弾性表面波センサ
【課題】簡易に測定でき、かつ、測定の精度を向上できる。
【解決手段】弾性表面波を伝播する圧電素子基板（１０）と、電気信号と前記弾性表面波との変換を行う電極（１１−１ａ、１１−１ｂ、１１−２ａ、及び１１−２ｂ）と、前記弾性表面波の伝播路に配置され、検体である液体が導入される検出領域（１２）と、前記検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材（１３）と、前記電極が液体と接触することを防ぐ封止構造（１４−１及び１４−２）と、を備える。
【解決手段】弾性表面波を伝播する圧電素子基板（１０）と、電気信号と前記弾性表面波との変換を行う電極（１１−１ａ、１１−１ｂ、１１−２ａ、及び１１−２ｂ）と、前記弾性表面波の伝播路に配置され、検体である液体が導入される検出領域（１２）と、前記検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材（１３）と、前記電極が液体と接触することを防ぐ封止構造（１４−１及び１４−２）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路に用いられるバンドパスフィルタの一つとしてＳＡＷ（Surface Acoustic Wave；弾性表面波）フィルタが知られている。ＳＡＷフィルタは、小型かつ良好な減衰特性を持つため、携帯電話を始めとして様々な電子機器に利用されている。ＳＡＷフィルタは、例えば、圧電素子基板上に弾性表面波を発生させ、また弾性表面波を検出するための櫛型電極（Inter Digital Transducer；ＩＤＴ）を有する。
【０００３】
ＳＡＷフィルタに関する技術として、例えば、特許文献１には、圧電性基板上に、送信電極部を構成するＩＤＴと受信電極部を構成するＩＤＴとの間に形成され、検体である液体が導入される検出領域（センサ表面となる領域）を備えた弾性表面波センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８６６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の弾性表面波センサは、センサ表面に直接溶液を滴下する方法か、或いはセンサ表面を溶液にディップ（浸す）する方法により利用されていた。そのため、センサ表面は剥き出しの構造をとる必要があり、表面に傷などの損傷が発生しやすく、簡易に測定できないという問題があった。
また、滴下される溶液が確実にセンサ表面を覆い隠すことが、測定の精度を十分に確保するために要請されるが、溶液を滴下する方法ではこの要請に応えることができないという問題もあった。
また、滴下される溶液が所望の測定時間中に揮発などによって維持できないという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易に測定でき、かつ、測定の精度を向上できる弾性表面波センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、弾性表面波を伝播する圧電素子基板と、電気信号と前記弾性表面波との変換を行う電極と、前記弾性表面波の伝播路に配置され、検体である液体が導入される検出領域と、前記検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材と、前記電極が液体と接触することを防ぐ封止構造と、を備えることを特徴とする弾性表面波センサである。
（２）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記多孔性基材は、平面視において前記検出領域に重ならない部分を有することを特徴とする。
（３）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記多孔性基材は、目的物と反応する物質を含む反応層または目的物以外を除去するフィルタ層のうち少なくとも１つの層を備えることを特徴とする。
（４）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記電極は２対の電極対であって、前記検出領域は、前記２対の電極のうち一方の電極対と電気的に接続する短絡型反応領域と、前記２対の電極のうち他方の電極対と電気的に接続しない開放型反応領域と、を有することを特徴とする。
（５）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記電極は複数の電極対であって、複数の前記電極対各々の間に設けられた前記多孔性基材に、目的物と反応する異なる反応物をそれぞれ有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易に測定でき、かつ、測定の精度を向上できる弾性表面波センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るＳＡＷセンサの概略的な模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＳＡＷセンサの概略的な斜視図である。
【図３】本実施形態に係るＳＡＷ素子のセンス回路を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＳＡＷセンサの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＳＡＷセンサの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るＳＡＷセンサの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係るＳＡＷセンサの概略的な模式図である。
図１（ａ）は、ＳＡＷセンサ１の概略的な上面図であり、図１（ｂ）はＳＡＷセンサ１を切断面Ａから見た概略的な断面図である。
ＳＡＷセンサ１は、圧電素子基板１０、送信電極１１−１ａ、送信電極１１−１ｂ、受信電極１１−２ａ、受信電極１１−２ｂ、反応領域薄膜１２、多孔性基材１３、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
圧電素子基板１０は、ＳＡＷを伝播する基板である。圧電素子基板１０は、水晶基板である。
【００１１】
送信電極１１−１ａ、及び送信電極１１−１ｂは、送信側電極部を構成する櫛歯状のパターンにより形成された金属電極である。以下、送信電極１１−１ａ、及び送信電極１１−１ｂを総称してＩＤＴ１１−１と呼ぶものとする。
また、受信電極１１−２ａ、及び受信電極１１−２ｂは、受信側電極部を構成する櫛歯状のパターンにより形成された金属電極である。以下、受信電極１１−２ａ、及び受信電極１１−２ｂを総称してＩＤＴ１１−２と呼ぶものとする。
ＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ−１１−２（総称してＩＤＴ１１と呼ぶ）は、圧電素子基板１０上に構成される電極である。ＩＤＴ１１は、対向した一対の電極である。ＩＤＴ１１は、例えばアルミニウム薄膜によって構成される。
【００１２】
反応領域薄膜１２は、金を蒸着して生成した薄膜である。反応領域薄膜１２は、表面に抗体を担持した薄膜である。反応領域薄膜１２は、圧電素子基板１０上であって、圧電素子基板１０上に対向して設けられた一対のＩＤＴ１１の間の領域に形成される。
圧電素子基板１０と反応領域薄膜１２との重なる部分が、検体である液体が導入される検出領域（センサ表面となる領域）となる。
【００１３】
多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２に接して設けられる基材である。多孔性基材１３は、例えばニトロセルロースなどの物質から構成される。多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２を完全に覆うように固定される。多孔性基材１３は、例えば、反応領域薄膜１２の外側四隅に接着して固定される。多孔性基材１３は、滴下された溶液を保持し、その内部、及び表面に溶液を浸潤させる。
多孔性基材１３は、滴下された溶液を、毛細管現象により多孔性基材１３内及び反応領域薄膜１２の表面に移送し、保持する。
つまり、ＳＡＷセンサ１は、滴下された溶液を多孔性基材１３内部及び反応領域薄膜１２の表面に保持する。
【００１４】
ＳＡＷセンサ１では、多孔性基材１３内を移送された溶液は、反応領域薄膜１２の特定の領域を濡らす。ここで、特定の領域とは、多孔性基材１３と反応領域薄膜１２との重なる部分によって面積が定められる領域である。例えば、反応領域薄膜１２の全面を多孔性基材１３で覆う場合、反応領域薄膜１２の全領域となる。
溶液中の抗原は、反応領域薄膜１２上に担持された抗体と反応し、反応領域薄膜１２上の特定領域に抗原抗体結合物を生成する。
すなわち、反応領域薄膜１２では、その表面に抗原を含んだ液体試料を滴下することにより、反応領域薄膜１２上に担持された抗体と、液体試料中の抗原との間で抗原抗体反応が起こる。その結果、反応領域薄膜１２上には、反応領域薄膜１２上に担持した抗体と抗原が結合した抗原抗体結合物が生成する。なお、反応領域薄膜１２は、金以外であっても抗体を担持できるものであればいかなるものでもよい。
なお、図１に示す例では、多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２よりも大きいため、反応領域薄膜１２からはみ出しているが、多孔性基材１３は、必ずしも図示したように反応領域薄膜１２からはみ出さなくてもよく、反応領域薄膜１２と平面視において同じ面積になるように重ねても、或いは平面視において反応領域薄膜１２の内側となるように面積を小さく配置してもよい。多孔性基材１３が、反応領域薄膜１２の特定領域を覆うように配置されていればよい。
【００１５】
送信電極部側の封止構造１４−１は、封止壁１５−１と封止天井１６−１とを備えている。なお、封止壁１５−１と封止天井１６−１との間には両者を接着するための接着層が設けられるが、図１においては省略している。
封止壁１５−１は、ＩＤＴ１１−１を覆う壁であり、圧電素子基板１０上に矩形状に形成される。封止壁１５−１は、例えば感光性樹脂により構成される。
また、封止天井１６−１は、封止壁１５−１の上側を塞ぎ、ＩＤＴ１１−１を外部から密閉するための天井である。封止天井１６−１は、封止天井１６−１の平面領域内に封止壁１５−１が収まるように封止壁１５−１の上側に配置される。封止天井１６−１は、例えばガラス基板で構成される。なお、封止壁１５−１と封止天井１６−１との間には、不図示の接着層が設けられ、封止壁１５−１と封止天井１６−１との間を密封して接着する。
封止構造１４−１は、ＩＤＴ１１−１を外部から密閉してＩＤＴ１１−１上に空間を形成するように覆い、ＩＤＴ１１−１が液体と接触することを防ぐ封止構造である。
【００１６】
また、受信電極部側の封止構造１４−２は、封止構造１４−１と同様に、封止壁１５−２と封止天井１６−２とを備え、ＩＤＴ１１−２を外部から密閉してＩＤＴ１１−２上に空間を形成するように覆い、ＩＤＴ１１−２が液体と接触することを防ぐ封止構造である。
これら封止構造１４−１、及び封止構造１４−２により、検出領域における雰囲気（例えば湿度）の変化があったとしても、ＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−２は、その影響を受けにくくなる。
また、図１では、多孔性基材１３を封止構造１４−１、及び封止構造１４−２の封止天井と重なるように配置する例を示しているが、多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２が配置されるセンサの検出領域を覆うように配置されていれば、封止天井と重なるように配置する必要はない。もっとも、多孔性基材１３を封止天井と重ならないように配置する場合であって、多孔性基材１３が表面弾性波の進む方向に大きくずれた（目ズレした）としても、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２が、それぞれＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−２を保護するので、ＩＤＴが溶液で濡れることはなく、ＩＤＴの弾性波送信動作または弾性波受信動作に影響を与えることはない。
【００１７】
図２は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１の概略的な斜視図である。
図２において、図１と同様な構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図２において、図１に示した反応領域薄膜１２、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２は省略している。
ＩＤＴ１１−１は、後述するバースト回路２２から、送信信号であるバースト信号が入力される。ＩＤＴ１１−１は、入力されたバースト信号に対応するＳＡＷを圧電素子基板１０の表面に励起する。ＩＤＴ１１−２は、圧電素子基板１０の表面を伝播してきたＳＡＷを電気信号に変換する。ＩＤＴ１１−２は、受信した電気信号（検出信号と呼ぶ）を後述する位相・振幅検出回路２３に出力する。
なお、符号Ｓを付した領域は、溶液が滴下される多孔性基材１３の一部を表す。領域Ｓは、ＩＤＴ１１−１とＩＤＴ１１−２とが配置された方向に垂直方向にあって、かつ、多孔性基材１３の外側に延びる方向に形成された多孔性基材１３の一部の領域である。
ＳＡＷセンサ１の測定者が、例えば、図２に示すマイクロピペット１７を用いて溶液をこの領域Ｓに溶液を滴下すると、多孔性基材１３は、滴下された溶液を、毛細管現象により多孔性基材１３内及び反応領域薄膜１２の表面に移送し、保持する。
つまり、多孔性基材１３が、平面視において検出領域に重ならない部分を有していても、多孔性基材１３が溶液を反応領域薄膜１２の表面に移送し、保持することで、反応領域薄膜１２の特定領域、例えば表面（検出領域）全体を、滴下された溶液により濡らすことができる。
【００１８】
図３は、ＳＡＷセンサ１を用いた溶液測定に使用するセンス回路２０を示す概略ブロック図である。図示する例では、センス回路２０は、ＳＡＷセンサ１、交流信号源２１、バースト回路２２、位相・振幅検出回路２３、ＰＣ２４（Personal Computer）を含んで構成される。
交流信号源２１は、例えば、２５０ＭＨｚの正弦波交流信号を発生する。交流信号源２１は、生成した交流信号をバースト回路２２に出力する。
バースト回路２２は、交流信号源２１から入力された交流信号を、周期的なバースト信号に変換する。ここで、バースト信号の周期は、ＳＡＷが圧電素子基板１０の表面のＩＤＴ１１−１からＩＤＴ１１−２までの間を進行するのに要する時間より大きくなるようにする。バースト回路２２は、生成したバースト信号をＳＡＷセンサ１のＩＤＴ１１−１及び位相・振幅検出回路２３に出力する。
なお、バースト回路２２はＳＡＷセンサ１から出力される信号に含まれる主とする信号以外の直達波や他のバルク波などを含むノイズ等の妨害信号が十分に小さい場合には必要なく、連続波を用いてよい。
【００１９】
位相・振幅検出回路２３は、ＳＡＷセンサ１のＩＤＴ１１−２から入力された検出信号、及びバースト回路２２から入力されたバースト信号に基づいて、ＳＡＷが圧電素子基板１０を伝播するのに要した時間である伝播時間による位相変化と振幅変化を算出する。具体的には、位相・振幅検出回路２３は、バースト信号の入力から、検出信号の入力までに要した伝播時間による位相変化と振幅の減衰量を検出する。位相・振幅検出回路２３は、検出した位相変化と振幅の減衰量をＰＣ２４に出力する。
ＰＣ２４は、位相・振幅検出回路２３から入力された位相変化と振幅の減衰量に基づいて、表面の抗体と特異的に反応した溶液中の抗原の量と種類を判定し、判定結果を表示する。
【００２０】
ここで、ＳＡＷの位相変化と振幅の減衰量について説明する。ＳＡＷは、圧電素子基板１０の表面近傍に集中して伝播する音響波である。圧電素子基板１０は、その表面に物質が吸着すると、その表面の単位体積当たりの質量と粘性が変化する。その結果、ＳＡＷの伝播速度と振幅が変化する。従って、ＳＡＷの伝播時間が変化し、振幅の減衰量が変化する。本実施形態では、位相の変化量と振幅の減衰量の変化量を利用して溶液中に含まれる抗原を測定する。
具体的には、ＳＡＷセンサ１の測定者は、まず、抗原を含まない溶媒を図２に示す領域Ｓに滴下し、反応領域薄膜１２上を溶媒で濡らし、ＳＡＷの伝播時間による位相変化を測定する（ブランクテスト）。次に、ＳＡＷセンサ１の測定者は、ＳＡＷセンサ１を他のサンプル（ＳＡＷセンサ１）に取り替えて、抗原を含んだ溶液を、そのサンプルの図２に示す領域Ｓに滴下し、その伝播時間による位相変化を測定する。溶媒に対応する位相変化と溶液に対応する位相変化との差が、抗原抗体反応によって反応領域薄膜１２に生成した抗原抗体結合物に起因する位相の変化量となる。ＰＣ２４は、ブランクテストをした時の位相変化をメモリ内に記憶しておき、この位相変化と、溶液を滴下して得られる位相変化との差を算出することで、位相の変化量を算出する。ＰＣ２４は、位相の変化量に基づいて、溶液に含まれる抗原を特定する。振幅の減衰量についても同様であり、振幅の減衰量の変化量に基づいて、溶液に含まれる抗原を特定する。
なお、測定者は、利用する溶媒でのＳＡＷの位相変化が予め判明していれば、溶媒でのＳＡＷの位相変化を測定する必要はない。
また、利用する溶媒でのＳＡＷの伝播時間が予め判明していない場合でも、抗原を含んだ溶液の滴下直後の位相と振幅とを基準として、それ以降の変化の差を取ることで溶液中の抗原の量と種類とを判定し、判定結果を表示することも可能である。
【００２１】
上記のように、本実施形態では、弾性表面波を伝播する圧電素子基板（圧電素子基板１０）と、電気信号と弾性表面波との変換を行う電極（電気信号から弾性表面波への変換を行うＩＤＴ１１−１と、弾性表面波から電気信号への変換を行うＩＤＴ１１−２）と、弾性表面波の伝送路に含まれ、検体である液体が導入される検出領域（反応領域薄膜１２）検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材（多孔性基材１３）と、電極が液体と接触することを防ぐ封止構造（封止構造１４−１、封止構造１４−２）と、を備える。
これにより、ＳＡＷセンサ１は、滴下される試料溶液が多孔性基材１３内に保持されるため、溶液自体の揮発を抑制することができる。また、ＳＡＷセンサ１は、滴下される溶液を確実に反応領域薄膜１２の予め定めた特定の領域と接触させることができ、正確な測定が可能となる。また、ＳＡＷセンサ１は、圧電素子基板１０上に直接溶液を滴下しないため、測定者が溶液を滴下するときに、マイクロピペット等の滴下器具が反応領域薄膜１２（センサ表面）に直接接触し、センサ表面に傷などの損傷を発生させることがなくなり、簡易に正確な測定が可能となる。
また、液体を表面反応領域上に保持することができるため、検体である液体が導入された後、ＳＡＷセンサ１を縦に或いは横にして振動等によって液体が保持されなくなったりする問題や、検体に触れてしまうなどの問題も発生しない。
【００２２】
ところで、ラテラルフローと呼ばれるバイオセンサが存在する。ラテラルフローは予め固定化された測定対象を認識する抗体によって、免疫イムノクロマト法により抗原抗体反応を行うセンサであるが、抗原抗体反応の検出結果を色によって出力する。このため、測定対象を認識する抗体に染色物質を固定化しておく必要があり、着色や染色のプロセスが必要となって、簡単な測定ができないという問題があった。また、色の判定は、目視による判定のため、測定の精度を十分に確保できない問題もあった。ＳＡＷセンサ１によれば、一般的な抗原を検出する方法である免疫イムノクロマト法を用いて抗原を検出する場合に必要であった着色や染色のプロセスが不要となる。従って、簡便に、精度よく測定を行うことが可能となる。
【００２３】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について詳しく説明する。
なお、以下に示す各実施形態の説明では、図面において前述と同様な構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、多孔性基材１３が、フィルタ機能、及び反応場の機能を持つ物質で構成された層を有する場合について説明をする。
図４は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１Ｂの構成を示す模式図である。なお、図４において、図１、及び図２と同一の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図４（ａ）は、ＳＡＷセンサ１Ｂの概略的な上面図である。図４（ｂ）はＳＡＷセンサ１ＢをＣ断面から見た概略的な断面図である。図示する例では、ＳＡＷセンサ１Ｂは、圧電素子基板１０、ＩＤＴ１１、反応領域薄膜１２、多孔性基材１３Ｂ、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
多孔性基材１３Ｂは、図４（ｂ）に示すように、フィルタ層１３Ｂ−１、反応層１３Ｂ−２、及び保水層１３Ｂ−３を含んで構成され、反応領域薄膜１２の上にフィルタ層１３Ｂ−１、反応層１３Ｂ−２、及び保水層１３Ｂ−３の順に重ねられるように配置される。
なお、図４（ａ）では、最上層の保水層１３Ｂ−３が示されており、多孔性基材１３Ｂの面積が、図１と異なり、反応領域薄膜１２と同じ面積となる場合を示している。もちろん、上述の通り、多孔性基材１３と反応領域薄膜１２との重なる部分によって面積が定められる特定の領域が形成される限り、両者が同じ面積である必要はない。
【００２４】
フィルタ層１３Ｂ−１は、滴下された試料溶液から不要な物質を濾過する。フィルタ層１３Ｂ−１は、細孔を有するセルロースやニトロセルロース等の材料から構成される層である。フィルタ層１３Ｂ−１の細孔の大きさは、除去したい不要な物質に応じて適切なものを選択する。
反応層１３Ｂ−２には、予め試料と反応する反応物が分散されて保持されている。反応層１３Ｂ−２は、細孔を有するセルロースやニトロセルロース等の材料から構成される層である。反応層１３Ｂ−２では、フィルタ層１３Ｂ−１を透過し反応層１３Ｂ−２に移送された反応物と、予め反応層１３Ｂ−２に分散された、試料と反応する反応物とが反応する。反応層１３Ｂ−２で生成した生成物は、溶液の浸潤に従って、保水層１３Ｂ−３へ移送される。例えば、目的物質が抗原である場合は、反応層１３Ｂ−２には第１抗体を分散させておく。反応層１３Ｂ−２で生成した抗原抗体結合物は溶液の浸潤に従って、保水層１３Ｂ−３へ移送される。
【００２５】
保水層１３Ｂ−３は、反応層１３Ｂ−２から移送された溶液を保持する。保水層１３Ｂ−３は、溶液を反応領域薄膜１２へと移送する。保水層の材質は、例えば細孔を有するセルロースやニトロセルロースなどである。保水層１３Ｂ−３は、溶液の蒸散を防ぐ。また保水層１３Ｂ−３は、溶液中の反応物を反応領域薄膜１２に移送し、保持する。
例えば、目的物質が抗原である場合は、反応領域薄膜１２には、第２抗体を担持させておく。保水層１３Ｂ−３から移送された抗原と第１抗体との抗原抗体複合体は、反応領域薄膜１２上の第２抗体と反応する。
【００２６】
このように、本実施形態においては、多孔性基材１３Ｂは、目的物以外を除去するフィルタ層１３Ｂ−１を備える。これにより、ＳＡＷセンサ１Ｂは、不要な物質が反応層１３Ｂ−２に達することを防止できるため、反応の効率が上がる。また、ＳＡＷセンサ１Ｂは、不要な物質が反応領域薄膜１２に達することを防止できるため正確な測定が可能となる。
また、多孔性基材１３Ｂは、試料と反応する物質を含む反応層１３Ｂ−２を備える。これにより、試料が単独で反応領域薄膜１２に付着する場合に比べて、検出する試料の質量が大きくなる。従って、ＳＡＷセンサ１Ｂは、試料が単独で反応領域薄膜１２に付着する場合に比べて、より大きな信号の変化を検出することができる。その結果、正確な測定が可能となる。
なお、フィルタ層１３Ｂ−１及び反応層１３Ｂ−２を配置する順番は逆でもかまわない。また、反応層１３−Ｂ２と保水層１３−Ｂ３は一枚で反応と保水両方の機能を持つものでもかまわない。
【００２７】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について詳しく説明する。
本実施形態では、反応領域薄膜１２が導電性及び絶縁性を持つ２つの部分によって構成される場合について説明をする。
図５は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１Ｃの構成を示す模式図である。なお、図５において、図１、図２、及び図４と同一の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図５（ａ）はＳＡＷセンサ１Ｃを上面から見た構成を示す模式図である。図５（ｂ）はＳＡＷセンサ１ＣをＤ断面から見た構成を示す模式図である。図示する例では、ＳＡＷセンサ１Ｃは、圧電素子基板１０、多孔性基材１３、送信電極６１Ａ−１ａ、送信電極６１Ａ−１ｂ、受信電極６１Ａ−２ａ、受信電極６１Ａ−２ｂ（これらを総称してＩＤＴ６１Ａと呼ぶ）、送信電極６１Ｂ−１ａ、送信電極６１Ｂ−１ｂ、受信電極６１Ｂ−２ａ、受信電極６１Ｂ−２ｂ（これらを総称してＩＤＴ６１Ｂと呼ぶ）、短絡型反応領域６２−１、開放型反応領域６２−２、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
【００２８】
ＩＤＴ６１Ａは、電気的に短絡な短絡型反応領域６２−１が設けられた領域を伝播するＳＡＷを励起し、検出する。ＩＤＴ６１Ｂは、電気的に開放な開放型反応領域６２−２が設けられた領域を伝播するＳＡＷを励起し、検出する。
図５（ｂ）に示すように、短絡型反応領域６２−１は、圧電素子基板１０上に設けられている。短絡型反応領域６２−１は、金などの導電性を持つ薄膜から構成される薄膜である。短絡型反応領域６２−１は、電気的に接地されているＩＤＴ６１Ａ−１ａ及びＩＤＴ６１Ａ−２ａと電気的に接触している。
また、開放型反応領域６２−２は、圧電素子基板１０上に設けられており、圧電素子基板１０の表面における領域である。
短絡型反応領域６２−１と開放型反応領域６２−２は、ＩＤＴ６１ＡとＩＤＴ６１Ｂが配置される方向に、略平行に配置される。短絡型反応領域６２−１と開放型反応領域６２−２は、それぞれ矩形形状であり、互いに接している。短絡型反応領域６２−１の面積と開放型反応領域６２−２の面積の合計は、多孔性機材１３Ｂの面積と略同一である。もちろん、上述の通り、多孔性基材１３と短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２との重なる部分によって面積が定められる特定の領域が形成される限り、両者が同じ面積である必要はない。また、短絡型反応領域６２−１の面積と開放型反応領域６２−２の面積は略等しいが、同じであってもよく、ある割合で異なる面積となっていてもよい。
なお、ここでは反応領域を矩形形状として図示しているが、反応領域の形状は矩形形状に限定される必要はなく、他の形状であってもよい。
【００２９】
多孔性基材１３上に滴下された溶液は、短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２の表面に均等に浸潤する。短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２の多孔性基材１３に面した表面は、試料溶液によって均一に濡れる。ここで、短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷは、溶液の密度及び粘性によって伝達速度が変化する。一方、開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷは、溶液の密度、粘性、及び電気的特性（比誘電率及び導電率）によって伝達速度が変化する。ＩＤＴ６１Ａは短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷの伝達時間を検出する。一方、ＩＤＴ６１Ｂは開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷの伝達時間を検出する。したがって、短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷの伝達時間と、開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷを伝達するＳＡＷの伝達時間との差は、溶液の電気的特性の違いを表す。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、ＳＡＷセンサ１Ｃは、ＩＤＴ６１Ｂと電気的に接続しない開放型反応領域６２−２と、ＩＤＴ６１Ａと電気的に接続する短絡型反応領域６２−１と、を備える。これにより、短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷの伝達時間と、開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷを伝達するＳＡＷの伝達時間との差に基づいて、多孔性基材１３の表面に滴下された溶液の密度、粘性、及び電気的特性を個別に検出することができる。
【００３１】
なお、短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２との間には、短絡型反応領域６２−１の厚さの分だけ段差が生ずる。しかし、短絡型反応領域６２−１は十分薄いため、多孔性基材１３は短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２との接触を維持できるため、ＳＡＷの測定には、影響がない。
【００３２】
（第４の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第４の実施形態について詳しく説明する。本実施形態では、ＳＡＷセンサ１Ｄが３つの測定チャネル（チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＣ）を備え、３つの測定チャネルに対応する多孔性基材が、それぞれ異なる抗体を分散させた領域を有する場合について説明をする。
【００３３】
図６は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１Ｄの構成を示す模式図である。なお、図６において、図１、図２、図４、及び図５と同一の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図６に図示する例では、ＳＡＷセンサ１Ｄは、圧電素子基板１０、送信電極７１Ａ−１ａ、送信電極７１Ａ−１ｂ、受信電極７１Ａ−２ａ、受信電極７１Ａ−２ｂ（総称してＩＤＴ７１Ａと呼ぶ）、送信電極７１Ｂ−１ａ、送信電極７１Ｂ−１ｂ、受信電極７１Ｂ−２ａ、受信電極７１Ｂ−２ｂ（総称してＩＤＴ７１Ｂと呼ぶ）、送信電極７１Ｃ−１ａ、送信電極７１Ｃ−１ｂ、受信電極７１Ｃ−２ａ、受信電極７１Ｃ−２ｂ（総称してＩＤＴ７１Ｃと呼ぶ）、反応領域薄膜１２（図６において不図示）、多孔性基材７３、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
多孔性基材７３は、それぞれ異なる一次抗体を分散させた領域７３Ａ、領域７３Ｂ、領域７３Ｃを含んで構成される。
ＩＤＴ７１Ａ、ＩＤＴ７１Ｂ、ＩＤＴ７１Ｃは、チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＣを伝播するＳＡＷを生成、受信する。
【００３４】
多孔性基材７３は、その表面に溶液を滴下されると、溶液は多孔性基材７３の内部を浸潤する。滴下された溶液は、多孔性基材７３の、符合ＡＡを付した抗体ＡＡを分散させた領域７３Ａ、符合ＡＢを付した抗体ＡＢを分散させた領域７３Ｂ、及び符合ＡＣを付した抗体ＡＣを分散させた領域７３Ｃを浸潤する。ここで、領域７３Ａ、領域７３Ｂ、及び領域７３Ｃは、共通の多孔性基材７３の一部であってもよいし、共通の多孔性基材７３上に新たに設けられた基材であってもよい。領域７３Ａ、領域７３Ｂ、及び領域７３Ｃでは、滴下された溶液に含まれる抗原の種類が複数あった場合、それぞれの抗原に対応する抗体が分散された部分で抗原抗体結合体が生成される。
【００３５】
生成された抗原抗体結合体は、拡散により反応領域薄膜１２上に到達する。反応領域薄膜１２の表面には、領域７３Ａ、領域７３Ｂ、及び領域７３Ｃに分散させた各第１抗体に対応する第２抗体を担持させておく。反応領域薄膜１２の表面にある第２抗体には、チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＣ毎に異なる質量を持った抗原抗体複合体が捕捉される。その結果、ＳＡＷの伝達時間はチャネル毎に異なる。ＳＡＷセンサ１Ｄは、チャネル毎に異なる伝達時間を示す。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、送信電極と受信電極とからなる電極対を複数有し、多孔性基材は、ＩＤＴ７１Ａ、ＩＤＴ７１Ｂ、ＩＤＴ７１Ｃの電極対の間に、各種抗原と反応する異なる抗体をそれぞれ有する。これにより、ＳＡＷセンサ１Ｄは、同時に複数の異なる抗原を測定することが可能となる。
なお、本実施形態では、チャネル数を３としたが、チャネル数はいくつでもよい。
【００３７】
なお、上記の各実施形態では、圧電素子基板１０は、圧電効果を示す物質、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウムなどから構成されている基板でもよい。
また、ＩＤＴは、アルミニウム以外であっても導電性の高い金属であればいかなるものでもよい。
なお、上記の各実施形態では、反応領域薄膜は、抗体が配置されたものだけではなく、抗原が配置されたものでよく、或いは、検知しようとする物に特異的に反応するものであれば、これらに限定されるものではない。
また、上記の各実施形態では、反応領域薄膜１２は抗体を担持し、抗原を測定する例を示したが、抗原を測定するのでなければ、反応領域薄膜１２を設ける必要は無い。
【００３８】
また、上記の各実施形態では、送信電極及び受信電極を用いた例を示したが、受信電極の代わりにＳＡＷの反射体を設け、送信電極が受信電極の機能を兼ねるようにしてもかまわない。
また、ＩＤＴ１１の電極構造について、図示した構造に限定されることなく、例えば、電極構造において、弾性表面波の波長をλとして櫛形電極の幅をλ／４、λ／８としてもよいし、或いは電極構造を一方向性電極（ＦＥＵＤＴ：Floating Electrode Uni Directional Transducer）等にしてもよい。
【００３９】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…ＳＡＷセンサ、１０…圧電素子基板、１１，６１Ａ，６１Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ…電極、１２…反応領域薄膜、１３，１３Ｂ，７３…多孔性基材、１３Ｂ−１…フィルタ層、１３Ｂ−２…反応層、１３Ｂ−３…保水層、１４…封止構造、１７…マイクロピペット、２０…センス回路、２１…交流信号源、２２…バースト回路、２３…位相・振幅検出回路、６２−１…短絡型反応領域、６２−２…開放型反応領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路に用いられるバンドパスフィルタの一つとしてＳＡＷ（Surface Acoustic Wave；弾性表面波）フィルタが知られている。ＳＡＷフィルタは、小型かつ良好な減衰特性を持つため、携帯電話を始めとして様々な電子機器に利用されている。ＳＡＷフィルタは、例えば、圧電素子基板上に弾性表面波を発生させ、また弾性表面波を検出するための櫛型電極（Inter Digital Transducer；ＩＤＴ）を有する。
【０００３】
ＳＡＷフィルタに関する技術として、例えば、特許文献１には、圧電性基板上に、送信電極部を構成するＩＤＴと受信電極部を構成するＩＤＴとの間に形成され、検体である液体が導入される検出領域（センサ表面となる領域）を備えた弾性表面波センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８６６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の弾性表面波センサは、センサ表面に直接溶液を滴下する方法か、或いはセンサ表面を溶液にディップ（浸す）する方法により利用されていた。そのため、センサ表面は剥き出しの構造をとる必要があり、表面に傷などの損傷が発生しやすく、簡易に測定できないという問題があった。
また、滴下される溶液が確実にセンサ表面を覆い隠すことが、測定の精度を十分に確保するために要請されるが、溶液を滴下する方法ではこの要請に応えることができないという問題もあった。
また、滴下される溶液が所望の測定時間中に揮発などによって維持できないという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易に測定でき、かつ、測定の精度を向上できる弾性表面波センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、弾性表面波を伝播する圧電素子基板と、電気信号と前記弾性表面波との変換を行う電極と、前記弾性表面波の伝播路に配置され、検体である液体が導入される検出領域と、前記検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材と、前記電極が液体と接触することを防ぐ封止構造と、を備えることを特徴とする弾性表面波センサである。
（２）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記多孔性基材は、平面視において前記検出領域に重ならない部分を有することを特徴とする。
（３）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記多孔性基材は、目的物と反応する物質を含む反応層または目的物以外を除去するフィルタ層のうち少なくとも１つの層を備えることを特徴とする。
（４）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記電極は２対の電極対であって、前記検出領域は、前記２対の電極のうち一方の電極対と電気的に接続する短絡型反応領域と、前記２対の電極のうち他方の電極対と電気的に接続しない開放型反応領域と、を有することを特徴とする。
（５）また、本発明の一態様は、上記の弾性表面波センサにおいて、前記電極は複数の電極対であって、複数の前記電極対各々の間に設けられた前記多孔性基材に、目的物と反応する異なる反応物をそれぞれ有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易に測定でき、かつ、測定の精度を向上できる弾性表面波センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るＳＡＷセンサの概略的な模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＳＡＷセンサの概略的な斜視図である。
【図３】本実施形態に係るＳＡＷ素子のセンス回路を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＳＡＷセンサの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＳＡＷセンサの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るＳＡＷセンサの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係るＳＡＷセンサの概略的な模式図である。
図１（ａ）は、ＳＡＷセンサ１の概略的な上面図であり、図１（ｂ）はＳＡＷセンサ１を切断面Ａから見た概略的な断面図である。
ＳＡＷセンサ１は、圧電素子基板１０、送信電極１１−１ａ、送信電極１１−１ｂ、受信電極１１−２ａ、受信電極１１−２ｂ、反応領域薄膜１２、多孔性基材１３、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
圧電素子基板１０は、ＳＡＷを伝播する基板である。圧電素子基板１０は、水晶基板である。
【００１１】
送信電極１１−１ａ、及び送信電極１１−１ｂは、送信側電極部を構成する櫛歯状のパターンにより形成された金属電極である。以下、送信電極１１−１ａ、及び送信電極１１−１ｂを総称してＩＤＴ１１−１と呼ぶものとする。
また、受信電極１１−２ａ、及び受信電極１１−２ｂは、受信側電極部を構成する櫛歯状のパターンにより形成された金属電極である。以下、受信電極１１−２ａ、及び受信電極１１−２ｂを総称してＩＤＴ１１−２と呼ぶものとする。
ＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ−１１−２（総称してＩＤＴ１１と呼ぶ）は、圧電素子基板１０上に構成される電極である。ＩＤＴ１１は、対向した一対の電極である。ＩＤＴ１１は、例えばアルミニウム薄膜によって構成される。
【００１２】
反応領域薄膜１２は、金を蒸着して生成した薄膜である。反応領域薄膜１２は、表面に抗体を担持した薄膜である。反応領域薄膜１２は、圧電素子基板１０上であって、圧電素子基板１０上に対向して設けられた一対のＩＤＴ１１の間の領域に形成される。
圧電素子基板１０と反応領域薄膜１２との重なる部分が、検体である液体が導入される検出領域（センサ表面となる領域）となる。
【００１３】
多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２に接して設けられる基材である。多孔性基材１３は、例えばニトロセルロースなどの物質から構成される。多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２を完全に覆うように固定される。多孔性基材１３は、例えば、反応領域薄膜１２の外側四隅に接着して固定される。多孔性基材１３は、滴下された溶液を保持し、その内部、及び表面に溶液を浸潤させる。
多孔性基材１３は、滴下された溶液を、毛細管現象により多孔性基材１３内及び反応領域薄膜１２の表面に移送し、保持する。
つまり、ＳＡＷセンサ１は、滴下された溶液を多孔性基材１３内部及び反応領域薄膜１２の表面に保持する。
【００１４】
ＳＡＷセンサ１では、多孔性基材１３内を移送された溶液は、反応領域薄膜１２の特定の領域を濡らす。ここで、特定の領域とは、多孔性基材１３と反応領域薄膜１２との重なる部分によって面積が定められる領域である。例えば、反応領域薄膜１２の全面を多孔性基材１３で覆う場合、反応領域薄膜１２の全領域となる。
溶液中の抗原は、反応領域薄膜１２上に担持された抗体と反応し、反応領域薄膜１２上の特定領域に抗原抗体結合物を生成する。
すなわち、反応領域薄膜１２では、その表面に抗原を含んだ液体試料を滴下することにより、反応領域薄膜１２上に担持された抗体と、液体試料中の抗原との間で抗原抗体反応が起こる。その結果、反応領域薄膜１２上には、反応領域薄膜１２上に担持した抗体と抗原が結合した抗原抗体結合物が生成する。なお、反応領域薄膜１２は、金以外であっても抗体を担持できるものであればいかなるものでもよい。
なお、図１に示す例では、多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２よりも大きいため、反応領域薄膜１２からはみ出しているが、多孔性基材１３は、必ずしも図示したように反応領域薄膜１２からはみ出さなくてもよく、反応領域薄膜１２と平面視において同じ面積になるように重ねても、或いは平面視において反応領域薄膜１２の内側となるように面積を小さく配置してもよい。多孔性基材１３が、反応領域薄膜１２の特定領域を覆うように配置されていればよい。
【００１５】
送信電極部側の封止構造１４−１は、封止壁１５−１と封止天井１６−１とを備えている。なお、封止壁１５−１と封止天井１６−１との間には両者を接着するための接着層が設けられるが、図１においては省略している。
封止壁１５−１は、ＩＤＴ１１−１を覆う壁であり、圧電素子基板１０上に矩形状に形成される。封止壁１５−１は、例えば感光性樹脂により構成される。
また、封止天井１６−１は、封止壁１５−１の上側を塞ぎ、ＩＤＴ１１−１を外部から密閉するための天井である。封止天井１６−１は、封止天井１６−１の平面領域内に封止壁１５−１が収まるように封止壁１５−１の上側に配置される。封止天井１６−１は、例えばガラス基板で構成される。なお、封止壁１５−１と封止天井１６−１との間には、不図示の接着層が設けられ、封止壁１５−１と封止天井１６−１との間を密封して接着する。
封止構造１４−１は、ＩＤＴ１１−１を外部から密閉してＩＤＴ１１−１上に空間を形成するように覆い、ＩＤＴ１１−１が液体と接触することを防ぐ封止構造である。
【００１６】
また、受信電極部側の封止構造１４−２は、封止構造１４−１と同様に、封止壁１５−２と封止天井１６−２とを備え、ＩＤＴ１１−２を外部から密閉してＩＤＴ１１−２上に空間を形成するように覆い、ＩＤＴ１１−２が液体と接触することを防ぐ封止構造である。
これら封止構造１４−１、及び封止構造１４−２により、検出領域における雰囲気（例えば湿度）の変化があったとしても、ＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−２は、その影響を受けにくくなる。
また、図１では、多孔性基材１３を封止構造１４−１、及び封止構造１４−２の封止天井と重なるように配置する例を示しているが、多孔性基材１３は、反応領域薄膜１２が配置されるセンサの検出領域を覆うように配置されていれば、封止天井と重なるように配置する必要はない。もっとも、多孔性基材１３を封止天井と重ならないように配置する場合であって、多孔性基材１３が表面弾性波の進む方向に大きくずれた（目ズレした）としても、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２が、それぞれＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−２を保護するので、ＩＤＴが溶液で濡れることはなく、ＩＤＴの弾性波送信動作または弾性波受信動作に影響を与えることはない。
【００１７】
図２は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１の概略的な斜視図である。
図２において、図１と同様な構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図２において、図１に示した反応領域薄膜１２、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２は省略している。
ＩＤＴ１１−１は、後述するバースト回路２２から、送信信号であるバースト信号が入力される。ＩＤＴ１１−１は、入力されたバースト信号に対応するＳＡＷを圧電素子基板１０の表面に励起する。ＩＤＴ１１−２は、圧電素子基板１０の表面を伝播してきたＳＡＷを電気信号に変換する。ＩＤＴ１１−２は、受信した電気信号（検出信号と呼ぶ）を後述する位相・振幅検出回路２３に出力する。
なお、符号Ｓを付した領域は、溶液が滴下される多孔性基材１３の一部を表す。領域Ｓは、ＩＤＴ１１−１とＩＤＴ１１−２とが配置された方向に垂直方向にあって、かつ、多孔性基材１３の外側に延びる方向に形成された多孔性基材１３の一部の領域である。
ＳＡＷセンサ１の測定者が、例えば、図２に示すマイクロピペット１７を用いて溶液をこの領域Ｓに溶液を滴下すると、多孔性基材１３は、滴下された溶液を、毛細管現象により多孔性基材１３内及び反応領域薄膜１２の表面に移送し、保持する。
つまり、多孔性基材１３が、平面視において検出領域に重ならない部分を有していても、多孔性基材１３が溶液を反応領域薄膜１２の表面に移送し、保持することで、反応領域薄膜１２の特定領域、例えば表面（検出領域）全体を、滴下された溶液により濡らすことができる。
【００１８】
図３は、ＳＡＷセンサ１を用いた溶液測定に使用するセンス回路２０を示す概略ブロック図である。図示する例では、センス回路２０は、ＳＡＷセンサ１、交流信号源２１、バースト回路２２、位相・振幅検出回路２３、ＰＣ２４（Personal Computer）を含んで構成される。
交流信号源２１は、例えば、２５０ＭＨｚの正弦波交流信号を発生する。交流信号源２１は、生成した交流信号をバースト回路２２に出力する。
バースト回路２２は、交流信号源２１から入力された交流信号を、周期的なバースト信号に変換する。ここで、バースト信号の周期は、ＳＡＷが圧電素子基板１０の表面のＩＤＴ１１−１からＩＤＴ１１−２までの間を進行するのに要する時間より大きくなるようにする。バースト回路２２は、生成したバースト信号をＳＡＷセンサ１のＩＤＴ１１−１及び位相・振幅検出回路２３に出力する。
なお、バースト回路２２はＳＡＷセンサ１から出力される信号に含まれる主とする信号以外の直達波や他のバルク波などを含むノイズ等の妨害信号が十分に小さい場合には必要なく、連続波を用いてよい。
【００１９】
位相・振幅検出回路２３は、ＳＡＷセンサ１のＩＤＴ１１−２から入力された検出信号、及びバースト回路２２から入力されたバースト信号に基づいて、ＳＡＷが圧電素子基板１０を伝播するのに要した時間である伝播時間による位相変化と振幅変化を算出する。具体的には、位相・振幅検出回路２３は、バースト信号の入力から、検出信号の入力までに要した伝播時間による位相変化と振幅の減衰量を検出する。位相・振幅検出回路２３は、検出した位相変化と振幅の減衰量をＰＣ２４に出力する。
ＰＣ２４は、位相・振幅検出回路２３から入力された位相変化と振幅の減衰量に基づいて、表面の抗体と特異的に反応した溶液中の抗原の量と種類を判定し、判定結果を表示する。
【００２０】
ここで、ＳＡＷの位相変化と振幅の減衰量について説明する。ＳＡＷは、圧電素子基板１０の表面近傍に集中して伝播する音響波である。圧電素子基板１０は、その表面に物質が吸着すると、その表面の単位体積当たりの質量と粘性が変化する。その結果、ＳＡＷの伝播速度と振幅が変化する。従って、ＳＡＷの伝播時間が変化し、振幅の減衰量が変化する。本実施形態では、位相の変化量と振幅の減衰量の変化量を利用して溶液中に含まれる抗原を測定する。
具体的には、ＳＡＷセンサ１の測定者は、まず、抗原を含まない溶媒を図２に示す領域Ｓに滴下し、反応領域薄膜１２上を溶媒で濡らし、ＳＡＷの伝播時間による位相変化を測定する（ブランクテスト）。次に、ＳＡＷセンサ１の測定者は、ＳＡＷセンサ１を他のサンプル（ＳＡＷセンサ１）に取り替えて、抗原を含んだ溶液を、そのサンプルの図２に示す領域Ｓに滴下し、その伝播時間による位相変化を測定する。溶媒に対応する位相変化と溶液に対応する位相変化との差が、抗原抗体反応によって反応領域薄膜１２に生成した抗原抗体結合物に起因する位相の変化量となる。ＰＣ２４は、ブランクテストをした時の位相変化をメモリ内に記憶しておき、この位相変化と、溶液を滴下して得られる位相変化との差を算出することで、位相の変化量を算出する。ＰＣ２４は、位相の変化量に基づいて、溶液に含まれる抗原を特定する。振幅の減衰量についても同様であり、振幅の減衰量の変化量に基づいて、溶液に含まれる抗原を特定する。
なお、測定者は、利用する溶媒でのＳＡＷの位相変化が予め判明していれば、溶媒でのＳＡＷの位相変化を測定する必要はない。
また、利用する溶媒でのＳＡＷの伝播時間が予め判明していない場合でも、抗原を含んだ溶液の滴下直後の位相と振幅とを基準として、それ以降の変化の差を取ることで溶液中の抗原の量と種類とを判定し、判定結果を表示することも可能である。
【００２１】
上記のように、本実施形態では、弾性表面波を伝播する圧電素子基板（圧電素子基板１０）と、電気信号と弾性表面波との変換を行う電極（電気信号から弾性表面波への変換を行うＩＤＴ１１−１と、弾性表面波から電気信号への変換を行うＩＤＴ１１−２）と、弾性表面波の伝送路に含まれ、検体である液体が導入される検出領域（反応領域薄膜１２）検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材（多孔性基材１３）と、電極が液体と接触することを防ぐ封止構造（封止構造１４−１、封止構造１４−２）と、を備える。
これにより、ＳＡＷセンサ１は、滴下される試料溶液が多孔性基材１３内に保持されるため、溶液自体の揮発を抑制することができる。また、ＳＡＷセンサ１は、滴下される溶液を確実に反応領域薄膜１２の予め定めた特定の領域と接触させることができ、正確な測定が可能となる。また、ＳＡＷセンサ１は、圧電素子基板１０上に直接溶液を滴下しないため、測定者が溶液を滴下するときに、マイクロピペット等の滴下器具が反応領域薄膜１２（センサ表面）に直接接触し、センサ表面に傷などの損傷を発生させることがなくなり、簡易に正確な測定が可能となる。
また、液体を表面反応領域上に保持することができるため、検体である液体が導入された後、ＳＡＷセンサ１を縦に或いは横にして振動等によって液体が保持されなくなったりする問題や、検体に触れてしまうなどの問題も発生しない。
【００２２】
ところで、ラテラルフローと呼ばれるバイオセンサが存在する。ラテラルフローは予め固定化された測定対象を認識する抗体によって、免疫イムノクロマト法により抗原抗体反応を行うセンサであるが、抗原抗体反応の検出結果を色によって出力する。このため、測定対象を認識する抗体に染色物質を固定化しておく必要があり、着色や染色のプロセスが必要となって、簡単な測定ができないという問題があった。また、色の判定は、目視による判定のため、測定の精度を十分に確保できない問題もあった。ＳＡＷセンサ１によれば、一般的な抗原を検出する方法である免疫イムノクロマト法を用いて抗原を検出する場合に必要であった着色や染色のプロセスが不要となる。従って、簡便に、精度よく測定を行うことが可能となる。
【００２３】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について詳しく説明する。
なお、以下に示す各実施形態の説明では、図面において前述と同様な構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、多孔性基材１３が、フィルタ機能、及び反応場の機能を持つ物質で構成された層を有する場合について説明をする。
図４は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１Ｂの構成を示す模式図である。なお、図４において、図１、及び図２と同一の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図４（ａ）は、ＳＡＷセンサ１Ｂの概略的な上面図である。図４（ｂ）はＳＡＷセンサ１ＢをＣ断面から見た概略的な断面図である。図示する例では、ＳＡＷセンサ１Ｂは、圧電素子基板１０、ＩＤＴ１１、反応領域薄膜１２、多孔性基材１３Ｂ、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
多孔性基材１３Ｂは、図４（ｂ）に示すように、フィルタ層１３Ｂ−１、反応層１３Ｂ−２、及び保水層１３Ｂ−３を含んで構成され、反応領域薄膜１２の上にフィルタ層１３Ｂ−１、反応層１３Ｂ−２、及び保水層１３Ｂ−３の順に重ねられるように配置される。
なお、図４（ａ）では、最上層の保水層１３Ｂ−３が示されており、多孔性基材１３Ｂの面積が、図１と異なり、反応領域薄膜１２と同じ面積となる場合を示している。もちろん、上述の通り、多孔性基材１３と反応領域薄膜１２との重なる部分によって面積が定められる特定の領域が形成される限り、両者が同じ面積である必要はない。
【００２４】
フィルタ層１３Ｂ−１は、滴下された試料溶液から不要な物質を濾過する。フィルタ層１３Ｂ−１は、細孔を有するセルロースやニトロセルロース等の材料から構成される層である。フィルタ層１３Ｂ−１の細孔の大きさは、除去したい不要な物質に応じて適切なものを選択する。
反応層１３Ｂ−２には、予め試料と反応する反応物が分散されて保持されている。反応層１３Ｂ−２は、細孔を有するセルロースやニトロセルロース等の材料から構成される層である。反応層１３Ｂ−２では、フィルタ層１３Ｂ−１を透過し反応層１３Ｂ−２に移送された反応物と、予め反応層１３Ｂ−２に分散された、試料と反応する反応物とが反応する。反応層１３Ｂ−２で生成した生成物は、溶液の浸潤に従って、保水層１３Ｂ−３へ移送される。例えば、目的物質が抗原である場合は、反応層１３Ｂ−２には第１抗体を分散させておく。反応層１３Ｂ−２で生成した抗原抗体結合物は溶液の浸潤に従って、保水層１３Ｂ−３へ移送される。
【００２５】
保水層１３Ｂ−３は、反応層１３Ｂ−２から移送された溶液を保持する。保水層１３Ｂ−３は、溶液を反応領域薄膜１２へと移送する。保水層の材質は、例えば細孔を有するセルロースやニトロセルロースなどである。保水層１３Ｂ−３は、溶液の蒸散を防ぐ。また保水層１３Ｂ−３は、溶液中の反応物を反応領域薄膜１２に移送し、保持する。
例えば、目的物質が抗原である場合は、反応領域薄膜１２には、第２抗体を担持させておく。保水層１３Ｂ−３から移送された抗原と第１抗体との抗原抗体複合体は、反応領域薄膜１２上の第２抗体と反応する。
【００２６】
このように、本実施形態においては、多孔性基材１３Ｂは、目的物以外を除去するフィルタ層１３Ｂ−１を備える。これにより、ＳＡＷセンサ１Ｂは、不要な物質が反応層１３Ｂ−２に達することを防止できるため、反応の効率が上がる。また、ＳＡＷセンサ１Ｂは、不要な物質が反応領域薄膜１２に達することを防止できるため正確な測定が可能となる。
また、多孔性基材１３Ｂは、試料と反応する物質を含む反応層１３Ｂ−２を備える。これにより、試料が単独で反応領域薄膜１２に付着する場合に比べて、検出する試料の質量が大きくなる。従って、ＳＡＷセンサ１Ｂは、試料が単独で反応領域薄膜１２に付着する場合に比べて、より大きな信号の変化を検出することができる。その結果、正確な測定が可能となる。
なお、フィルタ層１３Ｂ−１及び反応層１３Ｂ−２を配置する順番は逆でもかまわない。また、反応層１３−Ｂ２と保水層１３−Ｂ３は一枚で反応と保水両方の機能を持つものでもかまわない。
【００２７】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について詳しく説明する。
本実施形態では、反応領域薄膜１２が導電性及び絶縁性を持つ２つの部分によって構成される場合について説明をする。
図５は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１Ｃの構成を示す模式図である。なお、図５において、図１、図２、及び図４と同一の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図５（ａ）はＳＡＷセンサ１Ｃを上面から見た構成を示す模式図である。図５（ｂ）はＳＡＷセンサ１ＣをＤ断面から見た構成を示す模式図である。図示する例では、ＳＡＷセンサ１Ｃは、圧電素子基板１０、多孔性基材１３、送信電極６１Ａ−１ａ、送信電極６１Ａ−１ｂ、受信電極６１Ａ−２ａ、受信電極６１Ａ−２ｂ（これらを総称してＩＤＴ６１Ａと呼ぶ）、送信電極６１Ｂ−１ａ、送信電極６１Ｂ−１ｂ、受信電極６１Ｂ−２ａ、受信電極６１Ｂ−２ｂ（これらを総称してＩＤＴ６１Ｂと呼ぶ）、短絡型反応領域６２−１、開放型反応領域６２−２、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
【００２８】
ＩＤＴ６１Ａは、電気的に短絡な短絡型反応領域６２−１が設けられた領域を伝播するＳＡＷを励起し、検出する。ＩＤＴ６１Ｂは、電気的に開放な開放型反応領域６２−２が設けられた領域を伝播するＳＡＷを励起し、検出する。
図５（ｂ）に示すように、短絡型反応領域６２−１は、圧電素子基板１０上に設けられている。短絡型反応領域６２−１は、金などの導電性を持つ薄膜から構成される薄膜である。短絡型反応領域６２−１は、電気的に接地されているＩＤＴ６１Ａ−１ａ及びＩＤＴ６１Ａ−２ａと電気的に接触している。
また、開放型反応領域６２−２は、圧電素子基板１０上に設けられており、圧電素子基板１０の表面における領域である。
短絡型反応領域６２−１と開放型反応領域６２−２は、ＩＤＴ６１ＡとＩＤＴ６１Ｂが配置される方向に、略平行に配置される。短絡型反応領域６２−１と開放型反応領域６２−２は、それぞれ矩形形状であり、互いに接している。短絡型反応領域６２−１の面積と開放型反応領域６２−２の面積の合計は、多孔性機材１３Ｂの面積と略同一である。もちろん、上述の通り、多孔性基材１３と短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２との重なる部分によって面積が定められる特定の領域が形成される限り、両者が同じ面積である必要はない。また、短絡型反応領域６２−１の面積と開放型反応領域６２−２の面積は略等しいが、同じであってもよく、ある割合で異なる面積となっていてもよい。
なお、ここでは反応領域を矩形形状として図示しているが、反応領域の形状は矩形形状に限定される必要はなく、他の形状であってもよい。
【００２９】
多孔性基材１３上に滴下された溶液は、短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２の表面に均等に浸潤する。短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２の多孔性基材１３に面した表面は、試料溶液によって均一に濡れる。ここで、短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷは、溶液の密度及び粘性によって伝達速度が変化する。一方、開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷは、溶液の密度、粘性、及び電気的特性（比誘電率及び導電率）によって伝達速度が変化する。ＩＤＴ６１Ａは短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷの伝達時間を検出する。一方、ＩＤＴ６１Ｂは開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷの伝達時間を検出する。したがって、短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷの伝達時間と、開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷを伝達するＳＡＷの伝達時間との差は、溶液の電気的特性の違いを表す。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、ＳＡＷセンサ１Ｃは、ＩＤＴ６１Ｂと電気的に接続しない開放型反応領域６２−２と、ＩＤＴ６１Ａと電気的に接続する短絡型反応領域６２−１と、を備える。これにより、短絡型反応領域６２−１を伝達するＳＡＷの伝達時間と、開放型反応領域６２−２を伝達するＳＡＷを伝達するＳＡＷの伝達時間との差に基づいて、多孔性基材１３の表面に滴下された溶液の密度、粘性、及び電気的特性を個別に検出することができる。
【００３１】
なお、短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２との間には、短絡型反応領域６２−１の厚さの分だけ段差が生ずる。しかし、短絡型反応領域６２−１は十分薄いため、多孔性基材１３は短絡型反応領域６２−１及び開放型反応領域６２−２との接触を維持できるため、ＳＡＷの測定には、影響がない。
【００３２】
（第４の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第４の実施形態について詳しく説明する。本実施形態では、ＳＡＷセンサ１Ｄが３つの測定チャネル（チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＣ）を備え、３つの測定チャネルに対応する多孔性基材が、それぞれ異なる抗体を分散させた領域を有する場合について説明をする。
【００３３】
図６は、本実施形態に係るＳＡＷセンサ１Ｄの構成を示す模式図である。なお、図６において、図１、図２、図４、及び図５と同一の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図６に図示する例では、ＳＡＷセンサ１Ｄは、圧電素子基板１０、送信電極７１Ａ−１ａ、送信電極７１Ａ−１ｂ、受信電極７１Ａ−２ａ、受信電極７１Ａ−２ｂ（総称してＩＤＴ７１Ａと呼ぶ）、送信電極７１Ｂ−１ａ、送信電極７１Ｂ−１ｂ、受信電極７１Ｂ−２ａ、受信電極７１Ｂ−２ｂ（総称してＩＤＴ７１Ｂと呼ぶ）、送信電極７１Ｃ−１ａ、送信電極７１Ｃ−１ｂ、受信電極７１Ｃ−２ａ、受信電極７１Ｃ−２ｂ（総称してＩＤＴ７１Ｃと呼ぶ）、反応領域薄膜１２（図６において不図示）、多孔性基材７３、封止構造１４−１、及び封止構造１４−２を含んで構成される。
多孔性基材７３は、それぞれ異なる一次抗体を分散させた領域７３Ａ、領域７３Ｂ、領域７３Ｃを含んで構成される。
ＩＤＴ７１Ａ、ＩＤＴ７１Ｂ、ＩＤＴ７１Ｃは、チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＣを伝播するＳＡＷを生成、受信する。
【００３４】
多孔性基材７３は、その表面に溶液を滴下されると、溶液は多孔性基材７３の内部を浸潤する。滴下された溶液は、多孔性基材７３の、符合ＡＡを付した抗体ＡＡを分散させた領域７３Ａ、符合ＡＢを付した抗体ＡＢを分散させた領域７３Ｂ、及び符合ＡＣを付した抗体ＡＣを分散させた領域７３Ｃを浸潤する。ここで、領域７３Ａ、領域７３Ｂ、及び領域７３Ｃは、共通の多孔性基材７３の一部であってもよいし、共通の多孔性基材７３上に新たに設けられた基材であってもよい。領域７３Ａ、領域７３Ｂ、及び領域７３Ｃでは、滴下された溶液に含まれる抗原の種類が複数あった場合、それぞれの抗原に対応する抗体が分散された部分で抗原抗体結合体が生成される。
【００３５】
生成された抗原抗体結合体は、拡散により反応領域薄膜１２上に到達する。反応領域薄膜１２の表面には、領域７３Ａ、領域７３Ｂ、及び領域７３Ｃに分散させた各第１抗体に対応する第２抗体を担持させておく。反応領域薄膜１２の表面にある第２抗体には、チャネルＡ、チャネルＢ、チャネルＣ毎に異なる質量を持った抗原抗体複合体が捕捉される。その結果、ＳＡＷの伝達時間はチャネル毎に異なる。ＳＡＷセンサ１Ｄは、チャネル毎に異なる伝達時間を示す。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、送信電極と受信電極とからなる電極対を複数有し、多孔性基材は、ＩＤＴ７１Ａ、ＩＤＴ７１Ｂ、ＩＤＴ７１Ｃの電極対の間に、各種抗原と反応する異なる抗体をそれぞれ有する。これにより、ＳＡＷセンサ１Ｄは、同時に複数の異なる抗原を測定することが可能となる。
なお、本実施形態では、チャネル数を３としたが、チャネル数はいくつでもよい。
【００３７】
なお、上記の各実施形態では、圧電素子基板１０は、圧電効果を示す物質、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウムなどから構成されている基板でもよい。
また、ＩＤＴは、アルミニウム以外であっても導電性の高い金属であればいかなるものでもよい。
なお、上記の各実施形態では、反応領域薄膜は、抗体が配置されたものだけではなく、抗原が配置されたものでよく、或いは、検知しようとする物に特異的に反応するものであれば、これらに限定されるものではない。
また、上記の各実施形態では、反応領域薄膜１２は抗体を担持し、抗原を測定する例を示したが、抗原を測定するのでなければ、反応領域薄膜１２を設ける必要は無い。
【００３８】
また、上記の各実施形態では、送信電極及び受信電極を用いた例を示したが、受信電極の代わりにＳＡＷの反射体を設け、送信電極が受信電極の機能を兼ねるようにしてもかまわない。
また、ＩＤＴ１１の電極構造について、図示した構造に限定されることなく、例えば、電極構造において、弾性表面波の波長をλとして櫛形電極の幅をλ／４、λ／８としてもよいし、或いは電極構造を一方向性電極（ＦＥＵＤＴ：Floating Electrode Uni Directional Transducer）等にしてもよい。
【００３９】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…ＳＡＷセンサ、１０…圧電素子基板、１１，６１Ａ，６１Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ…電極、１２…反応領域薄膜、１３，１３Ｂ，７３…多孔性基材、１３Ｂ−１…フィルタ層、１３Ｂ−２…反応層、１３Ｂ−３…保水層、１４…封止構造、１７…マイクロピペット、２０…センス回路、２１…交流信号源、２２…バースト回路、２３…位相・振幅検出回路、６２−１…短絡型反応領域、６２−２…開放型反応領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波を伝播する圧電素子基板と、
電気信号と前記弾性表面波との変換を行う電極と、
前記弾性表面波の伝播路に配置され、検体である液体が導入される検出領域と、
前記検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材と、
前記電極が液体と接触することを防ぐ封止構造と、
を備えることを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項２】
前記多孔性基材は、平面視において前記検出領域に重ならない部分を有することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波センサ。
【請求項３】
前記多孔性基材は、目的物と反応する物質を含む反応層または目的物以外を除去するフィルタ層のうち少なくとも１つの層を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弾性表面波センサ。
【請求項４】
前記電極は２対の電極対であって、
前記検出領域は、前記２対の電極のうち一方の電極対と電気的に接続する短絡型反応領域と、前記２対の電極のうち他方の電極対と電気的に接続しない開放型反応領域と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弾性表面波センサ。
【請求項５】
前記電極は複数の電極対であって、複数の前記電極対各々の間に設けられた前記多孔性基材に、目的物と反応する異なる反応物をそれぞれ有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弾性表面波センサ。
【請求項１】
弾性表面波を伝播する圧電素子基板と、
電気信号と前記弾性表面波との変換を行う電極と、
前記弾性表面波の伝播路に配置され、検体である液体が導入される検出領域と、
前記検出領域に接触し、液体が浸潤する多孔性基材と、
前記電極が液体と接触することを防ぐ封止構造と、
を備えることを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項２】
前記多孔性基材は、平面視において前記検出領域に重ならない部分を有することを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波センサ。
【請求項３】
前記多孔性基材は、目的物と反応する物質を含む反応層または目的物以外を除去するフィルタ層のうち少なくとも１つの層を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弾性表面波センサ。
【請求項４】
前記電極は２対の電極対であって、
前記検出領域は、前記２対の電極のうち一方の電極対と電気的に接続する短絡型反応領域と、前記２対の電極のうち他方の電極対と電気的に接続しない開放型反応領域と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弾性表面波センサ。
【請求項５】
前記電極は複数の電極対であって、複数の前記電極対各々の間に設けられた前記多孔性基材に、目的物と反応する異なる反応物をそれぞれ有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弾性表面波センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９６８６６（Ｐ２０１３−９６８６６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０４９２（Ｐ２０１１−２４０４９２）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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