JP2000189150A - Device for measuring number of microorganism and method therefor - Google Patents

Device for measuring number of microorganism and method therefor

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JP2000189150A
JP2000189150A JP10364555A JP36455598A JP2000189150A JP 2000189150 A JP2000189150 A JP 2000189150A JP 10364555 A JP10364555 A JP 10364555A JP 36455598 A JP36455598 A JP 36455598A JP 2000189150 A JP2000189150 A JP 2000189150A
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microorganisms
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竜一 八浪
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a maintenance-free device for measuring the number of microorganisms capable of rapidly and automatically measuring various samples at high sensitivity. SOLUTION: This device for measuring the number of microorganisms possesses a measuring cell 1 installed with a plurality of electrodes and capable of introducing a microorganism-containing liquid and a measuring vessel 30 connected to the measuring cell 1 through an ion-permeable diaphragm and equipped with a dialysis means to reduce the ion concentration in the measuring cell 1. To the measuring vessel 30, an electrophoresis power circuit 12, a measuring unit 13 for measuring impedance or electric conductivity between the plurality of electrodes, an operation unit 14 for calculating the number of the microorganisms and a control means 15 for controlling the electrophoresis power circuit 12, the dialysis means, the measuring unit 13 and the operation unit 14 are installed. The number of microorganisms is counted by measuring the impedance or electric conductivity by reducing the ion concentration in the measuring cell 1 by the dialysis means when a liquid is introduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は溶液中の微生物数を
測定するための微生物数測定装置及び微生物数測定方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the number of microorganisms in a solution.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、溶液中の微生物数を測定する方法
として特開57−50652に記載されたもの等の多数
の技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, many techniques such as those described in JP-A-57-50652 have been known as a method for measuring the number of microorganisms in a solution.

【0003】しかし、従来の技術による微生物数の測定
方法は、試料液に専用の薬剤、例えば酵素や色素を投入
して生化学反応を起こさせ、その反応経過または結果を
蛍光や発光によって測定するものであり、測定感度は比
較的高いが微生物分野及び生化学分野に関する専門知識
が必要であったり、また専用で高価な大型の測定装置が
必要となり、さらには専任者による作業が必要となる
等、とても一般的かつ簡易に微生物数を測定することが
できるものではなかった。
[0003] However, in the method of measuring the number of microorganisms according to the conventional technique, a special agent such as an enzyme or a dye is added to a sample solution to cause a biochemical reaction, and the progress or result of the reaction is measured by fluorescence or luminescence. Although the measurement sensitivity is relatively high, specialized knowledge in the field of microorganisms and biochemistry is required, and a dedicated and expensive large measuring device is required, and furthermore, work by a dedicated person is required. However, it was not very common and easy to measure the number of microorganisms.

【0004】そこで、特開59−91900に記載され
たものをはじめとする、物理的手段のみを使い、薬剤を
一切用いないで、小型で、試料系に組み込んでの自動測
定が可能な、簡易な微生物数検出装置が提案されたが、
微生物数が10の8乗cells/ml(1ml中に微
生物数が1億個)以上にならないと検出できないためそ
の応用範囲に著しい制限が加えられていた。
[0004] Therefore, a simple and simple method that uses only physical means, such as that described in JP-A-59-91900, does not use any chemicals, is small, and can be automatically incorporated into a sample system. A new microbial count detector was proposed,
Since the number of microorganisms cannot be detected unless the number of cells exceeds 10 8 cells / ml (the number of microorganisms is 100 million in 1 ml), its application range has been significantly limited.

【0005】[0005]

【発明の解決しようとする課題】このように、従来の技
術による微生物数測定装置で測定感度を上げるために
は、何らかの薬剤の使用や、専用の測定装置,専門知識
を持った専任者による操作が必要であった。また薬剤を
使用しない簡易型の装置では、専任者を必要とせず測定
が可能になるが、微生物数が非常に多くないと測定が難
しく、低感度の測定器しか得られないし、微生物を移動
させて局部的に濃度を上げて感度を向上させたくても簡
易でメンテナンスフリーな手段がないという問題があっ
た。
As described above, in order to increase the measurement sensitivity of the microorganism counting device according to the prior art, it is necessary to use some kind of chemical, use a special measuring device, and operate the device by a dedicated person having specialized knowledge. Was needed. In addition, with a simple device that does not use drugs, measurement can be performed without the need for a dedicated person.However, if the number of microorganisms is not very large, measurement is difficult, and only a low-sensitivity measuring instrument can be obtained. However, there is a problem that there is no simple and maintenance-free means even if it is desired to improve the sensitivity by locally increasing the density.

【0006】そこでこれらの問題を解決するため本発明
は、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高感度
で、電気伝導率の高いさまざまな試料を迅速に自動で測
定できるメンテナンスフリーの微生物数測定装置を提供
することを目的とする。
[0006] In order to solve these problems, the present invention provides a maintenance-free microorganism which can rapidly and automatically measure various samples having high sensitivity and high electrical conductivity without the need for drugs or special equipment. It is an object to provide a number measuring device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の微生物数測定装置は、複数の電極が設けら
れ微生物含有の液体を導入することができる測定セル
と、該測定セルにイオン透過性隔膜を介して連接され、
前記測定セル内のイオン濃度を低下するための透析手段
とを備えた測定容器を有し、前記測定容器には、前記測
定セル内の微生物を誘電泳動するための泳動電源回路
と、前記複数の電極間のインピーダンスまたは電気伝導
率を測定するための測定部と、前記測定部の測定結果を
演算して微生物数を算出する演算部と、前記泳動電源回
路と前記透析手段と前記測定部と前記演算部を制御する
制御手段が設けられ、前記液体が導入されたとき前記透
析手段によって前記測定セル内のイオン濃度を低下して
インピーダンスまたは電気伝導率を測定し微生物数を算
出することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a microorganism counting apparatus according to the present invention comprises: a measuring cell provided with a plurality of electrodes, into which a liquid containing microorganisms can be introduced; Articulated through an ion-permeable membrane,
A measurement container having a dialysis means for reducing the ion concentration in the measurement cell, wherein the measurement container has a migration power supply circuit for dielectrophoretizing microorganisms in the measurement cell; A measuring unit for measuring the impedance or electric conductivity between the electrodes, a calculating unit for calculating the measurement result of the measuring unit to calculate the number of microorganisms, the electrophoresis power supply circuit, the dialysis means, the measuring unit, and Control means for controlling an arithmetic unit is provided, and when the liquid is introduced, the dialysis means reduces the ion concentration in the measurement cell to measure impedance or electric conductivity to calculate the number of microorganisms. I do.

【0008】これにより、薬剤や特別な装置を必要とす
ることなく、高感度で、電気伝導率の高いさまざまな試
料を迅速に自動で測定できるメンテナンスフリーの微生
物数測定装置とその微生物数測定方法を提供することを
目的とする。
Accordingly, a maintenance-free microbial count measuring method and a microbial count measuring method capable of quickly and automatically measuring various samples having high sensitivity and high electrical conductivity without requiring a medicine or a special device. The purpose is to provide.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】請求項1に記載された発明は、複
数の電極が設けられ微生物含有の液体を導入することが
できる測定セルと、該測定セルにイオン透過性隔膜を介
して連接され、前記測定セル内のイオン濃度を低下する
ための透析手段とを備えた測定容器を有し、前記測定容
器には、前記測定セル内の微生物を誘電泳動するための
泳動電源回路と、前記複数の電極間のインピーダンスま
たは電気伝導率を測定するための測定部と、前記測定部
の測定結果を演算して微生物数を算出する演算部と、前
記泳動電源回路と前記透析手段と前記測定部と前記演算
部を制御する制御手段が設けられ、前記液体が導入され
たとき前記透析手段によって前記測定セル内のイオン濃
度を低下してインピーダンスまたは電気伝導率を測定し
微生物数を算出することを特徴とする微生物数測定装置
であるから、イオン濃度が高く電気伝導率が高い試料で
あっても、電気透析によって試料の電気伝導率を低下さ
せた後に効率よく微生物を電極付近に集中し、電気的な
手段によって微生物数を測定することができるため、薬
剤や特別な装置を必要とすることなく、高精度で高感度
な測定ができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention described in claim 1 is a measuring cell provided with a plurality of electrodes, into which a liquid containing microorganisms can be introduced, and connected to the measuring cell via an ion-permeable diaphragm. A dialysis unit for reducing the ion concentration in the measurement cell, the measurement container has a migration power supply circuit for dielectrophoresis of the microorganisms in the measurement cell, A measurement unit for measuring impedance or electrical conductivity between the electrodes, a calculation unit for calculating the number of microorganisms by calculating the measurement result of the measurement unit, the electrophoresis power supply circuit, the dialysis unit, and the measurement unit Control means for controlling the arithmetic unit is provided, and when the liquid is introduced, the dialysis means reduces the ion concentration in the measurement cell to measure impedance or electric conductivity to calculate the number of microorganisms. Microorganism counting device characterized by the fact that even if the sample has a high ion concentration and high electrical conductivity, the microorganisms can be efficiently concentrated near the electrodes after the electrical conductivity of the sample is reduced by electrodialysis. Since the number of microorganisms can be measured by electrical means, high-precision and high-sensitivity measurement can be performed without requiring a medicine or a special device.

【0010】請求項2に記載された発明は、透析手段
が、第1透析用電極を収容し陽イオン透過性隔膜を介し
て測定セルに連接された第1の透析セルと、第2透析用
電極を収容し陰イオン透過性隔膜を介して前記測定セル
に連接された第2の透析セルを備えるとともに、前記第
1透析用電極と前記第2透析用電極に電気透析を行うた
めの電圧を印加する透析電源回路を備えたことを特徴と
する請求項1記載の微生物数測定装置であるから、イオ
ン濃度が高いために電気伝導率が高い試料であっても、
電気的な処理で簡単に測定セル内のイオン濃度を下げる
ことができ、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、
高精度で高感度な測定ができる。
According to a second aspect of the present invention, the dialysis means comprises a first dialysis cell containing a first dialysis electrode and connected to a measurement cell via a cation-permeable membrane, and a second dialysis cell. A second dialysis cell containing an electrode and connected to the measurement cell via an anion-permeable diaphragm is provided, and a voltage for performing electrodialysis on the first dialysis electrode and the second dialysis electrode is provided. The microorganism counting device according to claim 1, further comprising a dialysis power supply circuit for applying, even if the sample has a high electrical conductivity due to a high ion concentration,
The ion concentration in the measuring cell can be easily reduced by electrical processing, without the need for drugs or special equipment.
Highly accurate and highly sensitive measurement.

【0011】請求項3に記載された発明は、透過手段
が、半透膜を介して測定セルに連接された透析セルを備
えるともに、前記透析セル内に前記測定セル内の液体よ
り電気伝導率の低い液体を導入する透析溶液供給部を備
えたことを特徴とする請求項1記載の微生物数測定装置
であるから、電気伝導率の低い液体を流すという簡易な
構造で効率よく試料中のイオン濃度を低下させることが
でき、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高感度
な微生物数の測定ができる。
According to a third aspect of the present invention, the permeation means includes a dialysis cell connected to the measurement cell via a semipermeable membrane, and the dialysis cell has a higher electrical conductivity than the liquid in the measurement cell. 2. The microorganism counting device according to claim 1, further comprising a dialysis solution supply unit for introducing a liquid having a low electric conductivity, and a simple structure in which a liquid having a low electric conductivity is flowed to efficiently provide ions in the sample. The concentration can be reduced, and the number of microorganisms can be measured with high sensitivity without requiring a drug or a special device.

【0012】請求項4に記載された発明は、微生物数の
測定を行う前に前記微生物含有液体の電気伝導率を測定
することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
微生物数測定装置であるから、測定の前に予め試料の電
気伝導率を最適な値にすることができ、高精度で高感度
な測定ができる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the electric conductivity of the microorganism-containing liquid is measured before measuring the number of microorganisms. Since the measurement device is used, the electrical conductivity of the sample can be set to an optimum value in advance before the measurement, so that highly accurate and highly sensitive measurement can be performed.

【0013】請求項5に記載された発明は、複数の電極
を備えたセル内に微生物含有の液体を導入し、前記電極
間に交流電圧を印加して前記測定セル内の微生物に誘電
泳動力を及ぼして電界集中部に集めると共に電極間でイ
ンピーダンスまたは電気伝導率を測定して微生物数を算
出する微生物数測定方法であって、前記交流電圧を印加
する前に前記液体を脱イオン処理して前記液体の電気伝
導率を低下させることを特徴とする微生物数測定方法で
あるから、イオン濃度が高いために電気伝導率が高い試
料でも脱イオン処理によって高精度かつ高感度な測定を
行うことができる。
According to a fifth aspect of the present invention, a microorganism-containing liquid is introduced into a cell having a plurality of electrodes, and an AC voltage is applied between the electrodes to apply a dielectrophoretic force to the microorganisms in the measurement cell. A method for measuring the number of microorganisms by measuring the impedance or electrical conductivity between the electrodes while collecting in the electric field concentrating portion by applying a microbial count, wherein the liquid is deionized before applying the AC voltage. Since the method for measuring the number of microorganisms is characterized by lowering the electrical conductivity of the liquid, even a sample having a high electrical conductivity due to a high ion concentration can perform highly accurate and highly sensitive measurement by deionization. it can.

【0014】請求項6に記載された発明は、脱イオン処
理が半透膜による透析であることを特徴とする請求項5
記載の微生物数測定方法であるから、半透膜を利用する
という簡易な方法でありながら、イオン濃度が高いため
に電気伝導率が高い試料でも効率よく脱イオン処理がで
き、高精度かつ高感度な測定ができる。
According to a sixth aspect of the present invention, the deionization treatment is dialysis using a semipermeable membrane.
The microorganism counting method described is a simple method using a semipermeable membrane, but the sample can be efficiently deionized even with a sample with high electrical conductivity due to high ion concentration, with high accuracy and high sensitivity. Measurement.

【0015】請求項7に記載された発明は、脱イオン処
理が第1の透析用セルと第2の透析用セルを用いた電気
透析であることを特徴とする請求項5記載の微生物数測
定方法であるから、イオン濃度が高いために電気伝導率
が高い試料でも、電気的に処理するから迅速に脱イオン
処理ができ、短時間で高精度かつ高感度な測定ができ
る。
In the invention described in claim 7, the deionization treatment is electrodialysis using a first dialysis cell and a second dialysis cell, and the microbial count according to claim 5 is provided. Since this method is used, even a sample having a high electric conductivity due to a high ion concentration can be quickly deionized because it is electrically processed, and highly accurate and highly sensitive measurement can be performed in a short time.

【0016】以下、本発明の実施の形態について、図1
〜図8と後述する(数1)〜(数5)を用いて説明す
る。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. 8 and (Equation 1) to (Equation 5) described later.

【0017】(実施の形態1)本発明の一実施の形態で
ある微生物数測定装置について図面を参照しながら詳細
に説明する。図1は本発明の実施の形態1における微生
物数測定装置の全体構成図、図2は本発明の実施の形態
1における電極の説明図、図3は本発明の実施の形態1
における電極の断面と電極間の電界の状態を説明するた
めの図、図4は微生物数と測定時間と電極間の静電容量
Cの関係を説明するためのグラフ、図5及び図6は電極
間静電容量Cを算出する手順を説明する図、図7は誘電
泳動による力と周波数の関係を説明するための図、図9
は実施の形態1における一連の微生物数測定動作の流れ
を説明する図である。
(Embodiment 1) A microorganism counting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an apparatus for measuring the number of microorganisms according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of an electrode according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3 is Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the number of microorganisms, measurement time, and the capacitance C between the electrodes, and FIGS. FIG. 7 is a diagram for explaining a procedure for calculating the inter-electrode capacitance C. FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between force and frequency by dielectrophoresis.
FIG. 3 is a diagram illustrating a flow of a series of microbial count measurement operations in the first embodiment.

【0018】図1において、1は測定セル、2は基板上
の薄膜電極からなる測定電極、3は陰イオン交換膜、4
は陽イオン交換膜、5は透析電極A、6は透析電極B、
7は透析セルA、8は透析セルB、9は電磁弁、10は
試料系配管、11は透析電源回路、12は泳動電源回
路、13は測定部、14は演算部、15は制御手段、1
6は表示手段、30は測定容器全体である。また、図2
において、17は測定電極の基板、18は基板上の薄膜
電極、19は薄膜電極の2つの極間に挟まれたギャップ
である。また、図3の20は薄膜電極間に印加される電
圧によって生じる電気力線である。また図2、図5
(a)において50は薄膜電極18の一方の極、51は
薄膜電極18の他方の極、52は想定されるCR並列等
価回路を構成する静電容量、53は想定されるCR等価
回路を構成する抵抗、図5(b)において、54は時間
軸、55は電圧または電流の大きさを表す軸、56は電
流値の変化を表す曲線、57は電圧値の変化を表す曲線
である。また、図6はインピーダンスをベクトル分解し
た時のリアクタンスとレジスタンスと位相角の関係を表
す図である。
In FIG. 1, 1 is a measuring cell, 2 is a measuring electrode composed of a thin film electrode on a substrate, 3 is an anion exchange membrane, 4
Is a cation exchange membrane, 5 is a dialysis electrode A, 6 is a dialysis electrode B,
7 is a dialysis cell A, 8 is a dialysis cell B, 9 is a solenoid valve, 10 is a sample system pipe, 11 is a dialysis power supply circuit, 12 is a migration power supply circuit, 13 is a measurement unit, 14 is a calculation unit, 15 is control means, 1
6 is a display means, and 30 is the whole measurement container. FIG.
In the figure, 17 is a substrate of the measurement electrode, 18 is a thin film electrode on the substrate, and 19 is a gap sandwiched between two poles of the thin film electrode. Reference numeral 20 in FIG. 3 denotes electric lines of force generated by a voltage applied between the thin film electrodes. 2 and 5
5A, reference numeral 50 denotes one pole of the thin-film electrode 18, reference numeral 51 denotes the other pole of the thin-film electrode 18, reference numeral 52 denotes a capacitance constituting an assumed CR parallel equivalent circuit, and reference numeral 53 denotes an assumed CR equivalent circuit. In FIG. 5B, reference numeral 54 denotes a time axis, 55 denotes an axis representing the magnitude of voltage or current, 56 denotes a curve representing a change in current value, and 57 denotes a curve representing a change in voltage value. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the reactance, the resistance, and the phase angle when the impedance is vector-decomposed.

【0019】図1に示すように、測定容器30は陰イオ
ン交換膜3と陽イオン交換膜4を介して測定セル1に連
接された透析セルA7と透析セルB8を備えており、電
磁弁9を閉状態にすることにより、イオン交換膜を介し
て以外の方法で測定セルと2つの透析セル間の物質移動
は行われない構造になっている。電磁弁9は測定セルを
試料系から遮断できるものであればほかの機構を用いて
も良い。また、実施の形態1においては、透析セルA7
と透析セルB8にも電磁弁を設けているが、これは電気
透析を行うときに電流がセル外部の試料系を迂回して流
れることを防ぐためであり、電気的な迂回距離が十分に
長く迂回電流がほとんど無視できるときには特に設ける
必要はない。
As shown in FIG. 1, the measuring vessel 30 has a dialysis cell A7 and a dialysis cell B8 connected to the measurement cell 1 via an anion exchange membrane 3 and a cation exchange membrane 4, and a solenoid valve 9 is provided. Is closed so that mass transfer between the measurement cell and the two dialysis cells is not performed by any method except through the ion exchange membrane. Other mechanisms may be used as the solenoid valve 9 as long as it can shut off the measurement cell from the sample system. In the first embodiment, the dialysis cell A7
The dialysis cell B8 is also provided with a solenoid valve, in order to prevent current from flowing around the sample system outside the cell when performing electrodialysis, and to make the electric detour distance sufficiently long. When the bypass current is almost negligible, there is no need to provide the bypass current.

【0020】また、図1及び図2に示すように測定セル
1内には誘電泳動によって試料液体中の微生物を所定位
置に移動させるために、測定電極2上に設けられた薄膜
電極18の2つの極50,51が微小なギャップ19を
介して対向して設けられている。本実施の形態1におい
ては、図1および2に示すように櫛歯状の薄膜電極18
が互いに入れ子になるように配置されている。それぞれ
の電極はスパッタリングや蒸着やメッキ等の方法によっ
て測定電極の基板17上に密着して形成された導電体か
らなり、基板上で薄膜電極18が密着している部分と基
板表面がむき出しになっている部分の境界である端線が
形成されている。2つの極50,51によって薄膜電極
の端線間に構成されるギャップ19は実施の形態1にお
いてはすべて同じ間隔である。誘電泳動のための電圧印
加によってこのギャップ19付近の電界がもっとも強く
なるため、ギャップ19が本実施の形態1における電界
集中部になる。詳細は後述するが、微生物はもっとも電
界が集中するこのギャップ19付近に向かって泳動され
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, a thin film electrode 18 provided on the measurement electrode 2 is provided in the measurement cell 1 in order to move the microorganisms in the sample liquid to a predetermined position by dielectrophoresis. The two poles 50 and 51 are provided to face each other with a small gap 19 therebetween. In the first embodiment, as shown in FIGS.
Are nested in each other. Each electrode is made of a conductor that is formed in close contact with the measurement electrode substrate 17 by a method such as sputtering, vapor deposition, or plating, and the portion of the substrate where the thin film electrode 18 is in close contact and the substrate surface are exposed. An end line, which is the boundary between the portions, is formed. In the first embodiment, the gaps 19 formed between the end lines of the thin-film electrode by the two poles 50 and 51 are all at the same interval. Since the electric field in the vicinity of the gap 19 becomes strongest by the application of the voltage for dielectrophoresis, the gap 19 becomes the electric field concentration portion in the first embodiment. Although the details will be described later, the microorganisms migrate toward the vicinity of the gap 19 where the electric field is most concentrated.

【0021】なおここで、本発明において検出対象とし
ている微生物について説明する。本発明で言う微生物と
は一般に細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラ
ズマ、ウイルスとして分類されている、いわゆる微生物
学の対象となっている微生物のほかに、原生動物や原虫
のうちの小型のもの、生物体の幼生、分離または培養し
た動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い
意味での生体または生体由来の微粒子である。また本発
明では、測定対象として液体中に存在する微生物を想定
している。
Here, the microorganism to be detected in the present invention will be described. The microorganisms referred to in the present invention are generally classified as bacteria, fungi, actinomycetes, rickettsia, mycoplasma, viruses, and other microorganisms that are subject to so-called microbiology, as well as small protozoa and protozoa Larvae of living organisms, isolated or cultured animal and plant cells, sperm, blood cells, nucleic acids, proteins and the like in a broad sense. Further, in the present invention, a microorganism existing in a liquid is assumed as a measurement target.

【0022】実施の形態1における薄膜電極18の膜厚
は約5nmである。5nmという膜厚は後述するギャッ
プ19の間隔100μmに比較しても、また検出対象で
ある微生物と比較しても非常に小さいため薄膜電極18
は事実上厚みを無視できる2次元的な広がりのみをもっ
た電極と考えることが出来る。そこで、すでに説明した
ように測定電極の基板17上で電極の密着している部分
と基板がむき出しになっている部分の境界を端線と表現
している。この時、本実施の形態1で用いている測定電
極2における電界集中部であるギャップ19付近の電界
分布は図3に示すようなものとなる。実施の形態1にお
ける薄膜電極18の膜厚は約5nmと薄いために図3に
示すように2つの極50,51の端線に挟まれた間隙に
もっとも電界が集中することになる。
The thickness of the thin film electrode 18 in the first embodiment is about 5 nm. Since the film thickness of 5 nm is very small as compared with an interval of the gap 19 described later of 100 μm and compared with the microorganism to be detected,
Can be considered as an electrode having only a two-dimensional spread that can practically ignore the thickness. Therefore, as described above, the boundary between the portion where the electrode is in close contact with the measurement electrode and the portion where the substrate is exposed on the substrate 17 is expressed as an end line. At this time, the electric field distribution near the gap 19, which is the electric field concentration part, in the measurement electrode 2 used in the first embodiment is as shown in FIG. Since the thickness of the thin film electrode 18 in the first embodiment is as thin as about 5 nm, the electric field is concentrated most in the gap between the end lines of the two poles 50 and 51 as shown in FIG.

【0023】そこで、ここで発生する微生物の誘電泳動
現象について説明する。さらに詳細な説明が必要であれ
ば文献J.theor.Biol(1972)vol.
37,1−13を参照されたい。
The dielectrophoretic phenomenon of the microorganisms that occurs here will now be described. If a more detailed explanation is needed, reference [J. theor. Biol (1972) vol.
37, 1-13.

【0024】さて、液中の電極間に高周波の交流電圧を
印加すると、これによって発生する交流電界の作用で、
測定セル1内の微生物はその誘電的な性質によって最も
電場が強くかつ不均一な部分、すなわち電界集中部に泳
動される。なお、ここで交流電圧というのは、正弦波の
ほか、ほぼ一定の周期で流れの向きを変える電圧のこと
であり、かつ両方向の電流の平均値が等しいものであ
る。
When a high-frequency AC voltage is applied between the electrodes in the liquid, the action of the AC electric field generated by the application of the AC voltage causes
The microorganisms in the measurement cell 1 are migrated to the most inhomogeneous and non-uniform part due to their dielectric properties, that is, to the electric field concentrated part. Here, the AC voltage is not only a sine wave but also a voltage that changes the direction of flow at a substantially constant cycle, and the average value of the current in both directions is equal.

【0025】この時に微生物の誘電体微粒子としての双
極子モーメントをμとすると、力Fは電場Eとの間に
(数1)の関係を持つ。
At this time, assuming that the dipole moment of the microorganism as the dielectric fine particles is μ, the force F has a relationship with the electric field E according to (Equation 1).

【0026】[0026]

【数1】 (Equation 1)

【0027】さらに、微生物の細胞質の比誘電率を
ε2、微生物を含んでいる液体の比誘電率をε1、微生物
を球体と見なしたときの半径をa、円周率をπとする
と、誘電泳動力Fは(数2)のように書き換えることが
できる。
Further, assuming that the relative permittivity of the cytoplasm of the microorganism is ε 2 , the relative permittivity of the liquid containing the microorganism is ε 1 , the radius when the microorganism is regarded as a sphere is a, and the circumference is π , And the dielectrophoretic force F can be rewritten as (Equation 2).

【0028】[0028]

【数2】 (Equation 2)

【0029】(数2)は誘電泳動による力が電位勾配、
媒質と誘電体微粒子としての微生物の比誘電率の差など
の影響を受けることを示している。ここで、実施の形態
1では誘電泳動のために交流電圧を印加するので、比誘
電率εは周波数依存性をもち、たとえばε1に対して交
流に対する応答を考慮したものをε1‘とすると、ε
1‘は(数3)のようにε1に虚数単位jと媒質の電気伝
導率σ1と角周波数ωを用いた項が付加された形にな
る。
(Equation 2) shows that the force due to dielectrophoresis is a potential gradient,
This indicates that the medium is affected by the difference in the relative dielectric constant between the medium and the microorganism as the dielectric fine particles. Since an AC voltage is applied to the embodiment 1, the dielectrophoretic embodiment, the dielectric constant epsilon has a frequency dependency, for example, when the the epsilon 1 'takes into account the response to the AC relative epsilon 1 , Ε
1 ′ is a form in which a term using imaginary unit j, electric conductivity σ 1 of the medium, and angular frequency ω is added to ε 1 as in (Equation 3).

【0030】[0030]

【数3】 (Equation 3)

【0031】ε2に関しても同様であり、交流に対する
応答を考慮したものをε2‘とすると、ε2‘はε2に虚
数単位jと媒質の電気伝導率σ2と角周波数ωを用いた
項が付加されたものとなり、Fはε1をε1‘、ε2をε2
‘に置換したもので表現される。
The same applies to ε 2 , where ε 2 ′ is a value taking account of the response to an alternating current. Ε 2 ′ uses imaginary unit j, electric conductivity σ 2 of the medium, and angular frequency ω for ε 2 . Term is added, F is ε 1 ε 1 ′, ε 2 is ε 2
It is expressed by replacing it with '.

【0032】このように、Fは媒質の電気伝導率の項も
含むことになる。さて、この媒質の電気伝導率が具体的
に誘電泳動力に対してどのように作用するのかを説明す
る。今、媒質をイオン濃度の低い水とし、微生物として
の一般的な比誘電率等の値を用いて誘電泳動力と周波数
の関係をグラフに表したのが図7(a)である。図7
(a)から明らかなように誘電泳動はある周波数領域で
は引力として、そしてある周波数領域では斥力として作
用する。本実施の形態1では微生物を移動するために引
力を利用している。
As described above, F also includes a term of the electric conductivity of the medium. Now, how the electric conductivity of the medium acts on the dielectrophoretic force will be specifically described. FIG. 7A is a graph showing the relationship between dielectrophoretic force and frequency using a medium such as water having a low ion concentration and a general value of relative permittivity as a microorganism. FIG.
As is clear from (a), dielectrophoresis acts as an attractive force in a certain frequency range and as a repulsive force in a certain frequency range. In the first embodiment, an attractive force is used to move microorganisms.

【0033】さて、媒質である水のイオン濃度を高めて
電気伝導率を高くした状態で再度グラフ化を行ったのが
図7(b)である。水のイオン濃度即ち電気伝導率を大
きくした以外、印加電圧等の各因子の値は図7(a)の
ものと同じである。図7(b)から明らかなように、引
力を示す周波数領域は狭くなり、また引力自体も弱くな
っているのがわかる。
FIG. 7 (b) is a graph again obtained in a state where the ion conductivity of water as a medium is increased to increase the electric conductivity. The values of the factors such as the applied voltage are the same as those in FIG. As is clear from FIG. 7 (b), it can be seen that the frequency range showing the attractive force is narrow, and the attractive force itself is weak.

【0034】このように、誘電泳動による力は媒質の電
気伝導率に依存して変化し、媒質の電気伝導率が上昇す
ると弱くなる。従って誘電泳動を利用する微生物測定装
置は電気伝導率の高い汚水や海水中等の微生物を測定す
るのは困難になることが分かる。
As described above, the force due to dielectrophoresis changes depending on the electric conductivity of the medium, and becomes weaker as the electric conductivity of the medium increases. Therefore, it can be seen that it becomes difficult for the microorganism measuring apparatus using dielectrophoresis to measure microorganisms such as sewage and seawater having high electric conductivity.

【0035】ところで、本実施の形態1では測定電極2
のギャップ19付近の構成が電界集中部にあたり、中で
も最も電界が集中するのはギャップ19である。従って
ギャップ19部分にもっとも強く微生物が泳動される。
図2に示すギャップ19は平行な電極に挟まれた部分で
あり、電極の伸びる方向すなわち、測定電極2の断面を
描いた図3の紙面に垂直な方向については電界の分布は
均一である。しかしながら、基板面に垂直な方向では図
3に示すような電界の分布が生じ、電極の端線同志を結
んだ面がもっとも電界が集中することになる。ギャップ
19付近に浮遊する微生物は測定電極2間に生じるこの
ような電界作用によってギャップ19に引き寄せられ、
電気力線に沿って整列する。この時、ギャップ19付近
の微生物24の移動状態は、試料液体中に存在する微生
物数とギャップ19の間隔に依存するが、十分に微生物
数が多い時にはギャップ19が微生物24から構成され
る鎖によって架橋されるほどになる。この際、当初から
ギャップ19付近に浮遊していた微生物は直ちにギャッ
プ19部分へ移動するし、ギャップ19から離れたとこ
ろに浮遊していた微生物は距離に応じて所定時間経過後
にギャップ19部に至るため、一定時間後にギャップ1
9付近の所定領域に集まっている微生物の数は測定セル
1内の微生物数にも比例する。これは当然のことながら
試料系配管10に存在する微生物数に比例するものであ
る。
In the first embodiment, the measuring electrode 2
The structure in the vicinity of the gap 19 corresponds to the electric field concentration portion, and the electric field is most concentrated in the gap 19. Therefore, the microorganism is most strongly electrophoresed in the gap 19 portion.
The gap 19 shown in FIG. 2 is a portion sandwiched between parallel electrodes, and the distribution of the electric field is uniform in the direction in which the electrodes extend, that is, in the direction perpendicular to the plane of FIG. However, in the direction perpendicular to the substrate surface, an electric field distribution as shown in FIG. 3 occurs, and the electric field concentrates most on the surface connecting the end lines of the electrodes. Microorganisms floating near the gap 19 are attracted to the gap 19 by such an electric field effect generated between the measurement electrodes 2,
Align along the lines of electric force. At this time, the moving state of the microorganisms 24 in the vicinity of the gap 19 depends on the number of microorganisms present in the sample liquid and the interval between the gaps 19, but when the number of microorganisms is sufficiently large, the gap 19 is formed by a chain composed of the microorganisms 24. It becomes even crosslinked. At this time, the microorganisms floating in the vicinity of the gap 19 from the beginning move to the gap 19 immediately, and the microorganisms floating in the place away from the gap 19 reach the gap 19 after a predetermined time elapses according to the distance. Therefore, after a certain time, gap 1
The number of microorganisms collected in a predetermined area near 9 is also proportional to the number of microorganisms in the measurement cell 1. This is, of course, proportional to the number of microorganisms existing in the sample system piping 10.

【0036】薄膜電極18は極端に抵抗が高くない限り
どのような材料から構成されてもよいが、液体中での使
用、特に本実施の形態1のように水中で使用されること
を想定すると、なるべくイオン化傾向が低い金属が望ま
しい。誘電泳動時には電極間に強い電界が生じるため、
印加する電圧の周波数と水中の電解質濃度によっては電
気分解が生じることがある。電気分解が生じるとイオン
化傾向の大きな金属から構成された電極では、電極の溶
解が生じ電極形状の崩れや極端な場合には電極の破断等
を生じてしまうものである。以上のようなことに鑑み、
本実施の形態1では電極の主材料として白金を使用して
いる。
The thin-film electrode 18 may be made of any material as long as the resistance is not extremely high. However, it is assumed that the thin-film electrode 18 is used in a liquid, particularly in water as in the first embodiment. A metal having a low ionization tendency is desirable. Because a strong electric field is generated between the electrodes during dielectrophoresis,
Electrolysis may occur depending on the frequency of the applied voltage and the concentration of the electrolyte in the water. In the case of an electrode composed of a metal having a high ionization tendency when electrolysis occurs, the electrode is dissolved, and the shape of the electrode is collapsed, and in extreme cases, the electrode is broken. In view of the above,
In the first embodiment, platinum is used as a main material of the electrode.

【0037】測定電極の基板17は、薄膜電極18を保
持でき、かつ絶縁性の高いものであればどのような材料
から構成されてもよいが、誘電率は低いほうが望まし
い。すなわちシリカガラス、ホウ珪酸ガラスのような低
誘電率基板を使用するのが望ましい。なぜ誘電率の低い
基板がより望ましいのかというと、薄膜電極18間の電
界は図3には詳細に記載していないが基板内部にも分布
するからである。基板内部の電界と、基板外部に広がる
電界すなわち誘電泳動のための電界との強度の比率は誘
電率の比によって決まる。低誘電率基板であれば内部の
電界が弱くなる。本実施の形態1では平滑性が高く、ま
た、微細加工が行いやすく誘電率も比較的低いことか
ら、低誘電率基板としてホウ珪酸ガラス基板を使用して
いる。
The substrate 17 of the measuring electrode may be made of any material as long as it can hold the thin film electrode 18 and has a high insulating property, but it is desirable that the dielectric constant is low. That is, it is desirable to use a low dielectric constant substrate such as silica glass or borosilicate glass. The reason why a substrate having a low dielectric constant is more desirable is that the electric field between the thin-film electrodes 18 is distributed in the inside of the substrate, though not shown in detail in FIG. The ratio of the intensity of the electric field inside the substrate to the electric field spreading outside the substrate, ie, the electric field for dielectrophoresis, is determined by the ratio of the dielectric constants. If the substrate has a low dielectric constant, the internal electric field becomes weak. In the first embodiment, a borosilicate glass substrate is used as the low dielectric constant substrate because the smoothness is high, the fine processing is easy, and the dielectric constant is relatively low.

【0038】本実施の形態1において、測定電極の基板
17上への薄膜電極18の作成は一般的なフォトリソグ
ラフィーを用いた方法で行っている。フォトリソグラフ
ィーによる電極作成について以下に簡単に説明する。
In the first embodiment, the thin-film electrode 18 is formed on the substrate 17 of the measurement electrode by a general method using photolithography. The following briefly describes how to make an electrode by photolithography.

【0039】フォトリソグラフィーによる電極作成法に
は多くのやり方があるが、本実施の形態1では、まずホ
ウ珪酸ガラスからなる測定電極の基板17の片面全面に
スパッタリングによってクロムを下地とした白金薄膜を
強固に付着させた物を作製する。ついでこの薄膜上に感
光性樹脂をスピンコーティングによって均一に塗布し、
感光性樹脂の硬化を促すために熱をかけてプリベークす
る。これに電極のパターンをあらかじめ形成したマスク
を密着させて感光性樹脂を露光する。マスクによって光
を遮られた部分の感光性樹脂は変化しないが、光が当た
った部分の感光性樹脂は軟化し洗浄によって容易に剥離
して白金蒸着面がむき出しになる。ついでこの基板を反
応性のガス雰囲気下においてエッチングする。この時基
板上で白金がむき出しになっている部分はエッチングに
よって侵され白金と下地のクロムが除去されるが、感光
性樹脂が残っている部分、すなわち電極のパターン部分
は樹脂によって保護されているために何ら影響を受ける
ことがない。エッチング終了後、基板を硬化した感光性
樹脂を除去する洗浄液に浸すことによって感光性樹脂を
取り去る。基板上には感光性樹脂で保護されていた部分
すなわち電極のパターンが残る。
There are many methods for preparing an electrode by photolithography. In the first embodiment, a platinum thin film with chromium as a base is formed by sputtering on the entire surface of one side of a substrate 17 of a measurement electrode made of borosilicate glass. A product that is firmly attached is produced. Then apply a photosensitive resin evenly on this thin film by spin coating,
Prebaking is performed by applying heat to accelerate the curing of the photosensitive resin. A photosensitive resin is exposed by bringing a mask in which an electrode pattern is previously formed into close contact with this. The portion of the photosensitive resin that is shielded from light by the mask does not change, but the portion of the photosensitive resin that is exposed to light softens and is easily peeled off by washing, exposing the platinum-deposited surface. Next, the substrate is etched in a reactive gas atmosphere. At this time, the portion where the platinum is exposed on the substrate is etched and the platinum and the underlying chromium are removed, but the portion where the photosensitive resin remains, that is, the electrode pattern portion is protected by the resin. So it is not affected at all. After the etching is completed, the photosensitive resin is removed by immersing the substrate in a cleaning liquid for removing the cured photosensitive resin. The portion protected by the photosensitive resin, that is, the electrode pattern, remains on the substrate.

【0040】この説明の例ではマスクを使った作成法を
説明した。なお、マスクとは作成したい電極の形状と同
一形のガラス基板上の遮光性薄膜からなるいわゆる
「型」であり、ガラス基板上の遮光性物質を電子ビーム
等によって電極のパターンに合わせて除去することで作
成される。作成する電極が少数の場合には白金蒸着基板
上に直接電子ビームによって電極パターンを描画しても
良いが、同じ物を複数作成するときには一般に上記で説
明したフォトリソグラフィーの方が効率的である。
In the example of this description, the production method using a mask has been described. Note that a mask is a so-called "mold" composed of a light-shielding thin film on a glass substrate having the same shape as an electrode to be formed, and a light-shielding substance on the glass substrate is removed by an electron beam or the like in accordance with an electrode pattern. Created by: When the number of electrodes to be formed is small, an electrode pattern may be drawn directly on the platinum-deposited substrate by an electron beam. However, when a plurality of same objects are formed, the photolithography described above is generally more efficient.

【0041】以上、簡単にフォトリソグラフィーによる
電極作成法を説明したが、これはあくまで一例であり、
本実施の形態1で使用されている電極を作成する方法は
ほかにも多数考えられ、上記の方法以外の方法によって
電極が作成されることを妨げるものではない。
The method of forming an electrode by photolithography has been described briefly, but this is merely an example.
Numerous other methods for producing the electrode used in the first embodiment are conceivable, and do not prevent the electrode from being produced by a method other than the above method.

【0042】さて、本実施の形態1におけるギャップ1
9の間隔は100μmに設定されているが、ギャップ1
9の間隔は測定対象となる微生物の大きさ等の影響を受
けるため必要に応じて調節される。例えば、酵母や単離
細胞のような大きなものでは広く、リケッチアのように
小さなものについては狭くする必要がある。また、ギャ
ップ19の間隔は、広いほど大量の微生物を濃縮するこ
とができ、測定のダイナミックレンジも広くなるが、測
定までの時間が長く必要になり、誘電泳動のために必要
な電力も大きくなる。逆にギャップ19を狭くすると、
電力と測定のために必要となる時間は少なくなるが、測
定のダイナミックレンジは狭くなってしまうものであ
る。以上のような理由から本実施の形態1においては、
ギャップ19の間隔を100μmとしているが、この値
は検出対象とする微生物に合わせて0.2〜300μm
の範囲で適宜調節されることが望ましい。
Now, the gap 1 in the first embodiment will be described.
9 is set to 100 μm, but the gap 1
The interval 9 is adjusted as necessary because it is affected by the size of the microorganism to be measured. For example, large ones such as yeast and isolated cells need to be wide, and small ones such as rickettsia need to be narrow. The larger the gap 19, the more microorganisms can be concentrated and the wider the dynamic range of the measurement. However, the time required for the measurement is long, and the power required for dielectrophoresis is also large. . Conversely, when the gap 19 is narrowed,
The power and time required for the measurement are reduced, but the dynamic range of the measurement is reduced. For the reasons described above, in the first embodiment,
The interval between the gaps 19 is set to 100 μm, which is 0.2 to 300 μm according to the microorganism to be detected.
It is desirable to adjust appropriately within the range.

【0043】次に透析セルA7、B8について説明する
と、透析セルA7は陰イオン交換膜3で測定セル1と隔
てられ内部に透析電極A5を備えている。また、透析セ
ルB8は陽イオン交換膜4で測定セル1と隔てられ内部
に透析電極B6を備えている。2種類のイオン交換膜は
いずれもイオン交換能をもった厚膜であり陰イオン交換
膜3は陰イオンのみを、陽イオン交換膜4は陽イオンの
みをそれぞれ透過することができる。透析電極A5及び
透析電極B6は実施の形態1においてはチタンの棒状電
極に白金をコーティングしたものが用いられている。
Next, the dialysis cells A7 and B8 will be described. The dialysis cell A7 is separated from the measurement cell 1 by the anion exchange membrane 3 and has a dialysis electrode A5 inside. The dialysis cell B8 is separated from the measurement cell 1 by the cation exchange membrane 4 and has a dialysis electrode B6 therein. Each of the two types of ion exchange membranes is a thick membrane having ion exchange ability, and the anion exchange membrane 3 can transmit only anions and the cation exchange membrane 4 can transmit only cations. In the first embodiment, the dialysis electrode A5 and the dialysis electrode B6 are formed by coating a titanium rod-shaped electrode with platinum.

【0044】ここで、電気透析について説明する。イオ
ンを含む水溶液に複数の電極を浸し、電極間に電位差を
かけると、溶媒と溶質によって定まる一定の電位差で電
気化学反応が生じ、溶液内をイオンが移動する。この現
象は電気分解として一般に知られているものである。ま
たこの時、陽極側には負電荷をもった陰イオンが移動
し、陰極側には正電荷をもった陽イオンが移動してくる
のが観察される。電極間の電位差が反転しないような電
圧の印加、たとえば直流の印加を行えば、イオンの移動
方向は一定となる。
Here, the electrodialysis will be described. When a plurality of electrodes are immersed in an aqueous solution containing ions and a potential difference is applied between the electrodes, an electrochemical reaction occurs at a constant potential difference determined by a solvent and a solute, and ions move in the solution. This phenomenon is commonly known as electrolysis. At this time, it is observed that negatively charged anions move to the anode side and positively charged cations move to the cathode side. If a voltage is applied so that the potential difference between the electrodes does not reverse, for example, a direct current is applied, the moving direction of ions becomes constant.

【0045】測定容器30の構造において透析電極A5
を陽極として、透析電極B6を陰極として両電極間に直
流電圧を印加する場合について説明する。なお、印加さ
れる電圧の値は電極表面で酸化還元反応を生じるのに十
分なものであればよい。
In the structure of the measuring container 30, the dialysis electrode A5
A case where a direct current voltage is applied between both electrodes as the anode and the dialysis electrode B6 as the cathode will be described. The value of the applied voltage may be any value that is sufficient to cause an oxidation-reduction reaction on the electrode surface.

【0046】電圧の印加と同時に電気分解が生じ、測定
容器30内の陰イオンは陽極側へ、そして陽イオンは陰
極側へ移動しようとする。この時透析電極A5は陽極で
あり、陰イオン交換膜3は陰イオンを透過することがで
きるので、透析セルA7と測定セル1内の陰イオンは容
易に陽極側へ移動することができるが、陽イオン交換膜
に隔てられた透析セルB8内の陰イオンは陽イオン交換
膜4を透過することができないために透析セル8内にと
どまる。同様に透析セルB8と測定セル1内の陽イオン
は容易に透析電極B6側へ移動できるが、透析セルA7
内の陽イオンは陰イオン交換膜3を通過できないために
透析セルA7内にとどまる。
Electrolysis occurs at the same time as the application of the voltage, and anions in the measurement container 30 move to the anode side and cations move to the cathode side. At this time, since the dialysis electrode A5 is an anode and the anion exchange membrane 3 can transmit anions, the anions in the dialysis cell A7 and the measurement cell 1 can easily move to the anode side. The anions in the dialysis cell B8 separated by the cation exchange membrane cannot remain in the cation exchange membrane 4 because they cannot pass through the cation exchange membrane 4. Similarly, the cations in the dialysis cell B8 and the measurement cell 1 can easily move to the dialysis electrode B6 side, but the dialysis cell A7
The cations therein cannot pass through the anion exchange membrane 3 and remain in the dialysis cell A7.

【0047】このような状況下で電圧の印加を続ける
と、測定セル1内の陽イオン及び陰イオンは測定セル1
外に移動し、測定セル1内のイオン濃度は低下する。そ
して、測定セル1内の電荷のキャリアであるイオン濃度
が低下するに従い系に流れる電流は次第に減少する。こ
うして測定セル1内のイオン濃度は低下し、測定セル1
内の溶液の電気伝導率も低下する。
When the voltage is continuously applied in such a situation, the cations and anions in the measuring cell 1
It moves outside and the ion concentration in the measurement cell 1 decreases. Then, the current flowing through the system gradually decreases as the ion concentration, which is the carrier of the charge in the measurement cell 1, decreases. Thus, the ion concentration in the measurement cell 1 decreases, and the measurement cell 1
The electrical conductivity of the solution inside also decreases.

【0048】さて、微生物は一般的に負に帯電している
ことが知られている。したがって、測定セル1内の微生
物も当然陽極側へ移動しようとする。しかしながら、微
生物は小さいといえどもイオンに比べれば非常に巨大な
粒子であり、溶液中での移動速度はイオンに比べて大変
遅い。したがって、前述したような電気透析現象によっ
て測定セル1内のイオン濃度を低下させるという目的を
達するための時間のスケールでは、微生物の移動という
のはほとんど考慮する必要が無いものである。さらに、
イオン交換膜のイオンが透過する細孔は微生物に比較し
て大変小さいものであり、もし測定セル1内の微生物が
陽極側へ移動しようとしても陰イオン交換膜に引っかか
ってしまうものである。したがって電気透析によって微
生物まで移動することはなく、測定セル内のイオン濃度
のみを低下させることができるものである。
Now, it is known that microorganisms are generally negatively charged. Therefore, the microorganisms in the measurement cell 1 naturally also try to move to the anode side. However, although microorganisms are small, they are very large particles as compared with ions, and the moving speed in a solution is very slow as compared with ions. Therefore, on the time scale for achieving the purpose of reducing the ion concentration in the measurement cell 1 by the electrodialysis phenomenon as described above, it is almost unnecessary to consider the movement of microorganisms. further,
The pores of the ion exchange membrane through which the ions permeate are very small compared to the microorganisms, and if the microorganisms in the measurement cell 1 try to move to the anode side, they will be caught by the anion exchange membrane. Therefore, the microorganism does not move to the microorganism by electrodialysis, and only the ion concentration in the measurement cell can be reduced.

【0049】透析電源回路11は前述のような電気透析
を実現するものであればどのようなものでもよく、実施
の形態1では直流電源回路を用いている。透析電源回路
11は電極に電圧を印加する事ができ、制御手段15に
よって制御されている。また、後述するように微生物数
の測定前に行われる試料の電気伝導率の測定結果に応じ
て任意の電圧値を透析電極A5を陽極として、透析電極
B6を陰極として印加できるようになっている。なお、
今後の説明が煩雑になるのを避けるために透析電源回路
が印加する電圧を以下、透析のための電圧と表現する。
The dialysis power supply circuit 11 may be of any type as long as it realizes the above-mentioned electrodialysis. In the first embodiment, a DC power supply circuit is used. The dialysis power supply circuit 11 can apply a voltage to the electrodes, and is controlled by the control unit 15. Further, as described later, an arbitrary voltage value can be applied using the dialysis electrode A5 as an anode and the dialysis electrode B6 as a cathode according to the measurement result of the electrical conductivity of the sample performed before the measurement of the number of microorganisms. . In addition,
Hereinafter, the voltage applied by the dialysis power supply circuit is referred to as a voltage for dialysis in order to avoid complicating the description in the future.

【0050】泳動電源回路12は誘電泳動を起こすため
の交流電流を測定電極2間に供給するものである。本実
施の形態1では、後述するように、誘電泳動を起こすた
めの交流電流を一旦遮断し、電極間のインピーダンス変
化の測定を行っている。この泳動電源回路12は電磁弁
9等と共に制御手段15によって制御される。
The migration power supply circuit 12 supplies an alternating current for causing dielectrophoresis between the measurement electrodes 2. In the first embodiment, as will be described later, an alternating current for causing dielectrophoresis is temporarily interrupted to measure a change in impedance between the electrodes. The migration power supply circuit 12 is controlled by the control means 15 together with the solenoid valve 9 and the like.

【0051】制御手段15は、図示しないマイクロプロ
セッサと、予め設定されたプログラムを保存するための
メモリ、タイマー等から構成され、前記プログラムにし
たがって電磁弁9の開閉を行い、透析電源回路11と泳
動電源回路12を制御して、透析電極A5及び透析電極
B6に特定の電圧の直流を印加し、また測定電極2へ特
定の周波数と電圧をもった交流電圧を印加する。さらに
制御手段15は測定部13と演算部14と信号の送受信
を行ない適宜制御を行うことで測定動作全般の流れを管
理する。
The control means 15 comprises a microprocessor (not shown), a memory for storing a preset program, a timer, and the like. The control means 15 opens and closes the solenoid valve 9 according to the program, and connects the dialysis power supply circuit 11 to the electrophoresis circuit. The power supply circuit 12 is controlled to apply a specific DC voltage to the dialysis electrode A5 and the dialysis electrode B6, and to apply an AC voltage having a specific frequency and voltage to the measurement electrode 2. Further, the control unit 15 manages the overall flow of the measurement operation by transmitting and receiving signals to and from the measurement unit 13 and the calculation unit 14 and performing appropriate control.

【0052】実施の形態1において測定部13は、測定
電極2のインピーダンスを調べるための交流電圧(以
下、測定のための電圧という)を印加する回路、インピ
ーダンスを調べるために必要となる測定電極2間にかか
る電圧と、それによって測定電極2を流れる電流と、前
記電圧と電流の位相の差を測定するための回路等から構
成され、誘電泳動によって微生物が移動し、電界集中部
近傍に濃縮されることに起因する測定電極2のインピー
ダンスの変化を測定する。インピーダンスを調べるため
に測定部13は、測定電極2間に印加された測定のため
の電圧値と、これにより測定電極2を流れる電流と、こ
の電圧と電流の位相の差を測定し、演算部14に渡す。
演算部14では後述する手順によってインピーダンスの
演算が行われる。
In the first embodiment, the measuring unit 13 includes a circuit for applying an AC voltage (hereinafter referred to as a voltage for measurement) for checking the impedance of the measuring electrode 2 and a measuring electrode 2 required for checking the impedance. It comprises a voltage applied therebetween, a current flowing through the measuring electrode 2 and a circuit for measuring the phase difference between the voltage and the current. Microorganisms move by dielectrophoresis and are concentrated near the electric field concentration portion. The change in the impedance of the measurement electrode 2 caused by the measurement is measured. In order to check the impedance, the measuring unit 13 measures a voltage value for measurement applied between the measuring electrodes 2, a current flowing through the measuring electrode 2 and a phase difference between the voltage and the current. Hand over to 14.
The calculation unit 14 calculates the impedance according to a procedure described later.

【0053】なお、測定部13は、インピーダンスのほ
かに試料の電気伝導率を測定するものでもよい。という
のは電気伝導率はインピーダンスの逆数であり、実質的
に両者は同一内容のものであって、測定部13の構成は
前述したインピーダンスを調べるための構成をそのまま
使うことができるからである。
The measuring section 13 may measure the electric conductivity of the sample in addition to the impedance. This is because the electric conductivity is the reciprocal of the impedance, and both of them have substantially the same contents, and the configuration of the measuring unit 13 can use the above-described configuration for checking the impedance as it is.

【0054】このように、電気伝導率とインピーダンス
はいわば表現上の違いしかなく、一方のインピーダンス
を測定することの説明を加えれば説明とすれば十分であ
るが、液体中のイオンによる電気伝導を説明する場合に
は、液体の電気抵抗であるインピーダンスよりも電気の
通り易さを意味する電気伝導率を使ったほうがわかり易
く、またこのような説明の方が液中のイオンの移動によ
る酸化還元反応を説明するときには一般的でもあるた
め、液中でのイオンの挙動に関する説明をわかりやすく
するためにインピーダンスだけでなく電気伝導率という
表現を用いて説明する。
As described above, the electric conductivity and the impedance are different only in terms of expression, and it is sufficient to add the explanation of measuring one of the impedances. In the case of explanation, it is easier to understand the use of electrical conductivity, which means the ease of passing electricity, than the impedance, which is the electrical resistance of a liquid. Is generally used when explaining, the expression using not only impedance but also electrical conductivity is used to make the explanation of the behavior of ions in a liquid easier to understand.

【0055】試料のインピーダンスまたは電気伝導率測
定は後述するように微生物数を測定する前に行われる。
なぜ試料のインピーダンスまたは電気伝導率の測定を行
う必要があるのかについて説明する。
The impedance or electric conductivity of the sample is measured before measuring the number of microorganisms as described later.
The reason why it is necessary to measure the impedance or electric conductivity of the sample will be described.

【0056】すでに説明したように誘電泳動力は微生物
含有液体の電気伝導率によって増減し、電気伝導率が大
きくなるほど(インピーダンスが小さくなるほど)弱く
なる傾向がある。したがって、効率よく微生物を移動さ
せ、短時間で正確な微生物数の測定を行うために、微生
物数測定に先立って試料液の脱イオン処理を行い試料の
電気伝導率を低下させることがもっとも重要になる。そ
のために本実施の形態1では脱イオン処理として電気透
析を用いて説明を行っている。この電気透析によって試
料の電気伝導率を一定の値以下にすることができる。実
施の形態1の構成では試料の電気伝導率を100μS/
cm未満にしており、十分な移動速度で微生物の移動を
行うことができる。
As described above, the dielectrophoretic force increases and decreases depending on the electric conductivity of the microorganism-containing liquid, and tends to decrease as the electric conductivity increases (the impedance decreases). Therefore, in order to move microorganisms efficiently and measure the number of microorganisms accurately in a short time, it is most important to deionize the sample solution and reduce the electrical conductivity of the sample before measuring the number of microorganisms. Become. Therefore, the first embodiment is described using electrodialysis as the deionization process. By this electrodialysis, the electrical conductivity of the sample can be reduced to a certain value or less. In the configuration of the first embodiment, the electric conductivity of the sample is set to 100 μS /
cm, and the microorganisms can be moved at a sufficient moving speed.

【0057】さて、所定時間の電気透析を行った後に試
料液体のインピーダンスまたは電気伝導率を測定するこ
とにより、前述した値を満たしている場合には直ちに微
生物数測定のステップに移ることができる。さらに、初
期のイオン濃度が高いために所定時間内には十分に電気
伝導率が低下しなかった試料についても条件が満たされ
ていないことを確認して、再度電気透析を行って所定の
電気伝導率に低下させることができる。従って、汚水や
海水等のように電気伝導率が高い試料であっても、一定
の条件を満たした試料に調整することができ、微生物数
測定に供することができる。
By measuring the impedance or electric conductivity of the sample liquid after performing the electrodialysis for a predetermined time, if the above-mentioned value is satisfied, it is possible to immediately proceed to the step of measuring the number of microorganisms. Furthermore, it was confirmed that the conditions were not satisfied for the sample whose electrical conductivity did not sufficiently decrease within a predetermined time due to the high initial ion concentration, and the electrodialysis was performed again to perform the predetermined electrical conductivity. Rate can be reduced. Therefore, even a sample having high electric conductivity such as sewage or seawater can be adjusted to a sample satisfying certain conditions, and can be used for measuring the number of microorganisms.

【0058】本実施の形態1では、測定部13は制御手
段15によって制御されており、予め設定されたプログ
ラムに従って一連の測定動作を連携して円滑に進めるこ
とができる。
In the first embodiment, the measuring section 13 is controlled by the control means 15 and can smoothly advance a series of measuring operations in cooperation with each other in accordance with a preset program.

【0059】演算部14は、図示しないマイクロプロセ
ッサ、メモリ等から構成され、詳細は後述するが、測定
部13にて測定された結果から測定電極2のインピーダ
ンスを解析し測定電極2間の静電容量を演算する。そし
て必要に応じて演算結果をメモリ14に格納したり、予
め保存されているデータを読み出して比較を行なう等し
て、最終的に試料系配管10に含まれている微生物数を
算出し表示手段16に表示を行うなどする。また、演算
部14は微生物数測定に先立って行われる試料液のイン
ピーダンスまたは電気伝導率測定の演算も行ない、演算
結果を予めメモリされている値と比較し、試料に対して
再度の電気透析が必要であるかどうかを決定する。
The operation unit 14 is composed of a microprocessor, a memory, and the like (not shown). The details will be described later, but the impedance of the measurement electrode 2 is analyzed based on the result measured by the measurement unit 13, and the electrostatic capacitance between the measurement electrodes 2 is measured. Calculate the capacity. Then, the number of microorganisms contained in the sample system pipe 10 is finally calculated by storing the calculation result in the memory 14 as necessary, reading out the data stored in advance and comparing the data, and displaying the result. For example, a display is made on the display 16. The calculation unit 14 also performs calculation of impedance or electrical conductivity measurement of the sample solution performed prior to measurement of the number of microorganisms, compares the calculation result with a value stored in advance, and performs electrodialysis again on the sample. Determine if it is needed.

【0060】なお、このマイクロプロセッサは制御手段
15と演算部14とで共用することができる。また、演
算部14も測定部13同様制御手段15によって制御さ
れており、予め設定されたプログラムに従って一連の測
定動作を連携して円滑に進めることができる。
This microprocessor can be shared by the control means 15 and the arithmetic section 14. Also, the arithmetic unit 14 is controlled by the control unit 15 similarly to the measuring unit 13, so that a series of measuring operations can be smoothly performed in cooperation with each other according to a preset program.

【0061】表示手段16は算出された微生物数を試料
1mLあたりの微生物数としてデジタル表示する。表示
手段16の表示が実施の形態1における微生物数測定装
置の最終出力となる。本実施の形態1では使用者は測定
された微生物数を試料1mLあたりの微生物数として直
接知ることができるが、表示手段としてはたとえば多い
または少ないなどランク表示を行ったり、目的に応じて
ほかの表示方法であっても良い。さらに、試料中の微生
物数を調べて殺菌装置を制御するとか、温度などの培養
条件を制御するなど、使用者が直接微生物数を知る必要
が無く、本微生物数測定装置を含む任意の装置の制御を
行うために微生物数が明らかであれば良いような場合に
は、そのまま微生物数に対応した制御を行い表示手段は
特に設ける必要がないのは言うまでもない。
The display means 16 digitally displays the calculated number of microorganisms as the number of microorganisms per 1 mL of the sample. The display on the display means 16 is the final output of the microorganism counting device in the first embodiment. In the first embodiment, the user can directly know the measured number of microorganisms as the number of microorganisms per 1 mL of the sample. The display method may be used. Furthermore, there is no need for the user to directly know the number of microorganisms, such as controlling the sterilization device by checking the number of microorganisms in the sample or controlling the culture conditions such as temperature. In the case where it is sufficient that the number of microorganisms is clear to perform the control, it is needless to say that control corresponding to the number of microorganisms is performed as it is, and no display means is particularly required.

【0062】以下、図9のフローチャートを用いて試料
の導入から測定セル1内の微生物の濃縮、測定、洗浄に
いたるまでの一連の流れを説明する。初期状態では試料
系配管10と測定セル1を遮断するための電磁弁9は開
放状態にあり、試料系配管10の液体は測定セル1と透
析セルA7及び透析セルB8内を自由に通過している。
所定のタイミングで、予めプログラムによって設定され
た測定動作に入ると制御手段15は電磁弁9を閉状態に
し、前述の3つのセルをを試料系配管10から遮断し、
閉鎖系を構成して試料導入を行う(ステップ1)。
Hereinafter, a series of flows from the introduction of the sample to the concentration, measurement, and washing of the microorganisms in the measurement cell 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. In the initial state, the solenoid valve 9 for shutting off the sample system pipe 10 and the measurement cell 1 is in an open state, and the liquid in the sample system pipe 10 freely passes through the measurement cell 1, the dialysis cell A7 and the dialysis cell B8. I have.
At a predetermined timing, when a measurement operation set in advance by a program is started, the control means 15 closes the solenoid valve 9, shuts off the above-mentioned three cells from the sample system pipe 10,
A sample is introduced by constructing a closed system (step 1).

【0063】この時、すでに説明したように、電気透析
時にセル外部を迂回して流れる電流を無視できるときに
は透析セルA7及び透析セルB8の電磁弁は特に設ける
必要が無い。この場合電気透析によって測定セル1外部
に移動したイオンはそのまま拡散し、透析のための電圧
を遮断した後も濃度勾配によってイオンが測定セル1内
部へ再び進入するのを防ぐことができる。さらに、透析
セルA7及び透析セルB8に電磁弁を設けず、透析セル
A7及び透析セルB8内の液体を自由に流すように構成
し、移動したイオンを直ちに流し去るようにするのが好
ましい。
At this time, as already described, when the current bypassing the outside of the cell during the electrodialysis can be neglected, the solenoid valves of the dialysis cell A7 and the dialysis cell B8 do not need to be particularly provided. In this case, the ions that have moved to the outside of the measurement cell 1 by electrodialysis are diffused as they are, and the ions can be prevented from reentering the inside of the measurement cell 1 due to the concentration gradient even after the voltage for dialysis is cut off. Further, it is preferable that the dialysis cell A7 and the dialysis cell B8 are not provided with an electromagnetic valve, and the liquid in the dialysis cell A7 and the dialysis cell B8 is freely flown so that the moved ions are immediately flowed away.

【0064】次いで制御手段15は、透析電源回路11
を制御して透析電極A,B間に5Vの直流を印加し電気
透析を開始する(ステップ2)。電気透析の進行過程は
すでに説明した通りである。所定時間の電気透析が終了
すると、制御手段15は測定部13に信号を送り測定セ
ル1内の試料液のインピーダンスまたは電気伝導率を測
定する(ステップ3)。測定セル1内の試料液のインピ
ーダンスまたは電気伝導率を測定するために測定部13
は周波数1kHz、電圧1Vの交流を測定電極2に印加
し、その時に流れる電流値を測定して演算部14に送
る。演算部は測定値からインピーダンスまたは電気伝導
率を演算し、予めメモリしてある値と比較して試料のイ
ンピーダンスまたは電気伝導率が微生物数測定を行なえ
るだけ十分に上昇または低下したかどうかを調べる(ス
テップ4)。本実施の形態1では試料の電気伝導率が1
00μS/cm以下になることを微生物数測定開始のた
めの条件としている。当然のことながら、電気伝導率1
00μS/cmに対応するインピーダンスの演算までを
行って条件判断を行ってもよいことは言うまでもない。
Next, the control means 15 controls the dialysis power supply circuit 11
To apply a DC voltage of 5 V between the dialysis electrodes A and B to start electrodialysis (step 2). The progress of electrodialysis is as described above. When the electrodialysis for a predetermined time is completed, the control unit 15 sends a signal to the measuring unit 13 to measure the impedance or electric conductivity of the sample solution in the measuring cell 1 (Step 3). A measuring unit 13 for measuring the impedance or electric conductivity of the sample liquid in the measuring cell 1;
Applies an alternating current having a frequency of 1 kHz and a voltage of 1 V to the measuring electrode 2, measures a current value flowing at that time, and sends the measured current value to the arithmetic unit 14. The calculation unit calculates the impedance or the electrical conductivity from the measured value and compares it with a value stored in advance to check whether the impedance or the electrical conductivity of the sample has risen or decreased sufficiently to measure the number of microorganisms. (Step 4). In the first embodiment, the electric conductivity of the sample is 1
The condition for starting the measurement of the number of microorganisms is set to be not more than 00 μS / cm. Naturally, electric conductivity 1
It goes without saying that the condition determination may be performed by performing the calculation of the impedance corresponding to 00 μS / cm.

【0065】試料のインピーダンスまたは電気伝導率が
前述の条件を満たしている場合には直ちに微生物数の測
定に移行し(ステップ5)、満たされていない場合には
再度試料の電気透析が行われる(ステップ2)。電気透
析が終了し電気伝導率が予め定められた条件を満たす
と、微生物数の測定に移る(ステップ5)。
When the impedance or electric conductivity of the sample satisfies the above-mentioned condition, the process immediately proceeds to the measurement of the number of microorganisms (step 5). When the condition is not satisfied, electrodialysis of the sample is performed again (step 5). Step 2). When the electrodialysis is completed and the electric conductivity satisfies a predetermined condition, the process proceeds to measurement of the number of microorganisms (step 5).

【0066】制御手段15は、測定部13に微生物数測
定開始の信号を送って測定の開始を指令する。測定開始
の指令を受けた測定部13は、測定のための電圧として
直ちに測定電極2間に周波数100kHz、電圧1Vの
正弦波交流電圧を印加し、その時の電流値および電圧と
電流の位相の差を測定する。ここで、印加される測定の
ための交流の周波数、電圧は、後述するようにあらかじ
め濃度が明らかな微生物を含む試料による較正時に最適
なものを選択すればよく、100kHz、1Vという本
実施の形態で例示している値にとらわれる必要はない。
また、測定電極2は少なくとも2つの電極が必要である
が、測定目的に応じて3つ以上の複数の電極を設けて測
定することができる。
The control means 15 sends a signal to start measurement of the number of microorganisms to the measurement section 13 to instruct the measurement section 13 to start measurement. Upon receiving the measurement start command, the measurement unit 13 immediately applies a sine wave AC voltage having a frequency of 100 kHz and a voltage of 1 V between the measurement electrodes 2 as a voltage for the measurement, and the current value and the phase difference between the voltage and the current at that time. Is measured. Here, the applied AC frequency and voltage for measurement may be optimally selected at the time of calibration with a sample containing a microorganism whose concentration is known in advance, as described later. It is not necessary to be bound by the values exemplified in the above.
Further, at least two electrodes are required for the measurement electrode 2, but three or more electrodes can be provided depending on the measurement purpose to perform measurement.

【0067】測定結果は演算部14に送られる。演算部
14は得られた測定結果から、測定電極2間のインピー
ダンス、測定電極2間に想定される等価回路を後述する
抵抗と静電容量からなるCRの並列回路であるとみなし
たときの静電容量値を算出する。インピーダンスは印加
電圧と電流の除算で求めることができる。また静電容量
の算出はやや複雑であるが、インピーダンスを測定のた
めの電圧と電流の位相の差を角周波数の角度差で表現し
た値(以下、位相角という)を使って複素平面上に極座
標表現し、これを解析することで算出することができ
る。以下、インピーダンスをZ、静電容量をC、リアク
タンスをx、レジスタンスをrとして、図5、図6と
(数4)〜(数8)の式を用いて詳細に説明する。
The measurement result is sent to the arithmetic section 14. Based on the measurement results obtained, the arithmetic unit 14 determines the impedance between the measurement electrodes 2 and the static circuit when the equivalent circuit assumed between the measurement electrodes 2 is regarded as a CR parallel circuit composed of a resistance and a capacitance, which will be described later. Calculate the capacitance value. The impedance can be obtained by dividing the applied voltage and the current. Although the calculation of the capacitance is a little complicated, the impedance is expressed on the complex plane using the value representing the difference between the phase of the voltage and the current for measurement as the angular difference of the angular frequency (hereinafter referred to as the phase angle). It can be calculated by expressing it in polar coordinates and analyzing it. The impedance is Z, the capacitance is C, the reactance is x, and the resistance is r, which will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 and equations (4) to (8).

【0068】[0068]

【数4】 (Equation 4)

【0069】[0069]

【数5】 (Equation 5)

【0070】[0070]

【数6】 (Equation 6)

【0071】[0071]

【数7】 (Equation 7)

【0072】[0072]

【数8】 (Equation 8)

【0073】(数4)はCR並列等価回路の合成インピ
ーダンスを表す式、(数5)はCR並列等価回路のレジ
スタンス表す式、(数6)はCR並列等価回路のリアク
タンスを表す式、(数7)はCR並列等価回路の抵抗値
を表す式、(数8)はCR並列等価回路の静電容量値を
表す式である。
(Equation 4) is an equation representing the combined impedance of the CR parallel equivalent circuit, (Equation 5) is an equation representing the resistance of the CR parallel equivalent circuit, (Equation 6) is an equation representing the reactance of the CR parallel equivalent circuit, 7) is an equation representing the resistance value of the CR parallel equivalent circuit, and (Equation 8) is an equation representing the capacitance value of the CR parallel equivalent circuit.

【0074】図5(a)は、電極間の電気的状態を等価
回路で示したものである。電極50,51の間には微生
物を含んだ水が存在しており誘電泳動によって微生物が
電極間のギャップに移動する前には水を電極間誘電体と
して構成される静電容量C52と水による電気伝導抵抗
R53が並列に電極50と51間を結んでいると考えら
れる。また、誘電泳動によって微生物が移動した後も後
述するように微生物体が誘電体微粒子としてふるまうた
めに静電容量C52と抵抗R53の絶対値は変化しても
等価回路の接続形態は変わらないと考えることができ
る。以下この等価回路をCR並列回路と呼ぶ。
FIG. 5A shows an electrical state between the electrodes in an equivalent circuit. Water containing microorganisms is present between the electrodes 50 and 51. Before the microorganisms move to the gap between the electrodes by dielectrophoresis, the water is formed by the capacitance C52 formed as a dielectric between the electrodes and the water. It is considered that the electric conduction resistance R53 connects the electrodes 50 and 51 in parallel. Further, even after the microorganisms move by dielectrophoresis, the microorganisms behave as dielectric fine particles as described later, so that even if the absolute values of the capacitance C52 and the resistance R53 change, the connection form of the equivalent circuit does not change. be able to. Hereinafter, this equivalent circuit is called a CR parallel circuit.

【0075】このようなCR並列回路に交流電圧を印加
すると、回路に流れる電流57と印加した電圧56の間
に図5(b)に示すような位相の差が現れることが一般
に知られている。位相差を印加した電圧の周波数を角周
波数ωであらわしたときの角度差θを用いて複素平面上
に極座標表示すると、電圧、電流、位相角の間には図6
に示す関係がある。
It is generally known that when an AC voltage is applied to such a CR parallel circuit, a phase difference as shown in FIG. 5B appears between the current 57 flowing through the circuit and the applied voltage 56. . When the frequency of the voltage to which the phase difference is applied is expressed in polar coordinates on a complex plane using the angle difference θ when the frequency is expressed by the angular frequency ω, the voltage, current, and phase angle are shown in FIG.
There is a relationship shown in

【0076】インピーダンスZは測定される印加電圧と
電流の除算で得られ、図6に示されたベクトルの絶対値
に相当する。この時、インピーダンスZはZ=r+jx
(jは虚数単位)の形で表現することができ、レジスタ
ンスrはr=Zsinθとして図5(a)に示されたC
R並列回路の合成インピーダンスの抵抗性成分、リアク
タンスxはx=Zcosθとして同回路の容量性成分の
逆数に関連付けられる。
The impedance Z is obtained by dividing the measured applied voltage and current, and corresponds to the absolute value of the vector shown in FIG. At this time, the impedance Z is Z = r + jx
(J is an imaginary unit), and the resistance r is represented by C = Rsin θ shown in FIG.
The resistance component x and the reactance x of the combined impedance of the R parallel circuit are related to the reciprocal of the capacitive component of the same circuit as x = Zcos θ.

【0077】一方図5(a)のCR等価回路の合成イン
ピーダンスは(数4)で表現され、(数4)をZ=r+
jxの関係からレジスタンスrとリアクタンスxに分解
して(数5)と(数6)を得る。(数5)と(数6)を
連立させて変形すると(数7)と(数8)を得る。(数
7)と(数8)に測定のための電圧値、その時の電流
値、電圧と電流の位相角の測定値から演算したr、x、
ωを代入することにより抵抗R53と静電容量C52を
知ることができる。
On the other hand, the combined impedance of the CR equivalent circuit of FIG. 5A is expressed by (Equation 4), and (Equation 4) is obtained by calculating Z = r +
By decomposing into a resistance r and a reactance x from the relation of jx, (Equation 5) and (Equation 6) are obtained. When (Equation 5) and (Equation 6) are simultaneously transformed, (Equation 7) and (Equation 8) are obtained. (Equation 7) and (Equation 8) show the voltage value for measurement, the current value at that time, r, x, calculated from the measured value of the phase angle of voltage and current.
By substituting ω, the resistance R53 and the capacitance C52 can be known.

【0078】このように説明すると大変煩雑であるが、
演算部14は図示しないマイクロプロセッサを備えてお
り、一連の演算は一瞬のうちに終了する。
Although it is very complicated to explain in this way,
The operation unit 14 includes a microprocessor (not shown), and a series of operations is completed in an instant.

【0079】演算部14は算出された静電容量Cの値を
初期値としてメモリに格納し、初期値の測定が終了した
ことを信号を送って制御手段15に伝える。以下、制御
手段15と測定部13、演算部14は必要に応じて適宜
信号のやり取りを行い、予め設定されたプログラムにし
たがった円滑な動作を行う。
The calculation unit 14 stores the calculated value of the capacitance C as an initial value in the memory, and sends a signal to the control means 15 that the measurement of the initial value has been completed. Hereinafter, the control unit 15, the measurement unit 13, and the calculation unit 14 appropriately exchange signals as needed, and perform a smooth operation according to a preset program.

【0080】なお、予め測定値に対応した演算を行って
おき、これを換算テーブルにしてメモリしておけば演算
を測定の都度行うのではなく、換算テーブルを参照する
だけで微生物に換算することもできる。すなわち、予め
設定された時間誘電泳動による微生物の濃縮を行なった
後に測定を行い、測定のための電圧値、その時の電流
値、電圧と電流の位相差を測定した後、この測定結果で
メモリ上の換算テーブルを参照すればそこに予め演算さ
れた微生物数が書き込まれているということである。こ
のような構成にすれば演算部14を設けることなく、さ
らに簡易な構造の微生物数測定装置とすることができ
る。この場合には制御手段15は透析電源回路11と、
泳動電源回路12と、測定部13の制御と換算テーブル
へのアクセスを行う。
If the calculation corresponding to the measured value is performed in advance and stored in the form of a conversion table and stored in a memory, the calculation is not performed every time the measurement is performed, but the conversion into microorganisms can be performed simply by referring to the conversion table. Can also. That is, the measurement is performed after the microorganisms are concentrated by dielectrophoresis for a preset time, and the voltage value for the measurement, the current value at that time, and the phase difference between the voltage and the current are measured. If the conversion table is referred to, it means that the previously calculated number of microorganisms is written therein. With such a configuration, it is possible to provide a microorganism count measuring apparatus having a simpler structure without providing the arithmetic unit 14. In this case, the control means 15 includes the dialysis power supply circuit 11 and
It controls the migration power supply circuit 12 and the measurement unit 13 and accesses the conversion table.

【0081】次いで制御手段15は泳動電源回路12を
制御して測定電極2間に周波数1MHzでピーク電圧1
00Vの正弦波交流電圧(以下、泳動のための電圧とい
う)を印加させる。この時印加される交流の周波数は誘
電泳動が生じる周波数範囲であれば任意に選ぶことが可
能であるが、あまりに周波数が低いと測定電極2間で望
ましくない電気分解が発生し、また逆にあまりに周波数
が高いと電源回路が複雑になる。そこで、本実施の形態
1では十分に誘電泳動を起こすことができ、かつ泳動電
源回路12も比較的簡易なものですむということで1M
Hzという周波数を選択している。
Next, the control means 15 controls the electrophoretic power supply circuit 12 to control the peak voltage 1 between the measuring electrodes 2 at a frequency of 1 MHz.
A sine wave AC voltage of 00 V (hereinafter referred to as a voltage for electrophoresis) is applied. The frequency of the alternating current applied at this time can be arbitrarily selected within a frequency range in which dielectrophoresis occurs. However, if the frequency is too low, undesired electrolysis occurs between the measurement electrodes 2 and, conversely, too much. A high frequency complicates the power supply circuit. Therefore, in the first embodiment, dielectrophoresis can be sufficiently generated, and the electrophoresis power supply circuit 12 can be relatively simple.
Hz is selected.

【0082】ただこの時、測定対象となる微生物の種類
によっては、測定のための電圧と泳動のため電圧は二つ
の異なる周波数ではなく、同一の周波数を用いても良
い。任意の微生物についてそれらをもっとも効率よく泳
動するために印加すべき交流の周波数ともっとも効率よ
く測定するために印加する交流の周波数は必ずしも同じ
ではないが、微生物種によっては泳動と測定の最適周波
数は同じになる。この場合には、単一周波数で泳動と測
定を行うことができるために泳動電源回路12を簡素化
することができる上に、泳動を行いながら連続的に測定
を行うことが可能になり、より精密な結果を得ることが
できるようになる。
At this time, depending on the type of microorganism to be measured, the voltage for measurement and the voltage for electrophoresis may use the same frequency instead of two different frequencies. The AC frequency to be applied for the most efficient migration of any microorganism and the AC frequency to be applied for the most efficient measurement are not necessarily the same. Will be the same. In this case, the migration and measurement can be performed at a single frequency, so that the migration power supply circuit 12 can be simplified. In addition, the measurement can be performed continuously while performing the migration. Precise results can be obtained.

【0083】さて、予め設定された所定時間が経過した
後、制御手段15は測定電極2間に印加している交流電
圧を一旦遮断し、測定動作を行う。測定部13と演算部
14は連携して前述した方法により、測定電極2間のイ
ンピーダンスを測定、測定電極2間の静電容量を演算
し、得られた値をメモリに格納する。測定終了後、制御
手段15は再び誘電泳動のための交流電圧を印加する。
After a lapse of a predetermined time, the control means 15 once interrupts the AC voltage applied between the measuring electrodes 2 to perform a measuring operation. The measurement unit 13 and the calculation unit 14 measure the impedance between the measurement electrodes 2 and calculate the capacitance between the measurement electrodes 2 in cooperation with the above-described method, and store the obtained value in the memory. After the measurement is completed, the control means 15 again applies an AC voltage for dielectrophoresis.

【0084】以下、予め設定された時間毎に、制御手段
15と測定部13は連携して泳動と測定を繰り返し、測
定部13は算出された静電容量を都度メモリに格納す
る。このように、誘電泳動による微生物のギャップ19
付近への移動と測定電極2のインピーダンス測定を繰り
返すことによって、測定電極2間の静電容量の時間変化
を調べることができる。
Thereafter, the control means 15 and the measuring section 13 repeat the electrophoresis and the measurement in cooperation with each other at preset time intervals, and the measuring section 13 stores the calculated capacitance in the memory each time. Thus, the gap 19 between microorganisms by dielectrophoresis was
By repeating the movement to the vicinity and the measurement of the impedance of the measurement electrode 2, it is possible to examine the time change of the capacitance between the measurement electrodes 2.

【0085】誘電泳動のための交流電圧印加開始後、予
めプログラムされた所定の回数の測定電極2のインピー
ダンス測定を行うと、測定部13はメモリに格納されて
いる複数の時点における静電容量Cの演算結果から、図
4に示すようにその時までの測定電極2間の静電容量C
の時間変化の傾きを計算し、後述する変換式に従って試
料系配管10の微生物数を算出する。
After the start of the application of the AC voltage for dielectrophoresis, the impedance of the measuring electrode 2 is measured a predetermined number of times in advance, and the measuring unit 13 detects the capacitance C at a plurality of times stored in the memory. From the calculation result of the above, as shown in FIG.
Is calculated, and the number of microorganisms in the sample system pipe 10 is calculated according to a conversion formula described later.

【0086】なぜ静電容量の時間変化の傾きを測定すれ
ば微生物数を算出することができるかというと、微生物
はイオンリッチで比較的電気伝導率が大きな細胞壁と、
リン脂質からなるとともに電気伝導率の小さな細胞膜に
囲まれており、微小な誘電体粒子とみなすことができ
る。そして、誘電体微粒子としてみた微生物の誘電率は
一般的な液体と比較して、さらに液体としては高い誘電
率を持つ水と比較しても大きな値を持っている。したが
って、誘電泳動によってギャップ19に移動する微生物
の数が増えるに連れてギャップ19付近の見かけの誘電
率は上昇していく。電極の条件を固定した状態で、その
間の媒体の誘電率を変化させると静電容量Cが変化する
のは周知の事実である。そこで、測定電極2間の静電容
量Cの変化を通じて測定電極2間の誘電率の変化を測定
すればその値はギャップ19付近に移動してきた微生物
数、ひいては試料系配管10に存在する微生物数に相関
した測定結果を得ることができる。このような静電容量
Cの時間変化の一例を示したのが図4である。そして図
4からも分かるように、測定初期の静電容量Cの時間変
化の傾き(勾配)も静電容量Cの時間変化と同様に、微
生物数に対応して増加しているのが分かる。静電容量C
の時間変化で微生物数を算出する場合、過渡状態をすぎ
てから測定した方が正確であるから、どうしても時間が
長くかかるが、測定初期の静電容量の時間変化の傾き
(勾配)によって微生物数を算出する場合は、比較的短
時間で微生物数を算出できるという特徴がある。
The reason why the number of microorganisms can be calculated by measuring the gradient of the time change of the capacitance is as follows. Microorganisms are cell walls that are ion-rich and have relatively large electric conductivity.
It is composed of phospholipids and is surrounded by a cell membrane with small electric conductivity, and can be regarded as fine dielectric particles. The dielectric constant of microorganisms viewed as dielectric fine particles has a large value as compared with a general liquid, and also as compared with water having a high dielectric constant as a liquid. Therefore, as the number of microorganisms moving to the gap 19 by dielectrophoresis increases, the apparent dielectric constant near the gap 19 increases. It is a well-known fact that the capacitance C changes when the dielectric constant of the medium is changed while the electrode conditions are fixed. Therefore, if the change in the dielectric constant between the measurement electrodes 2 is measured through the change in the capacitance C between the measurement electrodes 2, the value is the number of microorganisms that have moved to the vicinity of the gap 19, and thus the number of microorganisms existing in the sample system piping 10. Can be obtained. FIG. 4 shows an example of such a time change of the capacitance C. As can be seen from FIG. 4, it can be seen that the gradient (gradient) of the time change of the capacitance C at the initial stage of measurement also increases in accordance with the number of microorganisms, similarly to the time change of the capacitance C. Capacitance C
When calculating the number of microorganisms with the time change of the time, it is more accurate to measure after passing the transient state, so it takes a long time, but the number of microorganisms depends on the slope (gradient) of the time change of the capacitance at the initial stage of measurement. Is characterized in that the number of microorganisms can be calculated in a relatively short time.

【0087】さて、静電容量C変化と試料系配管10の
微生物数を関連付けるためには静電容量Cと微生物数間
の変換式が必要である。この変換式は微生物数が明らか
な校正用試料を、本実施の形態1で説明した微生物数測
定装置の測定系を用いて予め測定し、その時の微生物数
と静電容量Cの間の相関関係からばらつきを回帰分析し
て得られる曲線をあらわす関数をもちいる。この変換式
を演算部14のメモリに記憶させ、微生物数が未知の試
料を測定する場合には、所定時間内における静電容量C
変化の値を代入することにより試料系配管10の微生物
数を算出できる。
In order to correlate the change in the capacitance C with the number of microorganisms in the sample system pipe 10, a conversion formula between the capacitance C and the number of microorganisms is required. This conversion equation measures a calibration sample with a clear number of microorganisms in advance using the measurement system of the microorganism number measurement device described in the first embodiment, and shows a correlation between the number of microorganisms and the capacitance C at that time. And a function representing a curve obtained by regression analysis of variations. This conversion formula is stored in the memory of the calculation unit 14, and when a sample whose number of microorganisms is unknown is measured, the capacitance C within a predetermined time is measured.
By substituting the value of the change, the number of microorganisms in the sample system pipe 10 can be calculated.

【0088】ここで実施の形態1の試料としては、例え
ば酵母の培養液等の単一微生物系を想定しているが、混
合微生物系であっても、微生物の種類とその構成比が大
きく変化しない限り、前もって同様の変換式を算出して
おいて測定することが可能である。
Here, the sample of the first embodiment is assumed to be a single microorganism system such as a culture solution of yeast, etc. Unless otherwise, a similar conversion equation can be calculated in advance and measured.

【0089】以上説明したように、微生物数を算出後、
予めプログラムされた所定の時間が経過すると、演算部
14は測定終了の通知を制御手段15に送る。これを受
け、制御手段15は測定電極2への通電を停止するとと
もに電磁弁9を開放して洗浄に入る(ステップ6)。ギ
ャップ19付近に集まった微生物は、電磁弁9の開放に
より流入する試料系配管10の液体によって洗い流さ
れ、一連の測定動作が終了する。
As described above, after calculating the number of microorganisms,
After a lapse of a predetermined time programmed in advance, the arithmetic unit 14 sends a notification of the end of the measurement to the control unit 15. In response, the control means 15 stops the energization of the measuring electrode 2 and opens the solenoid valve 9 to start cleaning (step 6). Microorganisms that have gathered near the gap 19 are washed away by the liquid in the sample system piping 10 that flows in by opening the solenoid valve 9, and a series of measurement operations is completed.

【0090】このように本実施の形態1では、微生物数
測定に先立って試料液のインピーダンスまたは電気伝導
率を電気透析によって低下させるために、イオン濃度の
高い試料でも正確な測定が可能となり、短時間で、簡易
な構造でありながら、測定感度が高く、また自動測定も
可能でメンテナンスフリーの微生物数測定装置を提供す
ることができる。
As described above, in the first embodiment, since the impedance or electric conductivity of the sample solution is reduced by electrodialysis prior to the measurement of the number of microorganisms, accurate measurement can be performed even on a sample having a high ion concentration. It is possible to provide a maintenance-free microbial count measuring apparatus which has high measurement sensitivity, is capable of automatic measurement, and has a simple structure in a short time.

【0091】(実施の形態2)本発明のもう一つの実施
形態である微生物数測定装置について図面を参照しなが
ら詳細に説明する。本実施の形態2は、実施の形態1の
微生物数測定装置と重複する部分があるため、実施の形
態1と異なる部分について詳細な説明を加える。
(Embodiment 2) A microorganism counting apparatus according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the second embodiment, since there is a portion that overlaps with the microbial count measuring device of the first embodiment, a detailed description will be given of a portion different from the first embodiment.

【0092】図8は本発明の実施の形態2における微生
物数測定装置の全体構成図、図10は本発明の実施の形
態2における一連の微生物数測定動作の流れを説明する
図である。試料中の微生物数と測定時間と電極間の静電
容量Cの関係を説明するためのグラフは図4と同様であ
るので詳細な説明は実施の形態1に譲って省略する。
FIG. 8 is an overall configuration diagram of a microorganism counting device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram illustrating a flow of a series of microorganism counting operations according to the second embodiment of the present invention. A graph for explaining the relationship between the number of microorganisms in the sample, the measurement time, and the capacitance C between the electrodes is the same as that in FIG. 4, and a detailed description thereof will be omitted in the first embodiment.

【0093】図8において、40はイオン透過性の半透
膜、41は低電気伝導率液体の流入口、42は低電気伝
導率液体の流出口、43は実施の形態2における透析セ
ル、44は実施の形態2における測定容器、45は透析
溶液供給部である。
In FIG. 8, reference numeral 40 denotes an ion-permeable semipermeable membrane; 41, an inlet for a low electrical conductivity liquid; 42, an outlet for a low electrical conductivity liquid; 43, a dialysis cell according to the second embodiment; Is a measurement container in Embodiment 2, and 45 is a dialysis solution supply unit.

【0094】実施の形態2が実施の形態1ともっとも異
なる点は測定容器44の構成である。測定容器44は測
定セル1と透析セル43を備えている。測定セル1は実
施の形態1同様に内部に測定電極2を備え、電磁弁9を
介して試料系配管10につながっている。また、測定セ
ル1と透析セル43はイオン透過性の半透膜40を介し
て連接されており、イオンは自由に透過できるが微生物
などのより大きな粒子は透過できないようになってい
る。
The most different point of the second embodiment from the first embodiment is the structure of the measuring container 44. The measurement container 44 includes the measurement cell 1 and the dialysis cell 43. The measurement cell 1 has a measurement electrode 2 inside similarly to the first embodiment, and is connected to a sample system pipe 10 via an electromagnetic valve 9. Further, the measurement cell 1 and the dialysis cell 43 are connected via an ion-permeable semipermeable membrane 40, so that ions can be freely transmitted but larger particles such as microorganisms cannot be transmitted.

【0095】透析セル43は流入口41と流出口42を
もっており、測定セル1をすっぽりと覆っている。透析
液供給部45は液の供給源と制御用の弁等からなり、制
御手段15によって制御され、流入口41を介して試料
液体よりもイオン濃度の低い即ち低電気伝導率液体を必
要量供給することができる。低電気伝導率液体というの
は、詳細は後述するが、試料として測定に供される試料
系配管10を流れている液体に比較して十分にイオン濃
度が低いということである。透析セル43内はこの低電
気伝導率液体で満たされており、測定セルはその中に浸
漬されている。
The dialysis cell 43 has an inflow port 41 and an outflow port 42, and completely covers the measurement cell 1. The dialysate supply unit 45 is composed of a liquid supply source, a control valve, and the like, and is controlled by the control unit 15 to supply a required amount of a liquid having a lower ion concentration than the sample liquid, that is, a low electric conductivity liquid, through the inlet 41. can do. The low electric conductivity liquid means that the ion concentration is sufficiently lower than that of the liquid flowing through the sample piping 10 used as a sample for measurement, as will be described later in detail. The inside of the dialysis cell 43 is filled with the low electric conductivity liquid, and the measurement cell is immersed therein.

【0096】測定電極2以下、泳動電源回路12、測定
部13、演算部14、制御手段15、表示手段16等の
構成は電気透析のための動作を行わないという点を除い
て同じであるので実施の形態1に説明を譲って割愛す
る。
Since the configurations of the measuring electrode 2, the electrophoresis power supply circuit 12, the measuring unit 13, the calculating unit 14, the control unit 15, the display unit 16 and the like are the same except that the operation for electrodialysis is not performed. The description is omitted from the description of the first embodiment.

【0097】また、実施の形態2において微生物数を知
るために行われる測定と演算の基本的な考え方は実施の
形態1と同様である。即ち、微生物の誘電泳動によるギ
ャップ付近への移動によって変化する電極の静電容量C
を調べて微生物数に換算するものである。これら一連の
測定の流れを図10を用いて以下に説明するが、実施の
形態2が実施の形態1ともっとも異なる微生物数測定に
先立って行われる試料液体のイオン濃度の低減、即ち電
気伝導率の低減(インピーダンスの上昇)を実現するた
めの透析動作の部分について詳細に説明し、実施の形態
1と重複する部分については実施の形態1に説明を譲っ
て割愛する。
The basic concept of measurement and calculation performed in order to know the number of microorganisms in the second embodiment is the same as in the first embodiment. That is, the capacitance C of the electrode, which changes as the microorganism moves to the vicinity of the gap due to dielectrophoresis,
Is converted to the number of microorganisms. The flow of a series of these measurements will be described below with reference to FIG. 10. The second embodiment differs from the first embodiment in that the ionic concentration of the sample liquid is reduced prior to the measurement of the number of microorganisms, that is, the electric conductivity. The part of the dialysis operation for realizing the reduction (increase in impedance) will be described in detail, and the part overlapping with the first embodiment will be omitted from the description of the first embodiment.

【0098】測定セル1に試料液体が導入されると(ス
テップ11)、制御手段15は透析作用によって測定セ
ル1内のイオン濃度すなわち電気伝導率が低下するまで
の所定時間待機する。測定セル1の壁面は半透膜40を
介して透析セル43内を満たしている低電気伝導率液体
と接しているので試料液体中のイオンは濃度勾配にした
がって透析セル43内を満たしている低電気伝導率液体
の中へ拡散し移動していく。その結果、測定セル1内の
イオン濃度は低下し、試料液体の電気伝導率は低下(イ
ンピーダンスは上昇)していく(ステップ12)。
When the sample liquid is introduced into the measuring cell 1 (step 11), the control means 15 waits for a predetermined time until the ion concentration in the measuring cell 1, that is, the electric conductivity is reduced by the dialysis action. Since the wall surface of the measurement cell 1 is in contact with the low-conductivity liquid filling the inside of the dialysis cell 43 via the semipermeable membrane 40, ions in the sample liquid fill the inside of the dialysis cell 43 according to the concentration gradient. It diffuses and moves into the electric conductivity liquid. As a result, the ion concentration in the measurement cell 1 decreases, and the electrical conductivity of the sample liquid decreases (the impedance increases) (step 12).

【0099】所定時間経過後、制御手段15は測定部1
3に信号を送り測定セル1内の試料液のインピーダンス
または電気伝導率を測定する(ステップ13)。試料の
インピーダンスまたは電気伝導率が微生物数測定のため
の条件を満たしていない場合(ステップ14)には再度
試料の透析が行われる(ステップ12)。電気伝導率と
インピーダンスは実質的に同一内容のものであるから、
インピーダンスの演算までで条件判断を行ってもよいこ
とは実施の形態1と同様である。ただ、液中の挙動を判
断すには電気伝導率の方が分かり易いので、実施の形態
2では電気伝導率を利用している。
After the elapse of a predetermined time, the control means 15
3 to measure the impedance or electrical conductivity of the sample liquid in the measurement cell 1 (step 13). If the impedance or electric conductivity of the sample does not satisfy the conditions for measuring the number of microorganisms (step 14), the sample is dialyzed again (step 12). Since the electric conductivity and the impedance are substantially the same,
It is the same as in the first embodiment that the condition determination may be performed up to the calculation of the impedance. However, in order to judge the behavior in the liquid, the electric conductivity is easier to understand, so the second embodiment uses the electric conductivity.

【0100】測定セル中のイオンの低電気伝導率液体へ
の移動は、濃度勾配に起因したものであるので、試料液
体と低電気伝導率液体のイオン濃度の差が大きいほど早
くなる。したがって、試料液導入直後は急激に電気伝導
率が低下し、低電気伝導率液体に移動したイオンによる
濃度と、試料液中のイオンの濃度の差が時間経過にした
がって小さくなると遅くなっていくものである。最終的
に透析セル43内のイオン濃度と測定セル1内のイオン
濃度が同じになると拡散は平衡に達し測定セル1内の試
料液体の電気伝導率はそれ以上低下しなくなる。つま
り、測定セル1内の試料液体の電気伝導率の最終到達点
は透析セル43内に導入される低電気伝導率液体のイオ
ン濃度の初期値によって決まってくることになる。した
がって、第一回目の透析終了時点で試料液体の電気伝導
率が微生物数測定のための条件を満たしていない場合に
は、制御手段15は透析液供給部45を制御して透析セ
ル43内の液体を新しい電気伝導率の低い液体に入れ替
え、第2回目の透析を行う(ステップ15)。
The movement of the ions in the measurement cell to the low electric conductivity liquid is caused by the concentration gradient. Therefore, the larger the difference between the ion concentrations of the sample liquid and the low electric conductivity liquid, the faster the movement. Therefore, immediately after the introduction of the sample liquid, the electric conductivity sharply decreases, and the electric conductivity becomes slower as the difference between the concentration of ions transferred to the low electric conductivity liquid and the concentration of ions in the sample liquid decreases over time. It is. Eventually, when the ion concentration in the dialysis cell 43 and the ion concentration in the measurement cell 1 become the same, the diffusion reaches an equilibrium and the electrical conductivity of the sample liquid in the measurement cell 1 does not further decrease. That is, the final point of the electric conductivity of the sample liquid in the measurement cell 1 is determined by the initial value of the ion concentration of the low electric conductivity liquid introduced into the dialysis cell 43. Therefore, when the electrical conductivity of the sample liquid does not satisfy the conditions for measuring the number of microorganisms at the end of the first dialysis, the control means 15 controls the dialysate supply unit 45 to control the inside of the dialysis cell 43. The liquid is replaced with a new liquid having a low electric conductivity, and a second dialysis is performed (step 15).

【0101】もちろん、測定セル1に比較して透析セル
43の容積を大きくしていけば透析セル43内の液体を
入れ替えなくとも、拡散によって最終的に到達する測定
セル1内のイオン濃度はより低下する。しかしながら、
これは装置が大きくなってしまうためあまり望ましいこ
ととはいえない。
Of course, if the volume of the dialysis cell 43 is made larger than that of the measurement cell 1, the ion concentration in the measurement cell 1 finally reached by diffusion can be further increased without replacing the liquid in the dialysis cell 43. descend. However,
This is not very desirable because the device becomes large.

【0102】前述した方法よりさらに試料液体の電気伝
導率を低下させるためのよりよい方法は、透析セル43
内の低電気伝導率液体を透析液供給部45から連続的に
供給し測定セル1から拡散してきたイオンを流出口42
から流し去ることである。このような構成にすることに
より試料液体は半透膜40を介して常にもっとも清浄な
状態の低電気伝導率液体と接することになり、常時最大
限のイオン濃度差を維持したまま透析を行うことができ
るようになる。このような構成にすることにより、原理
的には透析セル43に供給する低電気伝導率液体と同じ
電気伝導率になるまで測定セル1内の試料液体のイオン
濃度を低下させることができる。このような構成をとる
ことは機構的にもやや複雑になるが、より精密な測定を
行うときや、極端に電気伝導率の高い試料中の微生物を
測定する際には望ましい方法である。ただし、あまりに
極端な速度で試料液体の電気伝導率を低下させる、即ち
イオン濃度を低下させると、測定すべき試料液体中の微
生物が浸透圧の急激な変化によって破壊されてしまう可
能性があるので注意が必要である。測定対象が単離され
た動物細胞のように細胞膜のみで柔らかいものである場
合などには透析の速度を遅くする必要がある。
A better method for further reducing the electrical conductivity of the sample liquid than the method described above is the dialysis cell 43.
The low electric conductivity liquid in the inside is continuously supplied from the dialysate supply unit 45, and the ions diffused from the measurement cell 1 are discharged from the outlet 42.
Is to wash away from With such a configuration, the sample liquid is always in contact with the cleanest low-conductivity liquid through the semipermeable membrane 40, and dialysis is performed while always maintaining the maximum ion concentration difference. Will be able to With such a configuration, in principle, the ion concentration of the sample liquid in the measurement cell 1 can be reduced until the electric conductivity becomes the same as the low electric conductivity liquid supplied to the dialysis cell 43. Although such a configuration is somewhat complicated in terms of mechanism, it is a desirable method when performing more precise measurement or when measuring microorganisms in a sample having extremely high electrical conductivity. However, if the electrical conductivity of the sample liquid is reduced at an extremely extreme speed, that is, if the ion concentration is reduced, microorganisms in the sample liquid to be measured may be destroyed by a rapid change in osmotic pressure. Caution must be taken. In the case where the measurement target is a soft one with only a cell membrane, such as an isolated animal cell, it is necessary to reduce the dialysis speed.

【0103】制御部15は測定セル1内の電気伝導率が
微生物数測定のための条件を満たすと、微生物数の測定
を開始する(ステップ16)。微生物の測定とその後の
洗浄の手順は実施の形態1と同様であるので実施の形態
1に説明を譲って割愛する(ステップ17)。
When the electric conductivity in the measurement cell 1 satisfies the condition for measuring the number of microorganisms, the control unit 15 starts measuring the number of microorganisms (step 16). The procedure of measurement of the microorganisms and the subsequent washing are the same as those in the first embodiment, and the explanation is omitted for the first embodiment (step 17).

【0104】このように、半透膜を用いて清浄液体中で
試料液体の透析を行うことによって試料液体中のイオン
濃度が低下し、試料液体の電気伝導率が低下して効率よ
く誘電泳動を行うことができるようになり、簡易な構造
でありながら、精度が高くメンテナンスフリーの微生物
数測定装置を提供することができる。
As described above, dialysis of a sample liquid in a clean liquid using a semi-permeable membrane lowers the ion concentration in the sample liquid, lowers the electrical conductivity of the sample liquid, and efficiently performs dielectrophoresis. As a result, it is possible to provide a highly accurate and maintenance-free microorganism counting apparatus with a simple structure.

【0105】[0105]

【発明の効果】本発明によれば、薬剤や特別な装置を必
要とすることなく、高感度で、電気伝導率の高い試料で
あっても迅速に自動で測定できるメンテナンスフリーの
微生物数測定装置を提供することができる。
According to the present invention, a maintenance-free microorganism counting apparatus which can quickly and automatically measure a sample having high sensitivity and high electric conductivity without requiring a medicine or a special device. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1における微生物数測定装
置の全体構成図
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a microorganism counting apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1における電極の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an electrode according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1における電極の断面と電
極間の電界の状態を説明するための図
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of an electrode and a state of an electric field between the electrodes according to the first embodiment of the present invention.

【図4】微生物数と測定時間と電極間の静電容量Cの関
係を説明するためのグラフ
FIG. 4 is a graph for explaining the relationship among the number of microorganisms, measurement time, and capacitance C between electrodes.

【図5】電極間の静電容量の計算方法を説明するための
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of calculating capacitance between electrodes;

【図6】電極間の静電容量の計算方法を説明するための
もう一つの図
FIG. 6 is another diagram for explaining a method of calculating capacitance between electrodes;

【図7】誘電泳動による力と周波数の関係を説明するた
めの図
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between force and frequency by dielectrophoresis.

【図8】本発明の実施の形態2における微生物数測定装
置の全体構成図
FIG. 8 is an overall configuration diagram of a microorganism counting apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態1における一連の微生物数
測定動作の流れを説明する図
FIG. 9 is a diagram illustrating a flow of a series of operations for measuring the number of microorganisms according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態2における一連の微生物
数測定動作の流れを説明する図
FIG. 10 is a view for explaining a flow of a series of microorganism count measurement operations in Embodiment 2 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測定セル 2 測定電極 3 陰イオン交換膜 4 陽イオン交換膜 5 透析電極A 6 透析電極B 7 透析セルA 8 透析セルB 9 電磁弁 10 試料系配管 11 透析電源回路 12 泳動電源回路 13 測定部 14 演算部 15 制御手段 16 表示手段 17 測定電極の基板 18 薄膜電極 19 ギャップ 20 電気力線 30 測定容器 40 半透膜 41 流入口 42 流出口 43 透析セル 44 測定容器 45 透析液供給部 50,51 極 52 静電容量 53 抵抗 54 時間軸 55 電圧または電流の大きさを表す軸 56 電流値の変化を表す曲線 57 電圧値の変化を表す曲線 Reference Signs List 1 measurement cell 2 measurement electrode 3 anion exchange membrane 4 cation exchange membrane 5 dialysis electrode A 6 dialysis electrode B 7 dialysis cell A 8 dialysis cell B 9 solenoid valve 10 sample piping 11 dialysis power supply circuit 12 migration power supply circuit 13 measuring unit 14 arithmetic unit 15 control means 16 display means 17 substrate of measurement electrode 18 thin film electrode 19 gap 20 line of electric force 30 measurement container 40 semipermeable membrane 41 inflow port 42 outflow port 43 dialysis cell 44 measurement container 45 dialysate supply unit 50, 51 Pole 52 Capacitance 53 Resistance 54 Time axis 55 Axis representing magnitude of voltage or current 56 Curve representing change in current value 57 Curve representing change in voltage value

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/447 G01N 33/483 E 33/483 27/26 301A Fターム(参考) 2G045 AA28 CB21 FA34 FB05 GC16 GC22 GC30 HA02 JA01 JA04 JA07 2G060 AA06 AD08 AE40 AF06 AF08 AG08 JA10 4B029 AA07 BB01 CC01 FA10 FA11 4B063 QA01 QQ05 QS31 QS39 QX04──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 27/447 G01N 33/483 E 33/483 27/26 301A F-term (Reference) 2G045 AA28 CB21 FA34 FB05 GC16 GC22 GC30 HA02 JA01 JA04 JA07 2G060 AA06 AD08 AE40 AF06 AF08 AG08 JA10 4B029 AA07 BB01 CC01 FA10 FA11 4B063 QA01 QQ05 QS31 QS39 QX04

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の電極が設けられ微生物含有の液体を
導入することができる測定セルと、該測定セルにイオン
透過性隔膜を介して連接され、前記測定セル内のイオン
濃度を低下するための透析手段とを備えた測定容器を有
し、 前記測定容器には、 前記測定セル内の微生物を誘電泳動するための泳動電源
回路と、 前記複数の電極間のインピーダンスまたは電気伝導率を
測定するための測定部と、 前記測定部の測定結果を演算して微生物数を算出する演
算部と、 前記泳動電源回路と前記透析手段と前記測定部と前記演
算部を制御する制御手段が設けられ、 前記液体が導入されたとき前記透析手段によって前記測
定セル内のイオン濃度を低下してインピーダンスまたは
電気伝導率を測定し微生物数を算出することを特徴とす
る微生物数測定装置。
1. A measuring cell provided with a plurality of electrodes, into which a liquid containing microorganisms can be introduced, and connected to the measuring cell via an ion-permeable diaphragm to reduce the ion concentration in the measuring cell. A dialysis unit, wherein the measurement container includes: a migration power supply circuit for performing dielectrophoresis of microorganisms in the measurement cell; and measuring impedance or electrical conductivity between the plurality of electrodes. A measuring unit for calculating the number of microorganisms by calculating a measurement result of the measuring unit; and a control unit for controlling the electrophoresis power supply circuit, the dialysis unit, the measuring unit, and the calculating unit, When the liquid is introduced, the dialysis means reduces the ion concentration in the measurement cell, measures impedance or electric conductivity, and calculates the number of microorganisms. .
【請求項2】透析手段が、第1透析用電極を収容し陽イ
オン透過性隔膜を介して測定セルに連接された第1の透
析セルと、第2透析用電極を収容し陰イオン透過性隔膜
を介して前記測定セルに連接された第2の透析セルを備
えるとともに、前記第1透析用電極と前記第2透析用電
極に電気透析を行うための電圧を印加する透析電源回路
を備えたことを特徴とする請求項1記載の微生物数測定
装置。
2. A dialysis means comprising: a first dialysis cell containing a first dialysis electrode and connected to a measurement cell via a cation-permeable diaphragm; and a second dialysis cell containing an anion-permeable electrode. A second dialysis cell connected to the measurement cell via a diaphragm; and a dialysis power supply circuit for applying a voltage for performing electrodialysis to the first dialysis electrode and the second dialysis electrode. The microorganism counting device according to claim 1, wherein:
【請求項3】透過手段が、半透膜を介して測定セルに連
接された透析セルを備えるともに、前記透析セル内に前
記測定セル内の液体より電気伝導率の低い液体を導入す
る透析溶液供給部を備えたことを特徴とする請求項1記
載の微生物数測定装置。
3. A dialysis solution, wherein the permeation means includes a dialysis cell connected to the measurement cell via a semipermeable membrane, and a liquid having a lower electric conductivity than the liquid in the measurement cell is introduced into the dialysis cell. The microorganism counting device according to claim 1, further comprising a supply unit.
【請求項4】微生物数の測定を行う前に前記微生物含有
液体の電気伝導率を測定することを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載の微生物数測定装置。
4. The method according to claim 1, wherein the electrical conductivity of the microorganism-containing liquid is measured before the measurement of the number of microorganisms.
The microorganism counting device according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】複数の電極を備えたセル内に微生物含有の
液体を導入し、前記電極間に交流電圧を印加して前記測
定セル内の微生物に誘電泳動力を及ぼして電界集中部に
集めると共に電極間でインピーダンスまたは電気伝導率
を測定して微生物数を算出する微生物数測定方法であっ
て、前記交流電圧を印加する前に前記液体を脱イオン処
理して前記液体の電気伝導率を低下させることを特徴と
する微生物数測定方法。
5. A microorganism-containing liquid is introduced into a cell having a plurality of electrodes, and an alternating voltage is applied between the electrodes to exert a dielectrophoretic force on the microorganisms in the measurement cell and collect the microorganisms in an electric field concentration portion. A method for measuring the number of microorganisms by measuring impedance or electric conductivity between electrodes together with the method of measuring the number of microorganisms, wherein the liquid is deionized before applying the AC voltage to reduce the electric conductivity of the liquid. A method for measuring the number of microorganisms.
【請求項6】脱イオン処理が半透膜による透析であるこ
とを特徴とする請求項5記載の微生物数測定方法。
6. The method according to claim 5, wherein the deionization treatment is dialysis using a semipermeable membrane.
【請求項7】脱イオン処理が第1の透析用セルと第2の
透析用セルを用いた電気透析であることを特徴とする請
求項5記載の微生物数測定方法。
7. The method according to claim 5, wherein the deionization treatment is electrodialysis using the first dialysis cell and the second dialysis cell.
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