水晶振動子マイクロバランス
センサー表面へのナノグラムレベルの吸着量を定量化可能。
タンパク質などの生体分子でもラベル化することなく、in vivoで相互作用を検出できる。
吸着反応をリアルタイムに測定できる。
通常、水晶振動子は交流の電流を印加すると厚みすべり振動(Thickness-shear-mode resonator)により、一定の周波数で振動する。周波数は水晶の厚みに依存し、薄いほど高周波数で発振する。1950年代に水晶振動子の電極上の物質の質量に応じて出力周波数とQ値が変化する事象が報告され、付着物質量が増加すると出力周波数が減少し、付着物質量が減少すると出力周波数が増加する周波数の変化量と付着物質の質量との関係は、Sauerbreyの方程式で示される。この水晶振動子の周波数変化を検出することにより、電極上での物質の質量変化を計測する方法を水晶振動子マイクロバランス法(QCM法)と呼ぶ。
Sauerbreyの方程式
Δ f = − 2 f 0 2 A ρ q μ q Δ m {\displaystyle \Delta f=-{\frac {2f_{0}^{2}}{A{\sqrt {\rho _{q}\mu _{q}}}}}\Delta m} .
f 0 {\displaystyle f_{0}} – 基本周波数 (Hz)
Δ f {\displaystyle \Delta f} – 周波数の変移 (Hz)
Δ m {\displaystyle \Delta m} – 質量の変移 (g)
常温、常圧下で比較的、簡便な装置で微小な分子を検出できるので多様な用途への応用が考えられる。
化学物質の検出
蒸着時の膜厚の測定