(57)【要約】      （修正有）【課題】温度特性を向上させることで、測定精度を高くするセンサ素子およびセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ素子３は、素子基板１０と、素子基板の上面に位置している反応部１３と、少なくとも第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆う保護膜２８と、を備える。素子基板は、水晶からなり、オイラー角が（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）である。保護膜の、第１ＩＤＴ電極および第２ＩＤＴ電極を覆う部分の厚みｔｃ（表面弾性波の波長λ（μｍ）で規格化された厚み）は０＜ｔｃ≦０．１７λである。【選択図】図７
2020060588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に含まれる検出対象を検出するためのセンサ素子であって、
オイラー角が（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）である水晶基板と、
前記水晶基板の上面に位置している検出部であって、
前記検出対象と反応する反応部、
前記反応部に向かって伝搬する表面弾性波を発生させる第１ＩＤＴ電極、および、
前記反応部を通過した前記表面弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極、を有する検出部と、
少なくとも前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極を覆っており、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極を覆っている部分の厚みｔｃ（前記表面弾性波の波長λ（μｍ）で規格化された厚み）が０＜ｔｃ≦０．１７λである保護膜と、を備えるセンサ素子。
【請求項２】
前記保護膜は、圧縮応力を有している、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記保護膜は、ＳｉＯ２を含む、請求項１または２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記保護膜は、少なくとも一部が前記水晶基板の上面に位置している、請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記保護膜は、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極と接している、請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項６】
前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極は、それぞれ複数の電極指を有し、
前記保護膜は、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極の前記複数の電極指の表面と、前記複数の電極指の間に位置する前記水晶基板の表面とに接している、請求項５記載のセンサ素子。
【請求項７】
前記保護膜は、前記反応部を覆っていない、請求項１〜６のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項８】
前記保護膜は、前記第１ＩＤＴ電極から前記第２ＩＤＴ電極まで連続して覆っている、請求項１〜６のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項９】
前記反応部は、前記保護膜を介して前記水晶基板の上面に位置している、請求項１〜６、８のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１０】
前記反応部は、前記検出対象と反応可能な反応物質および前記反応物質と結合可能な固定化膜を有する、請求項１〜９のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１１】
前記反応物質は、前記固定化膜を介して前記水晶基板に結合している、請求項１０に記載のセンサ素子。
【請求項１２】
前記固定化膜の厚みｔｆが０．００７λ≦ｔｆである、請求項１０または１１に記載のセンサ素子。
【請求項１３】
前記水晶基板の厚みｔｂが０．３５ｍｍ≦ｔｂ≦０．５５ｍｍである、請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１４】
前記検出部は、前記第１ＩＤＴ電極を基準にして前記反応部とは反対側に位置している第１反射器、および、前記第２ＩＤＴ電極を基準にして前記反応部とは反対側に位置している第２反射器をさらに有し、
前記保護膜は、前記第１反射器および前記第２反射器をさらに覆っており、前記第１反射器および前記第２反射器を覆っている部分の厚みｔｒが０＜ｔｒ≦０．０５λである、請求項１〜１３のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１５】
前記保護膜は、前記厚みｔｃが０＜ｔｃ≦０．０５λである、請求項１４に記載のセンサ素子。
【請求項１６】
前記水晶基板は、オイラー角が（φ＝０°，１１０．０°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）である、請求項１〜１５のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１つに記載のセンサ素子と、
前記検出対象を含む前記試料を前記センサ素子の前記検出部に供給する供給部と、
前記センサ素子から出力される電気信号に基づいて前記検出対象を検出する信号処理部と、を備える、センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子およびセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
抗体を表面に結合させ、表面弾性波を用いて、検体液中の検出対象を検出することで検体液の性質あるいは成分を測定する弾性波センサ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。センサ素子が備えられるセンサ装置は、小型で簡単な構成であって、様々な環境での使用にも耐え得るように構成されることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１０８６０８号
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一実施形態に係るセンサ素子は、試料に含まれる検出対象を検出するためのセンサ素子である。センサ素子は、オイラー角が（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）である水晶基板と、前記水晶基板の上面に位置している検出部と、保護膜とを備える。検出部は、前記検出対象と反応する反応部、前記反応部に向かって伝搬する表面弾性波を発生させる第１ＩＤＴ電極、および、前記反応部を通過した前記表面弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極、を有する。保護膜は、少なくとも前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極を覆っている。前記保護膜の、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極を覆っている部分の厚みｔｃ（前記表面弾性波の波長λ（μｍ）で規格化された厚み）は、０＜ｔｃ≦０．１７λである。
【０００５】
本発明の一実施形態に係るセンサ装置は、上記のセンサ素子であって、前記反応物質が前記固定化膜を介して前記水晶基板に結合しているセンサ素子と、前記検出対象を含む前記試料を前記センサ素子の検出部に供給する供給部と、前記センサ素子から出力される電気信号に基づいて前記検出対象を検出する信号処理部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
【図１】第１実施形態のセンサ装置の電気的構成を示す概略図である。
【図２】センサ装置本体を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は長さ方向の断面図、（ｃ）は幅方向の断面図である。
【図３】センサ装置本体の分解平面図である。
【図４】センサ装置本体の製造工程を示す平面図である。
【図５】センサ装置本体のセンサ素子を示す平面図である。
【図６】センサ装置本体のセンサ素子周辺部分を示す断面図である。
【図７】センサ素子を示す断面図である。
【図８】第２実施形態のセンサ素子を示す平面図である。
【図９】第３実施形態のセンサ素子を示す断面図である。
【図１０】センサ素子の製造工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
家庭内や薬局等の病院以外の施設でも容易かつ高速に血液検査等を行うことができれば、病気の早期発見、早期治療に有効である。そのような場合、検査装置は、小型で簡単な構成であって、様々な環境での使用にも耐え得るように構成されることが望ましい。従来のセンサ素子では、例えば、素子周辺の温度が変化すると特性が変化してしまい、高い測定精度を得ることが困難である。
【０００８】
本発明の実施形態に係るセンサ素子によれば、特定のオイラー角を有する水晶基板と、特定の厚みを有する保護膜と、を備えることにより、温度変化による表面弾性波の位相変動を抑制することができる。
【０００９】
また本発明の実施形態に係るセンサ装置によれば、上記のようなセンサ素子を備えることにより、小型で簡単な構成で高精度な測定が可能となる。
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係るセンサ素子およびセンサ装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する各図面において同じ構成部材には同じ符号を付すものとする。また、図面においては、各部材の大きさや部材同士の間の距離などは模式的に表したものであり、現実のものとは異なる場合がある。
【００１１】
＜第１実施形態＞
本発明の実施形態に係るセンサ装置は、センサ素子と、検出対象を含む試料をセンサ素子に供給する供給部と、センサ素子から出力される電気信号に基づいて検出対象を検出する信号処理部と、を備える。
【００１２】
図１は、本実施形態のセンサ装置１００の電気的構成を示す概略ブロック図である。センサ装置１００は、信号発生器ＳＧ、センサ素子３を含むセンサ装置本体１０１、計算部１４０および計測部１５０を有する。
【００１３】
信号発生器ＳＧは、周波数ｆの信号を発生し、発生した信号をセンサ素子３へと出力する。詳細は後述するが、センサ素子３は、検出対象を検出するための検出部３０とリファレンス部３０Ｒとを有しており、信号発生器ＳＧから出力された信号は、検出部３０とリファレンス部３０Ｒとにそれぞれ入力される。
【００１４】
センサ素子３に検出対象を含む試料が供給された状態で、検出部３０とリファレンス部３０Ｒとに信号発生器ＳＧから出力された信号が入力されると、検出対象に応じて検出部３０およびリファレンス部３０Ｒから検出信号が出力される。
【００１５】
計算部１４０は、センサ素子３から出力された検出信号から、例えばヘテロダイン方式等の予め定める算出方式によって検出電圧を算出する。計測部１５０は、計算部１４０によって算出された検出電圧に基づいて、試料に含まれる検出対象の有無または含有量などを検出する。
【００１６】
本実施形態では、計算部１４０および計測部１５０が信号処理部を構成する。なお、信号処理部は、計算部１４０および計測部１５０によって構成されるものには限定されず、センサ素子から出力される電気信号に基づいて検出対象を検出するものであればどのような構成であってもよい。
【００１７】
次にセンサ装置本体１０１について、図２〜図４を用いて説明し、本実施形態に係るセンサ素子３について、図５〜図７を用いて説明する。センサ装置本体１０１は、センサ素子３と、検出対象を含む試料をセンサ素子３に供給する供給部と、を含んで構成される。
【００１８】
本実施形態のセンサ装置本体１０１は、図２に示すように、主に、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａ、第２カバー部材２およびセンサ素子３を備える。
【００１９】
具体的には、センサ装置本体１０１は、図２（ｂ）に示すように、試料である検体液が流入する流入部１４と、流入部１４と連続しており且つ中間カバー部材１Ａと第２カバー部材２とで囲まれ少なくとも反応部１３まで延びている流路１５とを備えている。本実施形態において、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２の幅は、センサ素子３の幅よりも大きい。これにより、検体液がセンサ素子３の表面全体を効果的に覆うように流すことが可能となる。
【００２０】
図２（ｃ）は、図２（ａ）の断面図を示すものであり、上から順に、ａ−ａ線で切断した断面、ｂ−ｂ線で切断した断面、ｃ−ｃ線で切断した断面を示す。流入部１４は、第２カバー部材２を厚み方向に貫通するように形成されている。
【００２１】
（第１カバー部材１）
第１カバー部材１は、図２（ａ）、図２（ｂ）および図３（ａ）に示すように平板状である。厚みは、例えば０．１ｍｍ〜１．５ｍｍである。第１カバー部材１の平面形状は概ね長方形状である。第１カバー部材１の長さ方向の長さは、例えば１ｃｍ〜８ｃｍであり、幅方向の長さは、例えば１ｃｍ〜３ｃｍである。
【００２２】
第１カバー部材１の材料としては、例えば、ガラスエポキシ、紙、プラスチック、セルロイド、セラミックス、不織布、ガラスなどを用いることができる。必要な強度とコストとを兼ね備える観点からはプラスチックを用いればよい。
【００２３】
また、第１カバー部材１の上面には、図３（ａ）に示すように、端子６および端子６からセンサ素子３の近傍まで引き回された配線７が形成されている。
【００２４】
端子６は、第１カバー部材１の上面において、センサ素子３に対して幅方向に両側に形成されている。具体的には、センサ素子３に対する端子６のうち少なくとも一部は、センサ素子３の流入部１４側の端部よりも流入部１４側に配置されている。また、流路１５の長手方向を基準にしてセンサ素子３の一方側に配列している４つの端子６において、外側の２つの端子６に接続される配線７の長さが互いに略同一であり、また、内側の２つの端子６に接続される配線７の長さが互いに略同一である。これによれば、センサ素子３で得られる信号が配線７の長さによってばらつくことを抑制することが可能となる。この場合において、例えば、図６に示す第１ＩＤＴ電極１１に、配線７および第１引出し電極１９などを介して信号発生器ＳＧから電気信号が入力される際に、一方の略同一の長さの配線７をグランド（接地）配線とし、他方の略同一の長さの配線７を信号配線とし、これらの配線間で電位差が発生するように接続される構成とすれば、信号のばらつきを抑制することが可能となり、検出の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２５】
センサ装置本体１０１のセンサ素子３と計算部１４０とを接続する際には、信号発生器ＳＧと接続された端子６とは、センサ素子３を挟んで反対側に設けられた端子６と計算部１４０とが電気的に接続される。また、端子６とセンサ素子３とは、配線７などを介して電気的に接続されている。
【００２６】
試料測定時には、信号発生器ＳＧからの信号が端子６を介してセンサ装置本体１０１のセンサ素子３に入力されるとともに、センサ素子３からの信号が端子６を介して計算部１４０に出力されることとなる。
【００２７】
（中間カバー部材１Ａ）
本実施形態において、図２（ｂ）に示すように、中間カバー部材１Ａが、第１カバー部材１の上面に、センサ素子３と並んで位置している。また、図２（ａ）および図４（ｃ）に示すように、中間カバー部材１Ａとセンサ素子３とは間隙を介して位置している。なお、中間カバー部材１Ａとセンサ素子３とはそれぞれの側部同士が接するように配置してもよい。
【００２８】
中間カバー部材１Ａは、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、平板状の板に凹部形成部位４を有する平板枠状であり、その厚みは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。
【００２９】
本実施形態において、凹部形成部位４は、図２（ｂ）に示すように、中間カバー部材１Ａの第１上流部１Ａａよりも下流側に位置している部位である。中間カバー部材１Ａを、平板状の第１カバー部材１と接合することによって、第１カバー部材１および中間カバー部材１Ａによって素子配置部５が形成されることとなる。すなわち、凹部形成部位４の内側に位置する第１カバー部材１の上面が素子配置部５の底面となり、凹部形成部位４の内壁が素子配置部５の内壁となる。
【００３０】
図２および図４に示すように、センサ素子３よりも下流において、第１カバー部材１の上に、中間カバー部材１Ａは存在しない。これにより、中間カバー部材１Ａのうち第１上流部１Ａａよりも下流側における気泡の発生を抑制あるいは低減することが可能となる。その結果、検体液を、気泡を含むことなくセンサ素子３上に液体状で到達させることが可能となり、検出の感度あるいは精度を向上させることが可能となる。
【００３１】
中間カバー部材１Ａの材料としては、例えば、樹脂（プラスチックを含む）、紙、不織布、ガラスを用いることができる。より具体的には、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることができる。なお、第１カバー部材１の材料と中間カバー部材１Ａの材料とを同一としてもよく、異なるようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態において、中間カバー部材１Ａは、第１上流部１Ａａを有しており、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、上面視において、センサ素子３は、第１上流部１Ａａよりも下流に位置している。これによれば、流路１５のうち第１上流部１Ａａを通ってセンサ素子３上を流れる検体液は、測定に必要な量を超える量が下流側に流れていくことから、センサ素子３に適切な量の検体液を供給することが可能となる。
【００３３】
（第２カバー部材２）
第２カバー部材２は、図２（ｂ）および図４（ｅ）に示すように、センサ素子３を覆うとともに、第１カバー部材１および中間カバー部材１Ａに接合されている。ここで、第２カバー部材２は、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、第３基板２ａと第４基板２ｂとを有する。
【００３４】
第２カバー部材２の材料としては、例えば、樹脂（プラスチックを含む）、紙、不織布、ガラスを用いることができる。より具体的には、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることができる。なお、第１カバー部材１の材料と第２カバー部材２の材料とを同一としてもよい。これによって、互いの熱膨張係数の差に起因する変形を抑制することが可能となる。なお、第２カバー部材２は、中間カバー部材１Ａにのみ接合される構成、あるいは第１カバー部材１および中間カバー部材１Ａの双方に接合される構成にしてもよい。
【００３５】
第３基板２ａは、図２（ｃ）、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、中間カバー部材１Ａの上面に貼り合わされている。第３基板２ａは平板状であり、その厚みは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。第４基板２ｂは、第３基板２ａの上面に貼り合わされている。第４基板２ｂは、平板状であり、その厚みは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。そして、第４基板２ｂが第３基板２ａと接合されることによって、図２（ｂ）に示すように、第４基板２ｂの下方に流路１５が形成されることとなる。流路１５は、流入部１４から少なくともセンサ素子３上の反応部１３の直上領域まで延びており、断面形状は、例えば矩形状である。なお、第３基板２ａと第４基板２ｂとを同一材料としてもよく、両者が一体化されたものを用いてもよい。
【００３６】
本実施形態において、流路１５の下流側端部は、図２（ｂ）に示すように、中間カバー部材１Ａおよび第３基板２ａが存在せず、第４基板２ｂと第１カバー部材１との隙間が排気孔１８として機能する。排気孔１８は、流路１５内の空気などを外部に放出するためのものである。排気孔１８の開口の形状は、円形状または矩形状など、流路１５内の空気を抜くことができればどのような形状であってもよい。例えば、開口が円形状の排気孔１８の場合にはその直径を２ｍｍ以下となるようにし、矩形からなる排気孔１８の場合にはその１辺が２ｍｍ以下となるようにしている。
【００３７】
なお、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２は、すべて同じ材料によって形成することもできる。それによれば、各部材の熱膨張係数をほぼ揃えることができるため、部材ごとの熱膨張係数の差に起因するセンサ装置本体１０１の変形が抑制される。また、反応部１３には生体材料が塗布されることがあるが、その中には紫外線などの外部の光によって変質しやすいものもある。その場合は、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２の材料として、遮光性を有する不透明なものを用いるとよい。一方、反応部１３の外部の光による変質がほとんど起こらない場合は、流路１５を構成する第２カバー部材２を透明に近い材料によって形成してもよい。この場合は、流路１５内を流れる検体液の様子を視認することができるため、光による検出方式と組み合わせて用いることも可能となる。
【００３８】
（センサ素子３）
本実施形態に係るセンサ素子３について、図５〜図７を用いて説明する。
【００３９】
図５は、センサ素子３を示す平面図である。図６は、センサ装置本体１０１のセンサ素子３周辺部分を示す断面図であり、図７は、センサ素子３を示す断面図である。
【００４０】
センサ素子３は、概略として、第１カバー部材１の上面に位置している素子基板１０、素子基板１０の、第１カバー部材１とは反対側の面である上面１０ａに位置しており且つ検体液に含まれる検出対象の検出を行なう少なくとも１つの検出部３０を有する。上面１０ａに位置するとは、上面１０ａに接触して直接的に配置されていることに限らず、他の部材などが間に介在して上面１０ａに間接的に配置されていることも含んでいる。以降の記載においても同様である。
【００４１】
具体的には、本実施形態のセンサ素子３は、素子基板１０と、素子基板１０の上面１０ａに位置している、検出対象と反応する反応部１３と、反応部１３に向かって伝搬する弾性波を発生させる第１ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）電極１１、および反応部１３を通過した弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極１２を有する検出部３０と、少なくとも第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆う保護膜２８と、を備えている。なお、センサ素子３は、リファレンス部３０Ｒをさらに有していてもよい。リファレンス部３０Ｒは、金属膜１３Ｒと、金属膜１３Ｒに向かって伝搬する弾性波を発生させる第１ＩＤＴ電極１１、および金属膜１３Ｒを通過した弾性波を受信する第２ＩＤＴ電極１２を有するようにすればよい。その場合、保護膜２８は、少なくともリファレンス部３０Ｒの第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２も覆っていてもよい。なお、リファレンス部３０Ｒにおいて金属膜１３Ｒは必須ではない。
【００４２】
なお、素子基板１０の上面１０ａには、第１ＩＤＴ電極１１、反応部１３、金属膜１３Ｒおよび第２ＩＤＴ電極１２に加えて、第１引出し電極１９および第２引出し電極２０などが設けられている。
【００４３】
（素子基板１０）
素子基板１０は、水晶からなる水晶基板であり、オイラー角を（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）に設定すればよく、より具体的にはオイラー角を（φ＝０°，１１０．０°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）に設定すればよい。素子基板１０の平面形状および各種寸法は適宜設定すればよい。素子基板１０の厚みｔｂは、例えば０．３ｍｍ≦ｔｂ≦１ｍｍであればよく、より具体的には０．３５ｍｍ≦ｔｂ≦０．５５ｍｍとすればよい。
【００４４】
本実施形態において、素子基板１０のうち固定化膜１３ａが位置している領域の表面粗さよりも、固定化膜１３ａの上面の表面粗さの方が大きく設定されている。これによれば、例えば素子基板１０の表面に、後述するアプタマーや抗体を固定化するのに対して、固定化膜１３ａの表面へのアプタマーや抗体の結合性・付着性を高くすることができ、高密度の固定化が可能となる。その結果として、検出対象の検出感度を向上させることが可能となる。
【００４５】
（ＩＤＴ電極１１、１２）
図５，７に示すように、第１ＩＤＴ電極１１は、１対の櫛歯電極を有する。各櫛歯電極は、互いに対向する２本のバスバーおよび一方のバスバーから他方のバスバーへと延びる複数の電極指１１ａ〜１１ｅ（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ）を有している。そして、１対の櫛歯電極は、複数の電極指１１ａ〜１１ｅが互いに噛み合うように配置されている。第２ＩＤＴ電極１２も、第１ＩＤＴ電極１１と同様に構成されている。第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２は、トランスバーサル型のＩＤＴ電極を構成している。
【００４６】
第１ＩＤＴ電極１１は、信号発生器ＳＧから入力された信号に応じて表面弾性波（SAW：Surface Acoustic Wave）を発生させるためのものであり、第２ＩＤＴ電極１２は、第１ＩＤＴ電極１１で発生したＳＡＷを受信し、受信したＳＡＷに基づく信号を計算部１４０に出力するためのものである。第１ＩＤＴ電極１１で発生したＳＡＷを第２ＩＤＴ電極１２が受信できるように、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２とは同一直線上に配置されている。第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の電極指の本数、隣接する電極指同士の距離、ならびに電極指の交差幅などをパラメータとしてＳＡＷの周波数特性を設計することができる。
【００４７】
ＩＤＴ電極によって励振されるＳＡＷとしては、種々の振動モードのものが存在するが、本実施形態に係るセンサ素子３においては、例えばＳＨ波とよばれる横波の振動モードを利用している。ＳＡＷの周波数は、例えば数メガヘルツ（ＭＨｚ）から数ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲内において設定可能である。中でも、数百ＭＨｚから２ＧＨｚとすれば、実用的であり、かつセンサ素子３の小型化ひいてはセンサ装置本体１０１の小型化を実現することができる。本実施形態では、ＳＡＷの中心周波数を数百ＭＨｚとした場合を例にとって、所定の構成要素の厚みおよび長さを記載する。
【００４８】
第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２は、例えば金の薄膜層などからなる単層構造としてもよく、素子基板１０側からチタン層、金層およびチタン層の三層構造、あるいはクロム層、金層およびクロム層の三層構造などの複数層構造としてもよい。
【００４９】
第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の厚みは、例えば０．００５λ〜０．０１５λの範囲で設定すればよい。なお、λで表される厚みは、表面弾性波の波長λ（μｍ）で規格化された厚みである。以降の記載において、λを用いて表される厚みは、全て規格化された厚みを示す。
【００５０】
なお、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２のＳＡＷの伝搬方向（幅方向）における外側に、ＳＡＷの反射抑制のための弾性部材を設けてもよい。
【００５１】
（保護膜２８）
本実施形態では、保護膜２８は、素子基板１０の上面１０ａに位置しており、少なくとも第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２、すなわち素子基板１０の上面１０ａの一部を覆っている。本実施形態では、図７に示すように、保護膜２８が、第１ＩＤＴ電極１１から第２ＩＤＴ電極１２まで連続して覆うようにしてもよい。その際、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間に位置する素子基板１０の表面も覆うようにしてもよい。
【００５２】
保護膜２８の厚み、すなわち第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆う部分の厚みｔｃが０＜ｔｃ≦０．１７λであればよく、より具体的には０＜ｔｃ≦０．０５λですればよい。本実施形態では、保護膜２８の厚みは、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆う部分と、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間の領域を覆う部分とで同じである。ここで、保護膜２８の厚みは、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っていない部位で測定すればよいが、それ以外の部位での測定は排除されない。
【００５３】
図７に示すように、保護膜２８の厚みは、第１ＩＤＴ電極１１の厚みおよび第２ＩＤＴ電極１２の厚みより大きくしてもよい。これによって、検体液が第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２に接触することを抑制することができ、ＩＤＴ電極の酸化などによる腐食を低減することが可能となる。保護膜２８の材料としては、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、窒化珪素またはシリコンが挙げられる。なお、これらの材料は、保護膜２８の中で質量比率が最も多い主成分として用いられればよく、極僅かに不純物として混入などしている場合は材料として判断されないものとする。
【００５４】
図７に示すように、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２はそれぞれ、互いに離れて位置している複数の電極指１１ａ〜１１ｅ，１２ａ〜１２ｅ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ）を有している。保護膜２８は、複数の電極指１１ａ〜１１ｅ，１２ａ〜１２ｅのうち隣接する２つの電極指、例えば電極指１１ａ，１１ｂ、電極指１２ａ，１２ｂの表面（上面および側面）、および、これら２つの電極指１１ａ，１１ｂおよび電極指１２ａ，１２ｂの間に位置している素子基板１０の上面１０ａに連続して位置している。これによれば、ＩＤＴ電極の複数の電極指が露出することなく保護膜２８で覆われているので、検体液によって相互間で短絡を生じることを抑制することが可能となる。保護膜２８は、電極指間で短絡が生じないように各電極指が露出することなく覆っていればよく、また、ＩＤＴ電極で発生するＳＡＷまたは受信するＳＡＷの伝搬に影響が出ない程度であれば、各電極指と保護膜２８との間、素子基板１０の上面１０ａと保護膜２８との間などに間隙を有していてもよい。
【００５５】
なお、保護膜２８の厚みは、第１ＩＤＴ電極１１の厚みおよび第２ＩＤＴ電極１２の厚みより小さくしてもよい。これによれば、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間を伝搬するＳＡＷに対する保護膜２８の影響を低減することができ、ＳＡＷのエネルギーの損失を低減することが可能になる。この場合において、保護膜２８の上面の少なくとも一部が第１ＩＤＴ電極１１の上面および第２ＩＤＴ電極１２の上面よりも低くなるように設定してもよい。
【００５６】
さらに、本実施形態において、保護膜２８が、圧縮応力を有するようにしてもよい。圧縮応力は、例えば、反り測定器またはラマン分光測定によって測定することができる。反り測定器では、保護膜２８が設けられている場合および保護膜２８が設けられていない場合（保護膜２８を取り除いた状態）のそれぞれにおける素子基板１０の反り量に基づいて、保護膜２８の圧縮応力を測定することができる。ラマン分光測定では、保護膜２８が設けられた領域および保護膜２８が設けられていない領域（保護膜２８を取り除いた領域）のそれぞれにおける素子基板１０のラマンスペクトルに基づいて、保護膜２８の圧縮応力を測定することができる。例えば、保護膜２８の圧縮応力が５０Ｍｐａ以上であれば、反応部に液体（例えば、検体液）を載せた際の損失を低減でき、精度良く測定することができる。その他、Ｘ線を用いて、保護膜２８そのものの格子状態に基づいて、保護膜２８の圧縮応力を測定することができる。
【００５７】
（反応部１３）
反応部１３は、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間の領域に設けられている。本実施形態において、保護膜２８は、上述の通り、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っており、反応部１３は、図７に示す通り、保護膜２８の上面であって平面視で第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間に位置している。
【００５８】
本実施形態において、反応部１３は、素子基板１０の上面１０ａに位置する固定化膜１３ａ（例えば金属膜）と、固定化膜１３ａの上面に結合された、検出対象と反応する反応物質とを有する。固定化膜１３ａと反応物質との結合としては、例えば、互いに化学結合している場合、中間物質を介して結合している場合、互いに物理的に付着している場合、などが挙げられる。反応物質は、検出対象に応じて適宜選択すればよく、例えば、検体液中の特定の細胞または生体組織などを検出対象とするときは、核酸やペプチドからなるアプタマーを用いることができ、検体液中の特定の抗原などを検出対象とするときは、抗体を用いることができる。本実施形態において、反応物質と検出対象との反応は、例えば、化学反応または抗原抗体反応などの反応物質と検出対象とが結合するものが挙げられる。また、検出対象と反応物質との相互作用によって、検出対象が反応物質に吸着したりするようなものであってもよい。これらの反応に限らず、反応部１３に検出対象が接触したときに、反応物質が存在することで、検出対象の種類や含有量に応じて表面弾性波の特性を変化させるものであれば、本実施形態の反応物質として反応部１３に用いることができる。反応部１３は、検体液中の検出対象と反応を生じさせるためのものであり、具体的には、検体液が反応部１３に接触すると、検体液中の特定の検出対象がその検出対象に対応するアプタマーと結合する。
【００５９】
本実施形態では、反応部１３は、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間の領域において、保護膜２８を介して素子基板１０の上面１０ａに位置している。すなわち、固定化膜１３ａは、素子基板１０の上面１０ａから保護膜２８の厚み分だけ離れて位置している。反応部１３は、保護膜２８に覆われていないので、検体液と接触することができる。
【００６０】
固定化膜１３ａとしては、例えば、金層からなる単層構造としてもよく、チタン層およびチタン層上に位置する金層の二層構造、あるいは、クロム層およびクロム層上に位置する金層の二層構造などの複数層構造とすることができる。また、固定化膜１３ａの材料は、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２の材料と同一にしてもよい。これによれば、両者を同一工程で形成することが可能となる。なお、固定化膜１３ａの材料は、上述の金属膜に代えて、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２などの酸化膜を用いてもよい。
【００６１】
図５に示す例では、金属膜１３Ｒは、検出部３０によって得られる信号に対するリファレンス信号を出力するためにリファレンス部３０Ｒに備えられる。検出部３０に対して対照性を満足するために、反応部１３から反応物質を除いた固定化膜１３ａと同一の構成とすればよい。金属膜１３Ｒも、反応部１３と同様に第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間の領域において、保護膜２８を介して素子基板１０の上面１０ａに位置している。すなわち、金属膜１３Ｒは、素子基板１０の上面１０ａから保護膜２８の厚み分だけ離れて位置している。金属膜１３Ｒは、保護膜２８に覆われていないので、検体液と接触することができる。
【００６２】
（引出し電極１９、２０）
図５に示すように、第１引出し電極１９は第１ＩＤＴ電極１１と接続されており、第２引出し電極２０は第２ＩＤＴ電極１２と接続されている。第１引出し電極１９は、第１ＩＤＴ電極１１から反応部１３とは反対側に引き出され、第１引出し電極１９の端部１９ｅは第１カバー部材１に設けた配線７と電気的に接続されている。第２引出し電極２０は、第２ＩＤＴ電極１２から反応部１３とは反対側に引き出され、第２引出し電極２０の端部２０ｅは配線７と電気的に接続されている。
【００６３】
第１引出し電極１９および第２引出し電極２０は、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２と同様の材料および構成とすればよく、例えば、金の薄膜層などからなる単層構造としてもよく、素子基板１０側からチタン層、金層およびチタン層の三層構造、あるいはクロム層、金層およびクロム層の三層構造などの複数層構造としてもよい。
【００６４】
本実施形態では、水晶からなる素子基板１０のオイラー角を（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）とするとともに、保護膜２８の、第１ＩＤＴ電極１１および前記第２ＩＤＴ電極１２を覆う部分の厚みｔｃを０＜ｔｃ≦０．１７λとする。素子基板１０のオイラー角と保護膜２８の厚みをこれらの範囲とすることで、温度特性を向上させることができる。
【００６５】
本実施形態において、温度特性は、恒温槽内の温度を１０℃、２５℃、４０℃のそれぞれの温度条件とし、各温度条件における恒温槽内に静置したセンサ素子について、周波数特性を測定し、単位温度変化あたりの周波数変化を計算することによって、周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficients of Frequency）として測定することができる。このＴＣＦが小さいほど温度特性に優れていると判断することができる。ＴＣＦが小さければ小さいほど温度特性に優れている、すなわち温度変化による測定精度の低下を低減することができる。従来のセンサ素子では、例えば、温度特性ＴＣＦが絶対値で７５ｐｐｍ／℃以上（ＴＣＦ≦−７５ｐｐｍ、且つ、７５ｐｐｍ≦ＴＣＦ）程度であり、高い測定精度が求められる医療機器では、温度変化による影響を受けて測定精度の低下を招いてしまうおそれがあった。これに対して、本実施形態のセンサ素子３では、素子基板１０のオイラー角と保護膜２８の厚みを上記の範囲とすることで、温度特性ＴＣＦを±５ｐｐｍ／℃以内（−５ｐｐｍ≦ＴＣＦ≦５ｐｐｍ）にまで向上させることができる。温度特性を向上させることにより、センサ装置１００を使用する環境が、例えば、屋内と屋外など温度が異なる環境であっても、高い測定精度で測定することができる。本実施形態において、高い測定精度とは、例えば、温度変化による影響のみを考慮したときの、センサ素子による検出対象の検出に係る測定値の変動係数（ＣＶ）を用いて判断すればよい。なお、本実施形態において、温度特性ＴＣＦが±５ｐｐｍ／℃以内に限定されるものではなく、従来と比較して優れた測定精度を達成することができればよく、例えば温度特性ＴＣＦが±１５ｐｐｍ／℃以内であってもよい。
【００６６】
（センサ素子３を用いた検出対象の検出）
以上のようなＳＡＷを利用したセンサ素子３において検体液中の検出対象の検出を行なうには、まず、第１ＩＤＴ電極１１に、配線７および第１引出し電極１９などを介して信号発生器ＳＧから信号を入力する。
【００６７】
この信号の入力によって、検出部３０では、素子基板１０の表面のうち第１ＩＤＴ電極１１の形成領域が励振され、所定の周波数を有するＳＡＷが発生する。発生したＳＡＷは、その一部が反応部１３に向かって伝搬し、反応部１３を通過した後、第２ＩＤＴ電極１２に到達する。反応部１３では、反応部１３のアプタマーが検体液中の特定の検出対象と結合し、結合した分だけ反応部１３の重さ（質量）が変化するため、反応部１３を通過するＳＡＷの位相などの特性が変化する。このように特性が変化したＳＡＷが第２ＩＤＴ電極１２に到達すると、それに応じた検出電圧が第２ＩＤＴ電極１２に生じる。リファレンス部３０Ｒを備える場合も同様に、ＳＡＷが伝搬し、金属膜１３Ｒを通過することで、リファレンス電圧が生じる。
【００６８】
このようにして生じた電圧は、第２引出し電極２０、配線７などを介して計算部１４０および計測部１５０に出力され、検体液の性質や成分を調べることができる。
【００６９】
ここで、検体液を反応部１３に誘導するために、センサ装置本体１０１では毛細管現象を利用する。
【００７０】
具体的には、上述のように、流路１５は、図２に示すように、第２カバー部材２が中間カバー部材１Ａに接合されることによって、第２カバー部材２の下面に細長い管状となる。そのため、検体液の種類、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２の材質などを考慮して、流路１５の幅あるいは径などを所定の値に設定することによって、細長い管状の流路１５に毛細管現象を生じさせることができる。流路１５の幅は、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、深さは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。なお、流路１５は、図２（ｂ）に示すように、反応部１３を超えて延びた部分である下流部（延長部）１５ｂを有し、第２カバー部材２には延長部１５ｂにつながった排気孔１８が形成されている。そして、検体液が流路１５内に入ってくると、流路１５内に存在していた空気は排気孔１８から外部へ放出される。
【００７１】
このような毛細管現象を生じる管を、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２を含むカバー部材によって形成すれば、流入部１４に検体液を接触させることによって、検体液が流路１５を流れてセンサ装置本体１０１の内部に吸い込まれていく。このように、センサ装置本体１０１は、それ自体が検体液の吸引機構を備えているため、ピペットなどの器具を使用することなく検体液を反応部１３に誘導することができる。
【００７２】
（流路１５とセンサ素子３との位置関係）
本実施形態において、検体液の流路１５は深さが０．３ｍｍ程度であるのに対し、センサ素子３は厚みが０．３ｍｍ程度であり、図２（ｂ）に示すように、流路１５の深さとセンサ素子３の厚さとがほぼ等しい。そのため、流路１５上にセンサ素子３を第１カバー部材１の上面にそのまま置くと流路１５が塞がれてしまう。そこで、センサ装置本体１０１においては、図２（ｂ）に示すように、センサ素子３が実装される第１カバー部材１と第１カバー部材１上に接合される中間カバー部材１Ａとによって素子配置部５を設けている。この素子配置部５の中にセンサ素子３を収容することによって、検体液の流路１５が塞がれないようにしている。すなわち、素子配置部５の深さをセンサ素子３の厚みと同程度にし、その素子配置部５の中にセンサ素子３を実装することによって、流路１５を確保することができる。
【００７３】
センサ素子３は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシリコーン樹脂などを主成分とするダイボンド材によって、素子配置部５の底面に固定されている。
【００７４】
第１引出し電極１９の端部１９ｅと配線７とは、例えばＡｕなどからなる金属細線２７によって電気的に接続されている。第２引出し電極２０の端部２０ｅと配線７との接続も同様である。なお、第１引出し電極１９および第２引出し電極２０と配線７との接続は、金属細線２７によるものに限らず、例えばＡｇペーストなどの導電性接着材によるものでもよい。第１引出し電極１９および第２引出し電極２０と配線７との接続部分には空隙が設けられているため、第２カバー部材２を第１カバー部材１に貼り合わせた際に、金属細線２７の破損が抑制される。また、第１引出し電極１９、第２引出し電極２０、金属細線２７および配線７は、保護膜２８によって覆われていてもよい。第１引出し電極１９、第２引出し電極２０、金属細線２７および配線７が保護膜２８で覆われていることによって、これらの電極などが腐食することを抑制することができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態に係るセンサ装置本体１０１によれば、センサ素子３を第１カバー部材１の素子配置部５に収容したことによって、流入部１４から反応部１３に至る検体液の流路１５を確保することができ、毛細管現象などによって流入部１４から吸引された検体液を反応部１３まで流すことができる。すなわち、所定の厚みを有するセンサ素子３を用いた場合であっても、センサ装置本体１０１自体に検体液の吸引機構を備えることができるため、検体液をセンサ素子３に効率的に導くことができるセンサ装置本体１０１を提供することができる。
【００７６】
＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態のセンサ素子を示す平面図である。
本発明の第２実施形態に係るセンサ素子３Ａは、上記第１実施形態に係るセンサ素子３の構成に加えて、第１反射器および第２反射器をさらに有しており、保護膜２８は第１反射器および第２反射器を覆っている。保護膜２８の、第１反射器および第２反射器を覆う部分の厚みｔｒは、例えば０＜ｔｒ≦０．０５λに設定すればよい。
【００７７】
（第１反射器１１Ａ、第２反射器１２Ａ）
本実施形態において、検出部３０は、第１反射器１１Ａおよび第２反射器１２Ａをさらに有する。第１反射器１１Ａは、第１ＩＤＴ電極１１を基準にして反応部１３とは反対側に位置している反射器であり、第２反射器１２Ａは、第２ＩＤＴ電極１２を基準にして反応部１３とは反対側に位置している反射器である。リファレンス部３０Ｒにも検出部３０と同様に、第１反射器１１Ａ、第２反射器１２Ａを設けてもよい。
【００７８】
素子基板１０上を伝搬するＳＡＷのうち、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２よりも外方に伝搬したＳＡＷは、測定に使用されずエネルギー損失となる。第１反射器１１Ａおよび第２反射器１２Ａを有することにより、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２よりも外方に伝搬しようとするＳＡＷが反射され、測定に使用されるので、エネルギー損失を低減することができ、耐ノイズ性を向上させ、測定精度を高くすることができる。
【００７９】
また、本実施形態において、第１反射器１１Ａおよび第２反射器１２Ａは、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２と同様に、保護膜２８によって覆われており、第１反射器１１Ａおよび第２反射器１２Ａを覆う部分の厚みｔｒは０＜ｔｒ≦０．０５λである。第１反射器１１Ａおよび第２反射器１２Ａを保護膜２８で覆うことにより、検体液が第１反射器１１Ａおよび第２反射器１２Ａに接触することを抑制することができ、反射器の酸化などによる腐食を低減することが可能となる。
【００８０】
＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態のセンサ素子を示す断面図である。
本発明の第３実施形態に係るセンサ素子３Ｂは、保護膜２８Ａによって覆われる部分が、上記の実施形態とは異なる。
本実施形態において、保護膜２８Ａは、図９に示すように、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っているが、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間の領域の一部を覆っていない。すなわち、素子基板１０の上面１０ａの一部は、保護膜２８Ａによって覆われていない。反応部１３は、保護膜２８Ａによって覆われていない素子基板１０の上面１０ａの部分、すなわち、素子基板１０の上面１０ａであって、第１ＩＤＴ電極１１と第２ＩＤＴ電極１２との間の部分に位置している。保護膜２８Ａは、電極指間で短絡が生じないように各電極指が露出することなく覆っていればよく、また、ＩＤＴ電極で発生するＳＡＷまたは受信するＳＡＷの伝搬に影響が出ない程度であれば、各電極指と保護膜２８Ａとの間、素子基板１０の上面１０ａと保護膜２８Ａとの間などに間隙を有していてもよい。
【００８１】
第１ＩＤＴ電極１１で発生したＳＡＷは、保護膜２８Ａが存在する領域では、保護膜２８Ａの影響を受けつつ伝搬し、保護膜２８Ａが存在しない領域では保護膜２８Ａの影響を受けずに素子基板１０の上面１０ａを伝搬することになる。本実施形態では、反応部１３が、素子基板１０の上面１０ａに直接接触するように位置しており、ＳＡＷは、素子基板１０の上面１０ａの反応部１３に対してより効果的に作用しつつ伝搬する。これにより、エネルギー損失をさらに低減することができ、耐ノイズ性を向上させ、測定精度を高くすることができる。
【００８２】
また、保護膜２８Ａの中央側の端部と、反応部１３のＩＤＴ電極側の端部とは、接触していてもよく、接触せずに間隙が設けられていてもよい。接触させることによって、ＳＡＷの伝搬路における音響的な境界が減り、ＩＤＴ電極１１で発生した振動エネルギーを反応部１３へ効率よく伝搬することができるため、損失を低減することが可能となる。接触せずに間隙を設けることによって、製造上のばらつきによって、保護膜２８Ａの端部の位置が変動しても、反応部１３の露出している長さが変動しないため、感度ばらつきを低減することが可能となる。
【００８３】
＜センサ素子の製造工程＞
本発明の実施形態に係るセンサ装置本体１０１が備えるセンサ素子３の製造工程について説明する。図１０は、センサ素子３の製造工程を示す概略図である。
【００８４】
まずは、水晶からなる素子基板１０を洗浄する。その後、必要に応じて、素子基板１０の下面にＡｌ膜５０をＲＦスパッタリングによって形成する（図１０（ａ））。
【００８５】
次に、素子基板１０の上面１０ａに、電極パターンを形成する。ここでは、電極パターンを形成するための画像反転型のフォトレジストパターン５１を、フォトリソグラフィー法を用いて形成する（図１０（ｂ））。
【００８６】
次に、素子基板１０の上面１０ａのうち、フォトレジストパターン５１が形成された部位と形成されていない部位とに、電子ビーム蒸着機を用いてＴｉ／Ａｕ／Ｔｉの三層構造の金属層５２を成膜する（図１０（ｃ））。
【００８７】
次に、フォトレジストパターン５１を、溶剤を用いてリフトオフし、その後、酸素プラズマによってアッシングを行なうことによって、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３が形成される（図１０（ｄ））。本実施形態において、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３は、一対のＩＤＴ電極１１、１２に加えて、反射器および実装用の引出し電極１９、２０などを含んでいてもよい。一対のＩＤＴ電極１１、１２は、相対向する配置とし、一方が発信器、他方が受信器の機能を有するものである。
【００８８】
次に、素子基板１０の上面１０ａに、例えばＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）−プラズマＣＶＤによって、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの電極パターン５３を覆うように保護膜２８を成膜する（図１０（ｅ））。
【００８９】
次に、保護膜２８の上面に、ポジ型のフォトレジスト５４を形成し、保護膜２８を、ＲＩＥ装置を用いてエッチングすることによって、保護膜２８のパターンを形成する（図１０（ｆ））。具体的には、ポジ型のフォトレジスト５４を、ＩＤＴ電極１１、１２およびＩＤＴ電極１１、１２間の領域を覆っている保護膜２８の部位に形成し、フォトレジスト５４が形成されていない部位を、ＲＩＥ装置を用いてエッチングをした後、溶剤を用いてフォトレジスト５４をリフトオフすることによって、ＩＤＴ電極１１、１２およびＩＤＴ電極１１、１２間の領域を覆うような保護膜２８のパターンが形成される。
【００９０】
保護膜２８の上面に、固定化膜１３ａを形成する。ここでは、固定化膜１３ａを形成するための画像反転型のフォトレジストパターン５４を、フォトリソグラフィー法を用いて形成し、保護膜２８の上面のうち、フォトレジストパターン５４が形成された部位と形成されていない部位とに、電子ビーム蒸着機を用いてＴｉ／Ａｕ／Ｔｉの三層構造の金属層を成膜する（図１０（ｇ））。
【００９１】
次に、フォトレジストパターン５４を、溶剤を用いてリフトオフし、その後、酸素プラズマによってアッシングを行なうことによって、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの固定化膜１３ａが形成される（図１０（ｈ））。
【００９２】
その後、素子基板１０の下面に形成されていたＡｌ膜５０を、フッ硝酸を用いて除去する。固定化膜１３ａの上面に、核酸やペプチドからなるアプタマーを固定化して反応部１３を形成する。
以上のようにして、センサ素子３が形成される。
【００９３】
次に、素子基板１０をダイシングして所定のサイズに分断する（図１０（ｉ））。その後、分断して得られた個々のセンサ素子３を、予め配線が形成された第１カバー部材１に相当するガラスエポキシ実装基板（以下、実装基板と記す。）上に、エポキシ系接着剤５６を用いて裏面固定する。そして、金属細線２７としてＡｕ細線を用いて、センサ素子３上の引出し電極の端部１９ｅ、２０ｅと実装基板上の端子６に繋がっている配線７との間を電気的に接続する（図１０（ｊ））。
【００９４】
その後、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２などを設けて本発明の実施形態に係るセンサ装置本体１０１が形成される。
【００９５】
一方、半導体素子等で構成された信号発生器ＳＧ、計算部１４０および計測部１５０が実装された基板を、センサ装置本体１０１とは別に準備しておき、上記で得られたセンサ装置本体１０１と、各半導体素子とを電気的に接続してセンサ装置１００が形成される。
【００９６】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
例えば、上述した実施形態においては、反応部１３が固定化膜１３ａと固定化膜１３ａの上面に固定化されたアプタマーとからなるものについて説明したが、アプタマーに限らず、検体液中の検出対象と反応し、反応部１３を通過する前後でＳＡＷの特性が変化する反応物質であれば固定化膜１３ａの上面に固定して用いることができる。また、例えば、検体液中の検出対象と固定化膜１３ａとが反応する場合には、アプタマーなどの反応物質を使用せず、固定化膜１３ａだけで反応部１３を構成してもよい。また、固定化膜１３ａとして、金属膜に代えて、導電性を有さない膜を用いることができ、当該膜の上面にアプタマーを固定化してもよい。
【００９７】
また、センサ素子３として、１つの基板上に複数種類のデバイスを混在させても構わない。例えば、ＳＡＷ素子の隣に酵素電極法の酵素電極を設けてもよい。この場合は、抗体やアプタマーを用いた免疫法に加えて酵素法での測定も可能となり、一度に検査できる項目を増やすことができる。
【００９８】
また、上述した実施形態においては、センサ素子３が１個設けられている例について説明したが、センサ素子３を複数個設けてもよい。この場合は、センサ素子３ごとに素子配置部５を設けてもよいし、全てのセンサ素子３を収容できるような長さあるいは幅を有する素子配置部５を形成するようにしてもよい。
【００９９】
また、上述した実施形態においては、第１カバー部材１、中間カバー部材１Ａおよび第２カバー部材２がそれぞれ別部材である例を示したが、これに限らず、いずれかの部材同士が一体化されたものを用いてもよい。また、これら全ての部材同士が一体化されたものを用いてもよい。
【０１００】
また、上述した各実施形態の構成については、互いに組み合わせることができる。例えば、第２実施形態のセンサ素子３Ａの第１反射器および第２反射器を、第３実施形態のセンサ素子３Ｂにも適用することができる。
【実施例】
【０１０１】
（シミュレーションによる検討）
素子基板１０である水晶基板のオイラー角（φ，θ，ψ）と、第１ＩＤＴ電極１１および第２ＩＤＴ電極１２を覆っている部分の保護膜２８の厚みｔｃと、をパラメータとして、前述の周波数温度係数（ＴＣＦ）をシミュレーションにより算出した。本シミュレーションでは、有限要素法(ＦＥＭ)のソフトウェア（Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ社製ＭＡＴＬＡＢ）を用いてＴＣＦを算出した。
【０１０２】
シミュレーションでは、オイラー角（φ，θ，ψ）を（φ＝０°，０°≦θ≦１８０°，０°≦ψ≦９０°）の範囲とし、保護膜厚みｔｃを０≦ｔｃ≦０．２λの範囲とし、各条件におけるＴＣＦを算出したのち、ＴＣＦ［ｐｐｍ／℃］と、ｔｃ［μｍ］およびθ［°］との関係式を導出した。導出した関係式を下記式（１）に示す。
ＴＣＦ＝−１１．１θｔｃ＋３．１θ＋１６１５．１ｔｃ−３９０  （但し、φ＝０°、ψ＝９０°）・・・（１）
式（１）に基づいて、ＴＣＦが±５ｐｐｍ／℃以内となるオイラー角の範囲および保護膜厚みｔｃの範囲を決定した。
【０１０３】
ＴＣＦが±５ｐｐｍ／℃以内となる素子基板のオイラー角範囲は、（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）であり、保護膜厚み範囲は、０＜ｔｃ≦０．１７λであった。
【０１０４】
（実測値による検証）
上記シミュレーションによる検討によって得られたオイラー角範囲および保護膜厚み範囲について、実測値に基づく妥当性を検証した。
【０１０５】
・検証例１
素子基板のオイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，１２８°，９０°）、保護膜厚みｔｃ＝０．０２６λとして、前述の実施形態の構成でセンサ素子を作製し、周波数温度係数（ＴＣＦ）を測定したところ、ＴＣＦは４．９ｐｐｍ／℃であり、オイラー角範囲および保護膜厚み範囲が、上記シミュレーション結果の範囲内であれば、±５ｐｐｍ／℃以内を実現できることがわかった。
【０１０６】
・検証例２
素子基板のオイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，１２７°，９０°）、保護膜厚みｔｃ＝０．０２６λとして、前述の実施形態の構成でセンサ素子を作製し、ＴＣＦを測定したところ、ＴＣＦは０．９ｐｐｍ／℃であり、オイラー角範囲および保護膜厚み範囲が、上記シミュレーション結果の範囲内であれば、±５ｐｐｍ／℃以内を実現できることがわかった。
【０１０７】
・検証例３
素子基板のオイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，１２６°，９０°）、保護膜厚みｔｃ＝０．０２６λとして、前述の実施形態の構成でセンサ素子を作製し、ＴＣＦを測定したところ、ＴＣＦは−４．８ｐｐｍ／℃であり、オイラー角範囲および保護膜厚み範囲が、上記シミュレーション結果の範囲内であれば、±５ｐｐｍ／℃以内を実現できることがわかった。
【０１０８】
・検証例４
素子基板のオイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，１２７°，９０°）、保護膜厚みｔｃ＝０．０２６λとして、前述の実施形態の構成でセンサ素子を作製し、ＴＣＦを測定したところ、ＴＣＦは−２．５ｐｐｍ／℃であり、オイラー角範囲および保護膜厚み範囲が、上記シミュレーション結果の範囲内であれば、±５ｐｐｍ／℃以内を実現できることがわかった。
【０１０９】
・検証例５
素子基板のオイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，１３２．９°，９０°）、保護膜厚みｔｃ＝０．０２６λとして、上記検証例と同様のセンサ素子を作製し、ＴＣＦを測定したところ、ＴＣＦは３１．９ｐｐｍ／℃であり、オイラー角範囲および保護膜厚み範囲が、上記シミュレーション結果の範囲から外れていると、±５ｐｐｍ／℃以内を実現できていないことがわかった。
【０１１０】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【０１１１】
１      第１カバー部材
１Ａ    中間カバー部材
１Ａａ  第１上流部
２      第２カバー部材
２ａ    第３基板
２ｂ    第４基板
３，３Ａ，３Ｂ      センサ素子
４      凹部形成部位
５      素子配置部
６      端子
７      配線
１０    素子基板
１１    第１ＩＤＴ電極
１１Ａ  第１反射器
１１ａ  電極指
１２    第２ＩＤＴ電極
１２Ａ  第２反射器
１２ａ  電極指
１３    反応部
１３Ｒ  金属膜
１３ａ  固定化膜
１４    流入部
１５    流路
１５ｂ  下流部
１８    排気孔
１９    第１引出し電極
１９ｅ  端部
２０    第２引出し電極
２０ｅ  端部
２７    金属細線
２８，２８Ａ    保護膜
３０    検出部
３０Ｒ  リファレンス部
５０    Ａｌ膜
５１    フォトレジストパターン
５２    金属層
５３    電極パターン
５４    フォトレジスト
５６    エポキシ系接着剤
１００  センサ装置
１０１  センサ装置本体
１４０  計算部
１５０  計測部
【図１】
2020060588.tif 000003
【図２】
2020060588.tif 000004
【図３】
2020060588.tif 000005
【図４】
2020060588.tif 000006
【図５】
2020060588.tif 000007
【図６】
2020060588.tif 000008
【図７】
2020060588.tif 000009
【図８】
2020060588.tif 000010
【図９】
2020060588.tif 000011
【図１０】
2020060588.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月22日(2020.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板と、
検出対象と反応する反応部、および、前記反応部に向かって伝搬する弾性波を発生させ、前記反応部を通過した前記弾性波を受信する一対のＩＤＴ電極、を有し、前記水晶基板の上面に位置する検出部と、
前記一対のＩＤＴ電極を覆っている保護膜と、を備え、
前記水晶基板は、オイラー角が（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）であり、
前記保護膜は、前記一対のＩＤＴ電極を覆っている部分の厚みｔｃ（前記弾性波の波長λ（μｍ）で規格化された厚み）が、０＜ｔｃ≦０．１７λである、センサ素子。
【請求項２】
前記保護膜は、圧縮応力を有している、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記保護膜は、ＳｉＯ２を含む、請求項１または２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記保護膜は、少なくとも一部が前記水晶基板の上面に位置している、請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記保護膜は、前記一対のＩＤＴ電極と接している、請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項６】
前記一対のＩＤＴ電極は、それぞれ複数の電極指を有し、
前記保護膜は、前記複数の電極指の表面と、前記複数の電極指の間に位置する前記水晶基板の表面とに接している、請求項５記載のセンサ素子。
【請求項７】
前記保護膜は、前記反応部を覆っていない、請求項１〜６のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項８】
前記保護膜は、前記一対のＩＤＴ電極の一方の電極から他方の電極まで前記水晶基板の上面を連続して覆っている、請求項１〜６のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項９】
前記反応部は、前記保護膜を介して前記水晶基板の上面に位置している、請求項１〜６、８のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１０】
前記反応部は、前記検出対象と反応可能な反応物質および前記反応物質と結合可能な固定化膜を有する、請求項１〜９のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１１】
前記反応物質は、前記固定化膜を介して前記水晶基板に結合している、請求項１０に記載のセンサ素子。
【請求項１２】
前記水晶基板の厚みｔｂが０．３５ｍｍ≦ｔｂ≦０．５５ｍｍである、請求項１〜１１のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１３】
前記検出部は、前記一対のＩＤＴ電極を挟んで前記水晶基板上に位置する一対の反射器をさらに有し、
前記保護膜は、前記一対の反射器をさらに覆っており、前記一対の反射器を覆っている部分の厚みｔｒが０＜ｔｒ≦０．０５λである、請求項１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１４】
前記保護膜は、前記厚みｔｃが０＜ｔｃ≦０．０５λである、請求項１３に記載のセンサ素子。
【請求項１５】
前記水晶基板は、オイラー角が（φ＝０°，１１０．０°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）である、請求項１〜１４のいずれか１つに記載のセンサ素子。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１つに記載のセンサ素子と、
前記検出対象を含む試料を前記センサ素子の前記検出部に供給する供給部と、
前記センサ素子から出力される電気信号に基づいて前記検出対象を検出する信号処理部と、を備える、センサ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の一実施形態に係るセンサ素子は、水晶基板と、前記水晶基板の上面に位置している検出部と、保護膜とを備える。検出部は、検出対象と反応する反応部、および前記反応部に向かって伝搬する弾性波を発生させ、前記反応部を通過した前記弾性波を受信する一対のＩＤＴ電極、を有する。保護膜は、前記一対のＩＤＴ電極を覆っている。前記水晶基板は、オイラー角が（φ＝０°，９７．２°≦θ≦１２８．９°，８５°≦ψ≦９５°）である。前記保護膜の、前記一対のＩＤＴ電極を覆っている部分の厚みｔｃ（前記表面弾性波の波長λ（μｍ）で規格化された厚み）は、０＜ｔｃ≦０．１７λである。