(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子板と、該水晶振動子板の一方面に形成された少なくとも１本の帯状電極と、該水晶振動子板の他方面に該帯状電極と略直交方向となるように形成された複数の帯状電極と、該一方面に形成された帯状電極と該他方面に形成された帯状電極が交差する部分に被検査物質層が形成され、交差する部分以外はコンタクトパッド部を除いてフォトレジスト電気絶縁性膜で形成したことを特徴とするマトリックス電極振動子センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、検査・診断に用いるセンサに関する。詳しくは、マルチチャンネル測定が可能なマトリックス電極振動子およびそのセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微小の質量の変化を測定する方法として、水晶振動子マイクロバランス（Quartz Crystal Microbalance, ＱＣＭ）原理を利用したガスセンサ、湿度センサ、メッキ膜厚センサなどが知られている。
【０００３】
水晶振動子素子の基本構造は、水晶振動子板とその両表面に形成した電極とから構成され、それら２つの電極には、水晶板の持つ固有周波数で共振できるような外部発振回路が接続されてなる。
【０００４】
このような構造からなる水晶振動子素子を有する水晶振動子センサは、水晶振動子の共振周波数の変化は水晶と接触している質量の変化と関係付けられるという性質を利用して被検物質のセンシングは行なわれている。
【０００５】
また、多項目の検査を行うものとして、複数個のセンサを並べて、マルチチャンネルのセンサシステムとすると、水晶振動子を複数個配置して測定するため装置が大型化となり、また、特性の揃った水晶振動子センサを多量に用意する必要があるなどの問題があり、多項目検査に使用するのは実際上は困難である。
【０００６】
また、１枚の水晶振動子板の上に複数個のセンサを構築すれば、小型化、高感度化が可能になりバイオセンサに好ましいものになるが、センサが微小化することにより、電極リード線の取り方やその存在が問題になるため、マルチチャンネルの水晶振動子センサの提供が困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、水晶振動子板の一方面に形成された少なくとも１本の帯状電極と、水晶振動子板の他面に該帯状電極と略直交方向となるように形成された複数の帯状電極とからなるため、一方面および他方面に形成された帯状電極が交差する部分が水晶振動子素子となるため、マルチチャンネル計測が可能で、高感度で、微小のセンシングポイントを持つマトリックス電極振動子およびそのセンサを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するものは、水晶振動子板と、該水晶振動子板の一方面に形成された少なくとも１本の帯状電極と、該水晶振動子板の他方面に該帯状電極と略直交方向となるように形成された複数の帯状電極と、該一方面に形成された帯状電極と該他方面に形成された帯状電極が交差する部分に被検査物質層が形成され、交差する部分以外はコンタクトパッド部を除いてフォトレジスト電気絶縁性膜で形成したことを特徴とするマトリックス電極振動子センサである。
【０００９】
さらに、水晶振動子板は水晶発振子、表面弾性波素子、バルク弾性波素子等が用いられ、大きさは、例えば、ＩｇＧ抗体を測定するときの代表的な長さは、０．５〜１００ｍｍ程度の方形あるいは円形であるのが好ましく、より好ましくは１〜５０ｍｍ程度であり、１００ｍｍ以上の大きさであると水晶振動子板の製作が困難であり、０．５ｍｍ以下であると、帯状電極の製作および電極リード線の接続が困難である。
【００１０】
さらに、帯状電極の幅は、１μｍ〜１０ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは３〜６ｍｍ程度であり、１０ｍｍ以上であるとセンシングポイントが多くとれなくなり、１μｍ以下であると水晶振動子を駆動することが困難であり、各帯状電極の間隔は、帯状電極幅の１／１０〜２倍程度が好ましく、より好ましくは１／２〜１倍程度であり、構成材料としては、金、クロム、白金、銅、チタニウム、銀等が挙げられる。
【００１１】
また、本発明のマトリックス電極振動子センサは、水晶振動子板と、該水晶振動子板の一方面に形成された少なくとも１本の帯状電極と、該水晶振動子板の他方面に該帯状電極と略直交方向となるように形成された複数の帯状電極と、該一方面に形成された帯状電極と該他方面に形成された帯状電極が交差する部分に被検査物質層が形成されているマトリックス電極振動子センサである。
【００１２】
さらに、マルチチャンネルのセンサとするために、帯状電極が交差する複数の部分それぞれに、各々、違う被検査物質層を形成することが好ましく、被検査物質層を構成する好適な物質は、被測定物質により異なるが、例えば、ＩｇＧ抗体を測定するときは、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、モノクローナル抗原、酵素、抗原物質、補体、ヌクレオチド、ＤＮＡプローブ、プライマー、リンホカイン、サイトカイン、腫瘍マーカー等のマーカーが挙げられる。
【００１３】
さらに、水晶振動子板の一方面および他方面それぞれに、帯状電極と電極リード線を接続する部分として、コンタクトパッド部を形成することが好ましい。
【００１４】
さらに、帯状電極が交差する部分と、コンタクトパッド部以外の所に、電気絶縁性膜を形成することが好ましく、電気絶縁性膜の厚さは、２０００Å〜１ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは、１０００Å〜５０μｍ程度であり、構成する材料としては、ポリイミド、テフロン、ホトレジスト、シリコン樹脂等の高分子あるいはＳｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2等の無機物が挙げられる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明のマトリックス電極振動子およびそのセンサの実施例を図面に沿って説明するが、本発明は、これらに何ら限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明のマトリックス電極振動子の実施例を示す斜視図である。図２は、本発明のマトリックス電極振動子センサの実施例を示す断面図である。図３は、本発明のマトリックス電極振動子の表面Ａのマトリックス電極のパターンを示す平面図である。図４は、本発明のマトリックス電極振動子の表面Ｂのマトリックス電極のパターンを示す平面図である。図５は、本発明のマトリックス電極振動子センサの表面Ａに形成される電気絶縁性膜のパターンの平面図である。
【００１７】
図１、図３および図４に示すように、本発明のマトリックス電極振動子１は、水晶振動子板２の一方面および他方面に、図３および図４に示すようなパターンを基に作製した厚さ５０μｍのＭｏ板製メタルマスクを用いて、クロム（１００Å厚）、金（２０００Å厚）の順番にＲＦスパッタリングすることで作製される。
【００１８】
このとき、水晶振動子板２の一方面および他方面のそれぞれに、帯状電極３をライン幅を０．８ｍｍ、間隔幅を０．８ｍｍとして４本ずつ形成し、４×４の振動子素子９を製作した。各帯状電極３の端部には、電極リード線５を接続するためのコンタクトパッド４を設け、直径５０μｍの電極リード線５を銀ペーストで接着し、一方面（表面Ａ電極３０）からの４本の電極リード線５は、スイッチボックスＡ６に、他方面（表面Ｂ電極３１）からの４本の電極リード線５はスイッチボックスＢ６０に接続し、各スイッチボックスＡ６、Ｂ６０は、ロータリースイッチを用いて作製し、スイッチボックスＡ６、Ｂ６０からの各電極リード線５は、インピーダンス・アナライザー７と接続する。ロータリースイッチを回して表面電極Ａ３０、Ｂ３１の各々１本ずつのラインを選択し、インピーダンス・アナライザー７を用いて１６個の振動子素子９の特性を測定した。
【００１９】
測定したアドミッタンス・スペクトルを解析した結果、表１に示すように、すべての振動子素子９が微小の水晶振動子としての機能していることが分かり、被測定物質の質量変化あるいは動粘度などの変化を検出するのに利用される。
【００２０】
【表１】
0003699737.tif 000002
【００２１】
また、表面Ａ電極３０と表面Ｂ電極３１の帯状電極３をそれぞれ１本ずつ選択すると、帯状電極３が立体交差する部分でのみ振動子素子９が形成されるため、例えば、Ｂ入力はＢ１に固定し、Ａ入力をＡ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４のように帯状電極３を順番に切り替えていくと、表面Ａ電極３０の本数だけ振動子素子９ができることがわかり、さらに、Ｂ入力を同様に切り替えていくと、表面Ａ電極３０と表面Ｂ電極３１の本数の積だけ振動子素子９が水晶振動子板２の中に形成されることがわかる。
【００２２】
実際の測定では、まず被検査物質のみを固定した状態で共振周波数を測定し、次に被検査物質に被測定物質を作用させたのち、水晶振動子板２の共振周波数を測定し、それらの共振周波数の差を算出すると、Sauerbrey の（１）式から被測定物質の質量を求めることができる。より一般的には、基準濃度あるいは基準質量の試料を用いて検定することによって測定精度を向上することができる。
【００２３】
一般に、水晶振動子の共振周波数の変化は水晶と接触している質量の変化と関係付けられており、接触している層および／または物質が剛体としてふるまうと仮定すると、質量変化は、G.Z.Sauerbrey,  Z.Phys.,155(1959)206 に記載されているSauerbrey の式により求めることができる。
【００２４】
Δｆ＝−２ｆ02Δｍ／Ａ（ρqμq）1/2       ・・・（１）
ここに、Δｆは周波数のシフト、ｆ0はその水晶の基本周波数、Δｍは質量変化、Ａは電極の有効面積、ρqは水晶の密度（2.648 g cm-3)、μqはずれ振動定数（ＡＴカット水晶では2.947x1011dyne cm-2）である。
【００２５】
また、図１および図２に示すように、本発明のマトリックス電極振動子センサ１０は、上述したマトリックス電極振動子１の表面Ａ電極３０と表面Ｂ電極３１が立体交差してなる振動子素子９部分とコンタクトパッド４部を除いた部分を、電気絶縁性膜３２のフォトレジスト膜を膜厚２μｍで被覆した。
【００２６】
振動子素子９部分には、被検査物質８としてＩｇＧ抗体であるヤギ由来のポリクロナール抗体が、予め帯状電極３の表面に固定しておいたシランカップリング試薬と結合させることによってＩｇＧセンサを作製した。
【００２７】
そして、ＩｇＧを含む種々の濃度の試料溶液に作用させて共振周波数の変化の測定を行い、１００ｎｇ／ｍＬを含む溶液を５０μＬを本発明のマトリックス電極振動子センサ１０の表面に滴下し３０分間反応させた後、水洗浄して乾燥空気中で乾燥した。１６個のチャンネルについて共振周波数を測定すると、どのチャンネルも−１２０〜−１５０Ｈｚの共振周波数の変化が観測されたことから、すべてのチャンネルがサンプルＩｇＧをほぼ定量的に検出していることが分かる。
【００２９】
また、本発明のマトリックス電極振動子センサは、水晶振動子板と、該水晶振動子板の一方面に形成された少なくとも１本の帯状電極と、該水晶振動子板の他方面に該帯状電極と略直交方向となるように形成された複数の帯状電極と、該一方面に形成された帯状電極と該他方面に形成された帯状電極が交差する部分に被検査物質層が形成されていることから、電極を微小化できるので高感度化が容易に達成でき、微量の遺伝子ＤＮＡを検出することも可能である。
【００３１】
また、本発明のマトリックス電極振動子センサは、水晶振動子板と、該水晶振動子板の一方面に形成された少なくとも１本の帯状電極と、該水晶振動子板の他方面に該帯状電極と略直交方向となるように形成された複数の帯状電極と、該一方面に形成された帯状電極と該他方面に形成された帯状電極が交差する部分に被検査物質層が形成され、交差する部分以外はコンタクトパッド部を除いてフォトレジスト電気絶縁性膜で形成したものであるので、電極を微小化できるので高感度化が容易にでき、さらに、振動子素子部とそれ以外のところの区別が容易にでき、被測定物質を振動子素子部に配置することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマトリックス電極振動子の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明のマトリックス電極振動子センサの実施例を示す断面図である。
【図３】本発明のマトリックス電極振動子の表面Ａのマトリックス電極のパターンを示す平面図である。
【図４】本発明のマトリックス電極振動子の表面Ｂのマトリックス電極のパターンを示す平面図である。
【図５】本発明のマトリックス電極振動子センサの表面Ａに形成される電気絶縁性膜のパターンの平面図である。
【符号の説明】
１      マトリックス電極振動子
１０    マトリックス電極振動子センサ
２      水晶振動子板
３      帯状電極
３０    表面Ａ電極
３１    表面Ｂ電極
３２    電気絶縁性膜
４      コンタクトパッド
５      電極リード線
６      スイッチボックスＡ
６０    スイッチボックスＢ
７      インピーダンスアナライザー
８      被検査物質
９      振動子素子
【図１】
0003699737.tif 000003
【図２】
0003699737.tif 000004
【図３】
0003699737.tif 000005
【図４】
0003699737.tif 000006
【図５】
0003699737.tif 000007