WO2006027945A1

WO2006027945A1 - 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

Info

Publication number: WO2006027945A1
Application number: PCT/JP2005/015185
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Kimura; Koji Fujimoto; Kenjiro Okaguchi; Shinya Yamamoto; Ryoichi Morimoto; Toru Yabe
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2006-03-16
Also published as: CN101010582A; CN100595581C; TWI311198B; JPWO2006027945A1; US7389673B2; US20070145862A1; EP1788385A4; TW200617383A; EP1788385A1; JP3952083B2

Abstract

　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。　開口部２ａ，２ｂを有し、一方面において電極ランドが設けられているベース基板２と、少なくとも１つのＩＤＴ電極を有するセンシング部が一方面に設けられたＳＡＷ素子６，７とを備え、ベース基板２開口部２ａ，２ｂにＳＡＷ素子６，７のセンシング部が臨むようにＳＡＷ素子６，７がフリップチップボンディング工法によりバンプ電極を用いて実装されており、少なくとも１つのセンシング部が、検出対象物質と結合する反応膜１３により被覆されている、液中物質検出センサ１。

Description

明細書

液中物質検出センサ及びそれを用レ、た液中物質検出装置

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—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 I DT電極 105側に向力つて伝搬する。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] し力しながら、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力つた。従って、測定対象である液体 1 01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、う問題があった。

[0007] 力！]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!、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ぐ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、 ID T電極が液体に接触しな、ため、電気的特性の変化が生じ難!ヽ。

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] し力しながら、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つた。

[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ぐ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、それによつて、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ぐ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べ一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、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榭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第 1の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第 2の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、前記第 2の保護部材との間に、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、前記第 1の保護部材に、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！/、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、前記第 1の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、る第 2の流路が設けられて、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榭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、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、る一方面とは反対側の面側力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力少なくとも 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。カロえて、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、それによつ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] 本発明におヽて、ベース基板の上記 SAW素子が実装されてヽ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、 S AW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力も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第 1の保護部材がさらに備えられている場合には、第 1の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、第 1の保護部材の開口部の容積を大きくすることができ、それによつ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第 2の保護部材をさらに備えている場合には、上記第 2の保護部材により、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] ベース基板と第 2の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、第 2の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] 第 1の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、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] 第 1の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、る第 2の流路が設けられて、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カも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力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力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 Z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、る電極構造を示す平面図である。

圆 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力なる液中物質検出検查の測定結果の一例を示す図である。

圆 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!ヽ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。

圆 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。

圆 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ィ匕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。

圆 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。圆 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。

圆 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。

圆 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。

圆 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。

圆 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。圆 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。

圆 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

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…第 1の保護部材

5…第 2の保護部材

5a, 5b…凹部

5c〜5f…； h通孑し

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…ノンプ電極

18, 19· ··配線電極 a, 19a…電極ノッド, 21···配線電極a, 21a…電極パッド …増幅器

…周波数カウンタ·· '制御装置

···液中物質検出センサ …ベース基板a, 32b…辺c…端縁

d…突出部

…密着層

a, 33b…第 1の流路···第 1の保護部材···第 2の密着層 &〜 35e…貫 ffi孑し···第 2の保護部材a, 36b…貫通孔, 38- SAW素子〜46···配線電極···液中物質検出センサ …抑え板

···測定装置

···ベース本体a…センサ載置部b…突起

…蓋

a…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ぐ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を介して第 1の保護部材 4が積層されている。第 1の密着層 3及び第 1の保護部材 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、第 1の保護部材 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、第 1の保護部材 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、接着剤を介して第 2の保護部材 5が貼り合わされている。第 2の保護部材 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、第 1の保護部材 4及び第 2の保護部材 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。それによつて、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、第 2の保護部材 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ぐ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、第 2の保護部材 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！/、る。

なお、図 2に示したベース基板 2、密着層 3、保護部材 4及び第 2の保護部材 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。それによつて、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 X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ィ匕されている。 SAW素子 6を代表して図 4 (a)に S AW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力より具体的には、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、 I DT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、る。

[0054] 図 4 (a)に戻り、 IDT電極 9, 10が設けられている部分力本発明においては、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 1 3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 ァミノプロピルトリメトキキシシラン [ (CH O) SiC H NHC H NH ]などを例示することができる。

3 3 3 6 2 4 2

[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ぐまたこのような検出対象物質と結合する材料のみ力構成されていてもよぐ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、てもよ、。

[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イング工法により、ベース基板 2の下面に実装されている。従って、ワイヤーボンデイ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さる。

[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、榭脂層 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。榭脂層 17は、上記の熱硬化性榭脂ゃ光硬化性榭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榭脂としては、エポキシ榭脂ゃポリイミド榭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の外側端部力電極パッド 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、第 2の保護部材 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、第 2の保護部材 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第 1の保護部材 4の貫通孔 4aに供給される。この供給は、シリンジゃピペットを用い、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 4 a, 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 1 3が設けられて、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、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 ZSAW素子の共振周波数）における発振強度が非常に大きぐそれによつ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素子力も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、な、生理食塩水を供給した場合の結果を、破線が 50 μ gZml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力ここでは、 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度における規格ィ匕周波数力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及び第 1の保護部材 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を介して第 2の保護部材 36が積層される。そして、ここでは、 SA W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、第 1の保護部材 34及び第 2の保護部材 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 4 1〜46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、第 1の保護部材 34及び第 2の保護部材 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、それによつて配線電極 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、第 1の保護部材 34が積層されている。そして、第 2の密着層 35を介して第 2の保護部材 36が配置されている。この第 2の保護部材 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、 SA W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、第 2の保護部材 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, 3 6b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 3 3a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 SA W素子 38のセンシング部に接触し、さらに流路 33bの端部力も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 134 gZml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、 3 gZml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、規格ィ匕周波数変化量により高精度に検出し得ることがわ力る。

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 SA W素子 37のみが形成されて!、てもよ!/、。

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、る。

[0085] 本実施形態の液中物質検出センサ 51は、第 1の保護部材 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。従つて、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, 56 b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に設けられていた第 1の保護部材 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、第 1の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、上力押圧するだけで、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] 第 1の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、それによつ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力抑え板 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ぐその場合には、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 6 la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に至ってヽる。そして、端面 62a, 62bに ίま、上記流路 63a, 63bに連なるチューブ 64, 65力 S 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ぐそれによつ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力図 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、いずれが大きくとちょい。

Claims

請求の範囲

[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、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素子を前記べ一ス基板の電極ランドに接合して、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榭脂層とをさら〖こ備え、

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。

[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。

[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。

[4] 前記ベース基板の前記 SAW素子が実装されて、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。

[5] 前記第 1の密着層を被覆するように設けられた第 1の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。

[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第 2の保護部材をさらに備える、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。

[7] 前記ベース基板と、前記第 2の保護部材との間に、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。

[8] 前記第 1の保護部材に、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。

[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、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。

[10] 前記第 1の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。

[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、周波数力ゥンタと、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。