特許 6286768 弾性表面波センサ

(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】6286768

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】弾性表面波センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/02 20060101AFI20180226BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/02 501

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-194818(P2013-194818)

(22)【出願日】2013年9月20日

(65)【公開番号】特開2015-59878(P2015-59878A)

(43)【公開日】2015年3月30日

【審査請求日】2016年9月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(72)【発明者】

【氏名】小貝 崇

【審査官】 越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３２２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６７９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５５７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４７２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１３０３６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５６１００（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象における目標の変化量が外乱による変化量に対して小さな場合において、
差動検出を行うために、第１弾性表面波素子と、第２弾性表面波素子とを有し、
前記第２弾性表面波素子の伝搬距離を前記第１弾性表面波素子の伝搬距離に対して、前記第２弾性表面波素子での測定対象の変化量を弾性表面波センサの検出限界より小さく設定する、
ことを特徴とする弾性表面波センサ。

【請求項2】

測定対象における目標の変化量が外乱による変化量に対して小さな場合において、
差動検出を行うために、第１弾性表面波素子と、第２弾性表面波素子とを有し、
前記第２弾性表面波素子の伝搬距離を前記第１弾性表面波素子の伝搬距離に対して、外乱と測定対象の変化量の比率と、前記第２弾性表面波素子での測定対象の変化量を弾性表面波センサの検出限界より小さく設定する、
ことを特徴とする弾性表面波センサ。

【請求項3】

１つの入力電極と、２つの出力電極により構成される、
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】

１つの入出力電極と、反射器により構成される、
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5】

測定対象における目標の変化量が抗原抗体反応による変化であり、
外乱による変化量が、負荷が空気である状態と負荷が試料用水である状態との間における変化である、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の弾性表面波センサ。

【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】

液相系のバイオセンサとして、特許文献１に記載のＳＡＷ（Surface Acoustic Wave；弾性表面波）センサが知られている。特許文献１記載の弾性表面波センサでは、２つの弾性表面波センサ素子を設け、それぞれの弾性表面センサに個別に基準信号を与え、出力信号（第１の測定信号、第２の測定信号）の差分に基づいて、検体である液体中に含まれる抗原を特定する方式を採用している。

【0003】

図５は、検体である液体中に含まれる抗原を特定する方式に用いるＳＡＷセンサ１００の平面構造を示す図である。また、図６は、検体である液体中に含まれる抗原を特定する方式について説明するための図である。
図５において、ＳＡＷセンサ１００＿１は、圧電素子基板上に形成される、ＩＤＴ１１−１（送信電極１１−１ａ、送信電極１１−１ｂ）、ＩＤＴ１１−２（受信電極１１−２ａ、受信電極１１−２ｂ）、チャネル領域（反応領域薄膜）Ａを含んで構成される。また、ＳＡＷセンサ１００＿２は、圧電素子基板上に形成される、ＩＤＴ１１−３（送信電極１１−３ａ、送信電極１１−３ｂ）、ＩＤＴ１１−４（受信電極１１−４ａ、受信電極１１−４ｂ）、チャネル領域（反応領域薄膜）Ｂを含んで構成される。ここで、圧電素子基板とは、ＳＡＷを伝播する基板であり、例えば、水晶基板である。また、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）は、圧電素子基板と反応領域薄膜との重なる部分となるが、ここでは反応領域薄膜の全面が検出領域となるものとする。すなわち、ＳＡＷセンサ１００は、ＳＡＷセンサ１００＿１とＳＡＷセンサ１００＿２とを有し、チャネル領域Ａ、及びチャネル領域Ｂが、それぞれの検出領域である。

【0004】

図６を参照して、ＳＡＷセンサ１００を用いた溶液測定に使用するセンサ回路２０は、交流信号源２１、ＲＦスイッチ２２、位相・振幅検出回路２３、ＰＣ２４（Personal Computer）を含んで構成される。図６において、センサ回路２０には、ＳＡＷセンサ１に代えてＳＡＷセンサ１００が取り付けられ、抗原が特定される。
交流信号源２１は、正弦波交流信号を生成し、ＲＦスイッチ２２を介してＳＡＷセンサ１００の送信電極ＩＤＴ１１−１または送信電極ＩＤＴ１１−３のいずれか一方、及び位相・振幅検出回路２３に出力する。
位相・振幅検出回路２３は、ＳＡＷセンサ１００の受信電極ＩＤＴ１１−２または受信電極ＩＤＴ１１−４のいずれか一方から入力された検出信号、及び交流信号源２１からの正弦波交流信号に基づいて、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特定する。

【0005】

上記の構成により、ＳＡＷセンサ１００は、以下に説明するように、検体である液体中に含まれる抗原を特定することができる。すなわち、ＳＡＷは、圧電素子基板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。検体である液体中に含まれる抗原を特定するには、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。

【0006】

まず、ＳＡＷセンサ１００の測定者は、抗原を含まない溶媒をＳＡＷセンサ１００のチャネル領域Ｂに滴下し、反応領域薄膜上を溶媒で濡らし、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、測定者は、抗原を含んだ溶液を、ＳＡＷセンサ１００のチャネル領域Ａ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（差動検出）。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（例えば、非特許文献１参照）。

【0007】

ブランクテストによる測定以外に差動検出としては、以下の方法を用いることが可能である。チャネル領域Ａは検体である抗原を検出するため、抗原に対応した分子認識を行う抗体を固定しておく。また、チャネルＢ領域は、抗原に対応した分子認識を行わない膜を固定しておく、または、分子認識を行う抗原に対応した抗体を固定した後にその抗体の抗体としての機能を不活性化させる膜を固定しておく。

【0008】

測定者は、抗原を含んだ溶液を、ＳＡＷセンサ１００のチャネル領域Ａとチャネル領域Ｂ共に滴下し、その伝搬時間による位相変化を測定する。チャネル領域Ｂは分子認識を行わないため抗原を含まない溶媒のみの変化となり、チャネル領域Ａはチャネル領域Ｂでの溶媒の変化と抗原抗体結合物に起因する位相の変化量となる。上記、チャネル領域Ａとチャネル領域Ｂの変化は抗原抗体結合物に起因する位相の変化量のみとして検出可能である（差動検出）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３−９６８６６号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】Japanese Journal Applied Physics 49(2010) 07HD15

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、上述した方式では、大きな外乱による変化量によって、目的とする抗原を特定するための変化量が検出できなくなるという問題があった。ここで言う大きな外乱とは、ＳＡＷセンサ１００が空気に晒されている空気負荷の状態から、サンプル（抗原を含む溶液）を滴下される状態に変化する際に生じる変化をいう。弾性表面波センサは、溶液の有する密度や粘性を検出するため、サンプルの滴下により、常に大きな変化、すなわち外乱が発生する。上述した検体である液体中に含まれる抗原を特定する方式では、チャネル領域Ａ、及びチャネル領域Ｂにおいて、略同じ量の外乱が生じる。そのため、この外乱による変化量にばらつきがなければ、チャネル領域Ａにおいて生じる抗原抗体反応での変化量からチャネル領域Ｂにおいては発生しない抗原抗体反応での変化量の差分を算出し、抗原の特定が可能となる。

【0012】

しかしながら、外乱による変化量はチャネル領域Ａにおいて生じる抗原抗体反応での変化量に比べて大きいため、外乱による変化量のばらつきも抗原抗体反応での変化量のばらつきに比べて大きくなる。従って、外乱による変化量のばらつきが大きく、抗原抗体反応での変化量と同じ程度になると、抗原抗体反応での変化量を検出できず、目的とする抗原を特定するための変化量が検出できなくなってしまう。

【0013】

また、上述した差動検出では、チャネル領域Ａとチャネル領域Ｂとで、個別の表面構造が必要となるため、測定が煩雑であるという問題があった。つまり、チャネル領域Ａでは、抗原を含んだ溶液を滴下し、一方、チャネル領域Ｂでは抗原を含まない溶媒を滴下することになるため、滴下するものを取り換える作業が必要となり、測定が煩雑になるという問題があった。
また、略同じ量の外乱による変換量をそのままキャンセルするため、チャネル領域Ａとチャネル領域Ｂは同じ面積で構成する必要があるため、ＳＡＷセンサ１００のサイズが増大するという問題があった。

【0014】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、測定の精度を向上できるとともに、簡易に測定でき、かつ、検出領域の小さい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】

【0015】

（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、測定対象における目標の変化量が外乱による変化量に対して小さな場合において、差動検出を行うために、第１弾性表面波素子と、第２弾性表面波素子とを有し、前記第２弾性表面波素子の伝搬距離を前記第１弾性表面波素子の伝搬距離に対して、前記第２弾性表面波素子での測定対象の変化量を弾性表面波センサの検出限界より小さく設定する、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、測定対象における目標の変化量が外乱による変化量に対して小さな場合において、差動検出を行うために、第１弾性表面波素子と、第２弾性表面波素子とを有し、前記第２弾性表面波素子の伝搬距離を前記第１弾性表面波素子の伝搬距離に対して、外乱と測定対象の変化量の比率と、前記第２弾性表面波素子での測定対象の変化量を弾性表面波センサの検出限界より小さく設定する、ことを特徴とする弾性表面波センサである。
（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、１つの入力電極と、２つの出力電極により構成される、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１つの入出力電極と、反射器により構成される、ことを特徴とする。
（５）また、本発明の一態様は、測定対象における目標の変化量が抗原抗体反応による変化であり、外乱による変化量が、負荷が空気である状態と負荷が試料用水である状態との間における変化である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、測定の精度を向上できるとともに簡易に測定でき、かつ、検出領域の小さい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】

【0017】

【図1】本実施形態に係るＳＡＷセンサ１（弾性表面波センサ）の概略的な上面図である。

【図2】ＳＡＷセンサ１の概略的な断面図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係るＳＡＷセンサ２の構成を示す模式図である。

【図4】本発明の第３の実施形態に係るＳＡＷセンサ３の構成を示す模式図である。

【図5】検体である液体中に含まれる抗原を特定する方式に用いるＳＡＷセンサ１００の平面構造を示す図である。

【図6】検体である液体中に含まれる抗原を特定する方式について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（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１（弾性表面波センサ）の概略的な上面図である。また、図２は、ＳＡＷセンサ１の概略的な断面図である。なお、図１において、図５と同一の部分には同一の符号を付している。また、図２は、図１に示すＳＡＷセンサ１＿１（第１弾性表面波素子）をＳＡＷの伝搬方向に沿って切断した場合の断面図を示している。
図１に示すように、ＳＡＷセンサ１は、同じ圧電素子基板１０上に形成されるＳＡＷセンサ１＿１、及びＳＡＷセンサ１＿２（第２弾性表面波素子）を有している。また、図１、及び図２を参照して、ＳＡＷセンサ１＿１は、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（チャネル領域Ａ）、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。また、ＳＡＷセンサ１＿２は、送信電極１１−３ａ、送信電極１１−３ｂ、受信電極１１−４ａ、受信電極１１−４ｂ、反応領域薄膜（チャネル領域Ｒ）、多孔性基材１３、封止構造１４＿３（図１、２において不図示）、及び封止構造１４＿４（図１、２において不図示）を含んで構成される。
圧電素子基板は、ＳＡＷを伝播する基板であり、例えば、水晶基板である。

【0019】

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。また、送信電極１１−３ａ、及び送信電極１１−３ｂ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と呼び、送信電極１１−３ａ、及び送信電極１１−３ｂを総称してＩＤＴ１１−３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。また、受信電極１１−４ａ、及び受信電極１１−４ｂ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と呼び、受信電極１１−４ａ、及び受信電極１１−４ｂを総称してＩＤＴ１１−４と呼ぶものとする。
ＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−２（総称してＩＤＴ１１＿１と呼ぶ）、ＩＤＴ１１−３、及びＩＤＴ１１−４（総称してＩＤＴ１１＿２と呼ぶ）は、それぞれ圧電素子基板上に構成される電極である。ＩＤＴ１１＿１、ＩＤＴ１１＿２は、それぞれ対向した一対の電極である。ＩＤＴ１１＿１、ＩＤＴ１１＿２、ＩＤＴ１１−３、及びＩＤＴ１１−４は、それぞれ例えばアルミニウム薄膜によって構成される。

【0020】

図２を参照して、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の外側の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＿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。

【0021】

ＳＡＷセンサ１＿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。本実施形態では、反応領域薄膜１２の全領域を、図１に示すように、チャネル領域Ａと呼ぶものとする。
溶液中の抗原は、チャネル領域Ａ上に担持された抗体と反応し、チャネル領域Ａ上の特定領域に抗原抗体結合物を生成する。
すなわち、チャネル領域Ａ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、チャネル領域Ａ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、チャネル領域Ａ上には、チャネル領域Ａ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、チャネル領域Ａ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。

【0022】

ＳＡＷセンサ１＿２においては、ＳＡＷセンサ１＿１と同様に、多孔性基材１３内を移送された溶液は、反応領域薄膜の特定の領域を濡らす。例えば、反応領域薄膜の全面を多孔性基材１３で覆う場合、反応領域薄膜の全領域となる。本実施形態では、反応領域薄膜の全領域を、図１に示すように、チャネル領域Ｒと呼ぶものとする。
溶液中の抗原は、チャネル領域Ａと同じように、チャネル領域Ｒ上に担持された抗体と反応し、チャネル領域Ｒ上の特定領域に抗原抗体結合物を生成する。
すなわち、チャネル領域Ｒでは、チャネル領域Ａと同じように、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、チャネル領域Ｒ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、チャネル領域Ｒ上には、チャネル領域Ｒ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、チャネル領域Ｒ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。

【0023】

また、本実施形態において、チャネル領域Ａ、及びチャネル領域ＲのＳＡＷの伝搬方向の長さは、チャネル領域Ａに比べてチャネル領域Ｒの方が短く設定されている。以下では、図１に示すように、チャネル領域ＡのＳＡＷの伝搬方向の長さを長さＬ１、チャネル領域ＲのＳＡＷの伝搬方向の長さを長さＬ２とする。なお、長さＬ２の長さＬ１に対する比率の設定の仕方については後述する。

【0024】

図２を参照して、ＳＡＷセンサ１＿１における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２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。

【0025】

また、ＳＡＷセンサ１＿１における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。
ＳＡＷセンサ１＿２は、ＳＡセンサ１＿１と同様に、ＩＤＴ１１＿３を保護するため、封止構造１４−１と同様の封止構造１４−３、ＩＤＴ１１＿３を保護する封止構造１４−２と同様の封止構造１４−４を有している。

【0026】

ＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−３のいずれか一方は、ＲＦスイッチ２２を介して正弦波交流信号が入力される。ＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−３のいずれか一方は、入力された正弦波交流信号に対応するＳＡＷを圧電素子基板の表面に励起する。ＩＤＴ１１−２、及びＩＤＴ１１−４のいずれか一方は、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、及びＩＤＴ１１−４のいずれか一方は、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。
ＳＡＷセンサ１の測定者が、例えば、チャネル領域Ａ、チャネル領域Ｒの上の多孔性基材に溶液を滴下すると、それぞれの多孔性基材は、滴下された溶液を、毛細管現象により多孔性基材の内部及びチャネル領域Ａ、チャネル領域Ｒのそれぞれの表面に移送し、保持する。
つまり、多孔性基材が、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、多孔性基材が溶液をチャネル領域Ａ、チャネル領域Ｒの表面に移送し、保持することで、チャネル領域Ａ、チャネル領域Ｒを、滴下された溶液により濡らすことができる。

【0027】

ＳＡＷセンサ１を用いた溶液測定には、図６に示すセンサ回路２０が使用される。
センサ回路２０は、ＳＡＷセンサ１、交流信号源２１、ＲＦスイッチ２２、位相・振幅検出回路２３、ＰＣ２４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。この正弦波交流信号は、ＲＦスイッチ２２によりＳＡＷセンサ１のＩＤＴ１１−１、及びＩＤＴ１１−３のいずれか一方と、位相・振幅検出回路２３とに出力する。
なお、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、交流信号源２１からの正弦波交流信号は連続波でよい。しかしながら、直達波やバルク波などを含むノイズ等の妨害信号が大きい場合には、正弦波交流信号を周期的なバースト信号に変換して、ＳＡＷセンサ１に入力してもよい。このバースト信号の周期は、例えば、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。バースト信号に変換するには、図示しない既知のバースト回路を交流信号源２１の直後に直列に挿入する。

【0028】

位相・振幅検出回路２３は、ＳＡＷセンサ１のＩＤＴ１１−２、及びＩＤＴ１１−４のいずれか一方から入力された検出信号、及び交流信号源２１から入力された正弦波交流信号に基づいて、ＳＡＷが圧電素子基板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、正弦波交流信号の入力から、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。

【0029】

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、従来と相違して、図１に示すチャネル領域Ａ、及びチャネル領域Ｒのいずれの領域にも、その上にある多孔性基材に抗原を含んだ溶液を滴下し、チャネル領域Ａ、及びチャネル領域Ｒの上を溶液で濡らし、ＳＡＷの伝播時間による位相変化をチャネル毎に測定する。チャネル領域Ａにおける位相変化とチャネル領域Ｒにおける位相変化との差が、抗原抗体反応によってチャネル領域Ａ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。

【0030】

ＰＣ２４は、チャネル領域Ａの位相変化をメモリ内に記憶しておき、この位相変化と、チャネル領域Ｒの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。

【0031】

次に、チャネル領域ＲのＳＡＷの伝搬方向の長さＬ２を、チャネル領域ＡのＳＡＷの伝搬方向の長さＬ１に対して、どのような比率で設定するかについて、詳述する。
なお、以下の説明において、実測のデータとして非特許文献１に記載の実験データを用いる。
まず、本実施形態のチャネル領域Ａを例にとると、負荷が空気である状態（溶液が滴下されず、ＳＡＷセンサ１が空気に晒されている初期状態、以下空気負荷ともいう）から、負荷が試料用水である状態（例えば、ＳＡＷセンサ１に純水を滴下した状態、以下純水負荷ともいう）に移行すると、入力信号に対する出力信号の位相の変化量は２０．４ｄＢから３８．４ｄＢへと変化する（非特許文献１のＦｉｇ．３．（ａ）参照）。すなわち、外乱を受けることによるチャネル領域Ａの位相の変化量は１８ｄＢ（＝３８．４ｄＢ−２０．４ｄＢ）である。

【0032】

また、チャネル領域Ａを、抗原としてＨＳＡ（ヒトの血清アルビン）を含む溶液で濡らしたことによる位相の変化量が、Ｆｉｇ．７．（ｂ）に示す検量線に示されている。この検量線は、横軸はＨＳＡの濃度（μｇ／ｍｌ）を示し、縦軸は単位辺りの損失Δα／ｋを示している。例えば、ＨＳＡ濃度１０μｇ／ｍｌでは、単位辺りの損失Δα／ｋは、３０ｐｐｍとなっている。単位辺りの損失Δα／ｋは、下記式により、チャネル領域Ａにおける位相の変化量である損失Ａ［ｄＢ］に変換可能である。
すなわち、
Δα／ｋ＝−Ａλ×１０^６／（Ｌ×８．６８６×２π）
である。
ここで、Ｌは滴下する表面の伝搬距離（すなわち、上記Ｌ１）であり、λはＳＡＷの波長であり、８．６８６は所謂Ｎａｐａｅｒと呼ばれるエネルギー量の単位変換の際の定数である。なお、これらの変換は、図６に示す位相・振幅検出回路２３で行うものとする。
例えば、単位辺りの損失Δα／ｋが３０ｐｐｍの場合、上記変換式により、チャネル領域Ａでの位相の変化量は０．５ｄＢとなる。

【0033】

ここで、チャネル領域Ａでは目的の変化である、抗原抗体反応による小さな変化（上記例では０．５ｄＢの変化量）を検出し、チャネル領域Ｒでは外乱による大きな変化（上記例では１８ｄＢの変化量）を検出するためには、長さＬ２は長さＬ１に対して１／３６倍の比率であればよい。
例えば、非特許文献１に記載のバイオセンサでは伝搬距離６ｍｍのため、チャネル領域Ａの長さＬ１をＬ１＝６ｍｍとして、チャネル領域Ｒの長さＬ２を６ｍｍ×１／３６＝０．１６７ｍｍとすればよい。このようにすれば、図６に示すセンサ回路２０によるＳＡＷセンサ１の測定限界を０．０５ｄＢ／ｄｉｖとした場合、チャネル領域Ｒでの抗原抗体反応による位相の変化量は０．５ｄＢ×１／３６＝０．０１９３ｄＢとなり、チャネル領域Ｒにおけるバイオ変化（抗原抗体反応）による位相の変化量は測定系により無視することが可能となる。

【0034】

以上を概念的にまとめるため、センサ１において、チャネル領域Ａでの外乱による位相の変化量（センサ回路２０による検出値）をＣＰｅｘｔ、チャネル領域Ａでの抗原抗体反応による位相の変化量（センサ回路２０による検出値）をＣＰｒｅａとする。
すなわち、チャネル領域Ａにおける位相の変化量ＣＰ＿Ａは、
ＣＰ＿Ａ＝ＣＰｅｘｔ＋ＣＰｒｅａ
となる。
一方、位相の変化量ＣＰ＿Ｂは、
ＣＰ＿Ｂ＝（チャネル領域Ｒでの外乱による位相の変化量）＋（チャネル領域Ｒでの抗原抗体反応による位相の変化量）
＝ＣＰｅｘｔ×（Ｌ２／Ｌ１）＋ＣＰｒｅａ×（Ｌ２／Ｌ１）
となる。

【0035】

チャネル領域Ｒでの外乱による位相の変化量は、ＣＰｅｘｔ×（Ｌ２／Ｌ１）となり、この値はチャネル領域Ａでの外乱による位相の変化量に比べ、測定値自体が小さいので、ばらつきの量が小さく、センサ回路２０における位相・振幅検出回路２３において検出され、ＰＣ２４に入力される。
一方、チャネル領域Ｒでの抗原抗体反応による位相の変化量は、ＣＰｒｅａ×（Ｌ２／Ｌ１）となり、この値はチャネル領域Ａでの外乱による位相の変化量とは異なり、測定限界以下の値となるので、センサ回路２０における位相・振幅検出回路２３では検出されず、ＰＣ２４には入力されない。

【0036】

ＰＣ２４には、チャネル領域Ｒの位相の変化量として、ばらつきの小さいチャネル領域Ｒでの外乱による位相の変化量ＣＰｅｘｔ×（Ｌ２／Ｌ１）が入力され、測定限界以下の値であるチャネル領域Ｒでの抗原抗体反応による位相の変化量ＣＰｒｅａ×（Ｌ２／Ｌ１）は入力されない。ＰＣ２４は、このように入力される、ばらつきの小さい外乱による位相の変化量ＣＰｅｘｔ×（Ｌ２／Ｌ１）を、（Ｌ１／Ｌ２）倍して、つまりばらつきが少ないまま元の外乱の量に戻して、これをチャネル領域Ａにおける位相の変化量ＣＰ＿Ａから減算する。これにより、ＰＣ２４は、チャネル領域Ａでの抗原抗体反応による位相の変化量（センサ回路２０による検出値）から、抗原を特定することができる。

【0037】

上記のように、本実施形態のＳＡＷセンサ１では、基準信号を入力し、抗原抗体反応が生じることにより第１の測定信号を出力するＳＡ１センサ１＿１と、基準信号を入力し、第１弾性表面波素子と同じ前記抗原抗体反応が生じることにより第２の測定信号を出力する第２弾性表面波素子と、を有している。ＳＡＷセンサ１は、第１の測定信号と第２の測定信号との位相差、及び振幅比とから抗原抗体反応における変化量を検出して抗原を特定する弾性表面波センサであって、ＳＡ１センサ１＿１の基準信号を伝搬させる方向の長さＬ１とＳＡ１センサ１＿２の基準信号を伝搬させる方向の長さＬ２との比率が、ＳＡ１センサ１＿１における抗原抗体反応において目標とする変化量と、ＳＡ１センサ１＿１における負荷が空気である状態と負荷が試料用水である状態との間における変化量との比率に応じて設定される、ことを特徴とする。

【0038】

なお、測定限界の値の例えば５倍の値（弾性表面波センサの検出限界値に応じて定まる値）を、測定しやすい損失のレンジと設定して、上記例で言えば０．０５ｄＢ×５／１８ｄＢ以下の値とすれば、チャネル領域Ｂでのバイオ変化は上記と同様無視できる。すなわち、（長さＬ１／長さＬ２）を、弾性表面波センサの検出限界値に応じて定まる値の、チャネル領域Ａにおける空気負荷と純水負荷との間における変化量に対する値（比率）以下とすれば、上記説明と同様、チャネル領域Ａでの抗原の特定を行うことができる。

【0039】

本実施形態のＳＡＷセンサ１によれば、チャネル領域Ｒにおける外乱による変化量のばらつきを抑えることができるので、チャネル領域Ａにおける抗原抗体反応での変化量を検出しやすくなり、目的とする抗原を特定するための変化量を検出しやすくすることが可能となる。
また、上述した差動検出では、チャネル領域Ａとチャネル領域Ｒとで、同じ表面構造にできるので、測定が簡易化できる。つまり、チャネル領域Ａ、Ｂいずれの領域においてもチャネル領域上の多孔性機材に抗原を含んだ溶液を滴下すればよいため、測定を容易に行うことができる。
また、略同じ量の外乱による変換量をそのままキャンセルせず、チャネル領域Ｒの変化量の値を（長さＬ１／長さＬ２）倍すればよいため、チャネル領域Ｒはチャネル領域Ａより小さい面積で構成できるため、ＳＡＷセンサ１の検出領域の占有率を低減できる。
このように、本発明によれば、測定の精度を向上できるとともに、簡易に測定でき、かつ、検出領域の小さい弾性表面波センサを提供することができる。

【0040】

（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、チャネル領域Ａを有するＳＡＷセンサ２＿１と、チャネル領域Ｒを有するＳＡＷセンサ２＿２とにおいて、入力電極を共通とする構成について説明する。

【0041】

図３は、本発明の第２の実施形態に係るＳＡＷセンサ２の構成を示す模式図である。
図３に示すように、ＳＡＷセンサ２はＳＡＷセンサ２＿１とＳＡＷセンサ２＿２とを有する。
図３に示すＳＡＷセンサ２では、図１に示すＳＡＷセンサ１に対して、ＳＡＷセンサ１＿１のＩＤＴ１１−１（送信電極１１−１ａ、及び送信電極１１−１ｂ）とＳＡＷセンサ１＿２のＩＤＴ１１−３（送信電極１１−３ａ、及び送信電極１１−３ｂ）とを共通とし、ＩＤＴ１１−１としている。また、共通化されたＩＤＴ１１−１を間に挟んで、チャネル領域Ａとチャネル領域Ｒとが互いに反対側に配置されている。
測定に関する方法は、第１の実施形態において説明した測定方法と同じであり、図６に示すセンサ回路２０を用いて測定され、チャネル領域Ａにおける抗原が特定される。
ＳＡＷセンサ２では、入力電極を削減できるので、サイズの小さい弾性表面波センサを提供することができる。

【0042】

（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説明する。
本実施形態では、ＳＡＷセンサ３＿１と、ＳＡＷセンサ３＿２とにおいて、入力電極を共通とし、また、チャネル領域についても共通とする構成について説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態に係るＳＡＷセンサ３の構成を示す模式図である。
図４に示すように、ＳＡＷセンサ３はＳＡＷセンサ３＿１とＳＡＷセンサ３＿２とを有する。
図４に示すＳＡＷセンサ３では、図１に示すＳＡＷセンサ１に対して、ＳＡＷセンサ１＿１のＩＤＴ１１−１（送信電極１１−１ａ、及び送信電極１１−１ｂ）とＳＡＷセンサ１＿２のＩＤＴ１１−３（送信電極１１−３ａ、及び送信電極１１−３ｂ）とを共通とし、ＩＤＴ１１−１としている。また、共通化されたＩＤＴ１１−１と、ＳＡＷセンサ３＿１のＩＤＴ１１−２（受信電極１１−２ａ、及び受信電極１１−２ｂ）、及びＳＡＷセンサ３＿２のＩＤＴ１１−４（受信電極１１−４ａ、及び受信電極１１−４ｂ）電極との間に、チャネル領域Ａとチャネル領域Ｒとを共通化したチャネル領域Ｃが設けられる。

【0043】

なお、ＩＤＴ１１−２、及びＩＤＴ１１−４の高さ（ＳＡＷの伝搬方向と垂直な方向の長さ）は、ＩＤＴ１１−１に比べておおよそ半分に設定され、ＳＡＷセンサ３の高さがＩＤＴ１１−１の高さとなるように設定される。
測定に関する方法は、第１の実施形態において説明した測定方法と同じであり、図６に示すセンサ回路２０を用いて測定され、チャネル領域Ａにおける抗原が特定される。
ＳＡＷセンサ２では、入力電極を省略できるとともに、チャネル領域を共通化できるので、さらにサイズの小さい弾性表面波センサを提供することができる。また、チャネル領域Ｃ上の多孔性基材に、抗原を含む溶液を滴下すれば、ＳＡＷセンサ３＿１のチャネル領域とＳＡＷセンサ３＿２のチャネル領域において抗原抗体反応が起きるので、測定の際、抗原を含む溶液を滴下するという作業を繰り返し行う必要がなくなり、簡易な測定を行うことができる。

【0044】

以上、図面を参照してこの発明の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。例えば、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（反射器）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。

【0045】

また、実施形態の説明では、測定対象の変化を抗原抗体反応、外乱を空気と水の場合としている。しかしながら、測定対象の変化は、抗原抗体反応に限られることはない。また、外乱は、空気と水の場合に限らず、他に温度による特性変化や、対象以外の抗原による非特異的な変化、などであってもよい。すなわち、本願発明は、測定対象における目標の変化量が外乱による変化量に対して小さな場合において、適用可能な発明である。

【0046】

また、実施形態の説明では、図２に示すように、多孔性基材１３を設置しているが、これは必ずしも必要ではない。多孔性基材１３を設けずに、溶液を反応領域薄膜１２の表面へ滴下することは可能である。

【符号の説明】

【0047】

１，２，３，１００…ＳＡＷセンサ、１０…圧電素子基板、１１…電極、１２…反応領域薄膜、１３…多孔性基材、２０…センサ回路、２１…交流信号源、２２…ＲＦスイッチ、２３…位相・振幅検出回路、２４…ＰＣ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】