DE69827433T2

DE69827433T2 - Messvorrichtung und Verfahren für Material für einen Organismus, der eine pH-Änderung einer Substratlösung hervorrufen kann

Info

Publication number: DE69827433T2
Application number: DE69827433T
Authority: DE
Inventors: Michihiro Shinjuku-ku Nakamura; Harutoshi Shinjuku-ku Terasawa; Hiroyuki Shinjuku-ku Okada; Hidenori Shinjuku-ku Yukawa; Hidehori Shinjuku-ku Hosaka
Original assignee: Nihon Kohden Corp
Current assignee: Nihon Kohden Corp
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: DE69827433D1; JP3612675B2; EP0882971B1; EP0882971A1; JPH10332634A; US6379910B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum in der Diagnose, Lebensmittelanalyse oder dergleichen erfolgenden Messen eines Materials (beispielsweise eines Enzyms) oder eines Organismus (beispielsweise einer Zelle oder eines Mikroorganismus), das/der ein Substrat in einer Lösung zersetzt und eine pH-Änderung der Lösung auslöst.
Stand der Technik
Auf den Gebieten der Medizin und der Lebensmitteltechnik besteht die Notwendigkeit, Spuren eines Materials oder eines Organismus, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung auslösen kann, spezifisch und schnell zu messen. Ein Material oder ein Organismus, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung auslösen kann, kann unter Verwendung einer pH-Elektrode erfasst werden. Im Allgemeinen kann man sich nicht darauf verlassen, dass eine Messung unter Verwendung einer pH-Elektrode mit Blick auf Spezifischheit und Empfindlichkeit ausreichend genau ist. Um bei diesem Punkt eine Verbesserung zu erreichen, wurde kürzlich eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der die spezifische molekulare Nachweisbarkeit eines Antikörpers sowie Eigenschaften einer sehr kleinen pH-Elektrode eingesetzt werden, um eine hochempfindliche und schnelle Messung (siehe die Druckschriften US 5,674,696 und US 5,066,582 ) durchzuführen.
4 zeigt diese Vorrichtung, während 5 einen Zustand zeigt, in dem sich diese Vorrichtung befindet. Teile der Vorrichtung werden nachstehend beschrieben. Eine Messzelle 1 weist die Form eines Zylinders auf, der sowohl an seinem oberen Ende wie auch an seinem unteren Ende eine Öffnung aufweist. Ein Durchgangsloch ist in der Umfangswand in der Nähe des unteren Endes ausgebildet und dient als Substratlösungs einlass 2. Das Innere der Messzelle 1 umfasst – beginnend mit dem unteren Ende derselben – einen Abschnitt, der mit frischer Substratlösung 3 gefüllt ist und einen großen Durchmesser aufweist, einen pH-Elektroden-Körper-Aufnahmeabschnitt 5, der einen kleinen Durchmesser aufweist, und einen Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7, dessen Durchmesser geringfügig größer als derjenige des pH-Elektroden-Körper-Aufnahmeabschnittes 5 ist. Eine pH-Elektrode 30 ist in Gänze im Inneren der Messzelle aufgenommen. Ein pH-Elektroden-Körperabschnitt 4 der pH-Elektrode 30 ist in dem mit frischer Substratlösung 3 gefüllten Abschnitt und pH-Elektroden-Körper-Aufnahmeabschnitt 5 aufgenommen. Ein pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 der pH-Elektrode 30 ist in dem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 aufgenommen. Ein pH-Elektroden-Anschluss 13 ist an dem unteren Ende der pH-Elektrode 30 angebracht. Die Öffnung des unteren Endes der Messzelle 1 ist durch den pH-Elektroden-Anschluss 13 hermetisch verschlossen. Eine Bezugselektrode 12 ist an dem pH-Elektroden-Anschluss 13 derart angebracht, dass sie in dem mit frischer Substratlösung 3 gefüllten Abschnitt aufgenommen ist.
Eine ringförmige Nut ist in der Umfangswand des Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnittes 7 in der Messzelle 1 ausgebildet. Ein O-Ring 8 ist in die Nut eingepasst. Der O-Ring 8 wird für den Fall, dass eine Dünnröhren-Festphase 19 gemäß 5 in den Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 eingeführt ist, zum hermetischen Abdichten eines Zwischenraums zwischen der Dünnröhren-Festphase 19 und der Umfangswand des Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnittes 7 verwendet.
Die Öffnung am oberen Ende der Messzelle 1 dient als Dünnröhren-Festphasen-Einführanschluss 9, durch den die Dünnröhren-Festphase 19 gemäß 5 in den Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 eingeführt ist. Die Peripherie des oberen Endes der Messzelle 1 wird von einem Substratlösungsüberlaufabschnitt 10 gebildet, aus dem übergelaufene Substratlösung wiedergewonnen wird. Die wiedergewonnene Substratlösung aus dem Substratlösungsüberlaufabschnitt 10 erreicht über einen Substratlösungsauslass 11 ein Abfalllösungsgefäß 16.
Demgegenüber erfolgt die Zuleitung der Substratlösung in die Messzelle 1 durch Zuleitung einer in einem Substratlösungsgefäß 15 enthaltenen Substratlösung mittels einer Substratlösungszufuhrpumpe 14 über einen Substratlösungseinlass 2.
Eine elektrische Schaltungseinheit 17 erfüllt eine Datenverarbeitungsfunktion, die Berechnungen auf der Grundlage elektrischer Signale aus der pH-Elektrode 30 und der Bezugselektrode 12 ausführt, um pH-Änderungen zu berechnen, und leitet das Ergebnis der Berechnung an eine Anzeigeeinheit wie auch an eine Antriebssteuerfunktionseinheit weiter, die den Antrieb der Lösungszufuhrpumpe 14 steuert.
Die Anzeigeeinheit 18 gibt eine Anzeige aus, die dem Signal aus der elektrischen Schaltungseinheit 17 entspricht.
Soll beispielsweise von Helicobacter pylori ausgeschiedene Urease in einer derart aufgebauten Vorrichtung erfasst werden, so wird zunächst ein als Rezeptor dienender monoklonaler Antikörper für die von Helicobacter pylori ausgeschiedene Urease an der inneren Wand und der äußeren Wand der Dünnröhren-Festphase 19 angebracht.
Der Bediener taucht sodann für eine vorgegebene Zeitspanne einen Endabschnitt der Dünnröhren-Festphase 19 in eine Probenlösung ein und entnimmt diesen anschließend aus der Probenlösung. Der eine Endabschnitt wird durch den Dünnröhren-Festphasen-Einführanschluss 9 der Messzelle 1 in dem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 aufgenommen. Im Ergebnis entsteht, wie in 5 gezeigt, ein so genannter Kopplungszustand, bei dem der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 in die Dünnröhren-Festphase 19 eingeführt ist. In diesem Zustand weist der Bediener die elektrische Schaltungseinheit 17 an, den Betrieb aufzunehmen, sodass die Lösungszufuhrpumpe 14 angetrieben und die Substratlösung dem Inneren der Dünnröhren-Festphase 19 zum Zwecke des Auswaschens des Inneren zugeführt wird. Nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne wird die Lösungszufuhrpumpe 14 angehalten, nachdem eine pH-Änderung in der Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase 19 aufgetreten ist. Die elektrische Schaltungseinheit 17 erfasst die Änderung auf Grundlage der Ausgabespannung der pH-Elektrode 30, woraufhin der Wert der erfassten Änderung an der Anzeigeeinheit 18 angezeigt wird.
Bei einer derartigen Vorrichtung treten, wenn die Dünnröhren-Festphase 19 mit dem pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 der pH-Elektrode 30 gekoppelt ist, die nachfolgenden Probleme auf.

(1) Um die Erfassungsempfindlichkeit wie auch die Erfassungsgeschwindigkeit bei der Vorrichtung zu verbessern, muss der Abstand zwischen der inneren Wand der Dünnröhre und dem Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode möglichst klein gewählt werden, weshalb der innere Durchmesser der Dünnröhre wie auch der innere Durchmesser des Erfassungsabschnittes der pH-Elektrode notwendigerweise ebenfalls möglichst klein sein müssen. Es ist jedoch schwierig, eine derartige Dünnröhre wie auch eine derartige pH-Elektrode herzustellen. Insbesondere besteht eine Beschränkung, was die Dünnheit des Erfassungsabschnittes der pH-Elektrode angeht. Wird beispielsweise ein pH-empfindlicher Feldeffekttransistor (nachstehend „pH-FET" genannt) als pH-Elektrode verwendet, so weist der Erfassungsabschnitt in der Praxis einen Durchmesser von ungefähr 0,5 mm auf. Entsprechend diesem Durchmesser kann der innere Durchmesser der Dünnröhre ungefähr 0,6 mm betragen. Weist eine Dünnröhre einen Durchmesser auf, der kleiner als dieser Wert ist, so ist es unmöglich, die vorstehend beschriebene Kopplung zu verwirklichen.
(2) Bei einem Verfahren, bei dem eine Dünnröhre mit einer pH-Elektrode gekoppelt ist, besteht für den Fall, dass die Dünnröhre mit Blick auf Größe oder Gestalt fehlerhaft ist, die Gefahr, dass die Dünnröhre mit der pH-Elektrode in Kontakt kommt, wodurch die pH-Elektrode beschädigt oder verunreinigt würde.

Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit Blick auf Erfassungsempfindlichkeit und Erfassungsgeschwindigkeit hervorragende Messung vorzunehmen, die durchgeführt werden kann, ohne dass ein gegenseitiger Kontakt zwischen der Dünnröhre und dem Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode auftritt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Messvorrichtung für ein Material oder einen Organismus bereit, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung auslösen kann, wobei die Messvorrichtung umfasst:
eine Dünnröhren-Festphase, die eine Dünnröhre und einen für das Material oder den Organismus spezifischen Rezeptor enthält, der wenigstens an einer Innenseite der Dünnröhre immobilisiert ist;
eine Messzelle, die eine Substratlösung aufnimmt, die ein Substrat für das Material oder den Organismus enthält;
eine Dünnröhren-Festphasen-Halteeinrichtung, die wenigstens ein Ende der Dünnröhren-Festphase in einem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt in der Messzelle aufnimmt;
eine pH-Elektrode, die einen Erfassungsabschnitt aufweist und eine pH-Änderung der Substratlösung erfasst, wobei die pH-Elektrode in der Nähe des einen Endes der Dünnröhren-Festphase angeordnet ist, die in der Zelle gehalten wird, und der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt sich außerhalb des Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitts befindet; und
eine Substratlösungs-Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase, die in der Messzelle gehalten wird, auf den Erfassungsabschnitt zu.
Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus ein Verfahren zum Messen eines Materials oder eines Organismus bereit, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung auslösen kann, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
Eintauchen eines Endes einer Dünnröhren-Festphase in eine Probenlösung und Entnehmen aus der Probenlösung, wobei die Dünnröhren-Festphase einen für das Material oder den Organismus spezifischen Rezeptor enthält, der wenigstens an einer Innenseite einer Dünnröhre immobilisiert ist;
Anordnen des einen Endes der Dünnröhren-Festphase, so dass es in einem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt einer Messzelle aufgenommen und gehalten wird, in einer Substratlösung und in der Nähe eines Erfassungsabschnitts einer pH-Elektrode, die eine pH-Änderung der Lösung erfasst, wobei sich der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt außerhalb des Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitts befindet und die Substratlösung ein Substrat für das Material oder den Organismus enthält; und
Bewegen der Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase nach einer Reaktion des Auslösens einer pH-Änderung zu dem Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Wird ein Material oder ein Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen, so taucht der Bediener ein Ende der Dünnröhren-Festphase in die Probenlösung ein. Die Dünnröhren-Festphase ist sodann mittels der Halteeinrichtung in der Zelle gehalten. Ist die Substratlösung in der Zelle aufgenommen, so tritt eine pH-Änderung in der Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase auf. Anschließend wird die Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase mittels der Substratlösungs-Bewegungseinrichtung zu dem Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode bewegt. Die pH-Elektrode erfasst den pH-Wert der Substratlösung zu diesem Zeitpunkt.
Entsprechend der Vorrichtung zum Messen eines Materials oder eines Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, beträgt ein Raumvolumen in der Messzelle zwischen einem unteren Ende des Erfassungsabschnitts der pH-Elektrode und dem einen Ende der Dünnröhren-Festphase ausschließlich eines Raumvolumens, das durch den Erfassungsabschnitt eingenommen wird, vorzugsweise 10 Mikroliter oder weniger. Weist der Abschnitt ein Raumvolumen in dieser Größenordnung auf, so kann die Substratlösung den Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode erreichen, ohne dass eine merkliche Verdünnung erfolgt.
Entsprechend der Vorrichtung zum Messen eines Materials oder eines Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, kann der Rezeptor ein Antikörper für Urease, die von Helicobacter pylori ausgeschieden wird, und die Substratlösung eine Lösung, die Harnstoff enthält, sein. Entsprechend dieser Ausgestaltung wird es möglich, die Messung der Konzentration der von Helicobacter pylori ausgeschiedenen Urease vorzunehmen.
Entsprechend der Vorrichtung zum Messen eines Materials oder eines Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, kann die pH-Elektrode ein pH-empfindlicher Feldeffekttransistor sein. Eine derart ausgestaltete Vorrichtung ist klein. Eine Messung mittels dieser Vorrichtung kann mit hoher Empfindlichkeit und Geschwindigkeit vorgenommen werden.
Entsprechend der Vorrichtung zum Messen eines Materials oder eines Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, kann die Dünnröhren- Festphase ein Fasermaterial aufweisen, in dem der für das Material oder den Organismus spezifische Rezeptor an der Innenseite der Dünnröhre immobilisiert ist. Bei dieser Vorrichtung kann der spezifische Flächenbereich der Festphase im Vergleich zu demjenigen Fall, in dem eine einfache Dünnröhre verwendet wird, gesteigert werden, sodass die Erfassungsgrenze für das zu messende Material oder den zu messenden Organismus gesenkt werden kann.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen eines Materials oder eines Organismus, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung auslösen kann, wird ein Ende einer eine Dünnröhre enthaltenden Dünnröhren-Festphase in eine Probenlösung eingetaucht und aus der Probenlösung entnommen, wobei ein für das Material oder den Organismus spezifischer Rezeptor wenigstens an einer Innenseite einer Dünnröhre immobilisiert ist, das eine Ende der Dünnröhren-Festphase in einer Substratlösung in der Nähe eines Erfassungsabschnitts einer eine pH-Änderung der Lösung erfassenden pH-Elektrode angeordnet, wobei die Substratlösung ein Substrat für ein Material oder einen Organismus enthält, und die Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase nach einer Reaktion des Auslösens einer pH-Änderung zu dem Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode bewegt. Bei diesem Verfahren liefert die pH-Elektrode ein Ergebnis, das identisch zu demjenigen ist, dass durch Einführen eines Erfassungsabschnittes in eine Dünnröhren-Festphase gemessen wurde.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Messung unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 1 zeigt.
3 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen Messergebnissen der Vorrichtung der Erfindung und denjenigen einer Vorrichtung des Standes der Technik zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Messvorrichtung aus dem Stand der Technik zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine Messung unter Verwendung der Vorrichtung von 4 zeigt.
Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und 2 zeigt einen Zustand, in dem die Vorrichtung verwendet wird. Die Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen aus dem Stand der Technik gemäß 4 und 5 dadurch, dass ein pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt-Aufnahmeabschnitt 21 zwischen dem pH-Elektroden-Körper-Aufnahmeabschnitt 5 und dem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 in der Messzelle 1 der Vorrichtung des Standes der Technik vorgesehen wird. Der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 ist in dem pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt-Aufnahmeabschnitt aufgenommen. Bei der Vorrichtung aus dem Stand der Technik wirkt die Lösungszufuhrpumpe 14 nur im Sinne einer Zufuhr der Substratlösung in die Messzelle 1. Demgegenüber wird die Lösungszufuhrpumpe 40 bei diesem Ausführungsbeispiel auch derart betrieben, dass sie die Substratlösung aus der Messzelle 1 absaugt, wobei jedoch die abgesaugte Menge erheblich kleiner als die zugeführte Menge der Substratlösung ist. Aus diesem Grund ist die elektrische Schaltungseinheit 70 mit Blick auf ihren Aufbau von der elektrischen Schaltungseinheit 17 der Vorrichtung des Standes der Technik leicht verschieden, damit die Lösungszufuhrpumpe 14 sowohl in Vorwärtsrichtung wie auch in Rückwärtsrichtung drehen kann. Die anderen Bestandteile sind ebenso ausgestaltet, wie dies bei der Vorrichtung des Standes der Technik der Fall ist, weshalb sie mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Nachstehend werden die Hauptbestandteile detailliert beschrieben.
(1) Messzelle 1
Die Messzelle 1 besteht beispielsweise aus Kunststoff, Metall oder Glas.
(2) pH-Elektrode 30
Es wird eine gewöhnliche Glaselektrode, ein pH-FET oder dergleichen verwendet. Der pH-FET weist Eigenschaften auf, durch die er einfach miniaturisiert werden kann, durch die auf eine pH-Änderung schnell reagiert, und durch die eine vorübergehende Ände rung von Eigenschaften, so beispielsweise der pH-Empfindlichkeit, nur geringe Auswirkungen haben. Aus diesem Grund ist ein pH-FET für die Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels am besten geeignet.
(3) pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt-Aufnahmeabschnitt 21
Dieser Abschnitt nimmt den pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 auf. Nach einer Reaktion, die eine pH-Änderung auslöst, wird die Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase 19 in umgekehrte Richtung in den Abschnitt eingeführt, wodurch der Abschnitt gefüllt wird. Um während dieses Vorgangs die Verdünnungswirkung zu minimieren, wird vorgezogen, das Totvolumen des Abschnittes (die Differenz zwischen dem Raumvolumen des pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt-Aufnahmeabschnittes 21 und desjenigen des in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommenen Abschnittes der pH-Elektrode, das heißt, desjenigen des pH-Elektroden-Erfassungsabschnittes 6) zu verkleinern. Wird das Totvolumen des Abschnittes auf diese Weise verringert, so kann die in Rückwärtsrichtung fließende Menge gesenkt werden, wobei das Volumen der Messzelle als Ganzes abnimmt, sodass der Effekt auftritt, dass die benötigte Menge der Probenlösung kleiner wird. Vorzugsweise beträgt das Totvolumen 10 Mikroliter oder weniger.
(4) Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7
Ein Endabschnitt der Dünnröhren-Festphase 19 ist in den Abschnitt einzuführen. Ist die Dünnröhren-Festphase 19 eingeführt, so verschließt der O-Ring 8 hermetisch den Zwischenraum zwischen der Dünnröhren-Festphase 19 und der Umfangswand des Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnittes 7. Daher fließt die Substratlösung lediglich durch den Innenraum der Dünnröhren-Festphase 19 und nicht in den Bereich der Außenperipherie der Dünnröhren-Festphase 19. Ist die Dünnröhren-Festphase 19 eingeschoben, so ist der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 außerhalb des vorderen Endes der Dünnröhren-Festphase angeordnet. Der Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 und der O-Ring 8 bilden die Dünnröhren-Festphasen-Halteeinrichtung.
(5) Bezugselektrode 12
Diese Elektrode ist in dem mit frischer Substratlösung 3 gefüllten Abschnitt angeordnet. Eine Bezugselektrode vom Diffusionstyp (liquid junction), so beispielsweise eine gesättigte Kalomel-Elektrode (Quecksilber(I)chlorid) oder eine Ag/AgCl-Elektrode, werden als Bezugselektrode verwendet. Alternativ können ein Bezugs-pH-FET und eine Pseudobezugselektrode (ein Silberdraht oder dergleichen) in dem Abschnitt angeordnet sein, wobei die Differenz zwischen den Ausgabespannungen des Bezugs-pH-FETs und des pH-FETs gemessen werden.
(6) Lösungszufuhrpumpe 40
Es handelt sich hierbei um eine Pumpe, die sowohl in Vorwärts- wie auch in Rückwärtsrichtung drehen kann. Um die richtige Menge an Lösung zuzuführen, ist vorzugsweise ein Schrittmotor in die Pumpe eingebaut. Die Funktion des Rückwärtsflusses der Lösungszufuhrpumpe 40 entspricht der Substratlösungs-Bewegungseinrichtung.
(7) Dünnröhren-Festphase 19
Als Material für die Dünnröhre können beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder dergleichen Verwendung finden. Die Dünnröhren-Festphase 19 kann durch Immobilisieren eines Rezeptors für ein zu messendes Material oder einen zu messenden Organismus wenigstens an der inneren Wandfläche der Dünnröhre hergestellt werden. Als Rezeptor sind Antikörper, Bindeproteine für ein spezifisches Protein (darunter Rezeptoren), Zellenadhäsionsfaktoren und dergleichen verwendbar.
Die Rezeptoren werden an der Dünnröhre mittels eines Verfahrens immobilisiert, das ähnlich demjenigen ist, das bei der Herstellung der Festphase bei einem Enzymimmunotest Verwendung findet. Insbesondere erfolgt die Herstellung durch physikalisches Adsorbieren eines Rezeptors an der Dünnröhre und anschließendes Blockieren mittels eines Rinderserums wie Albumin oder dergleichen.
Werden der innere Radius der Dünnröhre mit r und die Länge mit l bezeichnet, so ist der spezifische Flächenbereich der inneren Wand zu dem Volumen des Inneren der Dünn röhre entsprechend nachstehender Formel umgekehrt proportional zu dem inneren Durchmesser r der Dünnröhre: s = (2πrl)/(πr²l) = 2/r.
Mit anderen Worten steigt, wenn der innere Durchmesser r der Dünnröhre kleiner wird, der spezifische Flächenbereich s, weshalb die Geschwindigkeit der Reaktion der Auslösung einer pH-Änderung steigt. Es ist deshalb vorzuziehen, den inneren Durchmesser r der Dünnröhre so klein wie möglich zu wählen. Insbesondere ist vorzuziehen, wenn der innere Durchmesser r gleich 1 mm oder kleiner ist. In der Praxis ist es jedoch schwierig, den inneren Durchmesser r gleich 1 mm oder kleiner zu machen, was durch die Gussformbarkeit bei der Formung der Dünnröhre unter Verwendung von Gussformen, die Handhabbarkeit bei der Immobilisierung des Rezeptors an der Dünnröhre und dergleichen bedingt ist.
Anstelle der Kopplung der Dünnröhre mit der pH-Elektrode kann bei der Vorrichtung alternativ die Dünnröhren-Festphase dadurch hergestellt werden, dass beispielsweise das Innere der Dünnröhre mit Glasfasern oder künstlichen Fasern gefüllt wird, an denen vorher ein Rezeptor immobilisiert wurde. Bei dieser Alternative weisen die Fasern einen großen spezifischen Flächenbereich auf, weshalb der innere Durchmesser der Dünnröhre 1 mm oder mehr betragen kann.
(8) Substratlösung
Die bei der Vorrichtung verwendete Substratlösung ist eine Lösung, die eine Zusammensetzung (ein Substrat) enthält, das durch ein Material oder einen Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, zersetzt oder umgewandelt wird, um eine pH-Änderung auszulösen. Für den Fall, dass das zu messende Material ein Enzym ist, können Materialien wie beispielsweise Urease/Harnstoff, Glucoseoxidase/Glucose and Lipase/Triacylglycerol als Substrat verwendet werden.
Für den Fall, dass das zu messende Material ein Organismus ist, so beispielsweise eine Zelle oder ein Mikroorganismus, kann eine wässrige Lösung, die ein von einem solchen Organismus umgewandeltes Substrat enthält, wobei hierbei die Auslösung einer pH-Änderung erfolgt, als Substratlösung verwendet werden. Hierbei werden als derartiges Substrat üblicherweise Saccharide wie Glucose, Fructose und Saccharose verwendet.
(9) Elektrische Schaltungseinheit 70
Die Einheit umfasst eine Datenverarbeitungseinheit 71, die Berechnungen auf Grundlage elektrischer Signale aus der pH-Elektrode 30 und der Bezugselektrode 12 durchführt, um eine pH-Änderung zu berechnen und das Ergebnis der Berechnung an eine Anzeigeeinheit weiterzuleiten, sowie eine Antriebssteuereinheit 72, die den Antrieb der Lösungszufuhrpumpe 40 steuert.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Messung der Konzentration eines zu messenden Materials oder eines zu messenden Organismus in einer Probenlösung unter Verwendung der Vorrichtung mit vorstehend beschriebenem Aufbau beschrieben.
Zunächst taucht ein Bediener einen Endabschnitt der Dünnröhren-Festphase 19 in die Probenlösung derart ein, dass die Probenlösung in der Dünnröhre untergetaucht ist. Ist der Durchmesser der Dünnröhre 1 mm oder kleiner, so wird die Lösung auf natürliche Weise durch den Kapillareffekt in die Dünnröhre eingesaugt, ohne dass von außen ein Saugen erfolgen müsste. Die Dünnröhre wird für eine gegebene Zeitspanne in diesem Zustand stehen gelassen, sodass das zum messende Material oder der zu messende Organismus, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung in der Probenlösung auslösen kann, von dem Rezeptor in der Dünnröhre eingefangen werden.
Anschließend führt der Bediener den einen Endabschnitt der Dünnröhren-Festphase 19, der dem vorstehend erläuterten Vorgang unterzogen wurde, über den Dünnröhren-Festphasen-Einführanschluss 9 der Messzelle 1 in den Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 ein. Der Zustand zu diesem Zeitpunkt ist in 2 gezeigt. Anschließend weist der Bediener die elektrische Schaltungseinheit 70 an, den Betrieb aufzunehmen, wodurch die Lösungszufuhrpumpe 40 angetrieben und in dem Substratlösungsgefäß 15 aufgenommene Substratlösung der Messzelle 1 derart zugeführt wird, dass ein Auswaschung der inneren Flächen der Dünnröhren-Festphase 19 in ausreichendem Umfang erfolgt. Als Ergebnis dieses Vorgangs wird das zu messende Material oder der zu messende Organismus, das/der in einem freien Zustand abgelagert ist (einem Zustand, in dem das Material oder der Organismus nicht mit dem Rezeptor gekoppelt ist) an der inneren Fläche der Dünnröhren-Festphase 19 derart abgewa schen, dass lediglich dasjenige zu messende Material oder derjenige zu messende Organismus, das/der mit dem Rezeptor gekoppelt ist, in der Dünnröhre verbleiben. Wird die Flussrate der Substratlösung während des Waschvorgangs ausreichend hoch gewählt, so kann die Ausgabespannung V0, die unmittelbar nach dem Waschvorgang erhalten wird, als Ausgabespannung entsprechend dem pH-Wert einer frischen Substratlösung betrachtet werden.
Die Datenverarbeitungseinheit 71 liest die Ausgabespannung V0 der pH-Elektrode 30 zu demjenigen Zeitpunkt aus, wenn der Waschvorgang beendet ist, und speichert die Ausgabespannung ab.
Die Antriebssteuereinheit 72 hält daraufhin die Lösungszufuhrpumpe 40 für eine vorgegebene Zeitspanne an. Während dieser Zeitspanne läuft in der Dünnröhren-Festphase 19 die Reaktion zwischen dem Substrat und dem eingefangenen Material oder Organismus, das/der eine pH-Änderung in der Substratlösung auslösen kann, weiter. Als Ergebnis der Reaktion wird das Substrat in der Substratlösung zersetzt, wodurch sich der pH-Wert der Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase 19 ändert.
Anschließend steuert die Antriebssteuereinheit 72 die Lösungszufuhrpumpe 40 derart, dass diese geringfügig in Rückwärtsrichtung dreht, wodurch die Substratlösung rückwärts fließt, woraufhin die Lösungszufuhrpumpe 40 angehalten wird. Als Ergebnis erreicht die Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase 19, die der Reaktion unterzogen wurde, den pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt-Aufnahmeabschnitt 21. Entsprechend dieser Bewegung schwankt die Ausgabespannung der pH-Elektrode 30. Nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Anhalten der Lösungszufuhrpumpe 40 liest die Datenverarbeitungseinheit 71 die Ausgabespannung V der pH-Elektrode 30 aus und speichert diese ab. Diese Spannung entspricht dem pH-Wert der Substratlösung nach der Reaktion. Die Datenverarbeitungseinheit 71 berechnet unter Verwendung der abgespeicherten Daten für V0 und V1 den nachfolgenden Ausdruck, um die pH-Änderung der Substratlösung für das Material oder den Organismus, das/der eine pH-Änderung in der Substratlösung auslösen kann, zu erhalten. Der erhaltene Wert wird auf der Anzeigeeinheit 18 angezeigt. ΔpH = (V – V0)/S (1)
Hierbei bezeichnet S die Empfindlichkeit der pH-Elektrode 30. Der Wert ΔpH steigt (beziehungsweise fällt für den Fall eines Minus), wenn das Messobjekt oder die Konzentration des Materials oder Organismus, das/der eine pH-Änderung der Substratlösung auslösen kann, in der Substratlösung ansteigen.
Anschließend nimmt der Bediener die Dünnröhren-Festphase 19 aus der Messzelle 1 und weist die Antriebssteuerung 72 an, die Lösungszufuhrpumpe 40 in Vorwärtsdrehung zu versetzen. Als Ergebnis wird das Innere der Messzelle 1 von der Substratlösung ausgewaschen.
Um die vorliegende Erfindung besser darzustellen, werden nachstehend Testbeispiele beschrieben.
Testbeispiel 1
A. Aufbau der Vorrichtung
Der Aufbau der Vorrichtung entspricht im Grunde demjenigen von 1. Ein pH-FET, der beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) HEI4-51786 beschrieben ist, und bei dem eine pH-empfindliche Membrane aus Tantaloxid zum Einsatz kommt, wurde als pH-Elektrode 30 verwendet. Die pH-Elektrode weist mit Blick auf ihre Abmessungen eine Breite von 0,45 mm, eine Dicke von 0,2 mm und eine Länge von 5,5 mm auf. Der vordere Endabschnitt von 0,8 mm in der pH-Elektrode diente als pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6. Bei dem pH-FET lag ein vorderer Endabschnitt von ungefähr 2 mm frei, wobei der verbleibende Abschnitt in einem Harzelement mit einem Außendurchmesser von 0,6 mm – zusammen mit an dem Source- und dem Drain-Anschluss der Vorrichtung angebrachten Anschlussdrähten – eingebettet war, wodurch ein pH-Elektroden-Körperabschnitt 4 gebildet wurde. Die pH-Elektrode wies eine pH-Empfindlichkeit von 58 mV/pH bei 25°C sowie einen Leitwert von 350 μS auf.
Ein Silberdraht, dessen Oberfläche chloriert war, wurde als Bezugselektrode 12 verwendet. Die pH-Elektrode 30 wurde derart angeordnet, dass der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 in dem Aufnahmeabschnitt 21 (mit einem inneren Durchmesser von 0,7 mm) angeordnet war. Die Bezugselektrode 12 war in dem mit frischer Substratlösung 3 gefüllten Abschnitt angeordnet. Diese Elektroden wurden an dem pH-Elektroden-Anschluss 13 angebracht. Zu diesem Zeitpunkt war die pH-Elektrode 30 derart angeordnet, dass der Abstand zwischen dem oberen Ende der pH-Elektrode 30 und dem unteren Ende der Dünnröhren-Festphase 19 in einem Bereich von ungefähr 0,1 bis 0,2 mm lag. Die pH-Elektrode 30 (pH-FET) wurde mit einer Drain-Spannung von 3 V und einem Drain-Strom von 7 μA betrieben, wobei die Elektrode mit einer Konstantstromschaltung verbunden war. Das Source-Potential der pH-Elektrode 30 im Vergleich zur Bezugselektrode 12 wurde als Ausgabesignal der pH-Elektrode 30 (pH-FET) gemessen.
Eine Rohrpumpe, die mittels eines Schrittmotors angetrieben wurde, wurde als Lösungszufuhrpumpe 40 verwendet.
Die elektrische Schaltungseinheit 70 umfasste einen Digitalcomputer, der mit Funktionen zum Steuern der Lösungszufuhrpumpe 40 und zum Ausführen einer Berechnung auf Grundlage des Ausgabesignals der pH-Elektrode 30 versehen war. Diese Funktionen entsprechen der Antriebssteuereinheit 72 und der Datenverarbeitungseinheit 71 gemäß 1.
B. Herstellung der Dünnröhren-Festphase 19
Als Rezeptor wurde ein monoklonaler Antikörper für von Helicobacter pylori ausgeschiedene Urease (siehe den Beitrag „Infection and Immunity 60, 4826-31 (1992)" von K. Nagata, T. Mizuta, Y. Tonokatsu et al.) verwendet. Zwanzig Dünnröhren aus Polypropylen (mit einem inneren Durchmesser von 0,60 mm und einem äußeren Durchmesser von 1 mm sowie einer Länge von 15 mm) wurden in 1 ml einer PBS-Lösung (mit einem pH-Wert von 7,4) bei 50 μg/ml des monoklonalen Antikörpers eingetaucht und bei Raumtemperatur für 24 Stunden stehen gelassen, sodass eine Immobilisierung des Antikörpers an der inneren Fläche und der äußeren Fläche der Dünnröhre erfolgte.
Anschließend wurde die Antikörperlösung mittels Zentrifugaltrennung abgetrennt. Die Dünnröhren wurden in eine PBS-Lösung (mit einem pH-Wert von 7,4) eingetaucht, der 10% Saccharose, 1% des Rinderserums Albumin und 0,1% Natriumazid enthielt, und 24 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen, wodurch eine Blockierbehandlung erfolgte. Anschließend wurde die Blockierlösung mittels Zentrifugaltrennung abgetrennt. Die Dünnröhren-Festphase wurde bei Raumtemperatur an Luft getrocknet. Die Dünnröhren-Festphasen wurden anschließend in einen hermetisch abgedichteten Behälter eingeführt und bei 4°C gehalten.
C. Messung der von Helicobacter pylori ausgeschiedenen Urease
Die von Helicobacter pylori ausgeschiedene Urease (siehe die vorstehend genannte Veröffentlichung von K. Nagata et al.) wurde mit einer PBS-Lösung (mit einem pH-Wert von 7,4) derart verdünnt, dass verschiedene Arten von Probenlösungen mit verschiedenen vorgegebenen Konzentrationen hergestellt wurden. Die vorstehend unter B hergestellten Dünnröhren-Festphasen 19 wurden jeweils in die Probenlösungen von 10 μl eingetaucht und eine Stunde lang bei Raumtemperatur stehen gelassen.
Als Substratlösung kam eine wässrige Lösung aus 2 mM Harnstoff, 10 mM Ammoniumchlorid und 154 mM Natriumchlorid zum Einsatz.
Anschließend wies der Bediener die elektrische Schaltungseinheit 71 an, den Betrieb aufzunehmen. Während eine Zufuhr der Substratlösung mit einer Flussrate von 3 ml/min durch die Lösungszufuhrpumpe 40 in die Messzelle 1 erfolgte, führte der Bediener die Dünnröhren-Festphasen 19, die den Probenlösungen entnommen waren, in den Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 der Messzelle 1 ein. Die Zufuhr der Substratlösung erfolgte für 60 Sekunden nach dem Start, und das Innere der Dünnröhren-Festphase 19 wurde ausgewaschen. Nach Verstreichen eines Zeitraumes von 60 Sekunden hielt die Antriebssteuereinheit 72 die Lösungszufuhrpumpe 40 an. Zu demselben Zeitpunkt las die Datenverarbeitungseinheit 71 die Ausgabespannung V0 der pH-Elektrode 30 zu diesem Zeitpunkt aus und speicherte diese ab.
Anschließend bewirkte die Antriebssteuereinheit 72, dass die Lösungszufuhrpumpe 40 für einen Zeitraum von 55 Sekunden anhielt, damit die Zersetzungsreaktion des Substrates in der Dünnröhren-Festphase 19 weitergeht. Anschließend wurde die Lösungszufuhrpumpe 40 um zwei Schritte in Rückwärtsrichtung gedreht und sodann angehalten. Die Zahl der Schritte in Rückwärtsrichtung entspricht einem Rückwärtsfluss von unge fähr 1 μl Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase 19. Die Datenverarbeitungseinheit 71 las das Source-Potential V der pH-Elektrode 30 zu einem Zeitpunkt, nachdem eine Zeitspanne von 5 Sekunden nach der Bewegung in Rückwärtsrichtung verstrichen war, aus, speicherte dieses ab und berechnete obigen Ausdruck (1) auf Grundlage des Potentials V und des vorher abgespeicherten Potentials V0, um ΔpH zu erhalten. ΔpH wurde an der Anzeigeeinheit 18 angezeigt.
Anschließend entnahm der Bediener die Dünnröhren-Festphase 19 der Messzelle 1 und wies die Datenverarbeitungseinheit 71 an, die Lösungszufuhrpumpe 40 in Vorwärtsrichtung derart zu drehen, dass die Substratlösung mit einer Flussgeschwindigkeit von 3 ml/min für einen Zeitraum von 15 Sekunden der Messzelle 1 zugeführt wird, wodurch das Auswaschen des Inneren der Messzelle 1 erfolgte.
Der Bediener führte die vorstehend erläuterten Vorgänge an allen Dünnröhren-Festphasen 19 aus, das heißt, er tauchte die Probenlösungen jeweils ein. Die Ergebnisse sind in 3 durch nicht ausgefüllte Quadrate dargestellt.
Testbeispiel 2
A. Aufbau der Vorrichtung
Der Aufbau der Vorrichtung entsprach dem unter A beschriebenen Aufbau von Testbeispiel 1.
B. Herstellung der Dünnröhren-Festphase
Dünnröhren-Festphasen, darunter Glaswolle, an denen ein Antikörper immobilisiert war, wurden in eine Dünnröhre gefüllt und auf nachstehend beschriebene Weise hergestellt.
1 ml Antikörperlösung, die identisch zu derjenigen der Testbeispiels 1 war, und 0,2 g Glaswolle wurden eingetaucht und anschließend für 24 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Die Antikörperlösung wurde mittels Zentrifugaltrennung abgetrennt. Anschließend wurde die Glaswolle in 1 ml Blockierlösung eingetaucht, die identisch zu derjenigen von Testbeispiel 1 war, woraufhin eine 24-stündige Blockierbehandlung er folgte. Die Blockierlösung wurde mittels Zentrifugaltrennung abgetrennt, woraufhin die Glaswolle an Luft getrocknet wurde. Ungefähr 5 mg Glaswolle wurden gleichmäßig in jede der Dünnröhren (an denen ein Antikörper nicht immobilisiert war) eingeführt, wobei die Dünnröhren identisch zu denjenigen von Testbeispiel 1 waren. Die Ergebnisse wurden als Dünnröhren-Festphasen verwendet.
C. Messung der von Helicobacter pylori ausgeschiedenen Urease
Die Messung wurde auf dieselbe Art, wie unter C bei Testbeispiel 1 beschrieben, durchgeführt. Die Messergebnisse sind in 1 als ausgefüllte Kreise dargestellt.
Vergleichsbeispiel
Um einen Vergleich zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik zu ermöglichen, wurde der nachfolgende Test ausgeführt.
A. Aufbau der Vorrichtung
Der Aufbau der Vorrichtung entsprach demjenigen unter A des Testbeispiels 1, außer dass die Lage der pH-Elektrode 30 leicht nach oben verschoben war, sodass der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt 6 in dem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt 7 aufgenommen war.
B. Herstellung der Dünnröhren-Festphase
Die Herstellung erfolgte auf dieselbe Weise wie unter B bei Testbeispiel 1.
C. Messung der von Helicobacter pylori ausgeschiedenen Urease
Auf die gleiche Weise wie unter C bei Testbeispiel 1 wurde für eine Stunde eine Reaktion der Dünnröhren-Festphase mit der Probenlösung herbeigeführt, wobei die Dünnröhren-Festphase in die Messzelle eingeführt war, während die Substratlösung zugeführt wurde, und wobei der Waschvorgang für eine Zeitspanne von 60 Sekunden erfolgte. Anschließend wurde V0 abgelesen. Sodann wurde die Lösungszufuhrpumpe für 55 Sekunden angehalten, woraufhin die Ausgabespannung V der pH-Elektrode zu einem Zeitpunkt ausgelesen wurde, nachdem 55 Sekunden seit dem Anfang der Anhaltephase verstrichen waren. Die Dünnröhren-Festphase wurde der Messzelle entnommen, woraufhin der Waschvorgang 15 Sekunden lang vorgenommen wurde. Anschließend wurde ΔpH entsprechend Ausdruck (1) unter Verwendung der gemessenen Werte von V0 und V berechnet. Die Messergebnisse sind in 3 durch nicht ausgefüllte Kreise dargestellt.
Wie die Ergebnisse von 3 deutlich machen, ist für den Fall, dass die Messungen unter Verwendung identischer Dünnröhren-Festphasen vorgenommen werden, die Signalstärke bei den Messergebnissen entsprechend der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen gleich derjenigen, die sich durch eine Kopplung gemäß Stand der Technik ergab. Mit anderen Worten, auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Gefahr, dass die Dünnröhren-Festphase mit der pH-Elektrode in Kontakt kommt, vollständig beseitigt, wodurch es möglich wird, eine Signalstärke zu erhalten, die im Wesentlichen gleich derjenigen ist, die bei kopplungsgestützten Verfahren gemäß dem Stand der Technik erhalten wurde. Erfindungsgemäß wird die Stärke des Erfassungssignals durch Verwendung einer Dünnröhren-Festphase, die einen größeren spezifischen Flächenbereich aufweist, merklich vergrößert, was beispielsweise bei einer Glasswolle-Festphase der Fall ist, bei der eine Glaswolle-Festphase eingefüllt wird, was herstellungstechnisch im Stand der Technik nicht möglich war.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können ein Material oder ein Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, mit hoher Empfindlichkeit und hoher Geschwindigkeit sowie ohne die Gefahr gemessen werden, dass die pH-Elektrode bricht oder verunreinigt wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase den Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode erreichen, ohne dass eine merkliche Verdünnung erfolgt, weshalb die Messung mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann. Darüber hinaus wird durch die Erfindung der Effekt erzielt, dass die Menge der zu bewegenden Lösung verringert und das Volumen der gesamten Zelle verkleinert werden kann, weshalb die benötigte Probenlösungsmenge kleiner ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Messung der Konzentration der von Helicobacter pylori ausgeschiedenen Urease mit hoher Empfindlichkeit und hoher Geschwindigkeit sowie ohne die Gefahr ausgeführt werden, dass die pH-Elektrode bricht oder verunreinigt wird.
Die Vorrichtung der Erfindung ist klein ausgebildet und weist hervorragende Nachweiseigenschaften sowie eine hohe Empfindlichkeit auf.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können der spezifische Flächenbereich der Dünnröhren-Festphase vergrößert und die Erfassungsgrenze verkleinert werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können ein Material oder ein Organismus, das/der eine pH-Änderung einer Substratlösung auslösen kann, mit hoher Empfindlichkeit und hoher Geschwindigkeit sowie ohne die Gefahr gemessen werden, dass die pH-Elektrode bricht oder verunreinigt wird.

Claims

Messvorrichtung für ein Material oder einen Organismus, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung auslösen kann, wobei die Messvorrichtung umfasst: eine Dünnröhren-Festphase, die eine Dünnröhre und einen für das Material oder den Organismus spezifischen Rezeptor enthält, der wenigstens an einer Innenseite der Dünnröhre immobilisiert ist, eine Messzelle, die eine Substratlösung aufnimmt, die ein Substrat für das Material bzw. den Organismus enthält, eine Dünnröhren-Festphasen-Halteeinrichtung, die wenigstens ein Ende der Dünnröhren-Festphase in einem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt in der Messzelle aufnimmt, eine pH-Elektrode, die einen Erfassungsabschnitt aufweist und eine pH-Änderung der Substratlösung erfasst, wobei die pH-Elektrode in der Nähe des einen Endes der Dünnröhren-Festphase angeordnet ist, die in der Zelle gehalten wird, und der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt sich außerhalb des Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitts befindet, und eine Substratlösungs-Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase, die in der Messzelle gehalten wird, auf den Erfassungsabschnitt zu.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in der Messzelle ein Raumvolumen zwischen einem unteren Ende des Erfassungsabschnitts der pH-Elektrode und dem einen Ende der Dünnröhren-Festphase ausschließlich eines Volumens, das durch den Erfassungsabschnitt eingenommen wird, 10 Mikroliter oder weniger beträgt.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rezeptor ein Antikörper für Urease ist, die von Helicobacter pylori ausgeschieden wird, und die Substratlösung eine Lösung ist, die Harnstoff enthält.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die pH-Elektrode ein pH-empfindlicher Feldeffekttransistor ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dünnröhren-Festphase ein Fasermaterial aufweist, in dem der für das Material bzw. den Organismus spezifische Rezeptor an der Innenseite der Dünnröhre immobilisiert ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Zwischenraum zwischen einer vorderen Endfläche der pH-Elektrode und einer Fläche der Dünnröhren-Festphase ausgebildet ist, die der vorderen Endfläche gegenüberliegt.
Verfahren zum Messen eines Materials oder eines Organismus, das/der eine pH-Änderung in einer Substratlösung auslösen kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Eintauchen eines Endes einer Dünnröhren-Festphase in eine Probenlösung und Entnehmen aus der Probenlösung, wobei die Dünnröhren-Festphase einen für das Material bzw. den Organismus spezifischen Rezeptor enthält, der wenigstens an einer Innenseite einer Dünnröhre immobilisiert ist, Anordnen des einen Endes der Dünnröhren-Festphase, so dass es in einem Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitt einer Messzelle aufgenommen und gehalten wird, in einer Substratlösung und in der Nähe eines Erfassungsabschnitts einer pH-Elektrode, die eine pH-Änderung der Lösung erfasst, wobei sich der pH-Elektroden-Erfassungsabschnitt außerhalb des Dünnröhren-Festphasen-Einführabschnitts befindet und die Substratlösung ein Substrat für das Material bzw. den Organismus enthält, und Bewegen der Substratlösung in der Dünnröhren-Festphase nach einer Reaktion des Auslösens einer pH-Änderung zu dem Erfassungsabschnitt der pH-Elektrode.