JP4256871B2

JP4256871B2 - 水晶センサ及び感知装置

Info

Publication number: JP4256871B2
Application number: JP2005362358A
Authority: JP
Inventors: 俊一若松; 光明小山; 毅塩原
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP2006194867A

Description

本発明は、水晶片の一方の面が測定雰囲気に接触し、他方の面が気密空間に臨むように構成され、周波数の変化を検出して測定対象物を感知するランジュバン型の水晶振動子を利用した水晶センサ及びこの水晶センサを用いた感知装置に関する。

微量物質、例えばダイオキシンなどの環境汚染物質あるいはＣ型肝炎ウイルスやC−反応性タンパク（CRP）などの疾病マーカーを感知するために水晶振動子を利用した水晶センサを備えた感知装置を用いた測定法が広く知られている。

具体的に述べると前記測定法は、水晶振動子の一面側の励振電極に予め吸着層を形成しておき、測定対象物が吸着するとその吸着した物質の質量に応じて水晶片の共振周波数が変動する性質を利用して、試料溶液中に測定対象物が有るか無いか、あるいはその成分の濃度を計測する測定法である。特許文献１には、この測定法で用いられる水晶センサに含まれる水晶振動子が、免疫ラテックス溶液中で安定して発振されるためには、水晶振動子の片面のみが測定雰囲気に接触している構造が好ましいことが記載されている。

このような水晶センサは、一般にランジュバン型の水晶振動子と呼ばれている。特許文献1には記載されていないが、一般的にランジュバン型の水晶振動子の基本構造としては、図１１に示したような構成とされる。図中１０は、円形板状の水晶片であり、その両面の中央部には夫々箔状の電極１１、１２が形成されている。これら電極１１、１２には、外部に電気信号を取り出すための支持線部材１３、１４例えば線径０．５ｍｍ程度のリード線が接続されている。前記水晶片１０の他面側には凹部１５が形成されたベース体１６が設けられており、接着剤１７によって前記水晶片１０とベース体１６とが固着され、これにより水晶片１０と前記凹部１５とで囲まれる気密空間を形成している。

ところで近年、環境保護の観点から前記ダイオキシンなどの環境に与える影響が大きい毒性物質のさらなる取締りが要求されており、ｐｐｔレベルでの測定を可能とするための工夫が各方面で進められている。一方、水晶振動子の共振周波数は水晶片の厚さが小さくなるほど増大する。そしてSauerbreyの式より、この水晶振動子の発する周波数が大きくなるほど、測定物質の質量変化量に対する周波数の変化量が大きくなる。つまり水晶片の薄層化が進むほど水晶センサの測定感度が上昇して、極微量の物質を測定することが可能となるために水晶片の薄層化が要求されている。

現在は水晶片を薄層化する技術が進み、厚さ数〜数十μｍ程度の水晶片も作り出すことが可能となっている。しかしこの薄層化した水晶片を用いて水晶振動子を構成した場合、当該水晶振動子は測定試料溶液の表面張力の影響を受けやすく、その表面張力により発振が起こらなくなるかあるいは安定して発振しなくなるおそれがある。液体１０Ｂは平面に滴下すると図１２（ａ）に示すように表面張力により凸状に湾曲して盛り上がり、また凹部内においては図１２（ｂ）に示すように液面が凹状に湾曲し、このため表面張力により平面に応力が働く。従って図１２（ａ）の平面部分あるいは図１２（ｂ）の底面部分に水晶振動子１０Ａを設けるとこの水晶振動子１０Ａに応力が作用する。このため図１１に示す構造においては水晶振動子１０Ａに試料溶液の表面張力により矢印に示すように応力が働く。試料溶液の収容領域を広く取れば表面張力の影響は小さくなるかもしれないが、そうすると水晶センサが大型化してしまう。従って実際は水晶振動子１０Ａは試料溶液の表面張力の影響を避けられず、水晶片の薄層化が進むと、固有振動数の変化分に対する水晶片に加わる応力の影響が大きくなり、発振しなくなる場合もある。

またランジュバン型の水晶センサとしては特許文献２に記載の技術があり、この技術は水晶振動子の一面側に試料溶液の通流空間を形成し、流入口から試料溶液を供給して流出口から流出させながら測定を行うものである。しかしながらこのように試料溶液を流動させる手法は、薄層化された水晶片に大きな応力が加わるので到底採用できる構造ではないし、また表面張力の問題を解決する構造も示唆されていない。

特開２００１−８３１５４（段落０００９、段落００１９及び図１）特開平１１−１８３４７９（段落００２４、図３及び図１０）

本発明の課題は上述した従来技術の欠点を解消することであり、本発明の目的は測定感度が高い、かつ測定の際に試料溶液の表面張力の影響を受けることが抑えられ、水晶振動子が安定して発振することができるランジュバン型の水晶センサ及び感知装置を提供することにある。

本発明における水晶センサは、試料溶液を注入口よりも低い液面レベルまで満たし、試料溶液を静止させた状態で当該試料溶液中の測定対象物を測定するために用いられる水晶センサにおいて、
気密空間を形成するための凹部を備えた部材と、
水晶片の一面側及び他面側に各々励振電極が設けられ、他面側の励振電極が前記気密空間に臨むように当該凹部を塞いだ状態で前記部材に保持されている水晶振動子と、
前記一面側の励振電極に設けられ、試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層と、
前記水晶振動子の一面側の上方空間を囲み、前記吸着層に接する試料溶液の収容領域を形成するための収容領域形成部と、
前記水晶振動子の一面側に対して前記収容領域を介して対向し、当該水晶振動子の励振電極よりも大きい、試料溶液の表面張力の影響を抑えるための対向面部と、
この対向面部の外側領域にて、前記対向面部よりも高い位置に形成され、前記収容領域に試料溶液を注入するための注入口と、
前記注入口とは異なる位置にて前記収容領域に連通し、試料溶液の液面レベルを確認するための確認口と、
を備え、
測定対象物が吸着層に吸着されることによる水晶振動子の固有振動数の変化に基づいて測定対象物を測定し、その測定は、試料溶液を対向面部の下方側に満たした静止状態で行われることを特徴とする。
試料溶液を対向面部の下方側に満たした静止状態とは、注入口における液面レベルが対向面部よりも上側に位置していて、対向面部の下方側に空間が存在しない状態を意味する。

水晶振動子は例えばプリント基板に装着され、当該プリント基板の一部が外部に露出して、露出部分に接続端子が設けられている。また例えばその水晶片の等価厚みは２００μｍよりも薄い。さらにまた他の発明に係る感知装置は、本発明の水晶センサとこの水晶センサの固有振動数の変化を検出して測定対象物の有無及び／または濃度を測定する測定器本体と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層がその一面側に形成されたランジュバン型の水晶振動子を用いた水晶センサにおいて、水晶振動子の励振電極よりも大きい対向面部を設け、この対向面部と励振電極との間に試料溶液を満たした状態で測定を行うため、励振電極の上方の試料溶液の液面は対向面部に接触しているので、表面張力が発生しない。従って励振電極には試料溶液の表面張力による応力が作用しないので、水晶振動子が確実に発振し、また測定対象物の吸着分に対応した周波数で発振するため、高精度な測定を行うことができる。測定感度を高めるためには既述のように水晶振動子の周波数を高くすることが必要であり、そのためには水晶振動子の厚さが小さくなって、僅かな応力が作用しても測定に大きな影響を及ぼすことから、この発明は高感度、高精度の測定（測定対象物の有無検出あるいは濃度測定）を実現することができる。

以下に本発明の実施の形態について述べるが実施の形態の要部の理解を容易にするために先に本発明に係る水晶センサの要部の基本構造について図１を用いて説明する。当該水晶センサは試料溶液の収容領域形成部１００、１１０を備えている。収容領域形成部１００には凹部１０４が形成されており、この凹部１０４の底面には、気密空間を形成するための凹部１０５が形成されている。水晶振動子２は凹部１０５を塞ぐように設けられ、水晶振動子２の他面側の励振電極２Ｂは凹部１０５内の空間である気密空間に臨んでいる。また凹部１０４は、水晶振動子２の一面側の励振電極２Ａ全体を包含する広さの第１領域１０１と、この第１領域１０１の両側に第１領域１０１と隣接して夫々形成された第２領域１０２及び第３領域１０３とを含んでいる。第１領域１０１は、試料溶液１２０が水晶振動子２に接触する測定領域をなすものであり、この第１領域１０１の上方には、水晶振動子２の励振電極２Ａよりも大きい、この例では水晶振動子２よりも大きい対向面部１０７を有する収容領域部１１０が設けられており、この対向面部１０７内の投影領域内に励振電極２Ａが収まることになる。
なお、第１領域１０１、第２領域１０２及び、第３領域１０３を含む凹部１０４は試料溶液の収容領域（注入空間）に相当する。第２領域１０２及び第３領域１０３の上面側は夫々孔１０８、１０９を介して水晶センサの外部と連通しており、第２領域１０２の上面側の孔１０８は前記注入空間に試料溶液１２０を注入するための注入口として構成される。また第３領域の上面側の孔１０９は、例えば後述の実施形態において詳述するように試料溶液１２０の確認口（検出口）として形成されることが好ましい。
収容領域形成部１００、１１０は、一体の部材により構成してもよいが、例えば後述の実施の形態に示すように、水晶保持部材と蓋体とに分離された部材により構成される。
このように水晶センサの要部を構成した場合、図で示すように第１領域１０１に試料溶液１２０が満たされ静止状態に置かれると、当該領域において試料溶液１２０の表面張力の発生が抑えられるので、水晶振動子２を安定して発振させることができる。
（第一の実施形態）
本発明に係る水晶センサの第１の実施形態について、図２から図５を用いて説明する。図２は本発明に係る水晶センサの一例を示した斜視図であり、当該水晶センサは配線基板４、水晶保持部材３、水晶振動子２、蓋部５の各部品がこの順に下から重ね合わされることにより構成される。図３は当該水晶センサの各部品の上面側を示した分解斜視図である。

水晶振動子２は、水晶片２１、励振電極２２、２３及び導出電極２４、２５より構成されている。水晶片２１は周線の一部が直線状に切欠された板状に形成されている。この水晶片２１の一面側及び他面側には箔状の一方の励振電極２２及び他方の励振電極２３が夫々貼着して当該水晶片２１よりも小径の円形状に形成されている。また前記水晶片２１の一面側には、箔状の一方の導出電極２４の一端側が前記一方の励振電極２２に接続されて形成され、この導出電極２４は、水晶片２１の端面に沿って屈曲され、水晶片２１の他面側に回し込まれている。これら励振電極２２、２３及び導出電極２４、２５は振動子電極をなすものである。

さらに水晶片２１の他面側には、箔状の他方の導出電極２５の一端側が前記他方の励振電極２２に先の一方の導出電極２４と同様のレイアウトで接続されて形成され、水晶片２１の両面において、励振電極２２（２３）及び導出電極２４（２５）のレイアウトが同じになっている。

前記励振電極２１、２２及び導出電極２３、２４の等価厚みは例えば０．２μｍであり、電極材料としては、金あるいは銀などが好適であるが、流体中での周波数安定性の高さと使用前の空気中保存下での電極表面の酸化に強いことから金が好ましい。また、当該水晶センサを用いて感知しようとする対象物質例えばダイオキシンを選択的に吸着する吸着層である抗体等を予め当該水晶振動子２の一面側に付着させておく。

前記水晶振動子２を保持する水晶保持部材３は、例えば厚さ１ｍｍのゴムシートからなり、後述の配線基板４に対応した形状に作られている。即ちこの水晶保持部材３は長方形状体の前方側の一縁の中央に矩形状の切り欠き３ａが形成され、後方側の両隅部に夫々矩形状の切り欠き３ｂ、３ｃが形成された形状となっている。なお、当該水晶保持部材３の材料としてはゴムが好ましいが他の弾性素材を用いてもよい。水晶保持部材３の一面側には凹部３１が形成されており、その形状は、凹部３１に水晶振動子２を容易に載置できるように、水晶振動子２の形状の相似形となるように形成され、前記水晶振動子２のサイズと略同一のサイズ、例えば同一かあるいはそれよりもわずかに大きく形成される。また前記凹部３１の外側部位には、後述の導電性接着剤の塗布スペースを形成する透孔３４、３５が当該凹部３１を挟んで対向するように穿設されている。なお凹部３１の深さは水晶振動子２の厚みよりも少し大きく設定される。凹部３１の底部中央には、励振電極２３のサイズに対応し、当該励振電極２３に接する気密雰囲気を形成するための円形状の凹部３２が形成されている。

次に配線基板４について説明する。この配線基板４は例えばプリント基板からなり、前端側から後端側に向けて電極４４、前記水晶保持部材３の裏面側から突出する円形の凸部３３に対応する円形状の孔部４３及び、電極４５がこの順に形成されている。また電極４５が形成されている箇所よりも後端側寄りには、２本の並行するライン状の導電路パターンが、夫々接続端子部４１、４２として形成されている。一方の接続端子部４１はパターン４８を介して電極４４と電気的に接続されており、他方の接続端子部４２はパターン４９を介して電極４５と電気的に接続されている。なお孔４６、４７は、水晶保持部材３の係合突起３６、３７（図４参照）と夫々係合する係合孔である。そして前記水晶保持部材３の裏面側に突出している凸部３３を配線基板４の孔部４３に嵌入させると共に、水晶保持部材３の係合突起３６、３７と配線基板４の係合孔４６、４７とを夫々嵌合（係合）させることにより、基板４の表面と前記水晶保持部材３の裏面とが密着した状態で、水晶保持部材３が基板４上に固定される。またこのときに、水晶保持部材３の孔３４及び孔３５を介して電極４４及び電極４５の一部分又は全体が上面へと露出される。

次に蓋部５の構成について述べる。蓋部５は、図４に示されるように下面側に凹部５０が形成されている。この凹部５０は図４及び図５に示すように水晶保持部材３における凹部３２全体を包含する広さの第１領域５１と、この第１領域５１の前後に夫々形成された第２領域５４及び第３領域５５とを含んでいる。第１領域５１は、試料溶液が水晶振動子２に接触する測定領域をなすものであり、この第１領域５１の上面には、水晶振動子２における励振電極２２と同じかそれよりも大きいサイズの対向面部５７が設けられ、この対向面部５７内の投影領域内に励振電極２２が収まることになる。第２領域５４及び第３領域５５は、水晶保持部材３における導電性接着剤塗布用の孔３４、３５に夫々かかっており、その上面側には夫々試料溶液の注入口５２及び確認口（検出口）５３が形成されている。即ち注入口５２、確認口５３は対向面部５７よりも高いレベルに位置している。これら第１領域５１、第２領域５４及び、第３領域５５を含む凹部５０は注入空間に相当するものであり、この凹部５０を囲む周囲部分の下面、つまり蓋部５の内面は、水晶保持部材３における水晶振動子２を囲む面に密接してこれを押圧する押圧面（密接面）としての役割を持つ。また蓋部５の内面にはこの押圧面を囲むようにリブ５６が設けられている。

また注入口５５は測定試料の注入を容易にする目的で、蓋部５の内部から蓋部５上面へ向かうに従って、次第にその口径が大きくなるように、即ち当該注入口５５の内周はスロープ状になるように形成されている。確認口５３は、その確認口５３に現れる水位を観察し易いように蓋部５の内部から蓋部５の上面の後端側へ向けて前記確認口５３のスロープよりも緩やかな傾斜を持つスロープ部分を持つように形成されている。なお蓋部５を上面から見た場合に、このスロープ部分が、露出されるように確認口５３は形成されている。

このような構造の水晶センサは次のようにして組み立てられる。先ず前述のように水晶保持部材３と基板４とを嵌合させ、さらに水晶保持部材３の凹部３６上に水晶振動子２をその凹部３６に嵌合させるように載置する。それから孔３８（３９）を介して水晶振動子２の導出電極２４（２５）と基板４の電極４６（４８）とが電気的に接続されるように導電性接着剤２００を水晶保持部材３の上からディスペンサーなどにより供給する。この導電性接着剤２００により水晶振動子２は水晶保持部材３上に固着される。こうして水晶振動子２の下面側には気密空間（凹部３６内の空間）が形成され、ランジュバン型水晶センサが構成される。

次いで前記基板４と水晶保持部材３との組立体の上面から蓋部５を、その各爪部５ａ、５ｂ、５ｃと各切欠き部４ａ、４ｂ、４ｃとを嵌合させるように被せて基板に向かって押圧する。これにより蓋部５に形成された各爪部５ａ、５ｂ，５ｃが基板４の外側へと撓み、さらに各爪部５ａ、５ｂ、５ｃが各切欠き部４ａ、４ｂ、４ｃを介して基板４の周縁部の下面に回りこむと同時に各爪部５ａ、５ｂ、５ｃが内方側への復元力により元通りの形状になり、基板４が各爪部５ａ、５ｂ、５ｃに挟み込まれて互いに係止される。また蓋部５の内側の前記押圧面が水晶保持部材３の上面に密接し、試料溶液の注入空間が形成される。また測定前に水晶振動子２に注入口５２及び確認口５３から侵入した不純物が付着するのを防ぐために、注入口５２及び確認口５３はフィルムシート状の保護シート（図示せず）で被覆される。

本実施形態における水晶センサが使用される際には、作業者が蓋部５の注入口５２を介して試料溶液を注入器により第２領域５４内に所定量流入させると、試料溶液はさらに第１領域５１に流れ込むことで水晶振動子２の一面が測定雰囲気に接する。なおこの際に蓋部５の水晶保持部材３にめり込んだリブ５６に阻まれることで、試料溶液が蓋部５と水晶保持部材３との間から当該水晶センサ外へ漏洩することが確実に防止される。また、第１領域５５に流れ込んだ試料溶液は第３領域５５にも流れ込む。試料溶液の注入を続けると各領域で試料溶液の水位が上昇するが第１領域５１中に試料溶液が満ちると当該領域において表面張力が消失する。従って水晶振動子２の励振電極２２には試料溶液の表面張力による応力が作用しないので、水晶振動子２が確実に発振し、また測定対象物の吸着分に対応した周波数で発振するため、高精度な測定を行うことができる。測定感度を高めるためには既述のように水晶振動子の周波数を高くすることが必要であり、そのためには水晶振動子の厚さが小さくなって、僅かな応力が作用しても測定に大きな影響を及ぼすことから、この発明は高感度、高精度の測定（測定対象物の有無検出あるいは濃度測定）を実現することができる。

以上のことから本発明は、特に水晶振動子の固有振動数が８．３ＭＨｚ以上である場合に、つまり水晶片の等価厚みが２００μｍ以下の場合に有効であると捉えているが、この発明はこのような条件に限定されるものではない。
なお試料溶液が第１領域を満たすと共に第３領域における試料溶液の液面は、確認口５３に達して、試料溶液を加え続けた場合、当該液面は確認口５３に形成されたスロープ部分を登っていく。これにより当該水晶センサに試料溶液を注入したこと及び第１領域５１中に試料溶液が満ちていることが、当該水晶センサの外部から容易に判別される。

ここで水晶センサは、例えばブロック図である図６で示されるような構成をもつ測定器本体６に接続されることで感知装置の検知部として使用される。図中６２は、水晶センサの水晶片２１を発振させる発振回路、６３は基準周波数信号を発生する基準クロック発生部、６４は例えばヘテロダイン検波器からなる周波数差検出手段であり、発振回路６２からの周波数信号及び基準クロック発生部６３からのクロック信号に基づいて両者の周波数差に対応する周波数信号を取り出す。６５は増幅部、６６は増幅部６５からの出力信号の周波数をカウントするカウンタ、６７はデータ処理部である。

水晶センサの周波数としては例えば９ＭＨｚが選ばれ、また基準クロック発生部５３の周波数としては例えば１０ＭＨｚが選ばれたとすると、感知対象物質である例えばダイオキシンが当該水晶センサに含まれる水晶振動子２に吸着していないときには、周波数差検出手段６４では、水晶センサ側からの周波数と基準クロックの周波数との差である１ＭＨｚの周波数信号（周波数差信号）が出力されるが、試料溶液中に含まれる測定対象物質（例えばダイオキシン）が水晶振動子２に吸着すると、固有振動数が変化し、このため周波数差信号も変化するので、カウンタ６６におけるカウント値が変化する。そして例えば周波数の変化分（カウント値の変化分）と試料溶液中の測定対象物例えばダイオキシンの濃度との検量線を予め作成しておくことにより、測定対象物質の濃度あるいは有無を検知できる。

図７は上述の測定器本体６の一例を示す図である。図７（a）で示されるように当該測定器本体６は、本体部７１と本体部７１の前面に形成されている開閉自在の蓋部７２とからなる。蓋部７２を開くと図６（ｂ）で示すように本体部７１の前面が現れる。この本体部７１の前面には当該水晶センサの差込口７３が複数形成されており、当該差込口７３は、例えば８つ、直線状に一定の間隔を持って形成されている。

測定器本体６の各差込口７３に対して、各水晶センサの基板４０の後端側を水平に一定の深さまで差し込むことで、基板４の接続端子部４１、４２と差込口７３の内部に形成された電極とが電気的に接続されると同時に、差込口７３の内部が基板４を挟持することで水晶センサが水平を保ったまま測定器本体６に固定される。このような構造とすれば特殊なアタッチメントなどを必要とせずに直接測定器６本体に接続することができるので、配線が測定台上に引き回されず、従って測定作業がやりやすい。

次に本発明の他の実施形態について説明する。図８は本実施形態に係る水晶センサに用いられるリング状の水晶保持部材８を示している。この水晶保持部材８は弾性のある材質例えばゴムからなり、一面側が水晶振動子を載置する載置部８１、他面側が基板９へ嵌入する嵌入部８２として構成されている。載置部８１は、水晶振動子２の励振電極２２と同一サイズか、またはわずかに大きいサイズの透孔８４が中心部に形成されると共に、外形が水晶振動子２と略同一サイズのリング状の載置面部８４ａと、この８４ａの周囲を囲む周壁部８０と、を備えている。周壁部８０の上面部には、互いに対向する部位に切り欠き８４ｂ、８５が形成されると共に、当該上面部における８４ｂ、８５の間には、載置面部８４ａとの間に水晶片２１の厚さに相当する隙間を介して内方側に突出する突片８８が形成されている。また周壁部８０における突片８８と対向する内面は、水晶片２１の外周の一部の直線部位に合わせて直線状に形成されている。嵌入部８２は載置部８１における載置面部８４とは反対側中央に設けられ、その外形が後述の配線基板（例えばプリント基板）９の孔部である透孔９３（図９（ａ）参照）に嵌入される大きさに形成され、かつ配線基板９の厚さに相当する長さのリング部８６と、このリング部８６の先端周縁に形成されたフランジ８７とを備えており、リング部８６の内部空間は前記透孔８４に連通している。

図９はこの実施の形態に用いられる配線基板９及び組立工程を示す。配線基板９は一端側にプリント配線からなる接続端子部９１、９２が形成され、これら接続端子部９１、９２は先の実施形態と同様に測定器本体６に着脱できるようになっている。配線基板９の中央には前記水晶保持部材８のリング部８６の外形に対応する大きさの円形の透孔９３が穿設されており、リング部８６を配線基板９の一面側から透孔９３に嵌入することにより、配線基板９の他面側にてフランジ８７が係止され、これにより水晶保持部材８が配線基板９に固定されることになる。そして載置部８１の突片８２を少し持ち上げて当該載置部８１に水晶振動子２を嵌め込む。図８（ｃ）及び図９（ｃ）は水晶振動子２が載置部８１に嵌め込まれた状態を示す平面図である。

更に水晶振動子２の電極（この例では導出電極２４、２５）と配線基板９側の電極９４、９５とを夫々切り欠き８４、８５を介して導電性接着剤９０により接続する。なお電極９４、９５は接続端子部９１、９２に夫々電気的に接続されている。次いで図１０（ａ）に示すように弾性シート例えばゴムシート９Ａを、その中央部に形成された透孔９３と水晶振動子２とが重なるように配線基板９の他面側に重ね合わせ、更にこのシート９Ａに蓋部である上ケース９Ｃを重ね合わせ、上ケース９Ｃの周縁と配線基板９の周縁部とを係合させる（図１０（ｃ））。上ケース９Ｃは先の実施形態のように注入空間Ｃ１及びこの注入空間に連通する注入口Ｃ２及び確認口Ｃ３が形成されている。また配線基板９の一面側においても基台部をなす下ケース９Ｂを装着する（図１０（ｂ））。なお図１０（ｄ）に示すように下ケース９Ｂにおける載置部８１に対応する位置には凹部Ｂ１が形成され、この凹部Ｂ１内の空間が水晶振動子２の一面側に接する気密空間をなしている。従ってこの例においてもランジュバン型の水晶センサが構成されることになる。

このようにして組み立てられた水晶センサは水晶保持部材８のリング穴８４を介して水晶振動子２の一面側が試料溶液の収容領域に接しており、先の実施形態と同様にして測定を行うことができる。そしてこの例においても図１０（ｄ）で示すように水晶振動子２の他面側は、収容領域を介して上ケース９Ｃの水晶振動子２よりも大きいサイズの対向面部に面している、即ち当該水晶振動子２の励振電極２２は前述の要部の基本構造で述べた第１領域に面している。この第１領域の前後は要部の基本構造で述べた第２、第３領域に相当する領域に隣接しているため、この実施形態においても測定時に試料溶液の表面張力の影響が抑えられた状態で水晶振動子２を発振させて測定を行うことが可能である。

以上において本発明者は固有振動数が３０ＭＨｚの水晶振動子を用い、図１１に示す構造を作成し、２００μＬの精製水を注入して発振させようとしたが、発振しなかった。これに対して同様の水晶振動子を用いた、先の第一の実施の形態の水晶センサに対して同様の試料溶液を注入したところ安定して発振していた。

本発明にかかる水晶センサの要部の構造を示した説明図である。本発明に係る水晶センサの一実施の形態を示した斜視図である。前記水晶センサの各部品の上面を示した分解斜視図である。前記水晶センサの各部品の下面を示した分解斜視図である。前記水晶センサの縦断側面図である。本発明に係る水晶センサが接続される測定器本体の構成の一例を示したブロック図である。前記測定器本体の一例であるバイオセンサーを示した斜視図である。他の実施の形態に係る水晶センサに用いられるリング状の水晶保持部材の一例を示した説明図である。前記水晶保持部材を用いた水晶センサの組み立て工程図である。前記水晶保持部材を用いた水晶センサの組み立て工程図である。従来用いられている水晶センサの構成の一例を示した説明図である。前記水晶センサに含まれる水晶振動子が受ける表面張力の影響を示した説明図である。

符号の説明

１０１、５１第１領域
１０２、５４第２領域
１０３、５５第３領域
２水晶振動子
２２、２３励振電極
３、８水晶保持部材
４、９配線基板
４１、４２、９１、９２接続端子部
５蓋部
６測定器本体

Claims

試料溶液を注入口よりも低い液面レベルまで満たし、試料溶液を静止させた状態で当該試料溶液中の測定対象物を測定するために用いられる水晶センサにおいて、
気密空間を形成するための凹部を備えた部材と、
水晶片の一面側及び他面側に各々励振電極が設けられ、他面側の励振電極が前記気密空間に臨むように当該凹部を塞いだ状態で前記部材に保持されている水晶振動子と、
前記一面側の励振電極に設けられ、試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層と、
前記水晶振動子の一面側の上方空間を囲み、前記吸着層に接する試料溶液の収容領域を形成するための収容領域形成部と、
前記水晶振動子の一面側に対して前記収容領域を介して対向し、当該水晶振動子の励振電極よりも大きい、試料溶液の表面張力の影響を抑えるための対向面部と、
この対向面部の外側領域にて、前記対向面部よりも高い位置に形成され、前記収容領域に試料溶液を注入するための注入口と、
前記注入口とは異なる位置にて前記収容領域に連通し、試料溶液の液面レベルを確認するための確認口と、
を備え、
測定対象物が吸着層に吸着されることによる水晶振動子の固有振動数の変化に基づいて測定対象物を測定し、その測定は、試料溶液を対向面部の下方側に満たした静止状態で行われることを特徴とする水晶センサ。
水晶振動子はプリント基板に装着され、当該プリント基板の一部が外部に露出して、露出部分に接続端子が設けられていることを特徴とする請求項１記載の水晶センサ。
水晶片の等価厚みが２００μｍより薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の水晶センサ。
請求項１ないし３のいずれか一つに記載された水晶センサと、この水晶センサの固有振動数の変化を検出して測定対象物の有無及び／または濃度を測定する測定器本体と、を備えたことを特徴とする感知装置。