(57)【要約】本発明は、基板と、振動可能な素子とを含むマイクロメカニカルセンサ素子に関する。振動可能な素子は、電気接続が振動可能な素子の能力を特徴付ける電気変数を提供するような方法で少なくとも１つの電気接続に結合される。さらに、分子結合層であって、分子が結合し得るような方法で配向される、分子結合層が提供される。本発明は、基板を有し、少なくとも１つの電気端子を有し、振動可能な素子の電気容量を特徴付ける電気変数が該電気端子において提供されるような方法で電気端子に結合される振動可能な素子を有し、分子が該分子結合層に結合し得るような方法で配向される分子結合層を有し、該分子結合層は、該分子結合層への分子の結合が該振動可能な素子のインピーダンスにおける変化を引き起こすような方法で該振動可能な素子に結合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメカニカルセンサ素子への分子の結合を記録するためのマイクロメカニカルセンサ素子であって、
・基板を有し、
・少なくとも１つの電気端子を有し、
・振動可能な素子であって、該振動可能な素子の電気容量を特徴付ける電気変数が該電気端子において提供されるような方法で該電気端子に結合される振動可能な素子を有し、
・分子結合層であって、該分子が該分子結合層に結合し得るような方法で配向される分子結合層を有し、
・該分子結合層は、該分子結合層への分子の結合が該振動可能な素子のインピーダンスにおける変化を引き起こすような方法で該振動可能な素子に結合される、マイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項２】
前記分子結合層は、該分子結合層への分子の結合が前記振動可能な素子の電気容量における変化を引き起こし得るような方法で前記振動可能な素子に結合される、請求項１に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項３】
・圧電層が前記基板に付与され、
・前記分子結合層は、該圧電層に付与され、
・該分子結合層は、第一の電気端子に結合され、
・該基板は、第二の電気端子に結合される、請求項１または２に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項４】
電気回路が前記基板に導入されるか、または、前記基板に付与される、請求項１〜３のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項５】
前記振動可能な素子は、前記基板に導入される、請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項６】
前記振動可能な素子は、
・振動可能な膜と、
・前記基板内のキャビティと、
を含み、
・該振動可能な膜は、該キャビティに関連して該キャビティに変形され得るような方法で配置され、
・該振動可能な膜は、前記電気端子に結合される、請求項５に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項７】
前記振動可能な素子は、前記基板に付与される、請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項８】
前記振動可能な素子は、
・振動可能な膜であって、該振動可能な膜と前記基板との間にキャビティが形成され、その結果、該膜が該キャビティに変形され得るような方法で前記基板に付与される、振動可能な膜を含み、
・該振動可能な膜は、前記電気端子に結合される、請求項７に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項９】
少なくとも１つのスペーサ素子が前記基板と前記振動可能な膜との間に提供される、請求項８に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１０】
前記振動可能な膜は、前記基板と同一の基部材料から作製される、請求項６〜９のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１１】
前記キャビティは、圧電材料で満たされる、請求項６〜１０のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１２】
前記振動可能な膜から離間した前記基板の表面に凹部が導入される、請求項６〜１１のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの電気端子に結合された電気回路を有する、請求項１〜１２のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１４】
前記振動可能な素子は、前記振動可能な素子の電気容量が前記電気回路によって決定され得るような方法で前記電気回路に結合される、請求項１〜１３のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１５】
前記電気回路は、前記マイクロメカニカルセンサ素子に集積される、請求項１３または１４に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１６】
前記電気回路は、
・所定の周波数を有する作動信号を生成するための周波数生成器であって、該作動信号によって前記振動可能な素子が励起されて振動する、周波数生成器と、
・信号検出器であって、該振動可能な素子が振動する振幅および／または周波数および／または位相を決定するために用いられ得る、信号検出器と
を含む、請求項１３〜１５のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１７】
前記周波数生成器は、ジャイレータ回路として構成される、請求項１６に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１８】
ブラッグ反射体層が、前記圧電層の下の前記基板に付与され、該ブラッグ反射体層は、前記振動可能な素子の共振周波数を有する波を実質的に完全に反射するような方法で配向される、請求項３〜１７のいずれかに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１９】
・請求項１〜１８のいずれか１つにおいて説明されたマイクロメカニカルセンサ素子への分子の結合を記録するためのマイクロメカニカルセンサ素子を有し、
・請求項１〜１８のいずれか１つにおいて説明された基準マイクロメカニカルセンサ素子を有し、
・該基準マイクロメカニカルセンサ素子は、該基準マイクロメカニカルセンサ素子に結合されたいかなる分子も有さず、
・該マイクロメカニカルセンサ素子によって提供された信号と該基準マイクロメカニカルセンサ素子によって提供された基準信号との比較が分子が該マイクロメカニカルセンサ素子に結合されたかどうかを記録するために用いられる、電気回路構成。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか１つの複数のマイクロメカニカルセンサ素子を有するセンサアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメカニカルセンサ素子、電気回路配置および複数のマイクロメカニカルセンサ素子を有するセンサアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応は、固形物との界面において容易に特徴付けられるかまたは検出され得る。したがって、この種の化学反応は、しばしば、科学的および薬学的分析に用いられる。この種の分析方法は、薬学的研究における大規模な一連のテストおよびホームケア用途として公知のものの両方に適している。
【０００３】
［１］は、固形物との界面での化学結合を検出するために用いられる種々の方法の概観を与える。
【０００４】
固形体の界面での化学結合を検出するために用いられる種々の方法は、実質的に、４クラスの方法に分離され得る。すなわち、光学的、電気的、化学的および質量分光法である。
【０００５】
しかしながら、従来、化学的表面反応の分析は、あらゆる公知の方法にしたがって、比較的高価な巨視的または光学的方法を用いて実行されてきており、データの評価は、個別の電子機器によって決定される。
【０００６】
さらに、［２］は、ＥＱＣＭ法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｑｕａｒｔｚ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ  ｍｅｔｈｏｄ）として知られているものを開示している。この方法も、２面上で金属でコーティングされた振動結晶の電気的に刺激可能な共振周波数が金属電極の界面状態（振動質量の質量変化）およびそれらの環境（例えば、液体の粘度）に明確に依存するという事実を使用する。この方法でコーティングされた水晶振動子の表面において化学反応が実行される場合、検討中の系の共鳴周波数が変化する。
【０００７】
さらに、［３］および［４］は、ＱＣＭ配列（Ｑｕａｒｔｚ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ）およびこれら配列のための結合層を記載する。
【０００８】
［５］は、センサ素子として用いられるＦＰＷ共振器（Ｆｌｅｘｕｒａｌ  Ｐｌａｔｅ  Ｗａｖｅ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を記載する。ＦＰＷ共振器の場合では、膜の変形および周波数変化の検出が電磁気手段を用いて実行される。
【０００９】
［６］は、振動可能な素子としてのカンチレバーを記載し、このカンチレバーは、周波数が光学手段によって検出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、公知のセンサよりも生成するために高価ではないマイクロメカニカルセンサ素子を提供するという課題に基づく。
【００１１】
特許請求の範囲の独立項に記載された特徴を有するマイクロメカニカルセンサ素子によってその課題は解決される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
マイクロメカニカルセンサ素子への分子の結合を記録するためのマイクロメカニカルセンサ素子は、１つの基板と、少なくとも１つの電気端子を有する。さらに、振動可能な素子があり、これは、振動可能な素子の振動挙動を特徴付ける電気変数が電気端子に提供され得るような方法で電気端子に結合される。さらに、分子結合層があり、これは、分子が分子結合層に結合し得るような方法で配列される。分子結合層は、分子結合層への分子の結合が振動可能な素子の振動挙動（換言すると、振動可能な素子のインピーダンス（好適に振動可能な素子の電気容量））の変化を引き起こすような方法で振動可能な素子に結合される。
【００１３】
電気回路は、基板に導入され得る。すなわち、基板に集積され得るか、基板に付与され得る。
【００１４】
本発明の一構成によると、振動可能な素子は、基板に導入される。
【００１５】
本発明のさらなる構成によると、振動可能な素子は、振動可能な膜およびキャビティを基板に有する。振動可能な膜は、キャビティに関連して、振動可能な膜が振動する場合に振動可能な膜がキャビティにおよびキャビティから変形され得るような方法で配列される。振動可能な膜は、電気端子に結合され、そのため、振動可能な膜を介して、振動可能な素子の振動挙動を特徴付ける電気変数を電気端子に提供することが可能である。
【００１６】
分子結合層は、基板と同一の基部材料（例えば、シリコンまたは類似の半導体素子）から、もしくはＩＩＩ−Ｖ半導体構造またはＩＩ−ＶＩ半導体構造あるいは金属電極（例えば、白金または金を含む）から形成され得る。
【００１７】
振動可能な膜および基板の両方が同一の基部材料から形成され、例えば、異なる正反対のドーピング原子で単にドーピングされ、この種のマイクロメカニカルセンサ素子を作製することが相当より容易になる。これは、したがって、はるかに高価ではなくなり得る。
【００１８】
本発明の代替の構成によると、振動可能な素子は、基板に付与される。
【００１９】
この場合、振動可能な素子は、振動可能な膜を含み得る。この振動可能な膜は、振動可能な膜と基板との間にキャビティが形成され、その結果、膜がキャビティにおよびキャビティから変形され得るような方法で基板に付与される。同様に、本発明のこの例示的実施形態によると、振動可能な膜は、振動可能な素子の振動挙動を特徴付ける電気変数が振動可能な膜を介して電気端子に提供され得るような方法で電気端子に結合される。したがって、振動可能な膜は、電気端子に結合される。
【００２０】
本発明のこの構成によると、少なくとも１つのスペーサ素子が基板と振動可能な膜との間に提供され、その結果、振動可能な膜がスペーサ素子自体の表面または複数のスペーサ素子の１つの表面に付与され、第一の表面から反対側のさらなる表面上で基板にスペーサ素子が固定され、その結果、スペーサ素子に起因して、基板と振動可能な膜との間にキャビティが形成されることが可能である。
【００２１】
本発明のこの構成により、非常に低コストで作製され得るマイクロメカニカルセンサ素子が得られる。
【００２２】
キャビティは、圧電物質で充填され得る。本発明のこの構成では、圧電物質がスペーサ素子として用いられることも可能である。
【００２３】
本発明のこの構成は、マイクロメカニカルセンサ素子の精度をさらに改善する。
【００２４】
本発明の別の改良によると、凹部が振動可能な膜から離間する表面に導入されることを提供することが挙げられる。
【００２５】
さらに、分子結合層は、金属の層、すなわち、例えば、白金、金またはチタンを含む金属層であり得る。原則的には、分子結合層は、特定の用途に応じて、例えば、ファンデルワールス力または共有結合によって、その表面に検出されるべき対応する分子を結合するために適した任意の種類の材料から作製され得る。
【００２６】
本発明の代替の構成によるマイクロメカニカルセンサ素子の場合には、圧電層が基板に付与され、分子結合層が圧電層に付与される。分子結合層は、第一の電気端子に結合され、基板は、第二の電気端子に結合され、その結果、振動する質量を変化させることが原因となって、分子が分子結合層に結合するときに、分子結合層および圧電層から作製されるユニットの共振周波数が変化され、このユニットは、振動素子の振動挙動を特徴付ける電気変数を電気端子に提供するために用いられる。
【００２７】
本発明のさらなる構成によると、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射層が圧電層下の基板に付与される。この場合、ブラッグ反射層自体は、圧共振器の質を増加させる原因となる。ブラッグ反射層は、振動可能な素子の共振周波数を有する波を実質的に完全に反射する方法で配向される。
【００２８】
これに関連して、２層が周期的に繰り返す方法で互いに接するように配列され得るが、この２層は、振動によって発生された音波に対する第一層内の伝播速度ｖ１および第二層内の伝播速度ｖ２において可能な限り最大の差を有する。以下の式は、破壊的な界面に対する第一層の厚さｄ１および第二層の厚さｄ２にあてはまる。
【００２９】
ｄ１＝ｖ１／４・ｆ      ここで、ｋ＝１，２，３，．．．，
ｄ２＝ｖ２／４・ｆ      ここで、ｋ＝１，２，３，．．．，
ここで、ｆは、発生された振動の周波数を表わす。
【００３０】
本発明のさらなる構成によると、電気回路が存在し、これは、好適には、基板に集積され、少なくとも１つの電気端子に結合される。電気端子が１つのみである場合、マイクロメカニカルセンサ素子上に位置する分析物は、明らかに、基準電位として動作する。
【００３１】
さらに、振動可能な素子は、振動可能な素子の振動挙動が電気回路によって判定され得るような方法で電気回路に結合され得る。
【００３２】
この目的のために、電気回路は、所定の周波数を有する、マイクロメカニカルセンサ素子ための作動信号を生成するための周波数生成器を有し得る。この作動信号は、振動可能な素子を励起して、振動させる。
【００３３】
さらに、信号検出器を提供することが可能である。この信号検出器によって、作動信号のために振動可能な素子が振動する振幅および／または周波数および／または位相が判定され得る。
【００３４】
周波数生成器は、ジャイレーター回路として構成され得る。
【００３５】
あるいは、
・マイクロメカニカルセンサ素子への分子の結合を記録するためのマイクロメカニカルセンサ素子を有する
・基準マイクロメカニカルセンサ素子を有する
・基準マイクロメカニカルセンサ素子は、基準マイクロメカニカルセンサ素子に結合されたいかなる分子を有さない
・マイクロメカニカルセンサ素子によって提供された信号と基準マイクロメカニカルセンサ素子によって提供された基準信号との比較が、分子がマイクロメカニカルセンサ素子に結合されるかどうかを記録するために用いられる
電気回路配置がある。
【００３６】
本発明によるマイクロメカニカルセンサ素子は、明らかに、上記に記載されたＥＱＣＭ法の基本的原則に基づく。
【００３７】
２面上に金属でコーティングされた振動結晶の電気的に刺激可能な共振周波数は、金属電極の界面の状態およびそれらの環境に明らかに依存するという事実のために、このようにコーティングされた水晶振動子の表面で化学反応が実行される場合には、振動可能な素子および振動可能な素子に結合された分子結合層の共振振動数が変化される。
【００３８】
共振周波数外の周波数範囲における振動可能な素子の励起された振動の振幅の変化も検出および評価され得る。
【００３９】
このようにして、共振周波数における電気的に検出可能な変化に対して、より一般的には、振動結晶の振動特性（一般的には、振動可能な素子の振動特性）における変化として化学反応が決定されることが可能である。
【００４０】
本発明によると、従来技術による振動結晶の明確な機能が以下により支配される。
【００４１】
・１つまたは複数の膜
本発明の一構成により提供されるシリコン基板は、水晶振動子、すなわち、結晶性二酸化珪素（これは、従来技術により用いられる）とは異なり、圧電物質ではないので、１または複数の膜の期待される振動は、より弱いが、この影響は、マイクロメカニクスにおいて達成され得る個々の素子間の短い距離によって少なくとも補償される。
【００４２】
このようにして、本発明は、マイクロメカニカルセンサ素子が、その小型化を原因として、従来技術と比較して相当より高い空間的および量的な分解能を可能にすることを保証する。
【００４３】
さらに、化学表面反応（例えば、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の硫黄結合による金表面への結合または塩素結合によるシリコン表面への結合）の定性および定量分析が自動化される。これは、マイクロメカニカルセンサ素子の作製の間のコストのかなりの低減、およびこの種のマイクロメカニカルセンサ素子の分析精度の改善に通じる。
【００４４】
・直接付与され、かつ、表面（金属性の）が電気回路から追加として任意に提供されるべき金属層を離間し、かつ、分子が結合し得る圧電層が付与される。
【００４５】
これに関連して、分子結合層は、基板自体（基板が分子が結合し得る物質から作製される場合）および基板に付与された独立した層の両方によって形成され得ることに留意されるべきである。
【００４６】
この状況は、明らかに、集積された振動水晶振動子を表わす。圧電層の材料は、必ずしも石英である必要はない。例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が圧電層のための材料として用いられ得る。
【００４７】
・１つまたは複数の膜あるいは追加の金属層の少なくとも１つの面は、分析されるべき溶液の表面、すなわち、該当する表面に結合されるべき分子のための接触表面を形成する。
【００４８】
この表面への分子の結合によって、振動可能な素子の振動の振幅または周波数は変化する。
【００４９】
この目的のために、１つまたは複数の膜は、薄い金属層である分子結合層で揮発コーティング（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ−ｃｏａｔｅｄ）され得る。これは、共振振動における変化に関して増幅させる効果を有する。
【００５０】
振動可能な素子の振動は、マイクロメカニカルセンサ素子の２つの電気端子に接続される２つの電極間にＡＣ電圧を印加することによって励起され得る。
【００５１】
この場合の一方の電極は、電気回路が基板に集積される状況において、膜、すなわち、集積回路と直面する圧電素子層の該当面下の金属被膜加工を形成し、一方で、他方の電極は、接触面、すなわち、マイクロメカニカル素子、すなわち、分析体自体に付与された溶液にある。
【００５２】
本発明は、本発明の一構成にしたがってシリコンマイクロ電子機器のオプションを用いて、決定されたデータの信号処理および／または評価が、センサの位置、すなわち、マイクロメカニカルセンサ素子自体において直接、すなわち、オンチップで実行されるので、明らかに、非常に安価でかつ非常に簡単なインターフェースを電子機器に提供する。
【００５３】
これは、長い接続ラインに対する必要性を排除し、マイクロメカニカルセンサ素子の分解能を相当増加させる。
【００５４】
電気的な点において、膜または一般的な振動素子の質量および粘度の変化によって引き起こされる振動周波数の変化は、膜の電気容量または振動可能な素子の電気容量における変化に対応する。
【００５５】
例として、共振の回路の共振周波数は、共振回路電気容量の関数であるので、この周波数における変化はまた、膜での質量の変化の測定である。
【００５６】
これに関連して、実際に振動する質量は、マイクロメカニカルセンサ素子の全体の質量に比較して小さく、そのため、質量における比較的主要な相対的な変化が達成および検出され得ることが留意されるべきである。
【００５７】
本発明のさらなる構成によると、２つの異なる共振周波数（すなわち、マイクロメカニカルセンサ素子がまだ結合されるべき分子が存在し得る分析物に接触されていない状態における第一の共振周波数と、センサ素子が分析物に接触される後に、分析物に含まれる任意の分子がマイクロメカニカルセンサ素子の接触表面に結合し得る方法で、第二の状態において）、が互いに比較されることを提供することが挙げられる。２つの周波数の相対的な比較が原因となって、評価の結果は、製造許容度および障害に関して頑強である。
【００５８】
さらに、同一タイプであるかまたはセンサのセットを形成するように異なる反応に敏感である配列されているマイクロメカニカルセンサ素子は、度量衡のまたはリソグラフィーの局面から有用に採用され得る膜の可能な限り最小のサイズのみによって制限される空間的な精度を有する、位置的に分離された測定を可能にする。
【００５９】
したがって、複数の振動モードの同時検出およびセンサのセットに含まれるマイクロメカニカルセンサ素子の異なる表面調製の両方によって、複数の化学反応の同時分析も達成され得る。
【００６０】
さらに、センサのセットにおけるマイクロメカニカルセンサ素子のマトリックス配列では、対応する振動素子を作動させるためおよびそれらを異なるセンサ上（すなわち、異なるマイクロメカニカルセンサ素子上）で振動するように励起するために用いられる信号の分布はまた、全体のセンサのセットに付与される分析体の全体の容量における振動特性の変化を生じさせることを可能にする。
【００６１】
振動特性におけるこれら変化が分析体、すなわち、溶液における化学反応の特徴である場合、溶液容量におけるこの種の化学反応の検出も可能である。
【００６２】
本発明のさらなる構成によると、輸送性マイクロメカにクスに用いられるさらなる素子によって、例えば、マイクロメカニカルポンプおよびマイクロメカニカルロックによって、分析に適切な時間的配列において、直接マイクロメカニカルセンサ素子にまたは複数のマイクロメカニカルセンサ素子に異なる溶液が輸送され、これにより、自動化の度合いがさらに増加されることを提供することが挙げられる。
【００６３】
さらに、本発明は、複数のマイクロメカニカルセンサ素子を有するセンサアレイを提供する。
【００６４】
本発明の例示の実施形態は、図面に示され、かつ、以下により詳細に説明される。
【００６５】
図１は、本発明の第一の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子１００を示す。
【００６６】
マイクロメカニカルセンサ素子１００は、シリコンから作製された基板１０１を有する。この基板１０１内に電気回路（図示しない）が集積される。
【００６７】
基板１０１（例えば、シリコンウエハ）は、ｐ−ドーピングされる。
【００６８】
膜１０２（同様に、シリコンから作製され、この例示的実施形態では、ｎ−ドーピングされる）は、基板１０１に埋め込まれる。
【００６９】
さらに、キャビティ（以下、中間スペース１０３とも呼ばれる）が基板１０１に導入され、キャビティ１０３全体が膜１０２によって覆われるように、膜１０２がその上に表面全体にわたって付与される。
【００７０】
この例示的実施形態によると、キャビティ１０３は、空気で満たされるか、あるいは、例えば、適切な配向を有する圧電材料で満たされる。
【００７１】
マイクロメカニカルセンサ素子は、前面表面１０４および後面表面１０５を有する。
【００７２】
さらなるキャビティ１０６は、後部から後面表面１０５にエッチングされる。第一金属層１０７は、さらなるキャビティ１０６および基板１０１のエッチングされて除かれた表面に付与される。
【００７３】
金属層１０７と中間スペース１０３との間に基板１０１の領域が提供される。
【００７４】
さらに、さらなる金属層１０８が基板１０１の前面表面１０４に付与される。
【００７５】
以下に記載される周波数の変化または振幅の変化は、金属層１０７、１０８によって増幅される。
【００７６】
金属層１０７、１０８（この例示的実施形態では金から作製される）は、結合されるべき捕捉分子（この例示的実施形態によると、ＤＮＡ捕捉分子）のため、または、一般的に、結合されるべき任意の所望の分子（この例示的実施形態によると、巨大分子のバイオポリマーの分子）に用いられる。
【００７７】
金−硫黄結合にしたがって結合が発生する。
【００７８】
用語巨大分子バイオポリマーは、例えば、タンパク質またはペプチドまたはほかに各場合で所定の配列のＤＮＡ鎖の意味として理解されるべきである。
【００７９】
記録されるべき巨大分子バイオポリマーがタンパク質またはペプチドである場合、捕捉分子は、リガンド（例えば、記録されるべきタンパク質またはペプチドを該当の結合層に結合させる可能な結合活性を有する活性な物質）であり、捕捉分子上に対応するリガンドが配列される。
【００８０】
適切なリガンドは、酵素アゴニストまたは酵素アンタゴニスト、薬品、糖または抗体またはタンパク質またはペプチドを特異的に結合する能力を有する任意の分子を含む。
【００８１】
この説明に関連して、プローブ分子は、リガンドおよびＤＮＡプローブ分子の両方の意味として理解されるべきである。
【００８２】
第一の端子１０９は、膜１０２に電気的に結合される。第二の電気的端子１１０は、基板１０１に電気的に結合される。
【００８３】
図２は、本発明の第二の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子２００を示す。
【００８４】
マイクロメカニカルセンサ素子２００は、同様に、シリコンから作製された基板２０１を有し、この例示的な実施形態では、同様にｐ−ドーピングされる。
【００８５】
スペーサ素子（本発明の例示的実施形態によると、ウェブ２０２、２０３）は、第一の基板２０１とウェブ２０２、２０３に付与された膜２０４との間のスペーサとして機能し、基板２０１上に提供される。
【００８６】
さらに、第二の例示的実施形態によると、膜２０４は、ｎ−ドーピングされたシリコンから作製される。
【００８７】
スペーサ２０２、２０３は、膜２０４によって完全に覆われた閉じられた周辺を明白に形成し、その結果、空気または適切な配向の圧電材料で満たされた中間スペース２０５が形成される。
【００８８】
ＤＮＡ捕捉分子を結合するという目的のために、金の金属層２０６が膜２０４に付与され、この金属層によって、分析体に含まれる相補的な配列を有する任意のＤＮＡ分子が結合される。
【００８９】
膜２０４は、第一の電気端子２０７に電気的に結合され、基板２０１は、第二の電気端子２０８に電気的に結合される。
【００９０】
図３ａは、本発明の第三の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子３００を示す。
【００９１】
マイクロメカニカルセンサ素子３００は、ｐ−ドーピングされたシリコンから作製された基板３０１と、基板に直接付与された圧電層３０２とを有する。
【００９２】
金の金属層３０３は、第一の端子３０４に電気的に結合されており、圧電層３０２に付与される。
【００９３】
さらに、基板３０１は、第二の電気端子３０５に電気的に結合される。
【００９４】
したがって、この例示的実施形態によると、金属層３０３は、圧電層３０２に直接結合されていると共に、この例示的実施形態では、振動可能な素子を形成している。
【００９５】
図３ｂは、本発明の第四の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子３１０を示す。
【００９６】
マイクロメカニカルセンサ素子３１０は、ｐ−ドーピングされたシリコンから作製された基板３０１と、基板に直接付与されたブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射層３１１とを有する。振動の質は、ブラッグ反射体層３１１によって相当向上される。ブラッグ反射体層３１１は、ブラッグ反射体として作用し、対応する構造を有する。
【００９７】
この例示的実施形態によると、圧電層３０２は、ブラッグ反射体層３１１に付与される。
【００９８】
金の金属層３０３は、第一の端子３０４に電気的に結合され、圧電層３０２に付与される。
【００９９】
さらに、基板３０１は、第二の電気端子３０５に電気的に結合される。
【０１００】
したがって、この例示的実施形態によると、金属層３０３は、圧電層３０２に直接結合されていると共に、この例示的実施形態によると、振動可能な素子を形成している。
【０１０１】
図４ａは、第一の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子１００を示し、ここでは、ＤＮＡ捕捉分子４０４が、金−硫黄結合によって第一の金属層１０７の露出された表面４０１に共有結合的に結合され、すなわち、固定化されている。
【０１０２】
マイクロメカニカルセンサ素子１００は、周波数生成器４０３に結合され、この例示的実施形態によると、第一の端子１０９および第二の端子１１０を介してインダクタ４０４と平行に任意に接続されている。
【０１０３】
インダクタ４０４に対する代替として、ジャイレータ回路を用いることも可能である。
【０１０４】
さらに、信号評価回路４０５が電気端子１０９、１１０に結合される。
【０１０５】
マイクロメカニカルセンサ素子１００の共振周波数は、信号評価回路４０５によって決定される。
【０１０６】
これは、マイクロメカニカルセンサ素子１００への作動信号４０６の印加およびマイクロメカニカルセンサ素子１００の膜１０２が振動する結果的に生じる周波数の対応するタッピングによって影響される。
【０１０７】
結果として、信号評価ユニット４０５は、ＤＮＡ捕捉分子の配列に対する相補的配列を有するＤＮＡ鎖とのＤＮＡ捕捉分子４０２のハイブリッド形成がまだ発生したいない状況における図４ａに示された状態によると、結果的な信号４０７としての振幅および位相（すなわち、一般的な用語で共振周波数）を提供する。
【０１０８】
この例示的実施形態によると、全体的な評価回路４００、すなわち、周波数生成器４０３および信号評価回路４０５およびインダクタ４０４は、基板１０１に集積される。すなわち、評価回路はオンチップで製造される。
【０１０９】
図４ａでは、動作原理の説明を純粋に簡略化するために、評価回路はチップの外部に配置される。
【０１１０】
図４ｂは、分析体４０８内に存在するＤＮＡ鎖４０９がＤＮＡ捕捉分子４０２とハイブリッド形成し得るような方法で、分析体４０８が接触されるようになった状況に対するマイクロメカニカルセンサ素子１００を示す。
【０１１１】
この状態は、図４ｂに示される。
【０１１２】
ＤＮＡ捕捉分子４０２へのＤＮＡ鎖４０８のハイブリッド形成が起こったときに、作動信号４０６によりマイクロメカニカルセンサ素子１００を作動することにより、結果的信号として検出される非結合のＤＮＡ捕捉分子４０２を有するマイクロメカニカルセンサ素子１００の共振周波数４０７とは異なる共振周波数４０８を結果的的に生じる。
【０１１３】
したがって、これらの例示的実施形態によると、ＤＮＡ分子がＤＮＡ捕捉分子４０２に結合したまたは結合しないときのマイクロメカニカルセンサ素子１００の共振周波数における変化は、膜および中間スペース１０３、または一般的な用語であるマイクロメカニカルセンサ素子１００の振動可能な素子の共振周波数における変化が検出されるようにさせる。
【０１１４】
図５は、一般的な本発明の原理を、共振周波数を決定するためのブロック図の形態で示す。
【０１１５】
マイクロメカニカルセンサ素子５０１は、上記の例示的実施形態のうちの一つのマイクロメカニカルセンサ素子の構造を有しており、その２つの電気端子５０２、５０３を介して、周波数補正素子５０４と平行に接続される。この周波数補正素子５０４は、能動的周波数補正素子または他の受動的周波数補正素子として構成され得る。
【０１１６】
信号生成器５０５は、電気端子５０２、５０３に接続され、マイクロメカニカルセンサ素子を作動する電気信号を生成するために振動を励起するようにエネルギー付与され、その結果、一般的な用語で、共振回路が実現される。
【０１１７】
さらに、アナログ／デジタル変換器５０６または代替的に周波数カウンタおよびデジタル信号処理ユニットが、電気端子５０２、５０３に接続される。
【０１１８】
図６は、マイクロメカニカルセンサ素子６０１の過渡応答を決定するための評価回路を実現する１つの可能な方法を図示するブロック図６００を示す。このマイクロメカニカルセンサ素子６０１は、上記の例示的実施形態のうちの一つのマイクロメカニカルセンサ素子にしたがって構成される。
【０１１９】
スイッチ６０３がマイクロメカニカルセンサ素子６０１の第一の端子６０２に直列に接続される。スイッチの第一の端子６０４は、第一の電気端子６０２に結合され、スイッチ６０３第二の端子６０５が、電圧ソース６０６の第一の端子に結合され、電圧ソース６０６の他の端子は、マイクロメカニカルセンサ素子の第二の電気端子６０７に結合される。
【０１２０】
さらに、アナログ／デジタル変換器または周波数カウンタおよびデジタル信号処理回路６０８は、電気端子６０２、６０７と直列に接続される。
【０１２１】
図７は、共振周波数を決定するためにマイクロメカニカルセンサ素子によって生成された信号の電気評価のための電気回路７００を示す。すなわち、電気評価回路７００は、ＣＭＯＳ技術で実現される。
【０１２２】
基準センサ素子としての第一のマイクロメカニカルセンサ素子７０１および第二のマイクロメカニカルセンサ素子７０２が電気回路７００に提供される。
【０１２３】
この例示的実施形態によると、第二のマイクロメカニカルセンサ素子７０２は、分析体に接触されない。すなわち、第二のマイクロメカニカルセンサ素子に付与されたＤＮＡ捕捉分子は、常時、非結合である。
【０１２４】
第一のマイクロメカニカルセンサ素子７０１の第一の電気端子７０３は、コンデンサ７０４を介してグランド端子７０５に、および、電気抵抗７０６を介して第一のマイクロメカニカルセンサ素子７０１の第二の電気端子７０７に結合される。
【０１２５】
第二の電気端子７０７は、第二のコンデンサ７０８を介してグランド電位７０９に結合される。第二のコンデンサ７０８の電気容量は、この例示的実施形態に従って、変更され得る。
【０１２６】
さらに、第一のトランジスタ７０９（ＮＭＯＳ電界効果型トランジスタ）のゲート端子７０８および第二のトランジスタ７１１（ＰＭＯＳ電界効果型トランジスタ）のゲート端子７１０は、第二の電気端子７０７に結合され、第二のトランジスタ７１１のドレイン端子７１２は、動作電位ＶＤＤ７１３に結合され、第二のトランジスタ７１１のソース端子７１４は、第一のトランジスタ７０９のドレイン端子７１５に結合される。
【０１２７】
第一のトランジスタ７０９のソース端子７１６は、グランド電位７１７に結合される。
【０１２８】
第二のトランジスタのソース端子７１４および第一のトランジスタ７０９のドレイン端子７１５はさらに、第三のトランジスタ７１９のゲート端子７１８および第四のトランジスタ７２１のゲート端子７２０に結合される。
【０１２９】
第二のマイクロメカニカルセンサ素子７０２の第一の電気端子７２２は、さらなるコンデンサ７２３を介してグランド電位７２４に結合され、第二の電気抵抗７２５を介してマイクロメカニカルセンサ素子７０２の第二の電気端子７２６に、および電気容量を変更し得るコンデンサ７２７を介してグランド電位７２８に結合される。
【０１３０】
第二のマイクロメカニカルセンサ素子７０２の第二の電気端子７２６は、第五のトランジスタ７５２のゲート端子７５１および第六のトランジスタ７３０のゲート端子７２９に結合される。第五のトランジスタ７５２のドレイン端子７３１は、動作電位ＶＤＤ７３２に結合され、第五のトランジスタ７５１のソース端子７３３は、第六のトランジスタ７３０のドレイン端子７３４に結合される。
【０１３１】
第六のトランジスタ７３０のソース端子７３５は、接地される。
【０１３２】
したがって、第五のトランジスタ７２８のソース端子７３３および第六のトランジスタ７３０のドレイン端子７３４は、互いにおよび第七のトランジスタ７３８のゲート端子７３６に結合され、第七のトランジスタ７３８のドレイン端子７３８は、第三のトランジスタ７１９のソース端子７３９に結合される。
【０１３３】
さらに、第七のトランジスタ７３７のゲート端子７３６は、第八のトランジスタ７４１のゲート端子７４０に結合される。
【０１３４】
さらに、第一のマイクロメカニカルセンサ素子７０１の第一の端子７０３は、第五のトランジスタ７１９のゲート端子７１８に結合される。
【０１３５】
第三のトランジスタ７１９のドレイン端子７４１および第八のトランジスタ７４１のドレイン端子７４２は、動作電位ＶＤＤに結合される。
【０１３６】
第七のトランジスタ７３７のソース端子７４３は、第四のトランジスタ７２１のソース端子７４４および電流ソース７４５に結合される。
【０１３７】
第四のトランジスタ７２１のドレイン端子７４６は、第八のトランジスタ７４０のソース端子７４７および電気抵抗７４８を介して周波数カウンタユニット７４９およびコンデンサ７５０が並列に接続されているデジタル信号処理回路に結合される。
【０１３８】
図８は、マイクロメカニカルセンサ素子８０１の多重度を有するセンサ８００のセットを示す。このマイクロメカニカルセンサ素子８０１は、マトリクス配列、すなわち、行および列に配列され、作動トランジスタ８０４を介して従来の行デコーダ８０２および列デコーダ８０３によって作動され、かつ、読み出され得る。作動トランジスタ８０４は、それぞれ、対応するマイクロメカニカルセンサ素子８０１と直列に接続され、各場合において、同じ行に属する全トランジスタのソース端子８０５への行ラインを介してソース端子８０５が結合され、各行ライン８０６を介して行デコーダ８０２に結合される。
【０１３９】
ゲート端子８０７は、列ライン８０８を介して列デコーダ８０３に結合される。信号生成器８０９が、作動トランジスタ８０４の各ゲート端子８０７を作動するために列デコーダ８０３に結合される。
【０１４０】
さらに、アナログ／デジタル変換器８１０およびデジタル信号処理回路が各場合において選択されたマイクロメカニカルセンサ素子によって供給される振動信号を読み出すために列デコーダ８０３に結合される。
【０１４１】
本発明は、明らかに、マイクロエレクトロニクスおよび機械的な振動の変化に基づく化学分析方法ための配置のオンチップの組み合わせを備えていることが理解され得る。
【０１４２】
これに関連して、各構成が、さらなるマイクとメカニカルポンプ、通路およびロックと共にさらに提供され、その結果、マイクロメカニカルセンサ素子の１または多重度を含む完全な分析システムが形成され得ることが留意されるべきである。
【０１４３】
以下の出版物が本明細書において引用される。
［１］Ｊ．Ｗａｎｇの「Ｔｏｗａｒｄｓ  Ｇｅｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ：Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｆ  ＤＮＡ−Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ」、Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．６，１９９９
［２］Ｇｕｎｔｈｅｒの「Ｓａｕｅｒｂｒｅｙ，Ｖｅｒｗｅｎｄｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｓｃｈｗｉｎｇｑｕａｒｚｅｎ  ｚｕｒ  Ｗａｇｕｎｇ  ｄｕｎｎｅｒ  Ｓｃｈｉｃｈｔｅｎ  ｕｎｄ  ｚｕｒ  Ｍｉｋｒｏｗａｇｕｎｇ［Ｕｓｅ  ｏｆ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ  ｃｒｙｓｔａｌｓ  ｆｏｒ  ｗｅｉｇｈｉｎｇ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏ−ｗｅｉｇｈｉｎｇ］、Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ  ｆｕｒ  Ｐｈｙｓｉｋ  １５５，ｐｐ．２０６−２２２，１９９９
［３］Ｔ．Ａｂｅらの「Ｏｎｅ−ｃｈｉｐ  ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  ｑｕａｒｔｚ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ（ＱＣＭ）  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｄｅｅｐ  ＲＩＥ」、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｎｏ．８２，ｐｐ．１３９−１４３，２０００
［４］ＷＯ  ８９／０９９３８
［５］Ｗ．Ｋ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔらの「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ−ｅｘｃｉｔｅｄ  ｆｌｅｘｕｒａｌ  ｐｌａｔｅ  ｗａｖｅ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏｌｕｍｅ  ９９−２３，ｐｐ３３２−３３５，１９９９
［６］Ｅ．Ａ．Ｗａｃｈｔｅｒらの「Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６６（６），ｐｐ．３３６２−３６６７，Ｊｕｎｅ  １９９５
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】図１は、本発明の第一の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子の基本構造を示す。
【図２】図２は、本発明の第二の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子の基本構造を示す。
【図３ａ】図３ａは、本発明の第三の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子の基本構造を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の第四の例示的実施形態にしたがうマイクロメカニカルセンサ素子の基本構造を示す。
【図４ａ】図４ａは、分子の結合が起こる前にマイクロメカニカルセンサ素子を作動させかつ評価するための電気回路として平行な共振回路を有する図１からのマイクロメカニカルセンサ素子の動作原理を図示する。
【図４ｂ】図４ｂは、分子の結合が起こった後にマイクロメカニカルセンサ素子を作動させかつ評価するための電気回路として平行な共振回路を有する図１からのマイクロメカニカルセンサ素子の動作原理を図示する。
【図５】図５は、マイクロメカニカルセンサ素子の共振周波数を決定するための本発明の第一の例示的実施形態にしたがう電気評価回路のブロック図を示す。
【図６】図６は、マイクロメカニカルセンサ素子の過渡応答を決定するための本発明の第二の例示的実施形態にしたがう電気評価回路のブロック図を示す。
【図７】図７は、ＣＭＯＳ技術における図５からの電気評価回路を図示する。
【図８】図８は、マトリクスを形成するように配列された複数のマイクロメカニカルセンサ素子を有するセンサのセットを図示する。
【符号の説明】
【０１４５】
１００  マイクロメカニカルセンサ素子
１０１  基板
１０２  膜
１０３  中間スペース
１０４  基板の前面表面
１０５  基板の後面表面
１０６  キャビティ
１０７  第一の金属層
１０８  第二の金属層
１０９  第一の電気端子
１１０  第二の電気端子
２００  マイクロメカニカルセンサ素子
２０１  基板
２０２  スペーサ素子
２０３  スペーサ素子
２０４  膜
２０５  中間スペース
２０６  金属層
２０７  第一の電気端子
２０８  第二の電気端子
３００  マイクロメカニカルセンサ素子
３０１  基板
３０２  圧電層
３０３  金属層
３０４  第一の電気端子
３０５  第二の電気端子
３１０  マイクロメカニカルセンサ素子
３１１  ブラッグ反射体層
４００  機能的回路図
４０１  第一の金属層の表面
４０２  ＤＮＡ捕捉分子
４０３  周波数生成器
４０４  インダクタ
４０５  信号評価ユニットのための検出器
４０６  作動信号
４０７  第一の結果の信号
４０８  第二の結果の信号
４０９  ハイブリッド形成されたＤＮＡ鎖
５００  機能的回路図
５０１  マイクロメカニカルセンサ素子
５０２  マイクロメカニカルセンサ素子の第一の端子
５０３  マイクロメカニカルセンサ素子の第二の端子
５０４  周波数補正ユニット
５０５  信号生成器
５０６  Ａ／Ｄ変換器
６００  機能的回路図
６０１  マイクロメカニカルセンサ素子
６０２  マイクロメカニカルセンサ素子の第一の端子
６０３  スイッチ
６０４  スイッチの第一の端子
６０５  スイッチの第二の端子
６０６  電圧ソース
６０７  マイクロメカニカルセンサ素子の第二の端子
６０８  Ａ／Ｄ変換器
７００  デジタル評価回路
７０１  第一のマイクロメカニカルセンサ素子
７０２  第二のマイクロメカニカルセンサ素子
７０３  第一のマイクロメカニカルセンサ素子の第一の端子
７０４  第一のコンデンサ
７０５  グランド電位
７０６  第一の電気抵抗
７０７  第一のマイクロメカニカルセンサ素子の第二の端子
７０８  第二のコンデンサ
７０９  グランド電位
７１０  第一のトランジスタのゲート端子
７１１  第一のトランジスタ
７１２  第一のトランジスタのドレイン端子
７１３  動作電位
７１４  第一のトランジスタのソース端子
７１５  第二のトランジスタのドレイン端子
７１６  第二のトランジスタ
７１７  グランド電位
７１８  第三のトランジスタのゲート端子
７１９  第三のトランジスタ
７２０  第四のトランジスタのゲート端子
７２１  第四のトランジスタ
７２２  第二のマイクロメカニカルセンサ素子の第一の電気端子
７２３  第三のコンデンサ
７２４  グランド電位
７２５  第二の電気抵抗
７２６  第二のマイクロメカニカルセンサ素子の第二の電気端子
７２７  第四のコンデンサ
７２８  グランド電位
７２９  第六のトランジスタのゲート端子
７３０  第六のトランジスタ
７３１  第五のトランジスタのドレイン端子
７３２  動作電位
７３３  第五のトランジスタのソース端子
７３４  第六のトランジスタのドレイン端子
７３５  第六のトランジスタのソース端子
７３６  第七のトランジスタのゲート端子
７３７  第七のトランジスタ
７３８  第七のトランジスタのドレイン端子
７３９  第三のトランジスタのソース端子
７４０  第八のトランジスタのゲート端子
７４１  第八のトランジスタ
７４２  第八のトランジスタのドレイン端子
７４３  第七のトランジスタのソース端子
７４４  第四のトランジスタのソース端子
７４５  電流ソース
７４６  第四のトランジスタのドレイン端子
７４７  第八のトランジスタのソース端子
７４８  第三の電気抵抗
７４９  Ａ／Ｄ変換器
７５０  第五のコンデンサ
７５１  第五のトランジスタのゲート端子
７５２  第五のトランジスタ
８００  センサのセット
８０１  マイクロメカニカルセンサ素子
８０２  行デコーダ
８０３  列デコーダ
８０４  作動トランジスタ
８０５  作動トランジスタのソース端子
８０６  行接続
８０７  作動トランジスタのゲート端子
８０８  列接続
８０９  周波数生成器
８１０  Ａ／Ｄ変換器
【国際公開パンフレット】
2004529335.tif 000003
2004529335.tif 000004
2004529335.tif 000005
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月5日(2003.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロメカニカルセンサ素子へ分子の結合を記録するためのマイクロメカニカルセンサ素子であって、
・基板を有し、
・少なくとも１つの電気端子を有し、
・振動可能な素子であって、少なくとも近接する周辺に沿って該基板に固定され、該振動可能な素子の電気容量を特徴付ける電気変数が該電気端子において提供されるような方法で該電気端子に結合される振動可能な素子を有し、
・分子結合層であって、該分子が該分子結合層に結合し得るような方法で配向される、分子結合層を有し、
・該分子結合層は、該分子結合層への分子の結合が該振動可能な素子のインピーダンスにおける変化を引き起こすような方法で該振動可能な素子に結合される、マイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項２】
前記分子結合層は、該分子結合層への分子の結合が前記振動可能な素子の電気容量における変化を引き起こし得るような方法で前記振動可能な素子に結合される、請求項１に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項３】
・圧電層が前記基板に付与され、
・前記分子結合層は、該圧電層に付与され、
・該分子結合層は、第一の電気端子に結合され、
・該基板は、第二の電気端子に結合される、請求項１または２に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項４】
電気回路が前記基板に導入されるか、または、前記基板付与される、請求項１〜３のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項５】
前記振動可能な素子は、前記基板に導入される、請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項６】
前記振動可能な素子は、
・振動可能な膜と、
・前記基板内のキャビティと、
を含み、
・該振動可能な膜は、該キャビティに関連して該キャビティに偏向され得るような方法で配置され、
・該振動可能な膜は、前記電気端子に結合される、請求項５に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項７】
前記振動可能な素子は、前記基板付与される、請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項８】
前記振動可能な素子は、
・振動可能な膜であって、該振動可能な膜と前記基板との間にキャビティが形成され、その結果、該膜が該キャビティに偏向され得るような方法で前記基板に付与される、振動可能な膜を含み、
・該振動可能な膜は、前記電気端子に結合される、請求項７に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項９】
少なくとも１つのスペーサ素子が前記基板と前記振動可能な膜との間に提供される、請求項８に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１０】
前記振動可能な膜は、前記基板と同一の基部材料から作製される、請求項６〜９のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１１】
前記キャビティは、圧電材料で満たされる、請求項６〜１０のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１２】
前記振動可能な膜から離間した前記基板の表面に凹部が導入される、請求項６〜１１のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの電気端子に結合された電気回路を有する、請求項１〜１２のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１４】
前記振動可能な素子は、前記振動可能な素子の電気容量が前記電気回路によって決定され得るような方法で前記電気回路に結合される、請求項１〜１３のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１５】
前記電気回路は、前記マイクロメカニカルセンサ素子に集積される、請求項１３または１４に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１６】
前記電気回路は、
・所定の周波数を有する作動信号を生成するための周波数生成器であって、該作動信号によって前記振動可能な素子が振動に励起される、周波数生成器と、
・信号検出器であって、該振動可能な素子が振動する振幅および／または周波数および／または位相を決定するために用いられ得る、信号検出器と
を含む、請求項１３〜１５のいずれか１つに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１７】
前記周波数生成器は、ジャイレータ回路として構成される、請求項１６に記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１８】
ブラッグ反射体層が、前記圧電層の下の前記基板に付与され、該ブラッグ反射体層は、前記振動可能な素子の共振周波数を有する波を実質的に完全に反射するような方法で配向される、請求項３〜１７のいずれかに記載のマイクロメカニカルセンサ素子。
【請求項１９】
・請求項１〜１８のいずれか１つにおいて説明されたマイクロメカニカルセンサ素子への分子の結合を記録するためのマイクロメカニカルセンサ素子を有し、
・請求項１〜１８のいずれか１つにおいて説明された基準マイクロメカニカルセンサ素子を有し、
・該基準マイクロメカニカルセンサ素子は、該基準マイクロメカニカルセンサ素子に結合されたいかなる分子も有さず、
・該マイクロメカニカルセンサ素子によって提供された信号と該基準マイクロメカニカルセンサ素子によって提供された基準信号との比較が分子が該マイクロメカニカルセンサ素子に結合されたかどうかを記録するために用いられる、電気回路配置。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか１つの複数のマイクロメカニカルセンサ素子を有するセンサアレイ。
【国際調査報告】
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