(57)【要約】【課題】弾性波センサのセンシングの正確性を向上させる。【解決手段】本発明の弾性波センサ１は、圧電体２と、圧電体２の上に形成されて板波を励振させる励振ＩＤＴ電極３と、圧電体２の上に形成された励振ＩＤＴ電極３が励振した板波を受信する受信ＩＤＴ電極４と、励振ＩＤＴ電極３と受信ＩＤＴ電極４との間であって圧電体２の上面に直接的或いは間接的に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第１の反応部５と、圧電体２の下面に直接的或いは間接的に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応若しくは固着する第２の反応部９とを備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、
前記圧電体の上に形成されて板波を励振させる励振ＩＤＴ電極と、
前記圧電体の上に形成された前記励振ＩＤＴ電極が励振した板波を受信する受信ＩＤＴ電極と、
前記励振ＩＤＴ電極と前記受信ＩＤＴ電極との間であって前記圧電体の上面に直接的或いは間接的に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第１の反応部と、
前記圧電体の下面に直接的或いは間接的に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応若しくは固着する第２の反応部とを備えた弾性波センサ。
【請求項２】
圧電体と、
前記圧電体の上に形成されて板波を励振させるＩＤＴ電極と、
前記圧電体の上に前記ＩＤＴ電極を覆うように形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜の上面に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第１の反応部と、
前記圧電体の下面に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応若しくは固着する第２の反応部とを備えた弾性波センサ。
【請求項３】
前記第１の反応部の抗体と第２の反応部の抗体は異なる請求項１または請求項２に記載の弾性波センサ。
【請求項４】
前記圧電体の表面における前記第２の反応部の占有面積は前記第１の反応部の占有面積よりも小さい請求項１または請求項２に記載の弾性波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象物質に反応する、或は固着する反応部を備えた弾性波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の弾性波センサを図５を用いて説明する。図５は、従来の弾性波センサの断面模式図である。
【０００３】
図５において、従来の弾性波センサ１０１は、圧電体１０２と、圧電体１０２の上に形成された励振ＩＤＴ電極１０３及び受信ＩＤＴ電極１０４と、圧電体１０２の上であって励振ＩＤＴ電極１０３及び受信ＩＤＴ電極１０４の間の伝搬路の上に形成された反応部１０５と、励振ＩＤＴ電極１０３によって励振される主要弾性波の特性を検出する検出部（図示せず）とを備える。
【０００４】
この弾性波センサ１０１の反応部１０５に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させることで、検出対象物質の付着に起因する弾性波の周波数変化を検出部が検出し、検出対象物質の有無、或はその濃度などを検知することができる。
【０００５】
なお、この出願に関連する先行技術文献として特許文献１〜３が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３０５１９号
【特許文献２】特表２００７−５１０１３８号公報
【特許文献３】特開２００８−１８０６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、弾性波センサ１０１が小型になると、反応部１０５の占有面積が小さくなり、反応部１０５に吸着される検出対象物質量が低下する。このため、弾性波センサ１０１のセンシング精度が低下するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、弾性波センサのセンシング精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の弾性波センサは、圧電体と、圧電体の上に形成されて板波を励振させる励振ＩＤＴ電極と、圧電体の上に形成された励振ＩＤＴ電極が励振した板波を受信する受信ＩＤＴ電極と、励振ＩＤＴ電極と受信ＩＤＴ電極との間であって圧電体の上面に直接的或いは間接的に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第１の反応部と、圧電体の下面に直接的或いは間接的に形成されて、検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応若しくは固着する第２の反応部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の弾性波センサにおいて、圧電基板の上面と下面にエネルギー分布が存在する弾性波が伝搬するため、圧電基板の両面において検出が可能であり、反応部に吸着される検出対象物質量、或は結合物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における弾性波センサの上面模式図
【図２】本発明の実施の形態１における弾性波センサの断面模式図
【図３】本発明の実施の形態２における弾性波センサの上面模式図
【図４】本発明の実施の形態２における弾性波センサの断面模式図
【図５】従来の弾性波センサの断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１の弾性波センサについて、図面を用いて説明する。図１は、実施の形態１における弾性波センサ１の上面模式図であり、図２は、実施の形態１における弾性波センサのＡＢ断面（主要弾性波の伝搬方向の断面）における断面模式図である。
【００１３】
図１、図２において、弾性波センサ１は、トランスバーサル型の弾性波素子を用いたバイオセンサであって、生態の分子認識機構に基づいてタンパク質、遺伝子、シグナル分子などの検出対象物質をセンシングするものである。
【００１４】
この弾性波センサ１は、圧電体２と、圧電体２の上に形成された励振ＩＤＴ電極３及び受信ＩＤＴ電極４と、圧電体２の上であって励振ＩＤＴ電極３と受信ＩＤＴ電極４とこれらＩＤＴ電極３、４の間の主要弾性波の伝搬路上とを覆うように形成された第１の誘電体膜６と、伝搬路の上方における第１の誘電体膜６の上に形成されて検出対象物質又は検出対象物質と結合する結合物質に反応する、若しくは固着する第１の反応部５と、圧電体２の下面に第２の誘電体膜１０を介して設けられた第２の反応部９と、受信ＩＤＴ電極４によって受信された主要弾性波の特性（位相特性、或は周波数特性など）を検出する検出部（図示せず）とを備える。尚、第１、第２の反応部５、９は圧電体２に直接設けられても良い。
【００１５】
この弾性波センサ１は、各種医療機器に内蔵されるマザーボードに搭載されるが、このマザーボードに圧電体２のＩＤＴ電極３、４の形成面が対向するようにフェースダウン実装されていても良いし、マザーボードにＩＤＴ電極３、４の形成面の裏面が接着されることでフェースアップ実装されていても良い。前者の場合は、ＩＤＴ電極３、４が金属バンプ等を介して検出部（図示せず）に電気的に接続され、後者の場合は、ＩＤＴ電極３、４が金属ワイヤ等を介して検出部（図示せず）に電気的に接続される。
【００１６】
尚、この検出部（図示せず）は、受信ＩＤＴ電極４によって受信する主要弾性波の周波数変化若しくは位相変化を検出するものが一般的であるが、主要弾性波の速度、振幅、波長等の他の特性の変化を検出しても良い。
【００１７】
上記の第１の反応部５と第２の反応部９に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させることで、検出対象物質の付着による第１の反応部５と第２の反応部９の質量変化に起因する主要弾性波の特性変化を検出部が検出し、検出対象物質の有無、或はその濃度などを検知することができる。
【００１８】
このような弾性波センサ１において、第１の反応部５と第２の反応部９の双方をセンシング領域として用いることができるためにセンシング領域の表面積が大きくなり、第１の反応部５と第２の反応部９に吸着される検出対象物質量或は結合物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。
【００１９】
なお、第１の反応部５と第２の反応部９で異なる抗体を用いることで、異なる検出対象に対して同時にセンシングを行うことができる。
【００２０】
また、圧電体２の表面における、第２の反応部９の占有面積は第１の反応部５の占有面積よりも小さいことが望ましい。ＩＤＴ電極３、４が設けられていない圧電体２の下面における主要弾性波のエネルギーは、ＩＤＴ電極３、４が設けられている圧電体２の上面における主要弾性波のエネルギーより小さくなる。ここで、圧電体２の下面における第２の反応部９の占有面積を小さくして第２の反応部９による弾性波の減衰を小さくすることで、圧電体２の上面に分布するエネルギーと下面に分布するエネルギーとの差を小さくすることができる。その結果、弾性波センサ１における板波の伝搬効率を向上させることができ、弾性波センサ１のセンシング精度を向上させることができるのである。
【００２１】
以下、弾性波センサ１の各構成について詳述する。
【００２２】
圧電体２は、圧電単結晶基板からなり、例えば、水晶、ランガサイト系、ニオブ酸リチウム系、タンタル酸リチウム系、又はニオブ酸カリウム系の圧電基板である。
【００２３】
ＩＤＴ電極（励振ＩＤＴ電極３、受信ＩＤＴ電極４）は、夫々一対の櫛形電極の電極指同士が互いに噛み合う様に配置されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極であり、例えばＳＨ（Ｓｈｅａｒ−Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）成分、もしくはＳＶ（Ｓｈｅａｒ−Ｖｅｒｔｉｃａｌ）成分を主成分とする、圧電体２の上面と下面を中心にエネルギー分布を有する板波と呼ばれる弾性波を励振し、これを受信する。これらＩＤＴ電極３、４は、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、モリブデン又はクロムからなる単体金属、若しくはこれらを主成分とする合金、又はこれらの金属が積層された構成である。
【００２４】
弾性波の励振周波数については励振ＩＤＴ電極３と受信ＩＤＴ電極４の電極ピッチおよび圧電体２の膜厚を調整することで自由に設定することができる。主要弾性波としてバルク波を用いた場合は、励振周波数は主に圧電体２の厚みによって決定するために、設計自由度が小さくなり、励振周波数を高くしようとすると、圧電体２を薄くすることが必要となる。
【００２５】
第１の反応部５は、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第１の抗体８が第１の誘電体膜６の表面に付着することで形成される。また第２の反応部９は、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第２の抗体１２が第２の誘電体膜１０の表面に付着することで形成される。なお、第１の抗体８或は第２の抗体１２は、金属や有機物等からなる第１の接着層７或は第２の接着層１１で第１の誘電体膜６或は第２の誘電体膜１０に付着されている。また、第１の抗体８或は第２の抗体１２は、第１の接着層７或は第２の接着層１１を介さずに直接的に第１の誘電体膜６或は第２の誘電体膜１０に付着していても構わない。なお、第１の反応部５と第２の反応部９は、主要弾性波の伝搬路の上に設けられると説明したが、主要弾性波のエネルギーが到達する範囲に設けられていればどこでもよく、ＩＤＴ電極３、４の間でなくとも構わない。また、第１の反応部５と第２の反応部９は、第１の誘電体膜６或は第２の誘電体膜１０を介して圧電体２に接着された構成を上記に示したが、圧電体２に直接的に接着されていても良い。
【００２６】
なお、第１の誘電体膜６および第２の誘電体膜１０を酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの、圧電体２とは逆の周波数温度係数を有する媒質とし、この第１の誘電体膜６および第２の誘電体膜１０でＩＤＴ電極３、４をも覆うことで、弾性波センサ１の周波数温度特性を向上することができる。また、第１の誘電体膜６および第２の誘電体膜１０として、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化テルル、ダイヤモンド又はシリコンなど他の誘電体膜であっても良い。
【００２７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２の弾性波センサについて、図面を用いて説明する。尚、特に説明しない限りにおいて、その構成は、実施の形態１の弾性波センサと同様である。
【００２８】
図３は、実施の形態２における弾性波センサ１の上面模式図であり、図４は、実施の形態２における弾性波センサ１のＣＤ断面（主要弾性波の伝搬方向の断面）における断面模式図である。
【００２９】
図３、図４において、弾性波センサ１は、１端子共振器型の弾性波素子を用いたバイオセンサであって、生態の分子認識機構に基づいてタンパク質、遺伝子、シグナル分子などの検出対象物質をセンシングするものである。
【００３０】
この弾性波センサ１は、圧電体２と、圧電体２の上に形成されて主要弾性波である板波を励振ならびに受信する電極対１３を備える。この電極対１３は、一対の櫛形電極の電極指同士が互いに噛み合う様に配置されたＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極である。この電極対１３は、実施の形態１のＩＤＴ電極３、４と同様の材料であり、同様の作用を有する。また、この弾性波センサ１は、圧電体２の上に主要弾性波の伝搬方向において電極対１３を挟み込むように形成された反射器１４を備えていても良い。さらに、弾性波センサ１は、電極対１３および反射器１４を覆うように形成された第１の誘電体膜６と、第１の誘電体膜６の上に形成されて検出対象物質又は検出対象物質と結合する結合物質に反応する、若しくは固着する第１の反応部５と、圧電体２の下面に形成されて、検出対象物質又は検出対象物質と結合する結合物質に反応若しくは固着する第２の反応部９と、電極対１３によって出力された主要弾性波の特性を検出する検出部（図示せず）とを備える。第２の反応部９は、圧電体２の下面に第２の誘電体膜１０を介して間接的に設けられても良いし、圧電体２の下面に直接的に設けられていても良い。
【００３１】
第１の反応部５は、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第１の抗体８が第１の誘電体膜６の表面に付着することで形成される。また第２の反応部９は、呼気等に含まれる可能性のある検出対象物質または検出対象物質と結合する結合物質に反応する第２の抗体１２が第２の誘電体膜１０の表面に付着することで形成される。なお、第１の抗体８或は第２の抗体１２は、金属や有機物等からなる第１の接着層７或は第２の接着層１１で第１の誘電体膜６或は第２の誘電体膜１０に付着されている。また、第１の抗体８或は第２の抗体１２は、第１の接着層７或は第２の接着層１１を介さずに直接的に第１の誘電体膜６或は第２の誘電体膜１０に付着していても構わない。
【００３２】
上記の第１の反応部５と第２の反応部９に対し検出対象物質を含む可能性のある物質（呼気、検査液等）を接触させることで、検出対象物質の付着による第１の反応部５と第２の反応部９の質量変化に起因する主要弾性波の特性変化を検出部が検出し、検出対象物質の有無、或はその濃度などを検知することができる。
【００３３】
このような弾性波センサ１において、第１の反応部５と第２の反応部９の双方をセンシング領域として用いることができるためにセンシング領域の表面積が大きくなり、第１の反応部５と第２の反応部９に吸着される検出対象物質量或は結合物質量が増加する。このため、弾性波センサのセンシング精度が向上する。
【００３４】
なお、第１の反応部５と第２の反応部９で異なる抗体を用いることで、異なる検出対象に対して同時にセンシングを行うことができる。
【００３５】
また、圧電体２の表面における、第２の反応部９の占有面積は第１の反応部５の占有面積よりも小さいことが望ましい。電極対１３が設けられていない圧電体２の下面における主要弾性波のエネルギーは、電極対１３が設けられている圧電体２の上面における主要弾性波のエネルギーより小さくなる。ここで、圧電体２の下面における第２の反応部９の占有面積を小さくして第２の反応部９による弾性波の減衰を小さくすることで、圧電体２の上面に分布するエネルギーと下面に分布するエネルギーとの差を小さくすることができる。その結果、弾性波センサ１における板波の伝搬効率を向上させることができ、弾性波センサ１のセンシング精度を向上させることができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかる弾性波センサは、センシングの正確性を向上させるとの効果を有し、各種医療機器等の電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  弾性波センサ
２  圧電体
３  励振ＩＤＴ電極
４  受信ＩＤＴ電極
５  第１の反応部
６  第１の誘電体膜
７  第１の接着層
８  第１の抗体
９  第２の反応部
１０  第２の誘電体膜
１１  第２の接着層
１２  第２の抗体
１３  電極対
１４  反射器
【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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