JP5408580B2 - Odor sensing system - Google Patents

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Description

本発明は、匂いセンサ用球状弾性表面波素子および匂いセンシングシステムに関する。   The present invention relates to a spherical surface acoustic wave element for an odor sensor and an odor sensing system.

近年、匂いセンサが、食品や飲料・化粧品・環境計測などの多くの分野で必要とされている。例えば、食品や香料などの品質管理においては、通常、いわゆる“鼻の利く専門家”により匂いの評価や異常を検査するための官能検査が実施される。しかし、専門家による官能検査は鼻の疲労などにより安定した検査結果を得ることが難しい。また、官能検査の専門家を育成するのには長い年月を要するので、検査の必要に応じて専門家を確保することは困難である。このような理由から、安定した検査結果を得ることができる匂いセンシングシステムの必要性が増してきている。   In recent years, odor sensors are required in many fields such as food, beverages, cosmetics, and environmental measurements. For example, in quality control of foods and fragrances, usually a so-called “noisy expert” performs an odor evaluation and a sensory test for examining abnormalities. However, it is difficult for a sensory test by an expert to obtain a stable test result due to fatigue of the nose. In addition, it takes a long time to develop specialists for sensory testing, so it is difficult to secure specialists as needed for testing. For these reasons, there is an increasing need for an odor sensing system that can obtain stable test results.

匂いセンシングシステムは、特性の異なる複数のセンサの出力パターンを多変量解析したり、ニューラルネットワークなどを用いてパターン認識したりして、匂いの元となるガス分子を特定することにより匂いを識別するものである。パターン認識をする際には、特定の匂いに特異的に応答するセンサを用いるのではなく、生体の嗅細胞と同様に、緩やかな選択性を持ち多数の匂いに応答するセンサを用いる。ちなみに、生体の嗅細胞においては、匂いの応答特性の異なる多数の嗅細胞の出力パターンを嗅覚神経系でパターン認識することにより匂い認識が行われる。   The odor sensing system identifies the odor by identifying the gas molecule that is the source of the odor by performing multivariate analysis of the output patterns of multiple sensors with different characteristics or pattern recognition using a neural network etc. Is. When pattern recognition is performed, a sensor that responds to a large number of odors is used instead of a sensor that responds specifically to a specific odor, as in the case of living olfactory cells. Incidentally, in an olfactory cell in a living body, odor recognition is performed by pattern recognition of output patterns of a large number of olfactory cells having different odor response characteristics in the olfactory nervous system.

人が生活するうえで出会う様々な匂いの原因となるガスの種類は非常に多い。また、同一のガスであっても、人が匂いを感じるときの濃度幅は非常に広い。   There are many types of gases that cause various odors that people encounter in their lives. Moreover, even when the same gas is used, the concentration range when a person feels an odor is very wide.

匂いセンシングシステムに用いられるセンサとしては、たとえばＱＣＭと呼ばれる水晶振動子ガスセンサが挙げられる（非特許文献１、２参照）。このセンサは、５０〜２００μｍ程度の薄い水晶板の表裏に銀・金などの金属薄膜電極を形成し、電極上に感応膜を塗布した構造を有する。この感応膜に匂い分子が吸着すると、質量負荷効果が生じるため、水晶振動子の発振周波数の変化に基づいて匂いの元となるガス分子を識別することができる。   As a sensor used in the odor sensing system, for example, there is a quartz vibrator gas sensor called QCM (see Non-Patent Documents 1 and 2). This sensor has a structure in which metal thin film electrodes such as silver and gold are formed on the front and back of a thin quartz plate of about 50 to 200 μm and a sensitive film is applied on the electrodes. When the odor molecules are adsorbed on the sensitive film, a mass load effect is generated, so that the gas molecules that are the source of the odor can be identified based on the change in the oscillation frequency of the crystal resonator.

水晶振動子ガスセンサは、応答・回復速度が速いので測定時間を短縮することができる。また、水晶振動子ガスセンサを用いる他の利点として、人間の感覚とセンサ出力との相関が高いこと、簡便な測定回路で安定に動作すること、信号処理用デジタルＬＳＩとの整合性が良いこと、といった点が挙げられる。しかし、水晶振動子ガスセンサでは感度を上げることが極めて困難である。   Since the quartz resonator gas sensor has a fast response / recovery speed, the measurement time can be shortened. Other advantages of using a quartz resonator gas sensor include high correlation between human senses and sensor output, stable operation with a simple measurement circuit, and good consistency with a signal processing digital LSI. The point is mentioned. However, it is extremely difficult to increase sensitivity with a quartz crystal gas sensor.

また、球状弾性表面波素子を用いて匂い計測を行う場合にも、弾性表面波が減衰することから感度を上げることが困難である。特に、有機材料のようにそれ自体が弾性波に対して大きな減衰率を持つ物質を感応膜として使用する際には、感応膜の厚さを薄くすることで減衰を抑制しなくてはならない。   Also, when performing odor measurement using a spherical surface acoustic wave element, it is difficult to increase the sensitivity because the surface acoustic wave is attenuated. In particular, when a substance having a large attenuation rate with respect to elastic waves, such as an organic material, is used as the sensitive film, the attenuation must be suppressed by reducing the thickness of the sensitive film.

一方、匂いセンサの感応膜に関しては、単分子膜や自己組織化膜を使用する方法が試みられている。チオール基またはジスルフィド基をもった感応膜分子を溶解した溶液に、金膜を表面に形成した基材を浸漬することで、金とチオール基またはジスルフィド基が選択的に且つ高密度に結合することから感応膜分子が表面で同一方向に配向した感応膜を形成することができる。高密度にしかも分子を配向して形成できることから周囲のガスと接触する側に、感応性を発揮する部位を揃えさせることなどが可能で優れた吸着特性を得ることができる。   On the other hand, methods using monomolecular films or self-assembled films have been attempted for sensitive films of odor sensors. Gold and thiol groups or disulfide groups are selectively bonded at high density by immersing a base material on which a gold film is formed in a solution in which sensitive membrane molecules having thiol groups or disulfide groups are dissolved. Thus, a sensitive film in which sensitive film molecules are oriented in the same direction on the surface can be formed. Since it can be formed with a high density and oriented molecules, it is possible to arrange a portion exhibiting sensitivity on the side in contact with the surrounding gas and to obtain excellent adsorption characteristics.

しかし、これまで特に弾性波を利用した匂いセンサは、あらかじめ限られた匂いの種類が知られている条件の下に識別を行うものが殆どである。識別すべきガスが特定されていない場合にはより多種類の互いに異なるガス応答特性を持った感応膜を準備する必要がある。そこで、多種類のガス応答特性の対応することが要望されている。
中本高道、森泉豊栄，“匂いセンシングシステム”，「電子情報通信学会論文誌（Ｃ−Ｉ）」，１９９９年４月，Ｖｏｌ．Ｊ８２−Ｃ−Ｉ Ｎｏ．４，ｐ．１５６−１６４） "Pegylated lipid as coatings for QCM odor sensors", Sensors and Actuators B, vol. 121, pp. 538-544 (2007) However, until now, most odor sensors that use elastic waves in particular have been identified under conditions in which a limited odor type is known in advance. When the gas to be identified is not specified, it is necessary to prepare more types of sensitive films having different gas response characteristics. Therefore, it is desired to cope with various types of gas response characteristics.
Takamichi Nakamoto, Toyosaka Moriizumi, “Odor sensing system”, “Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (CI)”, April 1999, Vol. J82-CI No. 4, p. 156-164) "Pegylated lipid as coatings for QCM odor sensors", Sensors and Actuators B, vol. 121, pp. 538-544 (2007)

本発明の目的は、匂いの元となるガス分子を高感度に検出できるとともに、多種類のガス応答特性の対応できる匂いセンサ用球状弾性表面波素子および匂いセンシングシステムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a spherical surface acoustic wave element for an odor sensor and an odor sensing system that can detect gas molecules that cause odors with high sensitivity and can cope with various types of gas response characteristics.

請求項１に係る発明は、弾性表面波を周回させて伝搬する伝搬面を有する球状基材と、前記球状基材の伝搬面上に形成され、弾性表面波を前記球状基材の伝搬面に励起する電極と、前記球状基材の伝搬面上に形成され、匂いの元となるガス分子を吸着する感応膜とを有する匂いセンサ用球状弾性表面波素子であって、前記感応膜は前記球状基材の伝搬面上に形成された金を含む薄膜に末端のチオール基またはジスルフィド基を介して結合した第１のリポポリマーと前記第１のリポポリマーに物理吸着した第２のリポポリマーとを含む、匂いセンサ用球状弾性表面波素子と、前記球状弾性表面波素子の電極に高周波信号を入力して弾性表面波を励起する手段と、前記球状弾性表面波素子の電極により検出される弾性表面波の検出信号に基づき、前記弾性表面波が多重周回する際の検出信号の強度減衰量および強度変化量のうち少なくとも１つを収集する信号収集手段とを備えたことを特徴とする匂いセンシングシステムである。 The invention according to claim 1, a spherical substrate having a conveying surface which propagates by circling the surface acoustic wave is formed on the conveying surface of the spherical substrate, the surface acoustic wave propagating surface of the spherical base A spherical surface acoustic wave element for an odor sensor having an electrode to be excited and a sensitive film formed on a propagation surface of the spherical base material and adsorbing gas molecules that cause odor , wherein the sensitive film is the spherical shape A first lipopolymer bonded to a thin film containing gold formed on a propagation surface of a substrate via a terminal thiol group or a disulfide group; and a second lipopolymer physically adsorbed on the first lipopolymer. comprising a spherical surface acoustic wave device for odor sensor, and means for exciting a surface acoustic wave by inputting a high frequency signal to the electrodes of the spherical surface acoustic wave device, a surface acoustic detected by the electrodes of the spherical surface acoustic wave device Based on the wave detection signal, Serial SAW is odor sensing system characterized in that a signal collecting means for collecting at least one of intensity attenuation and intensity variation of the detection signal at the time of multiple roundtrips.

請求項２に係る発明は、請求項１に対応する発明であって、前記第１および第２のリポポリマーは、リン脂質およびスフィンゴ脂質からなる群より選択される脂質と、ポリエチレングリコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリメタクリルアミドおよびポリヒドロキシエチルアクリレートからなる群より選択されるポリマーとを含むことを特徴とする匂いセンシングシステムである。 The invention according to claim 2 is the invention corresponding to claim 1 , wherein the first and second lipopolymers are a lipid selected from the group consisting of phospholipids and sphingolipids, polyethylene glycol, polyvinylmethyl An odor sensing system comprising a polymer selected from the group consisting of ether, polymethacrylamide and polyhydroxyethyl acrylate .

請求項３に係る発明は、請求項１または２に対応する発明であって、複数の匂いセンサ用球状弾性表面波素子を含み、それぞれの匂いセンサ用球状弾性表面波素子の感応膜が、匂いの元となるガス分子の種類に応じて互いに異なる応答特性を示すことを特徴とする匂いセンシングシステムである。 The invention according to claim 3 is an invention corresponding to claim 1 or 2, and includes a plurality of spherical surface acoustic wave elements for odor sensors, and the sensitive films of the respective spherical surface acoustic wave elements for odor sensors are odors. It is an odor sensing system characterized by exhibiting different response characteristics depending on the type of gas molecule that is the source of the odor.

本発明によれば、匂いの元となるガス分子を高感度に検出できるとともに、多種類のガス応答特性の対応できる匂いセンサ用球状弾性表面波素子および匂いセンシングシステムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a spherical surface acoustic wave element and an odor sensing system for an odor sensor that can detect gas molecules that are the source of odor with high sensitivity and can cope with various types of gas response characteristics.

本発明において弾性表面波と称する場合、固体表面あるいは固体境界に沿ってエネルギーを集中して伝搬する弾性波全般を指すこととする。例えばセザワ波のように多少エネルギーを球形基材に漏洩しながら伝搬するものや、ＳＨ波、また表面に膜を有する場合に伝搬可能なラブ波、あるいは球形の空洞の内壁を伝搬するもの、回廊波も含んで指すこととする。   In the present invention, the term “surface acoustic wave” refers to all the elastic waves that concentrate and propagate energy along a solid surface or solid boundary. For example, such as Sezawa wave that propagates while slightly leaking energy to the spherical base material, SH wave, Love wave that can propagate when it has a film on its surface, or that propagates on the inner wall of a spherical cavity, corridor We will also refer to it including waves.

本発明の匂いセンサは、球状弾性表面波素子の表面にリポポリマーの自己組織化膜を形成する。リポポリマーからなる感応膜は、従来の感応膜よりも薄く均一に形成することができるので、弾性表面波の分散による減衰率の増大を避けることができる。また、リポポリマーは、これを構成する脂質および／またはポリマーの種類を容易に変更できるので、多種類のガス応答特性に対応できる。   The odor sensor of the present invention forms a lipopolymer self-assembled film on the surface of a spherical surface acoustic wave device. Since the sensitive film made of lipopolymer can be formed thinner and more uniformly than the conventional sensitive film, it is possible to avoid an increase in attenuation factor due to dispersion of the surface acoustic wave. In addition, since the lipopolymer can easily change the type of lipid and / or polymer constituting the lipopolymer, it can cope with various types of gas response characteristics.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の実施形態に係る匂いセンサ用の球状弾性表面波素子（ボールＳＡＷ）の構成を示す模式図である。図２は球状弾性表面波素子の円周経路における断面図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spherical surface acoustic wave element (ball SAW) for an odor sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the circumferential surface of the spherical surface acoustic wave element.

球状基材としての圧電性結晶球１の表面に、弾性表面波を励起するためのすだれ状電極２が形成されている。すだれ状電極２は圧電性結晶球１の結晶方位を考慮して形成されている。すだれ状電極２の単位電極が配列されている方向に沿う圧電性結晶球１の最大外周円に弾性表面波を周回させて伝搬する周回経路が形成される。また、圧電性結晶球１の表面のすだれ状電極２をはずれた領域に、少なくとも弾性表面波の周回経路の幅をカバーする金薄膜３が形成されている。なお、金薄膜３の下地には、圧電性結晶球（水晶球）１との密着性を上げるためにクロム接着層（図示せず）を設けている。この金薄膜３上に脂質とポリマーとが共有結合したリポポリマーを含む感応膜４が形成されている（図１には感応膜を図示していない）。   An interdigital electrode 2 for exciting a surface acoustic wave is formed on the surface of a piezoelectric crystal sphere 1 as a spherical substrate. The interdigital electrode 2 is formed in consideration of the crystal orientation of the piezoelectric crystal sphere 1. A circular path is formed in which a surface acoustic wave is circulated around the maximum outer peripheral circle of the piezoelectric crystal sphere 1 along the direction in which the unit electrodes of the interdigital electrode 2 are arranged. Further, a gold thin film 3 that covers at least the width of the circumferential path of the surface acoustic wave is formed in a region off the interdigital electrode 2 on the surface of the piezoelectric crystal sphere 1. Note that a chromium adhesive layer (not shown) is provided on the base of the gold thin film 3 in order to improve the adhesion to the piezoelectric crystal sphere (crystal sphere) 1. A sensitive membrane 4 containing a lipopolymer in which a lipid and a polymer are covalently bonded is formed on the gold thin film 3 (the sensitive membrane is not shown in FIG. 1).

圧電性結晶球１の材料としては、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ランガテイト（Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５ＳｉＯ１４）などを用いることができる。ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３などは、１個の結晶球の表面に最大で１０の弾性表面波の周回経路を有し、理論的には９種類の感応特性の違う感応膜を互いに異なる周回経路上に形成することができる。 As the material of the piezoelectric crystal sphere 1, crystal, lithium niobate (LiNbO 3), lithium tantalate (LiTaO 3), langasite (La 3 Ga 5 SiO 14) , Rangateito (La 3 Ta 0.5 Ga 5. 5 SiO 14 ) or the like can be used. LiNbO 3 , LiTaO 3, etc. have a maximum of 10 surface acoustic wave circulation paths on the surface of one crystal sphere, and theoretically nine types of sensitive films with different sensitivity characteristics are placed on different circulation paths. Can be formed.

図３に金薄膜３上に形成された感応膜４の模式図を示す。リポポリマーは、脂質とポリマーとが共有結合し、ポリマーの末端に結合基としてジスルフィド基（またはチオール基）を有する。リポポリマーは、圧電性結晶球（水晶球）１の表面に形成された金薄膜３にジスルフィド基を介して結合している。リポポリマーは脂質部分が凝集して自己組織化して配向性のよい単分子膜を形成している。以下、自己組織化した単分子膜をＳＡＭ（self-assembling monolayer）と表記することがある。なお、金薄膜３上に化学吸着されたリポポリマーの自己組織化膜に対して、さらに他のリポポリマーを物理吸着させてもよい。   FIG. 3 shows a schematic diagram of the sensitive film 4 formed on the gold thin film 3. In the lipopolymer, a lipid and a polymer are covalently bonded, and have a disulfide group (or thiol group) as a bonding group at the end of the polymer. The lipopolymer is bonded to the gold thin film 3 formed on the surface of the piezoelectric crystal sphere (crystal sphere) 1 via a disulfide group. In the lipopolymer, lipid portions aggregate to self-assemble to form a monomolecular film with good orientation. Hereinafter, the self-assembled monolayer may be referred to as SAM (self-assembling monolayer). Further, another lipopolymer may be physically adsorbed to the lipopolymer self-assembled film chemically adsorbed on the gold thin film 3.

圧電性結晶球１の直径と弾性表面波の波長によって決まる所定の電極幅のすだれ状電極２を形成し、図１に示した高周波信号発生器からすだれ状電極２に高周波信号を印加すると、高周波信号に応じた弾性表面波が励起され、周回経路に沿って多重に周回する。励起した弾性表面波は周回するごとにすだれ状電極２を通過し、その際に起電力を発生するので、図１に示した信号解析装置で電気的にその周回の状況を観測することができる。   When the interdigital electrode 2 having a predetermined electrode width determined by the diameter of the piezoelectric crystal sphere 1 and the wavelength of the surface acoustic wave is formed and a high frequency signal is applied to the interdigital electrode 2 from the high frequency signal generator shown in FIG. A surface acoustic wave corresponding to the signal is excited and circulates in multiple directions along the circulation path. The excited surface acoustic wave passes through the interdigital electrode 2 every time it circulates, and generates an electromotive force at that time. Therefore, the state of the wrapping can be electrically observed with the signal analyzer shown in FIG. .

図４に球状弾性表面波素子の出力信号の模式図を示す。周回ごとに出力される信号の時間を計測すれば、弾性表面波の伝搬速度を求めることができる。また、周回ごと出力される信号の強度を計測すれば、周回に伴い周回面が弾性表面波のエネルギーを吸収する量が求まり、伝搬面のもう一つの弾性特性情報を得ることができる。   FIG. 4 shows a schematic diagram of the output signal of the spherical surface acoustic wave element. If the time of the signal output for each round is measured, the propagation speed of the surface acoustic wave can be obtained. Further, if the intensity of the signal output for each round is measured, the amount by which the circumferential surface absorbs the energy of the surface acoustic wave along with the round can be obtained, and another elastic characteristic information on the propagation surface can be obtained.

そして、周回経路に形成された感応膜４にガス分子が吸着すると、信号出力に変化が生じる。たとえば、ガス分子の吸着により感応膜４が重くなると、弾性表面波の伝搬速度が低下する。また、ガス分子と反応によって感応膜４が硬くなるなど弾性変化を起こすと、弾性表面波の伝搬速度が変化する。これらの変化を検出することによって匂いセンサとしての機能を得ることができる。   Then, when gas molecules are adsorbed on the sensitive film 4 formed in the circulation path, the signal output is changed. For example, when the sensitive film 4 becomes heavy due to adsorption of gas molecules, the propagation speed of the surface acoustic wave is lowered. In addition, when an elastic change occurs, for example, the sensitive film 4 becomes hard due to reaction with gas molecules, the propagation speed of the surface acoustic wave changes. A function as an odor sensor can be obtained by detecting these changes.

球状弾性表面波素子は、平板型の弾性表面波素子とは異なり、圧電性結晶球１の最大外周円に沿った伝搬経路を持つので、反射器を使用することなく弾性表面波を周回数倍の距離だけ伝搬させることができる。信号解析装置による遅延時間や強度の測定精度が同じである場合、周回に応じて変化が重畳されるため、感応膜４の弾性変化をより高感度に測定することできる。   Unlike the surface acoustic wave element of the flat type, the spherical surface acoustic wave element has a propagation path along the maximum outer circumference of the piezoelectric crystal sphere 1, so that the surface acoustic wave is multiplied by the number of times without using a reflector. Can be propagated by a distance of. When the measurement accuracy of delay time and intensity by the signal analyzer is the same, the change is superimposed according to the circulation, so that the elastic change of the sensitive film 4 can be measured with higher sensitivity.

本発明において用いられるリポポリマーの例を下記化学式に示す。   Examples of lipopolymers used in the present invention are shown in the following chemical formula.

（ａ）のリポポリマーは、ポリマー部分が（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）４５で表されるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリマーの一端の脂質部分が２つのステアロイル基を有するリン脂質、ポリマーの他端の結合部分がジスルフィド基を含むＰＤＰとなっている。以下、このリポポリマーを、１，２−ジステアロイル−ｓｎ−グリセロ−３−フォスフォエタノールアミン−Ｎ−［ＰＤＰ（ポリエチレングリコール）２０００］と称し、ＰＤＰ−ＬＤ２Ｋと表示する。（ａ）のリポポリマーは、結合部分であるＰＤＰ中のジスルフィド基を介して金薄膜に結合する。 The lipopolymer of (a) is composed of polyethylene glycol (PEG) having a polymer portion represented by (CH 2 CH 2 O) 45 , a lipid portion at one end of the polymer having two stearoyl groups, and the other end of the polymer. The binding moiety is a PDP containing a disulfide group. Hereinafter, this lipopolymer is referred to as 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N- [PDP (polyethylene glycol) 2000] and is expressed as PDP-LD2K. The lipopolymer of (a) binds to the gold thin film via a disulfide group in PDP which is a binding portion.

（ｂ）のリポポリマーは、ポリマー部分が（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎで表されるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、脂質部分が２つのステアロイル基を有するリン脂質となっている。（ｂ）のリポポリマーは、金薄膜に結合した（ａ）のリポポリマーに物理吸着させることができる。以下、（ｂ）で表されるリポポリマーを、ＰＥＧのおおよその分子量（重合度ｎ）に応じてたとえば以下のように表記する。 The lipopolymer (b) is a polyethylene glycol (PEG) having a polymer portion represented by (CH 2 CH 2 O) n and a phospholipid having a lipid portion having two stearoyl groups. The lipopolymer (b) can be physically adsorbed to the lipopolymer (a) bonded to the gold thin film. Hereinafter, the lipopolymer represented by (b) is expressed as follows, for example, according to the approximate molecular weight (polymerization degree n) of PEG.

ＰＥＧ分子量＝約１０００（ｎ＝ ２２） ＬＤ１Ｋ
ＰＥＧ分子量＝約２０００（ｎ＝ ４５） ＬＤ２Ｋ
ＰＥＧ分子量＝約５０００（ｎ＝１１４） ＬＤ５Ｋ

Figure 0005408580
PEG molecular weight = about 1000 (n = 22) LD1K
PEG molecular weight = approximately 2000 (n = 45) LD2K
PEG molecular weight = about 5000 (n = 114) LD5K
Figure 0005408580

なお、リポポリマーのポリマー部分は、ポリエチレングリコールに限らず、ポリビニルメチルエーテル、ポリメタクリルアミド、ポリヒドロキシエチルアクリレートなどを用いることができる。また、リポポリマーの脂質部分はリン脂質に限らず、スフィンゴ脂質を用いることもできる。   The polymer portion of the lipopolymer is not limited to polyethylene glycol, and polyvinyl methyl ether, polymethacrylamide, polyhydroxyethyl acrylate, or the like can be used. The lipid part of the lipopolymer is not limited to phospholipids, and sphingolipids can also be used.

次に、以下のようにして、球状弾性表面波素子の表面に設けた金薄膜の上にリポポリマーを含む感応膜を結合させた。   Next, a sensitive film containing a lipopolymer was bonded on the gold thin film provided on the surface of the spherical surface acoustic wave element as follows.

１）ＰＤＰ−ＬＤ２Ｋを０．２ｍＭの濃度でエタノールに溶解した。   1) PDP-LD2K was dissolved in ethanol at a concentration of 0.2 mM.

２）金薄膜を設けた球状弾性表面波素子を溶液中に４時間浸した。   2) A spherical surface acoustic wave device provided with a gold thin film was immersed in the solution for 4 hours.

３）素子を溶液から取り出し、エタノールに１５分間浸した。   3) The device was taken out of the solution and immersed in ethanol for 15 minutes.

４）素子をエタノールから取り出し乾燥させた。   4) The device was taken out from ethanol and dried.

得られたＰＤＰ−ＬＤ２Ｋを結合させた球状弾性表面波素子を用い、匂い物質である酢酸ブチルに対する応答性を調べた。この試験では、酢酸ブチルの濃度を２５％、５０％、７５％、１００％に変え、１５周目の波形の位相応答を測定した。また、６０秒から１２０秒、２４０秒から３００秒、４２０秒から４８０秒の間に匂い物質を導入し、それ以外の時刻ではキャリアガスで匂い物質を排出した。その結果を図５に示す。図５には、ベースラインの変化が見られるが、これは素子の温度変化の影響によるである。   Using the obtained surface acoustic wave device to which the PDP-LD2K was bonded, the responsiveness to the odorous substance butyl acetate was examined. In this test, the butyl acetate concentration was changed to 25%, 50%, 75%, and 100%, and the phase response of the waveform at the 15th round was measured. Further, the odorous substance was introduced between 60 seconds to 120 seconds, 240 seconds to 300 seconds, 420 seconds to 480 seconds, and the odorous substance was discharged with the carrier gas at other times. The result is shown in FIG. FIG. 5 shows a change in the baseline, which is due to the influence of the temperature change of the element.

次に、上記のようにしてＰＤＰ−ＬＤ２Ｋを結合させた球状弾性表面波素子（ＳＡＭという）に加えて、さらにＰＤＰ−ＬＤ２Ｋに対してＬＤ１Ｋを物理吸着させた球状弾性表面波素子（ＳＡＭ＋ＬＤ１Ｋという）を作製した。図６に、リポポリマー形成前の素子の出力信号の強度変化（コーティング前）と、リポポリマーを形成後の出力信号の強度変化（ＳＡＭおよびＳＡＭ＋ＬＤ１Ｋ）を示す。   Next, in addition to the spherical surface acoustic wave element (referred to as SAM) to which PDP-LD2K is coupled as described above, the spherical surface acoustic wave element (referred to as SAM + LD1K) in which LD1K is physically adsorbed to PDP-LD2K. Was made. FIG. 6 shows a change in the intensity of the output signal of the element before the formation of the lipopolymer (before coating) and a change in the intensity of the output signal after the formation of the lipopolymer (SAM and SAM + LD1K).

コーティング前の素子でも周回に伴う信号強度の低下が見られる。これは、水晶球による弾性表面波のエネルギー吸収、空中への弾性表面波エネルギーの漏出、周回経路表面に形成された金薄膜での電流による弾性表面波のエネルギーの熱エネルギーとしての喪失、または測定回路への電気エネルギーとしての漏出による。   Even in the element before coating, a decrease in signal intensity is observed with the circuit. This is because surface acoustic wave energy is absorbed by quartz spheres, surface acoustic wave energy is leaked into the air, surface acoustic wave energy is lost as thermal energy due to current in the gold thin film formed on the surface of the circuit, or measurement Due to leakage as electrical energy into the circuit.

また、リポポリマーをコーティング後の素子（ＳＡＭまたはＳＡＭ＋ＬＤ１Ｋ）でも、周回に伴う信号強度の減衰の程度はそれほど顕著ではない。感応膜としてリポポリマー以外の材料を用いた場合には周回に伴う信号強度の低下が顕著であったのと対比すると、感応膜としてリポポリマーを用いることによって信号強度の減衰を抑制できるという効果が得られる。   In addition, the degree of attenuation of the signal intensity accompanying the circulation is not so significant even in the element (SAM or SAM + LD1K) after coating with the lipopolymer. When a material other than lipopolymer is used as the sensitive membrane, the decrease in signal strength due to the use of lipopolymer as the sensitive membrane can be suppressed. can get.

次に、ＰＤＰ−ＬＤ２Ｋからなる感応膜を有する球状弾性表面波素子（ＳＡＭ）およびＰＤＰ−ＬＤ２Ｋ＋ＬＤ１Ｋからなる感応膜を有する球状弾性表面波素子（ＳＡＭ＋ＬＤ１Ｋ）について、匂い物質であるｎ−ブタノールまたはイソ酪酸の濃度と、５０周回目の出力の位相シフトとの関係を調べた。その結果をそれぞれ図７（ａ）および（ｂ）に示す。   Next, for the spherical surface acoustic wave element (SAM) having a sensitive film made of PDP-LD2K and the spherical surface acoustic wave element (SAM + LD1K) having a sensitive film made of PDP-LD2K + LD1K, n-butanol or isobutyric acid which is an odor substance The relationship between the density of the light and the phase shift of the output at the 50th round was examined. The results are shown in FIGS. 7 (a) and (b), respectively.

両方の球状弾性表面波素子とも、匂い物質の濃度に対して位相シフトが線形に変化している。また、ＰＤＰ−ＬＤ２Ｋ＋ＬＤ１Ｋからなる感応膜を有する球状弾性表面波素子（ＳＡＭ＋ＬＤ１Ｋ）の方が高感度であることがわかる。   In both spherical surface acoustic wave elements, the phase shift changes linearly with respect to the concentration of the odor substance. It can also be seen that the spherical surface acoustic wave element (SAM + LD1K) having a sensitive film made of PDP-LD2K + LD1K has higher sensitivity.

次に、ＰＤＰ−ＬＤ２Ｋを形成した球状弾性表面波素子との比較のために、従来の感応膜であるＳｉｐｏｎａｔｅ ＤＳ−１０をＡＣエレクトロスプレイにより形成した球状弾性表面波素子を作製した。これらの球状弾性表面波素子について、匂い物質であるイソ酪酸の濃度と、出力の位相シフトとの関係を調べた。その結果をそれぞれ図８に示す。   Next, for comparison with a spherical surface acoustic wave element in which PDP-LD2K was formed, a spherical surface acoustic wave element in which a conventional DSonate DS-10 was formed by AC electrospray was produced. For these spherical surface acoustic wave devices, the relationship between the concentration of isobutyric acid, which is an odorous substance, and the output phase shift was investigated. The results are shown in FIG.

イソ酪酸の濃度は２５％、５０％、７５％、１００％と変化させた。Ｓｉｐｏｎａｔｅ ＤＳ−１０をＡＣエレクトロスプレイにより形成した素子では、周回に伴う信号強度の低下が大きかったため、５周目の出力を測定した。一方、ＰＤＰ−ＬＤ２Ｋを形成した素子では、５０周回目の信号まで十分な強度でその位相シフトを測定できた。このようにＰＤＰ−ＬＤ２Ｋを形成した素子では、従来の素子の１０倍の周回数でも、２倍以上の位相変化で全ての濃度の匂い物質を測定できることがわかった。これは、ＰＤＰ−ＬＤ２Ｋの自己組織化単分子膜からなる感応膜の厚さが薄いため、感応膜の弾性に対するガスの影響が小さいことによると考えられる。   The concentration of isobutyric acid was changed to 25%, 50%, 75%, and 100%. In the element in which the Siponate DS-10 was formed by AC electrospray, since the signal strength was greatly reduced due to the circulation, the output of the fifth round was measured. On the other hand, in the element in which PDP-LD2K was formed, the phase shift could be measured with sufficient intensity up to the 50th round signal. As described above, it was found that the element in which the PDP-LD2K is formed can measure all concentrations of odorous substances with a phase change of two times or more even with 10 times the number of rotations of the conventional element. This is presumably because the influence of gas on the elasticity of the sensitive film is small because the sensitive film made of the self-assembled monolayer of PDP-LD2K is thin.

図９に、５種類の自己組織化単分子膜からなる感応膜をそれぞれ有する球状弾性表面波素子について主成分分析を行い、４種類の匂いガス成分の識別を行った結果を示す。図中のＡはブタノール、Ｂは酢酸ヘキシル、Ｃはイソ酪酸、Ｄはヘキサナールである。この図から、各々の匂い物質が明確に識別されていることが明らかである。   FIG. 9 shows the results of principal component analysis of spherical surface acoustic wave elements each having a sensitive film composed of five types of self-assembled monolayers, and the identification of four types of odor gas components. In the figure, A is butanol, B is hexyl acetate, C is isobutyric acid, and D is hexanal. From this figure, it is clear that each odorant is clearly identified.

図１０に本発明の実施形態に係る匂いセンシングシステムの概略図を示す。   FIG. 10 shows a schematic diagram of an odor sensing system according to an embodiment of the present invention.

この匂いセンシングシステムは、センサセル１０と、球状弾性表面波素子２０と、匂識別装置３０とを備えている。この匂いセンシングシステムにおいては、球状弾性表面波素子２０がセンサセル１０内に設けられ、この球状弾性表面波素子２０からの検出信号に基づいて、センサセル１０内の匂いを匂識別装置３０により識別する。なお、本実施形態において、部材を総括的に説明する場合には単に数字を表記し、個別的に説明する場合には数字に添え字Ａ〜Ｅを付して表記する。例えば、球状弾性表面波素子を総括的に説明する場合には球状弾性表面波素子２０と表記し、個別的に説明する場合には球状弾性表面波素子２０Ａ〜２０Ｅと表記する。   This odor sensing system includes a sensor cell 10, a spherical surface acoustic wave element 20, and an odor identification device 30. In this odor sensing system, the spherical surface acoustic wave element 20 is provided in the sensor cell 10, and the odor in the sensor cell 10 is identified by the odor identifying device 30 based on the detection signal from the spherical surface acoustic wave element 20. In addition, in this embodiment, when describing a member generically, a number will only be described, and when individually described, a number will be appended with suffixes A to E. For example, when the spherical surface acoustic wave element is generally described, it is expressed as a spherical surface acoustic wave element 20, and when it is individually described, it is expressed as spherical surface acoustic wave elements 20A to 20E.

センサセル１０は匂いの元となるガスＧが流入する容器であり、流入管１１と、排気管１２と、セル制御部１３とを備えている。さらに、センサセル１０は、球状弾性表面波素子２０Ａ〜２０Ｅを支えるための支持体１４Ａ〜１４Ｅを内部に備えている。   The sensor cell 10 is a container into which a gas G that is a source of odor flows, and includes an inflow pipe 11, an exhaust pipe 12, and a cell control unit 13. Furthermore, the sensor cell 10 includes support bodies 14A to 14E for supporting the spherical surface acoustic wave elements 20A to 20E.

流入管１１はセンサセル１０内部にガスＧを流入するものであり、セル制御部１３により制御される。具体的には、円筒形の流入管１１の側面に数個の噴出口があいており、ガスＧが噴出されるようになっている。   The inflow pipe 11 flows the gas G into the sensor cell 10 and is controlled by the cell control unit 13. Specifically, there are several jet outlets on the side surface of the cylindrical inflow pipe 11, and the gas G is jetted out.

排気管１２はセンサセル１０内のガスを排気するものである。すなわち、流入管１１により流入されるガスＧがセンサセル１０内に残留しないようにするために、匂いを識別するタイミングに応じてセンサセル１０内のガスを排気するものである。   The exhaust pipe 12 exhausts the gas in the sensor cell 10. That is, the gas in the sensor cell 10 is exhausted in accordance with the timing for identifying the odor so that the gas G flowing in through the inflow pipe 11 does not remain in the sensor cell 10.

セル制御部１３はセンサセル１０を制御するものである。具体的には、流入管１１を介してセンサセル１０内にガスＧを流入するタイミングを制御したり、支持体１４を介して球状弾性表面波素子２０との電気信号の入出力を制御したりするものである。なお、セル制御部１３は、後述する匂識別装置３０の制御部３２から流入制御信号や励起制御信号を受けると、各制御を実行する。   The cell control unit 13 controls the sensor cell 10. Specifically, the timing at which the gas G flows into the sensor cell 10 via the inflow pipe 11 is controlled, and the input / output of an electric signal with the spherical surface acoustic wave element 20 is controlled via the support 14. Is. In addition, the cell control part 13 will perform each control, if an inflow control signal and an excitation control signal are received from the control part 32 of the odor identification apparatus 30 mentioned later.

支持体１４Ａ〜１４Ｅはそれぞれ球状弾性表面波素子２０Ａ〜２０Ｅをセンサセル１０内に支持するものである。また、各球状弾性表面波素子２０Ａ〜２０Ｅに対し電気信号の伝達を行なう機能を有している。これにより、セル制御部１３からの励起制御信号に基づき、弾性表面波を励起することができる。   The supports 14A to 14E support the spherical surface acoustic wave elements 20A to 20E in the sensor cell 10, respectively. Moreover, it has the function to transmit an electric signal with respect to each spherical surface acoustic wave element 20A-20E. Thereby, the surface acoustic wave can be excited based on the excitation control signal from the cell control unit 13.

球状弾性表面波素子２０は、図１〜図３に示したように、圧電性結晶球１の表面に、すだれ状電極２、金薄膜３、感応膜４を備える。本実施形態では、５個の球状弾性表面波素子２０Ａ〜２０Ｅを設けているが、球状弾性表面波素子２０Ｅは参照信号を得るためのものであるので、その伝搬面に感応膜を形成しない。     As shown in FIGS. 1 to 3, the spherical surface acoustic wave element 20 includes an interdigital electrode 2, a gold thin film 3, and a sensitive film 4 on the surface of the piezoelectric crystal sphere 1. In this embodiment, five spherical surface acoustic wave elements 20A to 20E are provided. However, since the spherical surface acoustic wave element 20E is for obtaining a reference signal, no sensitive film is formed on its propagation surface.

すだれ状電極２は励起手段／検出手段であり、匂識別装置３０から高周波信号が入力されることにより、弾性表面波を伝搬面に励起する。詳しくは、すだれ状電極２に高周波の交流電流が流れると、その周波数と電極周期に応じてすだれ状電極２の単位電極が振動して弾性表面波が発生する。また、すだれ状電極２は、弾性表面波が伝搬面を周回する度にこれを検出する。なお、検出した弾性表面波の出力信号は、匂識別装置３０の信号収集部３３に送出される。   The interdigital electrode 2 is an excitation unit / detection unit. When a high frequency signal is input from the odor discriminating device 30, the interdigital electrode 2 excites a surface acoustic wave on the propagation surface. Specifically, when a high-frequency alternating current flows through the interdigital electrode 2, the unit electrode of the interdigital electrode 2 vibrates according to the frequency and the electrode period, and a surface acoustic wave is generated. Moreover, the interdigital electrode 2 detects this whenever a surface acoustic wave goes around the propagation surface. The detected output signal of the surface acoustic wave is sent to the signal collection unit 33 of the odor discrimination device 30.

匂識別装置３０は、基準パターン記憶部３１、制御部３２、信号収集部３３、検出パターン生成部３４、匂識別部３５、出力部３６を備え、各球状弾性表面波素子２０Ａ〜２０Ｅからの弾性表面波の検出信号に基づいて、センサセル１０内の匂いを識別する。   The odor identification device 30 includes a reference pattern storage unit 31, a control unit 32, a signal collection unit 33, a detection pattern generation unit 34, an odor identification unit 35, and an output unit 36, and elasticity from each of the spherical surface acoustic wave elements 20A to 20E. Based on the detection signal of the surface wave, the odor in the sensor cell 10 is identified.

基準パターン記憶部３１は、各感応膜２２Ａ〜２２Ｄに付着する気体分子の付着量を、基準パターン情報Ｄ１〜Ｄｎとして、気体Ｇ１〜Ｇｎの種類毎に予め記憶しているメモリである。   The reference pattern storage unit 31 is a memory that stores in advance the amount of gas molecules attached to each of the sensitive films 22A to 22D as reference pattern information D1 to Dn for each type of gas G1 to Gn.

制御部３２は、匂識別装置３０の各処理部３１〜３６を制御するとともに、センサセル１０に制御信号を送出するものである。具体的には、センサセル１０のセル制御部１３に流入制御信号を送出することにより、センサセル１０内に気体Ｇを流入させるための制御を行なう機能を有する。また、センサセル１０の制御部１３を介して、弾性表面波素子２０のすだれ状電極２に高周波信号を入力する制御を行なうことにより弾性表面波を伝搬面上に励起する機能を有する。   The control unit 32 controls the processing units 31 to 36 of the odor identification device 30 and sends a control signal to the sensor cell 10. Specifically, the sensor cell 10 has a function of performing control for causing the gas G to flow into the sensor cell 10 by sending an inflow control signal to the cell control unit 13 of the sensor cell 10. In addition, the control unit 13 of the sensor cell 10 has a function of exciting the surface acoustic wave on the propagation surface by performing control to input a high frequency signal to the interdigital electrode 2 of the surface acoustic wave element 20.

信号収集部３３は、すだれ状電極２により検出される弾性表面波の検出信号を収集するものである。また、収集した検出信号を検出パターン生成部３４に送出する。   The signal collecting unit 33 collects the surface acoustic wave detection signals detected by the interdigital electrode 2. Further, the collected detection signals are sent to the detection pattern generation unit 34.

検出パターン生成部３４は、信号収集部３３により収集される検出信号から、各感応膜２２Ａ〜２２Ｄに付着する気体分子の付着量を当該感応膜２２Ａ〜２２Ｄの種類毎に示す検出パターン情報Ｄｘを生成するものである。具体的には、弾性表面波を多重周回させた後の検出信号の強度減衰量に基づいて、気体分子の付着量を算出する。付着量を算出する際、弾性表面波素子１０Ｅからの検出信号を温度較正に用いることができる。なお、生成された検出パターン情報Ｄｘは、匂識別部３５に送出される。   From the detection signals collected by the signal collection unit 33, the detection pattern generation unit 34 generates detection pattern information Dx indicating the amount of gas molecules adhering to the sensitive films 22A to 22D for each type of the sensitive films 22A to 22D. Is to be generated. Specifically, the adhesion amount of the gas molecules is calculated based on the intensity attenuation amount of the detection signal after the surface acoustic wave is circulated around. When calculating the adhesion amount, a detection signal from the surface acoustic wave element 10E can be used for temperature calibration. The generated detection pattern information Dx is sent to the odor identifying unit 35.

匂識別部３５は、基準パターン記憶部３１により記憶されている基準パターン情報Ｄ１〜Ｄｎと検出パターン生成部３４により生成される検出パターン情報Ｄｘとを比較し、両者を同一とみなせるときの基準パターン情報から気体Ｇの種類を特定して匂いを識別するものである。パターン認識に際しては、多変量解析による方法と、ニューラルネットワークによる方法とがある。   The odor identification unit 35 compares the reference pattern information D1 to Dn stored in the reference pattern storage unit 31 with the detection pattern information Dx generated by the detection pattern generation unit 34, and a reference pattern when both can be regarded as the same The type of gas G is specified from the information to identify the odor. For pattern recognition, there are a multivariate analysis method and a neural network method.

多変量解析による方法は、各センサについて数種類の値が観測される場合に用いられる解析手法である。例えば、センサＡとセンサＢとの２個のセンサを用い、未知の匂いＷｘが、匂いＷ１と匂いＷ２とのいずれかに属するかを判別する。   The method by multivariate analysis is an analysis method used when several types of values are observed for each sensor. For example, two sensors, sensor A and sensor B, are used to determine whether the unknown odor Wx belongs to either the odor W1 or the odor W2.

ニューラルネットワークによる方法は、ニューロンと呼ばれる要素が多数結合した回路を用いた解析手法であり、ニューロン同士の結合の強さを学習により最適化することによりパターン認識を行なうものである。ニューラルネットワークを構成する方法は、コンピュータにソフトウェアを実装する方法と、ハードウェアにより行う方法がある。   The method using a neural network is an analysis method using a circuit in which a number of elements called neurons are connected, and pattern recognition is performed by optimizing the strength of connection between neurons by learning. There are two methods for constructing a neural network: a method in which software is installed in a computer and a method in which hardware is used.

なお、パターン認識により特定された気体のデータは、匂い情報として出力部３６に送出される。   The gas data specified by pattern recognition is sent to the output unit 36 as odor information.

出力部３６は、匂識別部３５により識別された匂い情報を出力するものである。   The output unit 36 outputs the odor information identified by the odor identifying unit 35.

図１１のフローチャートを参照して本実施形態に係る匂いセンシングシステムの動作を説明する。   The operation of the odor sensing system according to this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

始めに、制御部３２の制御により、匂いを識別対象である気体Ｇｘが流入管１１から噴出される。これにより、センサセル１０内にガスＧｘが充満する（ステップＳ１）。   First, the gas Gx whose odor is to be identified is ejected from the inflow pipe 11 under the control of the control unit 32. Thereby, the gas Gx is filled in the sensor cell 10 (step S1).

続いて、制御部３２の制御により、複数の球状弾性表面波素子２０Ａ〜２０Ｅのすだれ状電極２に高周波信号が入力されて、伝搬面に弾性表面波が励起される（ステップＳ２）。   Subsequently, under the control of the control unit 32, a high frequency signal is input to the interdigital electrodes 2 of the plurality of spherical surface acoustic wave elements 20A to 20E, and surface acoustic waves are excited on the propagation surface (step S2).

励起された弾性表面波が周回し、すだれ状電極２に到達すると、弾性表面波が電気信号に変換される。変換された電気信号は、検出信号として信号収集部３３に送出される。続いて、信号収集部３３により検出信号Ａ〜Ｅが収集され、検出パターン作成部３４に送出される（ステップＳ３）。   When the excited surface acoustic wave circulates and reaches the interdigital electrode 2, the surface acoustic wave is converted into an electric signal. The converted electric signal is sent to the signal collecting unit 33 as a detection signal. Subsequently, the detection signals A to E are collected by the signal collecting unit 33 and sent to the detection pattern creating unit 34 (step S3).

検出パターン作成部３４では、検出信号に基づき、弾性表面波の強度変化が解析される（ステップＳ４）。それから、強度変化に基づいて、各伝搬面における気体Ｇｘの分子の付着量が算出され、検出パターン情報Ｄｘが生成される（ステップＳ５）。そして、生成された検出パターン情報Ｄｘは、匂識別部３５に送出される。   Based on the detection signal, the detection pattern creation unit 34 analyzes the change in the intensity of the surface acoustic wave (step S4). Then, based on the intensity change, the adhesion amount of the gas Gx molecules on each propagation surface is calculated, and detection pattern information Dx is generated (step S5). Then, the generated detection pattern information Dx is sent to the odor identification unit 35.

次に、匂識別部３５により、基準パターン記憶部３１に記憶された基準パターン情報Ｄ１〜Ｄｎと検出パターン情報Ｄｘとが比較される（ステップＳ６）。ここでは、ニューラルネットワークによる比較処理が実行される。このような比較処理により、例えば、検出パターン情報Ｄｘと基準パターン情報Ｄ２とが一致するとみなせる場合には、特定のガスＧｘが識別される（ステップＳ７）。そして、特定のガスＧｘを示す結果情報が出力部３６に出力される（ステップＳ８）。   Next, the odor discriminating unit 35 compares the reference pattern information D1 to Dn stored in the reference pattern storage unit 31 with the detection pattern information Dx (step S6). Here, a comparison process using a neural network is executed. By such a comparison process, for example, when it can be considered that the detected pattern information Dx and the reference pattern information D2 match, a specific gas Gx is identified (step S7). And the result information which shows specific gas Gx is output to the output part 36 (step S8).

上記のような測定方法以外でも、センサセルに常にフローを流して、空気と匂いサンプルを切り替えて測定するフロー測定系も可能である。   In addition to the measurement methods as described above, a flow measurement system is also possible in which a flow is always passed through the sensor cell to switch between air and odor samples.

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine a component suitably in different embodiment.

本発明の実施形態に係る匂いセンサ用の球状弾性表面波素子（ボールＳＡＷ）の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the spherical surface acoustic wave element (ball SAW) for odor sensors which concerns on embodiment of this invention. 球状弾性表面波素子の円周経路における断面図。Sectional drawing in the circumferential path | route of a spherical surface acoustic wave element. 金薄膜上に形成された感応膜の模式図。The schematic diagram of the sensitive film | membrane formed on the gold thin film. 本発明に係る球状弾性表面波素子の出力信号の模式図。The schematic diagram of the output signal of the spherical surface acoustic wave element concerning this invention. 本発明に係る球状弾性表面波素子の酢酸ブチルに対する応答性を示す図。The figure which shows the response with respect to the butyl acetate of the spherical surface acoustic wave element which concerns on this invention. リポポリマー形成前の素子の出力信号の強度変化と、リポポリマーを形成後の出力信号の強度変化を示す図。The figure which shows the intensity | strength change of the output signal of the element before lipopolymer formation, and the intensity | strength change of the output signal after forming a lipopolymer. 本発明に係る球状弾性表面波素子について、ｎ−ブタノールまたはイソ酪酸の濃度と、５０周回目の出力の位相シフトとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the density | concentration of n-butanol or isobutyric acid, and the phase shift of the output of the 50th rotation about the spherical surface acoustic wave element which concerns on this invention. 本発明に係る球状弾性表面波素子と従来の球状弾性表面波素子について、匂い物質であるイソ酪酸の濃度と出力の位相シフトとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the density | concentration of isobutyric acid which is an odor substance, and the phase shift of an output about the spherical surface acoustic wave element which concerns on this invention, and the conventional spherical surface acoustic wave element. 本発明に係る球状弾性表面波素子について、４種類の匂いガス成分の識別を行った結果を示す図。The figure which shows the result of having identified four types of odor gas components about the spherical surface acoustic wave element which concerns on this invention. 本発明に係る匂いセンシングシステムの概略図。1 is a schematic diagram of an odor sensing system according to the present invention. 本発明に係る匂いセンシングシステムの動作を示すフローチャート。The flowchart which shows operation | movement of the odor sensing system which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…圧電性結晶球、２…すだれ状電極、３…金薄膜、４…感応膜、１０…センサセル、１１…流入管、１２…排気管、１３…セル制御部、１４…支持体、２０…球状弾性表面波素子、３０…匂識別装置、３１…基準パターン記憶部、３２…制御部、３３…信号収集部、３４…検出パターン生成部、３５…匂識別部、３６…出力部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric crystal ball, 2 ... Interdigital electrode, 3 ... Gold thin film, 4 ... Sensitive membrane, 10 ... Sensor cell, 11 ... Inflow pipe, 12 ... Exhaust pipe, 13 ... Cell control part, 14 ... Support body, 20 ... Spherical surface acoustic wave element, 30 ... odor identification device, 31 ... reference pattern storage unit, 32 ... control unit, 33 ... signal collection unit, 34 ... detection pattern generation unit, 35 ... odor identification unit, 36 ... output unit.

Claims (3)

弾性表面波を周回させて伝搬する伝搬面を有する球状基材と、前記球状基材の伝搬面上に形成され、弾性表面波を前記球状基材の伝搬面に励起する電極と、前記球状基材の伝搬面上に形成され、匂いの元となるガス分子を吸着する感応膜とを有する匂いセンサ用球状弾性表面波素子であって、前記感応膜は前記球状基材の伝搬面上に形成された金を含む薄膜に末端のチオール基またはジスルフィド基を介して結合した第１のリポポリマーと前記第１のリポポリマーに物理吸着した第２のリポポリマーとを含む、匂いセンサ用球状弾性表面波素子と、
前記球状弾性表面波素子の電極に高周波信号を入力して弾性表面波を励起する手段と、
前記球状弾性表面波素子の電極により検出される弾性表面波の検出信号に基づき、前記弾性表面波が多重周回する際の検出信号の強度減衰量および強度変化量のうち少なくとも１つを収集する信号収集手段と
を備えたことを特徴とする匂いセンシングシステム。 A spherical substrate having a conveying surface which propagates by circling the surface acoustic wave, formed on the conveying surface of the spherical substrate, and an electrode for exciting a surface acoustic wave propagating surface of the spherical substrate, the spherical base A spherical surface acoustic wave element for an odor sensor, which is formed on a propagation surface of a material and has a sensitive film that adsorbs gas molecules that cause odor , wherein the sensitive film is formed on the propagation surface of the spherical base material A spherical elastic surface for an odor sensor , comprising: a first lipopolymer bonded to a thin film containing gold via a terminal thiol group or a disulfide group; and a second lipopolymer physically adsorbed on the first lipopolymer A wave element;
It means for exciting a surface acoustic wave by inputting a high frequency signal to the electrodes of the spherical surface acoustic wave element,
Signal based on said detection signal of the surface acoustic wave detected by the electrodes of the spherical surface acoustic wave device, the surface acoustic wave is to collect at least one of intensity attenuation and intensity variation of the detection signal at the time of multi-turn Collection means and
Odor sensing system comprising the. 前記第１および第２のリポポリマーは、リン脂質およびスフィンゴ脂質からなる群より選択される脂質と、ポリエチレングリコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリメタクリルアミドおよびポリヒドロキシエチルアクリレートからなる群より選択されるポリマーとを含むことを特徴とする請求項１に記載の匂いセンシングシステム。 The first and second lipopolymers are a lipid selected from the group consisting of phospholipids and sphingolipids, and a polymer selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyvinyl methyl ether, polymethacrylamide and polyhydroxyethyl acrylate. The odor sensing system according to claim 1 , comprising: 複数の匂いセンサ用球状弾性表面波素子を含み、それぞれの匂いセンサ用球状弾性表面波素子の感応膜が、匂いの元となるガス分子の種類に応じて互いに異なる応答特性を示すことを特徴とする請求項１または２に記載の匂いセンシングシステム。 It includes a plurality of spherical surface acoustic wave elements for odor sensors, and each of the sensitive films of the spherical surface acoustic wave elements for odor sensors exhibits different response characteristics depending on the type of gas molecule that is the source of the odor. The odor sensing system according to claim 1 or 2 .
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