[发明专利]压电振子及探测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及能够得到良好的频率温度特性的压电振子及使用该压电振子探测探测对象物的探测(detecting)传感器。

背景技术

作为探测溶液中或气体中的微量物质的装置，公知的有使用压电振子例如由石英振子构成的QCM(Quarts Crystal Microbalance：石英晶体微天平)的探测装置。此类探测装置是通过使石英振子吸附探测对象物即微量物质，捕捉其振荡频率(共振频率)的变化来探测该微量物质。本发明的申请人期望开发此类探测装置，今后在各个领域例如作为环境污染物质的二氧化物、血液或血清中的特定抗原等，以极低的浓度例如ppb～ppt级别也能够进行探测。

探测装置所使用的石英振子由于其振荡频率会根据温度而变化，因此在利用石英振子的振荡电路中，需要为了获得相对于温度的频率稳定性的对策。关于这一点，已提案不需要像目前使用的OCXO(带恒温槽的石英振荡器：Oven Controlled Crystal Oscillator)那样的大规模的装置结构，既和TCXO(温度补偿石英振荡器：Temperature Compensated Crystal Oscillator)同等地小型轻量又具备比TCXO更高的频率稳定性的、所谓的双传感器型石英振子(例如专利文献1、专利文献2)。

图5是本发明申请人开发的探测装置中所搭载的石英振荡器10的结构例，该石英振荡器10具备：双传感器型石英振子1；和用于从这些振动区域105、106读取振荡频率，相对各振动区域105、106串联连接的两组科耳皮兹型振荡电路111、112，其中，上述双传感器型石英振子1是在具有通过弹性的边界区域即弹性边界层107被弹性地绝缘的两个不同的振动区域(第1振动区域105、第2振动区域106)的石英片100上设置激振电极101～103而构成的。并且，例如能够通过使各激振电极101～103的质量和大小、各振荡电路111、112内的负载容量不同，而从各振动区域105、106得到具有不同振荡频率的频率信号。

在石英片100的一个区域(例如第2振动区域106)的激振电极103上设置有能够吸附探测对象物的吸附层，构成为能够吸附微量物质的结构，在另一区域(例如第1振动区域105)的激振电极101上设置有不吸附探测对象物的阻挡层(block)。向形成有这些吸附层、阻挡层的石英片100的表面供给试样溶液时，探测对象物有选择地与吸附层结合，形成有该吸附层的第2振动区域106侧的振荡频率发生变化。而且，下面将第1振动区域105侧的输出称为通道1、将第2振动区域106侧的输出称为通道2，从受到探测对象物的吸附的影响的通道2侧的振荡频率减去通道1侧的振荡频率，将其结果在吸附前后进行比较，由此，能够得知探测对象物的吸附导致的振荡频率的变化量。

在此，对于如前文所述，石英振子的振荡频率根据其周围的温度变化而变化时，利用双传感器型的石英振子1得到相对温度变化的频率稳定性的原理，在下文中进行说明。图18所示的频率温度特性7b表示未吸附探测对象物的状态的第2振动区域106中的相对于温度变化的振荡频率变化的样子。第2振动区域106的频率温度特性7b呈现这样的变化时，关于设置在共同的石英片100上的第1振动区域105的频率温度特性7a，如图18所示，成为振荡频率的变化量与第2振动区域106侧的频率温度特性7b大致相同的状态。

因此，即使由于周围的温度变化，来自第1振动区域105、第2振动区域106各自的振荡频率发生变化，两通道的振荡频率之差(频率差)也大致一定没有变化。于是，通过在探测对象物的吸附前后比较该频率差，也能够以去除频率温度特性的影响后的高精度地得知该吸附导致的振荡频率的变化量。