(57)【要約】【課題】本発明は、前記課題を解決するため、抗原抗体反応を促進することにより検体の反応時間を短縮することができ、検知ないし検出機能に優れた表面弾性波センサを提供することを目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明に係る表面弾性波センサは、圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成され、表面弾性波の送信を行う送信電極と、前記圧電基板の表面に形成され、表面弾性波の受信を行う受信電極と、前記送信電極及び前記受信電極の間に形成され、被検対象となる検体が導入される伝搬領域と、前記伝搬領域に導入された検体を機械的に振動可能な振動体と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2011180036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板の表面に形成され、表面弾性波の送信を行う送信電極と、
前記圧電基板の表面に形成され、表面弾性波の受信を行う受信電極と、
前記送信電極及び前記受信電極の間に形成され、被検対象となる検体が導入される伝搬領域と、
前記伝搬領域に導入された検体を機械的に振動可能な振動体と、
を備える表面弾性波センサ。
【請求項２】
前記伝搬領域が、前記伝搬領域に導入された検体を認識するための感応膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波センサ。
【請求項３】
前記圧電基板が、片持ち梁構造を持つ基材上に配設され、
前記振動体が、前記基材の固定端と反対側の可動端付近に配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面弾性波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波センサに関する。さらに詳しくは、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）を用いて、生化学的な液体物質等の検体を検知ないし検出することができる表面弾性波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、測定対象の化学物質を認識する感応膜等の受容体の化学的ないしは物理的変化を検出するために、弾性体の表面付近にエネルギーを集中させて伝搬する表面弾性波（弾性表面波ともよばれる。）を利用し、かかる表面弾性波による表面弾性波素子をトランスデューサとした表面弾性波センサが開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。かかる表面弾性波センサは、バイオテクノロジー分野や医療分野等において用いられており、例えば、ウイルスやバクテリア等の検出に、また、医療分野機器の中に組み込まれて血液検査等の診断に利用されている。
【０００３】
このような表面弾性波センサの構成としては、例えば、圧電基板の表面に送信電極（励振電極）と、受信電極と、これらの電極の間の表面弾性波伝搬面に配置した検出物質反応膜等を形成した伝搬領域を有するものが知られている。そして、伝搬領域に目的の化学物質が化学的に結合してその重量が変化すると、送信電極により励振された表面弾性波の伝搬速度等が変化して、これを受信電極が発振周波数の変化として測定することにより、目的物質やその物性を高精度に検知ないし検出することができる。例えば、抗原抗体反応は、検体となる液体の熱拡散等により促進されるが、被検対象となる液体サンプル内の抗原含有量により、伝搬領域における抗原抗体反応量が異なるため、伝搬する表面弾性波の位相や振幅の変動量が変化することになり、これをもとに、抗体の性状、特質を検知ないし検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８５９０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記したように、抗原抗体反応は液体の熱拡散等により促進されるが、検体の種類等によっては、かかる液体の熱拡散では攪拌が難しく、抗原抗体反応が効率よく進行しない場合があり、改善が求められていた。
【０００６】
そこで、本発明は、前記課題を解決するため、抗原抗体反応を促進することにより検体の反応時間を短縮することができ、検知ないし検出機能に優れた表面弾性波センサ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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係る表面弾性波センサは、圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成され、表面弾性波の送信を行う送信電極と、前記圧電基板の表面に形成され、表面弾性波の受信を行う受信電極と、前記送信電極及び前記受信電極の間に形成され、被検対象となる検体が導入される伝搬領域と、前記伝搬領域に導入された検体を機械的に振動可能な振動体と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る表面弾性波センサは、前記伝搬領域が、前記伝搬領域に導入された検体を認識するための感応膜を含むことが好ましい。
【０００９】
本発明に係る表面弾性波センサは、前記圧電基板が、片持ち梁構造を持つ基材上に配設され、前記振動体が、前記基材の固定端と反対側の可動端付近に配設されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る表面弾性波センサは、伝搬領域に導入される被検対象の検体を機械的に振動させるための振動体を備えるので、検体の種類等に左右されず、検体の抗原抗体反応を促進することができるため、検体の反応時間を短縮することができ、検知ないし検出機能に優れた表面弾性波センサとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面弾性波センサを示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る表面弾性波センサを示した断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る表面弾性波センサを示した斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る表面弾性波センサを示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の一態様を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態にあっては、本発明の表面弾性波センサ１が、抗原抗体反応をもとに抗体の性状、特質を検知ないし検出するものとして説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
（１）表面弾性波センサ１の構成：
図１は、第１実施形態に係る表面弾性波センサ１の斜視図、図２は第１実施形態に係る表面弾性波センサを示した断面図、をそれぞれ示す。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る表面弾性波センサ１は、圧電基板１１と、圧電基板１１の表面に形成され、表面弾性波の送信を行う送信電極１２と、圧電基板１１の表面に形成され、表面弾性波の受信を行う受信電極１３と、送信電極１２及び受信電極１３の間に形成され、被検対象となる検体が導入される伝搬領域１４に加え、かかる伝搬領域１４に導入された検体を機械的に振動可能な振動体１５を基本構成として備える。感応膜は、伝搬領域１４に導入された検体を認識するために、伝搬領域１４の表面に形成されている。なお、図２にあっては、伝搬領域１４に検体となる液体サンプルＸを滴下した状態を示している。
【００１４】
圧電基板１１は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト等の圧電性材料を平坦な矩形薄板状に形成することにより得ることができる。かかる圧電基板１１は、その表面に形成され、励振電極となる送信電極１２による表面弾性波が励振される基板である。
【００１５】
送信電極１２及び受信電極１３は、圧電基板１１の表面に櫛歯状等の所定のパターンで形成されるが、このうち、送信電極１２は、所定の周波数の検出用信号の入力によって、前記した圧電基板１１の表面に表面弾性波を励振して受信電極１３に向けて送信する。励振する表面弾性波は、横波型表面弾性波（ＳＨ−ＳＡＷ：Ｓｈｅａｒ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）が好ましい。かかるＳＨ−ＳＡＷによる横波型表面弾性波は、縦波型に比較して伝搬領域に溶液状の検体（液体サンプルＸ）等を搭載しても、液体サンプルＸの抵抗を受けて減衰する割合が少ない。
【００１６】
一方、受信電極１３は、前記した圧電基板１１の表面を伝搬する表面弾性波を受信して表面弾性波の強度に応じた検出用信号を出力する。
【００１７】
かかる送信電極１２及び受信電極１３は、金、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電性材料を。フォトリソグラフィ、蒸着、スパッタリング等の従来公知の方法を用いて形成することができる。
【００１８】
なお、本実施形態にあっては、送信電極１２及び受信電極１３は、ガラスキャップ１６により空間保持封止されている。このため、送信電極１２及び受信電極１３に液体サンプルＸが浸入することが防止でき、検体となる抗原を含む液体サンプルＸを伝搬領域１４にピペット等により直接滴下することが可能となる。ガラスキャップ１６の構成は、特に制限はないが、ガラス板からなる四角筒の上からガラス板を載せて被せたもの、四枚のガラス板を四方に配置し、上からガラス板を載せて被せたもの、キャップ状のガラス器等を被せたもの、等が挙げられる。
【００１９】
伝搬領域１４は、例えば、金、パラジウム等からなる反応電極と、抗体層となる感応膜を備えている。感応膜は、検出対象となる化学物質の性状や特質等に対応させて、抗体、ガス吸着体、酵素、微生物、ＤＮＡ等からなるものとして、反応電極と結合している。この伝搬領域１４には、検体である液体サンプルＸ、あるいは検体となる抗原を含む液体サンプルＸが導入されることになる。
【００２０】
振動体１５は、本実施形態にあっては、図２に示すように、圧電基板１１を介して伝搬領域１４の下側（送信電極１２等が形成される面と反対側の面）に配設した態様を示している。振動体１５としては、例えば、機械的な振動を生じる部材である振動モータやＰＺＴ素子（ピエゾ素子）等を用いることができ、振動モータの回転運動等を伝搬領域１４に導入される検体（液体サンプルＸ）に振動運動として伝達する。
【００２１】
振動体１５として振動モータを使用した場合は、振動運動を連続的あるいは間欠的に伝達することができる。また、振動体１５としてＰＺＴ素子（ピエゾ素子）を使用した場合は、一定周波数による振動運動を伝達してもよく、所定の周波数帯でスイープ駆動させて振動運動を伝達してもよい。
【００２２】
なお、導入される液体サンプルＸの検体の表面における共振周波数にあわせた周波数を与えることにより、拡散が増幅されることになる。一方、かかる共振周波数は液体サンプルＸの粘度や液体の半径や表面張力等に依存するため、測定ごとに共振周波数が異なる。したがって、この場合には、振動体１５を周波数スイープ駆動することが好ましい。
【００２３】
（２）表面弾性波センサの動作手順：
次に、本実施形態に係る表面弾性波センサ１の動作手順の一例を説明する。まず、信号発生部（図示しない）により送信電極１２に対して所定の周波数の検出用信号が入力されると、圧電基板１１の表面に横波型表面弾性波が励振されることになる。また、励振された表面弾性波は、圧電基板１１の表面を伝搬して伝搬領域１４を介して受信電極１３で受信され出力される。このような、送信電極１２に入力した検出用信号と、受信電極１３から出力された検出用信号と、を比較することにより、送信電極１２から受信電極１３までの検出用信号の伝搬特性（例えば位相や振幅等）が取得されることになる。
【００２４】
被検対象となる検体である抗原を含む液体サンプルＸ（例えば、Ｃ反応性タンパクを含む溶液）を伝搬領域に導入すると、伝搬領域１４に形成された反応膜は、抗原抗体反応により、導入された液体サンプルから抗原を捕集する。また、このように捕集された抗原により、伝搬領域１４の表面の状態が変化する。加えて、振動体１５が稼働状態となると、振動体１５の振動運動が伝搬領域に伝達され、かかる伝搬領域１４における検体を拡散させる。このような振動により、伝搬領域１４に導入されている抗原を含む液体サンプルＸが効率よく拡散されて、伝搬領域１４における抗原抗体反応が促進されることになる。
【００２５】
以上の動作により、伝搬領域１４の液体サンプルＸが所定時間拡散され、抗原を捕集すると、前記したと同様に、送信電極１２に所定の周波数の検出用信号が信号発生器（不図示）から入力され、送信電極１２から受信電極１３までの検出用信号の伝搬特性（例えば位相や振幅等）が取得されることになる。そして、液体サンプルＸの導入前後の伝搬特性の変化を検出することにより、捕集された抗原の量や溶液中の抗原の密度等が検出されることになる。
【００２６】
（３）本実施形態に係る表面弾性波センサ１の効果：
以上説明したように、本実施形態に係る表面弾性波センサ１は、伝搬領域１４に導入される被検対象の検体を機械的に振動させるための振動体１５を備えるので、検体の種類等に左右されず、検体の抗原抗体反応を促進することができるため、検体の反応時間を短縮することができ、検知ないし検出機能に優れた表面弾性波センサ１となる。
【００２７】
（第２実施形態）
図３を用いて、本発明の第２実施形態に係る表面弾性波センサ１を説明する。図１及び図２に示した第１実施形態に係る表面弾性波センサ１は、振動体１５が、圧電基板１１を介して伝搬領域１４の下側（送信電極１２等が形成される面と反対側の面）に配設した態様を示した。一方、本実施形態に係る表面弾性波センサ１は、当該センサ１を構成する圧電基板１１が、所定の板状基材１７上に固定載置されており、また、振動体１５が、かかる板状基材１７における、伝搬領域１４の両脇に２つ（振動体１５１，１５２）配設されている点において相違する。
【００２８】
なお、以下の説明では、すでに第１実施形態で説明した部分と同一あるいは略同一である部分等は、共通する符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図３は、第２実施形態に係る表面弾性波センサ１の斜視図である。本実施形態に係る表面弾性波センサ１は、圧電基板１１が所定の板状基材１７上に固定載置されているとともに、２つの振動体１５１、１５２が、かかる板状基材１７における、伝搬領域１４の両脇にそれぞれ配設されている。
【００３０】
このような構成により、前記した第１実施形態と同様、振動体１５１、１５２の振動運動が伝搬領域１４における液体サンプルに伝達されることに加えて、２方向からの振動運動が伝搬領域１４における液体サンプルに伝達されることになるため、検体の抗原抗体反応をより促進することができ、検体の反応時間をさらに短縮することができることとなる。ここで、２つの振動体１５１、１５２は、例えば振動モータであれば、両者を同じ振動数で連続駆動してもよく、あるいは、両者を交互に駆動するようにしてもよく、駆動のバリエーションは必要に応じて任意に決定することができる。
【００３１】
なお、圧電基板１１が固定配設される板状基材１７は、例えば、木材、金属、合成樹脂等を構成材料とすればよい。また、板状基材１７の形状は、図３に示した矩形状のほか、
円形、楕円形等の任意の形状とすることができる。
【００３２】
（第３実施形態）
図４を用いて、本発明の第３実施形態に係る表面弾性波センサ１を説明する。図４は、第３実施形態に係る表面弾性波センサ１の断面図である。図１及び図２に示した第１実施形態に係る表面弾性波センサ１は、振動体１５が、圧電基板１１を介して伝搬領域１４の下側（送信電極１２等が形成される面と反対側の面）に配設した態様を示した。一方、本実施形態に係る表面弾性波センサ１は、当該センサ１を構成する圧電基板１１が、片持ち梁構造を持つ基材１８上に配設されており、また、振動体１５が、かかる片持ち梁構造を持つ基材１８の固定端１８１と反対側の可動端１８２付近に配設されている点において相違する。
【００３３】
なお、以下の説明では、すでに第１実施形態で説明した部分と同一あるいは略同一である部分等は、共通する符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図４において、本実施形態に係る表面弾性波センサ１は、一方の端（固定端１８１）を所定の固定部材１９に固定した基材１８（片持ち梁構造を持つ基材１８）上に圧電基板１１が配設されており、振動体１５が、かかる片持ち梁構造を持つ基材１８の固定端１８１と反対側の可動端１８２付近に配設されている。なお、図４にあっては、図２と同様、伝搬領域１４に検体となる液体サンプルＸを滴下した状態を示している。
【００３５】
このような構成により、前記した第１実施形態と同様、振動体１５の振動運動が伝搬領域１４における液体サンプルに効率よく伝達されることに加えて、片持ち梁構造を持つ基材１８の固定端１８１と反対側の可動端１８２付近に配設されている振動体１５の振動運動がばね振動として伝搬領域１４における液体サンプルに伝達されることになるため、検体の抗原抗体反応をより促進することができ、検体の反応時間をさらに短縮することができることとなる。特に、片持ち梁構造を持つ基材１８の固有振動に振動体１５の振動周波数を合わせると、共振作用により、効率的に液体サンプルを攪拌することが可能となる。
【００３６】
なお、片持ち梁構造を持つ基材１８としては、前記した第２実施形態で挙げた板状基材１７と同様、例えば、木材、金属、合成樹脂等を構成材料とすればよく、また、可動端１８２付近に配設される振動体１５は、できるだけ可動端１８２に近い位置に配設するようにすればよい。
【００３７】
（実施形態の変形）
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を備え、目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良は、本発明に含まれるものである。
【００３８】
例えば、前記した実施形態では、振動体１５を、圧電基板１１を介して伝搬領域１４の下側（送信電極１２等が形成される面と反対側の面）に配設した態様（第１実施形態）、圧電基板１１を固定載置した板状基材１７における、伝搬領域１４の両脇に配設した態様（第２実施形態）、圧電基板１１を配設した片持ち梁構造を持つ基材１８の固定端１８１と反対側の可動端１８２付近に配設した態様（第３実施形態）、をそれぞれ示したが、これには限定されず、振動体１５は、伝搬領域に導入された検体等の液体サンプルＸを機械的に振動可能な任意の位置に配設することができる。
【００３９】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、例えば、バイオテクノロジー分野や医療分野等において、測定対象となる検体の化学的または物理的変化を検出するための技術として有利に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：  表面弾性波センサ
１１：  圧電基板
１２：  送信電極
１３：  受信電極
１４：  伝搬領域
１５：  振動体
１５１：振動体
１５２：振動体
１６：  ガラスキャップ
１７：  板状基材
１８：  片持ち梁構造を持つ基材
１８１：固定端
１８２：可動端
１９：  固定部材
Ｘ：  液体サンプル
【図１】
2011180036.tif 000003
【図２】
2011180036.tif 000004
【図３】
2011180036.tif 000005
【図４】
2011180036.tif 000006