(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの開口部を有し、かつ一方面において開口部の周囲に電極ランドが設けられているベース基板と、
圧電基板及び圧電基板上に形成されており、センシング部を構成している少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、
前記ベース基板の少なくとも１つの開口部に前記少なくとも１つのＳＡＷ素子の前記センシング部が臨むように前記ベース基板に前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が実装されており、
前記ＳＡＷ素子を前記ベース基板に実装するために、前記ＳＡＷ素子を前記ベース基板の電極ランドに接合しているバンプ電極と、
前記ＳＡＷ素子及びバンプ電極の周囲を被覆するように設けられ樹脂層とをさらに備え、
前記少なくとも１つのセンシング部の表面が検出対象物質と結合する反応膜により被覆されていることを特徴とする、液中物質検出センサ。
【請求項２】
前記ＳＡＷ素子が、共振子型ＳＡＷフィルタであることを特徴とする、請求項１に記載の液中物質検出センサ。
【請求項３】
前記反応膜が、特定の蛋白質と結合する反応膜である、請求項１または２に記載の液中物質検出センサ。
【請求項４】
前記ベース基板の前記ＳＡＷ素子が実装されている側の面とは反対側の面に設けられた第１の密着層をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液中物質検出センサ。
【請求項５】
前記第１の密着層を被覆するように設けられた保護部材をさらに備える、請求項４に記載の液中物質検出センサ。
【請求項６】
前記ベース基板の前記ＳＡＷ素子が実装されている側の面に固定されており、かつ前記ＳＡＷ素子が収納される凹部を有するＳＡＷ素子収納・保護部材をさらに備える、請求項４または５に記載の液中物質検出センサ。
【請求項７】
前記ベース基板と、前記ＳＡＷ素子収納・保護部材との間に、第２の密着層が設けられている、請求項６に記載の液中物質検出センサ。
【請求項８】
前記保護部材に、液体供給用開口部が設けられており、該液体供給用開口部が前記ベース基板の開口部に連ねられている、請求項５〜７のいずれか１項に記載の液中物質検出センサ。
【請求項９】
前記液体供給用開口部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している第１の流路が設けられている、請求項８に記載の液中物質検出センサ。
【請求項１０】
前記保護部材に設けられた液体排出用開口部が設けられており、該液体排出用開口部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している第２の流路が設けられている、請求項９に記載の液中物質検出センサ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の液中物質検出センサと、液中物質検出センサの出力を増幅するために、液中物質検出センサに接続された増幅器と、周波数カウンタと、制御装置とを備えることを特徴とする、液中物質検出装置。
よい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷ素子（表面波素子）を用いた液中物質検出センサ及びそれを用いた液中物質検出装置に関し、より詳細には、ベース基板上にバンプ電極を介して少なくとも１つのＳＡＷ素子が実装されている構造を備えた液中物質検出センサ及びそれを用いた液中物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体中に存在する物質を検出するための様々なセンサが提案されている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、弾性表面波を利用した液中物質センサが開示されている。図２３は、特許文献１に記載の液中物質検出センサを説明するための略図的正面断面図である。
【０００４】
ここでは、検出対象物質を含む溶液１０１に、液中物質検出センサ１０２が浸漬されている。液中物質検出センサ１０２は、表面波素子により構成されている。すなわち、液中物質検出センサ１０２は、矩形板状の圧電基板１０３と、圧電基板１０３一方面において所定距離を隔てて配置された入力側ＩＤＴ電極１０４及び出力側ＩＤＴ電極１０５とを有する。入力側ＩＤＴ電極１０４と、出力側ＩＤＴ電極１０５との間に、測定物質を吸着する膜１０６が配置されている。ここでは、入力側ＩＤＴ電極１０４に交流電圧を印加すると、圧電基板１０３において、弾性表面波が励振される。該弾性表面波が出力側ＩＤＴ電極１０５側に向かって伝搬する。そして、出力側ＩＤＴ電極１０５においては、伝搬してきた表面波に基づく電気信号が取出される。膜１０６が検出対象物質を吸着するため、検出対象物質が存在すると、膜１０６による圧電基板１０３の表面への負荷が変化する。従って、伝搬する弾性表面波が変化するため、出力側ＩＤＴ電極１０５から取出される出力が検出対象物質の存在により変化し、検出対象物質の有無や濃度を検出することができる。
【０００５】
しかしながら、液中物質検出センサ１０２を用いた測定方法では、液中物質検出センサ１０２を液体１０１に浸漬しなければならなかった。従って、測定対象である液体１０１が少量しか用意できない場合には、液体中の物質を検出することができないという問題があった。
【０００６】
また、たとえ多量の液体を調達することができたとしても、液体が高価な場合には、測定コストが高くつくという問題があった。
【０００７】
加えて、液中物質検出センサ１０２では、弾性表面波が伝搬する領域以外で、すなわちＩＤＴ電極１０３，１０４に接続されている電極パッドやボンディングワイヤなど配置されている領域にも液体１０１が付着するため、電気的特性が変化し、検出精度が悪化するという問題もあった。
【０００８】
他方、検出対象物質含有液体中に弾性表面波フィルタなどからなる液中物質検出センサを浸漬することなく、液体中の検出対象物質を測定する方法が下記の特許文献２に開示されている。
【０００９】
特許文献２では、圧電基板の第１の主面にＩＤＴ電極が形成されており、第１の主面とは反対側の第２の主面に、検出対象物質含有液体を注入する測定用池が形成されている。ここでは、第２の主面側に設けられた測定用池に液体を注入することにより測定が行われる。液中物質検出センサ全体を液体に浸漬する必要がない。また、ＩＤＴ電極が液体に接触しないため、電気的特性の変化が生じ難い。
【特許文献１】特開昭６３−２５０５６０号公報
【特許文献２】特開平５−４５３３９号公報
【発明の開示】
【００１０】
上記のように、特許文献２に記載の液中物質検出センサでは、多量の液体を必要としない。また、ＩＤＴ電極への液体の付着も生じ難い。
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載の液中物質検出センサでは、検出対象物質を含有している液体は、圧電基板の第２の主面側に存在している。他方、弾性表面波は、圧電基板の第１の主面、すなわちＩＤＴ電極が形成されている主面のごく表面近傍において伝搬する。従って、第２の主面側に溶液が存在したとしても、溶液の有無による変化は第１の主面側を伝搬する弾性表面波にあまり影響しない。従って、特許文献２に記載の液中物質検出センサでは、検出精度を十分に高めることができなかった。
【００１２】
また、特許文献２に記載の液中物質検出センサでは、圧電基板の表面近傍だけでなく、ある程度の深さ位置までエネルギーを分散しつつ、伝搬するＳＨ波の漏洩成分によるノイズが生じ、それによって、測定精度が低下するという問題もあった。
【００１３】
本発明の目的は、検出対象物質含有液体に浸漬する必要がなく、少量の液体中の検出対象物質をも高精度に検出することをも可能とする液中物質検出センサ及びそれを用いた液中物質検出装置を提供することにある。
【００１４】
本発明に係る液中物質検出センサは、少なくとも１つの開口部を有し、かつ一方面において開口部の周囲に電極ランドが設けられているベース基板と、圧電基板及び圧電基板上に形成されており、センシング部を構成している少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、前記ベース基板の少なくとも１つの開口部に前記少なくとも１つのＳＡＷ素子の前記センシング部が臨むように前記ベース基板に前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が実装されており、前記ＳＡＷ素子を前記ベース基板に実装するために、前記ＳＡＷ素子を前記ベース基板の電極ランドに接合しているバンプ電極と、前記ＳＡＷ素子及びバンプ電極の周囲を被覆するように設けられ樹脂層とをさらに備え、前記少なくとも１つのセンシング部の表面が検出対象物質と結合する反応膜により被覆されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る液中物質検出センサのある特定の局面では、前記ＳＡＷ素子が、共振子型ＳＡＷフィルタにより構成されている。
【００１６】
本発明に係る液中物質検出センサの他の特定の局面では、前記反応膜が、特定の蛋白質と結合する反応膜である。
【００１７】
本発明に係る液中物質検出センサのさらに他の特定の局面では、前記ベース基板の前記ＳＡＷ素子が実装されている側の面とは反対側の面に設けられた第１の密着層がさらに備えられている。
【００１８】
本発明に係る液中物質検出センサのさらに別の特定の局面では、第１の密着層を被覆するように設けられた保護部材がさらに備えられている。
【００１９】
本発明に係る液中物質検出センサのさらに別の特定の局面では、前記ベース基板の前記ＳＡＷ素子が実装されている側の面に固定されており、かつ前記ＳＡＷ素子が収納される凹部を有するＳＡＷ素子収納・保護部材がさらに備えられている。
【００２０】
本発明に係る液中物質検出センサのさらに他の特定の局面では、前記ベース基板と、前記ＳＡＷ素子収納・保護部材との間に、第２の密着層が設けられている。
【００２１】
本発明に係る液中物質検出センサのさらに別の特定の局面では、前記保護部材に、液体供給用開口部が設けられており、該液体供給用開口部が前記ベース基板の開口部に連ねられている。
【００２２】
本発明に係る液中物質検出センサのさらに別の特定の局面では、前記液体供給用開口部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している第１の流路が設けられている。
【００２３】
本発明に係る液中物質検出センサのさらに他の特定の局面では、前記保護部材に設けられた液体排出用開口部が設けられており、該液体排出用開口部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している第２の流路が設けられている。
【００２４】
本発明に係る液中物質検出装置は、本発明に係る液中物質検出センサと、液中物質検出センサの出力を増幅するために、液中物質検出センサに接続された増幅器と、周波数カウンタと、制御装置とを備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る液中物質検出センサでは、ベース基板の開口部にセンシング部が臨むように複数のＳＡＷ素子がベース基板の一方面側にバンプ電極を用いて実装されている。そして、ＳＡＷ素子及びバンプ電極の周囲を被覆するように、但し、上記センシング部が開口部に露出するように樹脂層が設けられている。そして、少なくとも１つのセンシング部表面が、反応膜により被覆されている。
【００２６】
従って、測定に際しては、ベース基板のＳＡＷ素子が実装されている一方面とは反対側の面側から上記開口部に検出対象物質含有液体を注入すればよい。すなわち、液中物質検出センサ全体を多量の液体内に浸漬する必要がない。従って、少量の液体を用意し、該液体中の検出対象物質を検出することができる。
【００２７】
検出に際しては、開口部に注入された液体が、少なくとも１つのＳＡＷ素子の上記開口部に臨んでいるセンシング部に付着される。そして、少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部表面では、上記反応膜が形成されているので、検出対象物質が反応膜に結合すると、反応膜による負荷が変化することとなる。従って、上記反応膜の負荷の変化により、検出対象物質の有無及び濃度を検出することができる。
【００２８】
本発明では、上記ＳＡＷ素子の弾性表面波が伝搬する表面側に存在するセンシング部に設けられた反応膜に直接検出対象物質含有液体が付着することとなるため、検出対象物質の測定感度を効果的に高めることが可能となる。
【００２９】
よって、本発明によれば、少量の液体を用いて、該液体中の検出対象物質を高精度にかつ十分な感度で測定することが可能となる。
【００３０】
上記ＳＡＷ素子が、共振子型ＳＡＷ素子フィルタである場合は、トランスバーサル型フィルタの場合に比べて小型化を図ることができる。加えて、挿入損失が非常に小さくなるため、増幅器側における増幅量を小さくすることができ、それによって消費電力の低減を図ることができる。
【００３１】
本発明において、反応膜が、特定の蛋白質と結合する反応膜である場合には、本発明に従って上記特定の蛋白質の有無及び濃度を高精度に検出することが可能となる。
【００３２】
本発明において、ベース基板の上記ＳＡＷ素子が実装されている側の面と反対側の面に設けられた第１の密着層をさらに備える場合には、上記第１の密着層により、ＳＡＷ素子のセンシング面が露出する開口部の周囲を被覆することができ、ベース基板上面の汚染を防止することができる。特に、第１の密着層としては、ゴムシートなどの弾性材料を用いた場合には、測定時にベース基板側から押さえつけるだけで、ベース基板と密着層とを密着させることができ、液体の漏洩を確実に防止することができる。また、第１の密着層の厚みを調整することにより、液体貯留体積を調整することができる。
【００３３】
さらに、上記第１の密着層を被覆するように保護部材がさらに備えられている場合には、保護部材の厚みを調整することにより、上記ベース基板の開口部に連なっている、保護部材の開口部の容積を大きくすることができ、それによってより多くの液体をセンシング部に供給することができる。
【００３４】
ベース基板のＳＡＷ素子が実装されている側の面に固定されており、ＳＡＷ素子が収納される凹部を有するＳＡＷ素子収納・保護部材をさらに備えている場合には、上記ＳＡＷ素子収納・保護部材により、ベース基板の一方面に実装されたＳＡＷ素子を保護することができる。
【００３５】
ベース基板とＳＡＷ素子収納・保護部材との間に第２の密着層が設けられている場合には、それによって、ＳＡＷ素子収納・保護部材とベース基板との接合強度を効果的に高めることができる。
【００３６】
保護部材に液体供給用開口部が設けられており、該液体供給用開口部がベース基板の開口部に連ねられている場合には、より多くの液体をＳＡＷ素子のセンシング部に供給することができる。
【００３７】
上記液体供給用開口部と、ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している第１の流路が設けられている場合には、液体供給用開口部を、センシング部と面方向において異なる位置に配置することができ、設計の自由度を高めることができる。また、液体供給用開口部から注入された液体を、センシング部に速やかに導くことができる。
【００３８】
保護部材に液体排出用開口部が設けられており、該液体排出用開口部と、センシング部とを接続している第２の流路が設けられている場合には、検出対象物質を測定した後に、液体をセンシング部から液体排出用開口部を経て、速やかに外部に取出すことができる。
【００３９】
本発明に係る液中物質検出装置では、本発明に従って構成された液中物質検出センサと、該液中物質検出センサから得られた出力を増幅する増幅器と、周波数カウンタと、制御装置とを備え、液中物質検出センサから出力された液中物質の存在や濃度に応じた周波数信号が増幅器で増幅され、かつ周波数カウンタでカウントされる。従って、本発明に係る液中物質検出センサを用いているため、検出対象物質の存在及び／または濃度を、高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る液中物質検出センサの外観を示す斜視図である。
【図２】図２は第１の実施形態の液中物質検出センサの分解斜視図である。
【図３】図３（ａ）は第１の液中物質検出センサの平面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は正面断面図である。
【図４】図４（ａ）は第１の実施形態の液中物質検出センサのＳＡＷ素子の実装構造の詳細を示す部分切欠拡大正面断面図であり、（ｂ）はＳＡＷ素子のセンシング部を構成している電極構造を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）は第１の実施形態の液中検出検査における測定結果の一例を示す図であり、（ｂ）は従来の液体中に浸漬される弾性表面波素子からなる液中物質検出検査の測定結果の一例を示す図である。
【図６】図６は第１の実施形態の液中物質検出センサを用いた液中物質検出装置の一例を説明するためのブロック図である。
【図７】図７は第１の実施形態の液中物質検出センサを用いて牛血清アルブミン含有生理食塩水溶液を測定した結果を説明するための図である。
【図８】図８は図７に示した測定結果の内、反応前と反応後の最小挿入損失の変化量を示す図である。
【図９】図９は図７に示した測定結果の内、反応前と反応後の最小挿入損失の変化量である場合の規格化周波数を示す図である。
【図１０】図１０は図７に示した測定結果の内、反応前と反応後の位相０度における挿入損失の変化量を示す図である。
【図１１】図１１は図７に示した測定結果の内、反応前と反応後の位相０度における規格化周波数の変化量を示す図である。
【図１２】図１２は第２の実施形態の液中物質検出センサの外観を示す斜視図である。
【図１３】図１３は第２の実施形態の液中物質検出センサの分解斜視図である。
【図１４】図１４は第２の実施形態の液中物質検出センサを用いた測定結果の一例を示す図である。
【図１５】図１５は第３の実施形態の液中物質検出センサを用いた測定装置の分解斜視図である。
【図１６】図１６は測定装置に液中物質検出センサ及び抑え部材を配置した状態を示す斜視図である。
【図１７】図１７は図１６に示した測定装置の蓋を閉じた状態を示す斜視図である。
【図１８】図１８は第３の実施形態の液中物質検出センサの分解斜視図である。
【図１９】図１９は第３の液中物質検出センサを測定装置にセットした状態の正面断面図である。
【図２０】図２０は第４の実施形態の液中物質検出センサを示す斜視図である。
【図２１】図２１は測定装置に第４の液中物質検出センサを載置した状態を示す斜視図である。
【図２２】図２２は第４の液中物質検出センサの正面断面図である。
【図２３】図２３は従来の液中物質検出センサの一例を説明するための模式図である。
【図２４】図２４は第２の実施形態の変形例の液中物質検出センサの分解斜視図である。
【図２５】図２５は第２の実施例のさらに別の変形例の液中物質検出センサの分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…液中物質検出センサ
２…ベース基板
２ａ，２ｂ…開口部
３…第１の密着層
３ａ，４ａ…貫通孔
４…保護部材
５…ＳＡＷ素子収納・保護部材
５ａ，５ｂ…凹部
５ｃ〜５ｆ…貫通孔
６，７…ＳＡＷ素子
８…圧電基板
９，１０…ＩＤＴ電極
１１，１２…反射器
１３…反応膜
１４，１５…電極ランド
１６ａ，１６ｂ…バンプ電極
１８，１９…配線電極
１８ａ，１９ａ…電極パッド
２０，２１…配線電極
２０ａ，２１ａ…電極パッド
２２…増幅器
２３…周波数カウンタ
２４…制御装置
３１…液中物質検出センサ
３２…ベース基板
３２ａ，３２ｂ…辺
３２ｃ…端縁
３２ｄ…突出部
３３…密着層
３３ａ，３３ｂ…第１の流路
３４…保護部材
３５…第２の密着層
３５ａ〜３５ｅ…貫通孔
３６…ＳＡＷ素子収納・保護部材
３６ａ，３６ｂ…貫通孔
３７，３８…ＳＡＷ素子
４１〜４６…配線電極
５１…液中物質検出センサ
５２…抑え板
５３…測定装置
５４…ベース本体
５４ａ…センサ載置部
５４ｂ…突起
５５…蓋
５５ａ…ノッチ
５６ａ，５６ｂ…プローブピン
６１…液中物質検出センサ
６２…抑え板
６３ａ，６３ｂ…流路
６４，６５…チューブ
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００４３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液中物質検出センサを示す斜視図であり、図２はその分解斜視図である。
【００４４】
図２に示すように、本実施形態の液中物質検出センサ１は、矩形板状のベース基板を有する。ベース基板２は、合成樹脂やセラミックスなどの適宜の硬質材料により構成されている。ベース基板２には、複数の開口部２ａ，２ｂが設けられている。開口部２ａ，２ｂの平面形状は本実施形態では正方形状とされているが、正方形以外の形状であってもよく、楕円形等の形状であってもよい。
【００４５】
図２に示すように、ベース基板２の上面には、第１の密着層３を介して保護部材４が積層されている。第１の密着層３及び保護部材４には、それぞれ、長孔形状の貫通孔３ａ，４ａが形成されている。貫通孔３ａ，４ａは厚み方向に重なり合うように配置されている。また、貫通孔３ａ，４ａが重なり合うことにより構成された開口部分は、液体供給用開口部とともに、供給された液体を貯留する液体貯留部としての機能も有する。
【００４６】
上記貫通孔３ａ，４ａはベース基板２に設けられた開口部２ａ，２ｂが臨むように配置されている。上記第１の密着層３は、保護部材４をベース基板２に密着させるために設けられており、ゴム系接着剤や他の接着剤により構成され得る。
【００４７】
また、保護部材４は、合成樹脂やセラミックスなどの硬質部材により構成されており、上記液体供給用開口部としての貫通孔４ａを構成するために設けられている。貫通孔４ａがある程度の容積を有するため、供給される液体が貫通孔４ａから外部に漏洩せず、確実に開口部２ａ，２ｂに注入される。
【００４８】
他方、ベース基板２の下面には、接着剤を介してＳＡＷ素子収納・保護部材５が貼り合わされている。ＳＡＷ素子収納・保護部材５は、合成樹脂もしくはセラミックスなどの硬質材料により構成されており、プレート状の形状を有する。また、上記接着剤としては、エポキシ系接着剤、ゴム系接着剤などの適宜の接着剤を用いることができる。
【００４９】
図１及び図２から明らかなように、上記第１の密着層３、保護部材４及びＳＡＷ素子収納・保護部材５の平面形状は、ベース基板２の平面形状と同一とされている。それによって、本実施形態の液中物質検出センサ１は、矩形板状の全体構造を有するように構成されている。なお、ＳＡＷ素子収納・保護部材５には、開口部２ａ，２ｂの下方に位置する領域に凹部５ａ，５ｂが設けられている。凹部５ａ，５ｂは、後述のＳＡＷ素子を囲む収納部として機能する。凹部５ａ，５ｂは、底を有していてもよく、貫通孔であってもよい。もっとも、ＳＡＷ素子を保護するためには、凹部５ａ，５ｂの深さは、ＳＡＷ素子の厚みよりも大きいことが望ましい。
【００５０】
他方、ＳＡＷ素子収納・保護部材５の一方短縁近傍には、一対の貫通孔５ｃ，５ｄが形成されており、他方短縁近傍に、一対の貫通孔５ｅ，５ｆが形成されている。貫通孔５ｃ〜５ｆは、特性を測定する際の測定ピンを挿入するために設けられている。
なお、図２に示したベース基板２、密着層３、保護部材４及びＳＡＷ素子収納・保護部材５は、必ずしもその平面積が全て同じである必要はない。例えば、比較的高価な材料からなるベース基板２を小さくし、他の部材については、安価であるため、ハンドリングに適した適度な大きさとすればよい。それによって、安価であり、かつハンドリングに優れた液中物質検出センサを提供することができ、望ましい。
【００５１】
図３（ａ）〜（ｃ）は、上記液中物質検出センサ１の平面図、正面断面図及び側面断面図である。前述したベース基板２の下面には、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、複数のＳＡＷ素子として第１，第２のＳＡＷ素子６，７が実装されている。図３（ａ）では、ＳＡＷ素子６，７は略図的に×印を付して示している。
【００５２】
また、図３（ｂ）及び（ｃ）では、ＳＡＷ素子６，７のベース基板２の下面への実装構造は、図示を容易とするために簡略化されている。ＳＡＷ素子６を代表して図４（ａ）にＳＡＷ素子６の実装構造の詳細を部分切欠拡大正面図で示す。
【００５３】
ＳＡＷ素子６は、圧電基板８を有する。圧電基板８は、圧電単結晶または圧電セラミックスにより構成されている。圧電基板８の上面には、ＩＤＴ電極９，１０が形成されている。また、ＩＤＴ電極９，１０が設けられている領域の表面波伝搬方向両側には、反射器が設けられている。図４（ａ）では、ＩＤＴ電極９，１０が設けられている部分が略図的に示されているが、より具体的には、図４（ｂ）に電極構造を略図的平面図で示すように、ＩＤＴ電極９とＩＤＴ電極１０とは、表面波伝搬方向において並設されている。また、ＩＤＴ電極９，１０が設けられている領域の両側に、反射器１１，１２が設けられており、それによって共振子型フィルタが構成されている。
【００５４】
図４（ａ）に戻り、ＩＤＴ電極９，１０が設けられている部分が、本発明においては、センシング部であり、このＩＤＴ電極９，１０を覆うように、反応膜１３が設けられている。反応膜１３は、液中の検出対象物質と結合する材料を含有している。少なくとも、反応膜１３の表面に、上記検出対象物質が結合され得る限り、反応膜１３は様々な材料で構成され得る。例えば、反応膜１３は、液体中の特定の蛋白質を結合し得る物質を含むように構成され、その場合には、該特定の蛋白質の迂有無及び濃度を液中物質検出センサ１を用いて測定することができる。
【００５５】
上記のような蛋白質の例としては、例えば牛血清アルブミンを挙げることができ、その場合には反応膜１３をＮ−２（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキキシシラン［（ＣＨ3Ｏ）3ＳｉＣ3Ｈ6ＮＨＣ2Ｈ4ＮＨ2］などを例示することができる。
【００５６】
もっとも、反応膜１３は、蛋白質以外の検出対象物質と結合する材料を含むように構成されてもよく、またこのような検出対象物質と結合する材料のみから構成されていてもよく、あるいは検出対象物質と結合される物質を他のマトリックスとなる母材との組成物により構成されていてもよい。
【００５７】
図４（ａ）に示すように、ＳＡＷ素子６は、圧電基板８の上面にＩＤＴ電極９，１０を有する。従って、圧電基板８の上面にセンシング部が構成されている。本実施形態では、このセンシング部が開口２ａに臨むようにＳＡＷ素子６がベース基板２の下面に実装されている。
【００５８】
そして、図４（ａ）に示すように、ＳＡＷ素子６は、ベース基板２の下面に設けられた電極ランド１４，１５にバンプ電極１６ａ，１６ｂにより接合されている。バンプ電極１６ａ，１６ｂは、ＳＡＷ素子６のＩＤＴ電極９，１０と電極ランド１４，１５とを電気的に接続するとともに、ＳＡＷ素子６をベース基板２の下面に固定している。
【００５９】
言い換えれば、ＳＡＷ素子６は、バンプ電極１６ａ，１６ｂを用いたフリップチップボンディング工法により、ベース基板２の下面に実装されている。従って、ワイヤーボンディングを用いた実装方法に比べ、本実施形態では、ＳＡＷ素子６，７のベース基板２への実装構造への小型化を図ることが可能とされている。
【００６０】
上記バンプ電極１６ａ，１６ｂとしては、Ａｕなどの適宜の金属からなるバンプ電極を用いることができる。
【００６１】
ＳＡＷ素子７についても、ＳＡＷ素子６と同様にしてベース基板２の下面に実装されている。なお、樹脂層１７は、バンプ電極１６ａ，１６ｂによる接合部を封止するために設けられている。樹脂層１７は、上記の熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などにより硬化されるが、このような熱硬化性もしくは光硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを挙げることができる。
【００６２】
そして、図２及び図３（ａ）に示すように、上記ＳＡＷ素子６，７に電気的に接続される電極ランドは、ベース基板２の下面に設けられた配線電極１８，１９，２０，２１に連ねられている。配線電極１８，１９は、ＳＡＷ素子６に接続されている電極ランド１４，１５に連ねられている。配線電極１８，１９の外側端部が、電極パッド１８ａ，１９ａに連ねられている。電極パッド１８ａ，１９ａは、図２に示すように、ＳＡＷ素子収納・保護部材５に設けられた貫通孔５ｃ，５ｄに重なる位置に設けられている。また、測定ピンを貫通孔５ｃ，５ｄから挿入した場合、電極パッド１８ａ，１９ａに当接させ、測定を行うことが可能とされている。
【００６３】
同様に、配線電極２０，２１の外側端には、電極パッド２０ａ，２１ａが設けられている。電極パッド２０ａ，２１ａは、ＳＡＷ素子収納・保護部材５の貫通孔５ｅ，５ｆ内に位置している。
【００６４】
本実施形態の液中物質検出センサ１における検出操作を説明する。
【００６５】
液中物質の検出に際しては、検出対象物質が含まれている液体が、液体供給用開口部としての保護部材４の貫通孔４ａに供給される。この供給は、シリンジやピペットを用い、液体を貫通孔４ａに注入・滴下すればよい。その結果、液体が貫通孔４ａ，３ａを経て開口部２ａ，２ｂ内に注がれる。そして、液体は、開口部２ａ，２ｂに臨んでいるＳＡＷ素子６，７のセンシング部に付着する。ここで、ＳＡＷ素子６のセンシング部に反応膜１３が設けられ、液体が検出対象物質を含んでいる場合には、反応膜１３に検出対象物質が結合し、その変化により、ＳＡＷ素子６のセンシング部に加わる負荷が変動する。よって、反応膜１３が設けられていない基準となるＳＡＷ素子と反応膜１３が設けられているＳＡＷ素子とで異なる負荷の変動が発生するので、ＳＡＷ素子６，７の出力が変動し、検出対象物質の有無及び濃度を測定することができる。
【００６６】
本実施形態の液中物質検出センサ１を用いる際の測定物質検出装置については特に限定されないが、例えば、図６に示すように、液中物質検出センサ１の出力端に増幅器２２を接続し、増幅器２２の出力を液中物質検出センサ１の入力側に接続するとともに、増幅器２２の出力端を周波数カウンタ２３に接続し、周波数カウンタ２３の出力端を制御装置２４に接続すればよい。制御装置２４では、上記周波数カウンタ２３から得られる信号に基づき測定結果の有無を判断する。
【００６７】
図５（ａ）は、液体として、生理食塩水に牛血清アルブミンが含有されている液体を、上記反応膜１３として前述した牛血清アルブミンを結合する材料で構成されている場合の測定結果としての出力信号を示す図である。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、牛血清アルブミンが存在するため、規格化された発振周波数（周波数／ＳＡＷ素子の共振周波数）における発振強度が非常に大きく、それによって牛血清アルブミンの存在を高精度に検出し得ることがわかる。
【００６９】
なお、ＳＡＷ素子６と同様のＳＡＷ素子からなる液中物質検出センサを構成し、上記と同様に牛血清アルブミンが含有されている生理食塩水に浸漬し、ＳＡＷ素子のセンシング部以外（ＩＤＴ以外の部分、すなわち、配線パターンや電極パッドなど）が露出しているＳＡＷ素子の測定を行った場合の出力信号を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）から明らかなように、測定感度が十分でないためか、牛血清アルブミンを検出し得ないことがわかる。
【００７０】
図７は、上記実施形態の液中物質検出センサ１を用い、牛血清アルブミン含有生理食塩水を測定した場合の測定結果を示す図である。なお、図７の実線が反応前、すなわち牛血清アルブミンを含有していない生理食塩水を供給した場合の結果を、破線が５０μｇ／ｍｌの牛血清アルブミンを含有する生理食塩水を測定した結果を示す。図７では、挿入損失−周波数特性及び位相−周波数特性が示されている。牛血清アルブミンを含有する生理食塩水が供給された場合、ＳＡＷ素子６，７の特性は大きく変化するが、ここでは、ＳＡＷ素子６，７の特性の平均値が示されている。
【００７１】
比較を容易とするために、図８〜図１１に、図７に示した結果を反応前の測定結果と反応後の測定結果に分けて示す。図８は、最小挿入損失を、図９は、最小挿入損失が大きく変化する規格化周波数を、図１０は、位相が０度における挿入損失を、図１１は、位相が０度である場合の規格化周波数を示す。
【００７２】
図８〜図１１から明らかように、最小挿入損失、最小挿入損失が大きく変化する規格化周波数、位相０度における挿入損失及び位相０度における規格化周波数が、上記反応前と反応後において大きく変化することがわかる。従って、これらの変化を検出することにより、牛血清アルブミンの存在の有無を高精度に検出し得ることがわかる。
【００７３】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る液中物質検出センサの外観を示す斜視図であり、図１３はその分解斜視図である。
【００７４】
第２の実施形態の液中物質検出センサ３１では、ベースプレート３２の下面に第１の密着層３３及び保護部材３４が積層される。そして、ベースプレート３２の上面には、第２の密着層３５を介してＳＡＷ素子収納・保護部材３６が積層される。そして、ここでは、ＳＡＷ素子３７，３８は、ベースプレート３２の上面にフリップチップボンディング工法により実装されている。すなわち、図１３に図示されていない下面側にＩＤＴ電極、反射器及び反応膜が形成されている。そして、ベースプレート３２には、第１の実施形態と同様に、センシング部が臨む開口部が形成されており、該開口部に臨むようにＳＡＷ素子３７，３８のセンシング部が位置している。
【００７５】
言い換えれば、ＳＡＷ素子３７，３８及びベース基板３２は、第１の実施形態におけるベース基板２及びＳＡＷ素子６，７を裏返した構造に相当する。
【００７６】
また、ベース基板３２の対向し合う辺３２ａ，３２ｂの長さは、保護部材３４及びＳＡＷ素子収納・保護部材３６の同じ方向の寸法よりも大きくされている。そして、ベース基板３２の下面には、外部との接続電極である配線電極４１〜４６が形成されている。配線電極４１〜４６は、ベース基板３２の端縁３２ｃに至るように形成されている。図１２から明らかなように、ベース基板３２の端縁３２ｃは、保護部材３４及びＳＡＷ素子収納・保護部材３６よりも外側に突出している。従って、本実施形態の液中物質検出センサ３１では、上記突出部３２ｄを例えば測定機のカード挿入孔に差し込み、それによって配線電極４１〜４６を測定機の電極と電気的に接続し、測定を行うことが可能とされている。
【００７７】
図１３に戻り、第１の密着層３３を介して、保護部材３４が積層されている。そして、第２の密着層３５を介してＳＡＷ素子収納・保護部材３６が配置されている。このＳＡＷ素子収納・保護部材３６には貫通孔３６ａ，３６ｂが形成されている。貫通孔３６ａ，３６ｂは、それぞれ、液体供給孔及び液体排出孔として機能する。貫通孔３６ａ，３６ｂに重なり合う位置において、密着層３５に貫通孔３５ａ，３５ｂが形成されている。そして、密着層３５には、ＳＡＷ素子３７，３８を取り囲む貫通孔３５ｃ，３５ｄが形成されている。なお、特に図示はしないが、ＳＡＷ素子収納・保護部材３６にも同様にＳＡＷ素子３７，３８が収納される凹部を下面に形成しておいてもよい。
【００７８】
さらに、密着層３５にはＳＡＷ素子３７，３８を結ぶ方向と並行に延びる貫通孔３５ｅが形成されている。
【００７９】
他方、ベース基板３２には、貫通孔３５ｅに臨む第１の流路３３ａ，３３ｂが形成されている。第１の流路３３ａ，３３ｂは、ベース基板に貫通した溝を形成することにより構成されている。第１の流路３３ａ，３３ｂの一端は、上記貫通孔３５ｅに連ねられている。また、流路３３ａ，３３ｂの他端は、上方に位置している貫通孔３５ａ，３５ｂ及び貫通孔３６ａ，３６ｂにそれぞれ連ねられている。従って、液体供給用開口部としての貫通孔３６ａから供給された液体は、貫通孔３５ａを経て、第１の流路３３ａに至る。そして、第１の流路３３ａを流れる際に、途中でＳＡＷ素子３７の下面に位置している開口部からＳＡＷ素子３７の下面に入り込み、ＳＡＷ素子３７のセンシング部に接触する。さらに、液体は、第１の流路３３ａから第２の流路としての貫通孔３５ｅを経て、第２の流路３３ｂに至る。そして、第２の流路３３ｂにおいて、ベース基板３２に設けられた開口部に露出しているＳＡＷ素子３８のセンシング部に接触し、さらに流路３３ｂの端部から液体排出孔としての貫通孔３６ｂ側に流れ得る。
【００８０】
上記液体の流れを実現するには、例えば、貫通孔３６ａに液体供給用チューブもしくはピペットの先端を圧入し、加圧しつつ液体を供給し、貫通孔３６ｂから液体を排出するように構成したり、あるいは液体排出孔としての貫通孔３６ｂから液体を吸引すればよい。
【００８１】
本実施形態の液中物質検出センサ３１においても、第１の実施形態の場合と同様に、少量の液体を供給し、液中の検出対象物質を測定することができる。また、本実施形態では、上記ベース基板３２の端縁３２ｃが他の部材にくらべて外側に突出しており、カード型の測定装置として測定機のカード挿入孔に挿入し、測定を容易に行うことができる。
【００８２】
図１４は第２の実施形態の液中物質検出センサを用いた測定結果の一例を示す図である。図１４において、実線は、牛血清アルブミンの濃度が１３４μｇ／ｍｌである牛血清アルブミンの生理食塩水溶液の場合の結果を、破線は、３μｇ／ｍｌの濃度の場合の測定結果を示す。図１４から明らかなように、牛血清アルブミンの濃度の変化を、規格化周波数変化量により高精度に検出し得ることがわかる。
上記第２の実施例では、２個のＳＡＷ素子３７，３８が用いられているが、図２４に示す変形例のように、１個のＳＡＷ素子３７Ａのみが用いられてもよい。この場合、ＳＡＷ素子３７Ａに２個のセンシング部として２個のＩＤＴが設けられる。
また、図２４に示す変形例では、センシング部としてのＩＤＴが２つ形成されていたが、図２５に示す変形例のように、センシング部として１つのＩＤＴのみを有する１個のＳＡＷ素子３７のみが形成されていてもよい。
図２４及び図２５に示す変形例のように、センシング用の素子が１つであれば、コストダウン及び小型化が図れる。
【００８３】
図１５〜図１９を参照して、本発明の第３の実施形態に係る液中物質検出センサを説明する。本実施形態では、液中物質検出センサ５１が、液中物質検出センサ５１の上方に分離して示す抑え板５２とともに、測定装置５３にセットされる。
【００８４】
図１８は、上記液中物質検出センサ５１を説明するための分解斜視図である。液中物質検出センサ５１では、ベース基板５１ａ上に密着層３が固定されている。ベース基板５１ａの裏面には、ＳＡＷ素子が実装されており、第１の実施形態の液中物質検出センサ１と同様に構成されている。
【００８５】
本実施形態の液中物質検出センサ５１は、保護部材４が設けられていないことを除いては、第１の実施形態の液中物質検出センサ１と同様に構成されている。従って、液中物質検出センサ５１では、上面に第１の密着層３が露出している。その他の点については、液中物質検出センサ５１は、液中物質検出センサ１と同様に構成されているため、第１の実施形態の説明を援用することとする。
【００８６】
図１５に戻り、本実施形態では、測定装置５３は、液中物質検出センサ５１が載置されるベース本体５４と、ベース本体５４の一端側において連結部を中心として回転可能に取り付けられた蓋５５とを有する。そして、ベース本体５４には、液中物質検出センサ５１が載置されるセンサ載置部５４ａが設けられている。センサ載置部５４ａにおいては、測定プローブピン５６ａ，５６ｂが配置されている。この測定プローブピン５６ａ，５６ｂが配置されている部分の上方から、液中物質検出センサ５１がセンサ載置部５４ａに載置される。
【００８７】
そして、液中物質検出センサ５１の上方に、抑え板５２が載置される。この抑え板５２は、第１の実施形態において液中物質検出センサ１に設けられていた保護部材４と同様に構成されている。
【００８８】
図１６に示すように、液中物質検出センサ５１及び抑え板５２を載置した後、蓋５５を連結部を介して回転させ、蓋５の先端に設けられているノッチ５５ａを、ベース本体５４の一端側に設けられている突起５４ｂに係合させる。このようにして、図１７に示すように、蓋５５のノッチ５５ａが、突起５４ｂに係合されて、蓋５５が閉じられる。図１９に示すように、蓋５５を閉じた状態においては、密着層３上に上記抑え板５２が圧接されることになる。この状態において、蓋５５の下面により、抑え板５２が下方に圧接されるように、抑え板５２の厚みが選ばれている。従って、液中物質検出センサ５１の下面の電極に、測定プローブピン５６ａ，５６ｂが確実に当接され、測定を行うことができる。
【００８９】
本実施形態から明らかなように、本発明の液中物質検出センサでは、保護部材は必ずしも設けられずともよい。すなわち、別部材としての抑え板５２を用いてもよい。また、場合によっては、抑え板５２をも省略し、密着層３の厚みを増大させてもよい。
【００９０】
抑え板５２は、金属、合成樹脂またはセラミックスなどの適宜の剛性材料により構成され得る。もっとも、抑え板５２はゴムなどの弾性材料で構成されていてもよい。
【００９１】
また、抑え板５２を使用する場合及び抑え板５２を使用しない場合のいずれにおいても、上記密着層３は、好ましくは、ゴムシートなどの弾性材料で構成することが望ましい。その場合には、上から押圧するだけで、密着層３が確実に上下の部材に密着し、液体の漏洩を確実に防止することができる。
【００９２】
また、密着層３の厚みを所望の厚みに調整することにより、液体貯留体積を容易に設定することができる。
【００９３】
なお、密着層３は、ゴムなどの弾性材料に限らず、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂フィルム基材の片面に粘着剤が設けられている粘着テープにより構成されてもよい。
【００９４】
保護部材を省略することにより、液中物質検出センサ自体の部品点数の低減を果たすことができ、それによって液中物質検出センサのコストを低減することができる。また、上記抑え板５２は液体に直接曝されないため、繰り返し使用することができる。
【００９５】
なお、図１５では、抑え板５２は、蓋５５と別部材として用意されていたが、抑え板５２は、蓋５５の下面に予め固定されていてもよい。さらに、場合によっては、蓋５５の下面に抑え板５２の機能を有する部分を一体的に設けてもよく、その場合には、部品点数をさらに少なくすることができる。
【００９６】
もっとも、抑え板５２は別部材として用意されることが望ましい。蓋５５の構造を簡略化することができ、さらに抑え板５２の厚みを容易に変更することができ、１つの測定装置５３を用いて様々な液中物質検出センサに対応することができるからである。
【００９７】
図２０〜図２２は、本発明の第４の実施形態に係る液中物質検出センサを説明するための図である。本実施形態では、図２０及び図２１に示すように、液中物質検出センサ６１は、ベース基板６１ａと、ベース基板６１ａ上に設けられた密着層３と密着層３上に設けられた抑え板６２とを有する。密着層３は、第１の実施形態の密着層３と同様に構成され得る。また、ベース基板６１ａの下面には、ＳＡＷ素子６，７が配置されている。ベース基板６１ａ及びＳＡＷ素子６，７を有する部分の構造は、第１の実施形態の液中物質検出センサ１と同様とされている。従って、第１の実施形態の説明を援用することとする。
【００９８】
また、密着層３上には、抑え板６２が配置されている。抑え板６２は、金属、合成樹脂、またはセラミックスなどの適宜の材料により構成されている。本実施形態では、測定対象である液体が流れる流路６３ａ，６３ｂが設けられている。流路６３ａ，６３ｂの内側端は、検出部に至っており、外側端は、抑え板６２の対向し合う端面６２ａ，６２ｂに至っている。そして、端面６２ａ，６２ｂには、上記流路６３ａ，６３ｂに連なるチューブ６４，６５が固定されている。本実施形態では、チューブ６４，６５を利用して、検出対象である液体の供給及び排出が行われる。従って、抑え板６２の上面側において液体が漏洩するおそれがない。
【００９９】
本実施形態の液中物質検出センサ６１を使用するに際しては、図２２に示すように、測定装置５５のセンサ載置部５４ａに液中物質検出センサ６１を載置し、蓋５５を閉じればよい。この場合においても、上記密着層３に柔軟性を持たせることにより、あるいは抑え板６２の一部に柔軟性を持たせることにより、液中物質検出センサ６１の下面の電極を、確実に測定用プローブピン５６ａ，５６ｂ（図１５参照）に圧接させることができる。
【０１００】
なお、上記実施形態では、２個のＳＡＷ素子を用い、一方のＳＡＷ素子に反応膜を形成したが、本発明では、３個以上のＳＡＷ素子を用いてもよい。
【０１０１】
例えば、３個のＳＡＷ素子、すなわち第１〜第３のＳＡＷ素子を用いる場合、以下のように構成すればよい。第１〜第３のＳＡＷ素子のうち、第１，第２のＳＡＷ素子に反応膜を設け、第３のＳＡＷ素子には反応膜を設けない。この場合、第３のＳＡＷ素子が、参照基準となるＳＡＷ素子となる。露出されている第１〜第３のＳＡＷ素子に液体を供給し、周波数を測定する。第１のＳＡＷ素子における測定周波数と、第３のＳＡＷ素子における測定周波数との差である第１の周波数変化量と、第２のＳＡＷ素子の測定周波数と、第３のＳＡＷ素子における測定周波数との差である第２の周波数変化量とを求める。そして、第１，第２の周波数変化量の平均を求めればよく、それによって周波数変化量に基づく測定対象物質の測定精度を高めることができる。
なお、前述した図１３に示した第２の実施形態の液中物質検出センサでは、ＳＡＷ素子３７，３８よりもベース基板３２の開口部が大きくされていたが、図１８に示す液中物質検出センサ５１では、ＳＡＷ素子３７，３８よりも、ベース基板５１ａの開口部の方が小さくされている。このように、ＳＡＷ素子の寸法と開口部の寸法は、いずれが大きくともよい。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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