(57)【要約】  カートリッジは流体からなる試料を分析する装置で使用され、分析のための流体を受け取る試料受取りセルを有する。セルは、ハウジングの２つの部品（１２０、２００、３００、１０２、２０２、３０２）の一方上の表面と、前記表面から離隔された電気機械的変換器（９２、２４０、３４０）を備えたセンサーとを備える。センサーは接着性薄膜（１００、２４６、３４６）によってハウジングの部品の一方に取り付けられ、薄膜は、ハウジングの部品の相対的な僅かな移動または屈曲によっても力が薄膜を介してセンサーに掛からないように、ハウジングの前記部品の一方だけに取り付けられている。
2010505106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体からなる試料を分析する装置用のカートリッジであって、少なくとも２つの部品と前記部品の１つに表面を備えた試料受取りセルとを有したハウジングと、前記表面から離隔された電気機械的変換器を備えたセンサーと、センサーをハウジングの部品の１つに取り付けており、ハウジングの前記部品のうちの１つだけに取り付けられた接着薄膜とを備える、カートリッジ。
【請求項２】
セルの一部を画定するハウジングの表面が、センサーが取り付けられたハウジングの部品上にあり、表面が前記薄膜によってセンサーから離隔されている、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
ハウジングの他方の部品が、セルが位置付けられた凹所を含む、請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
凹所がセルを取り囲んでいる、請求項３に記載のカートリッジ。
【請求項５】
凹所と表面が薄膜の全体が含まれる空洞を画定している、請求項４に記載のカートリッジ。
【請求項６】
ハウジングの部品が、ハウジングの部品を第１の軸に沿った部品同士の相対的なせん断運動を防止するように互いに位置付けるように互いに係合している、請求項１から５のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記係合が、第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿ったハウジングの２つの部品の相対的なせん断運動も防止する、請求項６に記載のカートリッジ。
【請求項８】
ハウジングの部品が互いにかみ合っている、請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項９】
ハウジングの部品の一方が他方に取り付けられている、請求項７または８に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
ハウジングの部品が薄膜から離隔された領域で互いに結合されている、請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
ハウジングの部品が接着剤によって互いに結合されている、請求項１０に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
接着剤が剛性である、請求項１１に記載のカートリッジ。
【請求項１３】
センサーが取り付けられたハウジングの部品が剛性であり、９５Ｇｐａ以上のヤング係数を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項１４】
ハウジングの各部品がそれぞれの板部材を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項１５】
セルの一部を構成した表面を有したハウジングの部品が、板部材を備え、ハウジングの他方の部品内の凹所用の挿入部材であり、前記挿入部材が前記ハウジングの他方の部品よりも高剛性である、請求項１から１４のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項１６】
セルがフローセルであり、挿入部材内のアパーチャとして形成された流体入口と流体出口を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項１７】
挿入部材が十字形状である、請求項１５に記載のカートリッジ。
【請求項１８】
カートリッジが、セルからの流体の任意の漏れに対して１つまたは複数の排水溝を含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項１９】
１つまたは複数の排水溝がハウジングの部品の一方にチャネルまたは水路を備える、請求項１８に記載のカートリッジ。
【請求項２０】
変換器が多数の感知領域を有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項２１】
変換器が横せん断モード圧電共鳴器を備える、請求項１７に記載のカートリッジ。
【請求項２２】
変換器が石英水晶を備える、請求項１７または２１に記載のカートリッジ。
【請求項２３】
ハウジングの部品同士は、ハウジングの他方の部品が、セルの一部を画定したハウジングの部品を支持する１つまたは複数の表面を提供するように、互いに接触し、かつセルの一部を画定したハウジングの部品が、完全支持梁を形成するように、空洞の両側から１つの軸に沿って反対方向に延在する、請求項１から２２のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項２４】
前記係合が、第１の軸および第２の軸に対して垂直の第３の軸に沿った、互いに向かう、または離れる部品の相対的な動きも防止する、請求項７に記載のカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体からなる試料を分析する装置用のカートリッジ、特にその分析を実行し、電気機械的変換器を備えるセンサーを有するカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、印加された電気信号を変換器が変更する装置、特に、例えば石英水晶マイクロバランスシステムであってその共振周波数である周波数またはそれに近い周波数で振動する圧電変換器を有するシステムなどの装置に適用可能である。
【０００３】
変換器は典型的には、受容体グループが不動化される活性表面を有する。そのグループは、検出または分析される物質に対して化学的親和性または反応性を有する。分析される物質は通常、水晶の活性表面と接触される流体内に存在する。
【０００４】
表面上の受容体グループと物質との間の物理的、化学的、および生物化学的な相互作用は表面に付いた質量に（また活性表面の他の物理的特性に）変化を引き起こし、これらが水晶の振動特徴、特に共振周波数に影響を及ぼす。これらの影響に対する分析を使用して、物質の質的データおよび／または量的データを得ることができる。
【０００５】
知られている装置の一部のタイプでは、石英水晶センサーはフローセルの一部として形成されており、これが試料送出／除去システムに連結されている。試料送出／除去システムは、分析される試料をセルに通して移動させて試料が水晶と接触するようにする。装置は、駆動測定回路を含む。駆動測定回路は水晶に連結されており、水晶を振動させ、水晶の振動特徴の変化を検出および／または測定するように作動可能である。
【０００６】
変換器の交換は頻繁に必要であり、特にバイオセンサーの分野で、流体試料内の異なったいくつかの物質が分析される場合、あるいは水晶を覆った受容体が２回以上使用されることが可能でない場合にそうである。
【０００７】
その点に関連して、装置の中に容易に挿入されかつそこから取り外され得る単一のカートリッジ内に、水晶およびフローセルを設けて、電気回路および試料送出／除去システムを実現することが知られている。したがって、使い捨て式でありながら測定装置に容易にかつしっかりと取り付けることが可能な、製造容易なフローセルが極めて望ましい。
【０００８】
米国特許第６１９６０５９号明細書は、水晶が固着された環状リブを有した射出成形構成要素から形成されたカートリッジを示している。リブは水晶を対向面から離隔させてフローセルを画定し、射出成形構成要素は、水晶から離隔された位置で接触子用の凹所も含む。接触子は電気ワイヤによって水晶に連結され、水晶と適切な駆動／測定回路との間の連結手段を提供する。
【０００９】
このようなカートリッジの構造は比較的複雑であり、したがって比較的高コストである。これは、特にカートリッジが使い捨てユニットとして使用されるためである。さらに、水晶と下表面との間の最少間隔、したがってフローセルの容積は、フローセルの高さの下限をもたらすリブによって限定される。このことは、フローセルが迅速な不動化時間を達成することを防止する可能性があり、これに相応して装置の反応速度と、測定されることが可能な運動学的パラメータとを制限する。さらに、カートリッジには、変換器の端末と器具類との間の手動の電気接続作業が必要であり、このことは操作に際して不都合である。
【００１０】
生体力学的相互作用の分析では、分析物流体の利用可能な体積は制限されていることが多く、したがってフローセルの容積も小さくなるべきである。分析物受容体の相互作用の運動学的特性に対する測定は、変換器の表面への分析物の拡散によって制限される可能性があることも知られている。この移送の制限を最小限に抑え、好ましくはそれを完全に克服するために、変換器の表面に対して垂直方向のフローセルの寸法は最小限にされるべきである。
【００１１】
石英水晶振動子などの電子機械的圧電変換器を、取り付けられた変換器が残留応力を受けず、確実な流体密の封止を形成するように取り付けることは、このようなセルの重要な設計目標である。国際公開第２１２８３７２号パンフレットおよび国際公開第０２４７２４６号パンフレットは、応力のない取付けを達成するための様々な手段を提案しているが、これらの場合では、漏れ防止構造を作り出すために比較的複雑な多部品の設計が生まれており、さらに前記の米国特許第６１９６０５９号明細書のように、このことは、小容積のフローセルを得ることが困難な状況をもたらしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６１９６０５９号明細書
【特許文献２】国際公開第２１２８３７２号パンフレット
【特許文献３】国際公開第０２４７２４６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明によると、流体からなる試料を分析する装置用のカートリッジであって、少なくとも２つの部品と前記部品の１つに表面を備えた試料受取りセルとを有したハウジングと、前記表面から離隔された電気機械的変換器を備えたセンサーと、センサーをハウジングの部品の１つに取り付けており、ハウジングの前記部品のうちの１つだけに取り付けられる接着薄膜とを備えたカートリッジが提供される。
【００１４】
ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１１６２号明細書は、フローセルが２部品のハウジングと、圧電素子などの、接着薄膜を通してハウジングの部品の１つに取り付けられたセンサーとを有したカートリッジを示している。本出願の優先日時点で、ＰＣＴ特許出願は未だ公開されていないことに留意されたい。
【００１５】
センサーとそれに関連したハウジングの部品との間に薄膜および接着剤の組み合わせを使用すると、フローセルが比較的簡単な構成要素から形成されること、したがって比較的低コストになることが可能になる。しかし、接着薄膜は、ハウジングの２つの部品を互いに接合する手段の一部も形成する。その結果、ハウジングの２つの部品に掛けられたいかなる相対せん断力も薄膜を介してセンサーに伝えられる可能性がある。このような力は、ドッキング機構の自然許容差とカートリッジの組み立てとの結果、カートリッジがドッキング機構の中に挿入されるときに生じる可能性があることが見出されている。カートリッジが組み立てられるとき、２つの部品の組み立て中の位置合わせ誤差によって、基部と上板部材との間で歪みに自然の変化が起こる。同様に、カートリッジの上半分と下半分を位置付けるドッキング機構の部品同士の間で少量の位置合わせ不良が起こる。
【００１６】
ハウジングの部品同士の相対的な位置の僅かな差異によって、センサーの特徴がカセットごとに異なってしまう可能性がある。さらに、時間の経過とともに薄膜上の接着剤が弛緩することによって、時間の経過とともにセンサーの特徴（特に無負荷状態の共鳴周波数）に残留偏差が生じる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
しかし、本発明では、ハウジングの２つの部品はセンサーが取り付けられた接着薄膜によって結合されず、それら２つの部品に掛けられたいかなるせん断力も薄膜によってセンサーに伝えられないようにする。
【００１８】
好ましくは、セルの一部を画定したハウジングの表面は、センサーが取り付けられたハウジングの部品上にあり、表面は前記薄膜によってセンサーから離隔されている。
【００１９】
好ましくは、ハウジングの他方の部品はセルが位置付けられた凹所を含む。
【００２０】
好ましくは、凹所はセルを取り囲んでいる。
【００２１】
したがって、前記ハウジングの他方の部品も凹所を取り囲み、したがって、カートリッジがドッキング機構の中に挿入される際のカートリッジの屈曲を軽減または解消することが可能である。
【００２２】
凹所と表面は、薄膜が全て中に含まれる空洞を好都合に画定することができる。
【００２３】
好ましくは、ハウジングの部品同士は、ハウジングの他方の部品が、セルの一部を画定したハウジングの部品を支持する１つまたは複数の表面を提供するように、互いに接触し、かつセルの一部を画定したハウジングの部品が、技術用語で言う完全支持梁を形成するように、空洞の両側から１つの軸に沿って反対方向に延在する。
【００２４】
２つの部品がこのように接触されるとき、１つまたは複数の接触表面は接触面積全体にわたって剛結合されたように互いに保持されて、１つまたは複数の表面がいかなる点でも離れることが可能でなくなる。表面に対して垂直方向に掛けられた湾曲力が存在する場合、これは、支持されていない領域内のセルの一部を画定したハウジングの部品の曲げ歪みを軽減し、したがってそれが取り付けられた変換器への曲げ応力を軽減する。これは、カートリッジがドッキングステーションの中に挿入されると水晶上の応力が軽減されることを意味している。
【００２５】
より好ましくは、セルの一部を画定したハウジングの部品を支持する前記ハウジングの他方の部品の１つまたは複数の表面は、センサーが１つまたは複数の表面に対して垂直方向に取り付けられたハウジングの部品の曲げをさらに軽減するために、空洞のさらなる両側から第２の軸に沿って反対方向にも延在し、凹所は長方形である。
【００２６】
好ましくは、ハウジングの部品同士は、第１の軸に沿った部品同士の相対的な移動を防止するようにハウジングの部品を互いに位置付けるように、互いに係合する。
【００２７】
好ましくは、前記係合は、第１の軸に対して垂直方向の第２の軸に沿ったハウジングの２つの部品の相対的な移動も防止する。
【００２８】
この目的のために、ハウジングの部品同士は互いにかみ合う（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ）ことができる。
【００２９】
さらにまたは代替方法として、ハウジングの部品の一方は他方に取り付けられ得る。
【００３０】
好ましくは、ハウジングの部品同士は薄膜から離隔された領域で互いに結合される。
【００３１】
好ましくは、ハウジングの部品同士は接着剤によって互いに結合される。
【００３２】
接着剤は、有利に剛性であることができる。
【００３３】
このことは、カートリッジがドッキング機構の中に挿入される際に屈曲する傾向をさらに軽減する。
【００３４】
好ましくは、センサーが取り付けられたハウジングの部品は剛性であり、好ましくは９４Ｇｐａ以上のヤング係数を有する。
【００３５】
ハウジングの各部品は有利にそれぞれの板部材を備えることができる。
【００３６】
このことは、比較的簡単で、コンパクトな、取扱い易いカートリッジの構築を生み出す。
【００３７】
セルの一部を構成する表面を有したハウジングの部品は、好ましくは板部材を備え、ハウジングの他方の部品内の凹所用の挿入部材であり、前記挿入部材は、都合良く前記ハウジングの他方の部品よりも高剛性である。
【００３８】
これは、上で論じたカートリッジの屈曲の可能性をさらに軽減する。
【００３９】
好ましくは、セルはフローセルであり、挿入部材内のアパーチャとして形成された流体入口と流体出口を有する。
【００４０】
挿入部材は剛性材料で形成されることが可能であることから、アパーチャは、例えば、カートリッジの使用中またはその結果として変更される傾向のない、セルに対して精確に画定された位置で穴開けすることによって形成され得る。
【００４１】
挿入部材は有利に十字形状であることができる。
【００４２】
このような形状は、流体入口／出口が、前記ハウジングの他方の部品への取付けのための装着位置と共に、比較的小さな面積内に収容されることを可能にする。この結果、カートリッジは比較的小さな挿入部材を有することが可能である。これは、特に挿入部材がハウジングの他方の部品のように容易に所望の形状に形成されることが可能でない（その剛性または破砕性などのために）材料で製作される場合、カートリッジの構築を容易にする。
【００４３】
好ましくは、センサーは圧電素子を備える。圧電素子は、横せん断モード共鳴器、例えばＡＴカット石英水晶などであることができる。石英水晶は、電極パターンによって画定された１つまたは複数の感知領域を備えることができる。感知領域は、多数の切り抜き領域を有した単一の接着薄膜によって、フローセルに個別に関連付けられ得る。各切り抜き領域は、試料を水晶のそれぞれの感知領域に提供するそれぞれのセルを画定し、各セルは関連付けられた入口と出口を有する。ハウジングの他方の部品には、１つまたは複数の個別のセンサーおよびセルが取り付けられたハウジングの部品をそれぞれ位置付けるための多数の凹所が設けられ得る。
【００４４】
カートリッジは、セルからの流体の任意の漏れに対して、ハウジングの部品の一方に１つまたは複数の排水溝、即ちチャネルまたは水路などを含むことができる。
【００４５】
次に本発明が、単に一例として添付の図面を参照して記述される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１１６２号で記述されたカートリッジ（本発明によらない）の分解斜視図である。
【図２】カートリッジの断面図である。
【図３】図２の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った横断面図である。
【図４】図２に対応する本発明によるカートリッジを示す図である。
【図５】図１に対応する本発明によるカートリッジの第２実施形態の分解斜視図である。
【図６】本発明によるカートリッジの第３実施形態の分解斜視図であり、図面の角度は、カートリッジの上側表面を示すようなものである。
【図７】第３実施形態の、カートリッジの下側が示される角度からの分解斜視図である。
【図８】図６および図７で示されたカートリッジの横断面図である。
【図９】図８の面と同じ面によるカートリッジの一部の拡大断面図である。
【図１０】カートリッジの変更版の図８および図９と同じ面の断面図である。
【図１１】カートリッジの第２変更版の図１０に対応する図である。
【図１２】フローセル内の試料内で定在波が設定される傾向を軽減または解消することを目的とした挿入部材に対する変更を示す断面図である。
【図１３】フローセル内の試料内で定在波が設定される傾向を軽減または解消することを目的とした挿入部材に対する変更を示す断面図である。
【図１４】本発明によるカートリッジの第４実施形態の図７に対応する分解等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図面に示されたカートリッジは、石英水晶マイクロバランス装置の一部として使用するものであり、カートリッジ内の２つのフローセルのそれぞれを流体送出／除去システムに連結し、石英水晶板部材９２の形態の変換器を、水晶を振動させ水晶の振動特徴を測定する電気回路に連結するドッキングステーションを含む。このような装置は、本出願人の同時係属中の英国特許出願第０５０６７１１．１号明細書に記述されている。
【００４８】
第１実施形態は多くの点でＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１１６２号に示されたカートリッジに類似していることから、これについて最初に記述する。
【００４９】
図１を参照すると、石英水晶板部材が参照符号９２によって示されており、これは図面に示されたカートリッジの一部を形成している。板部材には、一方の面で１対の駆動電極９８と９８を画定するパターンで金が被覆されており、各電極は別個の２つのフローセルの一方とそれぞれ一致している。板部材の下側にも共通の接地電極を形成するように金が被覆されている。この電極から導電性トラック（図示せず）が板部材の縁部のまわりで板部材の上面まで延びて、板部材の上面に係合するコーダピンが接地電極に連結することを可能にする接触を実現している。
【００５０】
変換器９２は接着薄膜１００の上面に接着され、接着薄膜１００の下側は板部材１０２に接着されている。板部材１０２の上面は変換器９２用の支持面を構成している。
【００５１】
薄膜１００は、全厚みが８５ミクロンの３層構造であり、それぞれ約３６．５ミクロンの厚みの２つの接着層の間に挟まれた、１２ミクロンの厚みのポリエステルフィルムの担持層を備える。薄膜の適切な材料の一例として、ＦＡＳＴＯＵＣＨという商標で販売されている両面接着テープがある。薄膜１００は、一般的にダイアモンド形状の２つのアパーチャ１０４と１０６を有する。
【００５２】
アパーチャ１０４と１０６のそれぞれは、それぞれの電極９８と９６に、したがって石英結晶の活性領域に一致している。薄膜１００は、石英水晶の前記活性領域２つのそれぞれと板部材１０２の上面との間に小さな隙間が存在するように、変換器９２を板部材１０２の上面から離隔する。各隙間は、２つのアパーチャ１０４と１０６のそれぞれ１つの縁部によって境界を画されている。各隙間は、板部材１０２内の入口／出口通路１０９から１１２のそれぞれの対と連通するそれぞれのフローセルを構成している。各通路は、コネクタ１１４と１１６などの雌型コネクタの中に通じている。コネクタは一般的に円筒状であり、先細りの端部を有し、各コネクタは、装置の流体送出／除去システムのそれぞれのフェルールを受け取るように配置されている。代替方法として、フェルール型コネクタはカートリッジのアパーチャの中に前もって嵌め込まれ、流体送出／除去システムに設けられた雌型コネクタの中に嵌め込まれるように配置される。さらなる代替案として、フェルールは、同じ材料で、あるいは充分な封止特性を実現するようにより弾性度の高い材料で部品１０２と同時成形されることが可能である。
【００５３】
カートリッジにフェルールを含めると、何度もドッキングを行う間の（一連のカートリッジで）流体送出／除去システムの流体コネクタの摩耗が小さくなることが見出されている。
【００５４】
図１から分かるように、各フローセル用の入口と出口は、フローセルの両端域に位置付けられている。その結果、フローセルの入口の中に導入された試料は、フローセルの長手に沿って流れて出口に至り、その間、試料は水晶の活性表面と相互作用し、その相互作用の影響が測定される。
【００５５】
図１から分かるように、フローセルは板部材１０２の一方端部に向けて位置付けられており、その他方端部に向けて薄膜１００と同じ材料のパッチ１１８が設けられている。このパッチの目的は、上板部材１２０を下板部材１０２に接着する助けとなることである。上板部材１２０は、組み立てられたカートリッジ内で、センサー９２を板部材２０と接触しないように収容して取り囲む凹所１２２を含む。しかし薄膜１００は、２つの板部材１０２と１２０をそれらの前方端部で互いに接着するように、凹所１２２の境界を超えて延在する。
【００５６】
薄膜１００は、変換器９２を定位置に固定し、各フローセルを画定すると同様に、接着層によって流体がフローセルから漏れるのを防止する適切な封止を実現する。
【００５７】
上板部材１２０は貫通穴１２４、１２５、および１２６を含み、使用中は、それらを通ってドッキングステーションの対応するコーダピンが延びて、電極９６および９８と変換器９２の接地接触子との接触を行う。上板部材の切欠きＨは、ドッキング機構内のカートリッジの初期位置をもたらす働きをする。
【００５８】
２つの板部材１０２と１２０はまた大直径の貫通穴１２７から１３０を含み、板部材１２０内の穴１２７は板部材１０２内の穴１３０と合致し、穴１２８は穴１２９と合致して、カートリッジハウジング（板部材１０２と１２０によって画定される）内に２つの大きな穴の通路が存在するようになる。使用中、これらの通路は、カートリッジの正確な位置付けの助けとなるドッキング機構の横位置ピン（図示せず）を受け取る。これらのピンは、カートリッジがドッキングステーションによって係合されたとき、変換器および連結ピンを取り囲むファラデー箱の一部も形成する。
【００５９】
カートリッジがドッキング機構の中に挿入された後、ドッキングステーションの流体送出／除去システムの流体マニホルド上のフェルールが、フェルールを変形させるのに充分な力で、雌型流体コネクタ１１４、１１６、またカートリッジの下板部材内の第２のフローセル１０５（図示せず）用の対応するコネクタの中にも圧入され、これによって流体封止を作り出す。
【００６０】
次いで各コーダピンが、カートリッジの上板部材１２０のそれぞれのアパーチャ１２４、１２５、および１２６の中に延ばされて、駆動電極と、場合によっては変換器上の接地接触子と係合する。
【００６１】
板部材１０２と１２０は、生物材料に対して不活性であるエンジニアリングプラスチック材料である。当分野で知られている数あるものの中で、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリルポリマーが適切である。
【００６２】
場合によっては、ポリマーは生物材料による汚れに耐える材料で被覆され得る。
【００６３】
センサーの実施形態（図１から図３で示している）は、活性金層を両側に担持する石英の二重チャネル感知板部材９２を有する。センサーの生物化学的活性側は金の連続コーティングで被覆され、接地される。電気的に駆動される側は、活性領域（９６と９８）が円形であるパターンを有し、隣接する長方形領域９９と１０１が石英板部材の縁部まで延在する。これらの長方形領域は、活性電極とドッキング機構内のコーダピンとの間の４つの電気接触をもたらす。電気的活性側（即ち円形電極を担持する側）には、各被駆動円形領域のまわりにそれぞれのリングを形成して２つ以上の共振器の間の電気的相互干渉を抑制する働きをする「保護」接地電極９７も設けられる。
【００６４】
使用中、円形電極に加えられた（長方形の領域を通して）電気的駆動が石英板部材を共振させる。この共振は、電気的被駆動電極が接地平面電極に対抗するところで起こる。従来では、これによって、被駆動電極の円形領域下で横方向のせん断機械モードが設定されていた。
【００６５】
本発明によるカートリッジの第１実施形態は、図１から図３で示したカートリッジとは２つの点で異なっているが、その他の点ではそのカートリッジと同様である。したがって、図１から図３の参照符号が図４でも使用されている。差異の第１の特徴は薄膜１００の寸法に関する。薄膜の周囲は、図１から図３のカートリッジの場合と同様に長方形であり、長方形の長い方の辺がカートリッジの一方側から他方側にわたって延在し、短い方の縁部は前から後ろに延在する。
【００６６】
薄膜の周囲の長さと幅は、凹所１２２の長さと幅よりもそれぞれ短い。図４から分かるように、薄膜１００の前縁部と後縁部は凹所１２２内に位置付けられ、凹所１２２の前縁部と後縁部（それぞれＥ１とＥ２）から離隔されている。同様に、長方形の薄膜１００の短い縁部も凹所１２２内にあり、カートリッジの両側で凹所のそれぞれの縁部から離隔されている。薄膜１００の全４辺は凹所１２２の対応する辺と平行に延び、薄膜１００は全体が凹所１２２の縁部内に含まれ、それらによって取り囲まれている。
【００６７】
したがって、接着薄膜１００はもはや上板部材と下板部材（１２０と１０２）を互いに接合しない。そうではなく、それらの板部材はパッチ１１８と薄膜１００からいずれも離隔されたさらなる２つの接着パッチＡ１およびＡ２とによって互いに保持されている。パッチＡ１は、実質的にカートリッジの幅にわたって延在する長方形のパッチであり、後縁部を凹所１２２の先行縁部と位置合わせして有する。パッチＡ２は任意選択による特徴であり、これも、凹所１２２の、パッチＡ１とは反対側のカートリッジの幅にわたって延在する。パッチＡ２の先縁部は凹所１２２の後方縁部に位置合わせされる。
【００６８】
パッチ１１８、Ａ１、およびＡ２の代替物として、カートリッジの上部部品と下部部品を結合するために剛性接着剤が使用され得る。このような接着剤は凹所１２２を全４辺で取り囲み、板部材１２０と１０２の全ての接合面を覆う。これは、カートリッジの剛性をさらに増大し、したがって、ドッキングステーションへのカートリッジの挿入によって生じることがある曲げ歪みを軽減する。例えば、剛性接着剤は、例えば光硬化樹脂などの硬化（架橋結合）アクリル樹脂であることができる。このような樹脂は、ロボットプラットフォームでコンピュータ制御の糊塗布機械を使用して小規模な構造物に精確に配置され得る。次いでカートリッジはピック＆プレース機器によって組み立てられ得、接着剤は原位置で硬化される。代替方法として、部品同士はレーザ溶接によって結合されることもできる。
【００６９】
図１から図３に示された第１実施形態とカートリッジとの間の差異の第２の特徴は、凹所１２２の形状に関する。図４から分かるように、凹所は、互いに平行な、板部材１２０の全幅にわたって延びる互いに反対側の２つのチャネルＧ１、Ｇ２を含む。したがって各チャネルは板部材１２２の両側の対向した２つの出口ポートも画定している。
【００７０】
なんらかの理由で、薄膜１００によってもたらされたフローセルの封止が、凹所１２２の中への液体の漏れを許してしまう場合、チャネルＧ１とＧ２はこの液体のための逃げ道を提供し、したがって、コーダピンが挿入されるにつれて液体が凹所１２２からアパーチャ１２４、１２５、または１２６を通って押し出されるのを防止することが可能であり、したがってセルから漏れた液体がドッキングステーションの電子回路に到達し、場合によってはそれを損傷することを防止する助けとなる。
【００７１】
図５に示された実施形態は図４で示された実施形態と多くの点で同じであり、したがって先の図の参照符号は図５の実施形態でも保たれている。しかしこの場合では、板部材１０２と１２０は薄膜パッチ１１８によって互いに保持されている。図４のパッチＡ１およびＡ２の位置に対応した位置に、さらなるパッチが設けられ得る。他の差異は、カートリッジは、上板部材１２０内に２つの排出チャネルＧ１とＧ２を有するのではなく、下板部材１０２内にチャネルＧ３とＧ４を有するということである。排出チャネルは、フローセルから漏れるいかなる液体も受け取ることが可能となるように、板部材１０２の全幅にわたって延び、凹所１２２の下を通っている。このような液体は、チャネルＧ３とＧ４の端部によって画定されたサイドポートから排出されることが可能である。
【００７２】
図６および図７を参照すると、カートリッジの第３実施形態は、第１および第２実施形態のハウジングと外部形状が類似したハウジングを有する。しかしこの場合では、ハウジングは第１の部品２００と、第１の部品２００内の対応した形状の凹所２０４内に収容される十字形挿入部材の形態の第２の部品２０２とから形成されている。
【００７３】
ハウジングの部品２００は射出成形された構成要素であり、ポリプロピレンまたはアクリルなどの比較的柔軟な材料から形成されることもできる。これは、ハウジングをドッキングステーションの中に挿入する際に追加の応力緩和をもたらし、以下で述べるように、挿入部材が剛性であり、アセンブリの固さの大部分をもたらす場合には特に有益である。
【００７４】
ハウジングの部品２００は中実体部分２０６を有する。中実体部分２０６は使用中、カートリッジを挿入しまたは取り外す使用者によって把持され、カートリッジの後半分、即ちカートリッジが挿入された後ドッキングステーションから突出したままとなる半分の中に位置付けられる。部品２００は、使用者がカートリッジを握る助けとなる窪みのパターン２０８を含む。
【００７５】
部品２００は、比較的大きな２つの円形アパーチャ２１０および２１２を部品の長手軸上に、かつ構成物２０８とカートリッジの前端部（参照符号２１４）との間に配設して有する。アパーチャ２１０と２１２との間には小さなアパーチャ２１６、２１８、および２２０の横列が位置付けられている。
【００７６】
アパーチャ２１０と２１２それぞれは、２対の長手方向配置の離隔されたフィンガ２２１から２２４それぞれの間の位置で、部品２００の下側に通じており、フィンガ２２１と２２２は、十字形の凹所２０４がこれらのフィンガによって画定されるように、フィンガ２２３と２２４から離隔されている。
【００７７】
２対のフィンガの間の、凹所２０４内の部品２００の下側の部分は、部品２００の幅にわたって延在するさらなる凹所２２６を含む。アパーチャ２１６、２１８、および２２０は凹所２２６に通じ、凹所２２６の端部は分岐されて対向した２つの脚部２２８と２３０を画定している。アパーチャ２１０は、カートリッジをドッキングステーション内に位置付ける助けとなる１対の横切欠きＨの間に位置付けられている。
【００７８】
ハウジングの部品２０２を構成した挿入部材は、部品２００よりも剛性の大きい材料から製作されている。適切な材料の例には、ガラスと、シリコンと、ＰＥＥＫ、ＡＢＳなどの高性能エンジニアプラスチックと、高精度で機械加工またはエッチング処理されることが可能な他の材料とが挙げられる。挿入部材が、センサーの動作中の温度変化の結果として、挿入部材上に取り付けられた石英水晶共振素子上に実質的な張力または圧縮力を及ぼさないように、材料は、石英（ガラスなど）の熱膨張係数に近い、またはそれと同じ係数を有することが好ましい。
【００７９】
挿入部材２０２は、挿入部材の上表面が（図６で見られる通り）、以下で述べられる２つのフローセルを有したセンサー用の基部としての機能を果たすサブアセンブリの一部を形成している。
【００８０】
部品２０２の両側には比較的大きなアパーチャ２３２と２３４が設けられ、組み立てられたカートリッジでは、それぞれがアパーチャ２１２と２１０と位置合わせされる。これらの２つのアパーチャの間の挿入部材２０２の部品には、部品２０２を通って延在する４つの通路２３５から２３８が設けられ、それらはドッキングステーションの流体供給システムのフェルールを受け取るように配置されている。図６および図７から分かるように、通路２３５から２３８は大直径の外側端部、即ち下方端部を有するが、先細りして小直径の上方端部になっている。部材２０２の剛性によって、アパーチャ２３２および２３４と通路２３５から２３８とは、予め精確に決定された位置に形成されることが可能であって、挿入部材２０２がドッキングステーション内で正確に位置決めされた状態で、アパーチャおよび通路がステーションの協働要素に対して正確に位置決めされることを保証する。
【００８１】
前記に明示したように、センサーは、凹所２０４内に含まれる石英水晶板部材２４０の形態の変換器を備える。板部材は一方の表面に、１対の駆動電極２４２と２４４を画定するパターンで、金で被覆されており、各電極は個別の２つのフローセルのそれぞれ１つと一致している。板部材の下側も共通の接地電極を形成するように金で被覆されている。この電極から導電性トラック（図示せず）が板部材の縁部のまわりで板部材の上面まで延びて、板部材の上面に係合するコーダピンが接地電極に連結することを可能にする接触を実現する。
【００８２】
板部材２４０は接着薄膜２４６の上面（図６で見て）に接着され、薄膜２４６の下側は挿入部材２０２の上面に接着されている。したがって挿入部材２０２の上面は変換器の板部材２４０用の支持面を構成する。
【００８３】
薄膜２４６は全厚み８５ミクロンの３層構造であり、それぞれ厚み約３６．５ミクロンの２つの接着層の間に挟まれた、１２ミクロンの厚みのポリエステルフィルムの担持層を備える。薄膜の適切な材料の一例として、商標ＦＡＳＴＯＵＣＨで販売されている両面接着テープがある。薄膜２４６は、概ねダイアモンド形状の２つのアパーチャ２４８と２５０を有する。
【００８４】
アパーチャ２４８と２５０それぞれは、それぞれの電極２４２と２４４に、したがって石英結晶の活性領域に一致している。薄膜２４６は、石英水晶の２つの前記活性領域のそれぞれと板部材２０２の上面との間に小さな隙間が存在するように、板部材２４０を挿入部材２０２の上面から離隔する。各隙間は、２つのアパーチャ２４８と２５０のそれぞれ１つの縁部によって境界を画されている。各隙間は、挿入部材２０２内の入口／出口通路２３５から２３８のそれぞれの対と連通するそれぞれのフローセルを構成している。
【００８５】
各フローセル用の入口と出口は、フローセルの両端域に位置付けられている。その結果、フローセルの入口の中に導入された試料は、フローセルの長手に沿って流れて出口に至り、その間、試料は水晶の活性表面と相互作用し、その相互作用の影響が測定される。
【００８６】
板部材２４０および薄膜２４６は、挿入部材２０２の最も広い部分にわたって存在するが、挿入部材の両側までは至らず、組み立てられたカートリッジ内で薄膜および板部材は脚部２２８と２３０との間の凹所２２６内の空間に位置するようになる。したがって、薄膜および板部材は、組み立てられたカートリッジ内で上部部品２００と直接接触しない。
【００８７】
挿入部材２０２は、例えば剛性結合または接着、圧入、あるいはフィンガ２２１と２２４上にクラッシュリブＲを使用することなどによって、多様な方法で部品２００の中に嵌め込まれることが可能である。
【００８８】
さらにまたは代替方法として、ハウジングの一方または両方の部品は、挿入部材がハウジングの他方の部品の中に押し込まれたときに挿入部材を自動的に保持する掛金構成物を有することができる。いずれの場合も、ハウジングの他方の部品に嵌め込まれるとき、挿入部材２０２は脚部２３０および２２８と、凹所２０４の下側の凹所２２６の両側の部品とに当接して、カートリッジ内に脚部２２８と２３０の両側で側方開口部が画定されるようになる。挿入部材は、それが定位置内に堅固に固定され、薄膜の外側の表面２３７の領域がハウジングの部品２００によって完全に支持されるように上部部品２００と係合する。
【００８９】
薄膜２４６は、板部材２４０を定位置内に固定し、各フローセルを画定すると同様に、接着層によって、流体がフローセルから漏れるのを防止する適切な封止を実現する。この方法によって液密セルの信頼のおける製造を得ることは、万一漏れが起こった場合にそれを安全に排出させる手段を実現することから、有利である。本発明は特にこのことに適している。薄膜と板部材ならびに薄膜とハウジングの部品の間の接着取付けは、この圧力下のセル内の液体存在下の一方または他方の界面における局所剥離に耐えるように充分な強度がなければならない。このことは、セルの境界と板部材の縁部との間に充分な幅の接着薄膜を設けることによって、また大きな接着力および結合力を有した接着剤を選択することによって達成されることが可能である。実際に、幅が狭くかつ／または接着特性が弱い場合、セル内の液体が接着層に欠陥を引き起こして開かせてしまい、これが、欠陥が外側縁部まで延在する場合には漏れを引き起こしてしまう可能性があることが見出されている。このプロセスは、流体が圧力下でセルを通してポンピングされるところでは加速化される場合がある。このような漏れは機器に対して損害を与え、発生率が低くとも許容不可能である。
【００９０】
Ｆａｓｔｏｕｃｈ接着テープを用いて低程度の漏れを達成するためには、２ｍｍ以下の最小薄膜幅で充分であることが見出されている。最小薄膜幅を軽減するために、または漏れの程度をさらに軽減するために、より大きな接着強度を有するテープが利用され得る。しかし、いかなる理論にも拘束されないで、テープの化学的組成ならびにその接着特性および結合特性は、漏れに対する抵抗力を決定する際に重要であると考えられている。この結果、大きな接着力および結合力を有したいくつかのテープの全てが等しく適切であるとは限らない。
【００９１】
しかし、凹所２２６の中に漏れるいかなる流体も、脚部２２８と２３０の両側で開口部を通って逃げることが可能である。使用中、ドッキング機構の対応するコータピンがアパーチャ２１６、２１８、および２２０を通って延びて、板部材２４０の電極２４２および２４４と接地接触子とにそれぞれ接触する。上板部材の切欠きＨは、ドッキング機構内のカートリッジの初期位置をもたらす働きをする。
【００９２】
大直径のアパーチャ２１０、２１２、２３２、および２３４は、カートリッジハウジング（ハウジングの部品２００と挿入部材２０２によって構成されている）内で２つの大きな穴通路を画定する。これらの通路は、使用中、カートリッジの正確な位置付けの助けとなるドッキング機構の横位置ピン（図示せず）を受け取る。これらのピンはまた、変換器および連結ピンを取り囲むファラデー箱の一部を形成する。
【００９３】
カートリッジがドッキング機構の中に挿入された後、流体供給システム上のフェルールが、フェルールを変形させて流体封止を作り出すのに充分な力で、通路２３５から２３８の中に押し込められる。
【００９４】
次いで各コーダピンが、それぞれのアパーチャ２１６、２１８、および２２０の中に延ばされて、駆動電極と、場合によっては板部材２４０上の接地接触子と係合する。
【００９５】
上部部品２００内のアパーチャは、ドッキングステーションの対応する部品との位置合わせをし易くするために過大に寸法決めされることが可能である。これは、センサーと流体通路との適正な位置決めが、純粋に、位置付けピンと挿入部材２０２との間の相互作用の位置によって達成されることによる。
【００９６】
図１０および図１１に示されたカートリッジは、図６および図７の実施形態に多くの点で同じであり、したがって対応する構成要素は図６および図７で使用された参照符号によって示されている。
【００９７】
したがって、最初のハウジングの上部部品は参照符号２００によって示され、参照符号２０２は十字形の挿入部材を示す。図１０の配置は図６および図７の実施形態とは３つの点で異なっている。
【００９８】
最初に、脚部２２８と２３０は挿入部材２０２と一体的に形成され、凹所２２６内のハウジングの部品２００に接着されて、脚部２２８と２３０の両側の横開口部を画定する。さらに、薄膜２４６は開口部を１つだけ有し、したがって円形状またはひし形形状のフローセルを１つだけ画定する。その結果、石英水晶板部材２４０は駆動電極を１つだけ担持し、コーダピンおよびフェルールへの連結用のアパーチャの数は相応に減る（即ち、コーダピン用のアパーチャが２つ、流体連結用の入口／出口アパーチャが１対だけ存在する）。
【００９９】
図１１に示されたセンサーは、図６に示されたものとは異なっている。即ち、水晶２４０と挿入部材２０２によって画定されたフローセルの面が凹所２６０の壁によって、また薄膜２４６によって分離されるように、挿入部材２０２が薄膜２４６にその周囲で交わる凹所２６０（円形形状またはひし形形状）を担持しているという点で異なっている。凹所２６０はフローセルの容量を増大させ、その球により多くの特徴物が収容されることを可能にする。さらに、凹所の使用は、水晶２４０を挿入部材２０２に取り付けるためにより薄い接着テープが使用されることを可能にする。
【０１００】
図１２および図１３は、凹所２６０の面と板部材２４０との間の反射の結果として、フローセル内の試料内で定在波（いわゆる縦モード）が設定される傾向を軽減または解消することを目的とした挿入部材２６０に対する変更を示している。
【０１０１】
図１２では、板部材２４０の反対側の凹所２６０の面は一連の窪みを担持しており、図１３では、凹所２６０の高さが、先細りのフローセルを画定するように一方辺から他方辺へと徐々に変化している。傾斜角度は明確にするために誇張されている。実際には、角度は、変換器の動作時の周波数とフローセルの寸法とに応じて数度程度となる。
【０１０２】
図１４で示されたカートリッジは、カートリッジの第３実施形態の特徴物と極めて類似した多くの特徴物を有する。したがって、これらの特徴は、図６および図７で使用された参照符号に１００を足したものによって示されている。
【０１０３】
この特定の場合では、挿入部材３０２は長方形であり、フィンガ３２１から３２４の間隔および幾何形状は、挿入部材３０２がハウジングの部品３００内に収容されることを可能にするようなものである。
【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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【国際調査報告】
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