(57)【要約】【課題】  弾性波素子の検出部に、微量の液状物を接触させて測定する場合であっても、高い精度で測定することが可能な弾性波素子及びこれを用いたバイオセンサ装置を提供する。【解決手段】  基板上に弾性波を励起するための励振部と、前記弾性波を受信するための受信部と、前記励振部と前記受信部との間に被検出物が接触することになる検出部とを備える弾性波素子であって、前記励振部と前記検出部との間と、前記受信部と前記検出部との間に、それぞれ仕切板を設けたことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に弾性波を励起するための励振部と、前記弾性波を受信するための受信部と、前記励振部と前記受信部との間に被検出物が接触することになる検出部とを備える弾性波素子であって、前記励振部と前記検出部との間と、前記受信部と前記検出部との間に、それぞれ仕切板を設けたことを特徴とする弾性波素子。
【請求項２】
前記仕切板は、前記励振部と、前記検出部とを覆うようにして設けられたカバーの一部として構成されていることを特徴とする弾性波素子。
【請求項３】
前記検出部上に液状物が保持できるように、前記仕切板間に枠板を立設して囲いとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性波素子。
【請求項４】
前記弾性波素子は、ラブ波デバイス、ＳＨ−ＳＡＷデバイス、ＡＰＭデバイス、ＦＰＷデバイス又はＳＴＷデバイスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の弾性波素子を備えることを特徴とするバイオセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学、生化学、医療、食品分野における、圧電材料中又は表面を伝播する弾性波素子及びこれを使用したバイオセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体分子間の相互作用を測定するために、例えば、非特許文献１に示されるように弾性波素子が利用されている。
前記文献に記載されるラブ波デバイス、ＳＨ−ＳＡＷデバイス、ＡＰＭデバイス、ＦＰＷデバイス、ＳＴＷデバイス等の弾性波素子は、水晶発振子に比べて感度が高く、微量な被検出物を測定するには有用であった。
しかしながら、弾性波素子を使用した測定において、検出部に微量の液状物を接触させた場合、液状物の接触面積が変化してしまい、測定結果にばらつきが生じるという問題があった。また、検出部に予めバッファー液（生化学用緩衝液であり、主な含有物はＮａＣｌやＫＣｌ等である）等を接触させておいて、そこに被検出物の注入をしたりする場合に、励振部や受信部を構成するＩＤＴ（Interdigital Tranducer:交差指電極）にバッファー液等が接触し、波の減衰を引き起こし測定ができなくなるという問題があった。また、励振部や受信部付近の湿度変化の影響を受けることにより、周波数変化を起こし、質量負荷や粘性負荷などの正確な測定ができないという問題もあった。
【０００３】
【非特許文献１】塩川祥子、森泉豊栄，「弾性波デバイスを用いた化学センサ」，電学論Ｃ，平成３年，１１１巻９号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、弾性波素子の検出部に、微量の液状物を接触させて測定する場合であっても、高い精度で測定することが可能な弾性波素子及びこれを用いたバイオセンサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見出した。
本発明の弾性波素子は、請求項１に記載の通り、基板上に弾性波を励起するための励振部と、前記弾性波を受信するための受信部と、前記励振部と前記受信部との間に被検出物が接触することになる検出部とを備える弾性波素子であって、前記励振部と前記検出部との間と、前記受信部と前記検出部との間に、それぞれ仕切板を設けたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の弾性波素子において、前記仕切板は、前記励振部と、前記検出部とを覆うようにして設けられたカバーの一部として構成されていることを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の弾性波素子において、前記検出部上に液状物が保持できるように、前記仕切板間に枠板を立設して囲いとしたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のバイオセンサにおいて、前記弾性波素子は、ラブ波デバイス、ＳＨ−ＳＡＷデバイス、ＡＰＭデバイス、ＦＰＷデバイス又はＳＴＷデバイスであることを特徴とする。
また、本発明のバイオセンサ装置は、請求項１乃至４の何れかに記載の弾性波素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、弾性波素子の検出部に接触することになる液状物の面積が測定の際に変化することを防ぐことができる。また、検出部上の液状物は、励振部又は受信部に接触することがないので、正確な弾性波を励起又は受信することができる。
また、励振部又は受信部が直接外気に触れないようにすることで、湿度・温度変化や風の流れによる周波数変化を抑えることができる。
また、検出部を囲うことにより、液状物が検出部に接触する面積を一定に保つことができ、正確に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
上記の通り、本発明の弾性波素子は、基板上に弾性波を励起するための励振部と、前記弾性波を受信するための受信部と、前記励振部と前記受信部との間に被検出物が接触することになる検出部とを備える弾性波素子であって、前記励振部と前記検出部との間と、前記受信部と前記検出部との間に、それぞれ仕切板を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、励振部と検出部との間と、受信部と検出部との間に、それぞれ仕切板を設けるようにしたものである。
仕切板の高さ、幅、厚み、形状及び立設する方向については、液状物が励振部及び受信部側に移動することを防ぐことができれば、特に制限はない。従って、仕切板の形状が曲面形状であってもよく、また、立設する方向が基板に対して垂直であっても傾斜していてもよい。
【０００９】
また、仕切板は、励振部と、検出部とを囲うようにして設けられたカバーの一部として構成されることが好ましい。励振部及び受信部が、雰囲気温度、湿度及び風速等の影響を受けることがなく正確な測定が可能となるからである。
このカバーの形状についても、励振部及び検出部を覆うことができれば、例えば、箱形、略半球状等とすることができ、特に制限はない。
【００１０】
また、検出部上に液状物が保持できるように、仕切板間に枠板を立設して囲いとすることが好ましい。これにより、液状物が検出部に接触することになる面積を一定とすることができ、正確な測定が可能となる。
この枠板の形状及び立設する方向についても、仕切板とともに検出部を囲うことにより液状物が外に漏れなければ、例えば、曲面形状であってもよく、また、基板に対して傾斜していてもよく、特に制限はない。
【００１１】
弾性波素子としては、基板上に弾性波を励起するための励振部と、弾性波を受信するための受信部と、励振部と受信部との間に被検出物が接触することになる検出部とを備えるものであれば特に制限されるものではない。この弾性素子の中でも、ラブ波デバイス、ＳＨ−ＳＡＷデバイス、ＡＰＭデバイス、ＦＰＷデバイス又はＳＴＷデバイスを使用することが好ましい。
ラブ波デバイスは、圧電材料であるＳＴカット水晶、ＬｉＴａＯ3等からなる基板上にＡｕ，Ａｌ，Ｃｒ等の金属膜からなるＩＤＴを設け、これらの上から、前記基板の横波の伝播速度より遅い速度を有する材質（ＳｉＯ2、ポリマー等）を層状に設け、波の伝播方向に垂直で、基板表面に平行な横波の成分の表面波（ラブ波）を励起するものである。
また、ＳＨ−ＳＡＷデバイスは、圧電材料であるＬｉＴａＯ3（３６°回転Ｙ板Ｘ伝播、Ｘカット１５０°伝播）、ＬｉＮｂＯ3等からなる基板上にＡｕ，Ａｌ，Ｃｒ等の金属膜からなるＩＤＴを設け、波の伝播方向に垂直で、基板表面に平行な横波成分の表面波（圧電表面すべり波等）を励起するものである。
また、ＳＴＷデバイスは、圧電材料であるＡＴカット水晶基板等からなる基板にＡｕ，Ａｌ，Ｃｒ等の金属膜からなるＩＤＴとグレーティングを設けたものであり、基板を伝播するＳＳＢＷ（surface skimming bulkwave）をグレーティングにより基板表面にトラップし、表面横波（surface transverse wave）を励起するものである。
また、ＦＰＷデバイスは、圧電材料基板やＺｎＯ膜等の圧電材料薄膜上にＡｕ，Ａｌ，Ｃｒ等の金属膜からなるＩＤＴを設けたものであり、波の変位が波の伝播方向と基板に垂直方向の成分からなるラム波と呼ばれる板波を励起するものである。
また、ＡＰＭデバイスは、圧電材料であるＳＴカット水晶基板上にＡｕ，Ａｌ，Ｃｒ等の金属膜からなるＩＤＴを設けたものであり、基板表面に沿って基板に平行伝播する板波を励起するものである。
【００１２】
また、仕切板、カバー又は枠板を構成する材料についても特に制限はないが、例えば、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等を使用することができる。
仕切板等の基板上への固定方法としては、硬化後に弾性を有する接着剤を使用することができ、一例を挙げると、シリコーン系のバスコーク（登録商標）を使用することができる。また、仕切板等をＰＤＭＳ等の粘着性を有する材料により構成し、この粘着性を利用して固定する方法もある。
【実施例】
【００１３】
次に、本発明の一実施例の弾性波素子について説明する。
まず、本実施例の弾性波素子の製造方法について説明する。
図１は、本実施例の弾性波素子３０の基本構成となるラブ波デバイス１０を示すもので、厚み０．５ｍｍ、３３°３０’回転水晶ＳＴ−カットウエーハからなる圧電基板１の上に、励振部２と、受信部３と、前記励振部２と受信部３との間の弾性波伝播路の表面に形成された検出部４とを備える。
前記励振部２は、弾性波を励起するためのもので、夫々７５対の櫛形電極２ａ，２ｂから構成される。この櫛形電極２ａ，２ｂは、圧電基板１上に、厚み５０ｎｍのＣｒ膜と、厚み１５０ｎｍのＡｕ膜とを順にスパッタリング法により積層した後、フォトリソグラフィにより不要な金属膜部分をドライエッチングにより除去することにより形成する。櫛形電極２ａ，２ｂの幅ｗ及び間隔ｓは、夫々１０μｍに形成し、励起される弾性波の波長λ（λ＝２（ｗ＋ｓ））は４０μｍとする。また、受信部３も、励振部２と同様にして形成する。
前記励振部２及び受信部３を形成した圧電基板１の全面には、厚み３μｍ程度のＳｉＯ2膜からなるガイドレイヤー層を形成し、このガイドレイヤー層上に、検出部４として、厚み２０ｎｍのＣｒ膜と、厚み１００ｎｍのＡｕ膜とを順に積層して、矩形状の固定化用膜を形成する。
上記構成により、中心周波数１２５ＭＨｚのラブ波が励起されることになる。
【００１４】
そして、上記ラブ波デバイス１０の励振部２及び受信部３を覆うようにして、底面に開口部を備える箱形のポリプロピレン製のカバー５，５をバスコークにより固定する。このカバー５，５の対向する面５ａ，５ａが、仕切板となり、検出部４上の液状物を励振部２側及び受信部３側に移動することを防ぐ。また、励振部２及び受信部３は、このカバー５，５により覆われているので、湿度・温度変化や風の流れによる周波数変化の影響を受けることがない。
また、本実施例では、仕切板５ａ，５ａとともに、枠板６，６を立設することにより検出部４の上部に液状物が保持できるように囲いを設けるようにした。これにより、検出部４への液状物の接触面積が変化することなく測定することができる。
【００１５】
次に、本発明のバイオセンサ装置の一実施例について説明する。
図３は、バイオセンサ装置の全体構成を示すもので、弾性波素子３０は、分析装置７に接続され、分析装置７は所望の周波数の交流信号を表面弾性波素子３０に出力する。制御装置８は、分析装置７の動作を制御するものであり、分析装置７が弾性波素子３０に出力する信号の周波数を変化させ、弾性波素子３０に出力された周波数と測定結果の周波数とを記憶するように構成されている。尚、分析装置７として、本実施例では、ネットワークアナライザを使用している。
【００１６】
次に、上記バイオセンサ装置を用いた測定例について、比較例とともに説明する。
（実施例１）
まず、弾性波素子３０の検出部４に１０μｌの純水を載置しておいて、分析装置７から励振部２に交流信号を出力し、励振部２により弾性波を励起する。そして、受信部３により受信される中心周波数（１２０ＭＨｚ）が安定してから、検出部４に、更に、純水を１μｌずつ計２回注入し、最後にブロックエース（登録商標、製造元：雪印乳業（株）  販売元：大日本製薬（株）  ＵＫ−Ｂ２５、以下同じ）を１μｌ注入する。その時の周波数変化を図４に示す。
【００１７】
（比較例１）
図１に示す従来のラブ波デバイス１０の検出部４に、１μｌの純水を載置し、実施例１と同様にして弾性波を励起し、中心周波数（１２０ＭＨｚ）が安定してから、粘性の負荷を与えないように、純水を０．５μｌずつを計４回注入した。その時の周波数変化を図５に示す。
【００１８】
上記測定の結果、実施例１では、純水を加えても大きな周波数変化は生じず、ブロックエースのみに感度を示していることがわかる。また、励振部２及び受信部３をカバー５，５で覆っていることに加え、囲い６を設けているため、励振部２側及び受信部３側に液状物が移動して悪影響を与えるようなことはなかった。
これに対して、比較例１は、同種の液体を注入しているにもかかわらず、純水を０．５μｌ注入する毎に周波数が２０〜３０ｋＨｚ程度変化している。これは、検出部４に接触する液状物の面積が増加することによるものと推測される。
また、実施例１では、２μｌ以上の液状物を検出部４に載せても測定ができたが、比較例１では、励振部２側及び受信部３側に純水が移動し、弾性波の減衰を引き起こし、最後には測定ができなくなった。
【００１９】
尚、上記実施例の弾性波素子３０は、囲い６を設けるようにしたものであるが、図６に示すように囲い６を設けないで、検出部４上に液状物を通過させるようにしたフローセルタイプの弾性波素子３０とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例の弾性波素子の製造に使用されるラブ波デバイスの説明図
【図２】本発明の一実施例の弾性波素子の説明図
【図３】本発明の一実施例のバイオセンサ装置の説明図
【図４】本発明の実施例の測定結果を示すグラフ
【図５】比較例の測定結果を示すグラフ
【図６】本発明の弾性波素子の変形例の説明図
【符号の説明】
【００２１】
１    ラブ波デバイス
２    励振部
３    受信部
４    検出部
５    カバー
６    枠板
７    分析装置
８    制御装置
【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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