(57)【要約】圧電カンチレバーセンサーは、圧電層および、その一部が圧電層に取り付けられた非圧電層を含む。１つの態様において、非圧電層の１つの端は、圧電層の端を越えて伸び、オーバーハングを提供する。オーバーハング圧電カンチレバーセンサーは、感度の増加が可能で、デバイスをより粘性の高い環境、例えば液体媒体中で適用すること、また液体媒体中、従来の圧電カンチレバーより高い流速において適用することが可能である。他の態様において、センサーは第１および第２ベースを含み、圧電層と非圧電層の少なくとも１つは、第１および第２ベースのそれぞれに固定されて、圧電カンチレバーセンサーを形成する。この態様において、センサーは堅固であり、気体および液体媒体の両方において、比較的高い流速下にあっても優れた検出特性を示す。
2009524065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接端および遠位端を含む圧電層；
前記圧電層の前記隣接端に結合されたベース部；
隣接端および遠位端を含む非圧電層であって、ここで前記圧電層の少なくとも一部が前記非圧電層の少なくとも一部に、前記圧電層と前記非圧電層が同一の広がりを持たない様式で結合している、前記非圧電層；および
前記圧電層に動作可能に関連する電極、
を含む、カンチレバーセンサー。
【請求項２】
非圧電層の遠位端が、圧電層の遠位端を越えて伸び；および
圧電層の隣接端が、非圧電層の隣接端を越えて伸びている、
請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
非圧電層の遠位端が、圧電層の遠位端とぴったり重なり；および
圧電層の隣接端が、非圧電層の隣接端を越えて伸びている、
請求項１に記載のセンサー。
【請求項４】
圧電層の遠位端が、非圧電層の遠位端を越えて伸び；および
圧電層の隣接端が、非圧電層の隣接端を越えて伸びている、
請求項１に記載のセンサー。
【請求項５】
非圧電層が、ガラス、セラミック、金属、ポリマー、およびポリマーとセラミックとの複合材の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサー。
【請求項６】
非圧電層が、二酸化ケイ素、銅、ステンレス鋼、およびチタンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサー。
【請求項７】
圧電層が、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛固溶体、チタン酸鉛ストロンチウム、石英シリカ、圧電セラミックチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、および圧電セラミック−ポリマー繊維複合体の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサー。
【請求項８】
非圧電層の長さが約０．１ｍｍ〜約１０．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のセンサー。
【請求項９】
圧電層の長さが約０．１ｍｍ〜約１０．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１０】
非圧電層の幅が約０．１ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１１】
圧電層の幅が約０．１ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１２】
圧電層と非圧電層のうち少なくとも１つの、少なくとも１つの物理的寸法が一定ではない、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１３】
電極を、センサーの共振周波数を測定するために用いる、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１４】
測定された共振周波数が、センサーに蓄積された分析物の量を示す、請求項１３に記載のセンサー。
【請求項１５】
振動関連応力が、ベース部近くの圧電層に集中し；および
電極を、集中した応力の位置付近に配置する、
請求項１に記載のセンサー。
【請求項１６】
隣接端および遠位端を含む圧電層；
隣接端および遠位端を含む非圧電層であって、ここで前記圧電層の少なくとも一部が前記非圧電層の少なくとも一部に、前記圧電層と前記非圧電層が同一の広がりを持たない様式で結合している、前記非圧電層；
前記圧電層と前記非圧電層の１つに結合した第１ベース部：
前記圧電層と前記非圧電層の１つに結合した第２ベース部：および
前記圧電層に動作可能に関連する電極、
を含む、カンチレバーセンサー。
【請求項１７】
非圧電層の隣接端が第１ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が第２ベース部に結合され；
圧電層の隣接端が第１ベース部に結合され；および
非圧電層の遠位端が圧電層の遠位端を越えて伸びている、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項１８】
非圧電層の隣接端が第１ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が第２ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が圧電層の遠位端を越えて伸びており；および
非圧電層の隣接端が圧電層の隣接端を越えて伸びている、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項１９】
圧電層が、第１圧電部および第２圧電部を含み；
第１圧電部が、隣接端および遠位端を含み；
第２圧電部が、隣接端および遠位端を含み；
非圧電層の隣接端が、第１ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が、第２ベース部に結合され；
第１圧電部の隣接端が、第１ベース部に結合され；
第２圧電部の遠位端が、第２ベース部に結合され；および
第１圧電部の遠位端および第２圧電部の隣接端が、その間にスペースを形成している、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２０】
圧電層が、第１圧電部および第２圧電部を含み；
第１圧電部が、隣接端および遠位端を含み；
第２圧電部が、隣接端および遠位端を含み；
非圧電層の隣接端が、第１ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が、第２ベース部に結合され；
第１圧電部の隣接端が、第１ベース部に結合され；および
第１圧電部の遠位端および第２圧電部の隣接端が、その間にスペースを形成している、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２１】
圧電層が、第１圧電部および第２圧電部を含み；
第１圧電部が、隣接端および遠位端を含み；
第２圧電部が、隣接端および遠位端を含み；
非圧電層の隣接端が、第１ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が、第２ベース部に結合され；および
第１圧電部の遠位端および第２圧電部の隣接端が、その間にスペースを形成している、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２２】
圧電層の隣接端が、第１ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が、第２ベース部に結合され；
非圧電層の遠位端が圧電層の遠位端を越えて伸びており；および
圧電層の隣接端が非圧電層の隣接端を越えて伸びている、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２３】
圧電層の隣接端が、第１ベース部に結合され；
圧電層の遠位端が、第２ベース部に結合され；
圧電層の遠位端が非圧電層の遠位端を越えて伸びており；および
圧電層の隣接端が非圧電層の隣接端を越えて伸びている、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２４】
非圧電層が、ガラス、セラミック、金属、ポリマー、およびポリマーとセラミックとの複合材の少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２５】
非圧電層が、二酸化ケイ素、銅、ステンレス鋼、およびチタンの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２６】
圧電層が、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛固溶体、チタン酸鉛ストロンチウム、石英シリカ、圧電セラミックチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、および圧電セラミック−ポリマー繊維複合体の少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２７】
非圧電層の長さが約０．１ｍｍ〜約１０．０ｍｍの範囲である、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２８】
圧電層の長さが約０．１ｍｍ〜約１０．０ｍｍの範囲である、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項２９】
非圧電層の幅が約０．１ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲である、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項３０】
圧電層の幅が約０．１ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲である、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項３１】
圧電層と非圧電層のうち少なくとも１つの、少なくとも１つの物理的寸法が一定でない、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項３２】
電極を、センサーの共振周波数を測定するために用いる、請求項１６に記載のセンサー。
【請求項３３】
測定された共振周波数が、センサーに蓄積された分析物の量を示す、請求項３２に記載のセンサー。
【請求項３４】
振動関連応力が、圧電層内のある位置に集中し；および
電極を、集中した応力の位置付近に配置する、
請求項１６に記載のセンサー。
【請求項３５】
分析物を検出する方法であって、
圧電層；
圧電層と非圧電層の少なくとも１つに結合された、少なくとも１つのベース部；
非圧電層であって、ここで圧電層の少なくとも一部が非圧電層の少なくとも一部に、圧電層と非圧電層が同一の広がりを持たない様式で結合している、前記非圧電層；および
圧電層に動作可能に関連する電極；
を含むカンチレバーセンサーを提供すること；
非圧電層の少なくとも一部を、媒体に暴露すること；
電極を介して、センサーの共振周波数を測定すること；
測定した共振周波数を、ベースライン共振周波数と比較すること；
測定した共振周波数が、ベースライン共振周波数と異なる場合に、分析物が媒体中に存在すると決定すること；
を含む、前記方法。
【請求項３６】
ベースライン共振周波数が、分析物の蓄積のないセンサーの振振動数である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
媒体が、液体、気体、および真空の１つを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
分析物が、バイオテロリズム剤、食品媒介病原体、水中病原体、体液中の細胞型、体液中のバイオマーカー、爆発物の指示物、空気媒介毒素、水媒介毒素、生物学的実体の少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
測定された共振周波数とベースライン共振周波数の差に従って、センサーに蓄積された分析物の量を決定することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
測定された共振周波数とベースライン共振周波数の差に従って、センサーに蓄積された分析物の質量の変化を決定することをさらに含み、ここで測定された共振周波数とベースライン共振周波数の１Ｈｚの差が、約１００アトグラムの質量の差を示す、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
媒体中の分析物の存在を検出することをさらに含み、ここで分析物が、タンパク質、リポタンパク質、ＤＮＡ、およびＲＮＡの少なくとも１つを、媒体中１ｍＬ当たり１フェムトグラムの濃度で含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
媒体中の分析物の存在を検出することをさらに含み、ここで分析物が、病原体を媒体中１ｍＬ当たり１病原体の濃度で含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
測定された共振周波数とベースライン共振周波数の差が、圧電層における応力を示す、請求項３５に記載の方法。
【請求項４４】
振動関連応力が、圧電層のある位置に集中しており、方法が、電極を集中する応力の位置付近に配置することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、２００６年１月２３日出願の米国特許仮出願第60/761,172号、名称「Piezoelectric Cantilever Sensors」および２００６年７月１１日出願の米国特許仮出願第60/807,020号、名称「Piezoelectric Cantilever Sensors」の優先権を主張する；これらは本明細書に参照としてその全体が組み込まれる。
【０００２】
本技術分野は一般にセンサーに関し、さらに具体的には、圧電カンチレバーセンサーならびに、圧電カンチレバーセンサーを用いて分析物を検出および測定することに関する。
【背景技術】
【０００３】
カンチレバーセンサーは、センサーの寸法により、マイクロカンチレバーとマクロカンチレバーの大きく２種類に分類することができる。マイクロカンチレバーセンサーは、静的（曲げ）モードおよび動的（共振）モードの両方で用いることができる。静的モードにおいては、カンチレバーアームの変形を測定して、分析物（分析されている物質）が存在するかどうかを決定する。動的モードにおいては、共振周波数を測定して、分析物が存在するかどうかを決定する。マクロカンチレバーセンサーは一般に静的モードでは用いず、これはカンチレバーアームの曲げが多くの場合制限されているからである。マクロカンチレバーセンサーは、液体浸漬状態または気体中または真空下で用いることができる。一般に、カンチレバーセンサーを液体中より気体／真空中で用いる場合に、感度はより高くなる。液体に湿らせることは感度に悪影響を与える傾向がある。しかし、液体媒体中で分析物を測定することには、多くの実際的な用途がある。
【０００４】
既知のマイクロカンチレバーセンサーの１つの種類は、シリコンベースのマイクロカンチレバーセンサーである。代表的なシリコンベースのマイクロカンチレバーセンサーは、共振器として作用するマイクロカンチレバーを含む。マイクロカンチレバーは、マイクロカンチレバーのベースにある外部アクチュエーターにより駆動されて、共振器に振動を発生させる。一般に、振動は外部の光学検波器により検出される。代表的なシリコンベースのマイクロカンチレバーの１つの欠点は、検出に必要な複雑な外部光学部品である。さらに、光学的検出手段は、光学的に透明な試料へのマイクロカンチレバーセンサーの適用を制限するという欠点がある。別の欠点は、外部アクチュエーターによりセンサーに付加される重量および複雑さである。さらに他の欠点は、外部アクチュエーターが、マイクロカンチレバーのベース部にのみ配置可能であることであり、これは、カンチレバーの振動を駆動させる際にその有効性を制限する。シリコンベースのマイクロカンチレバーセンサーのさらなる欠点は、機械的に脆弱であることである。したがって、シリコンベースのマイクロカンチレバーセンサーは、液体流速の高い環境では用いることができない。さらに、代表的なシリコンベースのマイクロカンチレバーセンサーは、液体媒体中では粘性減衰のために検出感度が損われる。
【０００５】
既知のカンチレバーセンサーの他の種類は、石英ベースの圧電カンチレバーセンサーである。石英は弱圧電性であり、したがってシリコンベースのカンチレバーセンサーと同様に、石英ベースの圧電カンチレバーセンサーは、液体媒体中では粘性減衰のために検出感度が損われる。さらに、石英ベースのセンサーの検出感度は、センサーの平面形状により制限される。
【０００６】
従来の圧電カンチレバーは、圧電層の一部または全表面上に非圧電層を取り付けて製造されることが知られている。いくつかの従来の圧電カンチレバーにおいて、圧電層は１つの端で固定され、そのため圧電材料が励振されると、非圧電層が曲がって圧電材料に生じたひずみに対応する。励振周波数が下にある機械構造の固有周波数に等しい場合、共振が起こる。この型の圧電カンチレバーセンサーは、ミリメートルサイズで約１００ｋＨｚより低い周波数において動作することが知られている。現在、より高い周波数は、カンチレバーセンサーを非常に短く（長さ１．０ｍｍ未満）、非常に狭く（幅０．１ｍｍ未満）、および非常に薄く（厚さ１００μｍ未満）することによってのみ、得ることができる。しかし、カンチレバーセンサーの寸法を小さくすると、特に幅を狭めると、粘性減衰のために液体媒体中での使用性が損なわれる。減衰は、カンチレバー幅の二乗に逆比例して増加する。
【発明の開示】
【０００７】
概要
自己励振・自己検出型圧電カンチレバー検出装置は、圧電層と、これに取り付けられた非圧電層であって、非圧電層の遠位端が圧電層の遠位端を越えて伸びるか、または圧電層の遠位端が非圧電層の遠位端を越えて伸びるような様式で取り付けられている、前記非圧電層とを含む。すなわち、圧電層は非圧電層に、圧電層と非圧電層が同一の広がりを持たない様式で結合している。本圧電カンチレバー検出装置の種々の構成において、圧電層、非圧電層、または両者は、少なくとも１つのベースに固定されている。電極は、圧電層と動作可能に関連する。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、質量変化を検出するために用いる。検出装置上の分析物の質量を決定するために、カンチレバーセンサーの機械要素の共振周波数を測定する。測定された共振周波数はベースライン共振周波数と比較して、周波数の差を決定する。周波数の差は、検出装置上の分析物の質量を示す。
【０００８】
上記の概要および以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読む場合によりよく理解される。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの説明のために、その例示の構造が図面に示されている；しかし、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、開示された特定の方法および手段に限定されるものではない。
【０００９】
例示の態様の詳細な説明
本明細書に記載の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、極少量の分析物を検出および測定する能力を提供する。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、液体中に浸漬された分析物、および気体または真空中に含まれる分析物を、検出および測定するために用いることができる。種々の例示の構成において、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、少なくとも１つの圧電層および少なくとも１つの非圧電層を含み、ここで圧電層は非圧電層に、圧電層と非圧電層が同一の広がりを持たない様式で結合している。圧電層、非圧電層、または両者は、少なくとも１つのベースに固定されている。圧電層および非圧電層は、種々の幅、長さおよび厚さであることができる。
【００１０】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、その上に蓄積された分析物の質量を決定するために用いることができる。１つの例示の態様において、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの一部は媒体中（例えば、液体、気体、真空）に配置される。媒体中にあって、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの共振周波数を測定し、ベースライン共振周波数と比較する。測定された共振周波数とベースライン共振周波数の差は、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーに蓄積された（例えば、結合された、吸着された、吸収された）分析物の質量を示す。
【００１１】
分析物は、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部の表面に、直接または間接的に結合されることができる。分析物の、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部への結合は、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの質量の変化、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの剛性（stiffness）の変化、またはこれらの組み合わせを引き起こす。質量および／または剛性の変化は、共振周波数の変化として測定することができ、適切な分析装置、例えばオペアンプ、インピーダンスアナライザー、ネットワークアナライザー、発振回路などにより、モニタリングおよび測定可能である。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの少なくとも一部のみが液体中に浸漬された場合の共振周波数の変化は、検出可能で測定可能である。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの少なくとも一部のみが気体または真空中に浸漬された場合の共振周波数の変化も、検出可能で測定可能である。
【００１２】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、例えば０．１ＭＨｚ〜６ＭＨｚのオーダーなどの高周波数においても動作可能である。これらの高周波数において、Ｑ係数（共振ピーク周波数の、共振ピーク高さの中点におけるピーク幅に対する比率）で１０〜１００のオーダーの値を、液体浸漬下で得ることができる。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、液体媒体、気体媒体および真空媒体中で比較的高周波数において動作可能である。したがって自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、質量変化に対して極限の感度を提供する。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、媒体中に非常に低濃度で存在する分析物に対して特に好適であり、媒体は例えば、体液、水、および食品材料などである。
【００１３】
本明細書に記載の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、液体媒体中に浸漬された場合に、１００アトグラム／Ｈｚ（１００×１０−１８ｇ／Ｈｚ）未満もの少量で蓄積された質量における変化を検出する能力を提供する。したがって、質量変化を検出することについて、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの感度は、石英結晶マイクロカンチレバーセンサーより約百万倍、標準の分析装置より約１００，０００倍、そして従来の３層圧電カンチレバー設計より約１０，０００倍も高い。
【００１４】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、その非圧電部に結合した極小濃度の分析物の検出を可能とする。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを用いると、病原体およびタンパク質は、数個の病原体／ｍＬまでの濃度において、および平均サイズ（６０ｋダルトン、ｋＤａ）のタンパク質については、１病原体／ｍＬ未満での濃度で検出可能である。さらに、非圧電部の有機または無機官能基に結合する任意の分析物が検出可能である。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、比較的高い流速の媒体中で動作可能である。圧電カンチレバーセンサーは、流速０．５〜１０．０ｍＬ／分を有する媒体中で動作可能であり、これは、既知の曲げモードマイクロカンチレバーで成功して用いられる流速より、約１０００倍速い。
【００１５】
本圧電カンチレバーの種々の例示の用途は以下を含む：炭疽菌などのバイオテロリズム剤の検出、大腸菌などの食品媒介病原体の検出、食品および水中の病原体の検出、体液中のある細胞型（例えば、循環する腫瘍細胞）の検出、体液中のバイオマーカー（例えば、特定の病態生理をマークするタンパク質、α−フェトタンパク質、β２−ミクログロブリン、膀胱腫瘍抗原、乳癌マーカーＣＡ−１５−３、および他のＣＡ類（癌抗原）、カルシトニン、癌胎児性抗原、その他）の検出、例えばトリニトロトルエン、ジニトロトルエンの存在などの爆発物のマーカーの検出、および空気媒介毒素および水媒介毒素の検出。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーはまた、ピコグラムレベルでの生物学的実体の検出および、タンパク質−タンパク質相互作用の、静的および動的両方の状態での検出にも用いることができる。
【００１６】
病原体、例えば大腸菌は、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを用いて検出可能である。モデルタンパク質、リポタンパク質、ＤＮＡおよび／またはＲＮＡの、１．０フェムトグラム／ｍＬ（１０−１５ｇ）の濃度での、および病原体の、１病原体／ｍＬでの検出もそれぞれ、液体中で直接、標的分析物に特異的な抗体で固定化された自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを用いて、約１〜２ＭＨｚの周波数で測定することにより実現可能である。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、汚染物質が存在する場合でも、擬陽性または擬陰性なしに、標的分析物を検出することができる。本明細書に記載の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、加工なし、調製なし、濃縮段階なし、および／またはいかなる種類の濃縮なしの生の試料に用いる場合に特に有利である。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを用いた分析物の検出は、流れる状態のもとで、例えば０．５〜１０．０ｍＬ／分での、生の試料中で直接行うことができる。クリーンな試料が利用可能である場合、例えば研究室環境などでは、１フェムトグラム／ｍＬでの検出も可能である。この感度は、既知の光学技術に付随する感度より約１００倍も高い。
【００１７】
以下に記載するように、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの感度の一部は、それ自身の幾何学的デザインによる。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの圧電層と非圧電層の相対的な長さと幅が、感度を決定し、また自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーが提供する周波数スペクトルのピーク形状も決定する。以下にさらに詳細に説明するように、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、一緒に結合された圧電層および非圧電層を含み、これらは、圧電層の一部が非圧電層を越えて伸びるか、または非圧電層の一部が圧電層を越えて伸びるか、またはこれらの組み合わせであるような様式で結合される。したがって、圧電層と非圧電層は、同一の広がりを持たない。すなわち、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、非圧電層の表面全体が圧電層の表面全体に結合されてはいない様式で構成されている。
【００１８】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの感度の一部は、カンチレバーセンサーの圧電層を動作および検出の両方に用いていること、および自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの圧電層の電気機械的特性による。共振において、振動するカンチレバーは、圧電層の応力を、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーのベース部分に集中させる。これにより、圧電層の抵抗成分（resistive component）に増幅された変化がもたらされ、共振周波数に大きなシフトが生じる。この応力を、低い曲げ係数を有する圧電層の部分（例えばよりフレキシブルな部分）に導くことにより、共振周波数の関連するシフトの探索が可能となって、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの質量における、極めて小さな変化が検出される。例えば、圧電カンチレバーセンサーの圧電層と非圧電層の両方が同じ端において固定されている場合（例えば、エポキシに入れられた場合（potted in epoxy））、センサーは質量変化に対して感度が低いが、これは、固定端に近接した検出圧電層の曲げ応力が、圧電層のみが固定された場合に比べて小さいからである。これは、組み合わされた２層の曲げ係数が、圧電層のみを固定した場合より高いためである。曲げ係数は、弾性係数と中性軸周りの慣性モーメントの積である。そして慣性モーメントは、厚さの三乗に比例する。
【００１９】
図１は、圧電部１４および非圧電部１６を含む、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー１２の図である。圧電部は大文字のＰ、非圧電部は大文字のＮＰとラベルされている。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー１２は、無固定でオーバーハング型の、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの１形態を示す。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー１２が「無固定」と呼ばれるのは、非圧電層１６がベース部２０に取り付けられていないからである。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー１２が「オーバーハング型」と呼ばれるのは、非圧電層１６が圧電層１４の遠位端２４を越えて伸び、非圧電層１６のオーバーハング部分２２を作り出しているからである。圧電部１４は非圧電部１６に、接着部１８を介して結合される。圧電部１４および非圧電部は、領域２３で重なり合っている。接着部１８は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置する。圧電部１４は、ベース部２０に結合されている。
【００２０】
圧電部１４は任意の好適な材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛固溶体、チタン酸鉛ストロンチウム、石英シリカ（quartz silica）、圧電セラミックチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、および圧電セラミック−ポリマー繊維複合体等を含むことができる。非圧電部１６は、任意の好適な材料、例えばガラス、セラミック、金属、ポリマー、および１または２以上のセラミックとポリマーの複合材、例えば二酸化ケイ素、銅、ステンレス鋼、チタン等を含むことができる。
【００２１】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、任意の適当な組み合わせの寸法を有する部分を含むことができる。さらに、物理的寸法は一定でなくてもよい。したがって、圧電層および／または非圧電層は先細形状であることができる。例えば、圧電部（例えば圧電部１４）の長さ（例えば図１のＬＰ）は、約０．１〜１０ｍｍの範囲であることができる。非圧電部（例えば非圧電部１６）の長さ（例えば図１のＬＮＰ）は、約０．１〜１０ｍｍの範囲であることができる。重なり領域（例えば重なり領域２３）は、約０．１〜１０ｍｍの範囲の長さであることができる。圧電部（例えば圧電部１４）の幅（例えば図１のＷＰ）、および非圧電部（例えば非圧電部１６）の幅（例えば図１のＷＮＰ）は、約０．１ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることができる。圧電部の幅（例えば図１のＷＰ）は、非圧電部の幅（例えば図１のＷＮＰ）と異なっていてもよい。圧電部（例えば圧電部１４）の厚さ（例えば図１のＴＰ）、および非圧電部（例えば非圧電部１６）の厚さ（例えば図１のＴＮＰ）は、約０．１ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲であることができる。圧電部の厚さ（例えば図１のＴＰ）もまた、非圧電部の厚さ（例えば図１のＴＮＰ）と異なることができる。
【００２２】
図２は、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー１２の断面図であり、圧電部１４と動作可能に関連する電極のための、電極配置領域２６を示す。電極は、括弧２６で示すように、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの圧電部の上の任意の適切な位置に配置することができる。例えば、図３に示すように、電極２８は、ベース部２０内の圧電部１４に結合することができる。または、図４に示すように、電極３２は、圧電部１４の、ベース部２０内以外の任意の位置であってかつ非圧電部１６が重なっていない位置に結合することができる。電極は、圧電部１４に対して対称的に配置する必要はない。例示の態様において、１つの電極は圧電部１４のベース部２０内に、他の電極は圧電部１４のベース部２０以外の位置に、結合することができる。電極、または任意の適切な手段（例えば、誘電手段、無線手段）を用いて、電気信号を圧電部１４へと提供し、またはこれから受け取ることができる。１つの例示の態様において、電極は圧電部１４に、接着パッド（bonding pad）など（図３の要素３０、および図４の要素３４）を介して、結合することができる。例示の接着パッドは、化学センシングまたは生物センシングで用いるのに適当な受容体材料および／または吸収材料を不動化することができる、任意の適切な材料（例えば、金、二酸化ケイ素）を含むことができる。
【００２３】
電極は、任意の適切な位置に配置することができる。１つの例示の態様において、電極は圧電層１４の応力集中の位置近くに、動作可能に配置される。上述したように、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの感度は部分的に、応力を圧電層１４に有利に導く（集中させる）ことおよび、この近くに電極を配置することによる。本明細書に記載された自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー（およびその変形）の構成は、振動関連応力を圧電層１４に集中させる傾向がある。共振において、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの幾つかの構成では、振動するカンチレバーは、圧電層１４のベース部２０に近い部分に応力を集中させる。これにより、圧電層１４の抵抗成分に増幅された変化がもたらされ、応力の高い部位において共振周波数の大きなシフトが生じる。この応力を、低い曲げ係数を有する（例えば、よりフレキシブルである）圧電層１４の部分に導くことにより、共振周波数の関連するシフトの探索が可能となって、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの質量における、極めて小さな変化が検出される。したがって、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成において、ベース部２０近くに位置する圧電層１４の厚さは、ベース部２０から遠い部分の圧電層１４より薄い。これにより、応力を圧電層１４のより薄い部分に向けて集中させる傾向となる。例示の構成において、電極を、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーのベース部近くの、振動関連集中応力の位置またはその近くに配置する。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの他の例示の構成において、電極を、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーのベース部への集中応力の近接度に関わりなく、圧電層における集中応力の位置に近接して配置する。
【００２４】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、複数の構成にしたがって構成することができ、これらの幾つかは図５〜図１６に示されている。しかし、本明細書に示されている構成は全ての可能な構成を表すものではなく、むしろ自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの構成の代表的な例を表すものであることが理解される。図５は、無固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成３６の図であり、ここで圧電部１４の遠位端４０は、非圧電部１６の遠位端３８とぴったり重なっている。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー３６を「無固定」と呼ぶのは、非圧電部１６がベース部２０に取り付けられていないからである。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部１８を介して結合される。接着部１８は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置する。圧電部１４は、ベース部２０に結合される。
【００２５】
図６は、無固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成４２の図であり、ここで圧電部１４の遠位端４４は、非圧電部１６の遠位端４６を越えて伸びており、圧電部１４の隣接端４３は、非圧電部１６の隣接端４５を越えて伸びている。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部１８を介して結合される。接着部１８は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置する。圧電部１４は、ベース部２０に結合される。
【００２６】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーはまた、複数のベース部を含むように構成することもできる。複数のベース部を含む自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成を、図７〜図１４に示す。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを、複数のベース部を含むように構成することは、直感的に分かりにくいが、これは、当業者の期待としては、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの両端を固定することで、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを複数のベース部に固定した結果自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの変位の制限が生じて、応答の劣化をもたらすからである。２つのベース部を含む自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの構成に関して、１つの例示の態様において、圧電部の変位でなく、圧電部の応力を測定する。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを、２つのベース部を含むように構成すると、比較的高い媒体流の条件のもとで動作し、優れた質量変化感度を提供可能な、安定で堅固なセンサーが提供される。機械的に堅固な自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーであって、比較的広い範囲の媒体流条件に対し、性能の最小の決定力で耐用できる前記センサーを提供すると共に、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを２つのベース部を含むように構成することにより、１つのベース部を有する類似寸法のカンチレバーセンサーと比べて、３〜４倍高い（例えば１００ｋＨｚより高い）基本周波数を提供する。
【００２７】
図７は、２つのベース部２０、５０を含む、固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成４８の図である。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー４８を「固定」と呼ぶのは、非圧電部１６がベース部２０に取り付けられているからである。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー４８に示す構成において、圧電部１４の隣接端５２と非圧電部１６の隣接端５４の両方は、ベース部２０に取り付けられている。圧電部と非圧電部は、任意の適切な手段を介してベース部に取り付けることができる。非圧電部１６の遠位端５８もまた、ベース部５０に取り付けられている。非圧電部１６の遠位端５８は、圧電部１４の遠位端５６を越えて伸びている。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部１８を介して結合される。接着部１８は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置している。
【００２８】
図８は、２つのベース部２０、５０を含む、固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成６０の図であり、ここで圧電部１４は、ベース部２０またはベース部５０のどちらにも取り付けられていない。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー６０に示す構成において、非圧電部１６の隣接端６２はベース部２０に取り付けられ、非圧電部１６の遠位端６４はベース部５０に取り付けられている。非圧電部１６の隣接端６２は、圧電部１４の隣接端６６を越えて伸び、非圧電部１６の遠位端６４は、圧電部１４の遠位端６８を越えて伸びている。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部１８を介して結合される。接着部１８は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置している。
【００２９】
図９は、固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成７０の図であり、これは２つのベース部２０、５０を含み、２つの圧電部１４、７２を含み、および２つの接着部１８、７４を含む。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー７０に示す構成において、圧電部１４の隣接端７６および非圧電部１６の隣接端７８は、ベース部２０に取り付けられている。圧電部７２の遠位端８０および非圧電部１６の遠位端８２は、ベース部５０に取り付けられている。非圧電部１６の隣接端７８は、圧電部７２の隣接端８６を越えて伸びている。非圧電部１６の遠位端８２は、圧電部１４の遠位端８４を越えて伸びている。圧電部１４の遠位端８４と、圧電部７２の隣接端８６は、その間にスペース８８を形成する。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部１８を介して結合される。圧電部７２は、非圧電部１６に接着部７４を介して結合される。接着部１８および７４はそれぞれ、圧電部１４と非圧電部１６、および圧電部７２と非圧電部１６の重なり部分の間に位置している。
【００３０】
図９に示す構成７０についての種々の代替的例示構成においては、圧電部１４、７２の１つのみが、それぞれのベース部２０、５０に取り付けられる。例えば、図１０に示した１つの例示の構成においては、圧電部１４がベース部２０に取り付けられ、圧電部７２はベース部５０に取り付けられていない。別の例示の構成においては、図１１に示すように、圧電部７２がベース部５０に取り付けられ、圧電部１４はベース部２０に取り付けられていない。さらに別の例示の構成においては、図１２に示すように、圧電部１４も圧電部７２も、それぞれのベース部２０、５０に取り付けられていない。圧電層が複数の部分からなっている種々の例示の構成において、電極は任意の１または２以上の圧電部に取り付けることができる。例えば、図９、図１０、図１１および図１２に示す例示の構成において、電極は圧電部１４、圧電部７２、またはこれらの組み合わせに取り付けることができる。
【００３１】
図１３は、２つのベース部２０、５０を含む、固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成９０の図であり、ここで圧電部１４はベース部２０に取り付けられ、非圧電部１６はベース部５０に取り付けられている。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部１８を介して結合される。接着部１８は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置している。非圧電部１６の遠位端９８は、圧電部１４の遠位端９６を越えて伸びている。圧電部１４の隣接端９２は、非圧電部１６の隣接端９４を越えて伸びている。
【００３２】
図１４は、２つのベース部２０、５０を含む、固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成１００の図であり、ここで非圧電部１６は、ベース部２０とベース部５０のどちらにも取り付けられていない。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー１００に示す構成において、圧電部１４の隣接端１０２は、ベース部２０に取り付けられており、圧電部１４の遠位端１０４は、ベース部５０に取り付けられている。圧電部１４の隣接端１０２は、非圧電部１６の隣接端１０６を越えて伸びており、圧電部１４の遠位端１０４は、非圧電部１６の遠位端１０８を越えて伸びている。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部１８を介して結合される。接着部１８は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置している。
【００３３】
図１５は、圧電部１４と非圧電部１６を含む、無固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成１１０の図であり、ここで圧電部の幅ＷＰは、非圧電部の幅ＷＮＰより小さい。図１５に示す構成１１０は、図１に示した構成１２に類似であるが、ただし、ＷＰはＷＮＰより小である。したがって、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサー１１０は、無固定のオーバーハング型自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの態様を示す。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部（図１５には接着部は示されず）を介して結合される。接着部は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置している。圧電部１４はベース部２０に結合される。
【００３４】
図１６は、圧電部１４と非圧電部１６を含む、無固定の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成１１２の図であり、ここで圧電部の幅ＷＰは非圧電部の幅ＷＮＰより小さく、および圧電部１４の遠位端１１４は、非圧電部１６の遠位端１１６を越えて伸びており、圧電部１４の隣接端１１８は、非圧電部１６の隣接端１２０を越えて伸びている。図１６に示す構成１１２は、図６に示した構成４２に類似であるが、ただし、ＷＰはＷＮＰより小である。圧電部１４は、非圧電部１６に接着部（図１６には接着部は示されず）を介して結合される。接着部は、圧電部１４と非圧電部１６の重なり部分の間に位置している。圧電部１４はベース部２０に結合される。
【００３５】
図１７は、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを用いた、分析物を検出するための例示の方法のフロー図である。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、ステップ１２０において提供される。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、上記に従って構成するか、またはこれらの任意の適切な変形に従って構成することができる。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーは、ステップ１２２において分析物を受け取るよう準備する。例示の態様において、分析物の誘引物質（attractor）を自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部に適用する。誘引物質は分析物に特異的である。したがって、誘引物質は標的分析物を引き付けるが、他の物質は引き付けない。例えば、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部は、以下を引き付けるための誘引物質を含むことができる：炭疽菌などのバイオテロリズム剤、大腸菌などの食品媒介病原体、食品および水中の病原体、体液中の細胞型（例えば、循環する腫瘍細胞）、体液中のバイオマーカー（例えば、特定の病態生理をマークするタンパク質、α−フェトタンパク質、β２−ミクログロブリン、膀胱腫瘍抗原、乳癌マーカーＣＡ−１５−３、および他のＣＡ類（癌抗原）、カルシトニン、癌胎児性抗原、その他）、例えばトリニトロトルエン、ジニトロトルエンなどの爆発物のマーカー、空気媒介毒素および水媒介毒素、タンパク質などの生物学的実体、およびこれらの組み合わせ。
【００３６】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを、ステップ１２４において媒体に暴露する。媒体は、任意の適切な媒体、例えば液体、気体、液体と気体の組み合わせ、または真空などを含むことができる。媒体は、広い範囲の流動状態を示すことができる。標的分析物が媒体中に存在する場合、標的分析物は、誘引物質で処理された自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部に蓄積する。上記のように、標的分析物が自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部に蓄積（例えば結合）すると、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの剛性の変化、および／または自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの質量の増加をもたらし、これにより自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの共振周波数が減少する。
【００３７】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの共振周波数は、ステップ１２６で測定する。共振周波数は、任意の適切な手段により、例えばオペアンプ、インピーダンスアナライザー、ネットワークアナライザー、発振回路などにより、測定することができる。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの圧電部の圧電材料が励振されると、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部が曲がって、圧電材料に生じたひずみに対応する。励振周波数が下にある機械構造の固有周波数に等しい場合、共振が起こる。
【００３８】
測定した共振周波数を、ステップ１２８においてベースライン共振周波数と比較する。ベースライン共振周波数は、分析物が蓄積していない、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの共振周波数である。測定した共振周波とベースライン共振周波数の間の周波数の差（周波数シフト）が計測されない場合（ステップ１３０において）、ステップ１３２において、分析物が検出されなかったと決定する。測定した共振周波とベースライン共振周波数の間の周波数の差が計測された場合は（ステップ１３０において）、ステップ１３４において、分析物が検出されたこと、すなわち分析物が媒体中に存在することを決定する。ステップ１３６において、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの非圧電部に蓄積された分析物の質量を、ステップ１３０で計測した周波数シフトに応じて決定する。
【００３９】
自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの種々の構成を利用して、種々の実験が実施されている。図１８は、図１に示す、空中で作動された自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの構成１２の、例示の共振スペクトルのプロット１３７である。幅Ｗｐおよび幅ＷＮＰは、それぞれ約２ｍｍである。プロット１３７は、励振電圧１００ｍＶでの、位相角（励振電圧と励振電流の間）対励振周波数を示す。第１共振周波数モード１４０は、およそ１５０〜２００ｋＨｚの間で起こり、第２共振周波数モード１４２は、およそ２５０〜３００ｋＨｚの間で起こった。共振スペクトルは、約９８０ｋＨｚ、２．９０ＭＨｚおよび４．６０ＭＨｚにおいて、高次の特性ピークを示す。
【００４０】
性質係数を、共振周波数の、ピーク高さの中点におけるピーク幅に対する比率として決定した。その結果、性質係数は、共振ピークの鮮鋭度（sharpness）の測度である。実験により、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの性質係数は、センサーが真空から液体流の環境までの異なる環境中に置かれた場合にも、大幅に減少しないことが示された。実験により、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの種々の構成のＱ値は、ピークが検出された位置でのそれぞれの周波数モードに依存して、一般に１０〜７０の範囲であることも示された。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの種々の構成は、真空、空気および流れを含む粘性の環境中で用いられた場合に、一般にそのＱ値は２０％〜３５％を超えて減少しなかった。性質係数の全体的な値における比較的小さなこの損失は、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの持つ能力、すなわち化学物質および種々の生物学的項目を、水および血流を含む粘性の環境中で正確に検出する能力を反映するものである。
【００４１】
実験により、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの感度は、その寸法の関数であることが示された。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの形状寸法における特定の変化は、センサーの質量変化感度を増強し、したがって、低濃度の分析物を検出するセンサーの応答を強化する。共振スペクトル、すなわち空気中の位相角対励振周波数のプロットは、それぞれ１０２±０．０５、９７０±０．０５、および１８１０±０．０５ｋＨｚにおいて、優勢な曲げモード共振ピークを示した。自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの形状寸法を変えることにより、センサーの共振特性が強化された。対応する曲げ共振モードは、より高い周波数で起こり、より大きい位相角を有し、これは自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの共振ピークが、より感度が高く、減衰がより少ないことを示唆した。
【００４２】
１つの例示の実験において、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの質量変化感度を測定した。既知の質量のパラフィンワックスを、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーのガラス表面に付加し、共振周波数の変化を用いて、ｇ／Ｈｚで表した質量感度を計算した。液体中での質量変化感度を、直接測定した；さらに、質量を付加する前後における共振周波数の変化に対する、既知の質量の比率も測定した。液体中で測定した共振モードの質量感度は、１．５×１０−１５ｇ／Ｈｚと決定された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図２】例示の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの断面図であり、圧電層に動作可能に関連する電極用の電極配置領域を示す。
【図３】例示の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの断面図であり、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーのベース部内の、例示の電極配置を示す。
【図４】例示の自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの断面図であり、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーのベース部の外の、例示の電極配置を示す。
【図５】圧電層の遠位端が非圧電層の遠位端とぴったり重なっている、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図６】圧電層の遠位端が非圧電層の遠位端を越えて伸び、圧電層の隣接端が非圧電層の隣接端を越えて伸びている、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図７】２つのベース部を有する、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図８】圧電層がどちらのベース部にも取り付けられていない、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの他の例示の構成の図である。
【図９】２つの端で固定された圧電層を有する、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図１０】圧電層が２つの部分を有し、その１つが固定された、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図１１】圧電層が２つの部分を有し、その１つが固定された、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の別の図である。
【図１２】圧電層が２つの部分を有し、そのどちらもが固定されていない、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図１３】固定された非圧電部と、固定されていない圧電部とを有する、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図である。
【図１４】非圧電層がどちらのベース部にも取り付けられていない、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの他の例示の構成の図である。
【図１５】圧電部が、圧電部と異なる幅を有する、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの他の例示の構成の図である。
【図１６】圧電層と非圧電層を含む、自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの例示の構成の図であり、ここで圧電層の幅は非圧電層１６の幅より狭く、圧電層の遠位端は非圧電層の遠位端を越えて伸び、圧電層の隣接端は非圧電層の隣接端を越えて伸びている。
【図１７】自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーを利用して、分析物を検出するための例示の方法のフロー図である。
【図１８】空気中で作動された、図１に示す自己励振・自己検出型圧電カンチレバーセンサーの構成の、例示の共振スペクトルのプロットを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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