特許 6096064 感知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6096064

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】感知装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20170306BHJP

【ＦＩ】

   G01N5/02 A

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-123872(P2013-123872)

(22)【出願日】2013年6月12日

(65)【公開番号】特開2014-240809(P2014-240809A)

(43)【公開日】2014年12月25日

【審査請求日】2016年3月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100162008

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 宣明

(72)【発明者】

【氏名】茎田 啓行

(72)【発明者】

【氏名】若松 俊一

(72)【発明者】

【氏名】忍 和歌子

【審査官】 北川 創

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２７０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０７４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３４６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４６７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ５／０２

Ｇ０１Ｎ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電片の一面側にて一方側から他方側に向かって感知対象物を含む流体を通流させて、この圧電片の一面側に形成された共通電極の表面の吸着層に感知対象物を吸着させて当該感知対象物を感知する感知装置において、
前記共通電極の表面に吸着層が形成された第１の吸着領域と、この第１の吸着領域から見て前記流体の流れ方向に対して交差する方向に設けられ、前記共通電極の表面に前記吸着層を形成せずに当該表面が露出するように構成された第１の参照領域と、これら第１の吸着領域及び第１の参照領域に夫々対向するように前記圧電片の他面側に個別に形成された第１の対向電極と、を備えた第１のセンサ部と、
前記第１の参照領域から見て前記一方側または前記他方側に離間した位置における前記共通電極の表面に吸着層が形成された第２の吸着領域と、この第２の吸着領域から見て前記流体の流れ方向に対して交差する方向に設けられ、前記共通電極の表面に前記吸着層を形成せずに当該表面が露出するように構成された第２の参照領域と、これら第２の吸着領域及び第２の参照領域に夫々対向するように前記圧電片の他面側に個別に形成された第２の対向電極と、を備えた第２のセンサ部と、
前記圧電片の一面側にて前記一方側から前記他方側に向かって感知対象物を含む流体を通流させるための流路形成部材と、
前記圧電片を発振させるための発振回路と、
この発振回路の発振周波数を測定するための周波数測定部と、
前記第１の吸着領域及び前記第１の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、前記第１の参照領域及び前記第１の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、の差分を求めると共に、前記第２の吸着領域及び前記第２の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、前記第２の参照領域及び前記第２の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、の差分を求めて、これら差分の合算値を算出する制御部と、を備えたことを特徴とする感知装置。

【請求項2】

前記流路形成部材は、前記流体が前記第１の吸着領域及び前記第２の参照領域を通る第１の流路と、前記流体が前記第１の参照領域及び前記第２の吸着領域を通る第２の流路と、これら第１の流路及び第２の流路に共通に形成された流体供給口と、前記第１の流路及び前記第２の流路における前記他方側の端部に夫々個別に形成された流体排出口と、を備え、
前記第１の流路及び前記第２の流路における前記液体排出口よりも下流側には、これら第１の流路と第２の流路とを切り替えるための切り替え部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の感知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電片に設けられた電極上に形成された吸着層に試料流体中の感知対象物を吸着させ、圧電片の固有振動数の変化に基づいて感知対象物を感知する感知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

溶液あるいは気体などの流体に含まれる微量物質を感知する装置として、例えば水晶片などの圧電片と当該水晶片の上下両面に形成された励振電極とを備えた水晶振動子をＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｓ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）として利用した感知装置が知られている。即ち、感知対象物を吸着する吸着層を前記励振電極の一部に形成して、感知対象物が吸着した時に生じる水晶振動子の発振周波数の変化に基づいて、当該感知対象物の有無や濃度を検出している。

【0003】

このようなＱＣＭでは、感知対象物の感知精度の向上を図るため、既述の吸着層が形成されていない参照用の励振電極を前記水晶片上に別途形成して、ＱＣＭの周囲における外来ノイズ（例えば温度、流体の粘度、流体の圧力による応力）をキャンセルできる、いわゆるツインセンサーとして構成する技術が知られている。

【0004】

また、感知対象物の感知精度を更に向上させる技術として、例えば吸着層の上方側を通流する流体の流路の高さ寸法（流路高）をなるべく狭くしたり、あるいは水晶振動子の発振周波数の高域化を図ったりする手法が知られている。しかしながら、吸着層に流体を通流させるためには、ある程度の流路高を確保する必要があり、従って流路高を狭めるには限界があり、一方水晶振動子の発振周波数の高域化を行うと溶液内での発振が不安定になりやすい。
特許文献１〜３には、マイクロチャンネル装置、前記ツインセンサー、あるいは反応電極を４つ設ける技術などについて記載されているが、既述の課題については検討されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−３３０００８

【特許文献2】特開２０００−２８３９０５

【特許文献3】特開２００４−０６９６６１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電片の上下両面に励振電極を形成した水晶振動子を用いて感知対象物を感知するにあたって、良好な感知精度を持つ感知装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の感知装置は、
圧電片の一面側にて一方側から他方側に向かって感知対象物を含む流体を通流させて、この圧電片の一面側に形成された共通電極の表面の吸着層に感知対象物を吸着させて当該感知対象物を感知する感知装置において、
前記共通電極の表面に吸着層が形成された第１の吸着領域と、この第１の吸着領域から見て前記流体の流れ方向に対して交差する方向に設けられ、前記共通電極の表面に前記吸着層を形成せずに当該表面が露出するように構成された第１の参照領域と、これら第１の吸着領域及び第１の参照領域に夫々対向するように前記圧電片の他面側に個別に形成された第１の対向電極と、を備えた第１のセンサ部と、
前記第１の参照領域から見て前記一方側または前記他方側に離間した位置における前記共通電極の表面に吸着層が形成された第２の吸着領域と、この第２の吸着領域から見て前記流体の流れ方向に対して交差する方向に設けられ、前記共通電極の表面に前記吸着層を形成せずに当該表面が露出するように構成された第２の参照領域と、これら第２の吸着領域及び第２の参照領域に夫々対向するように前記圧電片の他面側に個別に形成された第２の対向電極と、を備えた第２のセンサ部と、
前記圧電片の一面側にて前記一方側から前記他方側に向かって感知対象物を含む流体を通流させるための流路形成部材と、
前記圧電片を発振させるための発振回路と、
この発振回路の発振周波数を測定するための周波数測定部と、
前記第１の吸着領域及び前記第１の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、前記第１の参照領域及び前記第１の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、の差分を求めると共に、前記第２の吸着領域及び前記第２の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、前記第２の参照領域及び前記第２の対向電極の間における前記圧電片の発振周波数と、の差分を求めて、これら差分の合算値を算出する制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

前記流路形成部材は、前記流体が前記第１の吸着領域及び前記第２の参照領域を通る第１の流路と、前記流体が前記第１の参照領域及び前記第２の吸着領域を通る第２の流路と、これら第１の流路及び第２の流路に共通に形成された流体供給口と、前記第１の流路及び前記第２の流路における前記他方側の端部に夫々個別に形成された流体排出口と、を備え、
前記第１の流路及び前記第２の流路における前記液体排出口よりも下流側には、これら第１の流路と第２の流路とを切り替えるための切り替え部が設けられていても良い。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、圧電片の共通電極に形成された吸着層に流体中の感知対象物を吸着させるにあたって、流体の流れ方向に対して交差する方向に互いに離間するように２箇所に吸着層を形成して、各々の吸着層にて感知対象物を感知するようにしている。また、吸着層が形成されていない参照領域をこれら吸着層に個別に設けると共に、感知対象物が吸着した時の圧電片の発振周波数と、参照領域における発振周波数との差分を夫々算出している。そして、これら差分を加算することにより、各々の吸着層における感知対象物の測定結果を互いに足し合わせている。そのため、流体の流れ方向に対して交差する方向に亘って感知対象物を吸着できるので、高い精度で当該感知対象物を感知できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の感知センサにおけるセンサー部分を示す分解斜視図である。

【図2】前記センサー部分に搭載される水晶振動子を示す平面図である。

【図3】前記水晶振動子を示す平面図である。

【図4】前記水晶振動子を示す縦断面図である。

【図5】前記感知装置の全体構成を示す模式図である。

【図6】前記感知装置において液を流す様子を示す模式図である。

【図7】前記感知装置において液を流す様子を示す模式図である。

【図8】前記感知装置において液を流す様子を示す模式図である。

【図9】前記感知装置及び当該感知装置に配置される制御部を簡略化して示す簡略図である。

【図10】前記感知装置にて計測される周波数と感知対象物の濃度との相関関係の一例を示す概略図である。

【図11】前記感知装置にて発振周波数を切り替える様子を示す概略図である。

【図12】前記感知装置にて発振周波数を切り替える様子を示す概略図である。

【図13】前記感知装置にて得られる感知結果の一例を示す模式図である。

【図14】従来の感知装置にて得られる感知結果の一例を示す模式図である。

【図15】前記感知装置の他の例を示す分解斜視図である。

【図16】前記他の例における感知装置の一部を示す平面図である。

【図17】前記他の例における感知装置の一部を示す模式図である。

【図18】前記他の例における感知装置の作用を模式的に示す概略図である。

【図19】前記感知装置の別の例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の感知装置に係る実施の形態の一例について、図１〜図１０を参照して説明する。初めにこの感知装置のセンサー部分について説明すると、このセンサー部分であるセンサーユニット１は、水晶振動子２と、この水晶振動子２を裏面側から支持すると共に当該水晶振動子２に電気信号の授受を行うための配線基板３と、水晶振動子２の上面側に液の流路を形成するための流路形成部材４とを備えている。図１中５は配線基板３の下方側に配置された支持部材であり、６は流路形成部材４の上方側に配置されたカバー部材である。

【0012】

配線基板３には、水晶振動子２の裏面側における後述の励振電極１２が形成された領域を避けるように開口部３ａが形成されており、当該配線基板３の下方側には、開口部３ａを介して水晶振動子２の裏面側に連通する領域を気密に塞ぐために、上方側が開口する概略円筒状の封止部材７が配置されている。既述の流路形成部材４は、例えばゴムや樹脂などにより構成されており、水晶振動子２の表面にて一方側（図１中右側）から他方側（図１中左側）に向かって液を通流させるための液供給管４ａ及び液排出管４ｂを備えている。即ち、この流路形成部材４は、図４に示すように、下面側中央部が開口する概略箱型形状をなしており、下面側における周縁部にて水晶振動子２に気密に接触するように構成されている。そして、この流路形成部材４の上面側における一方側には既述の液供給管４ａが接続され、また流路形成部材４の上面側における他方側には液排出管４ｂが接続されている。図１中６ａ及び６ｂは、これら液供給管４ａ及び液排出管４ｂに夫々連通するように既述のカバー部材６に取り付けられた液供給ポート及び液排出ポートである。

【0013】

水晶振動子２は、図２及び図３に示すように、概略円板状に形成された圧電片である水晶片１０と、この水晶片１０の上面側に形成された共通電極１１と、水晶片１０の下面側に形成された既述の励振電極１２とを備えている。ここで、水晶振動子２の上面側における液の流れ方向（液供給管４ａから液排出管４ｂに向かう方向）を左右方向と呼ぶ。共通電極１１は、左右方向に沿って伸びると共に、概略音叉型となるように形成されている。具体的には、共通電極１１は、液供給管４ａの下方側の基端部では直線状に形成されており、液の排出側（左側）に向かう途中部位にて二本の腕部１３、１３に分岐している。そして、これら腕部１３、１３は、互いに平行となるように、液排出管４ｂの下方側の先端部に向かって伸び出している。共通電極１１における基端側の部位は、図３に示すように、水晶片１０の側面側を回り込んで、当該水晶片１０の裏面側に伸び出している。尚、図２では、水晶振動子２の表面側にて液が通流する流路（流路形成部材４の下面側中央部における開口部）４ｃを破線で示している。

【0014】

これら腕部１３、１３のうち、図２中奥側の腕部１３及び手前側の腕部１３に夫々「１３ａ」及び「１３ｂ」の符号を付すと、奥側の腕部１３ａにおける基端側（右側）には、図４にも示すように、例えば抗原などの感知対象物を吸着するための抗体などからなる吸着層（反応物質）１４が形成されている。一方、奥側の腕部１３ａにおける先端側（左側）の部位には、吸着層１４が設けられておらず、共通電極１１が露出している。また、手前側の腕部１３ｂでは、先端側に吸着層１４が形成されており、一方基端側には吸着層１４が形成されておらず、共通電極１１が露出している。尚、図４では、流路形成部材４を簡略化して一点鎖線にて描画している。

【0015】

ここで、奥側の腕部１３ａにて吸着層１４が形成された部位を「第１の吸着領域１４ａ」と呼ぶと共に、手前側の腕部１３ｂにて吸着層１４が形成された部位を「第２の吸着領域１４ｂ」と呼ぶものとする。手前側の腕部１３ｂにおいて吸着層１４が形成されていない領域（第１の吸着領域１４ａに対向する領域）は、当該第１の吸着領域１４ａに対する第１の参照領域１６ａをなしている。即ち、後で詳述するように、感知対象物を含む試料液が液供給管４ａから水晶振動子２の表面に供給されると、第１の吸着領域１４ａに感知対象物が吸着して、当該第１の吸着領域１４ａの下方側における水晶片１０では感知対象物の吸着に基づいて発振周波数が低下する。一方、第１の参照領域１６ａの下方側の水晶片１０では発振周波数が低下しないので、これら発振周波数の差分に基づいて感知対象物の有無や濃度が検出されることになる。第１の吸着領域１４ａ及び第１の参照領域１６ａにより、第１のセンサ部が構成される。

【0016】

また、奥側の腕部１３ａにおいて吸着層１４が形成されていない領域は、同様に第２の吸着領域１４ｂに対する第２の参照領域１６ｂをなしている。従って、第１の吸着領域１４ａから見た時に、第１の参照領域１６ａ及び第２の吸着領域１４ｂは、いずれも液体の流れ方向に対して交差する方向に設けられている。即ち、第１の参照領域１６ａは、第１の吸着領域１４ａから見た時に、前記流れ方向に対して直交する方向に配置されている。また、第２の吸着領域１４ｂは、第１の吸着領域１４ａから見た時に、前記流れ方向に対して直交すると共に当該液流れ方向における下流側（他方側）に離間した位置に配置されている。これら第２の吸着領域１４ｂ及び第２の参照領域１６ｂにより、第２のセンサ部が構成される。

【0017】

ここで、図２に示すように、平面で見た時に、水晶振動子２の表面の液流れの方向に直交する方向における液の流路の幅寸法（流路形成部材４の下面における開口部の幅寸法）を「Ｌ」と呼ぶと共に、前記直交する方向における吸着領域１４ａ、１４ｂの幅寸法Ｗ１、Ｗ２の合計の寸法を「Ｗ（Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２）」とする。幅寸法Ｌに対して寸法Ｗが占める割合Ｒ（Ｒ＝Ｗ／Ｌ）は、後述するように、試料液に含まれる感知対象物をなるべく吸着するように、できるだけ大きい（１に近い）方が好ましく、この例では０．５〜０．７となっている。

【0018】

そして、水晶片１０の裏面側における励振電極１２は、以上説明した各領域１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂに夫々対向するように互いに独立して配置されており、当該水晶片１０の裏面側にて水晶片１０の周縁部に向かって伸び出す引き出し電極１５に夫々個別に接続されている。具体的には、水晶片１０の裏面側には、第１の吸着領域１４ａ及び第１の参照領域１６ａに夫々対向するように、液の流れ方向に対して交差する方向に互いに離間するように２箇所に第１の励振電極１２、１２が形成されている。また、第２の吸着領域１４ｂ及び第２の参照領域１６ｂに夫々対向するように、液の流れ方向に対して交差する方向に互いに離間するように２箇所に第２の励振電極１２、１２が配置されている。

【0019】

これら引き出し電極１５及び水晶片１０の裏面側に伸び出した共通電極１１の端部は、図１に示すように、配線基板３の表面に形成された導電路３ｂを介して、後述の発振回路３２に接続されている。従って、各領域１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂは、水晶片１０を介して対向する励振電極１２との間にて、夫々独立して発振できるように構成されている。

【0020】

こうして吸着領域１４ａ、１４ｂの吸着層１４に感知対象物が吸着すると、既述のように、これら領域１４ａ、１４ｂ側における発振周波数が低下し、一方参照領域１６ａ、１６ｂ側では感知対象物の吸着に基づく発振周波数の低下は起こらない。そのため、吸着領域１４ａ（１４ｂ）側の発振周波数ｆｍ１（ｆｍ２）と参照領域１６ａ（１６ｂ）側の発振周波数ｆｒ１（ｆｒ２）との差分Δｆ１（Δｆ２）を計算することにより、試料液における感知対象物の有無や濃度が検知される。そして、本発明では、後述するように、これら差分Δｆ１、Δｆ２を合算することにより、感知対象物を高精度に検知している。尚、図２及び図３では、共通電極１１と励振電極１２との間における各領域１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂの対応関係を表すために、発振周波数を併記している。

【0021】

続いて、感知装置におけるセンサーユニット１以外の構成について、以下に説明する。図５に示すように、液供給管４ａの上流側には、六方バルブなどからなる液切り替えバルブ２１と、緩衝液引き込み用バルブ２２と、がセンサーユニット１側からこの順番で配置されている。緩衝液引き込み用バルブ２２には、緩衝液（例えばリン酸バッファ液）が貯留された貯留部２３と、シリンジポンプなどの緩衝液保持部２４とが接続されている。そして、緩衝液引き込み用バルブ２２における液の流路を図５に示すように配置して、当該バルブ２２を経由して貯留部２３から緩衝液を緩衝液保持部２４に引き込み、次いでバルブ２２の流路を図６のように切り替えることにより、緩衝液保持部２４によってセンサーユニット１側に緩衝液を押し出すように構成されている。図５中２４ａは、緩衝液保持部２４内に貯留された緩衝液をセンサーユニット１側に押し出すために、あるいは貯留部２３の緩衝液をこの緩衝液保持部２４に引き込むために、当該緩衝液保持部２４に設けられたシリンジなどの液押圧部２４ｂを前進及び後退させるための駆動部であり、前記液押圧部２４ｂの進退速度を調整自在に構成されている。尚、図６では緩衝液保持部２４の構成について簡略化して描画している。

【0022】

また、液切り替えバルブ２１には、緩衝液引き込み用バルブ２２から伸びる液供給路２５と、例えば血液や血清などの試料液が貯留された試料液貯留部２６とが接続されている。この液切り替えバルブ２１では、当該液切り替えバルブ２１内に設けられた液貯留部をなすカラム２７内に試料液を一旦溜め込み（図７参照）、次いで当該バルブ２１の流路を図８のように切り替えることにより、緩衝液保持部２４の緩衝液によってカラム２７内の試料液をセンサーユニット１側に押し出すように構成されている。従って、センサーユニット１側には、カラム２７の容積に応じた試料液が供給される。図５中２８は、センサーユニット１の液排出管４ｂの下流側及び液切り替えバルブ２１におけるカラム２７の下流側に共通に設けられた廃液部である。

【0023】

水晶振動子２には、図５及び図９に示すように、既述の配線基板３の表面に形成された導電路３ｂ及びスイッチ部３１を介して発振回路３２が接続されている。このスイッチ部３１は、既述の各領域１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂのいずれか１つの領域（詳しくは各領域と励振電極１２との間における水晶片１０）を発振させると共に、当該１つの領域における発振出力（周波数信号）を発振回路３２側に取り込むように構成されている。具体的には、スイッチ部３１は、図９に示すように、３つのスイッチ３３ａ〜３３ｃにより構成されている。領域１４ａ、１６ａと発振回路３２との間には、第１のスイッチ３３ａと第２のスイッチ３３ｂとが水晶振動子２側からこの順番で配置されており、第１のスイッチ３３ａは、発振回路３２と、領域１４ａ、１６ａのいずれか一方とを接続するように構成されている。第２のスイッチ３３ｂは、これら領域１４ａ、１６ｂ側の接続点と、領域１４ｂ、１６ｂ側の接続点との間で切り替え自在に配置されている。また、領域１４ｂ、１６ｂと第２のスイッチ３３ｂとの間には、発振回路３２に対して領域１４ｂ、１６ｂのいずれか一方を接続できるように構成された第３のスイッチ３３ｃが配置されている。尚、図５ではスイッチ部３１について省略している。

【0024】

発振回路３２の後段側には、当該発振回路３２における発振周波数を測定するための周波数測定部３４が設けられており、この周波数測定部３４には、制御部４０が接続されている。制御部４０は、ＣＰＵ４１、例えば作業者が感知対象物の測定を開始するためのボタンなどからなる入力部４２、測定結果を表示する表示部４３及び感知対象物の測定を行うためのプログラム４４を備えている。

【0025】

プログラム４４は、既述のように、各領域１４ａ、１６ａにおける発振周波数の差分Δｆ１（Δｆ１＝ｆｍ１−ｆｒ１）と領域１４ｂ、１６ｂにおける発振周波数の差分Δｆ２（Δｆ２＝ｆｍ２−ｆｒ２）とを夫々計算し、これら差分Δｆ１、Δｆ２の合計値Δｆｓｕｍ（Δｆｓｕｍ＝Δｆ１＋Δｆ２）を算出する周波数差取得プログラム４４ａを備えている。また、プログラム４４は、周波数差取得プログラム４４ａによって得られた計算結果（合計値Δｆｓｕｍ）と、当該計算結果及び感知対象物の濃度の相関関係を予め求めておいたデータ（例えば図１０参照）とに基づいて、感知対象物を求める感知プログラム４４ｂを備えている。即ち、感知プログラム４４ｂは、前記計算結果を検量線（前記データ）に照らし合わせて、例えば当該計算結果としきい値とを比べて感知対象物の有無を判断したり、あるいは前記計算結果に対応する濃度を前記検量線から読み取って感知対象物の濃度を表示したりする機能を持っている。図９中４５はメモリであり、スイッチ部３１が高速で切り替えられながら各領域１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂにおける各周波数の時系列データが順次計測されていくにあたって、既述の周波数差取得プログラム４４ａによる計算が終了するまで、前記時系列データが記憶されるように構成されている。尚、図９では水晶振動子２を簡略化して描画している。

【0026】

続いて、以上説明した感知装置の作用について、図１１〜図１３を参照して説明する。初めに、例えば大気中において、図１１に示すように、スイッチ部３１を第１の吸着領域１４ａ側に設定して、当該吸着領域１４ａによる発振周波数ｆｍ１を測定する。次いで、図１１に破線で示すように、スイッチ部３１を第１の参照領域１６ａ側に切り替えて、この参照領域１６ａにおける発振周波数ｆｒ１を測定する。既述のプログラム４４ａにより、これら発振周波数ｆｍ１、ｆｒ１の差分Δｆ１が算出されるが、この時点ではまだ試料液の供給を開始していないので、当該差分Δｆ１はゼロとなる。

【0027】

続いて、図１２に示すように、スイッチ部３１を第２の吸着領域１４ｂ側に切り替えて、この第２の吸着領域１４ｂにおける発振周波数ｆｍ２を測定する。次いで、同様に第２の参照領域１６ｂ側にスイッチ部３１を切り替えて、第２の参照領域１６ｂの発振周波数ｆｒ２を測定する。これら発振周波数ｆｍ２、ｆｒ２の差分Δｆ２についても、試料液の開始前は同様にゼロになる。従って、これら差分Δｆ１、Δｆ２の合算値Δｆｓｕｍについてもゼロになる。

【0028】

このようにスイッチ部３１を例えば２５０ｍｓｅｃ程度の周期で切り替えている間に、緩衝液保持部２４に貯留部２３の緩衝液を引き込み、液供給管４ａを介して水晶振動子２の表面に緩衝液を押し出す。緩衝液が水晶振動子２の表面に接触すると、当該緩衝液の粘度や応力によって水晶振動子２が発振しにくくなり、従って各発振周波数ｆｍ１、ｆｒ１、ｆｍ２、ｆｒ２は夫々低下していく。

【0029】

そして、これら発振周波数ｆｍ１、ｆｒ１、ｆｍ２、ｆｒ２がある値に落ち着くまで、スイッチ部３１を切り替えつつ緩衝液の供給を継続した後、水晶振動子２への試料液の供給を開始する。具体的には、既述の図８にて説明したように、液切り替えバルブ２１内の流路をカラム２７側に切り替えて、緩衝液保持部２４の緩衝液によって当該カラム２７内の試料液をセンサーユニット１側に押し出す。

【0030】

試料液は、液供給管４ａの下端部に到達すると、両腕部１３ａ、１３ｂが形成された領域に亘って水平方向に拡散して、液排出管４ｂに向かって通流していく。そして、試料液に含まれる感知対象物が吸着領域１４ａ、１４ｂに接触すると、当該吸着領域１４ａ、１４ｂにおける吸着層１４に感知対象物が吸着して、吸着領域１４ａ、１４ｂ側の発振周波数ｆｍ１、ｆｍ２が低下していく。一方、参照領域１６ａ、１６ｂでは感知対象物が吸着しないので、発振周波数ｆｒ１、ｆｒ２の低下は起こらない。こうして既に詳述したように、差分Δｆ１、Δｆ２及びこれら差分Δｆ１、Δｆ２の合算値Δｆｓｕｍが算出されて、検量線に基づいて感知対象物の有無や濃度が検出される。

【0031】

ここで、試料液に含まれる感知対象物の濃度が希薄な場合について検討する。即ち、例えば第１の吸着領域１４ａの長さ方向に沿って試料液が上流側（液供給管４ａ側）から下流側（液排出管４ｂ側）に向かって通流する時、上流側において感知対象物の吸着が既に完了して、従って第１の吸着領域１４ａの下流端では感知対象物が欠乏状態になり、当該下流端の吸着層１４には感知対象物が吸着しないものとする。このような場合には、感知対象物の吸着が完了した位置よりも下流側における第１の吸着領域１４ａの部位は、感知対象物の感知には寄与せず、従っていわば無駄な領域になっていると言える。一方、第１の吸着領域１４ａから見て液流れ方向に対して直交する方向に離間した位置を通流する感知対象物は、当該第１の吸着領域１４ａには吸着されない。そのため、試料液に含まれる感知対象物をできるだけ多く捕捉（吸着）したいという要請からすると、即ち感知装置における感知対象物の感知精度をなるべく高めるためには、第１の吸着領域１４ａから外れた領域を通流する感知対象物についても、吸着層１４に吸着させることが好ましい。

【0032】

そこで、本発明では、第１の吸着領域１４ａから見て、液流れ方向に対して交差する方向に、当該第１の吸着領域１４ａとは別の第２の吸着領域１４ｂを設けると共に、これら吸着領域１４ａ、１４ｂに個別に参照領域１６ａ、１６ｂを設けている。そして、各領域１４ａ、１４ｂにおける感知対象物の検出結果（Δｆ１、Δｆ２）を合算している。言い換えると、吸着層１４に吸着されずに排出される感知対象物の量ができるだけ少なくなるように、２つの吸着領域１４ａ、１４ｂを液流れ方向に対して交差するように並べている。そのため、図１３に示すように、試料液に含まれる感知対象物の濃度が希薄な場合であっても、高精度に感知対象物を検知できる。

【0033】

即ち、従来例（吸着領域１４及び参照領域１６の組を一組だけ形成した例）では、図１４に示すように、希薄溶液を感知対象として用いる場合には、吸着領域１４の長さ方向において感知対象物の吸着が完了した位置よりも下流側では、感知対象物の吸着が当然起こらず、従ってそれ程感知精度は高くない。また、参照領域１６が配置された部位では、感知対象物の吸着が起こらないので、当該部位を通流する感知対象物は、いわば無駄に排出されてしまう。一方、本発明では、２箇所に吸着領域１４ａ、１４ｂを設けると共に、これら吸着領域１４ａ、１４ｂにおける検出結果を合算している。そのため、前記従来例と比べて、感知対象物の感知精度は概略２倍になる。

【0034】

具体的には、液流れ方向の上流側から下流側を見た時、吸着層１４の形成面積は、本発明（図１３）では、従来例（図１４）と比べて２倍になっている。そして、本発明では、吸着層１４の長さ寸法が従来例の半分程度になっているが、広く知られているサーブレイの公式（電極の面積と吸着前後の周波数変化とから吸着した感知対象物の吸着量を求める数式）からすると、吸着層１４における単位面積感度は、本発明と従来例とでは変わらないことが分かる。言い換えると、吸着が飽和しない程度の希薄濃度の測定では、本発明では、吸着層１４の数量を２倍に増やして２つの測定結果（Δｆ１、Δｆ２）を求めると共に、これら測定結果を足し合わせているので、従来例と比べてほぼ２倍の吸着量が得られる。

【0035】

上述の実施の形態によれば、液体の流れ方向に対して交差するように２箇所に吸着領域１４ａ、１４ｂを配置して、各々の吸着領域１４ａ、１４ｂにて感知対象物を感知するようにすると共に、これら吸着領域１４ａ、１４ｂに個別に参照領域１６ａ、１６ｂを設けている。そして、領域１４ａ、１６ａにおける発振周波数の差分Δｆ１と、領域１４ｂ、１６ｂにおける発振周波数の差分Δｆ２とを合算している。そのため、液流れ方向に対して交差する方向に亘って感知対象物を吸着できるので、外乱（温度、試料液の粘度、試料液の応力）の影響を抑えながら、高い精度で当該感知対象物を感知できる。

【0036】

続いて、本発明の他の例について、図１５〜図１８を参照して説明する。この例では、流路形成部材４及び水晶振動子２の下流側の部位について、試料液に含まれる感知対象物ができるだけ吸着層１４に吸着するように構成した例を示している。具体的には、流路形成部材４は、図１５に示すように、液が通流する流路４ｃについて、共通電極１１における腕部１３ａ、１３ｂに対応する（沿う）ように、二叉に分岐するように形成している。尚、図１５では、流路形成部材４について、当該流路形成部材４の高さ方向における任意の位置にて水平方向に切断した様子を示している。

【0037】

即ち、既述のように流路４ｃをこれら腕部１３ａ、１３ｂに共通化して形成すると、液の流速分布は、液流れ方向に対して直交する方向における中央部（腕部１３ａ、１３ｂ間の部位）にて最も速くなり、当該中央部から端部に向かう程遅くなる。従って、各腕部１３ａ、１３ｂの上方側の領域では、液の流速はそれ程速くない。そのため、試料液に含まれる感知対象物は、腕部１３ａ、１３ｂ間における、吸着層１４が形成されていない領域を通流しようとする。

【0038】

そこで、この例では、各腕部１３ａ、１３ｂに専用の流路４ｃを夫々形成して、図１６に示すように、腕部１３ａ、１３ｂの各々の中央部を液ができるだけ通流するように構成している。言い換えると、既述の例において液の流速が最も速く流れる部位に、流路形成部材４の壁面部を形成して、腕部１３ａ、１３ｂの流路４ｃを２つの流路（第１の流路及び第２の流路）に分岐させている。液排出管４ｂについては、これら流路４ｃに個別に形成している。そのため、吸着層１４における感知対象物の吸着量は、既述の例よりも増加して、従って更に高感度の感知装置が得られる。尚、図１６では、吸着層１４を省略している。

【0039】

ここで、各腕部１３ａ、１３ｂに専用の流路４ｃを形成すると、試料液は、これら２つの流路４ｃ、４ｃのうち、流れやすい（抵抗の小さい）流路４ｃに優先的に流れようとする。即ち、これら流路４ｃ、４ｃにおける表面張力を揃えようとしても、共通電極１１の表面の平滑性や吸着層１４の親水性など、極僅かであっても流路４ｃ、４ｃ間で差異が生じてしまう。そして、試料液は、このような差異に基づいて、２つの流路４ｃ、４ｃのうち一方の流路４ｃを専ら流れようとする。

【0040】

そのため、この例では、２つの流路４ｃ、４ｃに均等に液を通流させるために、図１７に示すように、センサーユニット１の下流側に、２つの液排出管４ｂ、４ｂの切り替えを行うための排出切り替えバルブ２９を設けて、これら流路４ｃ、４ｃを交互に切り替えている。そして、既述のようにスイッチ部３１を高速で切り替えながら、この排出切り替えバルブ２９についても切り替えている。

【0041】

このように排出切り替えバルブ２９を切り替えるにあたって、各腕部１３ａ、１３ｂに供給される液の吐出圧力のばらつきを抑えることが好ましい。具体的には、既述の緩衝液保持部２４では、一定速度で緩衝液を吐出しているが、図１８の下側に拡大して示すように、微視的に見ると、液押圧部２４ｂ（シリンジ）の前進動作を間欠的に繰り返している。

【0042】

そこで、この例において感知対象物の検知を行う時には、各腕部１３ａ、１３ｂ間における液圧のばらつきを抑えるために、液押圧部２４ｂが停止している間に、スイッチ部３１を切り替えて発振周波数を測定している。また、水晶振動子２の表面を通流する試料液の流量を各腕部１３ａ、１３ｂにて互いに揃えるために、液押圧部２４ｂが前進するタイミングと、排出切り替えバルブ２９の切り替えタイミングとを同期させている。具体的には、液押圧部２４ｂが前進を停止している状態から前進動作を開始しようとする時、排出切り替えバルブ２９を切り替えている。従って、各吸着層１４に対して感知対象物ができるだけ吸着するようにしながら、試料液の吐出圧力のばらつきを抑制できる。このような例では、排出切り替えバルブ２９の切り替え時に生じる応力の変化がノイズとなって悪影響を及ぼす可能性があるため、発振周波数の測定については、当該発振周波数の時系列データの移動平均を用いても良い。

【0043】

この排出切り替えバルブ２９については、センサーユニット１の下流側に設けることに代えて、センサーユニット１よりも上流側に設けても良い。
以上説明した例では、吸着領域１４ａ（１４ｂ）と参照領域１６ａ（１６ｂ）との組を液の流れ方向に２箇所に配置したが、図１９に示すように、３箇所に形成しても良い。また、前記組としては、液の流れ方向に沿って４箇所以上に設けても良い。

【0044】

また、発振回路３２について、各領域１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂに共通化したが、これら領域１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ毎に個別に設けても良い。更に、感知対象物を含む流体としては、試料液に代えて、試料気体であっても良い。この場合には、試料気体に含まれる感知対象物例えばダイオキシンなどが検出される。

【符号の説明】

【0045】

１ センサーユニット
２ 水晶振動子
４ 流路形成部材
１０ 水晶片
１１ 共通電極
１２ 励振電極
１３ 腕部
１４ 吸着層
２３ 貯留部
２４ 緩衝液保持部

【図1】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図2】

【図3】

【図13】

【図14】

【図19】