WO2008059970A1 - Procédé d'agitation de matière liquide à l'aide d'un oscillateur à cristal - Google Patents

Description

明 細 書

水晶振動子を使用した液状物の撹拌方法

技術分野

[0001] 本発明は、液状物中に含まれる微量物質を測定するために使用される水晶振動子 を使用した液状物の撹拌方法に関する。

背景技術

[0002] DNA'タンパク質などの生体物資の相互作用の測定や抗原抗体反応を応用した 測定に QCMが利用されている。

前記 QCMによる測定は、水晶振動子の電極にバッファー液を接しさせておき、こ の液に測定対象となる試料を含んだ溶液を加えることで、あらかじめ前記水晶振動 子の電極に固定化しておいた物質との結合からおこる周波数変化を測定することより 行われる。

その際、例えば、試料がバッファー液の底に淀んだり、液面に浮き出して溶液が混 ざらないと、溶液の終濃度が一定にならず、正確な結合量が測定ができない、また結 合の速度解析もできない。

これを解決するためのひとつの方法として、バッファー液が注入されている容器に 攪拌棒を入れ、その中の溶液を機械的に上下方向に振動させたり、或いは、溶液を 回転させたりする方法等がある（例えば、特許文献 1)。

しかしながら、上記方法により溶液を攪拌するためには溶液の量がある程度は必要 であるために、溶液が微量の場合には十分な攪拌ができないという問題があった。そ して、溶液の撹拌が不十分となるために精度の高い測定が困難であった。

また、測定の際に加えられる電力による水晶振動子の振動から、 share waveや圧力 波（compressional wave)という波力 S生じる力 share waveは、例えば、 27MHzの AT —カットの水晶振動子の場合には、水晶振動子の表面から lOOnm程度の距離で減 衰するため撹拌に使用することはできず、また、圧力波もそれ自体で液状物を攪拌 することはできな!/ヽとレ、うことが実験的にわかって!/、る。

[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 310872号公報 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] そこで、本発明は上記問題を解決するために、水晶振動子を利用した測定におい て、バッファー液等の溶液と被検出物との混合を、撹拌専用の手段を設けることなく 十分に攪拌することができることができる撹拌方法を提供する。

課題を解決するための手段

[0005] 上記課題を解決するために、本発明者は、鋭意検討の結果、下記の知見を得た。

本発明の水晶振動子を使用した液状物の撹拌方法は、請求項 1に記載の通り、水 晶振動子を所定の周波数で振動させ、前記水晶振動子に接触する物質による前記 周波数の変動を測定する際に、前記水晶振動子を、前記所定の周波数から基本波 振動周波数以上の異なる他の周波数により振動させて前記物質を含む液体を撹拌 することを特徴とする。

また、請求項 2に記載の本発明は、請求項 1に記載の液状物の撹拌方法において 、前記他の周波数は、基本波振動周波数、副振動周波数又は N倍波（N = 3, 5, 7, • · · )振動周波数であることを特徴とする。

また、請求項 3に記載の本発明は、請求項 1又は 2に記載の水晶振動子を使用した 液状物の撹拌方法において、前記撹拌時に、前記他の周波数に固定又は前記他の 周波数を中心に ± 100kHzの間でスイープさせて振動させることを特徴とする。 また、請求項 4に記載の本発明は、請求項 1乃至 3の何れかに記載の水晶振動子 を使用した液状物の撹拌方法であって、前記撹拌時に前記水晶振動子に印加され る電力は、前記測定時の 10倍以上としたことを特徴とする。

また、請求項 5に記載の本発明は、請求項 1乃至 4の何れかに記載の水晶振動子 を使用した液状物の撹拌方法であって、前記測定時に、前記水晶振動子を N倍波（ N = 3, 5, 7, · · · )振動周波数で振動させることを特徴とする。

また、請求項 6に記載の本発明は、請求項 1乃至 5の何れかに記載の水晶振動子 を使用した液状物の撹拌方法において、前記撹拌は、前記測定の前又は前記測定 を連続して行う場合には測定と測定との間に行うことを特徴とする。 発明の効果

[0006] 本発明によれば、 QCMの測定の際に特別な撹拌手段を別に設ける必要がない。

また、測定に使用する液状物が微量であっても撹拌することができる。更に、本発明 によれば微量の試料を含む液状物を十分に撹拌することができるため、精度の高い 測定が可能となる。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]水晶振動子の構造説明図（(a)平面図， （b)側面図）

[図 2]本発明の一実施の形態の好ましい態様の水晶振動子の説明図

[図 3]水晶振動子に液状物を接触させる一態様の説明図

[図 4]水晶振動子に液状物を接触させる他の態様の説明図

[図 5]本発明の一実施例で使用するバイオセンサ装置の回路構成図

[図 6]同回路におけるリレー # 1 , # 2の制御方法の説明図

[図 7]図 5の回路構成の変形例を示す回路構成図

[図 8]本発明の一実施例による測定結果を示すグラフ

[図 9]比較例による測定結果を示すグラフ

符号の説明

1 水晶板

2 電極

3 リード線

4 液状物

5 谷 ¾f

6 水晶振動子

7 π回路

8 ネットワークアナ

9 RFジェネレータ

10 パソコン

11 周波数カウンタ 発明を実施するための最良の形態

[0009] 本発明において使用することができる水晶振動子は、通常 QCMに利用されるもの も含め特に制限をするものではない。

本発明では、測定に使用する所定の周波数に対して、少なくとも前記水晶振動子 の基本波振動周波数以上の異なる他の周波数により撹拌を行う。この他の周波数と しては、基本波振動周波数、副振動周波数又は N倍 (オーバートーン)波（N = 3, 5 , 7, · · · )振動周波数であることが好ましい。例えば、 27MHzの基本波振動周波数 の水晶振動子を例にして説明すると、測定周波数が 3倍波振動周波数である 81MH zの場合には、他の周波数として 27MHzや 135MHzを選択し、測定周波数が 27M Hzの場合には、他の周波数として 81MHzを選択することが好ましい。また、前記周 波数のなかでも、撹拌の効率をより高めるためには、基本波振動周波数又は副振動 周波数を選択することが好ましレヽ。

測定に使用する周波数は基本波振動周波数でもよ!/、が、より圧力波の影響を受け にくい N倍波振動周波数を使用するのが望まし!/、。

また、撹拌の際に、前記いずれか 1つの周波数で固定して振動させつづけるか、或 いは、前記いずれ力、 1つの周波数を中心として ± 100kHzの範囲でスイープすること が好ましい。

[0010] 前記水晶振動子は、測定の場合には、 lmW程度の電力を加えて発振させその周 波数変化を測定、或いは、ネットワークアナライザー又はインピーダンスアナライザー を用いて共振周波数の変化を測定する等して使用されるが、測定時に水晶振動子 に加えられる電力に対して、 10〜100倍の範囲で電力を加えるようにして攪拌を行う ことが好ましい。また、上記電力の場合、測定周波数が安定せず、大きなノイズを伴う 可能性もあるため、攪拌と測定とを交互に行うか、或いは、測定の前に撹拌を行うこと が好ましい。

[0011] 周波数の測定は、ネットワークアナライザを用いても、インピーダンスアナライザを用 V、ても、直接水晶振動子を発振させ周波数カウンタで測定する方法の!/、ずれかであ つても良い。また、ネットワークアナライザを使用時は π回路を使用しても、使用せず に fr測定ともに可能である。また測定及び攪拌する水晶振動子の数は lchだけでな ぐ多 ch化も可能である。

[0012] 次に、本発明について具体的に図面を参照して説明する。

本発明において使用する水晶振動子としては、例えば、図 1に示される構造の水晶 振動子がある。この水晶振動子は、通常 QCMに利用されるものであり、水晶板 1の 両側に対向電極 3, 3を備えている。この水晶板 1は、 27MHzの仕様の場合、厚さ 6 O ^ m程度で、直径（Rc) 8. 9mm程度であり、対向電極 3は、金等からなり、直径（R e) 2. 5mm程度である。

[0013] また、上記構造に対して、図 2に示すように、電極 2の直径（Re)を 8mm程度に形成 し、通常の水晶振動子の電極よりも大きく形成することがより好ましい。攪拌時に発生 する熱が分散し、水晶振動子及び溶液の温度上昇をおさえることができ、より低ノィ ズでの測定ができる力、らである。尚、電極は、表裏の何れか、或いは、両方であって あよい。

[0014] 上記水晶振動子を利用して、これに液状物を接触させるためには、図 3に示すよう に金電極 2上に溶液 4を載置する方法や、図 5に示すように容器 5の底面に水晶振動 子を配置して、その上から少量 (約 500 1以下）の溶液 4を注入する方法、或いは、 その他フローセルなどが挙げられる力 S、特に限定するものではなレ、。 実施例

[0015] 次に、本発明の一実施例について説明する。

本実施例では、取り扱いの対象となる液量が極微量となるように、図 3に示すように 、基本波振動周波数 27MHzの水晶振動子の両面に設けられた金電極のうちの一 方の電極上に溶液を載置して測定を行うこととした。

水晶振動子は、図 5に示す回路に接続した。

図示した回路は、水晶振動子 6を π回路 7を介してネットワークアナライザー 8に接 続する回路と、水晶振動子 6を RFジェネレーター 9に接続する回路とから構成されて おり、これらの回路は、 2個のリレー # 1 , # 2により切り換え自在となっている。これら のリレー # 1 , # 2はパソコン 10により制御され、リレー # 1を閉じた場合は水晶振動 子は測定のための発振を行い、リレー # 2を閉じた場合には水晶振動子は撹拌を行 うこととなる。 [0016] 水晶振動子 6により測定を行う場合には、周波数を 3倍波である 81MHz付近で振 動させるように設定し、攪拌を行う場合は、周波数を基本波（27MHz)又は基本波の 該基本周波数の副振動周波数付近で振動（± 100kHzをスキャン)させるように設定 した。投入する電力は、測定の場合は 2mWとし、攪拌の場合は 200mWとした。

リレー # 1は、図 6に示すように、 1秒間隔で ONと OFFを繰り返すように制御し、リレ 一 # 2は、リレー # 1が OFFになると同時に 300m秒間 ONとして、その後 OFFとなる ことを繰り返すように制卸した。

[0017] 次に、水晶振動子 6の金電極上にバッファー溶液を 9 H 1載置し、 0. lmg/mLの N— Avidinを 1 μ L添加した際に、上記リレー # 1 , # 2を制御して撹拌を行った場合 と、撹拌を行わない場合の測定結果を図 8及び図 9に示す。

[0018] 図 8から、本発明の撹拌を行う場合には、 Ν— Avidin注入後に測定周波数変化は 緩やかなカーブを示し、周波数が安定するまでにかかる時間は、撹拌しない場合に 比べて短いことがわ力 た。これに対して、攪拌しない場合には、図 9に示すとおり、 N— Avidinを注入後すぐに、測定周波数が 1000Hzほど下り、その後やや横這い 状態が続き、その後また測定周波数が下がり始めた。このこと力 、撹拌しな場合に は測定周波数が安定するまで時間力かかることがわ力 た。

[0019] 上記結果から、本発明では、数 Lレベルの極微量の溶液の撹拌を、撹拌専用の 手段を用いることなく行うことができ、精度の高い結合量及び結合の速度解析ができ ることがわかった。

[0020] また、上記回路の構成例は例示に過ぎず、図 7に示すように、ネットワークアナライ ザ一の代わりに水晶振動子を発振させるために、周波数カウンター 11を使用した回 路であっても使用することができる。

産業上の利用可能性

[0021] 本発明は、 DNAやタンパク質等の生体物質の相互作用や抗原抗体反応を利用し た測定等の広!/、分野にお!/、て利用すること力 Sできる。

Claims

請求の範囲

[1] 水晶振動子を所定の周波数で振動させ、前記水晶振動子に接触する物質による 前記周波数の変動を測定する際に、前記水晶振動子を、前記所定の周波数から基 本波振動周波数以上の異なる他の周波数により振動させて前記物質を含む液体を 撹拌することを特徴とする水晶振動子を使用した液状物の撹拌方法。

[2] 前記他の周波数は、基本波振動周波数、副振動周波数又は N倍波（N = 3, 5, 7, • · · )振動周波数であることを特徴とする請求項 1に記載の水晶振動子を使用した液 状物の撹拌方法。

[3] 前記撹拌時に、前記他の周波数に固定又は前記他の周波数を中心に ± 100kHz の間でスイープさせて振動させることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の水晶振動 子を使用した液状物の撹拌方法。

[4] 前記撹拌時に前記水晶振動子に印加される電力は、前記測定時の 10倍以上とし たことを特徴とする請求項 1乃至 3の何れかに記載の水晶振動子を使用した液状物 の撹拌方法。

[5] 前記測定時に、前記水晶振動子を N倍波（N = 3, 5, 7, · · · )振動周波数で振動さ せることを特徴とする請求項 1乃至 4の何れかに記載の水晶振動子を使用した液状 物の撹拌方法。

[6] 前記撹拌は、前記測定の前又は前記測定を連続して行う場合には測定と測定との 間に行うことを特徴とする請求項 1乃至 5の何れかに記載の水晶振動子を使用した液 状物の撹拌方法。