ＳＡＷセンサーデバイス及びこれを利用した流体制御方法
【課題】ノイズの発生を最小化して分析の信頼性が高められるＳＡＷセンサーデバイス及びこれを利用した流体制御方法を提供する。
【解決手段】ＳＡＷセンサーデバイスに関する技術であって、流体の流れを制御する流体制御部がＳＡＷセンサーを含む本体部の外部に形成されることにより、流体の制御時に流体制御部の汚染によるノイズの発生を最小化することができ、流体制御部を繰り返して再使用することが可能であるため、経済性及び実用性に優れている。
【解決手段】ＳＡＷセンサーデバイスに関する技術であって、流体の流れを制御する流体制御部がＳＡＷセンサーを含む本体部の外部に形成されることにより、流体の制御時に流体制御部の汚染によるノイズの発生を最小化することができ、流体制御部を繰り返して再使用することが可能であるため、経済性及び実用性に優れている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷセンサーを含むデバイス及びこれを利用した流体制御方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷセンサーは、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ；ＳＡＷ）を利用して分析物であるターゲット物質の存否などをセンシングする装置である。
【０００３】
一般的にＳＡＷセンサーは、圧電物質からなる基板上に形成され、センサーの表面には所望のターゲット物質と特異的な結合を有するレセプター（Ｒｅｃｅｐｔｏｒ）が形成されている。そこで、ターゲット物質を含む溶液をＳＡＷセンサーに流すと、ターゲット物質とレセプターとの物理的、化学的、電気的な反応により波長の変化が発生し、これによるシグナル変化によりターゲット物質の含量を診断、モニタリングすることができる。
【０００４】
このようなＳＡＷセンサーデバイスは、化学的流体、体液などの生物学的流体などの試料内に含まれているターゲット物質の分析及びモニタリングに利用することもできる。
【０００５】
ＳＡＷセンサーは、表面の質量変化だけでなく、流体の圧力、媒質の粘度（Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）や密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）などにも非常に敏感である。このような質量外の要因によるシグナル変化であるノイズ（Ｎｏｉｓｅ）を最小化するためには、流体を正確に制御することが非常に重要である。
【０００６】
上記ＳＡＷセンサーによって分析されたターゲットサンプル溶液内には多量のターゲット物質が含有になっていて、流体の移動時に、上記多量のターゲット物質がチャンネルとチャンバーだけでなく、バルブ、ポンプにも汚染を起こす。上記汚染の結果で上記ターゲットサンプル溶液を分析する時、実質的な誤謬を起こす事もあり得る。
【０００７】
このような誤謬を防止するためには、バルブ及びポンプを再使用せずに使い捨てにしなければならない。しかし、これは経済的な側面から商業的に実現可能性が低いという限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
流体試料内の所定物質の存否及び定量分析において、ノイズの発生を最小化して分析の信頼性が高められるＳＡＷセンサーデバイス及びこれを利用した流体制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するために、ＳＡＷセンサーデバイスの外部で気圧（ａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）または通気（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）の調節などにより流体を移動させ、制御する技術を提供する。
【００１０】
一例によるＳＡＷセンサーデバイスは、本体部及び上記本体部の外部に位置する流体制御部を含む。上記本体部は試料チャンバー、該試料チャンバーと連結されているＳＡＷセンサー、該ＳＡＷセンサーと連結されており、ＳＡＷセンサーを通過した流体試料を担持する廃棄チャンバー、及び上記の試料チャンバー、ＳＡＷセンサー、及び廃棄チャンバーを連結するチャンネルを含む。上記流体制御部が上記本体部をパスする試料の流れを制御する。
【００１１】
本発明はまた、試料内のターゲット物質を分析するためのシステムを提供する。一例として、上記のシステムは、
（ｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されている第１のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘テストＳＡＷセンサーデバイス’という）；及び、
（ｉｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されていない第２のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘対照ＳＡＷセンサーデバイス’という）から構成できる。
【００１２】
このようなシステムにおいて、ターゲット物質がテストＳＡＷセンサーデバイスでセンサー表面のレセプターに結合することにより表わされたシグナルと、対照ＳＡＷセンサーデバイスのシグナルの違いにより、ターゲットサンプルの有無及び定量を行うことができる。
【００１３】
また本発明は、上記のＳＡＷセンサーデバイスを利用した流体制御方法を提供する。一例による流体制御方法は、上記のＳＡＷセンサーデバイスで本体部の外部に位置する流体制御部から提供された移送駆動力により、試料チャンバー内の流体をＳＡＷセンサー方向に水平移動させる段階を含む。
【００１４】
このような方法によると、外部に位置する流体制御部から生成された移送駆動力により試料チャンバー内の流体を移動させるため、流体と流体制御部が直接的に接触しないことにより流体の汚染を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施例によるＳＡＷセンサーデバイスは、流体制御部が流体が流動する本体部に位置しないことから、流体と流体制御部が直接接触しない。従って、バルブ、ポンプなどの流体制御部の汚染によるノイズを最小化できるだけでなく、流体制御部の再使用を可能にするため、経済性及び産業的効用価値に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例によるＳＡＷセンサーデバイスの断面図。
【図２】図１によるＳＡＷセンサーデバイスの平面図（（ａ）は本体部であり、（ｂ）はカバー部である）。
【図３】図１によるＳＡＷセンサーデバイスの分解斜視図（（ａ）は本体部であり、（ｂ）はカバー部である）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の利点と特徴、及びそれを遂行する方法が、下記の実施例に対する詳細な説明及び添付図面を参照することにより、さらに容易に理解できる。しかし、本発明は多くの多様な形態で実施でき、ここで言及した実施例に限定されて構成されるものではない。
【００１８】
本発明の一つの実施例によるＳＡＷセンサーデバイスは、試料チャンバー、該試料チャンバーと連結されているＳＡＷセンサー、該ＳＡＷセンサーと連結されており、ＳＡＷセンサーを通過した流体試料を担持する廃棄チャンバー、及び上記の試料チャンバー、ＳＡＷセンサー、及び廃棄チャンバーを連結するチャンネルからなる本体部を含み、流体の流れを制御する流体制御部が、上記本体部の外部に位置するものからなっている。
【００１９】
また、本発明の一つの実施例によるＳＡＷセンサーデバイスの流体制御方法は、試料チャンバーと、ＳＡＷセンサーと、該ＳＡＷセンサーを通過した試料を担持する廃棄チャンバーと、を連結するチャンネルからなる本体部の外部に位置する流体制御部から提供される移送駆動力を利用して、前記試料チャンバー内の流体を前記ＳＡＷセンサー方向に水平移動させる段階を含んでいる。
【００２０】
従来のＳＡＷセンサーデバイスでは、流体制御部がチャンバーとＳＡＷセンサーとの間の流路またはチャンネルに装着されており、流体試料による流体制御部の汚染がノイズ発生の主なる原因となった。
【００２１】
しかし、本発明の実施例によると、流体制御部が本体部の外部に位置するため、チャンバーまたはＳＡＷセンサーと直接接触しない構造を持つ。従って、流体制御部の汚染及びノイズの発生を防止することができる。
【００２２】
一例として、上記の流体制御部は、本体部の垂直上部面上に位置できる。ここで、本体部の平面に対して垂直上部面を意味する（図３のｙ軸参照）。このような構造によると、試料チャンバーの垂直上部から流体を制御するため、外力の印加無しでは流体が流体制御部と接触する可能性が根本的に排除される。例えば、本体部の上段をカバーするカバー部上に流体制御部が装着された構造が挙げられる。
【００２３】
これと関連して、図１には本発明の一実施例によるＳＡＷセンサーデバイスの断面図が模式的に図示されており、図２にはその平面図が、図３にはその斜視図がそれぞれ模式的に図示されている。これを図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
本実施例によるＳＡＷセンサーデバイス（１００）は、本体部（２００）と本体部（２００）の上段面をカバーするカバー部（３００）、及びカバー部（３００）上に位置する流体制御部（３１０）からなっており、本体部（２００）は流体を担持する試料チャンバー（２１１、２１２）、第１のチャンネル（５１０）により試料チャンバー（２１１、２１２）と連結されているＳＡＷセンサー（４００）、及び第２のチャンネル（５２０）によりＳＡＷセンサー（４００）と連結されている廃棄チャンバー（２２０）からなっている。
【００２５】
上記の流体制御部（３１０）は、流体の出入を制御したり流速を制御したりするための装置であって、例えば、空気の流入／流出により流体の流れを制御する装置であり得る。このような例としては、流体の出入を制御するバルブ（ｖａｌｖｅ；３２１、３２２、３２３、３２４）及び／又は流圧または流速を制御するポンプ（ｐｕｍｐ；３３０）が挙げられる。
【００２６】
上記のバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）はＳＡＷセンサーデバイス（１００）作動中に、ＳＡＷセンサーの表面にサンプル溶液を投入するか否かを制御する。上記のバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）は流体の出入を制御するため、少なくともサンプル溶液が担持された試料チャンバー（２１１、２１２）と連結されていて、場合により、図示されたように試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）にそれぞれ連結されることができる。
【００２７】
上記のポンプ（３３０）は流体の流れを制御する機能を行うため、ポンプ（３３０）でかけられる圧力がチャンネルのネットワークを通じて試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がＳＡＷセンサー（４００）を経て廃棄チャンバー（２２０）に移動できる。具体的に上記のポンプ（３３０）は、チャンバー内の圧力を加圧あるいは減圧させて試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がＳＡＷセンサー（４００）を経て廃棄チャンバー（２２０）に移動できる移送駆動力を提供し、流量を調節することができる。
【００２８】
上記のポンプ（３３０）は、陽圧／陰圧の形態に応じてチャンバー内の圧力を加圧あるいは減圧させる。そこで、ＳＡＷセンサー（４００）に流入される流体を担持した試料チャンバー（２１１、２１２）側に位置することもでき、図示されたようにＳＡＷセンサー（４００）から排出される流体を担持した廃棄チャンバー（２２０）側に位置することもできる。
【００２９】
一例として、デバイスの流入部側に陽圧ポンプ（図示しない）が位置できる。例えば、試料チャンバー（２１１、２１２）と連結されたバルブ（３２１、３２２）と陽圧ポンプを連結し、廃棄チャンバー（２２０）を加圧させると、陽圧ポンプから排出された空気がバルブ（３２１、３２２）を通じて試料チャンバー（２１１、２１２）内に流入され、これによる圧力により流体がＳＡＷセンサー（４００）方向にチャンネルに沿って移動できるようになる。
【００３０】
また別の例として、上記ＳＡＷセンサーデバイス（１００）の流出部側に陰圧ポンプ（３３０）が位置できる。例えば、廃棄チャンバー（２２０）と連結されたバルブ（３２３）と陰圧ポンプ（３３０）を連結して廃棄チャンバー（２２０）−ＳＡＷセンサー（４００）−試料チャンバー（２１１、２１２）に順次に圧力をかけることができる。即ち、試料チャンバー（２１１、２１２）を喚起させることにより廃棄チャンバー内の空気の圧力を下げると、試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がＳＡＷセンサー（４００）−廃棄チャンバー（２２０）方向に移動できる。
【００３１】
また、流入部側に陽圧ポンプを装着し、流出部側には陰圧ポンプ（３３０）を装着することもできる。
【００３２】
流体制御部（３１０）は、流体を制御するために本体部（２００）と直接的または間接的に連結することもできる。そこで、図示されたようにバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）は、試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）にそれぞれ連結されており、バルブ（３２３）はポンプ（３３０）と連結されている。これにより、ポンプ（３３０）−バルブ（３２３）−チャンバー（２２０）が連結された構造を持つことができる。このとき、上記の連結は直接的連結だけでなく、間接的連結及び機能的連結を含む意味である。
【００３３】
上記のバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）及び／又はポンプ（３３０）とチャンバーを連結するための一例として、チャンバー（２１１、２１２、２２０）の表面に所定の開口部（２５０）を形成し、これにより対応する部位にチャンネルなどを連結し、バルブ及び／又はポンプと連結できる。
【００３４】
例えば、上記のバルブは試料チャンバー（２１１、２１２）及び／又は廃棄チャンバー（２２０）と垂直方向に連結することもできる。この場合、チャンバーに圧力がかけられるに所要される移送距離及び時間を最小化することができる。
【００３５】
また別の例として、上記のチャンバー（２１１、２１２、２２０）は、流体が流入または流出できるように少なくとも一つの開口部（２５０）を持つことができる。例えば、流体制御部（３１０）などのような外部装置と連結するための開口部（２５０）と内部のＳＡＷセンサー（４００）または他のチャンバーと連結するための開口部（２６０）からなり得る。また、それぞれの開口部（２５０、２６０）にはチャンネルが結合されており、流路を形成することができる。
【００３６】
図１〜図３によると、試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）にそれぞれ第１の開口部（２５０）を形成し、これと対応する垂直上段カバー部（３００）に第２の開口部（３５０）を形成し、第２の開口部（３５０）がバルブ（３２１）と連結された構造が図示されている。しかし、チャンバー（２１１、２１２、２２０）とバルブ（３２１）が連通できる構造であれば、特に制限されるものではない。
【００３７】
一例として、流体制御の信頼性を高めて流体と流体制御部（３１０）の接触を防止するため，上記流体制御部（３１０）を含む上記カバーを上記本体部に連結する開口部にＯ‐リング（ｒｉｎｇ）などのような密閉機構（３６０）を装着することができる。
【００３８】
このような流体制御部（３１０）は本体部（２００）と分離され独立的に装着することもでき、本体部（２００）と一体として形成することもでき、特に限定されるものではない。
【００３９】
上記の流体制御部（３１０）はまた、プラグ、障害物、または装置により流体の流れを変更するバッフル（ｂａｆｆｌｅ）などを含むことができる。
【００４０】
上記のＳＡＷセンサーデバイスは、所定の試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）を含む。上記の試料チャンバー（２１１、２１２）は、ＳＡＷセンサー（４００）を経ていない流体を担持するためのチャンバーであり、廃棄チャンバー（２２０）は、ＳＡＷセンサー（４００）を経た状態の流体を担持するためのチャンバーである。
【００４１】
上記の試料チャンバー（２１１、２１２）は一つ以上であり得、それぞれ互いに異なる流体を含むことができる。上記流体の例としては、ターゲット物質を含む溶液（以下、‘ターゲットサンプル’ともいう）、２次反応溶液、基準溶液、洗浄液などが挙げられるが、これに限定されるものではなく、上記のターゲットサンプルは一つ以上であり得る。
【００４２】
上記のターゲットサンプルはターゲット物質を含む溶液であって、上記の‘ターゲット物質’はＳＡＷセンサー（４００）を通じて感知しようとする対象物質を意味する。
【００４３】
上記のターゲット物質は、蛋白質、抗体、抗原、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルス、バクテリア（Ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｅｌｌ）、動物細胞（Ａｎｉｍａｌ ｃｅｌｌ）、組織（Ｔｉｓｓｕｅ）などの生体分子またはこれにより発生されたＴｏｘｉｎなどのＢｉｏ ｐｒｏｄｕｃｔｓなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４４】
また、上記のターゲットサンプルは生物学的サンプルであり得、例えば、唾液、痰、脳脊髄液、血液、血清、プラズマ、小便、生検物質などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
基準溶液は、必要により洗浄液と同一溶液を使用することもできる。
【００４６】
上記の基準溶液は、ターゲットサンプルに対応してシグナル分析の対比になる流体を意味する。上記の基準溶液は、粘度、伝導性、密度などの特性がターゲットサンプルと類似するものであり得、例えば、バッファー溶液などが上げられる。
【００４７】
一例として、上記のチャンバー（２１１、２１２、２２０）の側面は、所定の勾配のテーパー形状（２４０）になっていることもある。このように、所定の勾配を持つ場合、流体の移動距離を減らし、流体の移動時に加速力を提供することができ、不必要な流体損失（ｌｏｓｓ）を減らすことができる。
【００４８】
上記の勾配は、例えば、約１°〜６０°または約５°〜３０°であり得るが、これに限定されるものではない。
【００４９】
本実施例によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、チャンバーとＳＡＷセンサー（４００）の相互間は、チャンネルにより互いに連通できる構造を持つ。
【００５０】
上記のチャンネルは、上記の試料チャンバー（２１１、２１２）とＳＡＷセンサー（４００）との間を連結するチャンネル（第１のチャンネル；５１０）と上記のＳＡＷセンサー（４００）と廃棄チャンバー（２２０）を連結するチャンネル（第２のチャンネル；２５０）を含むことができ、更なるチャンバーまたは装置が付加される場合、これを連結するためのチャンネルを含むことができる。
【００５１】
上記本体部（２００）の内部に形成されたチャンネル（５１０、５２０）は流体の流路を形成するため、外力がかけられていない状態またはデバイスの非作動状態で流体が移動することを防止できる構造であり得る。
【００５２】
上記の試料チャンバー（２１１、２１２）とＳＡＷセンサー（４００）との間を連結する第のチャンネル（５１０）は、流体が試料チャンバー（２１１、２１２）の下段から上向した後、ＳＡＷセンサー（４００）の上段面に流入できる構造であり得る。このような構造を持つ場合、外力によらずには試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がチャンネルに沿って移動できなくなるため、流体の流出を容易に制御できる。
【００５３】
図１には、第１のチャンネル（５１０）が試料チャンバー（２１１、２１２）のＳＡＷセンサー（４００）側の側面下部から垂直上向した後、ＳＡＷセンサー（４００）の上段面に垂直下向する構造を形成している。
【００５４】
また、上記のＳＡＷセンサー（４００）と廃棄チャンバー（２２０）を連結する第２のチャンネル（５２０）は、流体がＳＡＷセンサー（４００）の上段面から垂直に上向した後、廃棄チャンバー（２２０）に流入できる構造であり得る。この場合、廃棄チャンバー（２２０）に移動した流体がＳＡＷセンサー（４００）側方向に逆流することを防止することができる。
【００５５】
図１には、第２のチャンネル（５２０）がＳＡＷセンサー（４００）の上段から垂直に上向した後、廃棄チャンバー（２２０）のＳＡＷセンサー（４００）側の上段部に連結された構造を形成している。また、第２のチャンネル（５２０）がＳＡＷセンサー（４００）の上段から垂直に上向した後、廃棄チャンバー（２２０）のＳＡＷセンサー（４００）側の下段部に連結された構造であり得、この場合、廃棄チャンバー（２２０）内の溶液が逆流をさらに効果的に遮断することができる。
【００５６】
上記第１のチャンネル（５１０）及び第２のチャンネル（５２０）の形状は、これに限定されるものではなく、チャンバーとＳＡＷセンサー（４００）を相互連結する構造であれば、本発明の範囲内に含まれることは言うまでもない。
【００５７】
また、外部装置と連結するための外部チャンネルを含むことができる。このような外部チャンネル（５４０、５５０）または開口部（２５０）は図示されたように、チャンバー上段の高さ以上に形成できる。これにより、流体の移送駆動力を提供する外圧がチャンバーの上部から下部に導入できる。一方、上記の外部チャンネル（５４０、５５０）または開口部（２５０）はバルブなどと連動して、外圧の導入時に喚起するためのチャンバーの開閉を制御することが可能である。
【００５８】
上記の試料チャンバーまたは廃棄チャンバーは一つ以上であって、２つまたは３つであり得、それぞれのチャンバー相互間またはチャンバーとＳＡＷセンサーとの連結は、相互通気できる形態であれば特に制限されなく、多様であり得る。
【００５９】
上記のＳＡＷセンサー（４００）は特に制限されなく、表面弾性波を利用してターゲット物質の特性を感知する装置である。一般的に、ＳＡＷセンサー（４００）は圧電特性（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）を有する基板（４１０）上に一対のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）金属電極が形成された構造からなっている。
【００６０】
上記の基板（４１０）をなす圧電物質は、機械的信号の印加時に電気的特性が変化したり（圧電効果）、電気的信号の印加時に機械的信号が生じたりする（逆圧電効果）材料である。例えば、ニオブ酸リチウム（例；ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（例；ＬｉＴａＯ３）、四ホウ素酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、石英（Ｑｕａｒｔｚ）、ニオブ酸塩などが挙げられる。
【００６１】
上記のＩＤＴ（図示しない）は、電気回路と音波遅延線（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｄｅｌａｙ ｌｉｎｅ；図示しない）と間のインターフェースであって、アルミニウム合金、銅合金、金などの薄膜金属から形成できるが、これに限定されない。
【００６２】
上記一対のＩＤＴで一つのＩＤＴは、印加されたシグナルにより表面弾性波を発生させるため、これを‘入力（ｉｎｐｕｔ）ＩＤＴ’または‘送信器（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）’という。このとき発生された表面弾性波は、基板の表面に沿って適切な周波数で膨張と圧縮によりもう一つのＩＤＴに伝達され、逆圧電効果により電気的信号に変換される。この後者のＩＤＴを‘出力（ｏｕｔｐｕｔ）ＩＤＴ’または‘受信器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）’という。
【００６３】
上記のＳＡＷセンサー（４００）の表面には、ターゲットサンプル内に存在するターゲット物質と結合できるレセプター（ｒｅｃｅｐｔｏｒ；図示しない）が固定できる。上記のレセプターは、ターゲット物質と特異的に反応できる物質であれば、特に制限されない。
【００６４】
例えば、蛋白質、抗原、抗体、酵素、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ（ｐｅｐｔｉｄｅ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ、人工ＤＮＡ）、細胞、及び嗅覚神経（ｏｌｆａｃｔｏｒｙ）などが挙げられる。
【００６５】
ＳＡＷセンサー（４００）は流体の種類、ターゲット物質またはレセプターの種類により複数個であり得る。また、ＳＡＷセンサー（４００）は表面弾性波を誘発する装置によりシグナルを生成させることができ、上記の表面弾性波の誘発装置としては発信器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（６００）などが挙げられるが、これに限定されない。
【００６６】
本発明の例示的なＳＡＷセンサーデバイス（１００）において流体の移動過程を見てみると、以下の通りである。まず、バルブ（３２３）をゲーティングしてからポンプ（３３０）を駆動させると、空気の流入により圧力がチャンバーにかけられる。外部からかけられた空気は、チャンバーの上段に集められるようになり空気の圧力勾配が発生し、これにより流体が移動するようになる。即ち、流体はポンプ（３３０）と連結されたバルブ（３２３）のゲーティングにより試料チャンバー（２１１、２１２）から、第１のチャンネル（５１０）に沿ってＳＡＷセンサー（４００）の入口ポートに移動する。ＳＡＷセンサー（４００）を通じて流れた後、出口ポートを通じて第１の廃棄チャンバー（２２０）に移動する。
【００６７】
即ち、所望のチャンバーのバルブ（３２１）をゲーティングすると、流体の流入により上昇されたチャンバー内の圧力が除去され、溶液が容易に進入できるようになる。反対に、バルブ（３２１）及び開口部（２５０、３５０）を閉じると、流体の流入による圧力が相殺されなくて流体の進入ができない。これにより、バルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）をＳＡＷセンサーデバイスの内部に形成することなく、所望の部位に流体を制御することができる。
【００６８】
従って、ターゲットサンプルの汚染による分析誤謬を最小化でき、高価なバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）、ポンプ（３３０）などの流体制御部（３１０）を繰り返して再使用できるという長所がある。
【００６９】
一方、空気の流入／流出により流体の流れを制御することにおいて、空気により発生した気泡は、ＳＡＷ基板に流入される場合はノイズとして作用し、シグナルの変化を起こすことができる。即ち、流体１を注入した後、試料チャンバー（２１１）内の流体を流体２に交替する場合、流体１の注入による気泡によりノイズが発生し、流体２のセンシングは信頼性が落ちる。
【００７０】
これを防止するために、ＳＡＷ基板デバイスはノイズを除去するために気泡を捕集するチャンバーを更に含むことができる。
【００７１】
一例として、図１〜図３に図示されたように、ＳＡＷセンサーに気泡が流入されることを防止するために、上記の試料チャンバー（２１１、２１２）とＳＡＷ基板との間に、気泡を捕集するための第２の廃棄チャンバー（２３０）がチャンネル（５３０）により連結された構造であり得る。
【００７２】
このような構造のデバイスの作動過程を例示的に見てみると、流体１をＳＡＷセンサー（４００）に移動させた後、チャンネル内に含まれた気泡を第２の廃棄チャンバー（２３０）に捕集し、流体２をＳＡＷセンサー（４００）に移動させることができる。
【００７３】
図１〜図３に図示されたように、廃棄チャンバー（２２０）側の上段面上に形成されたバルブ（３２３）にポンプ（３３０）が連結されている場合、デバイスの作動順序は以下の通りである。
【００７４】
（ａ） 第１の廃棄チャンバー（２２０）上のバルブ（３２３）をゲーティングして流体１チャンバー（２１１）の圧力を増加させ、流体１をＳＡＷセンサー（４００）に注入する。
【００７５】
（ｂ） 第２の廃棄チャンバー（２３０）上のバルブ（３２４）をゲーティングして流体２チャンバーの圧力を増加させることにより、チャンネルに残存していた溶液及び気泡を第２の廃棄チャンバー（２３０）に捕集する。
【００７６】
（ｃ） 第１の廃棄チャンバー（２２０）上のバルブ（３２３）をゲーティングして流体２チャンバー（２１２）の圧力を増加させ、溶液２をＳＡＷセンサー（４００）に注入する。
【００７７】
本発明はまた、試料内のターゲット物質を分析するためのシステムを提供する。一例として、上記のシステムは、
（ｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されている第１のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘テストＳＡＷセンサーデバイス’という）及び、
（ｉｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されていない第２のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘対照ＳＡＷセンサーデバイス’という）から構成できる。
【００７８】
このようなシステムにおいて、ターゲット物質がテストＳＡＷセンサーデバイスでセンサー表面のレセプターに結合することにより表わされたシグナルと、対照ＳＡＷセンサーデバイスのシグナルの違いにより、ターゲットサンプルの有無及び定量を行うことができる。
【００７９】
また本発明は、上記のＳＡＷセンサーデバイスを利用した流体制御方法を提供する。一例による流体制御方法は、上記のＳＡＷセンサーデバイスで本体部（２００）の外部に位置する流体制御部（３１０）から提供された移送駆動力により、試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体をＳＡＷセンサー（４００）方向に水平移動させる段階を含む。
【００８０】
上記の移送駆動力は、例えば気圧であり得る。そこで、流体制御部（３１０）は外部に位置して本体部（２００）に空気を伝達する機能をするため、流体と流体制御部（３１０）が直接的に接触しない。従って、流体制御部（３１０）が流体により汚染されることを根本的に防止することができる。
【００８１】
本発明の一実施例によるＳＡＷセンサーデバイス（１００）を利用したセンシング（Ｓｅｎｓｉｎｇ）過程は、ＳＡＷセンサーデバイスを共振器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；６００）に装着し、これを発振させてシグナルを安定化させる段階、試料チャンバー（２１１、２１２）内の基準溶液をＳＡＷセンサー（４００）に注入して発振シグナルをベースライン（ｂａｓｅ ｌｉｎｅ）に設定する過程、及び、試料チャンバー（２１１、２１２）内のターゲットサンプルをＳＡＷセンサー（４００）に注入して発振シグナルを観察する過程、を含むことができる。
【００８２】
上記のシグナルは周波数、ｐｈａｓｅ、ａｍｐｌｉｔｕｄｅなどであり得る。上記のターゲットサンプルが、上記の試料チャンバー（２１１、２１２）からＳＡＷセンサー（４００）に移動すると、ＳＡＷセンサー（４００）の表面に付着したレセプターとターゲットサンプル内のターゲット物質が反応して波長変化を誘発する。そこで、ベースラインとターゲットサンプル注入時の波長変化の違いにより、ターゲットサンプル内のターゲット物質の存否、含量、種類などが検出できる。
【００８３】
上記において、ＳＡＷセンサー（４００）を経た流体は廃棄チャンバー（２２０）に移動され廃棄される。
【００８４】
必要により、流体を流動させた後、ＳＡＷセンサー（４００）に気泡が流入されないように、チャンネルに残存する気泡を除去する過程をさらに経ることができる。また、測定が終了した後、洗浄溶液でＳＡＷセンサーデバイスを洗浄し、シグナル変化を再測定することもできる。
【００８５】
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば、上記の内容を基に本発明の範疇内で多様な応用及び変形を行うことが可能であろう。
【符号の説明】
【００８６】
１００ ＳＡＷセンサーデバイス、
２００ 本体部、
３００ カバー部、
４００ ＳＡＷセンサー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷセンサーを含むデバイス及びこれを利用した流体制御方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷセンサーは、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ；ＳＡＷ）を利用して分析物であるターゲット物質の存否などをセンシングする装置である。
【０００３】
一般的にＳＡＷセンサーは、圧電物質からなる基板上に形成され、センサーの表面には所望のターゲット物質と特異的な結合を有するレセプター（Ｒｅｃｅｐｔｏｒ）が形成されている。そこで、ターゲット物質を含む溶液をＳＡＷセンサーに流すと、ターゲット物質とレセプターとの物理的、化学的、電気的な反応により波長の変化が発生し、これによるシグナル変化によりターゲット物質の含量を診断、モニタリングすることができる。
【０００４】
このようなＳＡＷセンサーデバイスは、化学的流体、体液などの生物学的流体などの試料内に含まれているターゲット物質の分析及びモニタリングに利用することもできる。
【０００５】
ＳＡＷセンサーは、表面の質量変化だけでなく、流体の圧力、媒質の粘度（Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）や密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）などにも非常に敏感である。このような質量外の要因によるシグナル変化であるノイズ（Ｎｏｉｓｅ）を最小化するためには、流体を正確に制御することが非常に重要である。
【０００６】
上記ＳＡＷセンサーによって分析されたターゲットサンプル溶液内には多量のターゲット物質が含有になっていて、流体の移動時に、上記多量のターゲット物質がチャンネルとチャンバーだけでなく、バルブ、ポンプにも汚染を起こす。上記汚染の結果で上記ターゲットサンプル溶液を分析する時、実質的な誤謬を起こす事もあり得る。
【０００７】
このような誤謬を防止するためには、バルブ及びポンプを再使用せずに使い捨てにしなければならない。しかし、これは経済的な側面から商業的に実現可能性が低いという限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
流体試料内の所定物質の存否及び定量分析において、ノイズの発生を最小化して分析の信頼性が高められるＳＡＷセンサーデバイス及びこれを利用した流体制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するために、ＳＡＷセンサーデバイスの外部で気圧（ａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）または通気（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）の調節などにより流体を移動させ、制御する技術を提供する。
【００１０】
一例によるＳＡＷセンサーデバイスは、本体部及び上記本体部の外部に位置する流体制御部を含む。上記本体部は試料チャンバー、該試料チャンバーと連結されているＳＡＷセンサー、該ＳＡＷセンサーと連結されており、ＳＡＷセンサーを通過した流体試料を担持する廃棄チャンバー、及び上記の試料チャンバー、ＳＡＷセンサー、及び廃棄チャンバーを連結するチャンネルを含む。上記流体制御部が上記本体部をパスする試料の流れを制御する。
【００１１】
本発明はまた、試料内のターゲット物質を分析するためのシステムを提供する。一例として、上記のシステムは、
（ｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されている第１のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘テストＳＡＷセンサーデバイス’という）；及び、
（ｉｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されていない第２のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘対照ＳＡＷセンサーデバイス’という）から構成できる。
【００１２】
このようなシステムにおいて、ターゲット物質がテストＳＡＷセンサーデバイスでセンサー表面のレセプターに結合することにより表わされたシグナルと、対照ＳＡＷセンサーデバイスのシグナルの違いにより、ターゲットサンプルの有無及び定量を行うことができる。
【００１３】
また本発明は、上記のＳＡＷセンサーデバイスを利用した流体制御方法を提供する。一例による流体制御方法は、上記のＳＡＷセンサーデバイスで本体部の外部に位置する流体制御部から提供された移送駆動力により、試料チャンバー内の流体をＳＡＷセンサー方向に水平移動させる段階を含む。
【００１４】
このような方法によると、外部に位置する流体制御部から生成された移送駆動力により試料チャンバー内の流体を移動させるため、流体と流体制御部が直接的に接触しないことにより流体の汚染を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施例によるＳＡＷセンサーデバイスは、流体制御部が流体が流動する本体部に位置しないことから、流体と流体制御部が直接接触しない。従って、バルブ、ポンプなどの流体制御部の汚染によるノイズを最小化できるだけでなく、流体制御部の再使用を可能にするため、経済性及び産業的効用価値に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例によるＳＡＷセンサーデバイスの断面図。
【図２】図１によるＳＡＷセンサーデバイスの平面図（（ａ）は本体部であり、（ｂ）はカバー部である）。
【図３】図１によるＳＡＷセンサーデバイスの分解斜視図（（ａ）は本体部であり、（ｂ）はカバー部である）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の利点と特徴、及びそれを遂行する方法が、下記の実施例に対する詳細な説明及び添付図面を参照することにより、さらに容易に理解できる。しかし、本発明は多くの多様な形態で実施でき、ここで言及した実施例に限定されて構成されるものではない。
【００１８】
本発明の一つの実施例によるＳＡＷセンサーデバイスは、試料チャンバー、該試料チャンバーと連結されているＳＡＷセンサー、該ＳＡＷセンサーと連結されており、ＳＡＷセンサーを通過した流体試料を担持する廃棄チャンバー、及び上記の試料チャンバー、ＳＡＷセンサー、及び廃棄チャンバーを連結するチャンネルからなる本体部を含み、流体の流れを制御する流体制御部が、上記本体部の外部に位置するものからなっている。
【００１９】
また、本発明の一つの実施例によるＳＡＷセンサーデバイスの流体制御方法は、試料チャンバーと、ＳＡＷセンサーと、該ＳＡＷセンサーを通過した試料を担持する廃棄チャンバーと、を連結するチャンネルからなる本体部の外部に位置する流体制御部から提供される移送駆動力を利用して、前記試料チャンバー内の流体を前記ＳＡＷセンサー方向に水平移動させる段階を含んでいる。
【００２０】
従来のＳＡＷセンサーデバイスでは、流体制御部がチャンバーとＳＡＷセンサーとの間の流路またはチャンネルに装着されており、流体試料による流体制御部の汚染がノイズ発生の主なる原因となった。
【００２１】
しかし、本発明の実施例によると、流体制御部が本体部の外部に位置するため、チャンバーまたはＳＡＷセンサーと直接接触しない構造を持つ。従って、流体制御部の汚染及びノイズの発生を防止することができる。
【００２２】
一例として、上記の流体制御部は、本体部の垂直上部面上に位置できる。ここで、本体部の平面に対して垂直上部面を意味する（図３のｙ軸参照）。このような構造によると、試料チャンバーの垂直上部から流体を制御するため、外力の印加無しでは流体が流体制御部と接触する可能性が根本的に排除される。例えば、本体部の上段をカバーするカバー部上に流体制御部が装着された構造が挙げられる。
【００２３】
これと関連して、図１には本発明の一実施例によるＳＡＷセンサーデバイスの断面図が模式的に図示されており、図２にはその平面図が、図３にはその斜視図がそれぞれ模式的に図示されている。これを図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
本実施例によるＳＡＷセンサーデバイス（１００）は、本体部（２００）と本体部（２００）の上段面をカバーするカバー部（３００）、及びカバー部（３００）上に位置する流体制御部（３１０）からなっており、本体部（２００）は流体を担持する試料チャンバー（２１１、２１２）、第１のチャンネル（５１０）により試料チャンバー（２１１、２１２）と連結されているＳＡＷセンサー（４００）、及び第２のチャンネル（５２０）によりＳＡＷセンサー（４００）と連結されている廃棄チャンバー（２２０）からなっている。
【００２５】
上記の流体制御部（３１０）は、流体の出入を制御したり流速を制御したりするための装置であって、例えば、空気の流入／流出により流体の流れを制御する装置であり得る。このような例としては、流体の出入を制御するバルブ（ｖａｌｖｅ；３２１、３２２、３２３、３２４）及び／又は流圧または流速を制御するポンプ（ｐｕｍｐ；３３０）が挙げられる。
【００２６】
上記のバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）はＳＡＷセンサーデバイス（１００）作動中に、ＳＡＷセンサーの表面にサンプル溶液を投入するか否かを制御する。上記のバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）は流体の出入を制御するため、少なくともサンプル溶液が担持された試料チャンバー（２１１、２１２）と連結されていて、場合により、図示されたように試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）にそれぞれ連結されることができる。
【００２７】
上記のポンプ（３３０）は流体の流れを制御する機能を行うため、ポンプ（３３０）でかけられる圧力がチャンネルのネットワークを通じて試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がＳＡＷセンサー（４００）を経て廃棄チャンバー（２２０）に移動できる。具体的に上記のポンプ（３３０）は、チャンバー内の圧力を加圧あるいは減圧させて試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がＳＡＷセンサー（４００）を経て廃棄チャンバー（２２０）に移動できる移送駆動力を提供し、流量を調節することができる。
【００２８】
上記のポンプ（３３０）は、陽圧／陰圧の形態に応じてチャンバー内の圧力を加圧あるいは減圧させる。そこで、ＳＡＷセンサー（４００）に流入される流体を担持した試料チャンバー（２１１、２１２）側に位置することもでき、図示されたようにＳＡＷセンサー（４００）から排出される流体を担持した廃棄チャンバー（２２０）側に位置することもできる。
【００２９】
一例として、デバイスの流入部側に陽圧ポンプ（図示しない）が位置できる。例えば、試料チャンバー（２１１、２１２）と連結されたバルブ（３２１、３２２）と陽圧ポンプを連結し、廃棄チャンバー（２２０）を加圧させると、陽圧ポンプから排出された空気がバルブ（３２１、３２２）を通じて試料チャンバー（２１１、２１２）内に流入され、これによる圧力により流体がＳＡＷセンサー（４００）方向にチャンネルに沿って移動できるようになる。
【００３０】
また別の例として、上記ＳＡＷセンサーデバイス（１００）の流出部側に陰圧ポンプ（３３０）が位置できる。例えば、廃棄チャンバー（２２０）と連結されたバルブ（３２３）と陰圧ポンプ（３３０）を連結して廃棄チャンバー（２２０）−ＳＡＷセンサー（４００）−試料チャンバー（２１１、２１２）に順次に圧力をかけることができる。即ち、試料チャンバー（２１１、２１２）を喚起させることにより廃棄チャンバー内の空気の圧力を下げると、試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がＳＡＷセンサー（４００）−廃棄チャンバー（２２０）方向に移動できる。
【００３１】
また、流入部側に陽圧ポンプを装着し、流出部側には陰圧ポンプ（３３０）を装着することもできる。
【００３２】
流体制御部（３１０）は、流体を制御するために本体部（２００）と直接的または間接的に連結することもできる。そこで、図示されたようにバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）は、試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）にそれぞれ連結されており、バルブ（３２３）はポンプ（３３０）と連結されている。これにより、ポンプ（３３０）−バルブ（３２３）−チャンバー（２２０）が連結された構造を持つことができる。このとき、上記の連結は直接的連結だけでなく、間接的連結及び機能的連結を含む意味である。
【００３３】
上記のバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）及び／又はポンプ（３３０）とチャンバーを連結するための一例として、チャンバー（２１１、２１２、２２０）の表面に所定の開口部（２５０）を形成し、これにより対応する部位にチャンネルなどを連結し、バルブ及び／又はポンプと連結できる。
【００３４】
例えば、上記のバルブは試料チャンバー（２１１、２１２）及び／又は廃棄チャンバー（２２０）と垂直方向に連結することもできる。この場合、チャンバーに圧力がかけられるに所要される移送距離及び時間を最小化することができる。
【００３５】
また別の例として、上記のチャンバー（２１１、２１２、２２０）は、流体が流入または流出できるように少なくとも一つの開口部（２５０）を持つことができる。例えば、流体制御部（３１０）などのような外部装置と連結するための開口部（２５０）と内部のＳＡＷセンサー（４００）または他のチャンバーと連結するための開口部（２６０）からなり得る。また、それぞれの開口部（２５０、２６０）にはチャンネルが結合されており、流路を形成することができる。
【００３６】
図１〜図３によると、試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）にそれぞれ第１の開口部（２５０）を形成し、これと対応する垂直上段カバー部（３００）に第２の開口部（３５０）を形成し、第２の開口部（３５０）がバルブ（３２１）と連結された構造が図示されている。しかし、チャンバー（２１１、２１２、２２０）とバルブ（３２１）が連通できる構造であれば、特に制限されるものではない。
【００３７】
一例として、流体制御の信頼性を高めて流体と流体制御部（３１０）の接触を防止するため，上記流体制御部（３１０）を含む上記カバーを上記本体部に連結する開口部にＯ‐リング（ｒｉｎｇ）などのような密閉機構（３６０）を装着することができる。
【００３８】
このような流体制御部（３１０）は本体部（２００）と分離され独立的に装着することもでき、本体部（２００）と一体として形成することもでき、特に限定されるものではない。
【００３９】
上記の流体制御部（３１０）はまた、プラグ、障害物、または装置により流体の流れを変更するバッフル（ｂａｆｆｌｅ）などを含むことができる。
【００４０】
上記のＳＡＷセンサーデバイスは、所定の試料チャンバー（２１１、２１２）及び廃棄チャンバー（２２０）を含む。上記の試料チャンバー（２１１、２１２）は、ＳＡＷセンサー（４００）を経ていない流体を担持するためのチャンバーであり、廃棄チャンバー（２２０）は、ＳＡＷセンサー（４００）を経た状態の流体を担持するためのチャンバーである。
【００４１】
上記の試料チャンバー（２１１、２１２）は一つ以上であり得、それぞれ互いに異なる流体を含むことができる。上記流体の例としては、ターゲット物質を含む溶液（以下、‘ターゲットサンプル’ともいう）、２次反応溶液、基準溶液、洗浄液などが挙げられるが、これに限定されるものではなく、上記のターゲットサンプルは一つ以上であり得る。
【００４２】
上記のターゲットサンプルはターゲット物質を含む溶液であって、上記の‘ターゲット物質’はＳＡＷセンサー（４００）を通じて感知しようとする対象物質を意味する。
【００４３】
上記のターゲット物質は、蛋白質、抗体、抗原、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ウイルス、バクテリア（Ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｅｌｌ）、動物細胞（Ａｎｉｍａｌ ｃｅｌｌ）、組織（Ｔｉｓｓｕｅ）などの生体分子またはこれにより発生されたＴｏｘｉｎなどのＢｉｏ ｐｒｏｄｕｃｔｓなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４４】
また、上記のターゲットサンプルは生物学的サンプルであり得、例えば、唾液、痰、脳脊髄液、血液、血清、プラズマ、小便、生検物質などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
基準溶液は、必要により洗浄液と同一溶液を使用することもできる。
【００４６】
上記の基準溶液は、ターゲットサンプルに対応してシグナル分析の対比になる流体を意味する。上記の基準溶液は、粘度、伝導性、密度などの特性がターゲットサンプルと類似するものであり得、例えば、バッファー溶液などが上げられる。
【００４７】
一例として、上記のチャンバー（２１１、２１２、２２０）の側面は、所定の勾配のテーパー形状（２４０）になっていることもある。このように、所定の勾配を持つ場合、流体の移動距離を減らし、流体の移動時に加速力を提供することができ、不必要な流体損失（ｌｏｓｓ）を減らすことができる。
【００４８】
上記の勾配は、例えば、約１°〜６０°または約５°〜３０°であり得るが、これに限定されるものではない。
【００４９】
本実施例によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、チャンバーとＳＡＷセンサー（４００）の相互間は、チャンネルにより互いに連通できる構造を持つ。
【００５０】
上記のチャンネルは、上記の試料チャンバー（２１１、２１２）とＳＡＷセンサー（４００）との間を連結するチャンネル（第１のチャンネル；５１０）と上記のＳＡＷセンサー（４００）と廃棄チャンバー（２２０）を連結するチャンネル（第２のチャンネル；２５０）を含むことができ、更なるチャンバーまたは装置が付加される場合、これを連結するためのチャンネルを含むことができる。
【００５１】
上記本体部（２００）の内部に形成されたチャンネル（５１０、５２０）は流体の流路を形成するため、外力がかけられていない状態またはデバイスの非作動状態で流体が移動することを防止できる構造であり得る。
【００５２】
上記の試料チャンバー（２１１、２１２）とＳＡＷセンサー（４００）との間を連結する第のチャンネル（５１０）は、流体が試料チャンバー（２１１、２１２）の下段から上向した後、ＳＡＷセンサー（４００）の上段面に流入できる構造であり得る。このような構造を持つ場合、外力によらずには試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体がチャンネルに沿って移動できなくなるため、流体の流出を容易に制御できる。
【００５３】
図１には、第１のチャンネル（５１０）が試料チャンバー（２１１、２１２）のＳＡＷセンサー（４００）側の側面下部から垂直上向した後、ＳＡＷセンサー（４００）の上段面に垂直下向する構造を形成している。
【００５４】
また、上記のＳＡＷセンサー（４００）と廃棄チャンバー（２２０）を連結する第２のチャンネル（５２０）は、流体がＳＡＷセンサー（４００）の上段面から垂直に上向した後、廃棄チャンバー（２２０）に流入できる構造であり得る。この場合、廃棄チャンバー（２２０）に移動した流体がＳＡＷセンサー（４００）側方向に逆流することを防止することができる。
【００５５】
図１には、第２のチャンネル（５２０）がＳＡＷセンサー（４００）の上段から垂直に上向した後、廃棄チャンバー（２２０）のＳＡＷセンサー（４００）側の上段部に連結された構造を形成している。また、第２のチャンネル（５２０）がＳＡＷセンサー（４００）の上段から垂直に上向した後、廃棄チャンバー（２２０）のＳＡＷセンサー（４００）側の下段部に連結された構造であり得、この場合、廃棄チャンバー（２２０）内の溶液が逆流をさらに効果的に遮断することができる。
【００５６】
上記第１のチャンネル（５１０）及び第２のチャンネル（５２０）の形状は、これに限定されるものではなく、チャンバーとＳＡＷセンサー（４００）を相互連結する構造であれば、本発明の範囲内に含まれることは言うまでもない。
【００５７】
また、外部装置と連結するための外部チャンネルを含むことができる。このような外部チャンネル（５４０、５５０）または開口部（２５０）は図示されたように、チャンバー上段の高さ以上に形成できる。これにより、流体の移送駆動力を提供する外圧がチャンバーの上部から下部に導入できる。一方、上記の外部チャンネル（５４０、５５０）または開口部（２５０）はバルブなどと連動して、外圧の導入時に喚起するためのチャンバーの開閉を制御することが可能である。
【００５８】
上記の試料チャンバーまたは廃棄チャンバーは一つ以上であって、２つまたは３つであり得、それぞれのチャンバー相互間またはチャンバーとＳＡＷセンサーとの連結は、相互通気できる形態であれば特に制限されなく、多様であり得る。
【００５９】
上記のＳＡＷセンサー（４００）は特に制限されなく、表面弾性波を利用してターゲット物質の特性を感知する装置である。一般的に、ＳＡＷセンサー（４００）は圧電特性（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）を有する基板（４１０）上に一対のＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）金属電極が形成された構造からなっている。
【００６０】
上記の基板（４１０）をなす圧電物質は、機械的信号の印加時に電気的特性が変化したり（圧電効果）、電気的信号の印加時に機械的信号が生じたりする（逆圧電効果）材料である。例えば、ニオブ酸リチウム（例；ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（例；ＬｉＴａＯ３）、四ホウ素酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、石英（Ｑｕａｒｔｚ）、ニオブ酸塩などが挙げられる。
【００６１】
上記のＩＤＴ（図示しない）は、電気回路と音波遅延線（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｄｅｌａｙ ｌｉｎｅ；図示しない）と間のインターフェースであって、アルミニウム合金、銅合金、金などの薄膜金属から形成できるが、これに限定されない。
【００６２】
上記一対のＩＤＴで一つのＩＤＴは、印加されたシグナルにより表面弾性波を発生させるため、これを‘入力（ｉｎｐｕｔ）ＩＤＴ’または‘送信器（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）’という。このとき発生された表面弾性波は、基板の表面に沿って適切な周波数で膨張と圧縮によりもう一つのＩＤＴに伝達され、逆圧電効果により電気的信号に変換される。この後者のＩＤＴを‘出力（ｏｕｔｐｕｔ）ＩＤＴ’または‘受信器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）’という。
【００６３】
上記のＳＡＷセンサー（４００）の表面には、ターゲットサンプル内に存在するターゲット物質と結合できるレセプター（ｒｅｃｅｐｔｏｒ；図示しない）が固定できる。上記のレセプターは、ターゲット物質と特異的に反応できる物質であれば、特に制限されない。
【００６４】
例えば、蛋白質、抗原、抗体、酵素、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ（ｐｅｐｔｉｄｅ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ、人工ＤＮＡ）、細胞、及び嗅覚神経（ｏｌｆａｃｔｏｒｙ）などが挙げられる。
【００６５】
ＳＡＷセンサー（４００）は流体の種類、ターゲット物質またはレセプターの種類により複数個であり得る。また、ＳＡＷセンサー（４００）は表面弾性波を誘発する装置によりシグナルを生成させることができ、上記の表面弾性波の誘発装置としては発信器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（６００）などが挙げられるが、これに限定されない。
【００６６】
本発明の例示的なＳＡＷセンサーデバイス（１００）において流体の移動過程を見てみると、以下の通りである。まず、バルブ（３２３）をゲーティングしてからポンプ（３３０）を駆動させると、空気の流入により圧力がチャンバーにかけられる。外部からかけられた空気は、チャンバーの上段に集められるようになり空気の圧力勾配が発生し、これにより流体が移動するようになる。即ち、流体はポンプ（３３０）と連結されたバルブ（３２３）のゲーティングにより試料チャンバー（２１１、２１２）から、第１のチャンネル（５１０）に沿ってＳＡＷセンサー（４００）の入口ポートに移動する。ＳＡＷセンサー（４００）を通じて流れた後、出口ポートを通じて第１の廃棄チャンバー（２２０）に移動する。
【００６７】
即ち、所望のチャンバーのバルブ（３２１）をゲーティングすると、流体の流入により上昇されたチャンバー内の圧力が除去され、溶液が容易に進入できるようになる。反対に、バルブ（３２１）及び開口部（２５０、３５０）を閉じると、流体の流入による圧力が相殺されなくて流体の進入ができない。これにより、バルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）をＳＡＷセンサーデバイスの内部に形成することなく、所望の部位に流体を制御することができる。
【００６８】
従って、ターゲットサンプルの汚染による分析誤謬を最小化でき、高価なバルブ（３２１、３２２、３２３、３２４）、ポンプ（３３０）などの流体制御部（３１０）を繰り返して再使用できるという長所がある。
【００６９】
一方、空気の流入／流出により流体の流れを制御することにおいて、空気により発生した気泡は、ＳＡＷ基板に流入される場合はノイズとして作用し、シグナルの変化を起こすことができる。即ち、流体１を注入した後、試料チャンバー（２１１）内の流体を流体２に交替する場合、流体１の注入による気泡によりノイズが発生し、流体２のセンシングは信頼性が落ちる。
【００７０】
これを防止するために、ＳＡＷ基板デバイスはノイズを除去するために気泡を捕集するチャンバーを更に含むことができる。
【００７１】
一例として、図１〜図３に図示されたように、ＳＡＷセンサーに気泡が流入されることを防止するために、上記の試料チャンバー（２１１、２１２）とＳＡＷ基板との間に、気泡を捕集するための第２の廃棄チャンバー（２３０）がチャンネル（５３０）により連結された構造であり得る。
【００７２】
このような構造のデバイスの作動過程を例示的に見てみると、流体１をＳＡＷセンサー（４００）に移動させた後、チャンネル内に含まれた気泡を第２の廃棄チャンバー（２３０）に捕集し、流体２をＳＡＷセンサー（４００）に移動させることができる。
【００７３】
図１〜図３に図示されたように、廃棄チャンバー（２２０）側の上段面上に形成されたバルブ（３２３）にポンプ（３３０）が連結されている場合、デバイスの作動順序は以下の通りである。
【００７４】
（ａ） 第１の廃棄チャンバー（２２０）上のバルブ（３２３）をゲーティングして流体１チャンバー（２１１）の圧力を増加させ、流体１をＳＡＷセンサー（４００）に注入する。
【００７５】
（ｂ） 第２の廃棄チャンバー（２３０）上のバルブ（３２４）をゲーティングして流体２チャンバーの圧力を増加させることにより、チャンネルに残存していた溶液及び気泡を第２の廃棄チャンバー（２３０）に捕集する。
【００７６】
（ｃ） 第１の廃棄チャンバー（２２０）上のバルブ（３２３）をゲーティングして流体２チャンバー（２１２）の圧力を増加させ、溶液２をＳＡＷセンサー（４００）に注入する。
【００７７】
本発明はまた、試料内のターゲット物質を分析するためのシステムを提供する。一例として、上記のシステムは、
（ｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されている第１のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘テストＳＡＷセンサーデバイス’という）及び、
（ｉｉ） ターゲットサンプルと反応するレセプターがＳＡＷセンサーの表面に固定化されていない第２のＳＡＷセンサーデバイス（以下、場合により‘対照ＳＡＷセンサーデバイス’という）から構成できる。
【００７８】
このようなシステムにおいて、ターゲット物質がテストＳＡＷセンサーデバイスでセンサー表面のレセプターに結合することにより表わされたシグナルと、対照ＳＡＷセンサーデバイスのシグナルの違いにより、ターゲットサンプルの有無及び定量を行うことができる。
【００７９】
また本発明は、上記のＳＡＷセンサーデバイスを利用した流体制御方法を提供する。一例による流体制御方法は、上記のＳＡＷセンサーデバイスで本体部（２００）の外部に位置する流体制御部（３１０）から提供された移送駆動力により、試料チャンバー（２１１、２１２）内の流体をＳＡＷセンサー（４００）方向に水平移動させる段階を含む。
【００８０】
上記の移送駆動力は、例えば気圧であり得る。そこで、流体制御部（３１０）は外部に位置して本体部（２００）に空気を伝達する機能をするため、流体と流体制御部（３１０）が直接的に接触しない。従って、流体制御部（３１０）が流体により汚染されることを根本的に防止することができる。
【００８１】
本発明の一実施例によるＳＡＷセンサーデバイス（１００）を利用したセンシング（Ｓｅｎｓｉｎｇ）過程は、ＳＡＷセンサーデバイスを共振器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；６００）に装着し、これを発振させてシグナルを安定化させる段階、試料チャンバー（２１１、２１２）内の基準溶液をＳＡＷセンサー（４００）に注入して発振シグナルをベースライン（ｂａｓｅ ｌｉｎｅ）に設定する過程、及び、試料チャンバー（２１１、２１２）内のターゲットサンプルをＳＡＷセンサー（４００）に注入して発振シグナルを観察する過程、を含むことができる。
【００８２】
上記のシグナルは周波数、ｐｈａｓｅ、ａｍｐｌｉｔｕｄｅなどであり得る。上記のターゲットサンプルが、上記の試料チャンバー（２１１、２１２）からＳＡＷセンサー（４００）に移動すると、ＳＡＷセンサー（４００）の表面に付着したレセプターとターゲットサンプル内のターゲット物質が反応して波長変化を誘発する。そこで、ベースラインとターゲットサンプル注入時の波長変化の違いにより、ターゲットサンプル内のターゲット物質の存否、含量、種類などが検出できる。
【００８３】
上記において、ＳＡＷセンサー（４００）を経た流体は廃棄チャンバー（２２０）に移動され廃棄される。
【００８４】
必要により、流体を流動させた後、ＳＡＷセンサー（４００）に気泡が流入されないように、チャンネルに残存する気泡を除去する過程をさらに経ることができる。また、測定が終了した後、洗浄溶液でＳＡＷセンサーデバイスを洗浄し、シグナル変化を再測定することもできる。
【００８５】
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば、上記の内容を基に本発明の範疇内で多様な応用及び変形を行うことが可能であろう。
【符号の説明】
【００８６】
１００ ＳＡＷセンサーデバイス、
２００ 本体部、
３００ カバー部、
４００ ＳＡＷセンサー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料チャンバー、
上記の試料チャンバーと連結されているＳＡＷセンサー、
上記のＳＡＷセンサーと連結されており、ＳＡＷセンサーを通過した試料を担持する廃棄チャンバー、及び
上記の試料チャンバー、ＳＡＷセンサー、及び廃棄チャンバーを連結するチャンネルからなる本体部；を含み、
流体の流れを制御する流体制御部が、上記本体部の外部に位置するものからなるＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項２】
上記の流体制御部は、本体部の垂直上部面上に位置する、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項３】
上記本体部の上段をカバーするカバー部；を含み、流体制御部が上記のカバー部に位置する、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項４】
上記の流体制御部は、空気の流入／流出により流体の流れを制御する装置である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項５】
上記の流体制御部は、バルブ（ｖａｌｖｅ）及び／又はパンプ（ｐｕｍｐ）である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項６】
上記のバルブは、試料チャンバー及び廃棄チャンバーにそれぞれ連結されている、請求項５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項７】
上記のパンプは、陽圧パンプまたは陰圧パンプである、請求項５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項８】
上記のパンプは、流体の流入部側及び／又は流出部側に位置する、請求項５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項９】
上記の試料チャンバー及び廃棄チャンバーはそれぞれ外部と連結できる開口部を含み、上記の開口部は本体部外部の流体制御部と連結された、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１０】
上記の試料チャンバーまたは廃棄チャンバーの側面はテーパーされている、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１１】
上記テーパーの勾配は５°〜３０°である、請求項１０に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１２】
上記の流体は、ターゲット物質を含む溶液、基準溶液、洗浄液及び緩衝液からなる群から選択された少なくとも一つである、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１３】
上記の試料チャンバーとＳＡＷセンサーとの間を連結するチャンネル（‘第１のチャンネル’）は、流体が試料チャンバーの下段から上向した後、ＳＡＷセンサーの上段面に流入できる構造である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１４】
上記第１のチャンネルは、試料チャンバーのＳＡＷセンサー側の側面下部から垂直に上向した後、ＳＡＷセンサーの上段面に垂直下向する構造である、請求項１３に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１５】
上記のＳＡＷセンサーと廃棄チャンバーを連結するチャンネル（‘第２のチャンネル’）は、流体がＳＡＷセンサーの上段面から上向した後、廃棄チャンバーに流入できる構造である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１６】
上記第２のチャンネルは、ＳＡＷセンサーの上段面から垂直に上向した後、廃棄チャンバーの上段面と水平に連結された構造である、請求項１５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１７】
上記の試料チャンバーとＳＡＷセンサーとの間に第２の廃棄チャンバーがチャンネルにより連結されている、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１８】
上記第２の廃棄チャンバーは外部と連結できる開口部を含み、開口部は本体部外部の流体制御部と連結された、請求項１７に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１９】
請求項１によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、ＳＡＷセンサーの表面にレセプターが固定されている第１のＳＡＷセンサーデバイス；及び、
請求項１によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、ＳＡＷセンサーの表面にレセプターが固定されていない第２のＳＡＷセンサーデバイス；を含む、ＳＡＷセンサーシステム。
【請求項２０】
請求項１によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、本体部の外部に位置する流体制御部から提供された移送駆動力により、試料チャンバー内の流体をＳＡＷセンサー方向に水平移動させる段階；を含む、ＳＡＷセンサーデバイスの流体制御方法。
【請求項２１】
上記の移送駆動力は気圧である、請求項２０に記載のＳＡＷセンサーデバイスの流体制御方法。
【請求項１】
試料チャンバー、
上記の試料チャンバーと連結されているＳＡＷセンサー、
上記のＳＡＷセンサーと連結されており、ＳＡＷセンサーを通過した試料を担持する廃棄チャンバー、及び
上記の試料チャンバー、ＳＡＷセンサー、及び廃棄チャンバーを連結するチャンネルからなる本体部；を含み、
流体の流れを制御する流体制御部が、上記本体部の外部に位置するものからなるＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項２】
上記の流体制御部は、本体部の垂直上部面上に位置する、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項３】
上記本体部の上段をカバーするカバー部；を含み、流体制御部が上記のカバー部に位置する、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項４】
上記の流体制御部は、空気の流入／流出により流体の流れを制御する装置である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項５】
上記の流体制御部は、バルブ（ｖａｌｖｅ）及び／又はパンプ（ｐｕｍｐ）である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項６】
上記のバルブは、試料チャンバー及び廃棄チャンバーにそれぞれ連結されている、請求項５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項７】
上記のパンプは、陽圧パンプまたは陰圧パンプである、請求項５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項８】
上記のパンプは、流体の流入部側及び／又は流出部側に位置する、請求項５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項９】
上記の試料チャンバー及び廃棄チャンバーはそれぞれ外部と連結できる開口部を含み、上記の開口部は本体部外部の流体制御部と連結された、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１０】
上記の試料チャンバーまたは廃棄チャンバーの側面はテーパーされている、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１１】
上記テーパーの勾配は５°〜３０°である、請求項１０に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１２】
上記の流体は、ターゲット物質を含む溶液、基準溶液、洗浄液及び緩衝液からなる群から選択された少なくとも一つである、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１３】
上記の試料チャンバーとＳＡＷセンサーとの間を連結するチャンネル（‘第１のチャンネル’）は、流体が試料チャンバーの下段から上向した後、ＳＡＷセンサーの上段面に流入できる構造である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１４】
上記第１のチャンネルは、試料チャンバーのＳＡＷセンサー側の側面下部から垂直に上向した後、ＳＡＷセンサーの上段面に垂直下向する構造である、請求項１３に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１５】
上記のＳＡＷセンサーと廃棄チャンバーを連結するチャンネル（‘第２のチャンネル’）は、流体がＳＡＷセンサーの上段面から上向した後、廃棄チャンバーに流入できる構造である、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１６】
上記第２のチャンネルは、ＳＡＷセンサーの上段面から垂直に上向した後、廃棄チャンバーの上段面と水平に連結された構造である、請求項１５に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１７】
上記の試料チャンバーとＳＡＷセンサーとの間に第２の廃棄チャンバーがチャンネルにより連結されている、請求項１に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１８】
上記第２の廃棄チャンバーは外部と連結できる開口部を含み、開口部は本体部外部の流体制御部と連結された、請求項１７に記載のＳＡＷセンサーデバイス。
【請求項１９】
請求項１によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、ＳＡＷセンサーの表面にレセプターが固定されている第１のＳＡＷセンサーデバイス；及び、
請求項１によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、ＳＡＷセンサーの表面にレセプターが固定されていない第２のＳＡＷセンサーデバイス；を含む、ＳＡＷセンサーシステム。
【請求項２０】
請求項１によるＳＡＷセンサーデバイスにおいて、本体部の外部に位置する流体制御部から提供された移送駆動力により、試料チャンバー内の流体をＳＡＷセンサー方向に水平移動させる段階；を含む、ＳＡＷセンサーデバイスの流体制御方法。
【請求項２１】
上記の移送駆動力は気圧である、請求項２０に記載のＳＡＷセンサーデバイスの流体制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２４４２（Ｐ２０１１−２４４２Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３０６０５（Ｐ２００９−２３０６０５）
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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