JP4484061B2 - ケミカルセンサ - Google Patents

Description

本発明は、原子、分子、ＤＮＡ等の微小な特定物質を検出する嗅覚センサ等のケミカルセンサに関するものである。

近年、バイオセンサやケミカルセンサを目的として、（特に、化学分析システム（ＴＡＳ：Total Analysis System）等に組み込むような形で）各種物質の微小重量を検出する微小センサが開発、発表されている。
この種の微小センサは、様々なものが提供されているが、主にカンチレバーを利用したセンサが知られている。また、このカンチレバーを利用した微小センサは、静的な状態で検出を行うものと、カンチレバーを所定の周波数で振動させた状態で検出を行う動的なものとに大きく大別されている。

このうち、静的な状態で検出を行う微小センサは、カンチレバーの全体にポリマー（例えば、ポリエステル）等の反応性物質が塗布（例えば、インクジェットを含むインジェクション法やディッピング法による）されたものである（例えば、特許文献１参照）。
この微小センサを、例えば、液中に浸すと液中内のＤＮＡ（特定物質）が反応性物質に反応して付着する。すると、微小センサはＤＮＡが付着したことによる微小重量の変化を検知すると共にこれら変化に応じて撓む。そして、このカンチレバーの撓みの変化量を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の測定原理を用いて測定することで、特定のＤＮＡのみを抽出し、分析や解析等を行うことができる。
また、ＤＮＡだけに限られず、特定の臭いを分析する嗅覚センサとして機能させることも可能である。この場合には、臭いを構成する各種分子が反応性物質に吸着する。特に、複数のカンチレバーにそれぞれ異なる反応性物質を塗布して、これらをアレイ状に配置させることで、臭いに応じて各カンチレバーの撓み変化量を変えることができる。そして、これらアレイ状のカンチレバーのパターニングを観察することで、様々な臭い分析を行うことができる。
なお、最近の傾向としては、反応容器をＴＡＳ等とすることで、機能の複合化を図る動向となっている。

一方、動的な状態で検出を行う微小センサは、上述した静的な微小センサと同様に、カンチレバーの全体に反応性物質を塗布した後に、該カンチレバーを所定の共振周波数で振動させるものである。そして、振動している状態のカンチレバーに分子等の特定物質が付着すると、その重量変化によりカンチレバーの振動状態（例えば、共振周波数等）が変化する。そして、この振動状態を測定することで、どのような特定物質が付着したのかを変別でき、その結果、臭いの分析等を行うことができる。
特に、カンチレバーを共振させるこの動的な方法は、上述した静的な微小センサに比べて、より高精度に微小な重量変化を測定することが可能であるので好適に用いられ、今後の主流となるものである。
特表２００４−５０６８７２号公報

しかしながら、上記従来のカンチレバーを利用した微小センサでは以下の課題が残されていた。
即ち、静的な微小センサ及び動的な微小センサは、カンチレバー全体に反応性物質が塗布されているので、カンチレバーの表面積全体に分子やＤＮＡ等の微小な特定物質が付着するものであった。ところが、カンチレバーを所定の共振周波数で振動させる動的な微小センサでは、特定物質の付着による重量変化はあるものの、この重量変化が全体に亘って平均化されてしまい、微小な重量変化を検出し難いものであった。

また、図６に示すように、通常カンチレバー３０は、所定の厚みを持った平板状に形成されており、表面積の多い表面３１及び裏面３２に対して垂直な方向に向けて振動されるようになっている。よって、カンチレバー３０を所定の共振周波数で振動させたときに、表面面積の大きい表面３１及び裏面３２に流体からの抵抗が加わるものであった。例えば、振動する毎に空気抵抗による付荷重量が加わるものであった。このため、重量変化が、付荷重量によるものなのか、特定物質の付着によるものなのかを判断することが困難であり、特定物質の付着による微小な重量変化のみを検出することが難しかった。
特に、カンチレバーを液中に入れた液中観察を行う場合には、液体からの付荷重量がより顕著に表面３１及び裏面３２に加わるので、より大きな抵抗を受けてしまい、微小な重量変化の検出がより困難なものであった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、空気や液体等の流体から受ける付荷重量の影響を極力なくし、高精度に特定物質の重量変化を検出して、該特定物質の分析や解析を行うことができるケミカルセンサを提供することである。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のケミカルセンサは、所定の厚みを有する平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたカンチレバーと、該カンチレバーの基端側を片持ち状に支持するホルダ部と、カンチレバーの先端側に設けられ、特定物質が反応して付着する反応膜とを有するセンサ部と、前記カンチレバーを所定の共振周波数で振動させる加振手段と、前記カンチレバーの振動状態を測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づいて、前記特定物質を検出する検出手段と、を備え、前記カンチレバーの外表面のうち厚み方向にそれぞれ直交すると共に互いに向き合う２つの面が、第１の主面及び第２の主面とされ、前記加振手段が、前記第１の主面及び第２の主面に沿う方向で、且つ、前記一方向に直交する短手方向に向けて前記カンチレバーを振動させることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、ホルダ部により基端側が片持ち状態で支持された平板状のカンチレバーが、加振手段により短手方向（即ち、表面面積が大きい第１の主面及び第２に主面に平行な方向で、且つ、基端側から先端側に向かう一方向（長手方向）に直交する方向）に向けて所定の共振周波数で振動する。よって、空気抵抗や液抵抗等の流体抵抗が直接第１の主面及び第２の主面に加わるのではなく、厚みとなる側面に影響する。従って、従来と異なり、流体から受ける付荷重量の影響を極力なくすことができる。

また、カンチレバー先端（第１の主面及び第２の主面を含む）側には、反応膜が設けられている。即ち、ホルダ部により片持ち状態で支持されている基端側から、極力距離を空けた位置に反応膜が設けられている。そのため、分子やＤＮＡ等の微小な特定物質が、カンチレバーの先端側に集中して付着する。よって、僅かな重量変化であったとしても、カンチレバーの振動状態が顕著に変化し易い。つまり、従来のように重量変化が分散化されることがなく、先端側に重量変化をより集中的に生じさせることができる。その結果、測定手段により、カンチレバーの振動状態を高精度に測定することができる。よって、検出手段を介して特定物質の抽出を確実に行え、該特定物質の分析や解析等を正確に行うことができる。

また、本発明のケミカルセンサは、上記本発明のケミカルセンサにおいて、前記カンチレバーが、短手方向に向けて所定間隔を空けて重なる複数の平板部を先端側に有していることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、カンチレバーの先端側に複数の平板部を有しているので、さらに先端側の表面面積を確保することができる。従って、特定物質をさらに先端側に集中的に付着させることができ、重量変化を顕著に検出することができる。
また、複数の平板部は、それぞれ短手方向に重なるように形成されているので、カンチレバーが振動したときに、流体抵抗がそれぞれの平板部の厚みとなる側面に影響する。これにより、複数の平板部を備えたとしても、流体から受ける付荷重量の影響を極力抑えることができる。
また、複数の平板部は、それぞれ所定間隔を空けた状態で離間しているので、平板部それぞれの周囲に空気の層や液体の層が発生したとしても、隣合う層同士が混合することを防ぐことができる。これにより、各平板部の間に確実に特定物質が入り込み、各平板部の反応膜に付着させることができる。

また、本発明に係るケミカルセンサは、所定の厚みを有する平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたカンチレバーと、該カンチレバーの基端側を片持ち状に支持するホルダ部と、カンチレバーの先端側に設けられ、特定物質が反応して付着する反応膜とを有するセンサ部と、前記カンチレバーを所定の共振周波数で振動させる加振手段と、前記カンチレバーの振動状態を測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づいて、前記特定物質を検出する検出手段と、を備え、前記カンチレバーの外表面のうち厚み方向にそれぞれ直交すると共に互いに向き合う２つの面が、第１の主面及び第２の主面とされ、前記加振手段が、前記第１の主面及び第２の主面に垂直な方向に向けて前記カンチレバーを振動させ、前記カンチレバーが、前記第１の主面及び前記第２の主面に沿う方向で、且つ、前記一方向に直交する短手方向に向けて所定間隔を空けて重なる複数の平板部を先端側に有していることを特徴とするものである。

本発明に係るケミカルセンサにおいては、ホルダ部により基端側が片持ち状態で支持された平板状のカンチレバーが、加振手段により第１の主面及び第２に主面に垂直な方向に向けて所定の共振周波数で振動する。この際、カンチレバーの先端側には、短手方向（第１の主面及び第２に主面に平行な方向で、且つ、基端側から先端側に向かう一方向（長手方向）に直交する方向）に向けて重なる複数の平板部が設けられているので、空気抵抗や液抵抗等の流体抵抗が、面積の大きい第１の主面及び第２の主面の全面に加わることはない。即ち、流体抵抗は、第１の主面及び第２の主面の基端側、並びに、複数の平板部の厚みとなる各側面にしか加わらない。従って、従来と異なり、流体から受ける付荷重量の影響を極力なくすことができる。

また、カンチレバー先端側、即ち、複数の平板部には、反応膜が設けられているので、分子やＤＮＡ等の微小な特定物質が、カンチレバーの先端側に集中して付着する。よって、僅かな重量変化であったとしても、カンチレバーの振動状態が顕著に変化し易い。特に、カンチレバーの基端側と比較して表面面積がより大きいので、特定物質がより付着し易く、付着による重量変化をより顕著に検出することができる。
このように、従来のように重量変化が分散化されることがなく、先端側に重量変化をより集中的に生じさせることができる。その結果、測定手段により、カンチレバーの振動状態を高精度に測定することができる。よって、検出手段を介して特定物質の抽出を確実に行え、該特定物質の分析や解析等を正確に行うことができる。

また、複数の平板部は、それぞれ所定間隔を空けた状態で離間しているので、平板部それぞれの周囲に空気の層や液体の層が発生したとしても、隣合う層同士が混合することを防ぐことができる。これにより、各平板部の間に確実に特定物質が入り込み、各平板部の反応膜に付着させることができる。

また、本発明のケミカルセンサは、上記本発明のいずれかのケミカルセンサにおいて、前記センサ部が、前記カンチレバーの基端側に設けられ、前記特定物質の付着を防止する保護膜を備えていることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、カンチレバーの基端側に保護膜が設けられているので、特定物質は確実にカンチレバーの先端側に設けられた反応膜にのみ付着する。よって、特定物質の付着による重量変化を高精度に検出でき、該特定物質の抽出をより確実に行うことができる。

また、本発明のケミカルセンサは、上記本発明のいずれかのケミカルセンサにおいて、前記カンチレバーの先端側が、凹凸状に形成されていることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、カンチレバーの先端側が凹凸状に形成されているので、先端側の表面面積が基端側に比べて増加した状態となっている。よって、これに応じて反応膜の面積も増加するので、特定物質をさらに先端側に集中的に付着させることができる。従って、特定物質の付着による重量変化をさらに高精度に検出でき、該特定物質の抽出をより確実なものにすることができる。

また、本発明のケミカルセンサは、上記発明のいずれかのケミカルセンサにおいて、前記センサ部が、前記カンチレバーの先端側に設けられ、凹凸状の表面を有する薄膜を備え、前記反応膜が、前記薄膜上に設けられていることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、カンチレバーの先端側に設けられた凹凸状の表面を有する薄膜上に、反応膜が設けられているので、該反応膜の面積が増加し、特定物質をさらに先端側に集中的に付着させることができる。従って、特定物質の付着による重量変化をさらに高精度に検出でき、該特定物質の抽出をより確実なものにすることができる。

また、本発明のケミカルセンサは、上記本発明のいずれかのケミカルセンサにおいて、前記センサ部が、前記カンチレバーの表面温度を任意の温度に変化させる温度可変手段を備えていることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、温度可変手段（例えば、ヒータ等）を備えているので、反応膜に付着した特定物質を離脱させたり、再度付着させたりすることが可能であり、可逆的な反応を行わせることができる。その結果、何度でもセンサ部を使用でき、利便性の向上化及びコストの低減化を図ることができる。また、特定物質の反応を繰り返し確認できるので、検出結果の信頼性を向上することができる。

また、本発明のケミカルセンサは、上記本発明のケミカルセンサにおいて、前記反応膜が、所定の温度に応じて疎水又は親水が変化する高分子膜であることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、反応膜が所定の温度（例えば、３２度）を境に疎水、親水が変化する高分子膜であるので、特定物質の付着や離脱をより促進させることができる。

また、本発明のケミカルセンサは、上記本発明のいずれかのケミカルセンサにおいて、前記センサ部を複数備え、各センサ部の前記反応膜が、それぞれ異なる種類の前記特定物質を付着させることを特徴とするものである。

この発明に係るケミカルセンサにおいては、それぞれ異なる種類の特定物質を付着させる反応膜を有するセンサ部を、例えば、アレイ状に複数備えているので、一度に各特定物質の抽出を行うことができる。よって、分析や解析にかける時間を短縮することができる。また、未知の臭い分析等も行えるので、使い易く、利便性に優れている。

本発明に係るケミカルセンサによれば、平板状のカンチレバーを短手方向に振動させると共にカンチレバーの先端側に反応膜を備えているので、該カンチレバーは特定物質の付着による重量変化のみに起因して振動状態が変化する。従って、流体から受ける付荷重量の影響を極力なくした状態（ずり振動モード状態）で、高精度に微小な特定物質の重量変化を検出することができ、特定物質の分析や解析等を正確に行うことができる。

以下、本発明に係るケミカルセンサの一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態のケミカルセンサ１は、図１及び図２に示すように、所定の厚みを有すると共に第１の主面２及び第２の主面３を有する平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたカンチレバー４と、該カンチレバー４の基端側を片持ち状態に支持するホルダ部５と、カンチレバー４の先端側に設けられ、特定のＤＮＡ（特定物質）が反応して付着する反応膜６とを有するセンサ部１０と、カンチレバー４を第１の主面２及び第２の主面３に沿う方向で、且つ、上記一方向（長手方向）に直交する短手方向に向けて所定の共振周波数で振動させるピエゾ素子（加振手段）１１と、カンチレバー４の振動状態を測定する測定手段１２と、該測定手段１２の測定結果に基づいて、特定のＤＮＡを検出する検出手段１３とを備えている。

また、上記カンチレバー４の基端側には、図２に示すように、上記特定のＤＮＡの付着を防止する保護膜７（例えば、アガロース、ポリマー、テフロン（登録商標）やシアン化合物）がコーティングされている。これにより、カンチレバー４の基端側には、特定のＤＮＡが付着することはない。
また、センサ部１０は、図１に示すように、溶液Ｗ１が満たされた容器１４内に配された状態で図示しない固定ベースに取り付けられており、溶液Ｗ１中に存在する複数のＤＮＡの中から特定のＤＮＡのみを抽出するようになっている。即ち、本実施形態では、液中観察を行う場合を例にして説明する。
また、容器１４には、該容器１４内に満たされた各種の溶液（例えば、溶液Ｗ１）を外部の排水タンク１５に排出する排水ポンプ１６と、該容器１４内に貯液タンク１７から溶液Ｗ１を注入する注入ポンプ１８と、容器１４内に貯液タンク１９から溶液Ｗ２を注入する注入ポンプ２０とを備えている。
なお、注入ポンプ及び貯液タンクの数は、注入する溶液の数に応じて備えれば構わない。また、１つの貯液タンク内に各種の溶液を混合した混合液を入れても構わない。

また、上記容器１４の上方には、カンチレバー４の側面８に形成された図示しない反射面にレーザ光Ｌを照射するレーザ照射部２１と、反射面で反射したレーザ光Ｌを受光するレーザ受光部（例えば、４分割のフォトディテクタ）２２とが配されている。このレーザ受光部２２は、レーザ光Ｌの入射位置に基づいてカンチレバー４の変位量を検出するようになっている。つまり、カンチレバー４の振動状態に応じて、レーザ光Ｌの反射位置が異なるのでレーザ受光部２２への入射位置が変化する。レーザ受光部２２は、このカンチレバー４の変位量を入射位置に応じた振動波形として出力するようになっている。即ち、これらレーザ照射部２１及びレーザ受光部２２は、上記測定手段１２を構成している。

レーザ受光部２２から出力された振動波形は、増幅回路２３で増幅された後、検波回路２４で検波されて制御部２５に送られる。該制御部２５は、送られてきた振動波形と予め決められた基準波形とを比較することで、特定のＤＮＡが反応膜６に付着したことによるカンチレバー４の重量変化を検出する。これにより、特定のＤＮＡの抽出、分析や解析等を行うことができるようになっている。また、その結果は、表示部２６に表示されるようになっている。
即ち、これら増幅回路２３、検波回路２４、制御部２５及び表示部２６は、上記検出手段１３を構成している。なお、制御部２５は、上記各構成品を総合的に制御する機能を有している。

次に、このように構成されたケミカルセンサ１により、液中観察を行って溶液Ｗ１内から特定のＤＮＡを抽出して、分析や解析を行う場合について説明する。
まず、容器１４内にセンサ部１０を位置させた状態で、注入ポンプ１８を作動させて容器１４内に溶液Ｗ１を注入する。この状態で、ピエゾ素子１１によりカンチレバー４を短手方向に向けて所定周波数で振動させる。この初期状態においては、カンチレバー４は基準波形で振動している状態である。
なお、注入ポンプ２０を作動させて、容器１４内に溶液Ｗ２を注入した状態で液中観察しても構わないし、両注入ポンプ１８、２０を作動させて容器１４内に溶液Ｗ１、Ｗ２を混合させた状態で液中観察を行っても構わない。

ここで、カンチレバー４の先端側には、反応膜６が設けられているので、溶液Ｗ１中の特定のＤＮＡが該反応膜６に反応して次々と付着する。この付着により、カンチレバー４の重量が変化して振動状態が変化する。この振動状態の変化に伴って、レーザ光Ｌの反射位置が異なるので、レーザ受光部２２に入射する入射位置が異なる。レーザ受光部２２は、この入射位置に応じた振動波形を測定結果として出力する。
また、出力された振動波形は、増幅回路２３及び検波回路２４を経た後、制御部２５に送られ基準波形と比較される。制御部２５は、この比較によりカンチレバー４の重量変化を検出し、特定のＤＮＡの抽出を行う。これにより、該ＤＮＡの分析や解析等を行うことができる。

特に、カンチレバー４は、短手方向に向けて振動するので、溶液Ｗ１から受ける抵抗（流体抵抗）が直接表面面積の大きい第１の主面２及び第２の主面３に加わるのではなく、厚みとなる側面８に影響する。従って、従来と異なり溶液Ｗ１（流体）から受ける付荷重量の影響を極力なくすことができる。
また、カンチレバー４の先端（第１の主面２及び第２の主面３を含む）側にのみ反応膜６が設けられているので、特定のＤＮＡがカンチレバー４の先端側に集中して付着する。よって、僅かな重量変化であったとしても、カンチレバー４の振動状態が顕著に変化し易い。つまり、従来のように重量変化が分散化されることがなく、先端側に重量変化をより集中的に生じさせることができる。従って、特定のＤＮＡの抽出を確実に行え、該ＤＮＡの分析や解析を正確に行うことができる。

上述したように、本実施形態のケミカルセンサ１によれば、平板状のカンチレバー４を短手方向に振動（ずり振動モード状態）させると共に、カンチレバー４の先端側に反応膜６を備えているので、溶液Ｗ１から受ける付荷重量の影響を極力なくすと共に、カンチレバー４の振動状態を特定のＤＮＡの付着による重量変化のみに起因させることができ、高精度に特定のＤＮＡの抽出を行うことができる。
また、本実施形態のケミカルセンサ１は、カンチレバー４の基端側に保護膜７が設けられているので、特定のＤＮＡが確実に先端側に設けられた反応膜６にのみ付着する。よって、特定のＤＮＡの付着による重量変化をより高精度に検出することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、カンチレバー４の先端側に単に反応膜６を設けた構成にしたが、図３に示すように、カンチレバー４の先端側をＲＩＥ（反応性イオンエッチング装置）で微小な凹凸状に形成し、この上に反応膜６を設けても構わない。
このように凹凸状に形成することで、カンチレバー４の先端側の表面面積が基端側に比べて増加した状態となる。よって、これに応じて反応膜６の表面面積も増加するので、特定のＤＮＡをさらに先端側に集中的に付着させることができる。従って、カンチレバー４の重量変化をさらに高精度に検出することができる。
なお、凹凸状に形成するのではなく、カンチレバー４の先端側に、凹凸状の表面を有する薄膜を設け、該薄膜上に反応膜６を設けても構わない。この場合でも、上述した凹凸状に形成した場合と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、カンチレバー４を完全な平板に形成したが、例えば、図４に示すように、短手方向に向けて所定間隔ｔを空けて重なる複数の平板部２１を先端側に有するようにカンチレバー２２を構成したセンサ部２０としても構わない。
こうすることで、さらにカンチレバー２２の先端側の表面面積を確保することができる。従って、特定のＤＮＡをさらに先端側に集中的に付着させることができ、重量変化をより顕著に検出することができる。
また、複数の平板部２１は、短手方向に重なるように形成されているので、カンチレバー４が振動したときに、溶液Ｗ１から受ける抵抗がそれぞれの平板部２１の厚みとなる側面８に影響することになる。よって、複数の平板部２１を備えたとしても、溶液Ｗ１から受ける付荷重量の影響を極力抑えることができる。
また、複数の平板部２１は、図５に示すように、それぞれ所定間隔ｔを空けた状態で離間しているので、平板部２１それぞれの周囲に液体の層Ｅが発生したとしても、隣合う層Ｅ同士が混合することはない。これにより、各平板部２１の間に確実に特定のＤＮＡが入り込み、各平板部２１の反応膜６に付着させることができる。

なお、上述した複数の平板部２１を有する場合には、図４に示すように、第１の主面２及び第３の主面３に垂直な方向にカンチレバー２２を振動させても構わない。この場合においても、溶液Ｗ１から受ける液抵が、面積の大きい第１の主面２及び第２の主面３の全面に加わることはなく、第１の主面２及び第２の主面３の基端側、即ち、カンチレバー２２の基端側、並びに、複数の平板部２１の厚みとなる各側面８にしか加わらない。従って、上述した場合と同様に、溶液Ｗ１から受ける付荷重量の影響を極力なくすことができる。
このように複数の平板部２１を有するカンチレバー２２を用いる場合には、振動方向として２方向（短手方向、若しくは、第１の主面２及び第２の主面３に垂直な方向）を適時選択することができる。

また、カンチレバー４の表面温度を任意の温度に変化させるヒータ等の温度可変手段をカンチレバー４の内部に設けても構わない。この場合には、例えば、シリコンからなるカンチレバー４にボロン等の不純物を注入して、ヒータを形成すれば良い。
こうすることで、反応膜６に付着した特定のＤＮＡを離脱させたり、再度付着させたりすることが可能であり、可逆的な反応を行わせることができる。その結果、何度でもセンサ部１０を使用でき、利便性の向上化及びコストの低減化を図ることができる。
また、特定のＤＮＡの反応を繰り返し確認できるので、検出結果の信頼性を向上することができる。
この際、反応膜６として、所定の温度（例えば、３２度）に応じて疎水又は親水が変化する高分子膜を採用しても構わない。こうすることで、特定のＤＮＡの付着や離脱をより促進させることができる。

また、上記実施形態では、センサ部１０を１つとしたが、１つに限られず、例えば、アレイ状に複数備え、各センサ部１０の反応膜６がそれぞれ異なる種類のＤＮＡを付着させるように構成しても構わない。
こうすることで、一度に複数のＤＮＡの抽出を行うことができ、分析や解析にかける時間を短縮することができる。

上記実施形態においては、液中観察を行って、特定のＤＮＡを反応膜６に付着させた例としたが、この場合に限られず、例えば、反応膜６に特定の分子を付着させることで、臭いを分析する嗅覚（臭い）センサとして機能させても構わないし、味を分析する味覚センサとして機能させても構わない。

本発明の一実施形態に係るケミカルセンサの構成図である。 図１に示すケミカルセンサのセンサ部を示す斜視図である。 図２に示すセンサ部の他の例を示す図であって、先端側が凹凸状に形成されているセンサ部を示す斜視図である。 図２に示すセンサ部の他の例を示す図であって、先端側が短手方向に所定間隔を空けた状態で重なるように形成された複数の平板部を有するセンサ部を示す斜視図である。 図４に示す各平板部を先端側から見た図であって、各平板部の周囲にそれぞれ形成された溶液の層の関係を示した図である。 従来のセンサ部の一例を示した図であって、カンチレバーの振動方向と形状との関係を示した斜視図である。

符号の説明

ＤＮＡ 特定物質
１ ケミカルセンサ
２ 第１の主面
３ 第２の主面
４、２２ カンチレバー
６ 反応膜
１０、２０ センサ部
１１ ピエゾ素子（加振手段）
１２ 測定手段
１３ 検出手段
２１ 平板部

Claims (9)

1. 所定の厚みを有する平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたカンチレバーと、該カンチレバーの基端側を片持ち状に支持するホルダ部と、カンチレバーの先端側に設けられ、特定物質が反応して付着する反応膜とを有するセンサ部と、
   前記カンチレバーを所定の共振周波数で振動させる加振手段と、
   前記カンチレバーの振動状態を測定する測定手段と、
   該測定手段の測定結果に基づいて、前記特定物質を検出する検出手段と、を備え、
   前記カンチレバーの外表面のうち厚み方向にそれぞれ直交すると共に互いに向き合う２つの面が、第１の主面及び第２の主面とされ、
   前記加振手段は、前記第１の主面及び第２の主面に沿う方向で、且つ、前記一方向に直交する短手方向に向けて前記カンチレバーを振動させることを特徴とするケミカルセンサ。
2. 請求項１記載のケミカルセンサにおいて、
   前記カンチレバーが、短手方向に向けて所定間隔を空けて重なる複数の平板部を先端側に有していることを特徴とするケミカルセンサ。
3. 所定の厚みを有する平板状に形成され、基端側から先端側に向けて一方向に延びたカンチレバーと、該カンチレバーの基端側を片持ち状に支持するホルダ部と、カンチレバーの先端側に設けられ、特定物質が反応して付着する反応膜とを有するセンサ部と、
   前記カンチレバーを所定の共振周波数で振動させる加振手段と、
   前記カンチレバーの振動状態を測定する測定手段と、
   該測定手段の測定結果に基づいて、前記特定物質を検出する検出手段と、を備え、
   前記カンチレバーの外表面のうち厚み方向にそれぞれ直交すると共に互いに向き合う２つの面が、第１の主面及び第２の主面とされ、
   前記加振手段は、前記第１の主面及び第２の主面に垂直な方向に向けて前記カンチレバーを振動させ、
   前記カンチレバーが、前記第１の主面及び前記第２の主面に沿う方向で、且つ、前記一方向に直交する短手方向に向けて所定間隔を空けて重なる複数の平板部を先端側に有していることを特徴とするケミカルセンサ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のケミカルセンサにおいて、
   前記センサ部は、前記カンチレバーの基端側に設けられ、前記特定物質の付着を防止する保護膜を備えていることを特徴とするケミカルセンサ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のケミカルセンサにおいて、
   前記カンチレバー先端側は、凹凸状に形成されていることを特徴とするケミカルセンサ。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載のケミカルセンサにおいて、
   前記センサ部は、前記カンチレバーの先端側に設けられ、凹凸状の表面を有する薄膜を備え、
   前記反応膜は、前記薄膜上に設けられていることを特徴とするケミカルセンサ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のケミカルセンサにおいて、
   前記センサ部は、前記カンチレバーの表面温度を任意の温度に変化させる温度可変手段を備えていることを特徴とするケミカルセンサ。
8. 請求項７記載のケミカルセンサにおいて、
   前記反応膜は、所定の温度に応じて疎水又は親水が変化する高分子膜であることを特徴とするケミカルセンサ。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のケミカルセンサにおいて、
   前記センサ部を複数備え、
   各センサ部の前記反応膜が、それぞれ異なる種類の前記特定物質を付着させることを特徴とするケミカルセンサ。

Images