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共振型質量センサ UPDATE

国内特許コード P150011385
整理番号 S2013-0440-N0
掲載日 2015年2月20日
出願番号 特願2013-028481
公開番号 特開2014-157099
登録番号 特許第6086347号
出願日 平成25年2月16日(2013.2.16)
公開日 平成26年8月28日(2014.8.28)
登録日 平成29年2月10日(2017.2.10)
発明者
  • 山口 昌樹
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 共振型質量センサ UPDATE
発明の概要 【課題】他励式で高感度な共振型質量センサを提供する。
【解決手段】共振型質量センサ1は、振動子3と、振動子3上に載置される振動体2と、振動体2の共振周波数を検出する検出部5と、を備え、振動体2と振動子3は機械的に結合されておらず、かつ、振動体2は何れの部材にも機械的に結合されていないことを特徴とする。振動体2の振動は定在波である。振動体2は、被測定物質の分子認識手段を備えている。分子認識手段は、抗原-抗体反応で特定の分子を捕捉してもよい。振動体2は、少なくとも一部に磁化可能な部材を含んでもよい。磁化可能な部材には、抗体又は抗原を固定化した磁気ビーズ26が磁気的に吸着されてもよい。検出部5は発光素子と受光素子からなり、周波数、変位、速度、及び加速度の何れかの検出手段を備えて構成し得る。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



気体や液体に含まれる極微量な化学物質の濃度を測定する方法として、共振型質量センサが開発されている。これは、一定周波数で振動している振動体に他の物質が付着すると、そのわずかな質量変化に伴って共振周波数も変化することを利用している。振動体としては、水晶天秤(Quarts Crystal Microbalance; QCM)などの自励発振式の振動体や、セラミック製の片持ち梁(カンチレバー)等の振動体に圧電素子などの振動子を接合したものが用いられてきた。前者を、自励発振式質量センサと呼ぶと、後者は他励発振式質量センサと呼ぶことができる。





振動体として圧電体の薄膜共振器を備えた自励発振式の質量センサは、例えば特許文献1に開示されている。また、特許文献2には、Siからなる振動子を静電結合した駆動部により振動させる質量センサが開示されている。





振動体に圧電素子からなる振動子を接合した他励発振式の質量センサは、例えば特許文献3に開示されている。





これらの共振型質量センサに共通して言えることは、被測定物質の質量が小さくなればなるほど、振動体の共振周波数の変化量も小さくなるので、振動体の固定方法、給電方法、温度や湿度などの環境要因が、計測感度限界を左右する。





しかし、従来の質量センサでは、振動体自体に給電されていたり(自励発振式質量センサ、(株)多摩デバイス製、非特許文献1参照)、振動体に機械的に(接着)固定された圧電素子に給電しているので(他励発振式質量センサ)、それらの給電線の保持によって共振現象が阻害され、高感度化を阻んでいた。





また、他励発振式質量センサでは、電気的にではなく磁気的に振動体を励振するもの等もあるが(非特許文献2参照)、振動体と磁気ヘッドとのギャップを厳密に位置決めする必要があった。

産業上の利用分野



本発明は、共振型質量センサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
振動子と、
上記振動子上に載置される振動体と、
上記振動体の共振周波数を検出する検出部と、
を備え、
上記振動体と上記振動子は機械的に結合されておらず、かつ、該振動体は何れの部材にも機械的に結合されていないことを特徴とする、共振型質量センサ。

【請求項2】
前記振動体の振動は、定在波であることを特徴とする、請求項1に記載の共振型質量センサ。

【請求項3】
前記振動体は、被測定物質の分子認識手段を備えていることを特徴とする、請求項1又は2の何れかに記載の共振型質量センサ。

【請求項4】
前記分子認識手段は、抗原-抗体反応で特定の分子を捕捉することを特徴とする、請求項3に記載の共振型質量センサ。

【請求項5】
前記振動体は、少なくとも一部に磁化可能な部材を含むことを特徴とする、請求項1~3の何れかに記載の共振型質量センサ。

【請求項6】
前記磁化可能な部材には、抗体及び/又は抗原を固定化した磁気ビーズが磁気的に吸着されることを特徴とする、請求項5に記載の共振型質量センサ。

【請求項7】
前記検出部は、発光素子と受光素子からなり、周波数、変位、速度、及び加速度の何れかの検出手段を備えることを特徴とする、請求項1に記載の共振型質量センサ。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2013028481thum.jpg
出願権利状態 登録
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