(57)【要約】【課題】従来のＱＣＭセンサーでは、同一の圧電振動子上に形成した複数の隣接した励振用電極パターンごとにセンサー膜溶液や試料溶液の種類を変えて塗布した場合、電極パターン間で溶液同士が混ざり合ってしまっていた。【解決手段】本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子上に液体を塗布した際の塗布領域を制限することができるＱＣＭセンサーを得ることができ、種類の異なる溶液を圧電振動子上に複数形成した電極パターンごとに塗り分けることが可能となり、検出したい物質と選択的に結合するセンサー膜を電極パターンごとに形成することができる。すなわち、試料液体に含まれる複数の物質の含有量を一つのＱＣＭセンサーで同時に計測することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続し、前記圧電振動子の外周部と前記基板との間を封止材によって封止し、同一の圧電振動子表面に複数の励振部分を設けるように前記電極パターンを形成したＱＣＭセンサーであって、
前記圧電振動子上に溶液を塗布した際の塗布領域を制御するための塗布領域制御手段を検出面に有するＱＣＭセンサー。
【請求項２】
前記塗布領域制御手段として凸部または凹部を有することを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサー。
【請求項３】
前記塗布領域制御手段として貫通穴を有することを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子上の金属パターンを試料ガスや試料溶液に晒したときの圧電振動子の発振周波数やインピーダンス等の電気的特性の変化から金属パターン表面に吸着した試料の成分を検知、定量するＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサーの実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電振動子を用いてマイクロバランス原理を応用したケミカルバイオセンサーが注目を集めている。従来のＱＣＭセンサーの構造を図２０、図２１を用いて説明する。図２０、図２１は特許文献１に記載されているＱＣＭセンサーを示している。
【０００３】
圧電振動子１の表面に複数の電極パターン２を隣接させて形成し、各電極パターン２の裏面に対向する電極パターンを形成し、圧電振動子１の一方の面の電極パターン２を試料ガスや試料溶液に晒した時の各電極パターン２別の主共振周波数の変化またはインピーダンスの変化から試料の成分を各電極別に検知・定量するマルチチャンネルＱＣＭセンサーにおいて、圧電振動子１は、試料に晒される側の電極パターン２形成面を平坦構造とし、この裏面の対向する電極パターン２が形成される面を掘り下げた凹部をもつ構造となっている。
【０００４】
上記に示すＱＣＭセンサーでは圧電振動子１の試料ガスや試料液体に晒す面、すなわち検出面が平坦であり、電極パターン２形成部の洗浄が確実、容易になり、高精度の繰り返し測定が可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２８３９０５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したＱＣＭセンサーには以下に記載するような問題点がある。
【０００６】
従来のＱＣＭセンサーでは、同一の圧電振動子上の複数の隣接した励振用電極パターンごとに選択的に特定の物質と結合するセンサー膜溶液や試料溶液の種類を変えて塗布した場合、電極パターン間で溶液同士が混ざり合ってしまっていた。
【０００７】
そのため電極パターンごとに違う種類の溶液を塗布する場合、電極パターン間の距離を多く取る必要があり、圧電振動子が非常に大きなものとなってしまっていた。
【０００８】
一つのＱＣＭセンサーで試料中に含まれる複数の物質を検知、検出する場合、特定の物質と結合するセンサー膜を励振用電極パターンごとに種類を変えて形成する必要があり、センサー膜溶液の塗布領域を制御する必要がある。
【０００９】
以上の理由により、一つのＱＣＭセンサーで試料中に含まれる複数の物質を検知、検出することは非常に困難であり、複数の物質を検出、検知でき、かつ生産性に優れたＱＣＭセンサーを得ることが難しかった。
【００１０】
本発明は、同一の圧電振動子に複数の励振部分を有するＱＣＭセンサーにおいて、各励振部分ごとに種類の違う溶液を塗布することが容易に可能であり、一つのＱＣＭセンサーで複数の試料中物質の検知、検出が可能なＱＣＭセンサーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明におけるＱＣＭセンサーは、下記記載の構成を採用する。
【００１２】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続し、圧電振動子の外周部と基板の間を封止材によって封止し、同一の圧電振動子表面に複数の励振部分を設けるように電極パターンを形成したＱＣＭセンサーであって、圧電振動子上に溶液を塗布した際の塗布領域を制御するための塗布領域制御手段を検出面に有していることを特徴としている。
【００１３】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子上に溶液を塗布した際の塗布領域を制御するための塗布領域制御手段として凸部または凹部を有していることが好ましい。
【００１４】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子上に溶液を塗布した際の塗布領域を制御するための塗布領域制御手段として貫通穴を有していることが好ましい。
【００１５】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子上に設けた凸部が圧電振動子と同一または異種の材質であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＱＣＭセンサーは、圧電振動子に設けた励振用の電極パターンを、基板に設けた配線パターンに接続材料を用いて接続し、圧電振動子の外周部と基板の間を封止材によって封止した圧電振動子であり、同一の圧電振動子表面に複数の励振部分を設けるように電極パターンを形成したＱＣＭセンサーにであって、圧電振動子上に溶液を塗布した際に塗布領域を制御するための凸部を有している。
【００１７】
凸部が液体の流動を制限する役割を持っており、センサー膜となる物質が含まれるセンサー膜溶液Ａとセンサー膜溶液Ｂをディスペンサなどを用いて塗布した場合、塗布領域を二つの電極パターンの励振部分の間で分割し、お互いの溶液が混ざり合わないように制御することができる。
【００１８】
このことにより同一の圧電振動子上に形成した複数の励振部分それぞれに個別のセンサー膜溶液を塗布することができ、それに伴い各電極パターンごとに個別のセンサー膜を形成することが可能となる。
【００１９】
以上の方法により圧電振動子上に液体を塗布した際の塗布領域を制限することができるＱＣＭセンサーを得ることができ、種類の異なる溶液を圧電振動子上に複数形成した電極パターンごとに塗り分けることが可能となり、検出したい物質と選択的に結合するセンサー膜を電極パターンごとに形成することができる。すなわち、試料液体に含まれる複数の物質の含有量を一つのＱＣＭセンサーで同時に計測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】
【００２０】
以下図面を用いて本発明の最適な実施形態におけるＱＣＭセンサーについて説明する。
（第一の実施形態）
図１に本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの断面図を示す。図１に示すように、圧電振動子１に設けた励振用の電極パターン２を、基板３に設けた配線パターン４に接続材料５を用いて接続し、圧電振動子１の外周部と基板３の間を封止材６によって封止した圧電振動子であり、同一の圧電振動子１表面に複数の励振部分を設けるように電極パターン２を形成したＱＣＭセンサーにおいて、圧電振動子１上に溶液を塗布した際に塗
布領域を制御するための塗布領域制御手段である凸部を検出面（図１では圧電振動子１の上面側）に有していることを特徴としている。
【００２１】
圧電振動子１上に凸部を有することにより、種類の異なる溶液を圧電振動子１上に複数形成した電極パターン２ごとに塗り分けることが可能となり、検出したい物質と選択的に結合するセンサー膜を電極パターン２ごとに形成することができる。すなわち、試料液体に含まれる複数の物質の含有量を一つのＱＣＭセンサーで同時に計測することが可能となる。
【００２２】
次に、本発明の第一の実施形態における圧電振動子の実装方法について図２から図１２を用いて説明する。まず、図２に示すように圧電振動子１を任意の周波数の厚みになるように研磨したものに感光性樹脂を露光現像によりパターンニングする方法や接着剤をスクリーン印刷などで塗布し硬化する方法により凸部７を形成する。その後、ワイヤーソーを用いて使用する任意の大きさに分割する。
【００２３】
本実施形態では、凸部７の大きさを幅１００μｍ、高さ５０μｍとしたが、塗布する溶液の種類や量、圧電振動子１の大きさおよび表面の濡れ性などの要因により変化してくるので、用途により適当な大きさに形成する。
【００２４】
分割した圧電振動子１にメタルマスクを使用し、真空蒸着法やスパッタリング法により金属薄膜パターンを圧電振動子１上に形成することにより励振用の電極パターン２を図３に示すように形成する。
【００２５】
圧電振動子１上に凸部７を形成する別の方法として、図４に示すように圧電振動子１上の凸部を形成したい部分にエッチングレジスト８を露光現像により形成し、エッチングにより図５に示すように凸部７を形成した後エッチングレジスト８を除去する方法などがある。
【００２６】
凸部７をエッチングにより形成した圧電振動子１にメタルマスクを使用し、真空蒸着法やスパッタリング法により金属薄膜を圧電振動子１上に形成することにより励振用の電極パターン２を図６に示すように形成する。
【００２７】
凸部７の形成方法については上記以外の方法で形成しても問題はなく、特に制限されるものではない。
【００２８】
図７は圧電振動子１の斜視図であるが、点線は裏面の状態を表している。励振用の電極パターン２は基板３上に設けた配線パターン４と電気的な接続を行う部分が同一の面になるように形成されている。
【００２９】
本実施形態では圧電振動子１として水晶板を用い、大きさが４ｍｍ×６ｍｍで厚みが５０μｍのものを使用し、電極パターン２の励振部分が２ｍｍ×２ｍｍとなるようなパターンで下地にクロムを０．１μｍ、クロム上に金を０．２μｍの厚みで形成した。
【００３０】
圧電振動子１上に配置する凸部７の形状は励振部分が２ヶ所の場合は図７のような電極パターン２間の位置に配置し、励振部分が４ヶ所の場合は図８に示すように配置する。
【００３１】
次に図９の断面図に示すように、ガラスやガラス繊維とエポキシ樹脂で形成された基板３上に銅箔を貼り合わせ、フォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を形成する。配線パターン４の表面には銅の腐食防止のためニッケルと金を形成しておく。
【００３２】
本実施形態では厚みが１ｍｍのガラス繊維とエポキシ樹脂でできた基板３を使用し、厚みが１８μｍの銅箔を貼り合わせフォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を形成した。配線パターン４の表面にはニッケルを１μｍ、金を０．３μｍの厚みでメッキ法により形成した。
【００３３】
図１０の断面図に示すように、圧電振動子１上に形成した電極パターン２と基板３上に形成した配線パターン４とを電気的に接続するための導電接着剤やハンダペーストなどからなる接続材料５と、外周部を封止するエポキシ、シリコーン、ウレタンなどからなる封止材６をディスペンサにより基板３上に塗布する。
【００３４】
この時、封止材６は図１１の平面図に示すようにディスペンサを用いて幅２００μｍ程度で圧電振動子１の外形より内側に塗布する。
【００３５】
本実施形態では接続材料５として硬化後に柔らかく、圧電振動子１を変形させるような応力を発生させないシリコーン接着剤に銀粒子を含有した導電接着剤を使用し、封止材６として接続材料５と同様の理由で熱硬化型のシリコーン接着剤を使用した。
【００３６】
上記の方法で得られたＱＣＭセンサーは図１２に示すように凸部７が液体の流動を制限する役割を持っており、センサー膜となる物質が含まれるセンサー膜溶液Ａとセンサー膜溶液Ｂをディスペンサなどを用いて塗布した場合、塗布領域を二つの電極パターン２の励振部分の間で分割し、お互いの溶液が混ざり合わないように制御できる。
【００３７】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーについて説明する。図１３に本発明におけるＱＣＭセンサーの断面図を示す。図１３に示すように、圧電振動子１に設けた励振用の電極パターン２を、基板３に設けた配線パターン４に接続材料５を用いて接続し、圧電振動子１の外周部と基板３の間を封止材６によって封止した圧電振動子であり、同一の圧電振動子１表面に複数の励振部分を設けるように電極パターン２を形成したＱＣＭセンサーにおいて、圧電振動子１上に溶液を塗布した際に塗布領域を制御するための塗布領域制御手段である凹部を検出面（図１３では圧電振動子１の上面側）に有していることを特徴としている。
【００３８】
圧電振動子１上に凹部を有することにより、種類の異なる溶液を圧電振動子１上に複数形成した電極パターン２ごとに塗り分けることが可能となり、検出したい物質と選択的に結合するセンサー膜を電極パターン２ごとに形成することができる。すなわち、試料液体に含まれる複数の物質の含有量を一つのＱＣＭセンサーで同時に計測することが可能となる。
【００３９】
次に、第二の実施形態における圧電振動子の実装方法について図９から図１１、図１４から図１９を用いて説明する。まず、図１４に示すように圧電振動子１を任意の周波数の厚みになるように研磨したものにエッチングにより凹部１１を形成する。その後、ワイヤーソーを用いて使用する任意の大きさに分割する。
【００４０】
分割した圧電振動子１にメタルマスクを使用し、真空蒸着法やスパッタリング法により金属薄膜パターンを圧電振動子１上に形成することにより励振用の電極パターン２を図１５に示すように形成する。
【００４１】
図１６は圧電振動子１の斜視図であるが、点線は裏面の状態を表している。励振用の電極パターン２は基板３上に設けた配線パターン４と電気的な接続を行う部分が同一の面になるように形成されている。
【００４２】
本実施形態では圧電振動子１として水晶板を用い、大きさが４ｍｍ×６ｍｍで厚みが５０μｍのものを使用し、電極パターン２の励振部分が２ｍｍ×２ｍｍとなるようなパターンで下地にクロムを０．１μｍ、クロム上に金を０．２μｍの厚みで形成した。
【００４３】
圧電振動子１上に配置する凹部１１の形状は励振部分が２ヶ所の場合は図１６のような電極パターン２間の位置に配置し、励振部分が４ヶ所の場合は図１７に示すように配置する。
【００４４】
また、凹部１１を形成するのではなく、図１８に示すように隣接する励振部分となる電極パターン２の間に貫通穴１２を設けておくことでも同様の効果が得られる。
【００４５】
次に図９の断面図に示すように、ガラスやガラス繊維とエポキシ樹脂で形成された基板３上に銅箔を貼り合わせ、フォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を形成する。配線パターン４の表面には銅の腐食防止のためニッケルと金を形成しておく。
【００４６】
本実施形態では厚みが１ｍｍのガラス繊維とエポキシ樹脂でできた基板３を使用し、厚みが１８μｍの銅箔を貼り合わせフォトリソグラフィとエッチングにより配線パターン４を形成した。配線パターン４の表面にはニッケルを１μｍ、金を０．３μｍの厚みでメッキ法により形成した。
【００４７】
図１０の断面図に示すように、圧電振動子１上に形成した電極パターン２と基板３上に形成した配線パターン４とを電気的に接続するための導電接着剤やハンダペーストなどからなる接続材料５と、外周部を封止するエポキシ、シリコーン、ウレタンなどからなる封止材６をディスペンサにより基板３上に塗布する。
【００４８】
この時、封止材６は図１１の平面図に示すようにディスペンサを用いて幅２００μｍ程度で圧電振動子１の外形より内側に塗布する。
【００４９】
本実施形態では接続材料５として硬化後に柔らかく、圧電振動子１を変形させるような応力を発生させないシリコーン接着剤に銀粒子を含有した導電接着剤を使用し、封止材６として接続材料５と同様の理由で熱硬化型のシリコーン接着剤を使用した。
【００５０】
上記の方法で得られたＱＣＭセンサーは図１９に示すように凹部１１または貫通穴１２が液体の流動を制限する役割を持っており、センサー膜となる物質が含まれるセンサー膜溶液Ａとセンサー膜溶液Ｂをディスペンサなどを用いて塗布した場合、塗布領域を二つの電極パターン２の励振部分の間で分割し、お互いの溶液が混ざり合わないように制御できる。
【００５１】
このことにより同一の圧電振動子１上に形成した複数の励振部分それぞれに個別のセンサー膜を形成することが可能となる。
【００５２】
本実施形態で説明しているセンサー膜とは、特定の物質と結合する特徴を持った物質であり、具体的には、抗体をＱＣＭセンサーの励振部分に当たる電極パターン２に配置し、抗原抗体反応により特定の抗原を吸着させるものである。
【００５３】
以上の方法により圧電振動子１上に液体を塗布した際の塗布領域を制限することができるＱＣＭセンサーを得ることができ、種類の異なる溶液を圧電振動子１上に複数形成した電極パターン２ごとに塗り分けることが可能となり、検出したい物質と選択的に結合する
センサー膜を電極パターン２ごとに形成することができる。すなわち、試料液体に含まれる複数の物質の含有量を一つのＱＣＭセンサーで同時に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーを示す断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す斜視図である。
【図８】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す斜視図である。
【図９】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す平面図である。
【図１２】本発明の第一の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーを示す断面図である。
【図１４】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第二の実施形態におけるＱＣＭセンサーの製造工程を示す断面図である。
【図２０】従来例におけるＱＣＭセンサーを示す平面図である。
【図２１】従来例におけるＱＣＭセンサーを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  圧電振動子
２  電極パターン
３  基板
４  配線パターン
５  接続材料
６  封止材
７  凸部
８  エッチングレジスト
１１  凹部
１２  貫通穴
【図１】
2008032413.tif 000003
【図２】
2008032413.tif 000004
【図３】
2008032413.tif 000005
【図４】
2008032413.tif 000006
【図５】
2008032413.tif 000007
【図６】
2008032413.tif 000008
【図７】
2008032413.tif 000009
【図８】
2008032413.tif 000010
【図９】
2008032413.tif 000011
【図１０】
2008032413.tif 000012
【図１１】
2008032413.tif 000013
【図１２】
2008032413.tif 000014
【図１３】
2008032413.tif 000015
【図１４】
2008032413.tif 000016
【図１５】
2008032413.tif 000017
【図１６】
2008032413.tif 000018
【図１７】
2008032413.tif 000019
【図１８】
2008032413.tif 000020
【図１９】
2008032413.tif 000021
【図２０】
2008032413.tif 000022
【図２１】
2008032413.tif 000023