SAW素子 4の IDT電極 4c, 4dは、複数本のボンディングワイヤー 7によりベース基板 2の上面に設けられた電極と電気的に接続されている。ベース基板 2上には、複数本のボンディングワイヤー 7に電気的に接続されるように、配線電極 9a〜9cが設けられている。配線電極 9a〜9cは、ベース基板 2の上面にお!、て、端縁 2aに至るように延ばされて!/、る。 [0033] なお、 SAW素子 5にお、ても、センシング部を覆うように前述した反応膜が形成されている。そして、 SAW素子 5についても、複数のボンディングワイヤーにより、ベース基板 2上に形成された配線電極 10a〜： LOcに電気的に接続されている。配線電極 10a〜： LOcは、ベース基板 2の端縁 2aに至るように形成されて!、る。

[0034] 従って、液中物質検出センサ 1では、ベース基板 2の突出部 2bに、上記電気的接続のための配線電極 9a〜9c, 10a〜10cが至っているため、例えば測定装置の力ード挿入孔に突出部 2bを挿入し、カード挿入孔に設けられた接続電極と配線 9a〜9 c, 10a〜10cとを電気的に接続することができる。このような測定装置を用いた場合、液中物質検出センサ 1に、後述のように液体を供給した後、突出部 2bをカード挿入孔に挿入するだけで、測定結果を容易に把握することができる。

[0035] 配線電極 9a〜9c, 10a〜10cは、ベース基板 2の上面に形成されていたが、ベース基板 2の下面に形成されてもよぐその場合には、スルーホール電極により、ベース基板 2の上面のボンディングワイヤーに接続されている電極パッドと配線電極とを電気的に接続すればよい。下面に配線電極を形成した場合には、液体がベース基板 2 の上面に誤って漏洩したとしても、配線電極と液体との接触を防止することができる。

[0036] 上記榭脂層 3は、適宜の絶縁性榭脂により構成され得る。もっとも、榭脂層 3には、センシング部を露出するための開口部 3b, 3cを高精度に形成する必要がある。従つて、好ましくは、榭脂層 3は、感光性榭脂により構成され、フォトリソグラフィー技術によりパター-ングされて、上記開口部 3b, 3cが形成されている。

[0037] もっとも、上記榭脂層 3を構成する榭脂材料としては、硬化性の榭脂であれば特に限定されず、感光性榭脂に限らず、熱硬化性榭脂ゃ瞬間硬化型の榭脂などの適宜の榭脂材料を用いることができる。すなわち、ベース基板 2の上面に塗布し得るものの、熱や光などを加えることにより、あるいは放置することにより硬化する様々な硬化性榭脂を用いて榭脂層 3を構成することができる。

[0038] そして、開口部 3b, 3cの形成については、感光性榭脂を用いる場合には、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部 3b, 3cが形成されるが、その他、切肖 ij、レーザー加ェ、ブラスト加工または溶解などの物理的もしくは化学的方法により開口部 3b, 3cを形成してもよい。また、開口部 3b, 3cの形成は、榭脂層 3が完全に硬化する前に行われていてもよい。

また、上記配線電極 9a〜9c, 10a〜： LOc、並びに SAW素子 4, 5のセンシング部 4 aを構成している IDT電極 4cなどの電極の上面を、絶縁膜により被覆してもよい。このような絶縁膜により電極を被覆することにより、液体による短絡を防止することができる。絶縁膜を構成する絶縁性材料は特に限定されず、例えば SiN、 SiO、 Ta O、 Al

2 2 5 2

Oなどを用いることができる。この場合絶縁膜の厚みは、特に限定されないが、 5nm

3

〜1000nm程度とすることが望ましい。この範囲であれば、 SAW素子 4, 5の特性にさほど影響を与えることなく SAW素子 4, 5の電極を保護することができる。

[0039] なお、図 1 (b)に示すように、ボンディングワイヤー 7は、榭脂層 3に埋設されている力ボンディングワイヤー 7を榭脂層 3により埋設する必要は必ずしもなぐ榭脂層 3の下面に、ボンディングワイヤー 7が収納される溝を形成しておいてもよい。

なお、榭脂層 3は、上記ボンディングワイヤー 7を被覆する厚みに形成すればよい。この場合、榭脂層 3を構成する榭脂を塗布する際に、 SAW素子 4, 5は凹部 2c, 2d に収納されているため、榭脂層 3の厚みをさほど厚くする必要はなぐかつ榭脂層 3の表面を容易に平坦ィ匕することができる。

[0040] 本実施形態では、上記 SAW素子 4, 5と、ベース基板上の配線電極 9a〜9cとの電気的接続は複数本のボンディングワイヤー 7により行われて、たが、複数本のボンデイングワイヤー 7に代えて、 TABなどの他の導電性接続部材を用いてもょ、。

上記液中物質検出センサ 1を製造する方法は特に限定されないが、例えば、図 4に示すステップ S1〜S6からなる方法により得ることができる。ここでは、ステップ S1において、 SAW素子 4, 5がベース基板 2の凹部 2c, 2dに収納'固定される。そして、ステップ S2において、 SAW素子 4, 5とベース基板 2上の配線電極とをボンディングワイヤーにより電気的に接続する。次に、ステップ S3において、 SAW素子 4, 5のセンシング部にマスクを載置する。なお、 SAW素子 4, 5のセンシング部には、どちらか一方に、予め反応膜を固定する力、あるいは組立後で測定前までにどちらか一方に反応膜を固定すればよい。

[0041] 次に、ステップ S4において、ベース基板 2上に、硬化性榭脂を塗布し、ステップ S5 において硬化させる。このようにして、榭脂層 3が形成される。し力る後、ステップ S6 において、センシング部に被覆されていたマスクを除去することにより、開口部 3b, 3 cが形成され、液中物質検出センサ 1を得ることができる。

本実施形態の液中物質検出センサ 1における検出操作を説明する。

[0042] 液中物質の検出に際しては、検出対象物質が含まれている液体が、液体供給用開口部としての開口部 3b, 3cに供給される。この供給は、シリンジやピペットを用い、液体を開口部 3b, 3cに注入 ·滴下すればよい。その結果、液体が開口部 3b, 3c内に注がれる。そして、液体は、開口部 3b, 3cに臨んでいる SAW素子 4, 5のセンシング部に付着する。ここで、 SAW素子 4のセンシング部に反応膜 6が固定され、液体が検出対象物質を含んでいる場合には、反応膜 6に検出対象物質が結合し、その変化により、 SAW素子 4のセンシング部に加わる負荷が変動する。よって、反応膜 6が設けられてヽな、基準となる SAW素子 5と反応膜 6の固定されて、る SAW素子 4とで異なる負荷の変動が発生するので、 SAW素子 4, 5の出力が変動し、検出対象物質の有無及び Zまたは濃度を測定することができる。

[0043] 本実施形態の液中物質検出センサ 1を用いる際の液中物質検出装置については特に限定されないが、例えば、図 6に示すように、液中物質検出センサ 1の出力端に増幅器 32を接続し、増幅器 32の出力を液中物質検出センサ 1の入力側に接続するとともに、増幅器 32の出力端を周波数カウンタ 33に接続し、周波数カウンタ 33の出力端を制御装置 24に接続すればよい。制御装置 34では、上記周波数カウンタ 33から得られる信号に基づき測定結果の有無を判断する。

[0044] 図 5 (a)は、液体として、生理食塩水に牛血清アルブミンが含有されて、る液体を上記反応膜 6として前述した牛血清アルブミンを結合する材料で構成されている場合の測定結果としての出力信号を示す図である。

図 5 (a)に示すように、牛血清アルブミンが存在するため、規格化された発振周波数 (周波数 ZSAWの発振周波数）における発振強度が非常に大きぐそれによつて牛血清アルブミンの存在を高精度に検出し得ることがわかる。

[0045] なお、 SAW素子 4と同様の SAW素子力もなる液中物質検出センサを構成し、上記と同様に牛血清アルブミンが含有されている生理食塩水に浸漬し、測定を行った場合の出力信号を図 5 (b)に示す。図 5 (b)から明らかなように、測定感度が十分でないためか、牛血清アルブミンを検出し得ないことがわかる。

図 7は、上記実施形態の液中物質検出センサ 1を用い、牛血清アルブミン含有生理食塩水を測定した場合の測定結果を示す図である。なお、図 7の実線が反応前、すなわち牛血清アルブミンを含有して、な、生理食塩水を供給した場合の結果を、破線が 5 μ gZmlの牛血清アルブミンを含有する生理食塩水を測定した結果を示す。図 7では、挿入損失周波数特性及び位相周波数特性が示されている。牛血清アルブミンを含有する生理食塩水が供給された場合、 SAW素子 4, 5の特性は大きく変化するが、ここでは、 SAW素子 4, 5の特性の平均値が示されている。

[0046] 比較を容易とするために、図 8〜図 11に、図 7に示した結果を反応前の測定結果と反応後の測定結果に分けて示す。図 8は、最小挿入損失を、図 9は、最小挿入損失が大きく変化する規格化周波数を、図 10は、位相が 0度における挿入損失を、図 11 は、位相が 0度である場合の規格化周波数を示す。

図 8〜図 11から明らかように、最小挿入損失、最小挿入損失が大きく変化する規格化周波数、位相 0度における挿入損失及び位相 0度における規格ィ匕周波数力上記反応前と反応後において大きく変化することがわかる。従って、これらの変化を検出することにより、牛血清アルブミンの存在の有無を高精度に検出し得ることがわかる。

[0047] 図 12 (a)〜（c)は、第 2の実施形態に係る液中物質検出センサを示す平面図、 B— B線に沿う断面図及び正面断面図である。

液中物質検出センサ 21では、ベース基板 22上に榭脂層 23が形成されている。ベース基板 22ίま、上面【こ咅 22a, 22bを有する。咅 22a, 22b【こ、複数の SAW素子 24, 25がそれぞれ収納されている。

[0048] そして、図 12 (b)に示すように、 SAW素子 24は、ボンディングワイヤー 27, 28によりベース基板 22上の電極（図示せず）に電気的に接続されている。ここまでは、液中物質検出センサ 21は、ベース基板 22の寸法が榭脂層 23と同じであることを除いては、第 1の実施形態の液中物質検出センサ 1と同様である。

本実施形態の特徴は、榭脂層 23に、開口部 23a, 23bだけでなぐ液体供給孔 23 c、液体排出孔 23d、第 1の流路 23e及び第 2の流路 23fが設けられていることにある。その他の点については、液中物質検出センサ 21には第 1の実施形態の液中物質検出センサ 1と同様に構成されている。

[0049] 図 13に拡大斜視図で示すように、上記榭脂層 23においては、円形の開口部を有する液体供給部としての液体供給孔 23cが第 1の流路 23eを介して開口部 23aに連ねられている。この第 1の流路 23eの幅は 10〜100 /ζ πι程度とされている。本実施形態では、液体供給孔 23cに対象物質含有液体が供給される。その結果、液体は第 1 の流路 23eの途中の開口部 23aに供給される。開口部 23aにおいて液体が SAW素子 24のセンシング部に接触する。第 1の流路 23eは開口部 23bに至っている。従つて、液体はさらに開口部 23bに移動し、開口部 23bにおいて SAW素子 25のセンシング部に接触する。し力る後、液体は第 2の流路 23fを経て液体排出部としての液体排出孔 23dに流れる。

[0050] 従って、液体排出孔 23dから排出されてきた液体をマイクロピペットやチューブにより排出することができる。また、場合によっては、液体供給孔 23cにピペットの先端やチューブを接続し、液体排出孔 23dにチューブの先端やシリンジの先端を挿入し、液体を連続的に液体供給孔 23cから供給し、液体排出孔 23dから排出させてもよい。この場合、液体供給孔 23cから液体供給圧力を加えることにより、及び Zまたは液体排出孔 23d側から吸引することにより、液体を開口部 23a, 23bに円滑に供給することができる。従って、 SAW素子 24, 25において、連続的に測定を行うことができる

[0051] 図 14は、第 2の実施形態の液中物質検出センサ 21の製造方法の一例を説明するための工程図である。液中物質検出センサ 21を製造するに際しては、まず、ベース基板 22を用意する。し力る後、ベース基板 22の上面の凹部 22a, 22bに SAW素子 24, 25を収納し、ボンディングワイヤーにより SAW素子とベース基板上の電極（図示せず)とを電気的に接続する。しカゝる後、ベース基板 22の上面に感光性榭脂を塗布し、フォトリソグラフィ一によりパターユングする。このようにして、開口部 23a, 23b、液体供給孔 23c、液体排出孔 23d、第 1の流路 23e、及び第 2の流路 23fを有する榭脂層 23を形成することができる。

[0052] もっとも、榭脂層 23の形成は、感光性榭脂を用いたフォトリソグラフィ一法に限らず、他の方法によって行われてもよい。し力しながら、フォトリソグラフィー技術を用いれば、上記流路 23e, 23fのような非常に微細な形状を高精度に形成することができる。従って、好ましくは、感光性榭脂を用いたフォトリソグラフィ一法により榭脂層 23が形成される。

[0053] すなわち、トランスバーサル型弹性表面波フィルタなどの他の弾性表面波素子により SAW素子 4, 5が形成されていてもよい。また、共振子型弾性表面波フィルタとしては、縦結合型の共振子型弾性表面波フィルタ及び横結合型の弾性表面波フィルタのいずれを用いてもよい。感光性榭脂を用いる場合、ネガ型の感光性榭脂を用いてもよぐポジ型の感光性榭脂を用いてもよい。

[0054] なお、上記感光性榭脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド榭脂、ポリメチルメタタリレート系榭脂及びエポキシ榭脂などを主成分とするものが用いられ、それによって形状精度に優れた榭脂層 23を形成することができる。

上記のように、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、微細な流路を高精度に形成することができるので、流路 23e, 23f及び開口部 23a, 23bを流れる液体の流量を高精度に管理することができ、それによつて検出精度を効果的に高めることができる。また、上記のような微細な流路 24e, 24fでは、毛細管現象により液体が流れる力場合によっては、上記のようにポンプなどの液体供給装置を接続してもよい。

[0055] 検出対象物質の濃度を検出する必要がなぐ検出対象物質の存在のみを知ることができればよい場合には、流路 24e, 24fを必ずしも形成せずともよぐ第 1の実施形態のように、開口部にセンシング部のみが露出されておればよい。

[0056] なお、上記流路 23e, 23f及び開口部 23a, 23b力も液体が外側に漏洩するのを防止するために、図 13の一点鎖線で示す領域にカバー部材 29を設けてもよい。このようなカバー部材 29としては、適宜の合成樹脂フィルム等を挙げることができる。

[0057] 図 15は、第 2の実施形態の液中物質検出センサを用いた場合の測定結果の一例を示す図である。図 15において、実線は、牛血清アルブミンの濃度が 134 gZml である牛血清アルブミンの生理食塩水溶液の場合の結果を、破線は、 3 gZmlの濃度の場合の測定結果を示す。図 15から明らかなように、牛血清アルブミンの濃度の変化を、規格ィ匕周波数変化量により高精度に検出し得ることがわかる。

[0058] なお、上記実施形態では、 2個の SAW素子を用いたが、 1個の SAW素子のみを用いてもよい。本発明では、必ずしも複数の SAW素子である必要はなぐ複数の ID T (センシング部）があればよ、。

また、上記実施形態では、 2個の SAW素子を用い、一方の SAW素子に反応膜を形成したが、本発明では、 3個以上の SAW素子を用いてもよい。

例えば、 3個の SAW素子、すなわち第 1〜第 3の SAW素子を用いる場合、以下のように構成すればよい。第 1〜第 3の SAW素子のうち、第 1,第 2の SAW素子に反応膜を設け、第 3の SAW素子には反応膜を設けない。この場合、第 3の SAW素子が、参照基準となる SAW素子となる。露出されている第 1〜第 3の SAW素子に液体を供給し、周波数を測定する。第 1の SAW素子における測定周波数と、第 3の SAW素子における測定周波数との差である第 1の周波数変化量と、第 2の SAW素子の測定周波数と、第 3の SAW素子における測定周波数との差である第 2の周波数変化量とを求める。そして、第 1,第 2の周波数変化量の平均を求めればよぐそれによつて周波数変化量に基づく測定対象物質の測定精度を高めることができる。

Claims

請求の範囲

[1] ベース基板と、

表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも 1つの IDT電極とを有し、該少なくとも 2つの IDT電極を有する部分によりセンシング部が構成されて、る少なくとも 1つの SAW素子とを備え、

前記少なくとも 1つの SAW素子が前記ベース基板の一方面に搭載されており、前記ベース基板の一方面にぉ、て、前記複数の SAW素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記 SAW素子の外表面を覆うように設けられた榭脂層と、

前記少なくとも 1つの SAW素子のセンシング部の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料力もなる反応膜とをさらに備えることを特徴とする、液中物質検出センサ。

[2] 前記 SAW素子が共振子型 SAWフィルタである、請求項 1に記載の液中物質検出センサ。

[3] 前記ベース基板に、少なくとも 1つの凹部が形成されており、前記少なくとも 1つの凹部に前記少なくとも 1つの SAW素子が収納されている、請求項 1または 2に記載の液中物質検出センサ。

[4] 前記反応膜が特定の蛋白質と反応する反応膜である、請求項 1〜3のいずれか 1 項に記載の液中物質検出センサ。

[5] 前記ベース基板の榭脂層に、上面に開！ヽた開口からなる液体供給部が形成されており、該液体供給部と、前記 SAW素子のセンシング部とを接続するように溝状の流路が設けられている、請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の液中物質検出センサ。

[6] 前記ベース基板の一方面において、前記榭脂層に上面に開いた穴からなる液体排出部が形成されており、該液体排出部と、前記 SAW素子のセンシング部とを接続している溝状の第 2の流路が設けられている、請求項 5に記載の液中物質検出センサ。

[7] 前記榭脂層が感光性榭脂からなる、請求項 1〜6のいずれか 1項に液中物質検出センサ。

[8] 前記感光性榭脂が、ポリイミド、ポリェチルメタタリレート及びエポキシ榭脂の少なくとも 1種を含むことを特徴とする、請求項 7に記載の液中物質検出センサ。

[9] 請求項 1〜8のいずれか 1項に記載の液中物質検出センサと、液中物質検出センサの出力を増幅するために、液中物質検出センサに接続された増幅器と、周波数力ゥンタと、制御装置とを備えることを特徴とする、液中物質検出装置。