(57)【要約】  少量の液体中の検出対象物質を高精度に測定することを可能とする、弾性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を提供する。  ベース基板２の上面に凹部２ｃ，２ｄが設けられており、凹部２ｃ，２ｄにＳＡＷ素子４，５が搭載されており、ＳＡＷ素子４，５の上面のセンシング部を露出させるように、開口部３ｂ，３ｃが設けられた樹脂層３が形成されており、センシング部表面を被覆するように検出対象物質と結合する材料からなる反応膜がＳＡＷ素子４，５のうち少なくとも１つのＳＡＷ素子に設けられており、開口部３ｂ，３ｃから検出対象物質含有液体が供給される、液中物質検出センサ１。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有し、該少なくとも２つのＩＤＴ電極を有する部分によりセンシング部が構成されている少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、
前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が前記ベース基板の一方面に搭載されており、
前記ベース基板の一方面において、前記複数のＳＡＷ素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記ＳＡＷ素子の外表面を覆うように設けられた樹脂層と、
前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料からなる反応膜とをさらに備え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、請求項１に記載の液中物質検出センサ。
【請求項３】
前記ベース基板に、少なくとも１つの凹部が形成されており、前記少なくとも１つの凹部に前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が収納されている、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】
前記反応膜が特定の蛋白質と反応する反応膜である、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】
前記ベース基板の樹脂層に、上面に開いた開口からなる液体供給部が形成されており、該液体供給部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続するように溝状の流路が設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液中物質検出センサ。
【請求項６】
前記ベース基板の一方面において、前記樹脂層に上面に開いた穴からなる液体排出部が形成されており、該液体排出部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している溝状の第２の流路が設けられている、請求項５に記載の液中物質検出センサ。
【請求項７】
前記樹脂層が感光性樹脂からなる、請求項１〜６のいずれか１項に液中物質検出センサ。
【請求項８】
前記感光性樹脂が、ポリイミド、ポリエチルメタクリレート及びエポキシ樹脂の少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項７に記載の液中物質検出センサ。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面波素子（ＳＡＷ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、ＳＡＷ素子のセンシング部に検出対象物質と結合する反応膜が設けられてい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。
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１６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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
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１０４，１０５に接続されている電極パッドやボンディングワイヤーなどが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。【０００６】
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。【０００７】
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】
【０００８】
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。
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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液中物質検出装置を提供することにある。
本発明に係る液中物質検出センサは、ベース基板と、表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有し、該少なくとも２つのＩＤＴ電極を有する部分によりセンシング部が構成されている少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が前記ベース基板の一方面に搭載されており、前記ベース基板の一方面において、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記ＳＡＷ素子の外表面を覆うように設けられた樹脂層と、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のうち少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料からなる反応膜とをさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
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フィルタである。
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、前記ベース基板に、少なくとも１つの凹部が形成されており、前記少なくとも１つの凹部に前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が収納されている。
【００１２】
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、前記反応膜が特定の蛋白質と反応する反応膜である。
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、前記ベース基板の樹脂層に、上面に開いた開口からなる液体供給部が形成されており、該液体供給部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続するように溝状の流路が設けられている。
【００１３】
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、前記ベース基板の一方面において、前記樹脂層に上面に開いた穴からなる液体排出部が形成されており、該液体排出部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している溝状の第２の流路が設けられている。
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、上記樹脂層が感光性樹脂により構成されている。
【００１４】
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、前記感光性樹脂が、ポリイミド、ポリエチルメタクリレート及びエポキシ樹脂の少なくとも１種を含むことを特徴とする。
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。
【００１５】
本発明に係る液中物質検出センサでは、少なくとも１つのＳＡＷ素子がベース基板の一方面に搭載されており、該ベース基板の一方面において、少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、ベース基板の一方面及びＳＡＷ素子の外表面を覆うように樹脂層が設けられており、少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部の表面が、検出対象物質と結合する材料からなる反応膜により被覆されている。従って、検出物質含有液体を上記樹脂層の開口部に滴下することにより、液体中の検出対象物質が反応膜に結合することによるセンシング部への負荷の変化により、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。しかも、上記樹脂層の開口部に検出対象物質含有液体を滴下するだけでよいため、多量の液体を必要としない。また、ＳＡＷ素子を液体に浸漬する必要はないため、液体中にＳＡＷ素子が浸漬されることによる測定値の変動も生じ難い。
【００１６】
よって、本発明によれば、少量の液体であっても、高精度に液体中の検出対象物質を高精度に測定することが可能となる。
ＳＡＷ素子が共振子型ＳＡＷフィルタである場合には、損失を小さくすることができる。
【００１７】
ベース基板に少なくとも１つの凹部が形成されており、少なくとも１つの凹部にＳＡＷ素子がそれぞれ収納されている場合には、凹部の存在により液中物質検出センサの厚みを薄くすることができる。しかも、少なくとも１つの凹部にＳＡＷ素子が収納されていることにより、ベース基板の一方面に形成される樹脂層の厚みを薄くすることができる。
反応膜が特定の蛋白質と反応する反応膜である場合には、本発明に従って特定の蛋白質の存在及び／または濃度を高精度に検出することが可能となる。
【００１８】
ベース基板の樹脂層に、上面に開いた開口からなる液体供給部が形成されており、液体供給部と、ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続するように溝状の流路が設けられている場合には、液体供給部から検出対象物質含有液体を供給し、上記溝状の流路を介してＳＡＷ素子のセンシング部に液体を供給することが可能となる。
【００１９】
ベース基板の一方面において、樹脂層に上面に開いた穴からなる液体排出部が形成されており、液体排出部と、ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している溝状の第２の流路が設けられている場合には、上記第２の流路を介して、センシング部から液体排出部に液体を排出することができる。従って、連続的に液体をセンシング部に供給し、液体排出部から排出しつつ、測定を行うことができる。
樹脂層が感光性樹脂からなる場合には、フォトリソグラフィー技術を用いて上記樹脂層のパターニングを高精度に行うことができる。
【００２０】
感光性樹脂が、ポリイミド、ポリエチルメタクリレート及びエポキシ樹脂の少なくとも１種を含む場合には、本発明に従って、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部を有する樹脂層を高精度に形成することができる。
【００２１】
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】
【００２２】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態に係る液中物質検出センサの平面図、（ｂ）は模式的部分切欠側面断面図、（ｃ）は模式的部分切欠正面断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る液中物質検出センサの側面図である。
【図３】図３（ａ）は第１の実施形態の液中物質検出センサの１つの開口部付近を模式的に拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示したセンシング部の電極構造及び反応膜を示す部分切欠正面断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の液中物質検出センサの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図５】図５（ａ）は第１の実施形態の液中物質検出センサを用いて測定した場合の出力の一例を示す図であり、（ｂ）は従来の液中物質検出センサを用いて測定した場合の出力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（ａ）は第２の実施形態に係る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１３】図１３は、第２の実施形態の液中物質検出センサの樹脂層の構造を説明するための斜視図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態の液中物質検出センサの製造方法の一例を示す工程図である。
【図１５】図１５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１６】図１６は、従来の液中物質検出センサを説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…液中物質検出センサ
２…ベース基板
２ａ…端縁
２ｂ…突出部
２ｃ，２ｄ…凹部
３…樹脂層
３ａ…端縁
３ｂ，３ｃ…開口部
４，５…ＳＡＷ素子
４ａ…表面波基板
４ｂ…センシング部
４ｃ，４ｄ…ＩＤＴ電極
４ｅ，４ｆ…反射器
６…反応膜
７…ボンディングワイヤー
９ａ〜９ｃ…配線電極
１０ａ〜１０ｃ…配線電極
２１…液中物質検出センサ
２２…ベース基板
２２ａ，２２ｂ…凹部
２３…樹脂層
２３ａ，２３ｂ…開口部
２３ｃ…液体供給孔
２３ｄ…液体排出孔
２３ｅ，２３ｆ…流路
２４，２５…ＳＡＷ素子
２７，２８…ボンディングワイヤー
２９…カバー部材
３２…増幅器
３３…周波数カウンタ
３４…制御装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
図１（ａ）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平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、部分切欠正面断面図及び部分切欠側面断面図である。【００２５】
図１（ａ）に示すように、液中物質検出センサ１は、全体が略矩形板状の形状を有する。図２に側面図で示すように、液中物質検出センサ１は、ベース基板２と、ベース基板２上に形成された樹脂層３とを有する。
ベース基板２は、矩形板状の形状を有し、その一方端縁２ａが樹脂層３の端縁３ａよりも外側に突出している。樹脂層３の端縁３ａより外側に突出しているベース基板部分が突出部２ｂである。【００２６】
他方、ベース基板２の上面には、図１（ｃ）に示すように、凹部２ｃ，２ｄが形成されている。凹部２ｃ，２ｄには、略図的に示すＳＡＷ素子４，５が収納されている。すなわち、ベース基板２は、一方面に複数のＳＡＷ素子４，５を収納する複数の凹部２ｃ，２ｄを有する。
他方、樹脂層３には、開口部３ｂ，３ｃが形成されている。開口部３ｂ，３ｃは、ＳＡＷ素子４，５のセンシング部を露出する大きさとされている。【００２７】
これを、図３を参照してより具体的に説明する。
図３（ａ）は、ＳＡＷ素子４が収納されている部分を上方から模式的部分拡大平面図である。樹脂層３の開口部３ｂは矩形の形状を有し、該開口部３ｂに、下方のＳＡＷ素子４のセンシング部４ａが露出している。図３（ａ）に示すように、ＳＡＷ素子４は、表面波基板４ｂ上に、ＩＤＴ電極４ｃ，４ｄ及び反射器４ｅ，４ｆを形成した構造を有する。ＩＤＴ電極４ｃ，４ｄは表面波伝搬方向に並べられており、ＩＤＴ電極４ｃ，４ｄが設けられている領域の表面波伝搬方向両側に、反射器４ｅ，４ｆが形成されている。【００２８】
上記表面波基板４ｂは、適宜の圧電材料からなる。このような圧電材料としては、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶、またはＰＺＴ系セラミックスのような圧電セラミックスを挙げることができる。特に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたはＰＺＴ系セラミックスは、液体中においても表面波を安定に伝搬させるため、好適に用いられる。【００２９】
上記ＩＤＴ電極４ｃ，４ｄ及び反射器４ｅ，４ｆは、アルミニウムやＡｇなどの適宜の金属もしくは合金により構成され得る。
本実施形態では、ＳＡＷ素子４，５は、上記のような共振子型弾性表面波フィルタであり、そのため低損失である。もっとも、本発明において用いられるＳＡＷ素子は、共振子型弾性表面波フィルタに限定されるものではない。【００３０】
図３（ｂ）に示すように、上記ＩＤＴ電極４ｃ，４ｄが設けられているセンシング部４ａを覆うように、反応膜６が形成されている。なお、図３（ａ）では、反応膜６の位置のみを一点鎖線で示す。反応膜６は、本実施形態では、液中の検出対象物質に結合し得る材料により構成されている。このような材料としては、検出対象物質の種類に応じて適宜の材料が選ばれる。例えば、液中の特定の蛋白質を検出する場合には、該特定の蛋白質に結合する材料が選ばれる。【００３１】
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６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。
なお、反応膜６は、上記検出対象物質を結合する材料のみから構成されていてもよく、該材料とマトリックスとなる他の材料との複合材料により構成されていてもよい。【００３２】
図１に示すように、本実施形態では、ＳＡＷ素子４のＩＤＴ電極４ｃ，４ｄは、複数本のボンディングワイヤー７によりベース基板２の上面に設けられた電極と電気的に接続されている。ベース基板２上には、複数本のボンディングワイヤー７に電気的に接続されるように、配線電極９ａ〜９ｃが設けられている。配線電極９ａ〜９ｃは、ベース基板２の上面において、端縁２ａに至るように延ばされている。【００３３】
なお、ＳＡＷ素子５においても、センシング部を覆うように前述した反応膜が形成されている。そして、ＳＡＷ素子５についても、複数のボンディングワイヤーにより、ベース基板２上に形成された配線電極１０ａ〜１０ｃに電気的に接続されている。配線電極１０ａ〜１０ｃは、ベース基板２の端縁２ａに至るように形成されている。【００３４】
従って、液中物質検出センサ１では、ベース基板２の突出部２ｂに、上記電気的接続のための配線電極９ａ〜９ｃ，１０ａ〜１０ｃが至っているため、例えば測定装置のカード挿入孔に突出部２ｂを挿入し、カード挿入孔に設けられた接続電極と配線９ａ〜９ｃ，１０ａ〜１０ｃとを電気的に接続することができる。このような測定装置を用いた場合、液中物質検出センサ１に、後述のように液体を供給した後、突出部２ｂをカード挿入孔に挿入するだけで、測定結果を容易に把握することができる。【００３５】
配線電極９ａ〜９ｃ，１０ａ〜１０ｃは、ベース基板２の上面に形成されていたが、ベース基板２の下面に形成されてもよく、その場合には、スルーホール電極により、ベース基板２の上面のボンディングワイヤーに接続されている電極パッドと配線電極とを電気的に接続すればよい。下面に配線電極を形成した場合には、液体がベース基板２の上面に誤って漏洩したとしても、配線電極と液体との接触を防止することができる。【００３６】
上記樹脂層３は、適宜の絶縁性樹脂により構成され得る。もっとも、樹脂層３には、センシング部を露出するための開口部３ｂ，３ｃを高精度に形成する必要がある。従って、好ましくは、樹脂層３は、感光性樹脂により構成され、フォトリソグラフィー技術によりパターニングされて、上記開口部３ｂ，３ｃが形成されている。【００３７】
もっとも、上記樹脂層３を構成する樹脂材料としては、硬化性の樹脂であれば特に限定されず、感光性樹脂に限らず、熱硬化性樹脂や瞬間硬化型の樹脂などの適宜の樹脂材料を用いることができる。すなわち、ベース基板２の上面に塗布し得るものの、熱や光などを加えることにより、あるいは放置することにより硬化する様々な硬化性樹脂を用いて樹脂層３を構成することができる。【００３８】
そして、開口部３ｂ，３ｃの形成については、感光性樹脂を用いる場合には、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部３ｂ，３ｃが形成されるが、その他、切削、レーザー加工、ブラスト加工または溶解などの物理的もしくは化学的方法により開口部３ｂ，３ｃを形成してもよい。また、開口部３ｂ，３ｃの形成は、樹脂層３が完全に硬化する前に行われていてもよい。
また、上記配線電極９ａ〜９ｃ，１０ａ〜１０ｃ、並びにＳＡＷ素子４，５のセンシング部４ａを構成しているＩＤＴ電極４ｃなどの電極の上面を、絶縁膜により被覆してもよい。このような絶縁膜により電極を被覆することにより、液体による短絡を防止することができる。絶縁膜を構成する絶縁性材料は特に限定されず、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などを用いることができる。この場合絶縁膜の厚みは、特に限定されないが、５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすることが望ましい。この範囲であれば、ＳＡＷ素子４，５の特性にさほど影響を与えることなくＳＡＷ素子４，５の電極を保護することができる。【００３９】
なお、図１（ｂ）に示すように、ボンディングワイヤー７は、樹脂層３に埋設されているが、ボンディングワイヤー７を樹脂層３により埋設する必要は必ずしもなく、樹脂層３の下面に、ボンディングワイヤー７が収納される溝を形成しておいてもよい。
なお、樹脂層３は、上記ボンディングワイヤー７を被覆する厚みに形成すればよい。この場合、樹脂層３を構成する樹脂を塗布する際に、ＳＡＷ素子４，５は凹部２ｃ，２ｄに収納されているため、樹脂層３の厚みをさほど厚くする必要はなく、かつ樹脂層３の表面を容易に平坦化することができる。【００４０】
本実施形態では、上記ＳＡＷ素子４，５と、ベース基板上の配線電極９ａ〜９ｃとの電気的接続は複数本のボンディングワイヤー７により行われていたが、複数本のボンディングワイヤー７に代えて、ＴＡＢなどの他の導電性接続部材を用いてもよい。
上記液中物質検出センサ１を製造する方法は特に限定されないが、例えば、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６からなる方法により得ることができる。ここでは、ステップＳ１において、ＳＡＷ素子４，５がベース基板２の凹部２ｃ，２ｄに収納・固定される。そして、ステップＳ２において、ＳＡＷ素子４，５とベース基板２上の配線電極とをボンディングワイヤーにより電気的に接続する。次に、ステップＳ３において、ＳＡＷ素子４，５のセンシング部にマスクを載置する。なお、ＳＡＷ素子４，５のセンシング部には、どちらか一方に、予め反応膜を固定するか、あるいは組立後で測定前までにどちらか一方に反応膜を固定すればよい。【００４１】
次に、ステップＳ４において、ベース基板２上に、硬化性樹脂を塗布し、ステップＳ５において硬化させる。このようにして、樹脂層３が形成される。しかる後、ステップＳ６において、センシング部に被覆されていたマスクを除去することにより、開口部３ｂ，３ｃが形成され、液中物質検出センサ１を得ることができる。
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。【００４２】
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開口部３ｂ，３ｃに供給される。この供給は、シリンジやピペットを用い、液体を開口部３ｂ，３ｃに注入・滴下すればよい。その結果、液体が開口部３ｂ，３ｃ内に注がれる。そして、液体は、開口部３ｂ，３ｃに臨んでいるＳＡＷ素子４，５のセンシング部に付着する。ここで、ＳＡＷ素子４のセンシング部に反応膜６が固定され、液体が検出対象物質を含んでいる場合には、反応膜６に検出対象物質が結合し、その変化により、ＳＡＷ素子４のセンシング部に加わる負荷が変動する。よって、反応膜６が設けられていない基準となるＳＡＷ素子５と反応膜６の固定されているＳＡＷ素子４とで異なる負荷の変動が発生するので、ＳＡＷ素子４，５の出力が変動し、検出対象物質の有無及び／または濃度を測定することができる。【００４３】
本実施形態の液中物質検出センサ１を用いる際の液中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３２を接続し、増幅器３２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３２の出力端を周波数カウンタ３３に接続し、周波数カウンタ３３の出力端を制御装置２４に接続すればよい。制御装置３４では、上記周波数カウンタ３３から得られる信号に基づき測定結果の有無を判断する。【００４４】
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６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。
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の発振周波数）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。【００４５】
なお、ＳＡＷ素子４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、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。
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５μｇ／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４，５の特性は大きく変化するが、ここでは、ＳＡＷ素子４，５の特性の平均値が示されている。【００４６】
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。
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。【００４７】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態に係る液中物質検出センサを示す平面図、Ｂ−Ｂ線に沿う断面図及び正面断面図である。
液中物質検出センサ２１では、ベース基板２２上に樹脂層２３が形成されている。ベース基板２２は、上面に凹部２２ａ，２２ｂを有する。凹部２２ａ，２２ｂに、複数のＳＡＷ素子２４，２５がそれぞれ収納されている。【００４８】
そして、図１２（ｂ）に示すように、ＳＡＷ素子２４は、ボンディングワイヤー２７，２８によりベース基板２２上の電極（図示せず）に電気的に接続されている。ここまでは、液中物質検出センサ２１は、ベース基板２２の寸法が樹脂層２３と同じであることを除いては、第１の実施形態の液中物質検出センサ１と同様である。
本実施形態の特徴は、樹脂層２３に、開口部２３ａ，２３ｂだけでなく、液体供給孔２３ｃ、液体排出孔２３ｄ、第１の流路２３ｅ及び第２の流路２３ｆが設けられていることにある。その他の点については、液中物質検出センサ２１には第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。【００４９】
図１３に拡大斜視図で示すように、上記樹脂層２３においては、円形の開口部を有する液体供給部としての液体供給孔２３ｃが第１の流路２３ｅを介して開口部２３ａに連ねられている。この第１の流路２３ｅの幅は１０〜１００μｍ程度とされている。本実施形態では、液体供給孔２３ｃに対象物質含有液体が供給される。その結果、液体は第１の流路２３ｅの途中の開口部２３ａに供給される。開口部２３ａにおいて液体がＳＡＷ素子２４のセンシング部に接触する。第１の流路２３ｅは開口部２３ｂに至っている。従って、液体はさらに開口部２３ｂに移動し、開口部２３ｂにおいてＳＡＷ素子２５のセンシング部に接触する。しかる後、液体は第２の流路２３ｆを経て液体排出部としての液体排出孔２３ｄに流れる。【００５０】
従って、液体排出孔２３ｄから排出されてきた液体をマイクロピペットやチューブにより排出することができる。また、場合によっては、液体供給孔２３ｃにピペットの先端やチューブを接続し、液体排出孔２３ｄにチューブの先端やシリンジの先端を挿入し、液体を連続的に液体供給孔２３ｃから供給し、液体排出孔２３ｄから排出させてもよい。
この場合、液体供給孔２３ｃから液体供給圧力を加えることにより、及び／または液体排出孔２３ｄ側から吸引することにより、液体を開口部２３ａ，２３ｂに円滑に供給することができる。従って、ＳＡＷ素子２４，２５において、連続的に測定を行うことができる。【００５１】
図１４は、第２の実施形態の液中物質検出センサ２１の製造方法の一例を説明するための工程図である。液中物質検出センサ２１を製造するに際しては、まず、ベース基板２２を用意する。しかる後、ベース基板２２の上面の凹部２２ａ，２２ｂにＳＡＷ素子２４，２５を収納し、ボンディングワイヤーによりＳＡＷ素子とベース基板上の電極（図示せず）とを電気的に接続する。しかる後、ベース基板２２の上面に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。このようにして、開口部２３ａ，２３ｂ、液体供給孔２３ｃ、液体排出孔２３ｄ、第１の流路２３ｅ、及び第２の流路２３ｆを有する樹脂層２３を形成することができる。【００５２】
もっとも、樹脂層２３の形成は、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法に限らず、他の方法によって行われてもよい。しかしながら、フォトリソグラフィー技術を用いれば、上記流路２３ｅ，２３ｆのような非常に微細な形状を高精度に形成することができる。従って、好ましくは、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法により樹脂層２３が形成される。【００５３】
すなわち、トランスバーサル型弾性表面波フィルタなどの他の弾性表面波素子によりＳＡＷ素子４，５が形成されていてもよい。また、共振子型弾性表面波フィルタとしては、縦結合型の共振子型弾性表面波フィルタ及び横結合型の弾性表面波フィルタのいずれを用いてもよい。感光性樹脂を用いる場合、ネガ型の感光性樹脂を用いてもよく、ポジ型の感光性樹脂を用いてもよい。【００５４】
なお、上記感光性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂及びエポキシ樹脂などを主成分とするものが用いられ、それによって形状精度に優れた樹脂層２３を形成することができる。
上記のように、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、微細な流路を高精度に形成することができるので、流路２３ｅ，２３ｆ及び開口部２３ａ，２３ｂを流れる液体の流量を高精度に管理することができ、それによって検出精度を効果的に高めることができる。また、上記のような微細な流路２４ｅ，２４ｆでは、毛細管現象により液体が流れるが、場合によっては、上記のようにポンプなどの液体供給装置を接続してもよい。【００５５】
検出対象物質の濃度を検出する必要がなく、検出対象物質の存在のみを知ることができればよい場合には、流路２４ｅ，２４ｆを必ずしも形成せずともよく、第１の実施形態のように、開口部にセンシング部のみが露出されておればよい。【００５６】
なお、上記流路２３ｅ，２３ｆ及び開口部２３ａ，２３ｂから液体が外側に漏洩するのを防止するために、図１３の一点鎖線で示す領域にカバー部材２９を設けてもよい。このようなカバー部材２９としては、適宜の合成樹脂フィルム等を挙げることができる。【００５７】
図１５は、第２の実施形態の液中物質検出センサを用いた場合の測定結果の一例を示す図である。図１５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１５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。【００５８】
なお、上記実施形態では、２個のＳＡＷ素子を用いたが、１個のＳＡＷ素子のみを用いてもよい。本発明では、必ずしも複数のＳＡＷ素子である必要はなく、複数のＩＤＴ（センシング部）があればよい。
また、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。
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。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月25日(2007.1.25)
【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】
ベース基板と、
表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有し、該少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する部分により、検出対象物質による負荷が加わるセンシング部が構成されている少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、
前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が前記ベース基板の一方面に搭載されており、
前記ベース基板の一方面において、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記ＳＡＷ素子の外表面を覆うように設けられた樹脂層と、
前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料からなる反応膜とをさらに備えることを特徴とする、液中物質検出センサ。
【請求項２】
ベース基板と、
表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも１つののＩＤＴ電極とを有し、該少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する部分により、検出対象物質による負荷が加わるセンシング部が構成されている少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、
前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が前記ベース基板の一方面に掲載されており、
前記ベース基板の一方面において、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記ＳＡＷ素子の外表面を覆うように設けられた樹脂層と、
前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部を構成するＩＤＴ電極の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料からなる反応膜とをさらに備えることを特徴とする、液体物質検出センサ。
【請求項３】
前記ＳＡＷ素子が共振子型ＳＡＷフィルタである、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】
前記ベース基板に、少なくとも１つの凹部が形成されており、前記少なくとも１つの凹部に前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が収納されている、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】
前記反応膜が特定の蛋白質と反応する反応膜である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液中物質検出センサ。
【請求項６】
前記ベース基板の樹脂層に、上面に開いた開口からなる液体供給部が形成されており、該液体供給部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続するように溝状の流路が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液中物質検出センサ。
【請求項７】
前記ベース基板の一方面において、前記樹脂層に上面に開いた穴からなる液体排出部が形成されており、該液体排出部と、前記ＳＡＷ素子のセンシング部とを接続している溝状の第２の流路が設けられている、請求項６に記載の液中物質検出センサ。
【請求項８】
前記樹脂層が感光性樹脂からなる、請求項１〜７のいずれか１項に液中物質検出センサ。
【請求項９】
前記感光性樹脂が、ポリイミド、ポリエチルメタクリレート及びエポキシ樹脂の少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項８に記載の液中物質検出センサ。
【請求項１０】
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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
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液中物質検出装置を提供することにある。
本発明に係る液中物質検出センサは、ベース基板と、表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有し、該少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する部分により、検出対象物質による負荷が加わるセンシング部が構成されている少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が前記ベース基板の一方面に搭載されており、前記ベース基板の一方面において、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記ＳＡＷ素子の外表面を覆うように設けられた樹脂層と、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のうち少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料からなる反応膜とをさらに備えることを特徴とする。
また、本発明によれば、ベース基板と、表面波基板と、表面波基板の一方面に設けられた少なくとも１つののＩＤＴ電極とを有し、該少なくとも１つのＩＤＴ電極を有する部分により、検出対象物質による負荷が加わるセンシング部が構成されている少なくとも１つのＳＡＷ素子とを備え、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子が前記ベース基板の一方面に掲載されており、前記ベース基板の一方面において、前記少なくとも１つののＳＡＷ素子のセンシング部を露出させる開口部を有するように、前記ベース基板の一方面及び前記ＳＡＷ素子の外表面を覆うように設けられた樹脂層と、前記少なくとも１つのＳＡＷ素子のセンシング部を構成するＩＤＴ電極の表面を被覆しており、かつ検出対象物質と結合する材料からなる反応膜とをさらに備えることを特徴とする、液体物質検出センサが提供される。
【国際調査報告】
2006027893.tif 000018
2006027893.tif 000019
2006027893.tif 000020
2006027893.tif 000021