(57)【要約】【課題】  従来のＱＣＭセンサー装置の構造では、容器体に入った溶液を攪拌する際に、容器体自体を揺り動かす方法もしくは容器体内の溶液にプロペラを浸漬する方法などが考えられるが、容器体内の溶液の攪拌条件が安定せず、容器体の底部に設けたＱＣＭセンサーに対して検出したい物質の遭遇確率が低下し、安定した性能を有するＱＣＭセンサー装置を得ることが難しかった。【解決手段】  攪拌体が圧電振動子に接触しないように攪拌体の位置を規制するための規制部を容器体内に設けることで、試料液体中で浮遊する攪拌子を容器体内に浸漬しても圧電振動子に接触しない位置に規制することができ、マグネチックスターラーにより攪拌子を回転させることで攪拌条件を一定に保つことが可能となっており、容器体の底部に設けたＱＣＭセンサーに対して検出したい物質の遭遇確率を低下させることなく、安定した性能を有するＱＣＭセンサー装置を得ることができる。【選択図】      図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液体を入れる容器体と、該容器体内に設けた圧電振動子と、前記試料液体を攪拌するための攪拌体とを有するＱＣＭセンサー装置であって、前記攪拌体が前記圧電振動子に接触しないように前記攪拌体の位置を規制するための規制部を前記容器体内に有するＱＣＭセンサー装置。
【請求項２】
前記攪拌体は前記試料液体中で浮遊し、外部からの磁力で動く浮遊攪拌体であり、前記規制部は、前記浮遊攪拌体の最小回転径よりも小さな径の液体流通穴を有することを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサー装置。
【請求項３】
前記規制部は、試料液体を流通させる複数の貫通穴を有し、前記圧電振動子を覆うように前記容器体内に設けた網状部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＱＣＭセンサー装置。
【請求項４】
前記圧電振動子は前記容器体の底部に配設されており、前記規制部は、前記容器体の側壁から容器体内部に突出した突出片であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のＱＣＭセンサー装置。
【請求項５】
前記圧電振動体は前記容器体の底部に配設されており、前記規制部は、前記容器体の側壁に形成した段差部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＱＣＭセンサー装置。
【請求項６】
前記規制部は、前記容器体の開口縁に取り付け可能に係合する係合部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＱＣＭセンサー装置。
【請求項７】
前記規制部は、上面または下面に傾斜部を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＱＣＭセンサー装置。
【請求項８】
前記容器体内に試料を排出入するための穴を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＱＣＭセンサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の共振周波数で振動する圧電振動子上の励振用電極パターンを試料ガスや試料溶液に晒したときの共振周波数やインピーダンス等の電気的特性の変化から励振用の電極パターン表面での試料の成分を検知、定量するＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサー装置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センサー装置の構造を図２０を用いて説明する。図２０は従来のＱＣＭセンサー装置の構造を示している。このセンサー装置は容器体を構成するアクリル樹脂からなる円筒状のセル１９を有し、セル１９の側壁には圧電振動子１の外径よりも小さい開口部を設けたフランジ部１４が形成されている。圧電振動子１は、その外周部が接着剤によってフランジ部１４の下面に接着固定されており、そして圧電振動子１の励振部分に設けた電極パターン２ａ、２ｂのうち、電極パターン２ｂがフランジ部１４の内側にできる開口部に露呈するようになっている。さらに圧電振動子１の外周部がフランジ部１４に押圧されるように圧電振動子１と台座１５との間にスプリング１６を配設している。台座１５には外部に電極パターン２ａ、２ｂを引き出すための端子ピン１７がガラスシール１８によって固定されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
上記のＱＣＭセンサー装置は、圧電振動子１の電極パターン２ｂが形成された面のみを試料液体側に露出させて試料ガスや試料溶液に晒し、電極パターン２ｂに試料成分が吸脱着することにより変動する共振周波数の変化量から試料成分を検知、定量することができる。
【０００４】
さらにこのＱＣＭセンサー装置には試料液体を攪拌するための攪拌部５１が設けられている。攪拌部５１は支持部５２に取り付けられてセル１９の上部開口側から試料液体内に配設され、上下動して試料液体を攪拌するようになっている。
【０００５】
また他の形態としては、試料液体の入ったセル本体を揺動攪拌機構上に載置し、セル１９自体を揺り動かす構成も提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３１０８７２号公報（５頁〜８頁、図１、図６、図７、図８）
【特許文献２】特開２００２−２７７３６９号公報（４頁〜６頁、図１、図５、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したＱＣＭセンサー装置には以下に記載するような問題点がある。
【０００７】
従来のＱＣＭセンサー装置の構造では、容器体であるセルに入った溶液を攪拌する際に、セル自体を揺り動かす機構もしくはセル内の溶液に攪拌部を浸漬して上下に動かして攪拌する機構が提案されているが、セル自体を揺り動かす方法では攪拌が十分でなく、ＱＣＭセンサーに対して検出したい物質の遭遇確率が低下し、安定した性能を有するＱＣＭセンサー装置を得ることが難しかった。
【０００８】
一方、攪拌部を上下に動かして試料液体を攪拌する機構は、試料液体を十分に攪拌することはできるが、攪拌部５１の下側にある圧電振動子１に素早く試料が行くように特別な試料供給経路を設ける必要があり、装置が複雑になっていた。
【０００９】
そのため、液面に試料を供給した場合は満遍なく攪拌するまでに時間がかかり、測定時間が長くなっていた。また、測定によっては試料液体の温度を一定にする必要があったが、上記のような攪拌機構では、攪拌部５１を取り付けた柄の部分が試料液体と空気の両方に触れるため、柄によって試料液体の温度が不安定になるという問題があった。
【００１０】
また攪拌体を上下させる機構とは別に、プロペラ状の攪拌体を外部からマグネチックスターラーの磁力で回転させる攪拌機構もあったが、プロペラを用いる機構ではプロペラがセル内に設けた圧電振動子に衝突して表面の機能膜を破壊したり、圧電振動子そのものを破壊することがあった。
【００１１】
本発明は、ＱＣＭセンサーに攪拌体を用いた装置において、攪拌体と圧電振動子の衝突を防止し、生産性に優れたＱＣＭセンサー装置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】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明におけるＱＣＭセンサー装置は、下記記載の構成を採用する。
【００１３】
試料液体を入れる容器体と、容器体内に設けた圧電振動子と、試料液体を攪拌するための攪拌体とを有するＱＣＭセンサー装置であって、攪拌体が圧電振動子に接触しないように攪拌体の位置を規制するための規制部を容器体内に設けたことを特徴とする。
【００１４】
また攪拌体は試料液体中で浮遊し、外部からの磁力で動く浮遊攪拌体であり、規制部は、浮遊攪拌体の最小回転径よりも小さな径の液体流通穴を有することが好ましい。
【００１５】
また規制部は、試料液体を流通させる複数の貫通穴を有し、圧電振動子を覆うように容器体内に設けた網状部材であることが好ましい。
【００１６】
また圧電振動子は容器体の底部に配設されており、規制部は、容器体の側壁から容器体内部に突出した突出片であることが好ましい。
【００１７】
また圧電振動子は容器体の底部に配設されており、規制部は、容器体の側壁に形成した段差部であることが望ましい。
【００１８】
また規制部は、容器体の開口縁に取り付け可能に係合する係合部を有していると、より有用である。
【００１９】
また規制部は、上面または下面に傾斜部を有することが好ましい。
【００２０】
またＱＣＭセンサー装置は、容器体内に試料を排出入するための穴を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明で明らかなように、本発明では試料液体を入れる容器体と、容器体内に設けた圧電振動子と、試料液体を攪拌するための攪拌体とを有するＱＣＭセンサー装置において、攪拌体が圧電振動子に接触しないように攪拌体の位置を規制するための規制部を容器体内に設けた構造となっている。
【００２２】
この構造とすることにより、試料液体中で浮遊する攪拌子を容器体内に浸漬しても圧電振動子に接触しない位置に規制することができ、マグネチックスターラーにより攪拌子を
回転させることで攪拌条件を一定に保つことが可能となっており、容器体の底部に設けたＱＣＭセンサーに対して検出したい物質の遭遇確率を低下させることなく、安定した性能を有するＱＣＭセンサー装置を得ることができる。
【００２３】
さらに容器体の底部になる基板の圧電振動子が配置されていない部分に排出入穴を設けておき、ポンプなどを用いて試料液体を引き抜いた後、ピペットなどでまた別の試料液体を容器体内に滴下することで試料液体の交換または容器体内の洗浄が容易に行えるようになる。その際、傾斜部を規制部に設けておくことで試料液体が側壁と規制部の角に残ることがなくなり、スムーズに試料液体の交換を行うことが可能なＱＣＭセンサー装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下図面を用いて本発明の最適な実施形態におけるＱＣＭセンサー装置について説明する。図１〜図１９には、本発明の実施形態に係るＱＣＭセンサー装置の断面図および平面図を示す。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２ａ、２ｂを、基板３に設けた配線４ａ、４ｂ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によって封止した実装構造をしている。基板３上には円筒状の側壁７を配置し、側壁７と基板３を接着剤８で接合することにより、圧電振動子１が底部に配置された容器体を構成している。さらに容器体を構成する側壁７には、容器体の内部に向かって突出した環状の突出片で構成した規制部１０を設けている。この規制部１０は、容器体に入った液体を攪拌するための攪拌子９が圧電振動子１に接触しないように攪拌子９の位置を規制する規制部となっている。
【００２５】
この構造とすることにより、容器体内に浮遊させる攪拌子９を容器体内に浸漬しても、攪拌子９は規制部１０によって圧電振動子１に接触しない位置に規制することができる。またマグネチックスターラー２０により攪拌子９を回転させることで試料液体の攪拌条件を一定に保つことが可能となっており、容器体の底部に設けたＱＣＭセンサーに対して検出したい物質の遭遇確率を低下させることなく、安定した性能を有するＱＣＭセンサー装置を得ることができる。マグネチックスターラー２０と基板３は密着している必要はなく、攪拌子９が回転する範囲であればマグネチックスターラー２０と基板３は離れていてもかまわない。
【００２６】
次に、本実施形態におけるＱＣＭセンサー用圧電振動子の実装工程について図２から図１９を用いて説明する。まず、図２に示すように圧電振動子１をエッチングやダイシングなどの方法により任意の大きさに分割し、メタルマスクを用いてスパッタリング法や真空蒸着法により水晶板上に金属薄膜を形成することにより、圧電振動子１上に励振用の電極パターン２ａ、２ｂを形成する。
【００２７】
図３は圧電振動子１の外観図であるが、点線は裏面の状態を表している。励振用の電極パターン２ｂは、後述の図４に示した基板３上に設けた配線４ｂと電気的な接続を行うため、その接続配線が励振用の電極パターン２ａと同一の面になるように形成されている。
【００２８】
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５ｍｍ角で厚みが５０μｍのものを使用し、励振用の電極パターン２ａ、２ｂが３ｍｍ角となるような金パターンを０．２μｍの厚みで形成した。
【００２９】
次に図４に示すように、圧電振動子１を実装する基板３は、ガラスやガラス繊維とエポキシ樹脂で形成されており、基板３上には銅箔を張り合わせ、フォトリソグラフィとエッチングにより配線４ａ、４ｂをに形成する。配線４ａ、４ｂ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。
【００３０】
本実施形態では厚みが０．５ｍｍ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の銅箔を張り合わせフォトリソグラフィとエッチングにより配線４ａ、４ｂを形成した。配線４ａ、４ｂ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。
【００３１】
次に図５に示すように、圧電振動子１上に設けた励振用の電極パターン２ａ、２ｂと基板３上に設けた配線４ａ、４ｂとを導電接着剤や異方性導電シートなどの接続材料５を用いて電気的な接続を図５に示すように行う。
【００３２】
本実施形態では接続材料５として、シリコーン接着剤中に銀やパラジウムなどの導電粒子を含有した導電接着剤を用いており、それをディスペンサで基板３上に形成した配線４ａ、４ｂ上に塗布し、圧電振動子１の励振用の電極パターン２ａ、２ｂと基板３の配線４ａ、４ｂとの位置あわせを行い、熱処理により導電接着剤を硬化させて、電気的接続を行った。
【００３３】
さらに図６に示すようにエポキシ、シリコーン、ポリウレタンなどの封止材６を圧電振動子１の外周部にディスペンサを用いて塗布し、圧電振動子１と基板３との隙間に封止材６を流し込み、封止材６を硬化させることで封止が完了する。
【００３４】
本実施形態では硬化後に柔らかく、圧電振動子１を変形させるような応力を発生させない常温硬化型のシリコーン接着剤を封止材６として使用した。
【００３５】
次に図７に示すように基板３の外周部上には円筒状の側壁７を配置し、側壁７と基板３を接着剤８で接合することにより、圧電振動子１が底部に配置された容器体を構成している。図１、図８に示すように側壁７にはマグネチックスターラー２０で回転される攪拌子９の位置を規制する規制部１０が設けてあり、この規制部１０によって攪拌子９が圧電振動子１に接触するのを防止している。
【００３６】
図１６は攪拌子９と液体流通穴１１の大きさの関係を示す上面図である。この図では棒状の攪拌子９に示す距離Ｌがこの攪拌子９の最小回転径となるので、液体流通穴１１はこの距離Ｌより直径が小さい円形の穴もしくは攪拌子９の位置を規制できる大きさの多角形の穴など攪拌子９を圧電振動子１に接触しない位置に規制できる形状であれば良い。これにより攪拌子９が圧電振動子１側に移動すると、規制部１０に接触して圧電振動子との接触を防止することができる。さらに規制部１０には液体流通穴１３を複数設けてある。従って攪拌子９が回転すると、図１に矢印で示すように、主に容器体上部の液体は液体流通穴１１を通って下部の圧電振動子１側へ流れ込み、逆に容器体下部の液体は側壁７に沿って液体流通穴１３を通り、容器体上部へと流すことができるので、試料液体を満遍なく攪拌させることができる。
【００３７】
なお本実施形態では側壁７をポリプロピレン、ポリスチレン、アクリルなどで構成し、サイズとしては内径２ｃｍ、高さ２ｃｍの円筒状の側壁７に直径１．０ｃｍの液体流通穴１１を一カ所と直径０．３ｃｍの液体流通穴１３を八カ所形成した規制部１０を設けたものを使用し、圧電振動子１の外周部を封止したものと同じ常温硬化型のシリコーン接着剤を用いて固定した。
【００３８】
次に規制部の形態を変えた本発明の実施形態を説明する。規制部１０の位置については圧電振動子１に規制部１０および攪拌子９が接触しない位置であれば特に制限はない。形状については図９に示すような液体流通穴１１が一つのものや図１０に示すように液体流通穴１１が複数形成されていても問題なく、容器内部に突出した形状でも、図１１に示す
ような段差を設けた形状でもかまわない。
【００３９】
また、規制部１０は側壁７と一体になっている必要はなく、図１２に示すように容器体の開口縁に取り付け可能に係合する係合部１２を有するものを用いることも可能である。図１３に示すような係合部１２を設けた規制部１０を側壁に設置した構造とすることができる。
【００４０】
また、図１４は図１２に示した係合部１２を設けた規制部１０に網目状のアクリル繊維２１を配置したものである。網目状のアクリル繊維２１は規制部１０に圧電振動子１の外周部を封止したのと同じ常温硬化型シリコーン接着剤を用いて固定することにより、図１５に示すようにマグネチックスターラー２０で使用する攪拌子９が圧電振動子１に接触することを完全に防止でき、試料液体の攪拌を阻害しない構造を得ることができる。
【００４１】
マグネチックスターラー２０で使用する攪拌子は、棒状や各部に突起があるものやプロペラ状のものなどいろいろあるが、形状について特に限定されるものではない。また、ヒーター付きマグネチックスターラーやペルチェ素子を用いて容器体内の試料液体の温度を一定に制御して圧電振動子の共振周波数の安定性を向上させてもかまわない。
【００４２】
上記実施形態において図１７に示す断面図と図１９に示す平面図のように容器体の底部になる基板３の圧電振動子１が配置されていない部分に排出入穴２２を設けておき、ポンプなどを用いて試料液体を引き抜いた後、ピペットなどでまた別の試料液体を容器体内に滴下することで試料液体の交換または容器体内の洗浄が容易に行えるようになる。
【００４３】
排出入穴２２については通常は試料液体の表面張力により排出入穴２２を通過せず、ポンプを用いて吸引した際に初めて試料液体が排出入穴２２を通過する直径の穴が形成されてあればよく、本実施形態では０．５ｍｍ程度の排出入穴を設けた。また、排出入穴２２から試料液体を注入してもよく、ベースとなる試料液体に別の成分を添加したりすることも可能であり、排出用と注入用とを分けて複数の排出入穴２２を設けておいてもかまわない。
【００４４】
試料液体を排出する際、規制部１０の角度を側壁７に対して直角にするのではなく、斜めに形成しておくことで規制部１０と側壁７との角に試料液体が残ることがなくなり試料液体の交換をスムーズに行うことが可能となる。本実施形態では３０度程度の傾斜部を規制部に設け試料液体の交換を行ってみたが、スムーズに試料液体の交換を行うことができた。また、規制部１０の形状が図１７に示すように段差となっている場合は規制部１０の上面を斜めに形成していれば良く、規制部１０が図１８に示すような凸状の場合は、規制部１０の上面だけでなく下面にも傾斜部を設けておくことで試料液体が残ることがなくなり、スムーズに試料液体の交換を行うことができる。
【００４５】
以上の方法により、試料液体中で浮遊する攪拌子９を容器体内に浸漬しても圧電振動子１に接触しない位置に規制することができ、マグネチックスターラー２０により攪拌子９を回転させることで攪拌条件を一定に保つことが可能となっており、容器体の底部に設けたＱＣＭセンサーに対して検出したい物質の遭遇確率を低下させることなく、安定した性能を有するＱＣＭセンサー装置を得ることができる。なお、上記実施形態では圧電振動子１を容器体の底部に配置したが圧電振動子１は容器体の内部ならどこに配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の製造工程を示す外観図である。
【図４】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す外観図である。
【図９】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す外観図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す外観図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す外観図である。
【図１２】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す外観図である。
【図１３】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す外観図である。
【図１５】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す平面図である。
【図１７】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施形態におけるＱＣＭセンサー装置の構造を示す平面図である。
【図２０】従来例における圧電振動子の実装構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  圧電振動子
２ａ、２ｂ  電極パターン
３  基板
４ａ、４ｂ  配線
５  接続材料
６  封止材
７  側壁
８  接着剤
９  攪拌子
１０  規制部
１１  液体流通穴
１２  係合部
１３  液体流通穴
１４  フランジ部
１５  台座
１６  スプリング
１７  端子ピン
１８  ガラスシール
１９  セル
２０  マグネチックスターラー
２１  アクリル繊維
２２  排出入穴
５１  攪拌部
５２  支持部
【図１】
2005257680.tif 000003
【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】
2005257680.tif 000017
【図１６】
2005257680.tif 000018
【図１７】
2005257680.tif 000019
【図１８】
2005257680.tif 000020
【図１９】
2005257680.tif 000021
【図２０】
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