Surface acoustic wave (SAW) devices have been widely used for filters and duplexers in mobile communication systems, such as smartphones. We have investigated applications of SAW devices for sensors and actuators. Also, we have investigated electrochemical sensors using interdigitated electrodes and localized surface plasmon sensors. Recently, we have tried to integrate those sensors onto one sensor chip for realizing multi-sensor.
１．液相系弾性表面波センサ / Liquid-phase sensor using surface acoustic wave device
横波型弾性表面波（SH-SAW）を用いた液体の物性値（密度粘度積，誘電率，導電率）を同時に検出可能なセンサの研究を行っている．また，バイオセンサ（免疫センサ，酵素センサ），液体評価システム，イオン識別，環境モニタリングなどへの応用をめざしている．
We have investigated the shear horizontal surface acoustic wave (SH-SAW) sensor for liquid. The SH-SAW sensor can detect liquid properties, such as viscosity, density, relative permittivity, and conductivity, and loaded mass on the sensor surface. The unique point of the SH-SAW sensor is the simultaneous detection of mechanical and electrical properties of a liquid. Also, we have applied the SH-SAW sensors for biosensors such as immunosensor and enzyme sensors, the liquid evaluation system for drinking water, and the environment.
２．弾性表面波デバイスのマイクロ流体システムの研究 / Development of microfluidic system using SAW device
弾性表面波(SAW)伝搬面上に液滴をのせると，液体中に縦波を放射する．このとき液体内部で生じる非線形音響現象を利用することにより，液滴搬送が行える．液滴搬送面にセンサを集積化すると，液滴搬送・計測が同時に可能となるデジタル式マイクロ流体システムが実現できる．また，使い捨てを考慮した3層構造のデジタル式マイクロ流体システムも提案した．
When a liquid is placed on the Rayleigh-SAW propagation surface, a longitudinal wave is radiated into the liquid. The acoustic streaming, which is one of the nonlinear acoustic phenomena, is caused in the liquid with increasing the applied electrical power to the SAW device. The acoustic streaming force acts in a liquid, so a droplet can be manipulated using the SAW on the SAW device. If a sensor is integrated onto a SAW device, manipulation, mixing, and sensing of droplets are possible. This is called a digital microfluidic system (DMFS). For this purpose, we have proposed disposable type DMFS based on the three-layer structure of glass plate/thin liquid layer/SAW device.
３．弾性表面波霧化器 / Atomizer using SAW device
SAW伝搬面上に薄い液膜を形成すると，直径数マイクロメートルの微小な液滴(ミスト)を生成することができる．この技術を利用した霧化器の研究を行っている．
Atomization is the other application of the SAW device. When a thin liquid layer is formed on the SAW device, mists are generated from the SAW device. The diameter of the mist is about 1 micron. We applied the SAW atomization system for a thin film fabrication.
４．ワイヤレス・パッシブSAWセンサシステム /Wireless and passive SAW sensor system
構造物ヘルスモニタリングのため，SAWデバイスとインピーダンス変化型センサを組み合わせたパッシブSAWセンサについて研究を行っている．また，インピーダンス変化型センサとして湿度センサ，光センサを利用すると，それぞれのセンサのワイヤレス・パッシブ化が実現できる．最近は，特に構造物ヘルスモニタリングへの応用を目指した研究，パッシブSAWセンサ識別のための研究を行っている．
A SAW device does not need DC bias for the operation like a semiconductor device. Therefore, the SAW can be wirelessly generated. This is a wireless and passive SAW device application. In our laboratory, an impedance-loaded SAW sensor is investigated for structural health monitoring, such as a bridge. Also. we want to realize wireless and passive liquid monitoring systems using the SH-SAW sensor.
５．局在表面プラズモン共鳴センサ/ localized surface plasmon sensor
貴金属微粒子に光を入射すると，微粒子近傍で電界増強効果が生じる．この現象をLSPRと呼ぶ．このとき，透過光(または反射光)は微粒子のサイズ，形状，微粒子周囲の屈折率に応じて変化する．このため，LSPRを用いて光センサが実現できる．デジタル式マイクロ流体システムへLSPRセンサを集積化するための，主に熱アニーリングと急冷法により金微粒子形成について検討している．
We had investigated surface plasmon resonance sensors using a prism, optical fiber, and optical waveguide. Now, we have investigated a localized surface plasmon resonance (LSPR) sensor using gold nanoparticles (AuNPs). Recently we succeeded to develop AuNPs using the combination method of short-time annealing and quenching.
６．微小電極を用いた電気化学センサ/ electrochemical sensor using the interdigitated electrode
圧電結晶上でSAWの送受信に利用されるすだれ状電極(IDT)は，電気化学の分野で微小電極(interdigital electrode: IDE, interdigital array: IDA)と同じ構造である．このため，測定対象物のインピーダンスをIDTを用いて計測することもできる．最初のDMFS応用では，IDTを電気化学センサとして利用した．現在，IDEとAuNPsの統合による光・電気化学融合センサの研究，さらにはSAWセンサと複合化したマルチセンサへと発展させるための研究を行っている．本研究は2020年度公益財団法人JKAの補助を受けた．
The SAW is generated and received using interdigital transducers (IDT) on a piezoelectric substrate. The IDT structure is the same as an electrochemical sensor, such as an interdigitated electrode (IDE) or an interdigital array (IDA). For the first DMFS application, the IDT was used as the IDE to monitor the liquid impedance change. Presently, we have investigated the optical and electrochemical sensors by the integration of IDE and AuNPs. Also, we want to realize multi-sensor by integrating SAW, IDE, and LSPR sensors.
7．SAWとLSPRの集積化 / Integration of LSPR on the SAW device
SAWデバイス上に金微粒子を作製すると微粒子の位置を変化させることができる．これまでの研究により，SH振動によりLSPRの共鳴波長が短波長側にシフトすることを明らかにした．また，屈折率に対するLSPR共鳴波長の変化はSH振動に影響されないことも分かった．一方，SH-SAWは金微粒子の影響は受ける（伝搬速度の増加）のに対し，LSPRによる局在増強電界の影響は受けないことも明らかになった．このため，SH-SAWとLSPRによる試料の同時計測が可能であることを明らかにした．本研究は2020年度公益財団法人JKAの補助を受けた．
The position of the AuNPs is changed by the surface vibration. We found that the resonance wavelength of the LSPR is shifted by the SH vibration.
8．微小電極へのLSPRセンサの集積化 / Integration of LSPR on IDE
微小電極(IDE)を用いた電気化学センサとLSPRセンサを集積化したLSPR-EIS(electro-impedance spectroscopy)センサを試作し，電気インピーダンスと屈折率の同時測定が行えることを明らかにした．本研究は2020年度公益財団法人JKAの補助を受けた．