WO2013132761A1 - センサデバイス - Google Patents

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WO2013132761A1
WO2013132761A1 PCT/JP2013/000924 JP2013000924W WO2013132761A1 WO 2013132761 A1 WO2013132761 A1 WO 2013132761A1 JP 2013000924 W JP2013000924 W JP 2013000924W WO 2013132761 A1 WO2013132761 A1 WO 2013132761A1
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flow path
sensor device
aggregate
metal layer
carrier
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雄介 北川
橋本谷　磨志
福島　奨
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor device that can be used for detecting, for example, viruses.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of a sensor device 600 disclosed in Patent Document 1 that can be used for virus detection or the like, for example.
  • the sensor device 600 includes a prism 601, a flat metal layer 602 disposed on the lower surface of the prism 601, an insulating layer 603 having a predetermined flat dielectric constant disposed on the lower surface of the metal layer 602, And an acceptor 604 fixed to the lower surface of the insulating layer 603.
  • a surface plasmon wave which is an electron density wave, exists.
  • a light source 605 is arranged above the prism 601 side, and P-polarized light is incident on the prism 601 from the light source 605 under total reflection conditions.
  • evanescent waves are generated on the surfaces of the metal layer 602 and the insulating layer 603.
  • the light totally reflected by the metal layer 602 is received by the detection unit 606, and the intensity of the light is detected.
  • the wave number matching condition in which the wave numbers of the evanescent wave and the surface plasmon wave match is satisfied, the energy of light supplied from the light source 605 is used for excitation of the surface plasmon wave, and the intensity of the reflected light decreases.
  • the wave number matching condition depends on the incident angle of light supplied from the light source 605. Accordingly, when the reflected light intensity is detected by the detection unit 606 while changing the incident angle, the intensity of the reflected light decreases at a certain incident angle.
  • the resonance angle which is the angle at which the intensity of the reflected light is minimized, depends on the dielectric constant of the insulating layer 603.
  • the specific binding substance generated by specifically binding the analyte as the substance to be measured in the sample and the acceptor 604 is formed on the lower surface of the insulating layer 603, the dielectric constant of the insulating layer 603 changes, In accordance with this, the resonance angle changes. Therefore, by monitoring the change in the resonance angle, it is possible to detect the strength of binding and the speed of binding in the specific binding reaction between the analyte and the acceptor 604.
  • the sensor device includes a flow channel configured to allow a sample including an analyte to flow and a carrier to be disposed, and a metal layer provided in the flow channel.
  • a plurality of acceptors that specifically bind to the analyte and generate aggregates are immobilized on the surface of the carrier.
  • the flow path has an aggregate trap part configured so that the analyte is unevenly distributed.
  • This sensor device has a simple configuration and high detection sensitivity.
  • FIG. 1A is a top view of the sensor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1B is a cross-sectional view of the sensor device shown in FIG. 1A taken along line 1B-1B.
  • FIG. 2A is a sectional side view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • 2B is a top cross-sectional view of the sensor device shown in FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing specific binding between the acceptor and the analyte of the sensor device in the first embodiment.
  • 4A is a side sectional view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 4B is a sectional side view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 4A is a side sectional view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of an electromagnetic field simulation analysis model of the sensor device in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an analysis result of the electromagnetic simulation of the sensor device in the first embodiment.
  • FIG. 7A is a side sectional view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 7B is a sectional side view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 8A is a side sectional view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 8B is a side sectional view of the sensor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 9 is a side sectional view of the sensor device according to the first exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a side sectional view of the sensor device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a sectional side view of the sensor device according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a side sectional view of the sensor device according to the first embodiment.
  • FIG. 13A is a top cross-sectional view of the sensor device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13B is a top cross-sectional view of another sensor device according to Embodiment 2.
  • FIG. 14A is a side sectional view of the sensor device according to the second exemplary embodiment. 14B is a top cross-sectional view of the sensor device shown in FIG. 14A.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram of an aggregate.
  • FIG. 16A is a sectional side view of the sensor device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 16B is an enlarged view of the sensor device shown in FIG.
  • FIG. 18A is a top cross-sectional view of a sensor device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • 18B is a cross-sectional side view of the sensor device shown in FIG. 18A taken along line 18B-18B.
  • FIG. 18C is a top cross-sectional view of another sensor device according to Embodiment 4.
  • 18D is a side cross-sectional view of the sensor device shown in FIG. 18C taken along line 18D-18D.
  • FIG. 19A is a top cross-sectional view of a sensor device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • 19B is a side cross-sectional view of the sensor device shown in FIG.
  • FIG. 20A is a top cross-sectional view of the sensor device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • 20B is a cross-sectional side view of the sensor device shown in FIG. 20A taken along line 20B-20B.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view of the sensor device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 21B is a bottom perspective view of the sensor device according to Embodiment 7.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of a conventional sensor device.
  • FIG. 1A is a top view of sensor device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line 1B-1B of the sensor device 1 shown in FIG. 1A.
  • the sensor device 1 is a MIM (Metal Insulator Metal) type sensor device.
  • the sensor device 1 has flowed through the flow path 4, the inlet 24 for injecting the sample, the storage unit 25 for temporarily storing the injected sample, the flow path 4 for flowing the injected sample into the sensor, and the like.
  • a storage section 26 for storing the tested sample, and metal layers 2 and 3 provided in at least a part of the flow path 4 are provided.
  • the user injects the sample to be inspected into the storage unit 25 from the injection port 24 using the spoid 27 or the like.
  • the flow path 4 includes a holding portion 5 that is disposed on the upper side of the sensor device 1 and holds the metal layer 2, a holding portion 6 that is disposed on the lower side of the sensor device 1 and holds the metal layer 3, a side wall portion 21, and a side wall portion. 22.
  • a specific region 18 sandwiched between the metal layers 2, 3, an input region 15 disposed in front of the specific region 18, and a discharge region 16 disposed after the region 18 are provided. ing.
  • the sample stored in the storage unit 25 is input to the input region 15 of the flow path 4 by capillary action or the like.
  • the sample put into the flow path 4 flows in the direction of the arrow 17 in the flow path 4, is discharged from the discharge area 16 via the area 18, and is stored in the storage section 26.
  • the analyte that is the specimen in the sample is trapped in the region 18 in the flow path 4 and detected.
  • the region 18 functions as an aggregate trap portion for trapping analyte aggregates.
  • a portion sandwiched between the metal layer 2 and the metal layer 3 in the flow path 4 constitutes a detection unit.
  • 2A and 2B are a side sectional view and a top sectional view showing the main part of the sensor device 1, respectively.
  • the metal layer 3 is disposed below the metal layer 2 so as to face the metal layer 2 through the flow path 4.
  • the metal layers 2 and 3 are made of a metal such as gold or silver.
  • the side wall portion 21 is disposed to face the side wall portion 22 with the flow path 4 interposed therebetween.
  • the lower surface 2B of the metal layer 2 constitutes the upper surface of the channel 4
  • the upper surface 3A of the metal layer 3 constitutes the lower surface of the channel 4
  • the side surface 21A of the side wall portion 21 constitutes the first side surface of the channel 4.
  • the side surface 22 ⁇ / b> A of the side wall portion 22 constitutes the second side surface of the flow path 4.
  • a plurality of carriers 10 are physically adsorbed and fixed to at least one of the lower surface 2B of the metal layer 2 and the upper surface 3A of the metal layer 3 by a weak force such as van der Waals force.
  • the carrier 10 includes a plurality of acceptors 7 that specifically bind to an analyte 8 that is a specimen, which is fixed to the surface of a substance made of metal, resin, or the like.
  • the size of the substance made of metal, resin or the like is preferably 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave incident from above the sensor device 1.
  • the size of the substance is, for example, the diameter of the substance.
  • This wavelength indicates a wavelength that takes into account the influence of the refractive index in the flow path 4.
  • the size of the substance made of metal, resin, etc. is 1/10 or more of the wavelength of the incident electromagnetic wave, the influence of Mie scattering is strong, but when it is 1/10 or less, the influence of Rayleigh scattering is strong.
  • Rayleigh scattering is very small because its scattering intensity is proportional to the -6th power of the radius of the substance, and the influence of scattering can be almost ignored, so that the sensitivity of the sensor device 1 can be improved.
  • visible light (especially having a wavelength of 500 to 500 nm used for observation) is incident as an electromagnetic wave incident from above the sensor device 1.
  • the size of the substance made of metal, resin or the like is preferably 50 to 60 nm or less.
  • the sample 62 When using the sensor device 1, the sample 62 is charged into the flow path 4 from the input region 15 and filled, and the filled sample 62 is discharged from the discharge region 16. Therefore, the sample 62 in the flow path 4 is substantially sandwiched between the metal layers 2 and 3.
  • the sample 62 contains the analyte 8, the nonspecific specimen 9, and the medium 61.
  • the medium 61 is made of a fluid such as liquid or gel, and carries the analyte 8 and the nonspecific specimen 9.
  • the metal layer 2 Since the metal layer 2 has a thickness of approximately 100 nm or less, the shape cannot be maintained alone.
  • the upper surface 2A of the metal layer 2 is fixed to the lower surface 5B of the holding portion 5 and the shape thereof is held.
  • the metal layer 3 is fixed and held on the upper surface 6A of the holding portion 6.
  • the electromagnetic wave 91 is incident from the upper surface 2A of the metal layer 2.
  • the metal layer 2 preferably has a film thickness in the range of 10 nm to 45 nm.
  • the metal layer 3 When the metal layer 3 is made of gold, the metal layer 3 preferably has a film thickness of 100 nm or more. When the thickness of the metal layer 3 is less than 100 nm, the incident electromagnetic wave 91 that is visible light is transmitted through the metal layer 3 and the amount of the electromagnetic wave 91 reflected into the flow path 4 is reduced.
  • An electromagnetic wave source 92 is disposed above the upper surface 2A of the metal layer 2, that is, in the direction opposite to the metal layer 3 with respect to the metal layer 2.
  • the electromagnetic wave source 92 applies an electromagnetic wave 91 from above the upper surface 2 ⁇ / b> A of the metal layer 2 to the metal layer 2.
  • the acceptor 7 refers to a capturing body that specifically binds to a specific analyte.
  • a specific analyte for example, an antibody, a receptor protein, an aptamer, a porphyrin, a polymer generated by a molecular imprinting technique, and the like. Point to.
  • a filter 23 is disposed between the storage unit 25 and the flow path 4.
  • the filter 23 removes unnecessary materials such as dust mixed in the sample.
  • the electromagnetic wave 91 is light
  • the electromagnetic wave source 92 is a light source.
  • a part of the electromagnetic wave applied to the upper surface 2A from above the metal layer 2 at the incident angle ⁇ is reflected by the upper surface 2A and the lower surface 2B and propagates upward from the metal layer 2 in the direction of the reflection angle ⁇ . Go.
  • the incident angle ⁇ is an angle between the normal direction of the upper surface of the metal layer 2 and the incident direction of the electromagnetic wave.
  • the electromagnetic waves reflected by the metal layer 2 and propagating upward from the metal layer 2 in the direction of the angle ⁇ are referred to as first electromagnetic waves.
  • an electromagnetic wave that passes through the metal layer 2 from the flow path 4 and propagates upward from the metal layer 2 in the direction of the angle ⁇ is referred to as a second electromagnetic wave.
  • most of the electromagnetic waves that have arrived from the lower surface 2B of the metal layer 2 and did not pass through the metal layer 2 are reflected by the lower surface 2B and the upper surface 2A of the metal layer 2 and propagate again downward in the flow path 4. I will do it.
  • the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave interfere with each other.
  • the integer m, the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave in vacuum, the thickness d of the flow path 4, that is, the distance d between the lower surface of the metal layer 2 and the upper surface of the metal layer 3, the refractive index n and the incident angle in the hollow region The condition of the expression 1 or 2 expressed by ⁇ is satisfied.
  • the distance d satisfies the condition of Expression 1
  • the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave are weakened
  • the distance d satisfies the condition of Expression 2
  • the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave are strengthened.
  • the interference conditions are mainly the thickness of the shape of the metal layer 2 and the metal layer 3, the distance between the metal layer 2 and the metal layer 3, the dielectric constant (refractive index) of the metal layer 2, and the dielectric constant (refractive index of the metal layer 3). ), And can be controlled by the refractive index in the flow path 4.
  • a detection unit 94 that detects an electromagnetic wave 93 such as light is disposed above the upper surface 2A of the metal layer 2.
  • the detection unit 94 receives the electromagnetic wave 93 such as light reflected or radiated from the sensor device 1.
  • the detection unit 94 is not always necessary.
  • the electromagnetic wave 91 is visible light, the color change and intensity of the electromagnetic wave 91 can be detected by the user's own eyes. Thereby, a simple and inexpensive sensor device 1 can be constructed.
  • the holding unit 5 is formed of a material that hardly attenuates the electromagnetic wave 91 in order to efficiently supply the electromagnetic wave 91 to the metal layer 2.
  • the holding unit 5 is formed of a transparent material such as glass or transparent plastic that efficiently transmits light.
  • the thickness of the holding portion 5 is preferably as small as possible within a range that is acceptable in terms of mechanical strength.
  • the holding part 6 is preferably formed of a material that blocks the electromagnetic wave 91 such as light.
  • the holding part 6 is formed from a metal or semiconductor having a thickness of 100 nm or more.
  • a plurality of carriers 10 are arranged on the lower surface 2B of the metal layer 2 on the flow path 4 side.
  • the carrier 10 is composed of a plurality of acceptors 7 fixed on the surface of a substance made of metal or resin.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing specific binding between the acceptor 7 and the analyte 8 of the carrier 10 of the sensor device 1 according to the first embodiment.
  • the sample 62 contains a non-specific specimen 9 and an analyte 8 which is a specimen.
  • the acceptor 7 of the carrier 10 does not specifically bind to the nonspecific analyte 9 but selectively specifically binds only to the analyte 8.
  • a plurality of carriers 10 are combined through the analyte 8 to form an aggregate 11. For example, in FIG.
  • the carrier 10 a has a plurality of acceptors fixed on the surface, and one of the acceptors 7 a specifically binds to the analyte 8.
  • the carrier 10b has a plurality of acceptors fixed on the surface, and one of the acceptors 7b is specifically bound to the analyte 8.
  • the two carriers 10a and 10b are bonded to each other with the analyte 8 interposed therebetween to form one aggregate 11. Since each of the carriers 10a and 10b has a plurality of acceptors, when this acceptor specifically binds to another analyte 8, more carriers can be bound to form an aggregate having a larger size. Become. In the sensor device 1 shown in FIGS.
  • the carrier 10 is disposed only on the lower surface 2B of the metal layer 2. However, in addition to the lower surface 2B of the metal layer 2, the carrier 10 is also disposed on the upper surface 3A of the metal layer 3. May be arranged. Further, the carrier 10 may be disposed not only on the lower surface 2B of the metal layer 2 but only on the upper surface 3A of the metal layer 3.
  • FIG. 4A and 4B are side sectional views showing the operation of the sensor device 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. 4A the carrier 10 is fixed to the lower surface 2B of the metal layer 2 by physical adsorption in the flow path 4 filled with vacuum or air.
  • the state of the flow path 4 particularly the dielectric constant (refractive index) changes.
  • the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave that interferes and weakens based on Equations 1 and 2 above the metal layer 2 changes, and the frequency distribution of the electromagnetic wave detected by the detection unit 94 changes.
  • the detection unit 94 changes.
  • a flow is given from the outside to the direction of the arrow 17 to the sample 62 introduced into the flow path 4. Since the carrier 10 disposed on the lower surface 2B of the metal layer 2 is physically fixed to the lower surface 2B by a weak force caused by van der Waals force, the carrier 10 is peeled off from the lower surface 2B of the metal layer 2 by this flow. It floats in the road 4 and flows in the direction of arrow 17. The acceptor 7 and the analyte 8 of the carrier 10 are specifically bound while flowing in the flow path 4, and the other carrier 10 is specifically bound to the analyte 8, and this is repeated to repeat the aggregation. A collection 11 is formed.
  • the aggregate 11 Since the aggregate 11 is heavier than the carrier 10, the non-specific specimen 9, and the medium 61, the aggregate 11 flows slowly.
  • the dielectric constant changes in the region 18, so that the dielectric constant (refractive index) of the medium 61 between the metal layers 2 and 3.
  • the dielectric constant distribution changes.
  • the situation of electromagnetic waves propagating upward changes. Therefore, by detecting the change in the state of the electromagnetic wave propagating upward from the metal layer 2, the state of the specific binding between the acceptor 7 and the analyte 8, specifically, the strength of the specific binding, the binding speed. Etc. can be detected.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of an analysis model for electromagnetic field simulation of the sensor device 1 according to the first embodiment.
  • the metal layer 2 is made of silver and has a thickness of 30 nm.
  • the metal layer 3 is made of silver and has a thickness of 130 nm.
  • the distance between the metal layers 2 and 3 is 160 nm, and the flow path 4 is filled with air having a relative dielectric constant of 1. Air above the upper surface 2A of the metal layer 2 and below the lower surface 3B of the metal layer 3 is filled with air.
  • the metal layers 2 and 3 and the channel 4 continue infinitely in the horizontal direction.
  • the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave are propagated upward from the metal layer 2 with respect to the energy amount of the electromagnetic wave incident from above the metal layer 2 as well as a change in frequency or wavelength at which the first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave weaken.
  • a change in reflectance R501 which is a ratio of electromagnetic energy amounts, is also detected.
  • a change in the state of the medium in the flow path 4 can be detected by using two indices of frequency or wavelength and wavelength simultaneously. Thereby, the sensor device 1 can exhibit a high detection capability.
  • the state of the medium in the flow path 4 refers to the state of the substance filled in part or all of the flow path 4, for example, the composition of the substance itself and the distribution of the substance in the flow path 4.
  • FIG. 6 shows the analysis result of the model of FIG.
  • the horizontal axis indicates the wavelength
  • the vertical axis indicates the reflectance R501.
  • Equation 1 is a condition in which electromagnetic waves having a wavelength around 340 nm cancel each other, the reflectance is greatly reduced at a wavelength around 340 nm.
  • the sensor device 1 can be used as a simple influenza virus sensor that can be used at home by injecting a sample containing human saliva into the flow path 4.
  • a simple influenza virus sensor that can be used at home by injecting a sample containing human saliva into the flow path 4.
  • higher detection sensitivity and ease of use are required as compared with business sensors used in hospitals and the like.
  • the electromagnetic wave source 92 is preferably a visible light source that generates visible light as an electromagnetic wave that can be easily detected by a person without using a special detector.
  • FIG. 7A and 7B are side sectional views of the sensor device according to Embodiment 1 in which the analyte is unevenly distributed.
  • FIG. 7A shows a state in the channel 4 immediately after the sample is put into the channel 4.
  • FIG. 7B shows a state in the flow path 4 after a predetermined time has elapsed. 7A and 7B and the subsequent drawings, only the analyte 8 is shown as the sample 62, and the medium and the specimen are omitted.
  • a plurality of carriers 10 are unevenly packed in a specific region 18 (aggregate trap part) between the lower surface 2B of the metal layer 2 and the upper surface 3A of the metal layer 3, and fixed by physical adsorption. ing. That is, the density of the carrier 10 that is physically adsorbed in the region 18 is higher than the density of the carrier 10 in another region other than the region 18 in the flow path 4.
  • the physical adsorption occurs by using van der Waals force acting on the interface between the metal layers 2 and 3 and the carrier 10 and the interface between the carriers 10.
  • an aggregate 11 including the analyte 8 as a specimen is formed and fills a specific region 18 of the flow path 4 as shown in FIG. 7B.
  • the specific region 18 functions as an aggregate trap part that traps the aggregate 11.
  • the dielectric constant in the flow path 4 in the region 18 does not change greatly and propagates upward from the metal layer 2 before and after aggregation.
  • the interference condition between electromagnetic waves does not change greatly.
  • the color of the reflected light does not change before and after the sample is charged.
  • the aggregate 11 is not formed, so that the carrier 10 flows through the flow path 4 together with the sample 62 and exits from the specific region 18.
  • the dielectric constant of the region 18 changes greatly compared to the case where the analyte 8 is present and the aggregate 11 is formed, and the interference state between the electromagnetic waves propagating upward from the metal layer 2 changes.
  • the color of light propagating upward from the metal layer 2 changes compared to before the sample is charged.
  • the presence or absence of the analyte 8 in the sample 62 can be confirmed by human detection of the change in the color of the light.
  • a structure for holding the aggregate in the region 18 may be provided so that the aggregate 11 shown in FIG. 7B does not easily flow out of the region 18 due to the flow of the sample 62 in the direction of the arrow 17.
  • a portion of the surface of the metal layers 2 and 3 facing the region 18 and having a friction coefficient increased by roughening can be used.
  • FIG. 8A and 8B are side sectional views of the sensor device 1 in which the analyte 8 is unevenly distributed.
  • FIG. 8A shows a state in the channel 4 immediately after the sample is put into the channel 4.
  • FIG. 8B shows a state in the flow path 4 after a predetermined time has elapsed since the sample was introduced.
  • the plurality of acceptors 7 are unevenly distributed in a specific region 18 on the lower surface 2B of the metal layer 2 and are fixed to the lower surface 2B by chemical adsorption, and do not exist in other regions of the flow path 4.
  • a plurality of carriers 10 are fixed to the lower surface 2B by physical adsorption on the side of the lower surface 2B of the metal layer 2 that is closer to the input region 15 than the region 18 is.
  • the carrier 10 is peeled off from the lower surface 2B of the metal layer 2 by the flow of the sample as shown in FIG. 8B.
  • Aggregates 11 are formed by floating in the path 4 and specifically binding to the analyte 8 as the specimen.
  • the aggregate 11 flows in the direction of the arrow 17 according to the flow of the sample, and in the region 18 (aggregate trap part) in the flow path 4, the plurality of acceptors 7 and the analytes 8 arranged on the lower surface 2B of the metal layer 2 are interposed. Specific binding.
  • the aggregate 11 containing the analyte 8 is trapped in the region 18.
  • the analyte 8 in the sample can be unevenly distributed in the region 18.
  • the dielectric constant changes greatly between the region 18 and other regions, and the detection sensitivity of the analyte 8 is improved.
  • the state of the electromagnetic wave propagating upward from the region of the metal layer 2 in contact with the region 18 of the flow path 4 for example, the color of visible light
  • the region from the region of the metal layer 2 in contact with other than the region 18 of the flow path 4 Since the state of the electromagnetic wave propagating to (for example, the color of visible light) changes, the user can easily visually confirm the presence of the analyte even at home.
  • the acceptor 7 since the acceptor 7 is adsorbed and fixed to the lower surface 2B of the metal layer 2 by a covalent bond, the aggregate 11 can be more firmly fixed as compared with physical adsorption. For this reason, it becomes easy to intensively fix the aggregate 11 in the region 18 serving as a detection region, and the sensor device 1 with high sensitivity can be realized.
  • FIG. 9 is a side sectional view of the sensor device 1 shown in FIGS. 8A and 8B showing a configuration for accelerating aggregation using ultrasonic waves.
  • the sensor device 1 shown in FIG. 9 further includes an ultrasonic wave generation source 31a and an ultrasonic wave generation source 31b provided on a part of the lower surface 2B of the metal layer 2 and a part of the upper surface 3A of the metal layer 3, respectively.
  • the carriers 10a and 10b existing above the flow path 4 are moved by the ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generation sources 31a and 31b and are easily coupled to the analyte 8.
  • an ultrasonic standing wave is generated between the metal layers 2 and 3, and the carrier 10 and the analyte 8 are collected in a predetermined region between the metal layers 2 and 3. You can increase the probability of joining.
  • the carrier 10a and the carrier 10b are specifically bound to the analyte 8, and become an aggregate 11 and trapped in the region 18 via the analyte 8 to the acceptor 7 disposed on the lower surface 2B of the metal layer 2. Is done.
  • by generating ultrasonic waves from the vertical direction of the flow path 4 of the sensor device 1 specific binding between the carrier 10 and the analyte 8 is likely to occur, and the aggregation of the analyte 8 can be accelerated.
  • the ultrasonic wave generation source may be provided only on one of the lower surface 2B of the metal layer 2 and the upper surface 3A of the metal layer 3. Further, the ultrasonic wave generation source may be provided on the side surface 21 ⁇ / b> A of the side wall portion 21 and the side surface 22 ⁇ / b> A of the side wall portion 22 that constitute the flow path 4. Alternatively, it may be provided in a place where the metal layer 2 is not formed on the lower surface 5B of the holding part 5 or a place where the metal layer 3 is not formed on the upper surface 6A of the holding part 6.
  • FIG. 10 is a side sectional view of the sensor device 1 that heats the flow path 4 to raise the temperature and accelerate the aggregation.
  • the sensor device 1 shown in FIG. 10 further includes a heater 32 as a heating source provided on the upper surface 5A of the holding unit 5.
  • the sample in the channel 4 is heated by the heater 32, and the kinetic energy of the carrier 10 and the analyte 8 is increased to accelerate the specific binding.
  • the probability that they come into contact with each other increases, and they specifically bind to each other, so that the aggregate 11 is easily generated.
  • the carrier 10a and the carrier 10b specifically bind to the analyte 8 and are trapped in the region 18 via the analyte 8 by the acceptor 7 arranged on the lower surface 2B of the metal layer 2 as an aggregate 11. Is done.
  • specific binding between the carrier 10 and the analyte 8 is likely to occur, and the aggregation of the analyte 8 can be accelerated.
  • the installation location of the heater 32 is not limited.
  • FIG. 11 is a side sectional view of the sensor device 1 that accelerates aggregation by applying a magnetic field to the flow path 4.
  • the sensor device 1 shown in FIG. 11 further includes a magnetic field generation source 33a and a magnetic field generation source 33b provided near the upper surface 5A of the holding unit 5 and the lower surface 6B of the holding unit 6, respectively.
  • the magnetic field generation sources 33a and 33b generate the magnetic field M1 from above the flow path 4 to below.
  • the carrier 10 is preferably made of a magnetic material so as to be attracted in the direction of the magnetic field M1.
  • the carriers 10a and 10b made of a magnetic material are moved upward by the magnetic field M1 and are easily coupled to the analyte 8.
  • the carrier 10a and the carrier 10b are specifically bound to the analyte 8, and become an aggregate 11 and are trapped in the region 18 via the analyte 8 by the acceptor 7 disposed on the lower surface 2B of the metal layer 2.
  • The by generating the magnetic field M1 in the vertical direction of the flow path 4 of the sensor device 1, specific binding between the carrier 10 and the analyte 8 is likely to occur, and the aggregation of the analyte 8 can be accelerated.
  • a method of applying the magnetic field M1 to the flow path 4 a method of applying the magnetic field M1 using a magnetic field generator held by the user without providing the magnetic field generation sources 33a and 33b may be used.
  • the analyte 8 and the acceptor 7 of the carrier 10 are specifically bound in the flow path 4.
  • 12 shows the side of the sensor device 1 in which the aggregate 11 is formed by specifically binding the analyte 8 and the carrier 10 to the region 18 outside the flow path 4, and then the aggregate 11 is flowed to the flow path 4.
  • the aggregate 11 may be formed, for example, before being put into the sensor device 1.
  • the aggregate 11 may be formed by specifically binding the analyte 8 and the carrier 10 in the storage unit 25.
  • the specific binding between the analyte 8 and the carrier 10 can be surely caused, so that the detection accuracy can be increased.
  • the sensor device 1 of FIG. 12 is provided with an acceptor 7 that is chemisorbed and fixed to the metal layers 2 and 3 shown in FIG. 8A, and the aggregate 11 is intensively trapped in the region 18 (aggregate trap part). May be fixed.
  • FIG. 2 13A and 13B are top sectional views of the sensor device 100 according to the second embodiment. 13A and 13B, the same reference numerals are given to the same portions as those of the sensor device 1 in the first embodiment.
  • a side sectional view of sensor device 100 in the second embodiment is the same as sensor device 1 shown in FIG. 1B in the first embodiment.
  • 14A and 14B are a side sectional view and a top sectional view of the sensor device 100, respectively.
  • the sensor device 100 is formed with a flow path 104 surrounded by four surfaces: a lower surface 102B of the metal layer 102, an upper surface 103A of the metal layer 103, a side surface 111A of the side wall 111, and a side surface 112A of the side wall 112.
  • the lower surface 102B of the metal layer 102 constitutes the upper surface of the channel 104
  • the upper surface 103A of the metal layer 103 constitutes the lower surface of the channel 104
  • the side surface 111 ⁇ / b> A of the side wall portion 111 constitutes a first side surface of the channel 104
  • the side surface 112 ⁇ / b> A of the side wall portion 112 constitutes a second side surface of the channel 104.
  • the flow path 104 has a loading area 115 into which the sample 62 is loaded and a discharging area 116 into which the sample 62 is discharged.
  • the flow path 104 is formed so that the width of the flow path 104, that is, the distance between the side surface 111A and the side surface 112A gradually decreases from the input area 115 to the discharge area 116. Relationship between the width W1 of the foremost end (left end of the drawing) of the input region 115 of the flow path 104, the width W3 of the rearmost end (right end of the drawing) of the discharge area 116, and the width W2 of an arbitrary location 104a located in the flow path 104 The flow path 104 is formed so that W1 ⁇ W2 ⁇ W3.
  • the analyte 8 in the sample 62 and the acceptor 7 of the carrier 10 are specifically bound to form an aggregate 11.
  • the width W4 of the discharge region 116 is larger than the diameter of the carrier 10 and smaller than the diameter of the aggregate 11. That is, the width W ⁇ b> 4 of the discharge region 116 is greater than the first predetermined value that is greater than or equal to the diameter of the carrier 10 and less than or equal to the second predetermined value that is smaller than the diameter of the aggregate 11.
  • the aggregate 11 is trapped in a specific area 118 between the input area 115 and the discharge area 116 of the flow path 104.
  • the region 118 is an aggregate trap portion that traps the aggregate 11.
  • the flow path 104 is blocked.
  • the next flowing aggregate 11 is stopped by the already trapped aggregate 11, and the aggregate 11 remains solidified in a specific region 118. That is, the carrier 10 present in the sample 62 and having a diameter equal to or smaller than the first predetermined value, the nonspecific specimen 9 having a smaller diameter than the carrier 10, and the medium 61 can pass through the region 118.
  • the aggregate 11 present in the sample 62 and having a diameter larger than the second predetermined value cannot pass through the region 118.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram of the aggregate 11.
  • Aggregates 11 are two or more carriers 10 bonded together via an analyte and can take various shapes.
  • the diameter of the aggregate 11 indicates the maximum diameter R of the aggregate 11 as shown in FIG. That is, the second predetermined value is smaller than the maximum diameter RR.
  • the aggregate 11 including the analyte 8 can be trapped in the specific region 118 of the flow path 104. Therefore, the dielectric constant in the region 118 is higher than that in other regions. Change greatly. As a result, the state of the electromagnetic wave propagating upward from the region of the metal layer 102 in contact with the region 118 of the channel 104 (for example, the color of visible light) and the region of the metal layer 102 in contact with other than the region 118 of the channel 104 Since the state of the electromagnetic wave propagating upward (for example, the color of visible light) changes, the user can easily visually confirm the presence of the analyte even at home. That is, the sensor device 100 according to the second embodiment has higher detection sensitivity than the sensor device in which the aggregate 11 is uniformly distributed in the flow path 104 without trapping the aggregate 11.
  • the sensor device 100 illustrated in FIG. 13B further includes an absorbent material 113 disposed in the vicinity of the discharge region 116 of the flow path 104.
  • the absorbent material 113 absorbs the sample 62.
  • the flow of the sample 62 can be made in the direction from the input region 115 to the discharge region 116 of the flow path 104.
  • the absorbent material 113 shown in FIG. 13B is added to the sensor device 100 shown in FIG. 13A.
  • the absorbent material 113 can also be used in sensor devices other than the sensor device 100 shown in FIG. 13A, and the flow of the sample in the flow paths 4 and 104 can be increased as in the sensor device 100 shown in FIG. 13B.
  • the width W2 of the flow path 104 continuously decreases from the front end of the input region 115 to the rear end of the discharge region 116.
  • the width W ⁇ b> 2 of the flow path 104 may decrease discontinuously between the foremost end of the input region 115 and the rearmost end of the discharge region 116.
  • the width of the region 118 continuously decreases, the width of at least one of the input region 115 and the discharge region 116 may be a constant value.
  • FIG. 3 is a side sectional view and an enlarged side sectional view, respectively, of the sensor device 200 according to the third embodiment.
  • the top view of sensor device 200 is the same as that of sensor device 1 in the first embodiment shown in FIG. 1A.
  • the sensor device 200 includes two side surfaces of two side wall portions similar to the side wall portions 21 and 22 in the first embodiment, a lower surface 202B of the metal layer 202, and an upper surface 203A of the metal layer 203.
  • the flow path 204 surrounded by the four surfaces is formed. Two side surfaces of the side wall portion constitute first and second side surfaces of the flow path 204.
  • the lower surface 202B of the metal layer 202 constitutes the upper surface of the flow path 204.
  • the upper surface 203 ⁇ / b> A of the metal layer 203 constitutes the lower surface of the flow path 204.
  • the flow path 204 includes an input region 215 into which the sample 62 is input, a discharge region 216 from which the sample 62 is discharged, and a region 218 provided therebetween.
  • a region 218 is an aggregate trap portion that traps the aggregate 11.
  • the flow path 204 includes a flow path 204b (first flow path) made up of the input area 215 and the area 218 (aggregate trap part) and a flow path 204c (second flow path) made up of the discharge area 216. .
  • the flow path 204 is formed so that the distance D1 between the upper surface 203A of the layer 203 and the distance D2 between the lower surface 202B of the metal layer 202 and the upper surface 203A of the metal layer 203 in the flow path 204c is D1> D2.
  • the depth (interval D2) of the flow path 204c is set larger than the diameter of the carrier 10 and smaller than the diameter of the aggregate 11. That is, the depth (interval D2) of the flow path 204c is set to be equal to or smaller than a first predetermined value that is not less than the diameter of the carrier 10 and smaller than the diameter of the aggregate 11.
  • FIG. 16B is an enlarged view of the region 218 where the aggregates 11 are trapped. That is, the carrier 10 whose diameter is equal to or smaller than the first predetermined value and the non-specific specimen 9 and the medium 61 having a diameter smaller than that of the carrier 10 can pass through the region 218, but the second predetermined Aggregates 11 having a diameter larger than the value cannot pass through region 218.
  • the aggregate 11 including the analyte 8 can be trapped in the specific region 218 of the flow path 204, so that the dielectric constant in the region 218 is higher than that in other regions. Change greatly.
  • the state of the electromagnetic wave propagating upward from the region of the metal layer 202 in contact with the region 218 of the channel 204 for example, the color of visible light
  • the region of the metal layer 202 in contact with other than the region 218 of the channel 204 Since the state of the electromagnetic wave propagating upward (for example, the color of visible light) changes, the user can easily visually confirm the presence of the analyte even at home. That is, the sensor device 200 has higher analyte detection sensitivity than a sensor device in which the aggregate 11 is uniformly distributed in the flow path without trapping the aggregate 11.
  • an absorbent material may be disposed in the vicinity of the discharge region 216 so as to create a flow in the sample 62 in the flow path 204 as in the second embodiment.
  • the sample 62 can flow from the input region 215 to the discharge region 216 of the flow path 204.
  • the aggregate 11 and the carrier 10 flow toward the discharge region 216, the aggregate 11 is trapped in the region 218, and the carrier 10 is discharged from the discharge region 216 to the outside of the flow path 204.
  • FIG. 17 shows the electric field intensity distribution in the sensor device 200 according to the third embodiment.
  • the interference state of electromagnetic waves propagating upward from the region in contact with the flow path 204b of the metal layer 202 and the upward propagation from the region in contact with the flow path 204c of the metal layer 202 are performed.
  • the interference state of the electromagnetic wave that travels may be set to be approximately the same.
  • both the flow path 204b and the flow path 204c are designed so as to satisfy the expression 1, or both are satisfied so as to satisfy the expression 2.
  • the value of the integer m in Expression 1 and Expression 2 is different between the flow path 204b and the flow path 204c.
  • the distance D1 between the upper surface and the lower surface of the flow path 204b and the distance D2 between the upper surface and the lower surface of the flow path 204c are integers m1 and m2, the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave in vacuum, and the refractive index in the flow path 204.
  • the reflected light from the region in contact with the flow path 204b of the metal layer 202 and the region in contact with the flow path 204c of the metal layer 202 are almost the same color. Therefore, the analyte 8 and the acceptor 7 of the carrier 10 are specifically bound to form an aggregate 11 and trapped by the aggregate trap part 218 (region 218), and a large number of aggregates 11 are collected in the aggregate trap part 218. It can be clearly seen that the color of the reflected light from the region in contact with the aggregate trap portion 218 of the metal layer 202 changes when it is placed. Accordingly, it is possible to realize the sensor device 200 that allows the user to easily visually check the presence of the analyte at home.
  • the visible light band is a wavelength band of light that can be seen by human eyes, and is a range of wavelengths from 380 nm to 750 nm.
  • the sensor device 200 is set so that the condition of Formula 2 is satisfied at a wavelength of 580 to 600 nm of orange to red that is a visible light band in a state where the sample 62 not containing the analyte 8 is put into the flow path 204. design.
  • the sample containing the analyte 8 is introduced into the flow path 204, and the refractive index (dielectric constant) changes in the aggregate trap portion 218 (region 218).
  • the constituent material of the carrier may be selected or the structure of the aggregate trap part 218 may be determined so that the formula 2 is satisfied when the wavelength of the reflected light is 560 nm or less.
  • the wavelength of the reflected light changes across the wavelength (near 560 to 580 nm) showing a yellow color with a large color difference in the human eye depending on the presence or absence of specific binding. The presence or absence can be confirmed visually.
  • a filter that allows only a specific wavelength to pass may be disposed between the upper side of the sensor device 200 and the eyes of the user who observes the sensor device 200.
  • a filter that does not pass light having a wavelength shorter than 580 nm when a filter that does not pass light having a wavelength shorter than 580 nm is arranged, when the sample 62 does not contain an analyte, light of 580 nm or more passes through, so it looks bright, but the sample 62 contains an analyte. In this case, since the wavelength satisfying the condition of Expression 2 is attenuated by the filter, it looks dark. In some cases, light and dark differences are easier to perceive than color differences, and such a configuration may be effective.
  • FIG. 18A is a top sectional view of sensor device 300 according to the fourth exemplary embodiment.
  • 18B is a cross-sectional side view of sensor device 300 at line 18B-18B shown in FIG. 18A.
  • 18A and 18B the same reference numerals are given to the same portions as those of the sensor device 1 in the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B.
  • a flow path 304 surrounded by four surfaces, that is, a side surface 311A of the side wall 311, a side surface 312A of the side wall 312, a lower surface 2B of the metal layer 2, and an upper surface 3A of the metal layer 3 is formed. ing.
  • a side surface 311A of the side wall portion 311 constitutes a first side surface of the channel 304, and a side surface 312A of the side wall portion 312 constitutes a second side surface of the channel 304.
  • the lower surface 2B of the metal layer 2 constitutes the upper surface of the flow path 304.
  • the upper surface 3 ⁇ / b> A of another metal layer 3 constitutes the lower surface of the channel 304.
  • the sensor device 300 has a plurality of pillars 313 extending from the lower surface 2B of the metal layer 2 to the upper surface 3A of the metal layer 3 in parallel with the side surfaces 311A and 312A.
  • the plurality of pillars 313 are provided in a specific region 318 of the flow path 304, and in the fourth embodiment, have a cylindrical shape.
  • the plurality of pillars 313 may have a shape other than a cylindrical shape.
  • the gap p1 between the two pillars 313 adjacent to each other, the gap p2 between the side wall 311 and the pillar 313, and the gap p3 between the side wall 312 and the pillar 313 serve as a gap between the plurality of pillars 313 and the side walls 311 and 312. 10 passes through, but the aggregate 11 is set to a size such that it is trapped.
  • the gap p1 is the distance between the side peripheral surfaces of the two pillars 313 adjacent to each other.
  • the gap p ⁇ b> 2 is a distance between the side surface 311 ⁇ / b> A of the side wall portion 311 and the side peripheral surface of the pillar 313.
  • the gap p3 is a distance between the side surface 312A of the side wall portion 312 and the side peripheral surface of the pillar 313.
  • the gaps p1, p2, and p3 are set larger than the diameter of the carrier 10 and smaller than the diameter of the aggregate 11. That is, the gaps p1, p2, and p3 are set to be larger than the first predetermined value that is equal to or larger than the diameter of the carrier 10 and smaller than the second predetermined value that is smaller than the diameter of the aggregate 11.
  • the region 318 of the flow path 304 functions as an aggregate trap portion that traps the aggregate 11.
  • the plurality of pillars 313 intersect with the side walls 311 and 312 in a predetermined manner so as to intersect with the direction in which the sample flows in the channel 304 at right angles, but incline and intersect with the direction in which the sample flows in the channel 304. It may be inclined and extended at an angle of.
  • FIG. 18C is a top sectional view of another sensor device 300A according to Embodiment 4.
  • 18D is a cross-sectional side view taken along line 18D-18D of sensor device 300A shown in FIG. 18C.
  • 18C and 18D the same reference numerals are given to the same portions as those of the sensor device 300 shown in FIGS. 18A and 18B.
  • the sensor device 300A includes a plurality of pillars 313a extending in parallel with the side surfaces 311A and 312A from the lower surface 2B of the metal layer 2 to the upper surface 3A of the metal layer 3 instead of the plurality of pillars 313 of the sensor device 300 shown in FIGS. 18A and 18B. 313b.
  • the plurality of pillars 313a and 313b are provided in a specific region 318 of the flow path 304, and in the fourth embodiment, have a cylindrical shape.
  • the plurality of pillars 313a and 313b may have a shape other than a columnar shape. Pillars 313a and 313b are arranged in two rows in a staggered manner. In this case as well, the gap between the pillars 313a and 313b adjacent to each other, the distance between the pillar 313a and the side surface 311A, and the gap between the pillar 313a and the side surface 312A, the gap between the pillars 313a and 313b and the side wall portions 311 and 312 is supported. 10 passes through, but the aggregate 11 is set to a size such that it is trapped.
  • the plurality of pillars 313a and 313b may be arranged in three or more rows.
  • the plurality of pillars 313 may be connected to the side surfaces 311A and 312A instead of the surfaces 2B and 3B of the metal layers 2 and 3 so that the flow path 304 extends in parallel with the surfaces 2B and 3B of the metal layers 2 and 3. . Also in this case, the gap between the two pillars 313 adjacent to each other, the gap between the pillar 313 and the upper surface 3A of the metal layer 3, and the gap between the pillar 313 and the lower surface 2B of the metal layer 2 are the same.
  • the carrier 10 passes through this gap, but the agglomerates 11 are set to dimensions that are trapped.
  • aggregate 11 including analyte 8 can be trapped in specific region 318 of flow path 304, so that the dielectric constant in region 318 is other region. It changes greatly compared to.
  • the state of the electromagnetic wave propagating upward from the region of the metal layer 2 in contact with the region 318 of the flow channel 304 for example, the color of visible light
  • the region of the metal layer 2 in contact with other than the region 318 of the flow channel 304 Since the state of the electromagnetic wave propagating upward (for example, the color of visible light) changes, the user can easily confirm the presence of the analyte even at home. That is, the sensor devices 300 and 300A have higher analyte detection sensitivity than a sensor device in which the aggregate 11 is uniformly distributed in the flow path without trapping the aggregate 11.
  • the gaps between the pillars 313, 313a, and 313b adjacent to each other may be different from each other.
  • FIG. 19A is a top sectional view of sensor device 400 in accordance with the fifth exemplary embodiment.
  • FIG. 19B is a side cross-sectional view of the sensor device 400 shown in FIG. 19A taken along line 19B-19B.
  • 19A and 19B the same reference numerals are given to the same portions as those of the sensor device 1 in the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the sensor device 400 shown in FIGS. 19A and 19B is surrounded by four surfaces: a side surface 411A of the side wall portion 411, a side surface 412A of the side wall portion 412, a lower surface 2B of the metal layer 2, and an upper surface 3A of the metal layer 3.
  • a flow path 404 is formed.
  • a side surface 411 ⁇ / b> A of the side wall part 411 constitutes a first side surface of the flow path 404.
  • the side surface 412A of the side wall portion 412 constitutes the second side surface of the flow path 404.
  • the lower surface 2B of the metal layer 2 constitutes the upper surface of the flow path 404.
  • the upper surface 3A of the metal layer 3 constitutes the lower surface of the flow path 404.
  • the sensor device 400 includes a plurality of fibrous substances 413 provided in a specific region 418 of the flow path 404.
  • the plurality of fibrous materials 413 have a network structure in which voids are formed by being entangled with each other.
  • the minimum diameter of the voids in the network structure is set such that the carrier 10 can pass through the voids but the aggregate 11 cannot pass through.
  • the minimum diameter of the void is larger than the diameter of the carrier 10 and smaller than the diameter of the aggregate 11. That is, the minimum diameter of the gap is formed with a dimension that is larger than the first predetermined value that is equal to or larger than the diameter of the carrier 10 and smaller than the second predetermined value that is smaller than the diameter of the aggregate 11.
  • a specific region 418 of the flow path 404 is provided with a network structure in which a plurality of fibrous substances 413 are entangled to form a void.
  • the aggregate 11 which is a substance whose diameter is larger than the minimum diameter of the gap between the fibrous substances 413 is trapped by the fibrous substance 413 as a filtrate.
  • the carrier 10 which is a substance whose diameter is smaller than the minimum diameter of the gap between the fibrous substances 413, passes between the fibrous substances 413.
  • the region 418 of the flow path 404 functions as an aggregate trap portion that traps the aggregate 11.
  • the fibrous substance 413 having the network structure may be composed of silicon dioxide nanofibers.
  • the aggregate 11 including the analyte 8 can be trapped in the specific region 418 of the flow path 404. Therefore, the dielectric constant in the region 418 is higher than that in other regions. Change greatly.
  • the state of the electromagnetic wave propagating upward from the region of the metal layer 2 in contact with the region 418 of the flow path 404 for example, the color of visible light
  • the region of the metal layer 2 in contact with other than the region 418 of the flow path 404 Since the state of the electromagnetic wave propagating upward (for example, the color of visible light) changes, the user can easily confirm the presence of the analyte even at home. That is, the sensor device 400 has higher analyte detection sensitivity than a sensor device in which the aggregate 11 is uniformly distributed in the flow path without trapping the aggregate 11.
  • FIG. 20A is a top cross-sectional view of sensor device 500 according to Embodiment 6.
  • 20B is a side cross-sectional view of sensor device 500 shown in FIG. 20A taken along line 20B-20B.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those of the sensor device 1 in the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the sensor device 500 is surrounded by four surfaces: a side surface 511A of the side wall portion 511, a side surface 512A of the side wall portion 512, a lower surface 2B of the metal layer 2, and an upper surface 3A of the metal layer 3.
  • a flow path 504 is formed.
  • a side surface 511 ⁇ / b> A of the side wall portion 511 constitutes a first side surface of the flow path 504.
  • a side surface 512 ⁇ / b> A of the side wall portion 512 constitutes a second side surface of the flow path 504.
  • the lower surface 2B of the metal layer 2 constitutes the upper surface of the channel 504.
  • the upper surface 3A of the metal layer 3 constitutes the lower surface of the flow path 504.
  • the side surfaces 511A and 512A of the flow path 504 meander so as to have recesses 511P and 512P that are recessed in the specific regions 518a and 518b.
  • the aggregate 11 is trapped in the recesses 511P and 512P formed in the regions 518a and 518b.
  • the specific regions 518a and 518b of the flow path 504 function as an aggregate trap portion that traps the aggregate 11. It should be noted that only one of the side surface 511A and the side surface 512A may meander so as to have a recess.
  • aggregate 11 including analyte 8 can be trapped in specific region 518 of flow path 504, so that the dielectric constant in region 518 is higher than that in other regions. Change greatly. Accordingly, the state of electromagnetic waves propagating upward from the region of the metal layer 2 in contact with the regions 518a and 518b of the flow path 504 (for example, the color of visible light) and the metal layer in contact with other than the regions 518a and 518b of the flow path 504 Since the state of electromagnetic waves propagating upward from the region 2 (for example, the color of visible light) changes, the user can easily confirm the presence of the analyte even at home. That is, the sensor device 500 has higher analyte detection sensitivity than a sensor device in which the aggregate 11 is uniformly distributed in the flow path without trapping the aggregate 11.
  • FIGS. 7 and 21B are a sectional view and a bottom perspective view, respectively, of the sensor device 700 according to the seventh embodiment.
  • the sensor device 700 according to the seventh embodiment is an ATR (Attenuated Total Reflection) type sensor device.
  • the sensor device 700 includes a prism 701, an insulating layer 703 disposed on the lower surface of the prism 701, and a metal layer 702 provided on the lower surface of the insulating layer 703.
  • the insulating layer 703 has a predetermined dielectric constant and has a flat lower surface.
  • the insulating layer 703 of the sensor device 700 is made of a transparent insulator such as glass.
  • a groove-shaped channel 704 is formed on the lower surface of the insulating layer 703.
  • the flow path 704 includes three surfaces: a side surface 703C, a side surface 703D, and a lower surface 702B of the metal layer 702.
  • the metal layer 702 is provided in at least a part of the lower surface 703 ⁇ / b> B of the insulating layer 703.
  • the side surface 703C constitutes the first side surface of the flow path 704.
  • the side surface 703D constitutes the second side surface of the flow path 704.
  • the lower surface 702B of the metal layer 702 constitutes the upper surface of the channel 704.
  • the flow path 704 has a loading area 715 for loading a sample, a discharging area 716 for discharging a sample, and a specific area 718 provided between the loading area 715 and the discharging area 716.
  • the input sample flows into the region 718, and functions as an aggregate trap part that traps aggregates containing the analyte in the sample.
  • a carrier on which a plurality of acceptors that specifically bind an analyte to form an aggregate is fixed is physically adsorbed on the surface.
  • the sensor device 700 shown in FIG. 21A is used by turning it upside down during use.
  • the sample introduced from the input region 715 flows from the input region 715 toward the discharge region 716 when the user pushes out the sample with a spoid or the like at the time of input.
  • the analyte in the sample specifically binds to the carrier arranged in the channel 704 and forms an aggregate and is trapped in the region 718.
  • the region 718 can be configured in the same manner as any of the specific regions 18, 118, 218, 318, 418, 518a, and 518b of the sensor device in the first, second, fourth, fifth, and sixth embodiments.
  • a surface plasmon wave which is an electron density wave.
  • a light source 705 is disposed above the prism 701 side, and P-polarized light is incident on the prism 701 from the light source 705 under total reflection conditions. At this time, evanescent waves are generated on the surfaces of the metal layer 702 and the insulating layer 703. The light totally reflected by the metal layer 702 is received by the detection unit 706, and the intensity of the light is detected.
  • the wave number matching condition in which the wave numbers of the evanescent wave and the surface plasmon wave coincide with each other is satisfied, the energy of the light supplied from the light source 705 is used for excitation of the surface plasmon wave, and the intensity of the reflected light decreases.
  • the wave number matching condition depends on the incident angle of light supplied from the light source 705. Accordingly, when the reflected light intensity is detected by the detector 706 while changing the incident angle, the intensity of the reflected light decreases at a certain incident angle.
  • the resonance angle which is the angle at which the intensity of the reflected light is minimized, depends on the dielectric constant of the insulating layer 703.
  • a specific binding substance generated by specifically binding an analyte which is a substance to be measured in the sample and an acceptor is formed on the upper surface of the insulating layer 703, the dielectric constant of the insulating layer 703 changes. Accordingly, the resonance angle changes. Therefore, by monitoring the change in the resonance angle, it is possible to detect the strength of binding and the speed of binding in the specific binding reaction between the analyte and the acceptor.
  • the aggregate containing the analyte can be trapped in the specific region 718 of the flow path 704, so that the dielectric constant in the region 718 varies greatly compared to other regions.
  • the sensor device 700 has an analyte detection sensitivity compared to a sensor device such as the conventional sensor device 600 shown in FIG. 22 in which the aggregate is uniformly distributed in the flow path without trapping the aggregate. Becomes higher.
  • the sensor device of the present invention traps the aggregate containing the acceptor in a specific region in the flow path, whereby the acceptor can be unevenly distributed in that region. Therefore, the dielectric constant in a specific region in the flow path changes greatly compared to other regions, and it becomes possible to detect the acceptor in the sample with high sensitivity.
  • the metal layer does not refer to only a planar layer, but also refers to a state in which fine metal particles are spread all over.
  • the carrier and the acceptor are arranged only on the lower surface 2B of the metal layer 2, but this is not necessary.
  • the same effect can be obtained by arranging only on the upper surface 3A of the metal layer 3 or arranging both on the surfaces 2B and 3A of the metal layers 2 and 3.
  • the terms indicating directions such as “upper surface”, “lower surface”, “upper”, and “lower” are relative only depending on the relative positional relationship of the components of the sensor device such as the flow path and the metal layer. It does not indicate an absolute direction such as a vertical direction.
  • the sensor device according to the present invention has high detection sensitivity and has a small and simple structure, so that it can be used for a small and low-cost biosensor.

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Abstract

　センサデバイスは、アナライトを含む試料が流れるように構成されてかつ担体が配置されるように構成された流路と、流路に設けられた金属層とを備える。担体の表面にはアナライトと特異的結合して凝集体を生成する複数のアクセプタが固定されるように構成されている。流路は、アナライトが偏在するように構成された凝集体トラップ部を有する。このセンサデバイスは簡単な構成で高い検出感度を有する。

Description

センサデバイス
　本発明は、例えば、ウィルス等の検知に使用できるセンサデバイスに関する。
　図２２は、例えば、ウィルス検知等に使用可能な特許文献１に開示されているセンサデバイス６００の断面図である。センサデバイス６００は、プリズム６０１と、プリズム６０１の下面に配置された表面の平坦な金属層６０２と、金属層６０２の下面に配置された表面の平坦な所定の誘電率を有する絶縁層６０３と、絶縁層６０３の下面に固定されたアクセプタ６０４とを有している。
　金属層６０２と絶縁層６０３との界面には、電子の疎密波である表面プラズモン波が存在している。プリズム６０１側上方には光源６０５が配置され、光源６０５からプリズム６０１へＰ偏光された光を全反射条件で入射する。このとき、金属層６０２と絶縁層６０３との表面にはエバネセント波が生じている。金属層６０２において全反射された光は、検波部６０６において受光され、光の強度が検出される。
　ここで、エバネセント波と表面プラズモン波との波数が一致する波数整合条件が満たされると、光源６０５から供給される光のエネルギーは表面プラズモン波の励起に利用され、反射光の強度が減少する。波数整合条件は、光源６０５から供給される光の入射角に依存する。したがって、入射角を変化させて検波部６０６で反射光強度を検出すると、ある入射角において、反射光の強度が減少する。
　反射光の強度が最小となる角度である共鳴角は、絶縁層６０３の誘電率に依存している。試料中の被測定物質であるアナライトとアクセプタ６０４とが特異的に結合して生成された特異的結合物が絶縁層６０３の下面に構成されると、絶縁層６０３の誘電率が変化し、これに応じて、共鳴角が変化する。したがって、共鳴角の変化をモニタリングすることにより、アナライトとアクセプタ６０４との特異的結合反応の結合の強さや結合の速さなどを検知することが可能となる。
特開２００５－１８１２９６号公報
　センサデバイスは、アナライトを含む試料が流れるように構成されてかつ担体が配置されるように構成された流路と、流路に設けられた金属層とを備える。担体の表面にはアナライトと特異的結合して凝集体を生成する複数のアクセプタが固定されるように構成されている。流路は、アナライトが偏在するように構成された凝集体トラップ部を有する。
　このセンサデバイスは簡単な構成で高い検出感度を有する。
図１Ａは本発明の実施の形態１におけるセンサデバイスの上面図である。 図１Ｂは図１Ａに示すセンサデバイスの線１Ｂ－１Ｂにおける断面図である。 図２Ａは実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図２Ｂは図２Ａに示すセンサデバイスの上面断面図である。 図３は実施の形態１におけるセンサデバイスのアクセプタとアナライトの特異的結合を示す概念図である。 図４Ａは実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図４Ｂは実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図５は実施の形態１におけるセンサデバイスの電磁界シミュレーション解析モデルの概念図である。 図６は実施の形態１におけるセンサデバイスの電磁気シミュレーションの解析結果を示す図である。 図７Ａは実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図７Ｂは実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図８Ａは実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図８Ｂは実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図９は実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図１０は実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図１１は実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図１２は実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。 図１３Ａは本発明の実施の形態２におけるセンサデバイスの上面断面図である。 図１３Ｂは実施の形態２における他のセンサデバイスの上面断面図である。 図１４Ａは実施の形態２におけるセンサデバイスの側断面図である。 図１４Ｂは図１４Ａに示すセンサデバイスの上面断面図である。 図１５は凝集体の概念図である。 図１６Ａは本発明の実施の形態３におけるセンサデバイスの側断面図である。 図１６Ｂは図１６Ａに示すセンサデバイスの拡大図である。 図１７は実施の形態３におけるセンサデバイスにおける電界強度の分布を表わす図である。 図１８Ａは本発明の実施の形態４におけるセンサデバイスの上面断面図である。 図１８Ｂは図１８Ａに示すセンサデバイスの線１８Ｂ－１８Ｂにおける側断面図である。 図１８Ｃは実施の形態４における他のセンサデバイスの上面断面図である。 図１８Ｄは図１８Ｃに示すセンサデバイスの線１８Ｄ－１８Ｄにおける側断面図である。 図１９Ａは本発明の実施の形態５におけるセンサデバイスの上面断面図である。 図１９Ｂは図１９Ａに示すセンサデバイスの線１９Ｂ－１９Ｂにおける側断面図である。 図２０Ａは本発明の実施の形態６におけるセンサデバイスの上面断面図である。 図２０Ｂは図２０Ａに示すセンサデバイスの線２０Ｂ－２０Ｂにおける側断面図である。 図２１Ａは本発明の実施の形態７におけるセンサデバイスの断面図である。 図２１Ｂは実施の形態７におけるセンサデバイスの下面斜視図である。 図２２は従来のセンサデバイスの断面図である。
　（実施の形態１）
　図１Ａは本発明の実施の形態１におけるセンサデバイス１の上面図である。図１Ｂは図１Ａに示すセンサデバイス１の線１Ｂ－１Ｂにおける断面図である。センサデバイス１はＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）型のセンサデバイスである。
　センサデバイス１は、試料を注入する注入口２４と、注入された試料を一旦、貯留する貯留部２５と、注入された試料をセンサ内に流す流路４と、流路４を流れて来た検査済みの試料を貯留する貯留部２６と、流路４の少なくとも一部に設けられた金属層２、３を備えている。ユーザはスポイド２７などにより、検査対象となる試料を注入口２４から貯留部２５に注入する。流路４は、センサデバイス１の上側に配置され金属層２を保持する保持部５と、センサデバイス１の下側に配置され金属層３を保持する保持部６と、側壁部２１および側壁部２２により構成されている。流路４内には、金属層２、３に挟まれた特定の領域１８と、特定の領域１８の前に配置された投入領域１５と、領域１８の後に配置された排出領域１６が設けられている。貯留部２５に貯留された試料は、毛細管現象等により流路４の投入領域１５に投入される。流路４内に投入された試料は流路４内を矢印１７の方向へ流れて領域１８を経由して排出領域１６から排出され貯留部２６に貯留される。また、試料中の検体であるアナライトは流路４内の領域１８にトラップされ検出される。このように、領域１８はアナライトの凝集体をトラップする凝集体トラップ部として機能する。
　センサデバイス１の動作について説明する。流路４内の金属層２および金属層３に挟まれた部分は検出部を構成する。図２Ａと図２Ｂはそれぞれセンサデバイス１の主要部分を示す側断面図と上面断面図である。図２Ａに示すように、金属層３は、流路４を介して金属層２に対向して金属層２の下方に配置されている。金属層２、３は金、銀等の金属で構成される。また、図２Ｂに示すように、側壁部２１は流路４を挟んで側壁部２２に対向して配置されている。金属層２の下面２Ｂは流路４の上面を構成し、金属層３の上面３Ａは流路４の下面を構成し、側壁部２１の側面２１Ａは流路４の第１の側面を構成し、側壁部２２の側面２２Ａは流路４の第２の側面を構成する。このように、これら４つの面から流路４が形成されている。金属層２の下面２Ｂ、金属層３の上面３Ａの少なくとも一方には複数の担体１０がファンデルワールス力等の弱い力により物理的に吸着固定されている。担体１０は、金属、樹脂等からなる物質の表面に固定された、検体であるアナライト８と特異的に結合する複数のアクセプタ７よりなる。
　金属、樹脂等からなる物質の大きさは、センサデバイス１の上方より入射される電磁波の波長の１／１０以下であることが好ましい。物質の大きさは例えばその物質の径である。この波長は、流路４内の屈折率の影響を加味した波長を指している。金属、樹脂等からなる物質の大きさが入射される電磁波の波長の１／１０以上の場合、ミー散乱の影響が強いが、１／１０以下の場合、レイリー散乱の影響が強くなる。レイリー散乱はその散乱強度が物質の半径の－６乗に比例するため非常に小さく、散乱の影響がほぼ無視できるので、センサデバイス１の感度を向上させることができる。散乱の影響が大きい場合、光の直進性が失われ、観察光がうまく観察できない恐れがあるので、例えば、センサデバイス１の上方から入射する電磁波として可視光（特に、観察に用いる波長の５００～６００ｎｍ）を用いた場合には、金属、樹脂等からなる物質の大きさは５０～６０ｎｍ以下であることが好ましい。
　センサデバイス１を使用する際には、試料６２が投入領域１５から流路４に投入されて充填され、充填された試料６２は排出領域１６から排出される。したがって、流路４中の試料６２は実質的に金属層２、３で挟まれている。試料６２は、アナライト８と非特異的検体９と媒質６１とを含有する。媒質６１は液体、ゲル等の流体よりなり、アナライト８と非特異的検体９とを運ぶ。
　金属層２は概ね１００ｎｍ以下の厚みを有するので単体ではその形状を維持できない。金属層２の上面２Ａは保持部５の下面５Ｂに固定され、その形状が保持される。金属層３は保持部６の上面６Ａに固定されて保持される。
　金属層２の上面２Ａから電磁波９１が入射する。電磁波９１が可視光であり、金属層２が金よりなる場合には、金属層２は１０ｎｍ～４５ｎｍの範囲内の膜厚を有することが望ましい。
　金属層３が金よりなる場合には、金属層３は１００ｎｍ以上の膜厚を有することが望ましい。金属層３の膜厚が１００ｎｍ未満である場合には、入射された可視光である電磁波９１は金属層３を透過し、流路４内へ反射される電磁波９１の量が減る。
　金属層２の上面２Ａの上方、すなわち、金属層２について金属層３の反対の方向には電磁波源９２が配置されている。電磁波源９２は金属層２の上面２Ａ上方から金属層２へ電磁波９１を与える。
　なお、アクセプタ７とは、特定のアナライトと特異的結合をする捕捉体のことを指しており、例えば、抗体、受容体タンパク、アプタマー、ポルフィリン、モレキュラーインプリンティング技術により生成された高分子などを指す。
　なお、図１Ｂに示すように、貯留部２５と流路４との間には、フィルター２３が配置されていることが望ましい。フィルター２３は試料中に混入したゴミなどの不要物を取り除く。
　以下、センサデバイス１の動作について説明する。実施の形態１においては、電磁波９１は光であり、電磁波源９２は光源である。
　金属層２の上方から入射角θで上面２Ａに与えられた電磁波の一部は、上面２Ａ、下面２Ｂで反射されて、反射角－θの方向に金属層２から上方へ向けて伝搬していく。入射角θは、金属層２の上面の法線方向と電磁波の入射方向との間の角度である。金属層２の上方から入射された電磁波のうち、金属層２で反射されて金属層２から上方に向けて角度－θの方向へ伝搬していく電磁波を第１電磁波と呼ぶ。しかし、金属層２の上面２Ａ、下面２Ｂで反射されなかった大部分の電磁波は、金属層２を透過して流路４を伝搬し、金属層３の上面３Ａに到達する。金属層３の厚みが２００ｎｍ以上と十分に厚いとき、金属層３の上方より到来した電磁波のすべては金属層３において反射され、再び金属層２の下面２Ｂに向けて流路４内を伝搬していく。そして、金属層２の下面２Ｂに到達した電磁波の一部は金属層２を透過し、金属層２から上方へ角度－θの方向で伝搬していく。以下、流路４から金属層２を透過し、金属層２から上方に向けて角度－θの方向へ伝搬していく電磁波を第２電磁波と呼ぶ。また、金属層２の下面２Ｂから到達し、金属層２を透過しなかった電磁波の大部分は金属層２の下面２Ｂ、上面２Ａで反射され、再び、流路４内を下方へ向けて伝搬していく。金属層２の上方において、第１電磁波と第２電磁波とは干渉しあう。特に、整数ｍと、電磁波の真空中での波長λと、流路４の厚みｄすなわち金属層２の下面と金属層３の上面との間隔ｄと、中空領域内の屈折率ｎと入射角θとで表される式１または式２の条件を満たす。間隔ｄが式１の条件を満たしたときには第１電磁波と第２電磁波とは弱めあい、間隔ｄが式２の条件を満たした時には第１電磁波と第２電磁波とは強めあう。
　（ｍ＋１／２）×λ＝２×ｎ×ｄ×ｃｏｓθ　…（式１）
　ｍ×λ＝２×ｎ×ｄ×ｃｏｓθ　…（式２）
　干渉条件は、金属層２および金属層３の形状の主に厚み、金属層２と金属層３の間の距離、金属層２の誘電率（屈折率）、金属層３の誘電率（屈折率）、流路４内の屈折率によって制御可能である。
　金属層２の上面２Ａの上方には光等の電磁波９３を検知する検知部９４が配置される。電磁波源９２から与えられた電磁波９１をセンサデバイス１が受けた時に、センサデバイス１から反射又は輻射された光等の電磁波９３を検知部９４は受信する。なお、検知部９４は必ずしも必要ではない。電磁波９１が可視光の場合には、ユーザ自身の目で電磁波９１の色の変化、強度を検知できる。これにより簡易で安価なセンサデバイス１を構築できる。
　保持部５は電磁波９１を金属層２へ効率良く供給するために、電磁波９１を減衰させにくい材質で形成される。実施の形態１において、電磁波９１は光なので、保持部５は光を効率的に透過させるガラスや透明プラスチック等の透明な材料で形成される。保持部５の厚みは機械強度的に許容できる範囲で、できるだけ小さい方が好ましい。
　センサデバイス１の感度を高くするためには、供給される光等の電磁波９１が金属層３を透過しないことが好ましい。したがって、保持部６は光等の電磁波９１を遮断する材料より形成されることが好ましい。例えば、保持部６は１００ｎｍ以上の厚みを有する金属や半導体より形成される。
　センサデバイス１においては、金属層２の流路４の側である下面２Ｂに複数の担体１０が配置されている。担体１０は、金属や樹脂などからなる物質の表面に固定された複数のアクセプタ７よりなる。
　試料６２の中でアナライト８が担体１０のアクセプタ７に触れると、アクセプタ７とアナライト８とが特異的に結合する。図３は、実施の形態１におけるセンサデバイス１の担体１０のアクセプタ７とアナライト８の特異的結合を示す概念図である。図３に示すように、試料６２は、非特異的検体９と検体であるアナライト８とを含有している。担体１０のアクセプタ７は非特異的検体９とは特異的に結合せず、アナライト８のみと選択的に特異的結合を起こす。そして、複数の担体１０がアナライト８を介して結合して凝集体１１を作る。例えば、図３では、担体１０ａは、その表面に固定した複数のアクセプタを持ち、そのうちの１つのアクセプタ７ａがアナライト８に特異的に結合する。また、担体１０ｂは、その表面に固定した複数のアクセプタを持ち、そのうちの１つのアクセプタ７ｂがアナライト８に特異的に結合している。このように、アナライト８を挟んで２つの担体１０ａ、１０ｂが結合して１つの凝集体１１を作る。担体１０ａ、１０ｂはそれぞれ複数のアクセプタを有するので、このアクセプタが更に別のアナライト８と特異的に結合することにより、さらに多くの担体が結合されてサイズの大きな凝集体を作ることが可能となる。なお、図２Ａと図２Ｂに示すセンサデバイス１では金属層２の下面２Ｂにのみ担体１０が配置されているが、金属層２の下面２Ｂに加えて、金属層３の上面３Ａにも担体１０が配置されていてもよい。また、担体１０は金属層２の下面２Ｂには配置されず、金属層３の上面３Ａのみに配置されていてもよい。
　図４Ａと図４Ｂは実施の形態１におけるセンサデバイス１の動作を示す側断面図である。図４Ａに示すように、真空または空気が充填された流路４に、予め担体１０が金属層２の下面２Ｂに物理吸着により固定されている。流路４に非特異的検体９とアナライト８とを含有する液体の試料６２が投入されると、流路４の状態、特に誘電率（屈折率）が変化する。これにより、金属層２の上方において式１と式２に基づいて干渉して強めあう、または、弱めあう電磁波の波長λが変化し、検知部９４で検知される電磁波の周波数分布が変化する。このように、金属層２から上方へ伝搬してくる電磁波の状態変化を検知することにより、流路４内での特異的結合の有無を確認することができる。
　図４Ｂに示すように、流路４に投入された試料６２に外部から矢印１７の方向に流れを与える。金属層２の下面２Ｂに配置された担体１０は、ファンデルワールス力による弱い力で物理的に下面２Ｂに固定されているので、この流れにより担体１０は金属層２の下面２Ｂから剥がれて流路４中に浮遊して矢印１７方向へ流される。流路４中を流れて行く間に担体１０のアクセプタ７とアナライト８とが特異的に結合し、さらにそのアナライト８に他の担体１０が特異的に結合し、それを繰り返す事により凝集体１１が形成される。凝集体１１は担体１０、非特異的検体９および媒質６１と比べて重いため、凝集体１１はゆっくり流れていく。凝集体１１が流路４中の特定の領域１８（凝集体トラップ部）にトラップされると、領域１８において誘電率が変化するので、金属層２、３間の媒質６１の誘電率（屈折率）、及び、誘電率の分布が変化する。そして、金属層２、３間の媒質６１の誘電率（屈折率）、及び、誘電率の分布が変化した結果、式１と式２から導出されるように、センサデバイス１の金属層２から上方へ伝搬していく電磁波の状況が変化する。したがって、金属層２から上方へ伝搬していく電磁波の状況変化を検知することにより、アクセプタ７とアナライト８との特異的結合の状態、具体的には、特異的結合の強さ、結合スピード等を検知することができる。
　アクセプタ７とアナライト８との特異的結合により、センサデバイス１の金属層２から上方へ伝搬していく電磁波の状況が変化する様子を、電磁界シミュレーションの結果を用いて説明する。図５は実施の形態１におけるセンサデバイス１の電磁界シミュレーションの解析モデルの概念図である。
　図５に示す解析モデル５０１では、金属層２は銀により構成されて３０ｎｍの厚みを有する。金属層３は銀により構成されて１３０ｎｍの厚みを有する。金属層２、３間の距離が１６０ｎｍであり、流路４には比誘電率が１の空気が充填されている。金属層２の上面２Ａの上方と金属層３の下面３Ｂの下方は空気で充填されている。解析モデル５０１では、電磁波５９１が入射角ＡＮで金属層２へ入射され、金属層２から上方へ角度ＢＮ（＝－ＡＮ）で伝搬していく電磁波５９３をシミュレーションにより解析し、また、解析モデル５０１は金属層２、３と流路４とが水平方向に無限に続いている。
　センサデバイス１においては、第１電磁波と第２電磁波とが弱めあう周波数または波長の変化だけでなく、金属層２の上方から入射した電磁波のエネルギー量に対する、金属層２から上方へ伝搬されていく電磁波のエネルギー量の比である反射率Ｒ５０１の変化も検知する。周波数または波長と波長との２つの指標を同時に使用して流路４の媒質の状態変化を検出できる。これにより、センサデバイス１は高い検出能力を発揮する事が可能である。流路４の媒質の状態とは、流路４の一部又は全部に充填されている物質の状態、例えばその物質自体の組成や、物質の流路４での分布を指している。図６は、図５のモデルの解析結果を示す。図６において、横軸は波長を示し、縦軸は反射率Ｒ５０１を示す。図６に示すように、３４０ｎｍ辺りの波長の電磁波が打ち消しあう条件である式１を満たす事により、３４０ｎｍ辺りの波長では反射率が大幅に減少している。
　センサデバイス１は、人の唾液を含んだ試料を流路４に注入することにより家庭で使える簡易なインフルエンザウィルスセンサとして利用できる。センサデバイス１を家庭用のセンサとして使うためには、病院などで使われる業務用のセンサに比べてより高い検出感度と使い勝手の良さが求められる。そのためには、検体であるアナライト８を流路４中の特定の領域１８に偏在させて、領域１８でのアナライト８の濃度を増加させることが好ましい。また、電磁波源９２としては、特別な検出器を用いることなく人が容易に波長の変化を検知できる可視光を電磁波として発生する可視光光源であることが好ましい。
　以下、本実施の形態におけるセンサデバイス１においてアナライト８を流路４中の特定の領域に偏在させる構成について説明する。
　図７Ａと図７Ｂはアナライトを偏在させた実施の形態１におけるセンサデバイスの側断面図である。図７Ａは流路４に試料を投入した直後の流路４内の状態を示す。図７Ｂは所定時間経過後の流路４内の状態を示す。図７Ａと図７Ｂおよび以降の図面においては試料６２としてアナライト８のみを示し、媒質および検体は省略する。
　図７Ａに示すように、複数の担体１０が金属層２の下面２Ｂと金属層３の上面３Ａの間の特定の領域１８（凝集体トラップ部）に偏在して充填され、物理吸着により固定されている。すなわち、領域１８での物理吸着されている担体１０の存在密度は、流路４内の領域１８以外の別の領域での担体１０の存在密度よりも高い。物理吸着は、金属層２、３と担体１０との界面、担体１０同士の界面に働くファンデルワールス力を利用して起こす。図７Ａに示す状態で試料６２が投入されて一定時間経過すると、図７Ｂに示すように、検体であるアナライト８を含む凝集体１１が形成され、流路４の特定の領域１８を充填する。すなわち特定の領域１８は凝集体１１をトラップする凝集体トラップ部として機能する。この場合には、もともと領域１８に多数の担体１０が固定されていたので、領域１８における流路４内の誘電率は大きく変化せず、凝集前後で、金属層２から上方へ伝搬していく電磁波間の干渉条件は大きく変化しない。その結果、反射光の色は試料投入前と後で変化しない。一方、試料６２中にアナライトが存在しない場合には、凝集体１１ができないので、担体１０は試料６２と一緒に流路４を流れて特定の領域１８から出て行く。このため、領域１８の誘電率は、アナライト８が存在し凝集体１１ができた場合と比べて大きく変化し、金属層２から上方へ伝搬していく電磁波間の干渉状態が変化する。その結果、入射波として可視光帯を含む光をセンサデバイス１へ入射した場合には、金属層２から上方へ伝搬していく光の色が試料の投入前と比べて変化する。この光の色の変化を人が目で検知することにより、試料６２中のアナライト８の存在有無を確認することができる。これにより、家庭においてもユーザが容易にアナライト（例えば、ウィルス）の存在有無を確認できるセンサデバイス１を実現することができる。なお、図７Ｂに示す凝集体１１が試料６２の矢印１７の方向の流れにより領域１８から容易に流れ出さないように、領域１８内に凝集体を保持する構造を設けてもよい。この構造としては、例えば、領域１８に面した金属層２、３の表面のうちの、粗面化することで摩擦係数を上げた部分を使用できる。
　図８Ａと図８Ｂは、アナライト８を偏在させたセンサデバイス１の側断面図である。図８Ａは流路４に試料を投入した直後の流路４内の状態を示す。図８Ｂは試料を投入してから一定時間経過後の流路４内の状態を示す。図８Ａに示すように、複数のアクセプタ７が金属層２の下面２Ｂの特定の領域１８に偏在して化学吸着により下面２Ｂに固定されており、流路４の他の領域には存在しない。また、金属層２の下面２Ｂの領域１８よりも投入領域１５に向かう側には、複数の担体１０が物理吸着により下面２Ｂに固定されている。図８Ａに示す状態でアナライト８を含む試料が流路４に投入されて一定時間が経過すると、図８Ｂに示すように、担体１０は試料の流れにより金属層２の下面２Ｂから剥がれて流路４中を浮遊し、検体であるアナライト８と特異的結合して凝集体１１が形成される。凝集体１１は試料の流れに従って矢印１７の方向へ流れ、流路４内の領域１８（凝集体トラップ部）において、金属層２の下面２Ｂに配置された複数のアクセプタ７とアナライト８を介して特異的結合する。
　その結果、アナライト８を含む凝集体１１が領域１８にトラップされる。これにより、試料中のアナライト８を領域１８に偏在させることができる。この場合は、領域１８にアナライト８を含む凝集体１１がトラップされるので、領域１８とそれ以外の領域で誘電率が大きく変化し、アナライト８の検出感度が向上する。つまり、流路４の領域１８に接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）と、流路４の領域１８以外に接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）とが変化するので、家庭においてもユーザが容易にアナライトの存在を視覚的に確認できる。なお、化学吸着の場合には、アクセプタ７が共有結合により金属層２の下面２Ｂに吸着固定しているので、物理吸着と比較してより強固に凝集体１１を固定することができる。このため、検出領域となる領域１８に凝集体１１を集中的に固定することが容易となり、感度の高いセンサデバイス１を実現できる。
　一方、図２２に示す従来のセンサデバイス６００では絶縁層６０３の下面に固定されたアクセプタに特異的に結合するアナライトは試料中で分散しているために、検出感度が十分でない。
　次に、凝集体１１を作る際の凝集を加速する構成について説明する。図９は、超音波を使用して凝集を加速する構成を示す図８Ａと図８Ｂに示すセンサデバイス１の側断面図である。図９に示すセンサデバイス１は、金属層２の下面２Ｂおよび金属層３の上面３Ａの一部にそれぞれ設けられた超音波発生源３１ａおよび超音波発生源３１ｂをさらに備える。流路４の上方に存在する担体１０ａ、１０ｂは超音波発生源３１ａ、３１ｂが発生する超音波により移動しアナライト８と結合し易くなる。また、金属層２、３の間に超音波の定在波が発生し、金属層２、３の間の所定領域に担体１０とアナライト８が集められるので、担体１０とアナライト８とが結合する確率を上げる事ができる。このようにして、担体１０ａと担体１０ｂはアナライト８と特異的に結合し、凝集体１１となって金属層２の下面２Ｂに配置されたアクセプタ７にアナライト８を介して領域１８でトラップされる。このように、センサデバイス１の流路４の上下方向から超音波を発生させることにより担体１０とアナライト８の特異的結合が起こりやすくなりアナライト８の凝集を加速することが可能となる。なお、超音波発生源は金属層２の下面２Ｂおよび金属層３の上面３Ａの一方のみに設けてもよい。また、超音波発生源は流路４を構成する側壁部２１の側面２１Ａや側壁部２２の側面２２Ａに設けてもよい。また、保持部５の下面５Ｂで金属層２が形成されていない場所や保持部６の上面６Ａで金属層３が形成されていない場所に設けてもよい。
　図１０は、流路４を加熱して温度を上げ凝集を加速するセンサデバイス１の側断面図である。図１０に示すセンサデバイス１は、保持部５の上面５Ａに設けられた加熱源としてのヒータ３２をさらに備える。ヒータ３２により流路４の中の試料が加熱され担体１０、アナライト８の運動エネルギーが増大して特異的結合が加速される。例えば、担体１０ａ、担体１０ｂおよびアナライト８の運動が加速されるためにそれらが接触する確率が増え、それらが特異的結合して凝集体１１が生成しやすくなる。このようにして、担体１０ａと担体１０ｂはアナライト８と特異的結合をし、凝集体１１となって金属層２の下面２Ｂに配置されたアクセプタ７にアナライト８を介して領域１８でトラップされる。このように、センサデバイス１の流路４を加熱することにより、担体１０とアナライト８の特異的結合が起こりやすくなりアナライト８の凝集を加速することが可能となる。なお、試料を加熱する限り、ヒータ３２の設置場所は限定されるものではない。
　図１１は、流路４に磁界を印加して凝集を加速するセンサデバイス１の側断面図である。図１１に示すセンサデバイス１は、保持部５の上面５Ａおよび保持部６の下面６Ｂの近傍にそれぞれ設けられた磁界発生源３３ａおよび磁界発生源３３ｂをさらに備える。磁界発生源３３ａ、３３ｂは流路４の上方から下方に向けて磁界Ｍ１を発生させる。担体１０は磁界Ｍ１の方向に引き寄せられるように磁性体からなることが好ましい。磁性体からなる担体１０ａ、１０ｂは磁界Ｍ１により上方へ移動しアナライト８と結合し易くなる。このようにして、担体１０ａと担体１０ｂはアナライト８と特異的結合し、凝集体１１となって金属層２の下面２Ｂに配置されたアクセプタ７にアナライト８を介して領域１８にトラップされる。このように、センサデバイス１の流路４の上下方向の磁界Ｍ１を発生させることにより担体１０とアナライト８の特異的結合が起こりやすくなりアナライト８の凝集を加速することが可能となる。また、流路４に磁界Ｍ１を印加する方法としては、磁界発生源３３ａ、３３ｂを設けず、ユーザが手に保持した磁界発生器を使って磁界Ｍ１を印加する方法でもよい。
　なお、実施の形態１では、流路４内でアナライト８と担体１０のアクセプタ７を特異的に結合させる。図１２は、流路４外でアナライト８と担体１０を領域１８に流す前に特異的結合させて凝集体１１を形成させた後に、凝集体１１を流路４に流すセンサデバイス１の側断面図である。この場合には、凝集体１１は、例えば、センサデバイス１に投入する前に形成されていてもよい。あるいは、貯留部２５にてアナライト８と担体１０を特異的結合させて凝集体１１を形成させても良い。図１２に示すセンサデバイス１では、アナライト８と担体１０との特異的結合を確実に起こさせることができるので、検出精度を上げることができる。また、図１２のセンサデバイス１に、図８Ａに示す金属層２、３に化学吸着固定されたアクセプタ７を配置し、領域１８（凝集体トラップ部）において、凝集体１１を集中的にトラップして固定させてもよい。
　（実施の形態２）
　図１３Ａと図１３Ｂは、実施の形態２におけるセンサデバイス１００の上面断面図である。図１３Ａと図１３Ｂにおいて、実施の形態１におけるセンサデバイス１と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態２におけるセンサデバイス１００の側断面図は実施の形態１における図１Ｂに示すセンサデバイス１と同じである。図１４Ａと図１４Ｂはそれぞれセンサデバイス１００の側断面図および上面断面図である。センサデバイス１００には、金属層１０２の下面１０２Ｂと、金属層１０３の上面１０３Ａと、側壁部１１１の側面１１１Ａと、側壁部１１２の側面１１２Ａの４つの面により囲まれた流路１０４が形成されている。金属層１０２の下面１０２Ｂは流路１０４の上面を構成し、金属層１０３の上面１０３Ａは流路１０４の下面を構成する。側壁部１１１の側面１１１Ａは流路１０４の第１の側面を構成し、側壁部１１２の側面１１２Ａは流路１０４の第２の側面を構成する。また、流路１０４は試料６２が投入される投入領域１１５と試料６２が排出される排出領域１１６を有する。投入領域１１５から排出領域１１６に向けて流路１０４の幅すなわち側面１１１Ａと側面１１２Ａとの間隔が徐々に小さくなるように流路１０４は形成されている。流路１０４の投入領域１１５の最前端（図面の左端）の幅Ｗ１、排出領域１１６の最後端（図面の右端）の幅Ｗ３、流路１０４内に位置する任意の場所１０４ａの幅Ｗ２の関係は、Ｗ１≧Ｗ２≧Ｗ３となるように流路１０４が形成されている。流路１０４に試料６２が投入されると試料６２中のアナライト８と担体１０のアクセプタ７が特異的に結合して凝集体１１を形成する。投入領域１１５から排出領域１１６に向けて試料６２が流れるに従って、凝集体１１は排出領域１１６に向かって移動する。ここで、排出領域１１６の幅Ｗ４は、担体１０の径よりも大きく、凝集体１１の径より小さい。すなわち、排出領域１１６の幅Ｗ４は、担体１０の径以上の第１の所定値よりも大きく、凝集体１１の径より小さい第２の所定値以下である。
　流路１０４においては、凝集体１１が流路１０４の投入領域１１５と排出領域１１６との間の特定の領域１１８にトラップされる。このように、領域１１８は凝集体１１をトラップする凝集体トラップ部である。凝集体１１が領域１１８にトラップされると流路１０４を遮断する。次に流れてくる凝集体１１は既にトラップされた凝集体１１で止められ、凝集体１１が特定の領域１１８に固まって留まる。すなわち、試料６２中に存在し、第１の所定値以下の径を有する担体１０と、担体１０よりも小さい径を有する非特異的検体９と、媒質６１とは領域１１８を通過できる。しかし、試料６２中に存在し、第２の所定値より大きな径を有する凝集体１１は領域１１８を通過できない。
　図１５は凝集体１１の概念図である。凝集体１１はアナライトを介して互いに結合した２つ以上の担体１０であり、種々の形状を取り得る。実施の形態においては、凝集体１１の径とは、図１５に示すように、凝集体１１の最大径Ｒを指す。つまり、第２の所定値は最大径ＲＲより小さい値である。
　このように、実施の形態２におけるセンサデバイス１００では、流路１０４の特定の領域１１８にアナライト８を含む凝集体１１をトラップすることができので、領域１１８における誘電率が他の領域と比べて大きく変化する。これにより、流路１０４の領域１１８に接する金属層１０２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）と、流路１０４の領域１１８以外に接する金属層１０２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）とが変化するので、家庭においてもユーザが容易にアナライトの存在を視覚的に確認できる。つまり、凝集体１１をトラップせずに流路１０４中に均一に凝集体１１が分布しているセンサデバイスと比較して実施の形態２におけるセンサデバイス１００はより高い検出感度を有する。
　凝集体１１を流路１０４の特定の領域でトラップするためには、流路１０４において投入領域１１５から排出領域１１６に向かう方向へ試料６２の流れを作る必要がある。図１３Ｂに示すセンサデバイス１００は、流路１０４の排出領域１１６の近傍に配置された吸収材１１３をさらに備える。吸収材１１３は試料６２を吸収する。吸収材１１３により試料６２が吸収されることにより流路１０４の投入領域１１５から排出領域１１６の方向へ試料６２の流れを作ることができる。これにより、凝集体１１および担体１０は排出領域１１６へ向けて流れて行き、凝集体１１は領域１１８でトラップされ、担体１０は排出領域１１６から流路１０４の外側へ排出される。なお、図１３Ｂに示す吸収材１１３は、図１３Ａに示すセンサデバイス１００に追加されている。吸収材１１３は、図１３Ａに示すセンサデバイス１００以外のセンサデバイスにおいても活用でき、図１３Ｂに示すセンサデバイス１００と同様に、流路４、１０４内の試料の流れを大きくできる。
　図１３Ａに示すセンサデバイス１００では、流路１０４の幅Ｗ２は投入領域１１５の最前端から排出領域１１６の最後端まで連続的に減少する。流路１０４の幅Ｗ２は、投入領域１１５の最前端と排出領域１１６の最後端との間で不連続に減少してもよい。また、領域１１８の幅は連続的に減少するが、投入領域１１５および排出領域１１６の少なくとも一方の幅が一定値であってよい。
　（実施の形態３）
　図１６Ａと図１６Ｂは、それぞれ実施の形態３におけるセンサデバイス２００の側断面図と拡大側断面図である。センサデバイス２００の上面図は図１Ａに示す実施の形態１におけるセンサデバイス１のそれと同じである。図１６Ａに示すように、センサデバイス２００には、実施の形態１における側壁部２１、２２と同様の２つの側壁部の２つの側面と、金属層２０２の下面２０２Ｂと、金属層２０３の上面２０３Ａとの４つの面により囲まれた流路２０４が形成されている。側壁部の２つの側面は流路２０４の第１と第２の側面を構成する。金属層２０２の下面２０２Ｂは流路２０４の上面を構成する。金属層２０３の上面２０３Ａは流路２０４の下面を構成する。流路２０４は試料６２が投入される投入領域２１５と試料６２が排出される排出領域２１６と、それらの間に設けられた領域２１８を有する。領域２１８は凝集体１１をトラップする凝集体トラップ部である。流路２０４は投入領域２１５および領域２１８（凝集体トラップ部）からなる流路２０４ｂ（第１の流路）と、排出領域２１６からなる流路２０４ｃ（第２の流路）により構成されている。そして、下面２０２Ｂと上面２０３Ａとの間隔である流路２０４の深さのうち、流路２０４ｂの深さと流路２０４ｃの深さとの関係、すなわち流路２０４ｂでの金属層２０２の下面２０２Ｂと金属層２０３の上面２０３Ａとの間隔Ｄ１と流路２０４ｃでの金属層２０２の下面２０２Ｂと金属層２０３の上面２０３Ａとの間隔Ｄ２とはＤ１＞Ｄ２となるように流路２０４が形成されている。流路２０４に試料６２が投入されると試料６２中のアナライト８と担体１０のアクセプタ７が特異的に結合して凝集体１１を形成する。投入領域２１５から排出領域２１６に向けて試料６２が流れるに従って、凝集体１１は排出領域２１６に向かって移動する。
　ここで、流路２０４ｃの深さ（間隔Ｄ２）は、担体１０の径よりも大きく、凝集体１１の径より小さく設定される。すなわち、流路２０４ｃの深さ（間隔Ｄ２）は、担体１０の径以上の第１の所定値よりも大きく、凝集体１１の径より小さい第２の所定値以下に設定される。
　流路２０４においては、凝集体１１が流路２０４の特定の領域２１８にトラップされる。すると、次に流れてくる凝集体１１もこのトラップされた凝集体１１により流路が遮断され、凝集体１１が特定の領域２１８に固まって留まることになる。図１６Ｂは、凝集体１１がトラップされた領域２１８の拡大図である。すなわち、試料６２中に存在し、その径が第１の所定値以下の担体１０、担体１０よりも小さい径を有する非特異的検体９と媒質６１は領域２１８を通過できるが、第２の所定値より大きな径を有する凝集体１１は領域２１８を通過できない。
　このように、実施の形態３におけるセンサデバイス２００では、流路２０４の特定の領域２１８にアナライト８を含む凝集体１１をトラップすることができので、領域２１８における誘電率が他の領域と比べて大きく変化する。これにより、流路２０４の領域２１８に接する金属層２０２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）と、流路２０４の領域２１８以外に接する金属層２０２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）とが変化するので、家庭においてもユーザが容易にアナライトの存在を視覚的に確認できる。つまり、センサデバイス２００は、凝集体１１をトラップせずに流路中に均一に凝集体１１が分布しているセンサデバイスと比較してアナライトの検出感度が高くなる。
　また、実施の形態３におけるセンサデバイス２００においても実施の形態２と同様に流路２０４内の試料６２に流れを作るように排出領域２１６の近傍に吸収材を配置してもよい。その結果、流路２０４の投入領域２１５から排出領域２１６の方向へ試料６２の流れができる。これにより、凝集体１１および担体１０は排出領域２１６へ向けて流れて行き、凝集体１１は領域２１８でトラップされ、担体１０は排出領域２１６から流路２０４の外側へ排出される。
　図１７は実施の形態３におけるセンサデバイス２００における電界強度の分布を表わす。センサデバイス２００において、図１７に示すように、金属層２０２の流路２０４ｂに接する領域から上方へ伝搬していく電磁波の干渉状態と、金属層２０２の流路２０４ｃに接する領域から上方へ伝搬していく電磁波の干渉状態とを概ね同一状態としておいても良い。具体的には、流路２０４ｂと流路２０４ｃの設計を共に式１を満たすように行う、または、共に式２を満たすように行う。但し、式１や式２における整数ｍの値は、流路２０４ｂと流路２０４ｃで異なる。すなわち、流路２０４ｂの上面と下面との間隔Ｄ１および流路２０４ｃの上面と下面との間隔Ｄ２は、整数ｍ１、ｍ２と、電磁波の真空中での波長λと、流路２０４内の屈折率ｎと電磁波の入射角θとで表される以下の角θとで表される以下の関係（ａ）（ｂ）、
（ａ）（ｍ１＋１／２）×λ＝２×ｎ×Ｄ１×ｃｏｓθ、かつ、（ｍ２＋１／２）×λ＝２×ｎ×Ｄ２×ｃｏｓθ、
（ｂ）ｍ１×λ＝２×ｎ×Ｄ１×ｃｏｓθ、かつ、ｍ２×λ＝２×ｎ×Ｄ２×ｃｏｓθ
のうちの一方を満たす。
　これにより、例えば可視光帯の光をセンサデバイス２００の金属層２０２の上方から供給した場合、金属層２０２の流路２０４ｂに接する領域と、金属層２０２の流路２０４ｃに接する領域からの反射光の色が概ね同一色となる。したがって、アナライト８と担体１０のアクセプタ７が特異的に結合して凝集体１１が形成されて凝集体トラップ部２１８（領域２１８）でトラップされ、凝集体トラップ部２１８に多数の凝集体１１が留置されると、金属層２０２の凝集体トラップ部２１８に接する領域からの反射光の色が変化している事が明白に判る。これにより、家庭においてユーザが容易にアナライトの存在を視覚的に確認できるセンサデバイス２００を実現できる。
　センサデバイス２００では、ユーザが色の変化を検知することで、アナライトの存在を検出するために、光源としては可視光帯の光源が使われるのが好ましい。ここで、可視光帯とは人間の目で見える光の波長帯であり、３８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長の範囲である。ここで、例えば、アナライト８を含まない試料６２を流路２０４に投入した状態で可視光帯であるオレンジ色～赤色の５８０～６００ｎｍの波長で式２の条件を満たすようにセンサデバイス２００を設計する。そして、流路２０４にアナライト８を含む試料を投入し、凝集体トラップ部２１８（領域２１８）において屈折率（誘電率）が変化した結果、金属層２０２の凝集体トラップ部２１８に接する領域からの反射光の波長が５６０ｎｍ以下において式２を満たすように、担体の構成物質を選択したり、凝集体トラップ部２１８の構造を決定したりしても良い。これにより、特異的結合の有無により、人の目において色差の大きな黄色を示す波長（５６０～５８０ｎｍ付近）を挟んで反射光の波長が変化するので、ユーザが家庭等において容易に特異的結合の有無を視覚的に確認する事ができる。
　また、センサデバイス２００の上方とそれを観察するユーザの目との間に、特定波長のみ通すフィルターを配置しても良い。上記の例では、例えば、５８０ｎｍより短波長の光を通さないフィルターを配置すると、試料６２がアナライトを含まない場合は、５８０ｎｍ以上の光は通すので明るく見えるが、試料６２がアナライトを含む場合は、式２の条件を満たす波長がフィルターにより減衰されるため、暗く見える。色差よりも明暗差の方が知覚しやすい場合があり、このような構成が有効の場合もある。
　（実施の形態４）
　図１８Ａは実施の形態４におけるセンサデバイス３００の上面断面図である。図１８Ｂは図１８Ａに示すセンサデバイス３００の線１８Ｂ－１８Ｂにおける側断面図である。図１８Ａと図１８Ｂにおいて、図２Ａと図２Ｂに示す実施の形態１におけるセンサデバイス１と同じ部分には同じ参照番号を付す。センサデバイス３００には、側壁部３１１の側面３１１Ａと、側壁部３１２の側面３１２Ａと、金属層２の下面２Ｂと、金属層３の上面３Ａの４つの面により囲まれた流路３０４が形成されている。側壁部３１１の側面３１１Ａは流路３０４の第１の側面を構成する、側壁部３１２の側面３１２Ａは流路３０４の第２の側面を構成する。金属層２の下面２Ｂは流路３０４の上面を構成する。別の金属層３の上面３Ａは流路３０４の下面を構成する。センサデバイス３００は、金属層２の下面２Ｂから金属層３の上面３Ａまで側面３１１Ａ、３１２Ａと平行に延びる複数のピラー３１３を有する。複数のピラー３１３は流路３０４の特定の領域３１８に設けられており、実施の形態４では円柱状である。複数のピラー３１３は、円柱状以外の形状であってもよい。互いに隣りあう２本のピラー３１３の間隙ｐ１と、側壁部３１１とピラー３１３の間隙ｐ２と、側壁部３１２とピラー３１３の間隙ｐ３は、複数のピラー３１３と側壁部３１１、３１２間の隙間を担体１０は通過するが、凝集体１１はトラップされるような寸法に設定されている。間隙ｐ１は、互いに隣りあう２本のピラー３１３の側周面間の距離である。間隙ｐ２は、側壁部３１１の側面３１１Ａとピラー３１３の側周面との距離である。間隙ｐ３は、側壁部３１２の側面３１２Ａとピラー３１３の側周面との距離である。間隙ｐ１、ｐ２、ｐ３は、担体１０の径より大きく、凝集体１１の径より小さく設定されている。すなわち、間隙ｐ１、ｐ２、ｐ３は、担体１０の径以上の第１の所定値より大きく、凝集体１１の径より小さい第２の所定値以下に設定されている。このように、流路３０４の領域３１８は凝集体１１をトラップする凝集体トラップ部として機能する。なお、複数本のピラー３１３は、流路３０４での試料の流れる方向と直角に交差するが、流路３０４での試料の流れる方向に傾斜して交差するように、側壁部３１１、３１２と所定の角度を持って傾斜して延びていてもよい。
　図１８Ｃは実施の形態４における他のセンサデバイス３００Ａの上面断面図である。図１８Ｄは図１８Ｃに示すセンサデバイス３００Ａの線１８Ｄ－１８Ｄにおける側断面図である。図１８Ｃと図１８Ｄにおいて、図１８Ａと図１８Ｂに示すセンサデバイス３００と同じ部分には同じ参照番号を付す。センサデバイス３００Ａは、図１８Ａと図１８Ｂに示すセンサデバイス３００の複数のピラー３１３の代りに金属層２の下面２Ｂから金属層３の上面３Ａまで側面３１１Ａ、３１２Ａと平行に延びる複数のピラー３１３ａ、３１３ｂを有する。複数のピラー３１３ａ、３１３ｂは流路３０４の特定の領域３１８に設けられており、実施の形態４では円柱状である。複数のピラー３１３ａ、３１３ｂは、円柱状以外の形状であってもよい。ピラー３１３ａ、３１３ｂがお互いに千鳥状に２列に配列されている。この場合も、互いに隣りあうピラー３１３ａ、３１３ｂの間隙と、ピラー３１３ａと側面３１１Ａとの間隔と、ピラー３１３ａと側面３１２Ａとの間隙は、ピラー３１３ａ、３１３ｂと側壁部３１１、３１２間の隙間を担体１０は通過するが、凝集体１１はトラップされるような寸法に設定されている。また、複数のピラー３１３ａ、３１３ｂは３列以上配列されていてもよい。
　複数本のピラー３１３が流路３０４は金属層２、３の面２Ｂ、３Ｂとではなく側面３１１Ａ、３１２Ａと接続されて、金属層２、３の面２Ｂ、３Ｂと平行に延びていてもよい。この場合も、互いに隣りあう２本のピラー３１３の間隙、ピラー３１３と金属層３の上面３Ａとの間隔と、ピラー３１３と金属層２の下面２Ｂの間隙は、ピラー３１３と金属層２、３の間隙を担体１０は通過するが、凝集体１１はトラップされるような寸法に設定されている。
　このように、実施の形態４におけるセンサデバイス３００、３００Ａでは、流路３０４の特定の領域３１８にアナライト８を含む凝集体１１をトラップすることができるので、領域３１８における誘電率が他の領域と比べて大きく変化する。これにより、流路３０４の領域３１８に接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）と、流路３０４の領域３１８以外に接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）とが変化するので、家庭においてもユーザが容易にアナライトの存在を確認できる。つまり、センサデバイス３００、３００Ａは、凝集体１１をトラップせずに流路中に均一に凝集体１１が分布しているセンサデバイスと比較してアナライトの検出感度が高くなる。
　なお、図１８Ａから図１８Ｄにおいて、互いに隣りあうピラー３１３、３１３ａ、３１３ｂの間隙は互いに異なっていてもよい。
　（実施の形態５）
　図１９Ａは実施の形態５におけるセンサデバイス４００の上面断面図である。図１９Ｂは図１９Ａに示すセンサデバイス４００の線１９Ｂ－１９Ｂにおける側断面図である。図１９Ａと図１９Ｂにおいて、図２Ａと図２Ｂに示す実施の形態１におけるセンサデバイス１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１９Ａと図１９Ｂに示すセンサデバイス４００には、側壁部４１１の側面４１１Ａと、側壁部４１２の側面４１２Ａと、金属層２の下面２Ｂと、金属層３の上面３Ａの４つの面により囲まれた流路４０４が形成されている。側壁部４１１の側面４１１Ａは流路４０４の第１の側面を構成する。側壁部４１２の側面４１２Ａは流路４０４の第２の側面を構成する。金属層２の下面２Ｂは流路４０４の上面を構成する。金属層３の上面３Ａは流路４０４の下面を構成する。センサデバイス４００は、流路４０４の特定の領域４１８に設けられた複数の繊維状物質４１３を有する。複数の繊維状物質４１３は互いに絡みあって空隙が形成された網目構造を有する。網目構造の空隙の最小径は、その空隙を担体１０は通過するが、凝集体１１は通過できないような寸法で設定されている。空隙の最小径は、担体１０の径より大きく、凝集体１１の径より小さい。すなわち、空隙の最小径は、担体１０の径以上の第１の所定値より大きく、凝集体１１の径より小さい第２の所定値以下の寸法で形成されている。流路４０４の特定の領域４１８には、複数の繊維状物質４１３が絡みあって空隙が形成された網目構造が設けられている。
　これにより、試料６２に含まれる物質のうち、その径が繊維状物質４１３間の空隙の最小径よりも大きい物質である凝集体１１がろ過物として繊維状物質４１３によりトラップされる。一方、試料６２に含まれる物質のうち、その径が繊維状物質４１３間の空隙の最小径よりも小さい物質である担体１０は繊維状物質４１３間を通過していく。このように、流路４０４の領域４１８は凝集体１１をトラップする凝集体トラップ部として機能する。なお、この網目構造を有する繊維状物質４１３は、二酸化シリコンのナノファイバで構成されていてもよい。
　このように、実施の形態５におけるセンサデバイス４００では、流路４０４の特定の領域４１８にアナライト８を含む凝集体１１をトラップすることができので、領域４１８における誘電率が他の領域と比べて大きく変化する。これにより、流路４０４の領域４１８に接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）と、流路４０４の領域４１８以外に接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）とが変化するので、家庭においてもユーザが容易にアナライトの存在を確認できる。つまり、センサデバイス４００は、凝集体１１をトラップせずに流路中に均一に凝集体１１が分布しているセンサデバイスと比較してアナライトの検出感度が高くなる。
　（実施の形態６）
　図２０Ａは実施の形態６におけるセンサデバイス５００の上面断面図である。図２０Ｂは図２０Ａに示すセンサデバイス５００の線２０Ｂ－２０Ｂにおける側断面図である。図２０Ａと図２０Ｂにおいて、図２Ａと図２Ｂに示す実施の形態１におけるセンサデバイス１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図２０Ａと図２０Ｂに示すセンサデバイス５００には、側壁部５１１の側面５１１Ａと、側壁部５１２の側面５１２Ａと、金属層２の下面２Ｂと、金属層３の上面３Ａの４つの面により囲まれた流路５０４が形成されている。側壁部５１１の側面５１１Ａは流路５０４の第１の側面を構成する。側壁部５１２の側面５１２Ａは流路５０４の第２の側面を構成する。金属層２の下面２Ｂは流路５０４の上面を構成する。金属層３の上面３Ａは流路５０４の下面を構成する。流路５０４の側面５１１Ａ、５１２Ａは、特定の領域５１８ａ、５１８ｂにおいて凹んでいる凹部５１１Ｐ、５１２Ｐを有するように蛇行している。試料６２が、流路５０４を流れている間に領域５１８ａ、５１８ｂに形成された凹部５１１Ｐ、５１２Ｐに凝集体１１がトラップされる。流路５０４の特定の領域５１８ａ、５１８ｂは凝集体１１をトラップする凝集体トラップ部として機能する。なお、側面５１１Ａと側面５１２Ａのどちらか一方の側面のみが凹部を有するように蛇行していてもよい。
　このように、実施の形態６におけるセンサデバイス５００では、流路５０４の特定の領域５１８にアナライト８を含む凝集体１１をトラップすることができるので、領域５１８における誘電率が他の領域と比べて大きく変化する。これにより、流路５０４の領域５１８ａ、５１８ｂに接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）と、流路５０４の領域５１８ａ、５１８ｂ以外に接する金属層２の領域から上方へ伝搬していく電磁波の状態（例えば可視光の色）とが変化するので、家庭においてもユーザが容易にアナライトの存在を確認できる。つまり、センサデバイス５００は、凝集体１１をトラップせずに流路中に均一に凝集体１１が分布しているセンサデバイスと比較してアナライトの検出感度が高くなる。
　（実施の形態７）
　図２１Ａと図２１Ｂはそれぞれ実施の形態７におけるセンサデバイス７００の断面図と下面斜視図である。実施の形態７におけるセンサデバイス７００は、ＡＴＲ（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ　Ｔｏｔａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）型のセンサデバイスである。
　センサデバイス７００は、プリズム７０１と、プリズム７０１の下面に配置された絶縁層７０３と、絶縁層７０３の下面に設けられた金属層７０２とを有する。絶縁層７０３は所定の誘電率を有し、平坦な下面を有する。
　センサデバイス７００の絶縁層７０３はガラスなどの透明な絶縁体で構成されている。絶縁層７０３の下面には溝形状の流路７０４が形成されている。流路７０４は側面７０３Ｃと、側面７０３Ｄと、金属層７０２の下面７０２Ｂの３つの面から構成されている。金属層７０２は絶縁層７０３の下面７０３Ｂの少なくとも一部の領域に設けられている。側面７０３Ｃは流路７０４の第１の側面を構成する。側面７０３Ｄは流路７０４の第２の側面を構成する。金属層７０２の下面７０２Ｂは流路７０４の上面を構成する。
　流路７０４は、試料を投入する投入領域７１５と、試料を排出する排出領域７１６と、投入領域７１５と排出領域７１６との間に設けられた特定の領域７１８を有している。領域７１８には投入された試料が流れ、試料中のアナライトを含んだ凝集体をトラップする凝集体トラップ部として機能する。流路７０４内には、その表面にアナライトが特異的結合し凝集体を生成する複数のアクセプタを固定した担体が物理的に吸着されている。図２１Ａに示すセンサデバイス７００は、使用時には上下を逆転して使用される。
　投入領域７１５から投入された試料は、投入時にユーザがスポイドなどにより試料を押し出すことにより、投入領域７１５から排出領域７１６へ向けて流れる。流路７０４に配置された担体に試料中のアナライトが特異的結合し、凝集体を形成して領域７１８においてトラップされる。領域７１８は、実施の形態１、２、４、５、６におけるセンサデバイスの特定の領域１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８ａ、５１８ｂのいずれかと同様に構成可能である。
　金属層７０２と絶縁層７０３との界面には、電子の疎密波である表面プラズモン波が存在している。プリズム７０１側の上方には光源７０５が配置され、光源７０５からプリズム７０１へＰ偏光された光を全反射条件で入射する。このとき、金属層７０２と絶縁層７０３との表面にはエバネセント波が生じている。金属層７０２において全反射された光は、検波部７０６において受光され、光の強度が検出される。
　ここで、エバネセント波と表面プラズモン波との波数が一致する波数整合条件が満たされると、光源７０５から供給される光のエネルギーは表面プラズモン波の励起に利用され、反射光の強度が減少する。波数整合条件は、光源７０５から供給される光の入射角に依存する。したがって、入射角を変化させて検波部７０６で反射光強度を検出すると、ある入射角において、反射光の強度が減少する。
　反射光の強度が最小となる角度である共鳴角は、絶縁層７０３の誘電率に依存している。試料中の被測定物質であるアナライトとアクセプタとが特異的に結合して生成された特異的結合物が絶縁層７０３の上面に構成されると、絶縁層７０３の誘電率が変化し、これに応じて、共鳴角が変化する。したがって、共鳴角の変化をモニタリングすることにより、アナライトとアクセプタとの特異的結合反応の結合の強さや結合の速さなどを検知することが可能となる。
　実施の形態７におけるセンサデバイス７００では、流路７０４の特定の領域７１８にアナライトを含む凝集体をトラップすることができるので、領域７１８における誘電率が他の領域と比べて大きく変化する。これにより、センサデバイス７００は、凝集体をトラップせずに流路中に均一に凝集体が分布している図２２に示す従来のセンサデバイス６００等のセンサデバイスと比較してアナライトの検出感度が高くなる。
　以上説明したように、本発明のセンサデバイスは、流路内の特定の領域にアクセプタを含んだ凝集体をトラップすることにより、アクセプタをその領域に偏在させることができる。従って、流路内の特定領域における誘電率が他の領域と比べて大きく変化し、試料中のアクセプタを感度よく検出することが可能となる。
　なお、実施の形態１～７において、金属層とは面状の層のみを指しておらず、細かい金属粒子が一面に敷き詰められた状態をも指している。
　また、図２Ａ、図４Ａ、図４Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９、図１１等に示すセンサデバイスでは、担体やアクセプタは金属層２の下面２Ｂだけに配置したが、これに限る必要はなく、金属層３の上面３Ａにだけ配置しても、金属層２、３の面２Ｂ、３Ａの両方に配置しても同様の効果が得られる。
　以上の実施の形態において、「上面」「下面」「上方」「下方」等の方向を示す用語は、流路や金属層等のセンサデバイスの構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
　本発明におけるセンサデバイスは、検出感度が高く、小型で簡易な構造を有するので、小型で低コストのバイオセンサ等に利用する事ができる。
１，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００　　センサデバイス
２，３，１０２，１０３，２０２，２０３，６０２，７０２　　金属層
４，１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，７０４　　流路
７，７ａ，７ｂ，６０４　　アクセプタ
８　　アナライト
９　　非特異的検体
１０，１０ａ，１０ｂ　　担体
１１　　凝集体
１５，１１５，２１５，７１５　　投入領域
１６，１１６，２１６，７１６　　排出領域
１８，１１８，２１８，３１８，４１８，５１８ａ，５１８ｂ，７１８　　領域（凝集体トラップ部）
２１，２２，１１１，１１２，３１１，３１２，４１１，４１２，５１１，５１２　　側壁部
２３　　フィルター
２４　　注入口
２５，２６　　貯留部
３１ａ，３１ｂ　　超音波発生源
３２　　ヒータ（加熱源）
３３ａ，３３ｂ　　磁界発生源
６１　　媒質
６２　　試料
９１，９３　　電磁波
９２　　電磁波源
２０４ｂ　　流路（第１の流路）
２０４ｃ　　流路（第２の流路）
３１３，３１３ａ，３１３ｂ　　ピラー

Claims (18)

  1. アナライトを検出するように構成されたセンサデバイスであって、
    上方より電磁波が入射されるように構成された上面と、下面と、第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とに囲まれて、前記試料が流れるように構成されて、担体が配置されるように構成された流路と、
    前記流路の前記上面および前記下面の少なくとも一方の少なくとも一部に設けられた金属層と、
    を備え、
    前記担体の表面には前記アナライトと特異的結合して凝集体を生成する複数のアクセプタが固定されるように構成されており、
    前記流路は、前記アナライトが偏在するように構成された凝集体トラップ部を有する、センサデバイス。
  2. アナライトを検出するように構成されたセンサデバイスであって、
    上方より電磁波が入射されるように構成された上面と、第１の側面と、前記第１の側面に対向する第２の側面とに囲まれて、前記試料が流れるように構成されて、担体が配置されるように構成された流路と、
    前記流路の前記上面の少なくとも一部領域に設けられた金属層と、
    を備え、
    前記担体の表面には前記アナライトと特異的結合し凝集体を生成する複数のアクセプタが固定されるように構成されており、
    前記流路は、前記アナライトが偏在するように構成された凝集体トラップ部を有する、センサデバイス。
  3. 前記担体は前記流路内に物理吸着固定されている、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
  4. 前記流路は前記凝集体トラップ部と異なる別の領域を有し、
    前記担体の前記流路の前記凝集体トラップ部での存在密度は、前記流路の前記別の領域での存在密度よりも高い、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
  5. 前記アクセプタは、前記流路内の前記凝集体トラップ部における前記金属層の表面に化学吸着固定されるように構成されている、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
  6. 前記凝集体の径は前記担体の径より大きく、
    前記凝集体トラップ部は、前記担体を通過させて前記凝集体は通過させない、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
  7. 前記流路は、前記試料が投入されて前記凝集体トラップ部を流れるように構成された投入領域と、前記凝集体トラップ部を流れた前記試料が排出されるように構成された排出領域とをさらに有し、
    前記流路の前記第１の側面と前記第２の側面の間隔が前記投入領域から前記排出領域へ向けて小さくなり、
    前記排出領域での前記第１の側面と前記第２の側面の間隔は前記担体の前記径より大きくかつ前記凝集体の前記径より小さい、請求項６に記載のセンサデバイス。
  8. 前記凝集体トラップ部は、前記流路内に配置された複数のピラーを有し、
    前記複数のピラーのうちの互いに隣りあう２つのピラーの間隙は前記担体の前記径よりも大きくかつ前記凝集体の前記径より小さい、請求項６に記載のセンサデバイス。
  9. 前記凝集体トラップ部は、前記流路内に配置された網目構造体を有し、
    前記網目構造体の網目の最小径は前記担体の前記径より大きくかつ前記凝集体の前記径より小さい、請求項６に記載のセンサデバイス。
  10. 前記網目構造体はＳｉＯ２ナノファイバの繊維状物質からなる、請求項９に記載のセンサデバイス。
  11. 前記流路は、前記試料が投入されて前記凝集体トラップ部を流れるように構成された投入領域と、前記凝集体トラップ部を流れた前記試料が排出されるように構成された排出領域とをさらに有し、
    前記流路は、前記凝集体トラップ部から前記投入領域側に設けられた第１の流路と、前記凝集体トラップ部から前記排出領域側に設けられた第２の流路とをさらに有し、
    前記凝集体の径は前記担体の径より大きく、
    前記第１の流路における前記上面と前記下面の間隔は前記凝集体の前記径よりも大きく、
    前記第２の流路における前記上面と前記下面の間隔は前記担体の径よりも大きくかつ前記凝集体の前記径より小さい、請求項１に記載のセンサデバイス。
  12. 前記第１の流路の前記上面と前記下面との間隔Ｄ１および前記第２の流路の前記上面と前記下面との間隔Ｄ２は、整数ｍ１、ｍ２と、電磁波の真空中での波長λと、前記流路内の屈折率ｎと前記電磁波の入射角θとで表される以下の関係（ａ）（ｂ）、
    （ａ）（ｍ１＋１／２）×λ＝２×ｎ×Ｄ１×ｃｏｓθ、かつ、（ｍ２＋１／２）×λ＝２×ｎ×Ｄ２×ｃｏｓθ、
    （ｂ）ｍ１×λ＝２×ｎ×Ｄ１×ｃｏｓθ、かつ、ｍ２×λ＝２×ｎ×Ｄ２×ｃｏｓθ
    のうちの一方を満たす、請求項１１に記載のセンサデバイス。
  13. 前記流路の前記第１の側面及び前記第２の側面の少なくとも一方が凹部を有するように蛇行して形成されており、
    前記凝集体トラップ部が前記凹部である請求項１に記載のセンサデバイス。
  14. 前記流路は、前記凝集体トラップ部を流れた試料が排出されるように構成された排出領域をさらに有し、
    前記排出領域の近傍に設けられて前記試料を吸収するように構成された吸収体をさらに備えた、請求項１に記載のセンサデバイス。
  15. 前記流路内に超音波を印加する超音波発生源をさらに備えた、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
  16. 前記流路内を加熱する加熱源をさらに備えた、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
  17. 前記担体は磁性体であり、
    前記流路内に磁界が印加されるように構成されている、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
  18. 前記電磁波は、可視光帯を含む光である、請求項１または２に記載のセンサデバイス。
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