(57)【要約】【課題】水晶振動子４の周波数変化に基づいて試料液中の感知対象物を感知するにあたって、信頼性の高い測定を行う技術を提供すること。【解決手段】水晶振動子４に感知対象物を付着させ、質量付加効果による周波数変化により感知対象物の量を測定する感知方法において、前記測定領域を液相とする前に発振周波数の測定を行い、その後測定領域に試料液を供給する。しかる後測定領域の液体成分を除去して気相として、発振周波数を測定し、測定領域に試料液を供給する前の発振周波数との周波数差を測定するようにしている。従って圧電振動子が気相中で発振するため、水晶振動子４が液相に接することに起因する発振周波数の誤差や発振周波数の変化量の低下が抑制され、感知対象物を高精度に感知することができる。【選択図】図７
2016090554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液中の感知対象である成分を吸着する吸着層を圧電振動子の電極表面に形成してなる感知センサを用い、試料液を感知センサの測定領域に供給して、前記成分の量を吸着前後の圧電振動子の周波数変化量として測定する感知方法において、
前記圧電振動子を発振回路により発振させて、前記測定領域を液相とする前の発振周波数を測定する工程と、
次いで前記測定領域に試料液を供給する工程と、
その後前記測定領域から液体を除去して当該測定領域を気相とする工程と、
しかる後、前記圧電振動子を発振回路により発振させて発振周波数を測定し、当該発振周波数と前記測定領域を液相とする前の発振周波数との周波数変化量を測定する工程と、を含むことを特徴とする感知方法。
【請求項２】
前記測定領域に試料液を供給した後、前記測定領域を気相とする工程の前に、前記感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する増感用の粒子の群を含む液を前記測定領域に供給する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の感知方法。
【請求項３】
前記測定領域に試料液を供給する工程の後、前記測定領域を気相とする工程の前に、感知対象物と吸着層との間に架橋を形成する架橋剤を前記測定領域に供給する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の感知方法。
【請求項４】
感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する増感用の粒子の群を含む液を前記測定領域に供給した後、前記測定領域を気相とする工程の前に、感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する粒子と感知対象物との間及び感知対象物と吸着層との間に架橋を形成する架橋剤を前記測定領域に供給する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の感知方法。
【請求項５】
前記測定領域に対して試料液を供給する工程の前に、前記測定領域に緩衝液を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の感知方法。
【請求項６】
前記測定領域を気相とする工程の前に、前記測定領域に有機溶媒を供給する工程を含み、前記測定領域を気相とする工程は、前記有機溶媒を除去して測定領域を気相とする工程であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の感知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いて感知対象物を感知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床分野において、例えば血糖値の自己モニタリングやインフルエンザウイルス検査等に代表されるＰＯＣＴ（Point of core TEST）と呼ばれる簡便な検査方法が普及しており、この検査において、特許文献１に記載されているようなＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）を利用した手法が知られている。ＱＣＭについて簡単に説明すると、感知装置に設けられた水晶振動子の表面に試料液中の感知対象物が吸着され、感知対象物の吸着量に応じた質量付加効果により水晶振動子の発振周波数が変化する。当該発振周波数の変化に基づいて、試料液中の感知対象物の検出又は定量が行われる。
近年では例えばウイルスの拡散防止や癌マーカーの早期発見等を目的として、更に微量な感知対象物の検出が求められており、１ｍｌ当たりの質量がｐｇオーダーの質量の測定が求められている。
【０００３】
このような問題に対し、感知対象物である低分子物質に結合する性質を有する低分子物質よりも大きな分子を添加し、低分子物質に結合させることにより周波数変化量を増大させる手法、いわゆる増感と呼ばれる技術が知られている。しかしながら感知対象物にある大きさ以上の粒子を結合させる場合には、非特許文献１及び２にて述べられているように、水晶振動子の表面に付着した粒子が水晶とは異なる固有の周波数で振動するようになり、質量付加効果が得られない現象が知られている。このため増感を目的として粒子を添加したにもかかわらず却って感度が減少することがあった。
【０００４】
特許文献２には、測定対象に比して粒径の大きな分子、及び架橋性化合物を添加して周波数振幅を増感する方法が記載されている。また特許文献３には、測定対象を吸着する薄膜に対して粒子を付着させ、当該粒子を除去することにより薄膜の表面積を増加させ、周波数振幅の増感を図る方法が開示されている。しかしながら本発明の課題を解決するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７８３４８号公報
【特許文献２】特開２００６−２７５８６４号公報
【特許文献３】特開２００７−１４７５５６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A sensitive new method for the determination of adhesive bonding between a particle and a substrate, J. Appl. Phys. 58(7), 1, October 1985
【非特許文献２】Positive Frequency Shift Observed Upon Adsorbing Micron-Sized Solid Objects to a Quartz Crystal Microbalance from the Liquid Phase, Anal. Chem. 2010, 82, pp.2237-2242
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、圧電振動子の周波数変化に基づいて試料液中の感知対象物を感知するにあたって、信頼性の高い測定を行うことができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の感知方法は、試料液中の感知対象である成分を吸着する吸着層を圧電振動子の電極表面に形成してなる感知センサを用い、試料液を感知センサの測定領域に供給して、前記成分の量を吸着前後の圧電振動子の周波数変化量として測定する感知方法において、
前記圧電振動子を発振回路により発振させて、前記測定領域を液相とする前の発振周波数を測定する工程と、
次いで前記測定領域に試料液を供給する工程と、
その後前記測定領域から液体を除去して当該測定領域を気相とする工程と、
しかる後、前記圧電振動子を発振回路により発振させて発振周波数を測定し、当該発振周波数と前記測定領域を液相とする前の発振周波数との周波数変化量を測定する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また本発明の感知方法は、前記測定領域に試料液を供給した後、前記測定領域を気相とする工程の前に、前記感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する増感用の粒子の群を含む液を前記測定領域に供給する工程を含んでもよく、前記測定領域に試料液を供給する工程の後、前記測定領域を気相とする工程の前に、感知対象物と吸着層との間に架橋を形成する架橋剤を前記測定領域に供給する工程を含むことを特徴としてもよい。
さらに感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する粒子の群を含む液を前記測定領域に供給した後、前記測定領域を気相とする工程の前に、感知対象物の対応する部位に吸着する性質を有する増感用の粒子と感知対象物との間、及び感知対象物と吸着層との間に架橋を形成する架橋剤を前記測定領域に供給する工程を含むことを特徴としてもよい。
【００１０】
あるいは本発明の感知方法は、前記測定領域に対して試料液を供給する工程の前に、前記測定領域に薄め液を供給する工程を含んでもよく、前記測定領域を気相とする工程の前に、前記測定領域に有機溶媒を供給する工程を含み、前記測定領域を気相とする工程は、前記有機溶媒を除去して測定領域を気相とする工程であることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、圧電振動子に感知対象物を付着させ、質量付加効果による周波数変化により感知対象物の量を測定する感知方法において、前記圧電振動子の測定領域を液相とする前に発振周波数を測定し、その後測定領域に試料液を供給する。しかる後測定領域の液体成分を除去して気相として、発振周波数を測定し、測定領域に試料液を供給する前の発振周波数との周波数差を測定するようにしている。従って圧電振動子が気相中で発振するため、圧電振動子が液相に接することに起因する発振周波数の誤差や発振周波数の変化量の低下が抑制され、感知対象物を高精度に感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る感知装置及び感知センサの斜視図である。
【図２】感知センサの分解斜視図である。
【図３】感知センサの各部の上面側を示した分解斜視図である。
【図４】感知センサの一部の下面側を示した分解斜視図である。
【図５】前記感知センサの縦断側面図である。
【図６】前記感知装置の概略構成図である。
【図７】感知装置により試料の測定を行う際の発振周波数の変化を示す特性図である。
【図８】前記水晶振動子の表面の模式図である。
【図９】前記水晶振動子の表面の模式図である。
【図１０】前記水晶振動子の表面の模式図である。
【図１１】前記水晶振動子の表面の模式図である。
【図１２】前記水晶振動子の表面及び供給流路の模式図である。
【図１３】供給流路の液体成分の除去方法を示す説明図である。
【図１４】水晶振動子表面への粒子の結合による共振周波数の変化を表した模式図である。
【図１５】感知装置により試料の測定を行う際の液相下における発振周波数の変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態に係る感知センサを用いた感知装置について説明する。この感知装置は、マイクロ流体チップを利用し、例えば人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液中のウイルスなどの抗原の有無を検出し、人間のウイルスの感染の有無を判定することができるように構成されている。図１の外観斜視図に示すように、感知装置は本体部１２と、感知センサ２と、を備えている。感知センサ２は、本体部１２に形成された差込口１７に着脱自在に接続されている。本体部１２の上面には、例えば液晶表示画面により構成される表示部１６が設けられており、表示部１６は例えば本体部１２内に設けられた後述する発振回路の出力周波数あるいは、周波数の変化分等の測定結果もしくは、ウイルスの検出の有無等を表示する。
【００１４】
続いて感知センサ２について説明する。図２は図１に示した感知センサ２における上側カバー体２１を外した状態を示す斜視図、図３、図４は夫々感知センサ２の各部材の表側（上面側）及び一部の部材の裏側（下面側）を示した斜視図、図５は感知センサ２を長さ方向に沿って切断した縦断面図を示す。
感知センサ２は、図１に示すように上側カバー体２１と下側ケース２２とで構成される容器２０を備えている。下側ケース２２の上方には、長さ方向に延伸された形状の配線基板３が設けられ、配線基板３における長さ方向の一端側には前述の発振回路ユニット１２の差込口１７に差し込まれる差込部３１が形成されている。
【００１５】
配線基板３には貫通孔３２が形成されており、配線基板３は下側ケース２２の上方に、貫通孔３２が下側ケース２２の底面によって塞がれると共に、下側ケース２２の外側に差込部３１が突出するように配置される。配線基板３の表面側には、長さ方向に伸びる３本の配線２５〜２７が設けられており、各配線２５〜２７の一端側は、差込部３１において、夫々端子部２５２、２６２、２７２が形成されており、他端側は貫通孔３２の外縁にて、夫々端子部２５１、２６１及び２７１が形成されている。
【００１６】
水晶振動子４は、例えばＡＴカットの円板状の水晶片４１を備えており、水晶片４１の表面側には、例えばＡｕ（金）により形成される励振電極４２Ａ、４２Ｂが互いに平行に伸びるように設けられている。励振電極４２Ａ、４２Ｂは、長さ方向一端側が接続され、接続された部分から水晶片４１の周縁部に向かって引き出し電極３６が伸ばされている。この引き出し電極３６は、水晶片４１の側面を引き回され、裏面の周縁部にて端子部３６ａが形成されている。水晶振動子４の裏面側には、例えばＡｕにより、励振電極４２Ａ、４２Ｂに対向するように夫々励振電極４３Ａ、４３Ｂが平行に伸びている。励振電極４３Ａ、４３Ｂからは、夫々水晶片３０の周縁に向かって引き出し電極３５、３７が引き出されており、水晶片４１の周縁部にて夫々端子部３５ａ、３７ａが形成されている。
【００１７】
水晶振動子４の表側における励振電極４２Ａの表面には、例えば抗原である感知対象物を吸着するための抗体からなる吸着層４６が形成されている。一方励振電極４２Ｂの表面は吸着層４６が形成されずに剥き出しの状態となっている。  
水晶振動子４は、裏面側の励振電極４３Ａ，４３Ｂが配線基板３の貫通孔３２に臨み、端子部３５ａ、３６ａ、３７ａが配線基板４上に設けられた夫々対応する端子部２５１、２６１、２７１に重なるように配置され、導電性接着剤により接着される。これにより水晶振動子４は、配線基板３に略水平な状態で固定される。
【００１８】
配線基板３の表側における、差込部３１の反対側に、水晶振動子４を挟み込むように流路形成部材５が積層される。流路形成部材５の裏側には、図４に示すように水晶振動子４が収まるように凹部５１が形成されている。この凹部５１には、水晶振動子４に流路形成部材５を厚さ方向に貫通する貫通孔５２、５３が形成され、これら貫通孔５２，５３を囲む枠部５４が設けられている。
【００１９】
流路形成部材５が水晶振動子４の上方から積層されると、励振電極が４２Ａ，４２Ｂが枠部５４の囲まれた領域に収まり、貫通孔５２、５３が励振電極４２Ａ，４２Ｂの長さ方向に並んで配置される。この枠部５４と水晶振動子４とに囲まれた領域は水平な天井面を備え、底面が水晶振動子４により構成された供給流路５７を形成する。
【００２０】
また図３に示すように前記貫通孔５２、５３には、夫々多孔質の部材で構成された入口側毛細管部材５５と出口側毛細管部材５６が着脱自在に設けられている。
入口側毛細管部材５５は、貫通孔５２を塞ぐように配置され、その上端が後述する上側カバー体２１に形成されたインジェクト口２３に露出し、下端が供給流路５７内に進入するように設けられている。出口側毛細管部材５６は、上方に伸びた後、屈曲して水平に伸びるＬ字型に形成される。出口側毛細管部材５６は、貫通孔５３を塞ぎ、その下端が供給流路５７内に進入するように配置されている。更に出口側毛細管部材５６の下端には、傾斜が形成されている。
【００２１】
出口側毛細管部材５６の他端側は、ガラス管で構成される廃液流路５９の一端側に接続されている。廃液流路５９の他端側には、例えば廃液流路５９から流出する液体を吸引する毛細管シート７１と、毛細管シート７１で吸引された液体を吸収する吸収部材７２と、から構成される廃液吸収部７が接続されており、廃液吸収部７の外側には、吸収部材７２からの液漏れを防ぐためのケース体７３が設けられている。なお図中７５は廃液流路５９を支持する支持部材である。
【００２２】
上側カバー体２１は、差込部３１を除いた配線基板３、流路形成部材５及び廃液吸収部７を上方側から覆うように設けられる。上側カバー体２１の上面側にはすり鉢状に傾斜したインジェクト口２３が形成されており、インジェクト口２３の底部に前述の入口側毛細管部材５５が露出する。またこの時上側カバー体２１の下面に設けられた押圧部５８により、流路形成部材５が配線基板３に押圧される。この感知センサ２では、インジェクト口２３に供給された処理液は、インジェクト口２３→入口側毛細管部材５５→供給流路４０→出口側毛細管部材５６→廃液流路５９→廃液吸収部７と続く一連の流路を毛細管現象により流れる。
【００２３】
続いて感知装置の全体構成について説明する。上記の感知センサ２の差込部３１が、本体部１２に差し込まれると、差込部３１に形成された端子部２５２、２６２、２７２が本体部１２に、これらの端子部２５２、２６２、２７２と対応するように形成された図示しない接続端子部に電気的に接続されて、感知装置を構成する。図６に示すように本体部１２には、例えばコルピッツ回路で構成された第１の発振回路６３及び第２の発振回路６４が設けられており、第１の発振回路６３は水晶振動子４における励振電極４２Ａと励振電極４３Ａとに挟まれた領域である第１の振動領域６１を、第２の発振回路６４は励振電極４２Ｂと励振電極４３Ｂとに挟まれた領域である第２の振動領域６２を夫々発振させるように構成されている。また端子２７２は発振時にアース電位となるように接続される。この表面側における第１の振動領域６１と、第２の振動領域６２との表面は測定領域に相当する。
【００２４】
第１及び第２の発振回路６３、６４の出力側は、スイッチ部６５と接続され、スイッチ部６５の後段にはデータ処理部６６が設けられる。データ処理部６６は、入力信号である周波数信号のディジタル処理を行い、第１の発振回路６３により出力される発振周波数「Ｆ１」の時系列データと、第２の発振回路６４により出力される発振周波数「Ｆ２」の時系列データと、を取得する。
【００２５】
本発明の感知装置では、スイッチ部６５により、データ処理部６６と第１の発振回路６３とを接続するチャンネル１と、データ処理部６６と第２の発振回路６４とを接続するチャンネル２とを交互に切り替えた間欠発振を行うことにより、感知センサ２の２つの振動領域６１、６２間の干渉を避け、安定した周波数信号を取得できるようにしている。そしてこれらの周波数信号は、例えば時分割されて、データ処理部６６に取り込まれる。データ処理部６６では、周波数信号を例えばディジタル値として算出し、算出されたディジタル値の時分割データに基づいて、演算処理を行い、例えば、抗原の有無などの演算結果を表示部１６に表示する。
【００２６】
続いて本発明の実施の形態の作用について説明する。図７は、第１の振動領域６１と第２の振動領域６２との間の発振周波数の周波数差の時間変化を模式的に表した特性図であり、図８〜図１３は感知センサ２における水晶振動子４の表面の様子を段階的に示す説明図である。なお図７の模式図において、周波数差の変化量は、説明の便宜上誇張して描いており、正確な周波数を示すものではない。まず時刻ｔ０において感知センサ２を発振回路ユニット１２に接続し、第１及び第２の発振回路を起動すると水晶振動子４の第１及び第２の振動領域６１、６２が発振され、供給流路５７が液相となる前における夫々の発振周波数に対応する周波数信号Ｆ１ａ、Ｆ２ｂが取り出される。次いで時刻ｔ１において例えば純水、リン酸緩衝液、生理食塩水などの緩衝液を、スポイトによりインジェクト口２３から供給すると、緩衝液が供給流路５７を満たし、水晶振動子４４における供給流路５７側の面が液相に変わり、発振周波数が大きく低下し、周波数差Ｆ１−Ｆ２も大きく低下する。
【００２７】
次いで時刻ｔ２において、ユーザーがスポイトにより感知対象となる試料液をインジェクト口２３に滴下すると、試料液は入口側毛細管部材５５から供給流路５７内へと流れる。試料液中の抗原は水晶とは直接反応しない。また第２の振動領域６２における供給流路５７側は、励振電極４２Ｂが剥き出しであるため、当該領域にも抗原は反応しない。一方第１の振動領域６１における表面側の励振電極４２Ａの表面には、図８に示すように抗原と選択的に反応する抗体４９により吸着層４６が形成されている。従って供給流路５７に感知対象物である抗原を含む試料液５０が供給されると、図９に示すように試料液５０に含まれる抗原８１は第１の振動領域６１における励振電極４２Ａに設けられた吸着層４６に形成された抗体４９に対して反応して、吸着層４６に結合される。この時吸着した抗原８１の質量分の質量付加効果により発振周波数が変化数することになるが、試料液５０に含まれる抗原８１が微量である場合には、発振周波数の変化量はわずかである。
【００２８】
試料液を供給した後、抗体８０ｂにビオチン８０ａを結合させたビオチン化抗体８０を含んだ液９０をインジェクト口２３に滴下し、抗原８１に対してビオチン化抗体８０を結合させる。この結果、図１０に示すように抗原８１とビオチン化抗体８０とが結合して、吸着層４６に形成した抗体４９上に抗原８１とビオチン化抗体８０とが結合した状態となる。
【００２９】
その後、時刻ｔ３にて増感体粒子８２を含んだ液９１をインジェクト口２３に注入する。増感体粒子８２は例えば２００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度の大きさの金コロイドで構成され、表面がビオチン化抗体８０上のビオチン８０ａと結合するようにアビジン粒子４８により処理されている。
【００３０】
アビジン粒子４８とビオチン化抗体８０とは、１：１で結合することから、供給流路５７に増感体粒子８２を含んだ溶液９１が供給されると、増感体粒子８２は、図１１に示すようにビオチン化抗体８０を介して吸着層４６に対して結合している抗原８１に重畳して結合する。増感体粒子８２は抗原８１よりも大きさが大きく重量が重いため質量付加効果による周波数の変化が大きく図７に示すように出力される発振周波数の周波数差が低下する。
【００３１】
増感体粒子８２を含んだ溶液９１を供給して、所定の時間が経過した後、例えばＥＤＣ（１‐エチル‐３（３‐ジメチルアミノプロピル）‐カルボヂイミド）などの架橋剤を含む溶液をインジェクト口２３に供給する。ＥＤＣは、アミノ基とカルボキシル基を脱水縮合してアミド結合を形成する。従ってビオチン化抗体８０と抗原８１との間、抗原８１と抗体４９との間の各タンパク質の分子間におけるアミノ基とカルボキシル基の間で架橋が形成され、増感体粒子８２、ビオチン化抗体８０、抗原８１が吸着層から離れにくくなる。
更にインジェクト口２３に純水を滴下する。これにより図１２に示すように供給流路５７内を満たす架橋剤を含む溶液９２が純水９３に押し出され、過剰な増感体粒子８２や、架橋剤が洗い流される。その後インジェクト口２３に有機溶剤、例えばメタノールを滴下すると、供給流路５７を満たしている純水がメタノールに置換される。
【００３２】
そして時刻ｔ４において図１３に示すようにインジェクト口２３に例えばポリビニルアルコールにより構成されたスポンジ１０を載置すると、供給流路５７内を満たすメタノール９４が、入口側毛細管部材５５を流れて、スポンジ１０に吸引されて除去されるため、供給流路５７内が気相になる。更に予め純水をメタノール９４に置換し、スポンジ１０により供給流路５７内の液体成分を吸引している。そのため流路を満たしている純水９２の大部分が除去され、更に励振電極４２Ａ、４２Ｂや供給流路５７の壁面に付着する水分もメタノール９４に溶けこむ。その後メタノール９４をスポンジ１０により吸引して除去すると、残存する励振電極４２Ａ、４２Ｂや供給流路５７の壁面に付着するメタノール９４の液滴も速やかに揮発して除去される。従って水晶振動子４の励振電極４２Ａ、４２Ｂの表面全体から液体成分が除去され、気相に接するようになる。
【００３３】
また励振電極４２Ａ、４２Ｂに増感体粒子８２を含んだ液９１を供給した後、架橋剤により、架橋を形成し結合を強くしているため、吸着層４６に吸着した増感体粒子８２は、メタノール９４と共に流されずに吸着層４６に残る。そのため第１の振動領域６１上の吸着層４６は、抗原８１が吸着され、更に増感体粒子８２が抗原に重畳して結合された状態となっている。従って第１の振動領域６１の発振周波数は、気相下における水晶振動子４の発振周波数から増感体粒子８２、ビオチン化抗体８０、抗原８１の付着による質量付加効果により低下した周波数Ｆ１ｂとなる。一方第２の振動領域６２上には抗原８１及び増感体粒子８２は吸着されない。従って図７に示すように第２の振動領域６１の発振周波数は、気相下において、質量付加効果に起因する発振周波数の低下を含まない発振周波数Ｆ２ｂとなる。従って周波数差は、Ｆ１ｂ−Ｆ２ｂと演算される
【００３４】
そして当該発振周波数の周波数差Ｆ１ｂ−Ｆ２ｂと、同じく気相にて取得した、供給流路５７に緩衝液を供給する前に測定した第１の振動領域６１と第２の振動領域６２との間の発振周波数の差Ｆ１ａ−Ｆ２ａとの差分を取得する。そして例えば予め当該差分と試料液中の感知対象物の濃度との関係式を取得しておき、この関係式と測定により得られた差分とから試料液中の感知対象物の濃度を求める。
【００３５】
ここで、水晶振動子４の雰囲気を気相として発振させることの効果について説明するが、まず圧電振動子の表面における質量付加効果について説明する。圧電振動子の表面に対して質量が付加される前後における、付加質量と周波数との関係について、一般的には次式（１）で表される関係式（Ｓａｕｅｒｂｒｅｙの式）が成立する。背景技術の項にて述べた増感効果は当該関係式を利用している。  
2016090554.tif 000003
ここで、Δｍは付加質量（ｇ）、Ｓは電極面積（ｃｍ２）、ρは圧電振動子の密度（ｇ／ｃｍ３）、μは圧電振動子の剪断応力（ｇ／ｃｍ・ｓｅｃ２）、Ｎはオーバートーン次数、Ｆは公称周波数（Ｈｚ）、ΔＦは反応前後の圧電振動子における周波数変化（Ｈｚ）である。  
しかし、圧電振動子に対して質量を付加する物質がある程度の大きさを超えると、質量を付加する物質が圧電振動子とは異なる固有の周波数にて振動するようになり、上述の（１）式の関係、即ち発振周波数の低下が成り立たなくなる現象が知られている。
【００３６】
当該現象について図１４を用いて説明する。図１４のように、水晶振動子８に単に球体８３を結合させた状態を考える。水晶振動子８の質量をＭ、球体８３の質量をｍとおき、水晶振動子８及び球体８３の単体での振動について、夫々がばね定数Ｋ及びｋであるばねの振動であると仮定する。水晶振動子８と球体８３とは結合しているので、図１４によって示すようにばねを２つ直列に結合させた状態の共振が発生する。
液相中の場合には、増感体粒子８２、ビオチン化抗体８０、抗原８１及び励振電極４２Ａの間に液体が介在するため、水晶振動子４を振動をさせたときに増感体粒子８２、ビオチン化抗体８０及び抗原８１に振動が伝わりやすくなり、結合共振が起こりやすい。従って上述のように供給流路の液体成分を除去して、気相に接した状態で発振させることにより、結合共振を抑制することができる。この結果増感体粒子８２を吸着させることによる増感効果を確実に得ることができ、感知対象物を高精度に感知することができる。
【００３７】
更に水晶振動子４を発振させる場合に、水晶振動子４が液相に接している場合には液相の粘性などの影響によりクリスタルインピーダンス（ＣＩ値）が大きくなり、発振がしにくい。例えば、図１５に示すように、まず時刻ｔ１にて感知センサ２に緩衝液を供給して、励振電極４２Ａ、４２Ｂが液相に接するようにした後、発振周波数の測定を行う。その後、試料液５０、増感体粒子８２を含んだ液９１及び架橋剤を含んだ液９２を供給して、発振周波数の測定を行い、発振周波数の変化量を求めた場合について説明する。
【００３８】
この場合における試料液５０、増感体粒子８２を含んだ液９１及び架橋剤を含んだ液９２の供給を行う前後の第１の振動領域６１の周波数の変化量は、液相下において水晶振動子４の発振周波数から増感体粒子８２、ビオチン化抗体８０、抗原８１の付着による質量付加効果により低下した周波数となる。しかしながら励振電極４２Ａ、４２Ｂが液相に接した状態では発振が弱くなるため、図７に示した励振電極４２Ａ、４２Ｂが気相に接した状態で発振させたときと比較して、周波数差の変化量は少なくなる。従って、励振電極４２Ａ、４２Ｂが気相に接した状態で発振することで、質量付加効果による周波数の変化量が検出しやすくなる。
【００３９】
また励振電極４２Ａ、４２Ｂの表面を液相にして、計測を行う場合には液を供給流路５７に注入する際のインジェクションショックなどの励振電極４２Ａ、４２Ｂが液相に曝されることに起因するノイズを除去することができる。従って供給流路５７内を気相に置換して、励振電極４２Ａ、４２Ｂが液相に接しないようにすることで、クリスタルインピーダンスの低下が抑制され、発振周波数の測定誤差が抑制される。
【００４０】
また励振電極４２Ａ、４２Ｂに液滴が付着すると液滴の質量付加効果により発振周波数が低下するおそれがある。純水を気化しやすいメタノール９４に置換することで供給流路５７から液体成分を吸引した後も、液滴が残らず発振周波数の測定精度が上がる。
また試料液５０と、ビオチン化抗体を含む液９０と、増感体粒子を含む液９１と、は、予め混合して感知センサ２に供給してもよく、さらに当該混合液に架橋剤を含む液９２も混合した後、感知センサ２に供給するようにしてもよい。
【００４１】
あるいは増感体粒子を含む液９１を感知センサ２に供給した後、架橋剤を含む液９２を加えなくてもよい。この場合には、その後の感知センサ２の表面のせんじょうを穏やかに行うことが望ましく、純水を供給する工程及びエタノールを供給する工程において、それぞれ純水及びエタノールを緩やかに供給して、増感体粒子を吸着層から離脱させないようにすることで同様の効果が得られる。しかしながら洗浄作業を作業者が行う場合には、作業者の熟練度にばらつきがあることから、架橋剤を用いることが好ましく、また洗浄作業を自動で行う場合にも処理を速やかに行う観点から架橋剤を用いることが好ましい。
また増感体粒子を含む液９１を加えずに、架橋剤を含む液９２のみを加えてもよい。さらに抗体と増感体粒子との間の結合は、ビオチン化抗体とアビジンとの結合を利用した構造に限らず、増感体粒子に直接抗体を付加させた構造であっても良い。また増感体粒子は金コロイドに限らず、ラテックスや磁気ビーズなどでも良い。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施の形態に係る感知方法の効果を確認するために以下の試験を行った。  
実施例として１００ｎｇ／ｍｌの抗原を含む試料液を用い、実施の形態に示した工程において、試料液、ビオチン化抗体を含む液及び増感体粒子を含む液を予め混合して、感知センサに注入し、上述の実施例と同様の処理を行い発振周波数の測定を行った。
比較例として、実施例の抗原を含む溶液を供給前であって、供給流路が緩衝液で満たされているときと、増感体粒子の供給後であって、架橋剤の供給前とにおいて発振周波数の測定を行い周波数の変化量を求めた。
【００４３】
比較例では、試料溶液の供給の前後における周波数の変化量は２９Ｈｚであったが、実施例においては、周波数変化量は１０２１Ｈｚであった。よって試料溶液を通流させた後、電極の表面を気相化した後発振周波数の測定を行うことで、周波数変化量が３５倍程度大きくなり検出感度がよくなるといえる。従って本発明の実施の形態に係る感知方法を用いることにより大きな効果を得ることができるといえる。
【符号の説明】
【００４４】
２                感知センサ
４                水晶振動子
１０              スポンジ
１２              発振回路ユニット
１３              本体部
４２Ａ、４２Ｂ    励振電極
４６              吸着層
４７              供給流路
６３              第１の発振回路
６４              第２の発振回路
８０              ビオチン化抗体
８１              抗原
８２              増感体粒子
【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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