JP5917973B2 - Sawセンサおよびsawセンサ装置 - Google Patents
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Description
もしくは液体の成分を測定するSAWセンサが知られている。
図1は、SAWセンサ100及びそれを用いたSAWセンサ装置200の原理を説明するための概略図である。SAWセンサ装置200は、高周波信号印加手段210と、SAWセンサ100と、電気信号サンプリング手段220とを有する。
う電極対で構成される。電極対の一方は圧電基板1上に形成された信号線8及びパッド電極9を介して電気信号サンプリング手段220に電気的に接続される。電極対の他方は、信号線8及び基準電位に接続されるパッド電極9Gに接続される。
入力側・出力側IDT電極5,6の電極対:25
電極指ピッチ:5μm(弾性表面波の1/2波長)
弾性表面波の伝搬速度:4000m/s
弾性表面波の波長:10μm
中心周波数:411MHz
検出部7の長さ:約300λ(3mm)
遅延時間:0.86μsec
SAWセンサにおいて、単発パルス信号を入力側IDT電極5に入力したときに、出力側IDT電極6から出力される信号を図2に示す。図2において、横軸は時間(単位:μsec)であり、縦軸は1で規格化した振幅特性である。図2において(a)は0μsecから6μsecまで時間における振幅特性を示すものであり、(b)は0.6μsecから1.2μsecの区間の特性を拡大したものである。
出力応答時間より大きくすることが好ましい。このようなパルス幅とすることにより、出力側IDT電極6から出力される電気信号は、図3(a)のようになり、出力応答時間を超える値とすることにより、各単発パルスの直達波の影響によらず主応答信号のみの情報を入手できる時間を確実に出力応答時間分確保することができる。一方、図3(b)に示すように、高周波信号の印加時間を出力応答時間以下とすると、主応答信号のみの情報を入手できる時間が短くなるので好ましくない。なお、図3において、直達波は容量成分のため、指数関数的な波形となり、主応答波は弾性表面波であるため三角波であるが、便宜的に矩形波と仮定して図示している。また、1パルスのパルス幅の上限は、図2(a)に示すように3次応答波の影響をなくすために3次応答波の到達時間未満であることが好ましい。すなわち、1パルスのパルス幅の上限は、遅延時間の3倍の時間である。
上述の説明の通り、パルス幅は長い方が好ましいが、一方で、高周波信号印加手段210からの1パルスが、出力側IDT電極6から出力される電気信号に混入する恐れがある。
上述のSAWセンサ100の具体的な構成について詳述する。SAWセンサ100は、検体中に存在する標的の吸着またはこの標的との反応に応じて重量が単調変化する検出部7aを有する。この検出部7aは、例えば検体の導電率などの電気的性質の影響を受けないAuの膜に、標的に対して特異的に吸着させるような反応性を有する反応基を固定化させることで実現できる。なお、標的自体を吸着させなくてもよい。例えば、Auの膜に、標的に対して反応すると同時に、検体中に存在する標的以外の物質と反応するような特性を有する反応基を固定化させてもよい。なお、このAu膜は電気的に短絡していることが望ましい。
しくは検体溶液の流出口である第2貫通孔19が設けられている。
化したようなアプタマーをつけないものとする。さらに、検体溶液に対して反応性を低め安定化させるような表面処理を行なってもよい。
るために酸化珪素などの保護膜を設ける必要があるが、本願発明者が調べた結果、このような保護膜が検体液の流路内に露出していると検出感度のばらつきが大きくなる、あるいは検出感度が低下するといった不具合が生じやすくなることが判明した。
の淀みができやすい。検体の淀みができると、例えば、空間20に充填された検体中の標的物質の濃度が場所によって異なり、検出感度の低下などを招く。これに対し、SAWセンサ100のように空間20の角部が丸みを帯びるようにすれば、検体の淀みができにくく、空間20内における標的物質の濃度を均一化することができる。
例えば、上述した検体センサ100Aにおいては、検出部が金属膜7と金属膜7の表面に固定化されたアプタマーからなるものについて説明したが、検体液中の標的物質が金属膜7と反応する場合には、アプタマーを使用せず金属膜7だけで検出部を構成してもよい。
ることが可能である。
2・・・板状体
3・・・カバー
4・・・保護膜
5a・・・入力側IDT電極
5b・・・リファレンス入力側IDT電極
6a・・・出力側IDT電極
6b・・・リファレンス出力側IDT電極
7a,7b・・・(検出部として機能する)金属膜
8・・・配線
9・・・パッド
10・・・短絡電極
11a,11b・・・第1振動空間
12a,12b・・・第2振動空間
20・・・空間
31・・・基準電位線
32・・・π/2遅延線
100・・・SAWセンサ
200・・・SAWセンサ装置
210・・・高周波信号印加手段
220・・・電気信号サンプリング手段
Claims (7)
- 圧電基板と、
該圧電基板の一主面に配置された、高周波信号の印加によって弾性表面波を発生する入力側IDT電極と、
前記圧電基板の一主面に配置された、前記入力側IDT電極からの前記弾性表面波を受信して電気信号に変換して出力する出力側IDT電極と、
前記圧電基板の一主面のうち前記入力側IDT電極および前記出力側IDT電極の間に位置した、前記弾性表面波を遅延させるとともに、検体が備える標的の吸着または該標的との反応に応じて質量が変化する検出部とを有し、
前記入力側IDT電極に、前記高周波信号が、前記検出部による前記弾性表面波の主応答信号の遅延時間から前記入力側IDT電極と前記出力側IDT電極との電磁結合に起因する直達波の半値幅に相当する到達時間を差し引いた時間以上であり、かつ前記入力側IDT電極から前記出力側IDT電極への前記弾性表面波の3次応答波の到達時間未満の印加時間の1パルスの信号として入力される、SAWセンサ。 - 前記圧電基板の前記一主面上に前記入力側IDT電極,前記出力側IDT電極および前記検出部を覆うように配置された、導入口から下面の前記検出部上まで延びる流路を有する保護部材をさらに有する請求項1に記載のSAWセンサ。
- 請求項1または請求項2に記載のSAWセンサと、前記1パルスの信号を生成する高周波信号印加手段とを有するSAWセンサ装置。
- 前記高周波信号印加手段による前記1パルスの信号の印加時間と、前記出力側IDT電極からの前記電気信号の出力時間とが一部重複する、請求項3記載のSAWセンサ装置。
- 前記出力側IDT電極から出力される前記電気信号をサンプリングする電気信号サンプリング手段をさらに有する、請求項3または4記載のSAWセンサ装置。
- 前記電気信号サンプリング手段は、前記1パルスの信号の印加を開始してから、前記1パルスの信号の前記印加時間と前記直達波の信号幅に相当する時間とを足し合わせた時間以上を経過した後にサンプリングする、請求項5に記載のSAWセンサ装置。
- 前記電気信号サンプリング手段は、前記電気信号をフーリエ変換した際に時間によらずに信号が一定である領域においてサンプリングする、請求項5に記載のSAWセンサ装置
。
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