WO2006064954A1 - 水晶センサ及び感知装置 - Google Patents

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WO2006064954A1
WO2006064954A1 PCT/JP2005/023421 JP2005023421W WO2006064954A1 WO 2006064954 A1 WO2006064954 A1 WO 2006064954A1 JP 2005023421 W JP2005023421 W JP 2005023421W WO 2006064954 A1 WO2006064954 A1 WO 2006064954A1
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crystal
sample solution
quartz
region
sensor
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Application number
PCT/JP2005/023421
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English (en)
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Inventor
Shunichi Wakamatsu
Mitsuaki Koyama
Tsuyoshi Shiobara
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd
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Publication date
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • G—PHYSICS
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    • G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
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    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors

Definitions

  • the present invention uses a Langevin type crystal resonator that is configured such that one surface of a crystal piece contacts a measurement atmosphere and the other surface faces an airtight space, and detects a measurement object by detecting a change in frequency.
  • the present invention relates to a quartz sensor and a sensing device using the quartz sensor. Background art
  • trace substances such as environmental pollutants such as dioxin, or disease markers such as hepatitis c virus and C-reactive protein (CRP)
  • CRP C-reactive protein
  • an adsorption layer is formed in advance on the excitation electrode on one side of the crystal resonator, and when the measurement object is adsorbed, the resonance frequency of the quartz crystal piece depends on the mass of the adsorbed substance.
  • This is a measurement method that uses the fluctuating property to measure the presence or absence of a measurement object in a sample solution, or the concentration of the component.
  • Patent Document 1 in order for a crystal resonator included in a crystal sensor used in this measurement method to stably oscillate in an immune latex solution, only one surface of the crystal resonator is in contact with the measurement atmosphere. It is described that the structure is preferable.
  • Such a crystal sensor is generally called a Langevin type crystal resonator.
  • reference numeral 10 denotes a circular plate-shaped crystal piece, and foil-shaped electrodes 11 and 12 are formed at the center of both surfaces.
  • support wire members 1 3, 14 for taking out an electric signal to the outside are connected, for example, lead wires having a wire diameter of about 0.5 mm.
  • a base body 16 having a recess 15 is formed on the other surface side of the crystal piece 10, and the crystal piece 10 and the base body 16 are fixed to each other by an adhesive 17. An airtight space surrounded by the crystal piece 10 and the recess 15 is formed.
  • Patent Document 2 As a Langevin type quartz sensor, there is a technology described in Patent Document 2, which forms a flow space for a sample solution on one side of a quartz resonator and supplies the sample solution from an inlet to flow. Measurement is performed while flowing out from the outlet.
  • the method of flowing the sample solution in this way is not a structure that can be adopted at all because large stress is applied to the thinned crystal piece, and a structure that solves the problem of surface tension is not suggested.
  • Patent Literature 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 1—8 3 1 5 4 (paragraph 0 0 0 9, paragraph 0 0 1 9 and FIG. 1)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 1—8 3 1 5 4 (paragraph 0 0 0 9, paragraph 0 0 1 9 and FIG. 1)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 1—8 3 1 5 4 (paragraph 0 0 0 9, paragraph 0 0 1 9 and FIG. 1)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 1—8 3 1 5 4 (paragraph 0 0 0 9, paragraph 0 0 1 9 and FIG. 1)
  • the object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and the object of the present invention is to have high measurement sensitivity and to be suppressed from being affected by the surface tension of the sample solution during force measurement. It is an object of the present invention to provide a Langevin type crystal sensor and sensing device in which a resonator can oscillate stably.
  • the quartz sensor according to the present invention is a quartz sensor used for measuring a measurement object in a sample solution.
  • a member provided with a recess for forming an airtight space
  • a quartz crystal resonator is provided on each side of the crystal piece, and is held by the member in a state where the recess is closed so that the excitation electrode on the other side faces the airtight space.
  • An adsorption layer provided on the excitation electrode on the one surface side for adsorbing an object to be measured in the sample solution;
  • An accommodation region forming portion for enclosing an upper space on one surface side of the crystal resonator and forming an accommodation region for the sample solution
  • the measurement object is measured based on the change in the natural frequency of the crystal resonator due to the adsorption of the measurement object to the adsorption layer, and the measurement is performed in a stationary state in which the sample solution is filled below the facing surface. It is characterized by being.
  • the stationary state in which the trial solution is filled on the lower side of the facing surface portion means that the liquid level at the inlet is located above the facing surface portion and no space exists below the facing surface portion.
  • the quartz sensor may be provided with a confirmation port for communicating with the accommodation region at a position different from the injection port and for confirming the liquid level of the sample solution.
  • the equivalent thickness of the quartz piece is 20 Thinner than O / m.
  • a sensing device includes the crystal sensor of the present invention, and a measuring instrument main body that detects a change in the natural frequency of the crystal sensor and measures the presence and / or concentration of the measurement object.
  • the crystal sensor using the Langevin type crystal resonator in which the adsorption layer for adsorbing the measurement object in the sample solution is formed on one surface side thereof,
  • the liquid surface of the sample solution above the excitation electrode is in contact with the facing surface portion. So surface tension does not occur. Therefore, since the stress due to the surface tension of the sample solution does not act on the excitation electrode, the crystal oscillator oscillates reliably and oscillates at a frequency corresponding to the amount of adsorption of the measurement object, so high-accuracy measurement is required. I can do it.
  • the present invention can realize highly sensitive and highly accurate measurement (detection of presence / absence of measurement object or concentration measurement).
  • FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of the main part of a crystal sensor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the quartz sensor according to the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the upper surface of each component of the crystal sensor.
  • FIG. 4 is a perspective view of a partial angle, showing the lower surface of each component of the crystal sensor.
  • FIG. 5 is a vertical side view of the crystal sensor.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the measuring instrument main body to which the crystal sensor according to the present invention is connected.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a biosensor which is an example of the measuring device main body.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing an example of a ring-shaped crystal holding member used in a crystal sensor according to another embodiment.
  • FIG. 9 is an assembly process diagram of the crystal sensor using the crystal holding member.
  • FIG. 10 is an assembly process diagram of the crystal sensor using the crystal holding member.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing an example of the configuration of a conventionally used quartz sensor.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the influence of the surface tension applied to the crystal resonator included in the crystal sensor.
  • the quartz sensor includes sample solution storage region forming portions 100 and 110.
  • a recess 10 4 is formed in the accommodation region forming section 100, and a recess 10 5 for forming an airtight space is formed on the bottom surface of the recess 10 4.
  • the crystal resonator 2 is provided so as to close the recess 10 5, and the excitation electrode 2 B on the other surface side of the crystal resonator 2 faces an airtight space that is a space in the recess 10 5.
  • the recess 104 has a first region 10 01 having a width including the entire excitation electrode 2 A on one side of the crystal unit 2, and a first region 10 1 on both sides of the first region 10 1. And a second region 10 2 and a third region 10 3 formed adjacent to each other.
  • the first region 10 0 1 is a measurement region in which the sample solution 1 2 0 is in contact with the crystal resonator 2 , and the excitation electrode 2 of the crystal resonator 2 is located above the first region 1 0 1.
  • a receiving region 110 having an opposing surface portion 10 07 larger than the crystal resonator 2 in this example is provided, and excitation is provided in the projection region in the opposing surface portion 107. Electrode 2 A will fit.
  • the concave portion 10 4 including the first region 100 1, the second region 10 2, and the third region 10 3 corresponds to a sample solution storage region (injection space).
  • the upper surface side of the second region 1 0 2 and the third region 1 0 3 communicates with the outside of the crystal sensor through holes 1 0 8 and 1 0 9, respectively.
  • the hole 108 is configured as an inlet for injecting the sample solution 120 into the injection space.
  • the hole 109 ′ on the upper surface side of the third region is preferably formed as a confirmation port (detection port) for the sample solution 120, for example, as will be described in detail in an embodiment described later.
  • the storage area forming portions 100 and 110 may be formed by an integral member, but, for example, by a member separated into a crystal holding member and a lid as shown in an embodiment described later. Configured.
  • the quartz sensor When the principal part of the quartz sensor is configured in this way, as shown in the figure, when the first region 1 0 1 is filled with the sample solution 1 2 0 and placed in a stationary state, the surface of the sample solution 1 2 0 Since the generation of tension is suppressed, the crystal unit 2 can oscillate stably.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a crystal sensor according to the present invention.
  • the components of the wiring board 4, the crystal holding member 3, the crystal resonator 2, and the lid 5 are overlapped in this order from the bottom. It is constituted by being done.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the upper surface side of each component of the crystal sensor.
  • the crystal resonator 2 includes a crystal piece 21, excitation electrodes 2 2 and 2 3, and lead-out electrodes 2 4 and 2 5.
  • the crystal piece 21 is formed in a plate shape in which a part of the circumference is notched linearly.
  • One excitation electrode 2 2 and the other excitation electrode 2 3 in the form of a foil are attached to one side and the other side of the quartz piece 21, respectively, so that the circular piece has a smaller diameter than the quartz piece 21. Is formed.
  • one end side of the foil-like one lead electrode 24 is formed on one surface side of the crystal piece 21, and the lead electrode 24 is connected to the crystal piece 21. It is bent along the end surface of the crystal piece 21 and is turned to the other surface side of the crystal piece 21.
  • excitation electrodes 2 2 and 2 3 and lead-out electrodes 2 4 and 2 5 form vibrator electrodes. Further, one end of the other foil-like lead-out electrode 25 is provided on the other surface side of the crystal piece 2 1. The other side is formed by connecting the other excitation electrode 22 with the same layout as that of the other lead electrode 24, and the excitation electrode 2 2 (2 3) and the lead electrode are formed on both sides of the crystal piece 21. The layout of 2 4 (2 5) is the same.
  • the equivalent thickness of the excitation electrodes 21 and 2 2 and the output electrodes 2 3 and 24 is, for example, 0.2 ⁇ m, and the electrode material is preferably gold or silver. Gold because of its high wave number stability and resistance to oxidation of the electrode surface when stored in air before use Is preferred.
  • an antibody that is an adsorption layer that selectively adsorbs a target substance to be sensed using the crystal sensor, such as dioxin, is attached in advance to the one surface side of the crystal resonator 2.
  • the crystal holding member 3 for holding the crystal resonator 2 is made of a rubber sheet having a thickness of 1 mm, for example, and is formed in a shape corresponding to a wiring board 4 described later. That is, the crystal holding member 3 has a rectangular cutout 3a formed at the center of one edge of the front side of the rectangular body, and rectangular cutouts 3b and 3c at the rear corners, respectively. It has a formed shape.
  • the material of the crystal holding member 3 is preferably rubber, but other elastic materials may be used.
  • a concave portion 31 is formed on one surface side of the crystal holding member 3, and the shape thereof is similar to the shape of the crystal resonator 2 so that the crystal resonator 2 can be easily placed in the concave portion 31. And is formed to be substantially the same size as the crystal resonator 2, for example, the same or slightly larger than that.
  • a circular recess 32 is formed corresponding to the size of the excitation electrode 23 to form an airtight atmosphere in contact with the excitation electrode 23.
  • This wiring board 4 is made of, for example, a printed circuit board, and has a circular hole corresponding to the electrode 44 and the circular convex part 33 protruding from the back side of the crystal holding member 3 from the front end side toward the rear end side. 4 3 and electrode 45 are formed in this order. Further, two parallel line-shaped conductive path patterns are formed as connection terminal portions 41 and 42 on the rear end side of the portion where the electrode 45 is formed, respectively. One connection terminal portion 41 is electrically connected to the electrode 44 via the pattern 48, and the other connection terminal portion 42 is electrically connected to the electrode 45 via the pattern 49. Yes.
  • the holes 4 6 and 4 7 are the engagement protrusions 3 6 and 3 of the crystal holding member 3.
  • the convex portion 3 3 protruding to the back surface side of the crystal holding member 3 is fitted into the hole portion 4 3 of the wiring substrate 4, and the engagement protrusions 3 6, 3 7 of the crystal holding member 3 and the wiring substrate 4
  • the front surface of the substrate 4 and the back surface of the crystal holding member 3 are brought into close contact with each other.
  • the crystal holding member 3 is fixed on the substrate 4. At this time, a part or the whole of the electrode 44 and the electrode 45 is exposed to the upper surface through the hole 34 and the hole 35 of the crystal holding member 3.
  • the lid 5 has a recess 50 formed on the lower surface side.
  • the recess 50 is formed in a first region 51 having a width encompassing the entire rotating portion 32 in the crystal holding member 3, and in front of and behind the first region 51, respectively.
  • the second region 5 4 and the third region 55 are included.
  • the first region 51 forms a measurement region where the sample solution contacts the crystal unit 2.
  • the upper surface of the first region 51 is the same as or equal to the excitation electrode 22 in the crystal unit 2.
  • An opposing surface portion 57 having a larger size is provided, and the excitation electrode 22 is accommodated in a projection region in the opposing surface portion 57.
  • the second region 5 4 and the third region 5 5 are respectively placed in the holes 3 4 and 3 5 for applying the conductive adhesive in the crystal holding member 3, and the sample solution injection port is provided on the upper surface side thereof.
  • 5 2 and confirmation port (detection port) 5 3 are formed. That is, the injection port 52 and the confirmation port 53 are located at a higher level than the facing surface portion 57.
  • the concave portion 50 including the first region 51, the second region 54, and the third region 55 corresponds to the injection space.
  • the lower surface of the surrounding portion surrounding the concave portion 50, that is, the lid portion 5 The inner surface of this has a role as a pressing surface (close contact surface) that closely contacts and presses the surface surrounding the crystal resonator 2 in the crystal holding member 3.
  • a rib 56 is provided on the inner surface of the lid 5 so as to surround the pressing surface. '
  • the inlet 55 is designed to facilitate the injection of the measurement sample, so that the diameter gradually increases from the inside of the lid 5 toward the upper surface of the lid 5, that is, the inner circumference of the inlet 55 is It is formed to have a slope shape.
  • the confirmation port 5 3 is inclined more gently than the slope of the confirmation port 53 from the inside of the lid 5 toward the rear end side of the upper surface of the lid 5 so that the water level appearing at the confirmation port 53 can be easily observed. It is formed to have a slope part with Note that the confirmation port 53 is formed so that the slope portion is exposed when the lid portion 5 is viewed from above.
  • the quartz sensor having such a structure is assembled as follows. First, as described above, the crystal holding member 3 and the substrate 4 are fitted, and the crystal resonator 2 is placed on the concave portion 36 of the crystal holding member 3 so as to fit the concave portion 36. Then hole 3 8 ( 3 9) Conductive adhesive 20 0 0 is held in crystal so that lead electrode 2 4 (2 5) of crystal unit 2 and electrode 4 6 (4 8) of substrate 4 are electrically connected via 3 9) Supply from the top of member 3 with a dispenser. The crystal resonator 2 is fixed onto the crystal holding member 3 by the conductive bioadhesive adhesive 200.
  • an airtight space (a space in the recess 36) is formed on the lower surface side of the crystal unit 2, and a Langevin type crystal sensor is formed.
  • the lid 5 is fitted from the upper surface of the assembly of the substrate 4 and the crystal holding member 3, and the respective claw portions 5a, 5b, 5c and the notches 4a, 4b, 4c are fitted. Cover and press toward the substrate.
  • the claw portions 5 a, 5 b, 5 c formed on the lid portion 5 bend to the outside of the substrate 4, and the claw portions 5 a, 5 b, 5 c are respectively cut out portions 4 a, 4
  • the claw portions 5 a, 5 b, 5 c are restored to the original shape by the restoring force toward the inner side at the same time as they wrap around the lower surface of the peripheral edge of the substrate 4 through b, 4 c.
  • the claws 5a, 5b and 5c are sandwiched and locked together.
  • the pressing surface inside the lid 5 is in close contact with the upper surface of the crystal holding member 3 to form a sample solution injection space.
  • the inlet 5 2 and the confirmation port 5 3 are made of a protective sheet (see figure). (Not shown).
  • the crystal sensor according to the present embodiment when the operator causes a sample solution to flow into the second region 54 via the injection port 52 of the lid 5 by the injector, the sample solution Further, when flowing into the first region 51, one surface of the crystal unit 2 comes into contact with the measurement atmosphere. At this time, the sample solution may be leaked from between the lid 5 and the quartz crystal holding member 3 to the outside of the quartz sensor by being blocked by the ribs 5 6 that are recessed into the quartz crystal holding member 3 of the lid portion 5. It is surely prevented.
  • the sample solution that has flowed into the first region 55 also flows into the third region 55.
  • the present invention can realize high-sensitivity and high-accuracy measurement (detection of presence / absence of measurement object or concentration measurement).
  • the present invention is considered to be effective particularly when the natural frequency of the quartz resonator is 8.3 MHz or more, that is, when the equivalent thickness of the quartz piece is 200 ⁇ or less.
  • the present invention is not limited to such conditions.
  • the liquid surface becomes the slope formed in the confirmation port 53. Climb the part.
  • the quartz sensor is used as a detection unit of the sensing device by being connected to the measuring device main body 6 having a configuration as shown in FIG. 6 which is a block diagram, for example.
  • 6 2 is an oscillation circuit that oscillates the crystal piece 21 of the crystal sensor
  • 6 3 is a reference clock generation unit that generates a reference frequency signal
  • 6 4 is a frequency difference detection means including, for example, a heterodyne detector
  • 6 5 is an amplification unit
  • 6 6 is a counter that counts the frequency of the output signal from the widening unit 65
  • 6 7 is a data processing unit.
  • the frequency difference detection means 6 4 is not attracted to the crystal unit 2 included in the frequency sensor, the frequency signal of 1 MHz, which is the difference between the frequency from the crystal sensor side and the reference clock frequency (frequency difference signal)
  • the substance to be measured for example, dioxin
  • FIG. 7 is a view showing an example of the measuring instrument main body 6 described above.
  • the measuring instrument main body 6 includes a main body portion 71 and a lid portion 72 that is formed on the front surface of the main body portion 71 and is open and close.
  • the lid portion 7 2 is opened, the front surface of the main body portion 7 1 appears as shown in FIG. 6 (b).
  • a plurality of insertion holes 73 of the crystal sensor are formed on the front surface of the main body 71.
  • the eight insertion holes 73 are formed in a straight spring shape at regular intervals. Yes.
  • each quartz sensor board 40 By inserting the rear end side of each quartz sensor board 40 into each insertion port 7 3 of the measuring instrument body 6 horizontally to a certain depth, the connection terminals 4 1 and 4 2 on the board 4 and The electrode formed inside the insertion port 7 3 is electrically connected, and at the same time, the inside of the insertion port 7 3 holds the substrate 4 so that the crystal sensor is kept horizontal and the measuring instrument body 6 remains horizontal. It is fixed to. With such a structure, it is possible to connect directly to the main body of the measuring instrument 6 without the need for a special attachment, etc., so that the wiring is not routed on the measuring table, and therefore the measurement work is easy.
  • FIG. 8 shows a ring-shaped crystal holding member 8 used in the crystal sensor according to this embodiment.
  • the quartz crystal holding member 8 is made of an elastic material such as rubber, and is configured as a mounting portion 8 1 on which one surface side mounts a crystal resonator and a fitting portion 8 2 into which the other surface side is fitted into the substrate 9.
  • the mounting portion 8 1 has the same size as the excitation electrode 2 2 of the crystal unit 2 or a slightly larger size of the through-hole 84, and the outer shape is substantially the same size as the crystal unit 2.
  • Notches 8 4 b and 8 5 are formed in the upper surface portion of the peripheral wall portion 80 at portions facing each other, and between the 8 4 b and 85 in the upper surface portion, the mounting surface portion 8 4 A projecting piece 88 that projects inward is formed between a and a gap corresponding to the thickness of the crystal piece 21.
  • the inner surface of the peripheral wall portion 80 that faces the protruding piece 88 is formed in a straight line in accordance with a part of the linear portion of the outer periphery of the crystal piece 2 1.
  • the insertion portion 8 2 is provided in the center of the mounting portion 8 1 on the opposite side to the mounting surface portion 8 4, and its outer shape is a through-hole 9 3 (FIG.
  • FIG. 9 shows the wiring board 9 used in this embodiment and the assembly process.
  • the wiring board 9 has connection terminal portions 9 1 and 9 2 made of printed wiring on one end side, and these connection terminal portions 9 1 and 9 2 can be attached to and detached from the measuring instrument main body 6 as in the previous embodiment.
  • a circular through hole 93 having a size corresponding to the outer shape of the ring portion 86 of the crystal holding member 8 is formed in the center of the wiring substrate 9, and the ring portion 86 is connected to the one surface side of the wiring substrate 9.
  • the flange 87 is locked on the other surface side of the wiring board 9, whereby the crystal holding member 8 is fixed to the wiring board 9.
  • FIGS. 8 (c) and 9 (c) are plan views showing a state in which the crystal unit 2 is fitted into the mounting portion 81.
  • FIG. 8 (c) and 9 (c) are plan views showing a state in which the crystal unit 2 is fitted into the mounting portion 81.
  • the electrode of the crystal unit 2 (in this example, the lead-out electrodes 2 4 and 2 5) and the electrodes 9 4 and 9 5 on the side of the wiring board 9 are notched 8 4 and 8 5 through the conductive adhesive 9 0. Connect with.
  • the electrodes 9 4 and 9 5 are electrically connected to the connection terminal portions 9 1 and 9 2, respectively.
  • an elastic sheet such as a rubber sheet 9A is placed on the other surface side of the wiring board 9 so that the through hole 93 formed in the center thereof and the crystal unit 2 overlap.
  • the upper case 9 C as a lid is overlapped on the sheet 9 A, and the peripheral edge of the upper case 9 C and the peripheral edge of the wiring board 9 are engaged (FIG. 10 (c)).
  • the upper case 9 C is formed with an injection space C 1 and an inlet C 2 and a confirmation port C 3 communicating with the injection space.
  • the lower case 9 B that forms the base portion is mounted on one side of the wiring board 9 (FIG. 10 (b)).
  • a recess B 1 is formed at a position corresponding to the mounting portion 81 in the lower case 9 B, and a space in the recess B 1 is formed on one surface side of the crystal unit 2.
  • An airtight space is in contact. Therefore, in this example as well, a Langevin type quartz sensor is constructed.
  • one surface side of the quartz crystal resonator 2 is in contact with the sample solution storage region via the ring hole 84 of the quartz holding member 8, and measurement is performed in the same manner as in the previous embodiment. be able to.
  • the other surface side of the crystal unit 2 is connected to the crystal vibration of the upper case 9 C through the accommodation region. 23421 faces the opposite surface portion of a size larger than the child 2, that is, the excitation electrode 22 of the crystal resonator 2 faces the first region described in the basic structure of the main part described above.
  • the present inventor tried to create a structure shown in Fig. 11 using a quartz oscillator with a natural frequency of 3 O MHz, and to oscillate by injecting 200 ⁇ L of purified water. Not oscillated.
  • the same sample solution was injected into the crystal sensor of the first embodiment using the same crystal resonator, oscillation was stable.

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Abstract

　本発明の目的は、測定感度が高い、かつ測定の際に試料溶液の表面張力の影響が抑えられ、内蔵された水晶振動子が安定して発振することができるランジュバン型水晶センサを提供することにある。具体的な解決手段としては、水晶振動子の一面側の上方空間を囲み、試料溶液の収容領域を形成するための収容領域形成部と、前記水晶振動子の一面側に対して前記収容領域を介して対向し、当該水晶振動子における試料溶液に接する領域よりも大きい対向面部と、この対向面部の外側領域でかつ当該対向面部よりも高い位置に形成され、前記収容領域に試料溶液を注入するための注入口と、を備えた水晶センサを構成して、試料溶液を対向面部の下方側に満たした静止状態で測定する。この状態では試料溶液の表面張力による応力が作用しないので水晶振動子が確実に発振する。従って当該水晶センサは水晶振動子の厚さを小さくできるため、高感度、高精度の測定を行える。

Description

明細書
水晶センサ及び感知装置
技術分野
本発明は、 水晶片の一方の面が測定雰囲気に接触し、 他方の面が気密空間に臨 むように構成され、 周波数の変化を検出して測定対象物を感知するランジュバン 型の水晶振動子を利用した水晶センサ及びこの水晶センサを用いた感知装置に関 する。 背景技術
微量物質、 例えばダイォキシンなどの環境汚染物質あるいは c型肝炎ウィルス や C一反応性タンパク （CRP) などの疾病マーカーを感知するために水晶振動子を 利用した水晶センサを備えた感知装置を用いた測定法が広く知られている。 具体的に述べると前記測定法は、 水晶振動子の一面側の励振電極に予め吸着層 を形成しておき、 測定対象物が吸着するとその吸着した物質の質量に応じて水晶 片の共振周波数が変動する性質を利用して、 試料溶液中に測定対象物が有るか無 いか、 あるいはその成分の濃度を計測する測定法である。 特許文献 1には、 この 測定法で用いられる水晶センサに含まれる水晶振動子が、 免疫ラテックス溶液中 で安定して発振されるためには、 水晶振動子の片面のみが測定雰囲気に接触して いる構造が好ましいことが記載されている。
このような水晶センサは、 一般にランジュバン型の水晶振動子と呼ばれている 。 特許文献 1には記載されていないが、 一般的にランジュバン型の水晶振動子の 基本構造としては、 図 1 1に示したような構成とされる。 図中 1 0は、 円形板状 の水晶片であり、 その両面の中央部には夫々箔状の電極 1 1、 1 2が形成されて いる。 これら電極 1 1、 1 2には、 外部に電気信号を取り出すための支持線部材 1 3 , 1 4例えば線径 0 . 5 mm程度のリ一ド線が接続されている。 前記水晶片 1 0の他面側には凹部 1 5が形成されたベース体 1 6が設けられており、 接着剤 1 7によって前記水晶片 1 0とベース体 1 6とが固着され、 これにより水晶片 1 0と前記凹部 1 5とで囲まれる気密空間を形成している。
ところで近年、 環境保護の観点から前記ダイォキシンなどの環境に与える影響 P2005/023421 が大きい毒†生物質のさらなる取締りが要求されており、 P P tレベルでの測定を 可能とするための工夫が各方面で進められている。 一方、 水晶振動子の共振周波 数は水晶片の厚さが小さくなるほど増大する。 そして Sauerbreyの式より、 この 水晶振動子の発する周波数が大きくなるほど、 測定物質の質量変化量に対する周 波数の変化量が大きくなる。 つまり水晶片の薄層化が進むほど水晶センサの測定 感度が上昇して、 極微量の物質を測定することが可能となるために水晶片の薄層 化が要求されている。
現在は水晶片を薄層化する技術が進み、 厚さ数〜数 + μ πι程度の水晶片も作り 出すことが可能となっている。 しかしこの薄層化した水晶片を用いて水晶振動子 を構成した場合、 当該水晶振動子は測定試料溶液の表面張力の影響を受けやすく 、 その表面張力により発振が起こらなくなるかあるいは安定して発振しなくなる おそれがある。 液体 1 0 Βは平面に滴下すると図 1 2 ( a ) に示すように表面張 力により凸状に湾曲して盛り上がり、 また凹部内においては図 1 2 ( b ) に示す ように液面が凹状に湾曲し、 このため表面張力により平面に応力が働く。 従って 図 1 2 ( a ) の平面部分あるいは図 1 2 ( b ) の底面部分に水晶振動子 1 O Aを 設けるとこの水晶振動子 1 O Aに応力が作用する。 このため図 1 1に示す構造に おいては水晶振動子 1 0 Aに試料溶液の表面張力により矢印に示すように応力が 働く。 試料溶液の収容領域を広く取れば表面張力の影響は小さくなるかもしれな いが、 そうすると水晶センサが大型化してしまう。 従って実際は水晶振動子 1 0 Aは試料溶液の表面張力の影響を避けられず、 水晶片の薄層化が進むと、 固有振 動数の変化分に対する水晶片に加わる応力の影響が大きくなり、 発振しなくなる 場合もある。
またランジュバン型の水晶センサとしては特許文献 2に記載の技術があり、 こ の技術は水晶振動子の一面側に試料溶液の通流空間を形成し、 流入口から試料溶 液を供給して流出口から流出させながら測定を行うものである。 しかしながらこ のように試料溶液を流動させる手法は、 薄層化された水晶片に大きな応力が加わ るので到底採用できる構造ではないし、 また表面張力の問題を解決する構造も示 唆されていない。
特許文献 1 特開 2 0 0 1— 8 3 1 5 4 (段落 0 0 0 9、 段落 0 0 1 9及び図 1 ) 特許文献 2
特開平 1 1一 1 8 3 4 7 9 (段落 0 0 2 4、 図 3及ぴ図 1 0 ) 発明の開示
本発明の課題は上述した従来技術の欠点を解消することであり、 本発明の目的 は測定感度が高い、 力つ測定の際に試料溶液の表面張力の影響を受けることが抑 えられ、 水晶振動子が安定して発振することができるランジュパン型の水晶セン サ及ぴ感知装置を提供することにある。
本発明における水晶センサは、 試料溶液中の測定対象物を測定するために用い られる水晶センサにおいて、
気密空間を形成するための凹部を備えた部材と、
水晶片の一面側及び他面側に各々励振電極が設けられ、 他面側の励振電極が前 記気密空間に臨むように当該凹部を塞いだ状態で前記部材に保持されている水晶 振動子と、
前記一面側の励振電極に設けられ、 試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層 と、
前記水晶振動子の一面側の上方空間を囲み、 試料溶液の収容領域を形成するた めの収容領域形成部と、
前記水晶振動子の一面側に対して前記収容領域を介して対向し、 当該水晶振動 子の励振電極よりも大きい対向面部と、
この対向面部の外側領域に形成され、 前記収容領域に試料溶液を注入するため の注入口と、 を備え、
測定対象物が吸着層に吸着されることによる水晶振動子の固有振動数の変化に 基づいて測定対象物を測定し、 その測定は、 試料溶液を対向面部の下方側に満た した静止状態で行われることを特徴とする。
試科溶液を対向面部の下方側に満たした静止状態とは、 注入口における液面レ ベルが対向面部よりも上側に位置していて、 対向面部の下方側に空間が存在しな い状態を意味する。 前記水晶センサは前記注入口とは異なる位置にて前記収容領域に連通し、 試料 溶液の液面レベルを確認するための確認口を備えてもよく、 また例えばその水晶 片の等価厚みは 2 0 O / mよりも薄い。 さらにまた他の発明に係る感知装置は、 本発明の水晶センサと、 この水晶センサの固有振動数の変化を検出して測定対象 物の有無及び/または濃度を測定する測定器本体と、 を備えたことを特徴とする 本発明によれば、 試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層がその一面側に形 成されたランジュバン型の水晶振動子を用いた水晶センサにおいて、 水晶振動子 の励振電極よりも大きい対向面部を設け、 この対向面部と励振電極との間に試料 溶液を満たした状態で測定を行うため、 励振電極の上方の試料溶液の液面は対向 面部に接触しているので、 表面張力が発生しない。 従って励振電極には試料溶液 の表面張力による応力が作用しないので、 水晶振動子が確実に発振し、 また測定 対象物の吸着分に対応した周波数で発振する.ため、 高精度な測定を行うことがで きる。 測定感度を高めるためには既述のように水晶振動子の周波数を高くするこ とが必要であり、 そのためには水晶振動子の厚さが小さくなつて、 僅かな応力が 作用しても測定に大きな影響を及ぼすことから、 この発明は高感度、 高精度の測 定 （測定対象物の有無検出あるいは濃度測定） を実現することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明にかかる水晶センサの要部の構造を示した説明図である。
図 2は、 本発明に係る水晶センサの一実施の形態を示した斜視図である。
図 3は、 前記水晶センサの各部品の上面を示した分解斜視図である。
図 4は、 前記水晶センサの各部品の下面を示した分角早斜視図である。
図 5は、 前記水晶センサの縦断側面図である。
図 6は、 本発明に係る水晶センサが接続される測定器本体の構成の一例を示した プロック図である。
図 7は、 前記測定器本体の一例であるバイオセンサーを示した斜視図である。 図 8は、 他の実施の形態に係る水晶センサに用いられるリング状の水晶保持部材 の一例を示した説明図である。 図 9は、 前記水晶保持部材を用いた水晶センサの組み立て工程図である。
図 1 0は、 前記水晶保持部材を用いた水晶センサの組み立て工程図である。 図 1 1は、 従来用いられている水晶センサの構成の一例を示した説明図である。 図 1 2は、 前記水晶センサに含まれる水晶振動子が受ける表面張力の影響を示し た説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の形態について述べるが実施の形態の要部の理解を容易に するために先に本発明に係る水晶センサの要部の基本構造について図 1を用いて 説明する。 当該水晶センサは試料溶液の収容領域形成部 1 0 0、 1 1 0を備えて いる。 収容領域形成部 1 0 0には凹部 1 0 4が形成されており、 この凹部 1 0 4 の底面には、 気密空間を形成するための凹部 1 0 5が形成されている。 水晶振動 子 2は凹部 1 0 5を塞ぐように設けられ、 水晶振動子 2の他面側の励振電極 2 B は凹部 1 0 5内の空間である気密空間に臨んでいる。
また凹部 1 0 4は、 水晶振動子 2の一面側の励振電極 2 A全体を包含する広さ の第 1領域 1 0 1と、 この第 1領域 1 0 1の両側に第 1領域 1 0 1と隣接して夫 々形成された第 2領域 1 0 2及び第 3領域 1 0 3とを含んでいる。 第 1領域 1 0 1は、 試料溶液 1 2 0が水晶振動子 2に接触する測定領域をなすものであり、 こ の第 1領域 1 0 1の上方には、 水晶振動子2の励振電極 2 Aよりも大きレ、、 この 例では水晶振動子 2よりも大きい対向面部 1 0 7を有する収容領域部 1 1 0が設 けられており、 この対向面部 1 0 7内の投影領域内に励振電極 2 Aが収まること になる。
なお、 第 1領域 1 0 1、 第 2領域 1 0 2及び、 第 3領域 1 0 3を含む凹部 1 0 4は試料溶液の収容領域 （注入空間） に相当する。 第 2領域 1 0 2及び第 3領域 1 0 3の上面側は夫々孔 1 0 8、 1 0 9を介して水晶センサの外部と連通してお り、 第 2領域 1 0 2の上面側の孔 1 0 8は前記注入空間に試料溶液 1 2 0を注入 するための注入口として構成される。 また第 3領域の上面側の孔 1 0 9'は、 例え ば後述の実施形態において詳述するように試料溶液 1 2 0の確認口 （検出口） と して形成されることが好ましい。 収容領域形成部 1 0 0、 1 1 0は、 一体の部材により構成してもよいが、 例え ば後述の実施の形態に示すように、 水晶保持部材と蓋体とに分離された部材によ り構成される。
このように水晶センサの要部を構成した場合、 図で示すように第 1領域 1 0 1 に試料溶液 1 2 0が満たされ静止状態に置かれると、 当該領域において試料溶液 1 2 0の表面張力の発生が抑えられるので、 水晶振動子 2を安定して発振させる ことができる。
(第一の実施形態）
本発明に係る水晶センサの第 1の実施形態について、 図 2から図 5を用いて説 明する。 図 2は本発明に係る水晶センサの一例を示した斜視図であり、 当該水晶 センサは配線基板 4、 水晶保持部材 3、 水晶振動子 2、 蓋部 5の各部品がこの順 に下から重ね合わされることにより構成される。 図 3は当該水晶センサの各部品 の上面側を示した分解斜視図である。
水晶振動子 2は、 水晶片 2 1、 励振電極 2 2 , 2 3及ぴ導出電極 2 4、 2 5よ り構成されている。 水晶片 2 1は周線の一部が直線状に切欠された板状に形成さ れている。 この水晶片 2 1の一面側及ぴ他面側には箔状の一方の励振電極 2 2及 び他方の励振電極 2 3が夫々貼着して当該水晶片 2 1よりも小径の円形状に形成 されている。 また前記水晶片 2 1の一面側には、 箔状の一方の導出電極 2 4の一 端側が前記一方の励振電極 2 2に接続されて形成され、 この導出電極 2 4は、 水 晶片 2 1の端面に沿って屈曲され、 水晶片 2 1の他面側に回し込まれている。 こ れら励振電極 2 2、 2 3及び導出電極 2 4、 2 5は振動子電極をなすものである さらに水晶片 2 1の他面側には、 箔状の他方の導出電極 2 5の一端側が前記他 方の励振電極 2 2に先の一方の導出電極 2 4と同様のレイァゥトで接続されて形 成され、 水晶片 2 1の両面において、 励振電極 2 2 ( 2 3 ) 及ぴ導出電極 2 4 ( 2 5 ) のレイアウトが同じになっている。
前記励振電極 2 1、 2 2及ぴ導出電極 2 3、 2 4の等価厚みは例えば 0 . 2 μ mであり、 電極材料としては、 金あるいは銀などが好適であるが、 流体中での周 波数安定性の高さと使用前の空気中保存下での電極表面の酸化に強いことから金 が好ましい。 また、 当該水晶センサを用いて感知しょうとする対象物質例えばダ ィォキシンを選択的に吸着する吸着層である抗体等を予め当該水晶振動子 2の一 面側に付着させておく。
前記水晶振動子 2を保持する水晶保持部材 3は、 例えば厚さ 1 mmのゴムシ一 トからなり、 後述の配線基板 4に対応した形状に作られている。 即ちこの水晶保 持部材 3は長方形状体の前方側の一縁の中央に矩形状の切り欠き 3 aが形成され 、 後方側の両隅部に夫々矩形状の切り欠き 3 b、 3 cが形成された形状となって いる。 なお、 当該水晶保持部材 3の材料としてはゴムが好ましいが他の弾性素材 を用いてもよい。 水晶保持部材 3の一面側には凹部 3 1が形成されており、 その 形状は、 凹部 3 1に水晶振動子 2を容易に载置できるように、 水晶振動子 2の形 状の相似形となるように形成され、 前記水晶振動子 2のサイズと略同一のサイズ 、 例えば同一かあるいはそれよりもわずかに大きく形成される。 また前記凹部 3
1の外側部位には、 後述の導電性接着剤の塗布スペースを形成する透孔 3 4、 3
5が当該凹部 3 1を挟んで対向するように穿設されている。 なお M部 3 1の深さ は水晶振動子 2の厚みよりも少し大きく設定される。 凹部 3 1の底部中央には、 励振電極 2 3のサイズに対応し、 当該励振電極 2 3に接する気密雰囲気を形成す るための円形状の凹部 3 2が形成されている。
次に配線基板 4について説明する。 この配線基板 4は例えばプリント基板から なり、 前端側から後端側に向けて電極 4 4、 前記水晶保持部材 3の裏面側から突 出する円形の凸部 3 3に対応する円形状の孔部 4 3及び、 電極 4 5がこの順に形 成されている。 また電極 4 5が形成されている箇所よりも後端側寄りには、 2本 の並行するライン状の導電路パターンが、 夫々接続端子部 4 1、 4 2として形成 されている。 一方の接続端子部 4 1はパターン 4 8を介して電極 4 4と電気的に 接続されており、 他方の接続端子部 4 2はパターン 4 9を介して電極 4 5と電気 的に接続されている。 なお孔 4 6、 4 7は、 水晶保持部材 3の係合突起 3 6、 3
7 (図 4参照） と夫々係合する係合孔である。 そして前記水晶保持部材 3の裏面 側に突出している凸部 3 3を配線基板 4の孔部 4 3に嵌入させると共に、 水晶保 持部材 3の係合突起 3 6、 3 7と配線基板 4の係合孔 4 6、 4 7とを夫々嵌合 （ 係合） させることにより、 基板 4の表面と前記水晶保持部材 3の裏面とが密着し 05 023421 た状態で、 水晶保持部材 3が基板 4上に固定される。 またこのときに、 水晶保持 部材 3の孔 3 4及び孔 3 5を介して電極 4 4及び電極 4 5の一部分又は全体が上 面へと露出される。
次に蓋部 5の構成について述べる。 蓋部 5は、 図 4に示されるように下面側に 凹部 5 0が形成されている。 この凹部 5 0は図 4及ぴ図 5に示すように水晶保持 部材 3における回部 3 2全体を包含する広さの第 1領域 5 1と、 この第 1領域 5 1の前後に夫々形成された第 2領域 5 4及び第 3領域 5 5とを含んでいる。 第 1 領域 5 1は、 試料溶液が水晶振動子 2に接触する測定領域をなすものであり、 こ の第 1領域 5 1の上面には、 水晶振動子 2における励振電極 2 2と同じかそれよ りも大きいサイズの対向面部 5 7が設けられ、 この対向面部 5 7内の投影領域内 に励振電極 2 2が収まることになる。 第' 2領域 5 4及び第 3領域 5 5は、 水晶保 持部材 3における導電性接着剤塗布用の孔 3 4、 3 5に夫々かかっており、 その 上面側には夫々試料溶液の注入口 5 2及び確認口 （検出口） 5 3が形成されてい る。 即ち注入口 5 2、 確認口 5 3は対向面部 5 7よりも高いレベルに位置してい る。 これら第 1領域 5 1、 第 2領域 5 4及び、 第 3領域 5 5を含む凹部 5 0は注 入空間に相当するものであり、 この凹部 5 0を囲む周囲部分の下面、 つまり蓋部 5の内面は、 水晶保持部材 3における水晶振動子 2を囲む面に密接してこれを押 圧する押圧面 （密接面） としての役割を持つ。 また蓋部 5の内面にはこの押圧面 を囲むようにリブ 5 6が設けられている。 '
また注入口 5 5は測定試料の注入を容易にする目的で、 蓋部 5の内部から蓋部 5上面へ向かうに従って、 次第にその口径が大きくなるように、 即ち当該注入口 5 5の内周はスロープ状になるように形成されている。 確認口 5 3は、 その確認 口 5 3に現れる水位を観察し易いように蓋部 5の内部から蓋部 5の上面の後端側 へ向けて前記確認口 5 3のスロープよりも緩やかな傾斜を持つスロープ部分を持 つように形成されている。 なお蓋部 5を上面から見た場合に、 このスロープ部分 が、 露出されるように確認口 5 3は形成されている。
このような構造の水晶センサは次のようにして組み立てられる。 先ず前述のよ うに水晶保持部材 3と基板 4とを嵌合させ、 さらに水晶保持部材 3の凹部 3 6上 に水晶振動子 2をその凹部 3 6に嵌合させるように載置する。 それから孔 3 8 ( 3 9 ) を介して水晶振動子 2の導出電極 2 4 ( 2 5 ) と基板 4の電極 4 6 ( 4 8 ) とが電気的に接続されるように導電性接着剤 2 0 0を水晶保持部材 3の上から ディスペンサ一などにより供給する。 この導電†生接着剤 2 0 0により水晶振動子 2は水晶保持部材 3上に固着される。 こうして水晶振動子 2の下面側には気密空 間 （凹部 3 6内の空間） が形成され、 ランジュバン型水晶センサが構成される。 次いで前記基板 4と水晶保持部材 3との組立体の上面から蓋部 5を、 その各爪 部 5 a、 5 b、 5 cと各切欠き部 4 a、 4 b、 4 cとを嵌合させるように被せて 基板に向かって押圧する。 これにより蓋部 5に形成された各爪部 5 a、 5 b , 5 cが基板 4の外側へと撓み、 さらに各爪部 5 a、 5 b、 5 cが各切欠き部 4 a、 4 b、 4 cを介して基板 4の周縁部の下面に回りこむと同時に各爪部 5 a、 5 b 、 5 cが内方側への復元力により元通りの形状になり、 基板 4が各爪部 5 a、 5 b、 5 cに挟み込まれて互いに係止される。 また蓋部 5の内側の前記押圧面が水 晶保持部材 3の上面に密接し、 試料溶液の注入空間が形成される。 また測定前に 水晶振動子 2に注入口 5 2及び確認口 5 3から侵入した不純物が付着するのを防 ぐために、 注入口 5 2及び確認口 5 3はフィルムシ一ト状の保護シート （図示せ ず） で被覆される。
本実施形態における水晶センサが使用される際には、 作業者が蓋部 5の注入口 5 2を介して試料溶液を注入器により第 2領域 5 4内に所定量流入させると、 試 料溶液はさらに第 1領域 5 1に流れ込むことで水晶振動子 2の一面が測定雰囲気 に接する。 なおこの際に蓋部 5の水晶保持部材 3にめり込んだリブ 5 6に阻まれ ることで、 試料溶液が蓋部 5と水晶保持部材 3との間から当該水晶センサ外へ漏 洩することが確実に防止される。 また、 第 1領域 5 5に流れ込んだ試料溶液は第 3領域 5 5にも流れ込む。 試料溶液の注入を続けると各領域で試料溶液の水位が 上昇するが第 1領域 5 1中に試料溶液が満ちると当該領域において表面張力が消 失する。 従って水晶振動子 2の励振電極 2 2には試料溶液の表面張力による応力 が作用しないので、 水晶振動子 2が確実に発振し、 また測定対象物の吸着分に対 応した周波数で発振するため、 高精度な測定を行うことができる。 測定感度を高 めるためには既述のように水晶振動子の周波数を高くすることが必要であり、 そ のためには水晶振動子の厚さが小さくなつて、 僅かな応力が作用しても測定に大 きな影響を及ぼすことから、 この発明は高感度、 高精度の測定 （測定対象物の有 無検出あるいは濃度測定） を実現することができる。
以上のことから本発明は、 特に水晶振動子の固有振動数が 8 . 3 MH z以上で ある場合に、 つまり水晶片の等価厚みが 2 0 0 μ πι以下の場合に有効であると捉 えているが、 この発明はこのような条件に限定されるものではない。
なお試料溶液が第 1領域を満たすと共に第 3領域における試料溶液の液面は、 確認口 5 3に達して、 試料溶液を加え続けた場合、 当該液面は確認口 5 3に形成 されたスロープ部分を登っていく。 これにより当該水晶センサに試料溶液を注入 したこと及び第 1領域 5 1中に試料溶液が満ちていることが、 当該水晶センサの 外部から容易に判別される。
ここで水晶センサは、 例えばプロック図である図 6で示されるような構成をも つ測定器本体 6に接続されることで感知装置の検知部として使用される。 図中 6 2は、 水晶センサの水晶片 2 1を発振させる発振回路、 6 3は基準周波数信号を 発生する基準クロック発生部、 6 4は例えばへテロダイン検波器からなる周波数 差検出手段であり、 発振回路 6 2からの周波数信号及び基準クロック発生部 6 3 からのクロック信号に基づいて両者の周波数差に対応する周波数信号を取り出す 。 6 5は増幅部、 6 6は增幅部 6 5からの出力信号の周波数をカウントするカウ ンタ、 6 7はデータ処理部である。
水晶センサの周波数としては例えば 9 ΜΗ ζが選ばれ、 また基準ク口ック発生 部 5 3の周波数としては例えば 1 0 MH zが選ばれたとすると、 感知対象物質で ある例えばダイォキシンが当該水晶センサに含まれる水晶振動子 2に吸着してい ないときには、 周波数差検出手段 6 4では、 水晶センサ側からの周波数と基準ク ロックの周波数との差である 1 MH zの周波数信号 （周波数差信号） が出力され る力 試料溶液中に含まれる測定対象物質 （例えばダイォキシン） が水晶振動子 2に吸着すると、 固有振動数が変化し、 このため周波数差信号も変化するので、 カウンタ 6 6におけるカウント値が変化する。 そして例えば周波数の変化分 （力 ゥント値の変化分） と試料溶液中の測定対象物例えばダイォキシンの濃度との検 量線を予め作成しておくことにより、 測定対象物質の濃度あるいは有無を検知で きる。 T JP2005/023421 図 7は上述の測定器本体 6の一例を示す図である。 図 7 (a) で示されるよう に当該測定器本体 6は、 本体部 7 1と本体部 7 1の前面に形成されている開閉自 在の蓋部 7 2とからなる。 蓋部 7 2を開くと図 6 ( b ) で示すように本体部 7 1 の前面が現れる。 この本体部 7 1の前面には当該水晶センサの差込口 7 3が複数 形成されており、 当該差込口 7 3は、 例えば 8つ、 直泉状に一定の間隔を持って 形成されている。
測定器本体 6の各差込口 7 3に対して、 各水晶センサの基板 4 0の後端側を水 平に一定の深さまで差し込むことで、 基板 4の接続端子部 4 1、 4 2と差込口 7 3の内部に形成された電極とが電気的に接続されると同時に、 差込口 7 3の内部 が基板 4を挟持することで水晶センサが水平を保つたまま測定器本体 6に固定さ れる。 このような構造とすれば特殊なアタッチメントなどを必要とせずに直接測 定器 6本体に接続することができるので、 配線が測定台上に引き回されず、 従つ て測定作業がやりやすい。
次に本発明の他の実施形態について説明する。 図 8は本実施形態に係る水晶セ ンサに用いられるリング状の水晶保持部材 8を示している。 この水晶保持部材 8 は弾性のある材質例えばゴムからなり、 一面側が水晶振動子を载置する載置部 8 1、 他面側が基板 9へ嵌入する嵌入部 8 2として構成されている。 載置部 8 1は 、 水晶振動子 2の励振電極 2 2と同一サイズか、 またはわずかに大きいサイズの 透孔 8 4が中心部に形成されると共に、 外形が水晶振動子 2と略同一サイズのリ ング状の載置面部 8 4 aと、 この 8 4 aの周囲を囲む周壁部 8 0と、 を備えてい る。 周壁部 8 0の上面部には、 互いに対向する部位に切り欠き 8 4 b、 8 5が形 成されると共に、 当該上面部における 8 4 b、 8 5の間には、 載置面部 8 4 aと の間に水晶片 2 1の厚さに相当する隙間を介して内方側に突出する突片 8 8が形 成されている。 また周壁部 8 0における突片 8 8と対向する内面は、 水晶片 2 1 の外周の一部の直線部位に合わせて直線状に形成されている。 嵌入部 8 2は载置 部 8 1における載置面部 8 4とは反対側中央に設けられ、 その外形が後述の配線 基板 （例えばプリント基板） 9の孔部である透孔 9 3 (図 9 ( a ) 参照） に嵌入 される大きさに形成され、 かつ配線基板 9の厚さに相当する長さのリング部 8 6 と、 このリング部 8 6の先端周縁に形成されたフランジ 8 7とを備えており、 リ ング部 8 6の内部空間は前記透孔 8 4に連通している。
図 9はこの実施の形態に用いられる配線基板 9及び組立工程を示す。 配線基板 9は一端側にプリント配線からなる接続端子部 9 1、 9 2が形成され、 これら接 続端子部 9 1、 9 2は先の実施形態と同様に測定器本体 6に着脱できるようにな つている。 配線基板 9の中央には前記水晶保持部材 8のリング部 8 6の外形に対 応する大きさの円形の透孔 9 3が穿設されており、 リング部 8 6を配線基板 9の 一面側から透孔 9 3に嵌入することにより、 配線基板 9の他面側にてフランジ 8 7が係止され、 これにより水晶保持部材 8が配線基板 9に固定されることになる 。 そして載置部 8 1の突片 8 2を少し持ち上げて当該载置部 8 1に水晶振動子 2 を嵌め込む。 図 8 ( c ) 及び図 9 ( c ) は水晶振動子 2が载置部 8 1に嵌め込ま れた状態を示す平面図である。
更に水晶振動子 2の電極 （この例では導出電極 2 4、 2 5 ) と配線基板 9側の 電極 9 4、 9 5とを夫々切り欠き 8 4、 8 5を介して導電性接着剤 9 0により接 続する。 なお電極 9 4、 9 5は接続端子部 9 1、 9 2に夫々電気的に接続されて いる。 次いで図 1 0 ( a ) に示すように弾性シート例えばゴムシート 9 Aを、 そ の中央部に形成された透孔 9 3と水晶振動子 2とが重なるように配線基板 9の他 面側に重ね合わせ、 更にこのシート 9 Aに蓋部である上ケース 9 Cを重ね合わせ 、 上ケース 9 Cの周縁と配線基板 9の周縁部とを係合させる （図 1 0 ( c ) ) 。 上ケース 9 Cは先の実施形態のように注入空間 C 1及びこの注入空間に連通する 注入口 C 2及び確認口 C 3が形成されている。 また配線基板 9の一面側において も基台部をなす下ケース 9 Bを装着する （図 1 0 ( b ) ) 。 なお図 1 0 ( d ) に 示すように下ケース 9 Bにおける载置部 8 1に対応する位置には凹部 B 1が形成 され、 この凹部 B 1内の空間が水晶振動子 2の一面側に接する気密空間をなし いる。 従ってこの例においてもランジュパン型の水晶センサが構成されることに なる。
このようにして組み立てられた水晶センサは水晶保持部材 8のリング穴 8 4を 介して水晶振動子 2の一面側が試料溶液の収容領域に接しており、 先の実施形態 と同様にして測定を行うことができる。 そしてこの例においても図 1 0 ( d ) で 示すように水晶振動子 2の他面側は、 収容領域を介して上ケース 9 Cの水晶振動 23421 子 2よりも大きいサイズの対向面部に面している、 即ち当該水晶振動子 2の励振 電極 2 2は前述の要部の基本構造で述べた第 1領域に面している。 この第 1領域 の前後は要部の基本構造で述べた第 2、 第 3領域に相当する領域に隣接している ため、 この実施形態においても測定時に試料溶液の表面張力の影響が抑えられた 状態で水晶振動子 2を発振させて測定を行うことが可能である。
以上において本発明者は固有振動数が 3 O MH zの水晶振動子を用い、 図 1 1 に示す構造を作成し、 2 0 0 μ Lの精製水を注入して発振させようとしたが、 発 振しなかった。 これに対して同様の水晶振動子を用いた、 先の第一の実施の形態 の水晶センサに対して同様の試料溶液を注入したところ安定して発振していた。

Claims

請求の範囲
1 . 試料溶液中の測定対象物を測定するために用いられる水晶センサにおいて 気密空間を形成するための凹部を備えた部材と、
水晶片の一面側及ぴ他面側に各々励振電極が設けられ、 他面側の励振電極が前 記気密空間に臨むように当該凹部を塞いだ状態で前記部材に保持されている水晶 振動子と、
前記一面側の励振電極に設けられ、 試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層 と、
前記水晶振動子の一面側の上方空間を囲み、 試料溶液の収容領域を形成するた めの収容領域形成部と、
前記水晶振動子の一面側に対して前記収容領域を介して対向し、 当該水晶振動 子の励振電極よりも大きい対向面部と、
この対向面部の外側領域に形成され、 前記収容領域に試料溶液を注入するため の注入口と、 を備え、
測定対象物が吸着層に吸着されることによる水晶振動子の固有振動数の変化に 基づいて測定対象物を測定し、 その測定は、 試料溶液を対向面部の下方側に満た した静止状態で行われることを特徴とする水晶センサ。
2 . 前記注入口は、 前記対向面部よりも高い位置に形成されていることを特徴 とする請求項 1に記載の水晶センサ。
3 . 前記注入口とは異なる位置にて前記収容領域に連通し、 試料溶液の液面レ ベルを確認するための確認口を備えたことを特徴とする請求項 2記載の水晶セン サ。
4 . 水晶片の等価厚みが 2 0 0 mより薄いことを特徴とする請求項 1記載の 水晶センサ。
5 . 請求項 1ないし 4のいずれか一つに記載された水晶センサと、 この水晶セ ンサの固有振動数の変化を検出して測定対象物の有無及び/または濃度を測定す る測定器本体と、 を備えたことを特徴とする感知装置。
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