特開 2023-125928 検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023125928

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/02 20060101AFI20230831BHJP

   H03H 9/17 20060101ALI20230831BHJP

   H03H 9/25 20060101ALI20230831BHJP

【ＦＩ】

G01N29/02 501

H03H9/17 F

H03H9/25 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022030297

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】青木 達也

【テーマコード（参考）】

2G047

5J097

5J108

【Ｆターム（参考）】

2G047AA12

2G047BA04

2G047BC04

2G047BC14

2G047CB03

2G047EA10

5J097BB01

5J097DD12

5J097DD14

5J097FF01

5J097GG02

5J097GG03

5J097GG04

5J108AA09

5J108BB07

5J108BB08

5J108CC04

5J108CC10

5J108EE03

5J108FF02

(57)【要約】

【課題】検出結果のばらつきを抑制することが可能な検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置１００は、弾性波が共振する共振領域２８を有する共振器と、前記共振領域２８上に設けられ、複数の孔１９を有する薄膜１８と、を備え、前記複数の孔１９のそれぞれにおいて、前記共振領域２８に抗体が接続可能である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性波が共振する共振領域を有する共振器と、
前記共振領域上に設けられ、複数の孔を有する薄膜と、
を備え、
前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記共振領域に抗体が接続可能な検出装置。

【請求項2】

前記共振領域の平面形状は長方形状であり、前記長方形状の両長辺の外側に前記薄膜の上面より高い上面を有するガイドを備える請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記共振器は、直列接続された複数の共振器を含む請求項１または２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記共振器は、圧電層と、前記圧電層を挟む第１電極および第２電極を備え、
前記共振領域は、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域である請求項１または２に記載の検出装置。

【請求項5】

前記共振器は、圧電層と、前記圧電層を挟む第１電極および第２電極を備え、
前記共振領域は、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域である請求項３に記載の検出装置。

【請求項6】

前記共振器は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ複数の第１電極指を有する第１櫛型電極と、前記圧電基板上に設けられ複数の第２電極指を有する第２櫛型電極と、を備え、
前記共振領域は、前記複数の第１電極指と前記複数の第２電極指とが交互に設けられた領域である請求項３に記載の検出装置。

【請求項7】

前記共振器は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ複数の第１電極指を有する第１櫛型電極と、前記圧電基板上に設けられ複数の第２電極指を有する第２櫛型電極と、を備え、
前記共振領域は、前記複数の第１電極指と前記複数の第２電極指とが交互に設けられた領域である請求項１または２に記載の検出装置。

【請求項8】

前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記共振領域に接続された抗体を備える請求項７に記載の検出装置。

【請求項9】

前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記共振領域に接続された抗体を備える請求項１または２に記載の検出装置。

【請求項10】

前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記共振領域に接続された抗体を備える請求項３に記載の検出装置。

【請求項11】

弾性波が伝搬する伝搬路と、
前記伝搬路上に設けられ、複数の孔を有する薄膜と、
を備え、
前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記伝搬路に抗体が接続可能な検出装置。

【請求項12】

前記伝搬路の平面形状は長方形状であり、前記長方形状の両長辺の外側に前記薄膜の上面より高い上面を有するガイドを備える請求項１１に記載の検出装置。

【請求項13】

圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、前記弾性波を送信する一対の第１櫛型電極と、
前記圧電基板上に設けられ、前記弾性波を受信する一対の第２櫛型電極と、
を備え、
前記伝搬路は前記一対の第１櫛型電極と前記一対の第２櫛型電極との間における前記圧電基板を含む請求項１１または１２に記載の検出装置。

【請求項14】

前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記伝搬路に接続された抗体を備える請求項１１または１２に記載の検出装置。

【請求項15】

前記複数の孔のうち１つの孔に対し、前記抗体が１つ接続される請求項１または１１に記載の検出装置。

【請求項16】

前記複数の孔のうち１つの孔に対し、前記抗体が１つ接続される請求項３に記載の検出装置。

【請求項17】

前記抗体は前記薄膜には結合しない請求項１または１１に記載の検出装置。

【請求項18】

前記抗体は前記薄膜には結合しない請求項１５に記載の検出装置。

【請求項19】

中央部に設けられ長方形状を有する第１領域、前記第１領域の前記長方形状の長辺方向における両側に設けられた第２領域および第３領域を有する基板と、
前記第１領域と、前記第１領域から第２領域まで連続して前記基板上に設けられた下部電極と、
前記第１領域から前記第２領域および前記第３領域まで連続して前記基板および前記下部電極上に設けられた圧電層と、
前記第１領域から前記第３領域まで連続して前記圧電層上に設けられた上部電極と、
前記第１領域に対応する前記上部電極上に設けられ、前記第１領域に対応した長方形状の薄膜と、
前記薄膜に設けられた複数の孔の底部に設けられた抗体と、
前記第１領域の前記長方形状の２つの長辺に沿ってそれぞれ設けられ、上面が前記薄膜の上面よりも高く設けられた２つのガイドと、
前記２つのガイドの間における第１溝の底面において、前記複数の孔が露出する検出装置。

【請求項20】

前記２つのガイドの下部は、前記圧電層に設けられた第２溝内に設けられ、前記２つのガイドの上部は、前記第２溝の外において、前記薄膜上に重なる請求項１９記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置に関し、例えば、抗体を接続可能な検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ウィルス等の抗原を検出する検出装置として、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）等の共振器の共振領域に抗体を固着させ、ＦＢＡＲの共振周波数の変化を検出することで、抗原を検出する検出装置が知られている（例えば非特許文献１）。弾性波が伝搬する伝搬路に抗体を固着させ、弾性波の速度の変化を検出することで、抗体を検出する検出装置が知られている（例えば非特許文献２）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】“Biosensor for human IgE detection using shear-mode FBAR devices" Ying-Chung Chen et al., Nanoscale Research Letters 10, Article number 69 (2015)

【非特許文献2】「ＰＯＣＴ用ＳＨ－ＳＡＷバイオセンサの開発」 谷津田等、日本無線技報 No.64 2013 p41-45

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、共振領域または伝搬路に設けられる抗体の個数が、検出装置ごとに異なると、検査結果がばらついてしまう。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、検出結果のばらつきを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、弾性波が共振する共振領域を有する共振器と、前記共振領域上に設けられ、複数の孔を有する薄膜と、を備え、前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記共振領域に抗体が接続可能な検出装置である。

【0007】

上記構成において、前記共振領域の平面形状は長方形状であり、前記長方形状の両長辺の外側に前記薄膜の上面より高い上面を有するガイドを備える構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記共振器は、直列接続された複数の共振器を含む構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記共振器は、圧電層と、前記圧電層を挟む第１電極および第２電極を備え、前記共振領域は、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記共振器は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ複数の第１電極指を有する第１櫛型電極と、前記圧電基板上に設けられ複数の第２電極指を有する第２櫛型電極と、を備え、前記共振領域は、前記複数の第１電極指と前記複数の第２電極指とが交互に設けられた領域である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記共振領域に接続された抗体を備える構成とすることができる。

【0012】

本発明は、弾性波が伝搬する伝搬路と、前記伝搬路上に設けられ、複数の孔を有する薄膜と、を備え、前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記伝搬路に抗体が接続可能な検出装置である。

【0013】

上記構成において、前記伝搬路の平面形状は長方形状であり、前記長方形状の両長辺の外側に前記薄膜の上面より高い上面を有するガイドを備える構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、前記弾性波を送信する一対の第１櫛型電極と、前記圧電基板上に設けられ、前記弾性波を受信する一対の第２櫛型電極と、を備え、前記伝搬路は前記一対の第１櫛型電極と前記一対の第２櫛型電極との間における前記圧電基板を含む構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記複数の孔のそれぞれにおいて、前記伝搬路に接続された抗体を備える構成とすることができる。

【0016】

上記構成において、前記複数の孔のうち１つの孔に対し、前記抗体が１つ接続される構成とすることができる。

【0017】

上記構成において、前記抗体は前記薄膜には結合しない構成とすることができる。

【0018】

本発明は、中央部に設けられ長方形状を有する第１領域、前記第１領域の前記長方形状の長辺方向における両側に設けられた第２領域および第３領域を有する基板と、前記第１領域と、前記第１領域から第２領域まで連続して前記基板上に設けられた下部電極と、前記第１領域から前記第２領域および前記第３領域まで連続して前記基板および前記下部電極上に設けられた圧電層と、前記第１領域から前記第３領域まで連続して前記圧電層上に設けられた上部電極と、前記第１領域に対応する前記上部電極上に設けられ、前記第１領域に対応した長方形状の薄膜と、前記薄膜に設けられた複数の孔の底部に設けられた抗体と、前記第１領域の前記長方形状の２つの長辺に沿ってそれぞれ設けられ、上面が前記薄膜の上面よりも高く設けられた２つのガイドと、前記２つのガイドの間における第１溝の底面において、前記複数の孔が露出する検出装置である。

【0019】

上記構成において、前記２つのガイドの下部は、前記圧電層に設けられた第２溝内に設けられ、前記２つのガイドの上部は、前記第２溝の外において、前記薄膜上に重なる構成とすることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、検出結果のばらつきを抑制することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係る検出装置の平面図、図１（ｂ）は、下部電極、上部電極および共振領域を示す平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ－Ｂ断面図、図２（ｂ）は、孔周辺の拡大断面図、図２（ｃ）は、Ｂ－Ｂ断面図の別の例である。

【図3】図３（ａ）は、実施例１の変形例１に係る検出装置の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例２および３に係る検出装置の断面図である。

【図5】図５（ａ）は、実施例２に係る検出装置の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図6】図６（ａ）は、実施例２の変形例１に係る検出装置の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図7】図７（ａ）は、実施例３に係る検出装置の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ実施例４およびその変形例１に係る検出システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例0023】

［実施例１：検出装置に圧電薄膜共振器を採用した例］
図１（ａ）は、実施例１に係る検出装置１００の平面図、図１（ｂ）は、下部電極、上部電極および共振領域を示す平面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ－Ｂ断面図、図２（ｂ）は、孔周辺の拡大断面図である。基板１０上の各層の積層方向をＺ方向、下部電極１２が共振領域２８から引き出される方向をＸ方向、平面方向のうちＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。図１（ａ）は、薄膜１８、孔１９、検知部２２およびガイド２６を主に図示し、薄膜１８を太破線で示している。図１（ｂ）において、下部電極１２と上部電極１６とのＹ方向の幅Ｗｙはほぼ同じであるが、わかりやすいように、下部電極１２のＸ方向およびＹ方向の幅を上部電極１６のＹ方向の幅よりやや広く図示し、共振領域２８をクロスハッチングで示している。

【0024】

図１（ａ）から図２（ａ）に示すように、検出装置１００は、圧電薄膜共振器２０を備えている、この圧電薄膜共振器２０は、平面形状が矩形（ここでは長方形状）の基板１０に以下の積層膜１５が設けられている。積層膜１５として、基板１０上に音響反射膜１１、下部電極１２、圧電層１４、上部電極１６、保護膜１７および接続層２１が積層されている。音響反射膜１１では、音響インピーダンスの低い膜１１ａと音響インピーダンスの高い膜１１ｂとが交互に積層されている。膜１１ａおよび１１ｂの各々の厚さを弾性波の波長の約１／４とすることで、弾性波は音響反射膜１１において反射する。なお、ここでは、音響反射膜１１の最下層は高インピーダンスの膜１１ｂであり、最上層は低インピーダンスの膜１１ａである。

【0025】

基板１０および積層膜１５には、共振領域２８（第１領域）、領域２９ａ（第２領域）および２９ｂ（第３領域）が設けられている。共振領域２８の平面形状はＸ方向が長辺となる長方形状であり、共振領域２８は基板１０の中央部に設けられている。領域２９ａおよび２９ｂは、共振領域２８のＸ方向における両側に設けられ、パッドとなる領域である。下部電極１２の平面形状はＸ方向が長辺となる長方形状であり、下部電極１２は、共振領域２８から領域２９ａまで、所定の幅Ｗｙを有し＋Ｘ方向に連続して延伸する。上部電極１６の平面形状はＸ方向が長辺となる長方形状であり、上部電極１６は、所定の幅Ｗｙを有し共振領域２８から領域２９ｂまで－Ｘ方向に連続して延伸する。圧電層１４の少なくとも一部を挟み、下部電極１２と上部電極１６とが重なる領域は共振領域２８である。Ｘ方向における共振領域２８の幅はＷｘであり、Ｙ方向における共振領域２８の幅はＷｙである。共振領域２８内の積層膜１５には、厚み縦振動モードまたは厚みすべり振動モード等の弾性波が共振する。なお、ここで長方形状とは幾何学的な長方形でなくてもよく、対向する辺は平行から１０°程度異なっていてもよい。また、角が丸まっていてもよい。

【0026】

保護膜１７は、上部電極１６および圧電層１４を水分等から保護する膜であるが、設けられていなくてもよい。共振領域２８のＹ方向の両側にガイド２６が設けられている。ガイド２６の下部は、図２（ａ）に示すように、積層膜１５をパターニングし除去した溝２７（第２溝）に設けられている。別の表現をすると、ガイド２６は、パターニングした積層膜１５の対向する２つの側壁を覆いつつ、上面は薄膜１８の上面より高い。図１（ａ）のように、基板１０のＸ方向における基板１０の短辺まで延在する。これにより、図２（ａ）のように、２つのガイド２６の間には、幅Ｗｙを有する溝２７ａ（第１溝）が形成される。後述するが、ガイド２６の間の溝２７ａに検体を含む液体が設けられたり、流れたりする。なお、パターニングされた積層膜１５にパターニング加工でガイド２６を形成するため、ガイド２６は、積層膜１５の表面を覆うこともある。

【0027】

共振領域２８における保護膜１７上に薄膜１８が設けられている。薄膜１８には、薄膜１８を貫通する複数の孔１９が設けられている。複数の孔１９内には検知部２２が設けられている。

【0028】

図２（ｂ）に示すように、薄膜１８の孔１９内には、検知部２２が設けられている。検知部２２は、接続部２３と抗体２４とを備える。抗体２４は、免疫グロブリンであり、ＩｇＧ（Immunoglobulin G）またはＩｇＥである。この抗体２４は、Ｆｃ（Fragment Crystallizable）領域２４ａとＦａｂ（Fragment Antigen Binding）領域２４ｂとを備える。後者のＦａｂ領域２４ｂは抗原２５に結合する領域である。接続部２３の下端は、薄膜１８の表面には結合せず、孔１９の底面となる接続層２１の表面と結合し、上端は抗体２４のＦｃ領域２４ａに結合する。一部を言い換えると、接続部２３の下端は、孔１９を介して接続層２１の表面と結合するともいえる。これにより、抗体２４は接続部２３を介し接続層２１に固定される。なお、１つの孔１９に決まった数の抗体２４、ここでは１つの抗体２４が結合するように孔１９の径が設定されている。

【0029】

抗原抗体反応により抗原２５が抗体２４に結合すると、積層膜１５に付加される質量が大きくなり、圧電薄膜共振器２０の共振周波数が低くなる。この共振周波数の変化により、抗原２５を検出できる。抗原２５は、ウィルスまたは細菌等のうち抗体２４が結合する蛋白質、またはそれ以外の蛋白質自体である。Ｆａｂ領域２４ｂを特定の抗原２５に結合する蛋白質とすることで、抗体２４には特定の抗原２５が結合する。抗体２４には例えばモノクローナル抗体を用いることができる。

【0030】

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板である。膜１１ａは例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜であり、膜１１ｂは、例えばタングステン膜、タンタル膜、モリブデン膜またはルテニウム膜等である。

【0031】

下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの膜から複数種類を選択した積層膜である。一例として、下部電極１２および上部電極１６は、ルテニウム膜である。

【0032】

圧電層１４は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）膜、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）膜またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）膜である。一例として、圧電層１４は、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする。

【0033】

保護膜１７は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁膜である。接続層２１の材料は、表面に接続部２３が結合しやすく、かつ検体を含む液体により腐食されにくい材料であればよく、一例として金である。接続部２３は、一端が金層等の金属層と結合し、他端が抗体２４と結合する蛋白質であり、例えば自己組織化単分子膜またはリンカー蛋白質である。薄膜１８は、例えばシリコン膜等の孔１９の加工の容易な膜である。薄膜１８の材料は、表面に接続部２３が結合しにくく、かつ検体を含む液体により腐食されにくい材料であり、一例としてシリコンである。保護膜１７が上面に接続部２３が結合しやすい材料の場合、接続層２１は設けなくてもよい。

【0034】

薄膜１８および接続層２１の平面形状は、共振領域２８の平面形状と同じであってもよいし、異なっていてもよい。薄膜１８および接続層２１は、共振領域２８より大きくてもよいし、小さくてもよい。

【0035】

薄膜１８の厚さは例えば１ｎｍ～１００ｎｍであり、一例として１０ｎｍである。孔１９の径は例えば１ｎｍ～１００ｎｍでり、一例として２０ｎｍある。孔１９の径を適宜調整することで、孔１９内の接続層２１上に１つの抗体２４が結合する程度の接続部２３を結合させることができる。孔１９の径を大きくし、１つの孔１９内の接続層２１上に２以上の抗体２４を結合させてもよい。なお、図１（ａ）において、薄膜１８に並んだ孔１９は、実質同じサイズでマトリックス状に並べられ、抗体２４の数が特定できることが好ましい。孔１９の密度は、例えば１０～１００００個／μｍ^２であり、一例として６００個／μｍ^２である。孔１９の密度を調整することで、共振領域２８内の保護膜１７に結合する抗体２４の個数を制御できる。

【0036】

ガイド２６は、例えばシリコーン樹脂等の樹脂である。図２（ａ）では、積層膜１５に設けられた溝２７の側面とガイド２６の側面とは一致して接しており、積層膜１５上にガイド２６は乗り上げていない。このガイド２６の配置構造は、ホトリソグラフィーなどの製造方法におけるパターンの合わせずれを考慮していない、理想的な配置である。実際には、積層膜１５の溝２７の側面とガイド２６の側面が離れたり、ガイド２６が積層膜１５上に乗り上げたりする場合がある。

【0037】

図２（ｃ）は、図１（ａ）のＢ－Ｂ断面図の別の例であり、積層膜１５およびガイド２６付近を拡大した図である。わかりやすくするため、Ｙ方向の孔１９の個数を図１（ａ）および図２（ａ）より減らし４個とし、孔１９内の検知部２２の図示を省略している。

【0038】

図２（ｃ）に示すように、ガイド２６の上部が薄膜１８の周縁部上に乗り上げている。これにより、積層膜１５の溝２７の側面とガイド２６の側面との間の離間部または積層膜１５の各層間の界面に液体が浸入すること抑制できる。長方形状の薄膜１８において、図１（ａ）における＋Ｙ側の長辺近傍においてＸ方向に例えば１９個配列した孔１９の列１９ａ（図２（ｃ）参照）と、－Ｙ側の長辺近傍においてＸ方向に例えば１９個配列した孔１９の列Ｂ（図２（ｃ）参照）と、が設けられている。図２（ｃ）のように、ガイド２６の上部は、この列１９ａおよび１９ｂの孔１９を覆わずに、溝２７の側面とこの列１９ａまたは１９ｂとの間で終端するように薄膜１８の周縁部を覆う。そのためには、Ｙ方向における孔１９間の間隔Ｄ２よりも溝２７の側面と列１９ａまたは１９ｂとの間隔Ｄ１を大きくすることが好ましい。

【0039】

ガイド２６間に、検体を含む液体を流入させることにより、薄膜１８上に検体を含む液体を効率よく移動させることができる。薄膜１８および接続層２１の平面形状を長方形状とし、長方形状の２つの長辺の外側に、長辺に沿ってガイド２６を形成すれば、より効率的に検体（抗原）を抗体２４に作用させることができる。また、検体を含む液体が薄膜１８および接続層２１上に流入したときに、長方形状のガイド２６によって、液体が層となって流れる。このとき、薄膜１８および接続層２１の平面形状が長方形状であると、液体の通過点に複数の孔１９が一様に配置されることになるので、効率的に検体を抗体２４に作用させることができる。

【0040】

薄膜１８上に駆動物質を塗布し、検体をモーター蛋白質により薄膜１８上に移動させてもよい。この場合もガイド２６により、検体を効率よく移動させることができる。モーター蛋白質は、一定の方向に沿って検体を移動させるので、薄膜１８および接続層２１の平面形状を長方形状とし、長方形状の長辺と検体の移動方向を沿うようにすることで、効率よく検体を移動できる。このため、薄膜１８および接続層２１の平面形状を長方形状として、２つの長辺の外側に、薄膜１８および接続層２１の平面形状の長辺に沿ってガイド２６の平面形状を長方形状として形成することが好ましい。検体内に抗原２５が含まれていると、抗体２４に抗原２５が結合し、積層膜１５の質量が重くなる。よって、圧電薄膜共振器２０の共振周波数が低くなる。なお、検体を含む液体を薄膜１８上に滴下させてもよい。この場合、ガイド２６は、薄膜１８の４辺に沿って配置され囲んでいれば、薄膜１８の上に検体を含む液体をとどめることができ検出精度が向上する。

【0041】

実施例１によれば、複数の孔１９を有する薄膜１８は弾性波が共振する共振領域２８上に設けられている。複数の孔１９のそれぞれにおいて、抗体２４は薄膜１８を介さずに共振領域２８に接続する。これにより、孔１９の密度を調整することで、共振領域２８に固定される抗体２４の個数を制御できる。よって、検出装置１００ごとに、共振領域２８に固定される抗体２４の個数がばらつくことを抑制でき、検出結果のばらつきを抑制できる。なお、薄膜１８は、複数の孔１９のそれぞれにおいて共振領域２８に抗体２４が接続可能であればよい。

【0042】

１つの孔１９に対し、複数の抗体２４が設けられていてもよいが、１つの孔１９に対し１つの抗体２４が設けられるように孔１９の径（または面積）を調整することが好ましい。これにより、共振領域２８内の孔１９の個数が抗体２４の個数となる。

【0043】

複数の孔１９は規則的に設けられていてもよいが、不規則に設けられていてもよい。いずれの場合にも、共振領域２８内の孔１９の個数と孔１９の径を設定することで、共振領域２８内の抗体２４の個数を設定することができる。

【0044】

複数の孔１９の径（または面積）は均一であることが好ましいが、複数の孔１９の径（または面積）は異なっていてもよい。ガイド２６を備えることで、検体を含む液体を共振領域２８上に効率よく移動させることができる。共振領域２８の長辺方向の幅Ｗｘは短辺方向の幅Ｗｙの１．５倍以上が好ましく、２倍以上がより好ましい。

【0045】

共振器として、実施例１のように圧電薄膜共振器２０を用いることができる。この場合、共振領域２８は、圧電層１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが重なる領域である。

【0046】

［実施例１の変形例１：圧電薄膜共振器を直列接続する例］
変形例１は、複数の圧電薄膜共振器を直列接続する例である。図３（ａ）は、変形例１に係る検出装置１０２の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ線における断面図である。図３（ａ）は、薄膜１８、孔１９、検知部２２およびガイド２６を主に図示し、薄膜１８を太破線で示している。

【0047】

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、検出装置１０２では、基板１０に圧電薄膜共振器２０ａと２０ｂが設けられている。ガイド２６の間に圧電薄膜共振器２０ａの共振領域２８ａと圧電薄膜共振器２０ｂの共振領域２８ｂとが設けられている。図３（ｂ）のように、圧電薄膜共振器２０ａおよび２０ｂの下部電極１２は、基板１０の－Ｙ側の短辺から＋Ｙ側の短辺まで分離されず一体で連続して設けられている。一方、上部電極１６は、左右に２つに分離されて設けられている。よって、圧電薄膜共振器２０ａおよび２０ｂが基板１０の中央部を介して－Ｘ側と＋Ｘ側に２つ分離されて形成されている。これにより、－Ｘ側の上部電極１６に接続されたパッドと、＋Ｘ側の上部電極１６に接続されたパッドの間には、圧電薄膜共振器２０ａと２０ｂが直列接続される。なお、上記２つの上部電極１６は、分離されず一体に設けられ、下部電極１２は、２つに分離され設けられていてもよい。

【0048】

実施例１のように、１つの圧電薄膜共振器２０（実施例１）と、直列接続された圧電薄膜共振器２０ａおよび２０ｂ（実施例１の変形例１）と、で同じインピーダンスとする場合、圧電薄膜共振器２０ａおよび２０ｂの共振領域２８ａおよび２８ｂの合計の面積は、圧電薄膜共振器２０の共振領域２８の面積の４倍とすることができる。検出装置として好ましいインピーダンスは定まっているため、実施例１の変形例１では、実施例１に比べ、薄膜１８の面積を４倍にできる。よって、検出装置の感度を向上できる。３個以上の圧電薄膜共振器が直列接続されていてもよい。

【0049】

共振領域２８ａおよび２８ｂの平面形状は長方形状であり、長方形状の長辺方向（図３（ａ）のＸ方向）に圧電薄膜共振器２０ａおよび２０ｂを配列する。共振領域２８ａおよび２８ｂ、並びに共振領域２８ａおよび２８ｂの間の領域も含め、両側にガイド２６を設ける。これにより、検体を含む液体を共振領域２８ａおよび２８ｂ上に効率よく移動させることができる。

【0050】

［実施例１の変形例２］
図４（ａ）は、検出装置１０４の断面図である。図４（ａ）に示す圧電層１４は、下部圧電層１４ａと上部圧電層１４ｂに分かれ、共振領域２８において、下部圧電層１４ａと上部圧電層１４ｂとの間に挿入膜１３が設けられている。挿入膜１３は、温度補償膜であり、挿入膜１３の弾性定数の温度係数の符号は圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対である。これにより、圧電薄膜共振器２０における共振周波数等の温度依存性を抑制できる。挿入膜１３は、例えば酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜である。

【0051】

［実施例１の変形例３］
図４（ｂ）は、検出装置１０５の断面図である。図４（ｂ）に示すように、検出装置１０５では、音響反射膜１１が設けられておらず、基板１０に空隙１１ｃが設けられている。基板１０の厚さ方向から見て、共振領域２８と空隙１１ｃとは重なる。

【0052】

実施例１およびその変形例１および２のように、圧電薄膜共振器２０、２０ａおよび２０ｂは音響反射膜１１を有するＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）でもよい。実施例１の変形例３のように、圧電薄膜共振器２０、２０ａおよび２０ｂは、空隙１１ｃを有するＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。

【実施例0053】

[実施例２：検出装置に弾性表面波共振器を採用した例]
図５（ａ）は、検出装置１０６の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。電極指３４ａおよび３４ｂの配列方向（横方向）をＸ方向、電極指３４ａおよび３４ｂの延伸方向（縦方向）をＹ方向、圧電基板３０の法線方向をＺ方向とする。図５（ａ）は、反射器３３、ＩＤＴ３７（interdigital transducer）、パッド３９ａ、３９ｂ、薄膜１８、孔１９、検知部２２およびガイド２６を主に図示し、薄膜１８を太破線で示し、反射器３３、ＩＤＴ３７、パッド３９ａおよび３９ｂをクロスハッチングで示している。

【0054】

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、検出装置１０６では、図１（ａ）から図２（ａ）に示した圧電薄膜共振器２０の代わりに弾性表面波共振器４０が設けられている。弾性表面波共振器４０は、圧電基板３０上に設けられたＩＤＴ３７および反射器３３を有している。ＩＤＴ３７および反射器３３は金属膜３１により形成されている。

【0055】

ＩＤＴ３７は櫛型電極３６ａおよび３６ｂを有する。櫛型電極３６ａ（第１櫛型電極）は、複数の電極指３４ａ（第１電極指）およびバスバー３５ａを有する。バスバー３５ａには、Ｙ方向に延伸する複数の電極指３４ａの+Ｙ側の端が接続され、バスバー３５ａ自身はＸ方向に延伸する。櫛型電極３６ｂ（第２櫛型電極）は、複数の電極指３４ｂ（第２電極指）およびバスバー３５ｂを有する。バスバー３５ｂには、Ｙ方向に延伸する複数の電極指３４ｂの－Ｙ側の端が接続され、バスバー３５ｂはＸ方向に延伸する。ＩＤＴ３７のうち、Ｘ方向から見て電極指３４ａと３４ｂとが重なる領域は、弾性波が共振する共振領域３８である。共振領域３８の少なくとも一部の領域において、電極指３４ａと３４ｂとは１本毎に交互に設けられている。

【0056】

ＩＤＴ３７のＸ方向の両側に反射器３３が形成されている。共振領域３８内において、ＩＤＴ３７が励振した弾性波は主にＸ方向に伝搬し、反射器３３は弾性波を反射する。電極指３４ａのピッチおよび電極指３４ｂのピッチをλとする。λは、ＩＤＴ３７が励振する弾性表面波の波長に相当する。λは複数の電極指３４ａおよび３４ｂのピッチＤの２倍である。なお、λはピッチＤの２倍以外の場合もある。

【0057】

圧電基板３０上に、金属膜３１を覆うように保護膜３２が設けられている。共振領域３８における保護膜３２上に接続層２１が設けられている。接続層２１上に薄膜１８が設けられている。電極指３４ａおよび３４ｂ上に設けられた薄膜１８に、この薄膜１８を貫通する複数の孔１９が設けられている。複数の孔１９内には抗体２４が設けられている。弾性表面波共振器４０のＹ方向の両側に、ガイド２６からバスバー３５ａおよび３５ｂが露出するようにガイド２６が設けられている。Ｘ方向に延在する２本のガイド２６のうち＋Ｙ側のガイド２６では、ガイド２６の下に配線４１ａが設けられ、ガイド２６の＋Ｙ側に露出したパッド３９ａが設けられている。パッド３９ａは配線４１ａを介しバスバー３５ａに電気的に接続されている。－Ｙ側のガイド２６では、ガイド２６の下に配線４１ｂが設けられ、ガイド２６の－Ｙ側に露出したパッド３９ｂが設けられている。パッド３９ｂは配線４１ｂを介しバスバー３５ｂに電気的に接続されている。

【0058】

圧電基板３０は、例えばタンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板または水晶基板であり、例えば、単結晶回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。圧電基板３０は、サファイア基板、シリコン基板、スピネル基板、水晶基板または石英基板等の支持基板上に直接または絶縁層を介し接合されていてもよい。金属膜３１は、例えばアルミニウム、銅およびモリブデンの少なくとも１つの金属を主成分とする。保護膜３２は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁膜である。薄膜１８、検知部２２およびガイド２６の材料等は実施例１と同じである。

【0059】

実施例２のように、弾性表面波共振器においても、電極指３４ａと３４ｂとが交互に設けられた共振領域３８上に複数の孔１９を有する薄膜１８を設ける。図２（ｂ）と同様に、複数の孔１９のそれぞれにおいて、抗体２４は薄膜１８を介さずに共振領域３８に接続される。これにより、抗原２５が抗体２４に結合すると、電極指３４ａおよび３４ｂに付加される質量が大きくなり、弾性表面波共振器４０の共振周波数が低くなる。この共振周波数の変化により、抗原２５を検出できる。また、実施例１と同様に、共振領域３８に固定される抗体２４の個数がばらつくことを抑制でき、検出結果のばらつきを抑制できる。

【0060】

また、共振領域３８の平面形状を長方形状とし、長方形状の両長辺の外側に薄膜１８の上面より高い上面を有するガイド２６を備える。これにより、検体を含む液体を共振領域３８上に効率よく移動させることができる。

【0061】

［実施例２の変形例１：複数の弾性表面波共振器を直列接続する例］
図６（ａ）は、検出装置１０８の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図５（ａ）は、反射器３３、３３ａ、ＩＤＴ３７ａ、３７ｂ、パッド３９ａ、３９ｂ、薄膜１８、孔１９、検知部２２およびガイド２６を主に図示し、薄膜１８を太破線で示し、反射器３３、３３ａ、ＩＤＴ３７ａ、３７ｂ、パッド３９ａおよび３９ｂをクロスハッチングで示している。

【0062】

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、圧電基板３０に２つの弾性表面波共振器４０ａと４０ｂが設けられている。２本のガイド２６の間に共振領域３８ａと３８ｂとが設けられている。弾性表面波共振器４０ａの＋Ｘ側に反射器３３が設けられ、弾性表面波共振器４０ｂの－Ｘ側に反射器３３が設けられている。弾性表面波共振器４０ａと４０ｂとの間には、反射器３３ａが設けられている。反射器３３ａは、弾性表面波共振器４０ａと４０ｂとに共有されている。

【0063】

弾性表面波共振器４０ａのバスバー３５ｂと弾性表面波共振器４０ｂのバスバー３５ｂとは反射器３３ａを介し電気的に接続されている。弾性表面波共振器４０ａのバスバー３５ａは、配線４１ａを介しパッド３９ａに電気的に接続され、弾性表面波共振器４０ｂのバスバー３５ａは、配線４１ｂを介しパッド３９ｂに電気的に接続されている。以上により、パッド３９ａと３９ｂとの間において、弾性表面波共振器４０ａと４０ｂとは直列接続されている。

【0064】

この変形例１では、実施例２に比べ、薄膜１８の面積を４倍にできる。よって、検出装置の感度を向上できる。３個以上の弾性表面波共振器が直列接続されていてもよい。また、共振領域３８ａおよび３８ｂの平面形状は長方形状であり、共振領域３８および３８ｂの両側にガイド２６を設ける。これにより、検体を含む液体を共振領域３８ａおよび３８ｂ上に効率よく移動させることができる。