JP2004141332A - リバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】検体から特定物質を効率よく抽出し、その特定物質の濃度を正確に測定するリバースイオントフォレシス装置及びその測定方法を提供する。
【解決手段】チップベース４と、チップベース４上に配置されたガラスチップ５と、ガラスチップ５上に配置され、検体１００から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜６と、チップベース４の両端部部位に離間して配置され、検体１００の第１の部位に接触される１対の電極板１１ａ，１１ｂとを有するセンサーチップ２と、センサーチップ２を搭載し、１対の電極板１２ａ，１２ｂと、１対の電極板１２ａ，１２ｂ上に接して設けられ、検体１００の第２の部位に接触される電解質ゲル２０と、センサーチップ２上の色素膜に光を照射する光源３１と、素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子３２とを有する測定装置３とを備える
【選択図】 図２
【解決手段】チップベース４と、チップベース４上に配置されたガラスチップ５と、ガラスチップ５上に配置され、検体１００から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜６と、チップベース４の両端部部位に離間して配置され、検体１００の第１の部位に接触される１対の電極板１１ａ，１１ｂとを有するセンサーチップ２と、センサーチップ２を搭載し、１対の電極板１２ａ，１２ｂと、１対の電極板１２ａ，１２ｂ上に接して設けられ、検体１００の第２の部位に接触される電解質ゲル２０と、センサーチップ２上の色素膜に光を照射する光源３１と、素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子３２とを有する測定装置３とを備える
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体中に含まれる特定物質の濃度を測定する装置に関し、特に特定物質を電気的に抽出するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検体、特に生体内に含まれる特定物質の濃度測定として、最も一般的な例としては血糖値測定がある。具体的には、血管から注射器によって採取したり、皮膚に針を用いて穿孔し搾り出したりして得られた血液を測定器の光センサー部に滴下する。そして、測定器の光センサー部で酵素を触媒として色素と反応させ発色させ、その発色した色素濃度を吸光度に基づいて測定し、検体中の血糖濃度を求める方法がよく用いられる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、電流によってイオン性もしくは水溶性の特定物質を皮膚を通して生体内に導入するイオントフォレシス方法を応用した発明が多くなされている（例えば、特許文献１参照。）。近年ではこれを逆に利用し、電流によって生体内から皮膚を通して特定物質を抽出するリバースイオントフォレシス方法の研究が行われている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７６４２８号公報
【０００５】
【非特許文献１】
ギルボルトら著「アドバンス・イン・バイオセンサー」第１巻 １９９１年 Ｐ２５８〜２８９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の血糖値測定では、人体に傷をつけ苦痛を与えてしまう問題があるため、リバースイオントフォレシスにより、生体に傷をつけずにグルコースを抽出し、発色反応を起こさせ血糖値を求める方法が考えられている。
【０００７】
しかし、検体からリバースイオントフォレシスによって抽出される物質の量は微量であるため、物質濃度分析には不向きである問題があった。
【０００８】
本発明は、リバースイオントフォレシスによって物質を効率よく抽出し、センサー部で物質濃度を正確に測定することが可能なリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、チップベースと、チップベース上に配置されたガラスチップと、ガラスチップ上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜と、チップベースの両端部部位に離間して配置され、検体の第１の部位に接触される１対の第１電極板及び第２電極板とを有するセンサーチップと、センサーチップを搭載し、１対の第３電極板及び第４電極板と、１対の第３電極板及び第４電極板上に接して設けられ、検体の第２の部位に接触される電解質ゲルと、センサーチップ上の色素膜に光を照射する光源と、素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置とを備えるリバースイオントフォレシス装置であることを要旨とする。第１の特徴において、１対の第１電極板及び第２電極板を陽極に配線し、１対の第３電極板及び第４電極板を陰極に配線した電源とを更に備えることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、チップベースと、チップベース上に配置されたガラスチップと、ガラスチップ上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜とを有するセンサーチップと、センサーチップを搭載し、１対の第１電極板及び第２電極板と、第１及び第２電極板上に接して設けられ、検体の第１の部位に接触される電解質ゲルと、センサーチップの搭載部位に離間して配置され、検体の第２の部位に接触される第３電極板と、センサーチップ上の色素膜に光を照射する光源と、色素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置であることを要旨とする。第２の特徴において、１対の第１電極板及び第２電極板を陰極に配線し、第３電極板を陽極に配線した電源とを更に備えることが好ましい。
【００１１】
本発明の第１及び第２の特徴によれば、リバースイオントフォレシスにより検体から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づく光の極微な変化を検出するため、検体から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、電源の陰極に接続された、電源の陽極に接続された、センサーチップ上の１対の第１電極板及び第２電極板を、検体の第１の部位に接触させ、電源の陰極に接続された、測定装置上の１対の第３電極板及び第４電極板を、検体の第２の部位に接触させ、１対の第１電極板及び第２電極板と１対の第３電極板及び第４電極板との間に電圧を印加して、検体からグルコースをセンサーチップ上の色素膜に抽出するステップと、抽出されたグルコースと反応を起こし変色した色素膜に光を照射するステップと、色素膜における変色に基づく、光の変化量を測定するステップとを有するリバースイオントフォレシス測定方法であることを要旨とする。本発明の第３の特徴において、印加する電圧は、５ボルト〜２０ボルト、好ましくは１０ボルト〜１５ボルトであることが好ましい。
【００１３】
本発明の第３の特徴によれば、リバースイオントフォレシスにより検体から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づくレーザ光の極微な変化を検出するため、検体から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分は同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
（リバースイオントフォレシス装置）
本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置１は、図１に示すように、センサーチップ２と、センサーチップ２を搭載する測定装置３とを備えている。
【００１６】
センサーチップ２は、図２に示すように、チップベース４と、チップベース４上に配置されたガラスチップ５と、ガラスチップ５上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜６を備える。更に、チップベース４上面の両端部部位に離間して配置され、検体の第１の部位に接触される１対の第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂを備えている。ガラスチップ５は、例えばホウケイ酸ガラス等からなる。チップベース４は、例えばプラスチック等からなる。色素膜６は、変色又は発色反応を起こすために必要であれば、酵素等の触媒を含んでも構わない。第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ステンレス等の導電性材料からなり、或いは皮膚との接触が良好なゲル電極等である。また、第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂは、チップベース４から取り外して交換可能な構成になっている。
【００１７】
図３（ａ）は、センサーチップ２を上から見た図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図を示している。チップベース４は、図３（ｂ）に示すように、チップベース４の上面に直交する方向に第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂを有する。また、チップベース４には、ガラスチップ５上の色素膜６を照射するレーザ光の入射光及びその反射光が通過できるように貫通口８が設けられている。第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂは、図３（ｂ）に示すように、それぞれチップベース４の第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂ上に配置されることとなる。
【００１８】
測定装置３は、図２に示すように、１対の第３電極板１２ａ及び第４電極板１２ｂと、１対の第３電極板１２ａ及び第４電極板１２ｂ上に接して設けられた電解質ゲル２０とを備えている。更に、センサーチップ２上の色素膜６にレーザ光を照射する光源３１と、色素膜６を通過して反射してきたレーザ光を受け取る受光素子３２とを備える。測定装置３上面の中央部付近には、光源３１からのレーザ光の入射光及びその反射光が通過できるように貫通口９が設けられている。更に、測定装置３上面の両端部付近には、センサーチップ２に設けられた第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂにそれぞれ合致する第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂが設けられている。第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂは、導電性材料からなる。更に、測定装置３は、図２に示すように、第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂを陰極に配線し、第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを陽極に配線した電源とを備えている。第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂは、センサーチップ２を着脱できるように開閉自在な構成になっている。また、第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂは、測定装置３の上面に直交する方向に上下移動可能な構成になっている。
【００１９】
センサーチップ２と測定装置３を結合するときは、まず、測定装置３上の第３電極板１２ａと第４電極板１２ｂとの間にセンサーチップ２を挿入する。そして、センサーチップ２の第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに、それぞれ測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを嵌め込むことで互いに位置決めをする。このとき、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂが、チップベース４の第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂを貫通することにより、センサーチップ２のチップベース４に設けられた第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂに接触して電気的に接続可能な状態となる。すなわち、図１に示すように、電源３０の陽極は、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを通じてセンサーチップ２の第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂに配線されることとなる。
【００２０】
（リバースイオントフォレシス測定方法）
次に、リバースイオントフォレシス装置１を用いて検体１００のグルコースを測定する方法について説明する。
【００２１】
（イ）まず、リバースイオントフォレシス装置１本体にセンサーチップ２を搭載する。具体的には、センサーチップ２のチップベース４に設けられた第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂをそれぞれ挿入することにより固定される。これにより、図１に示すように、第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂが、チップベース３上の第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂに接触し、導電可能な状態となる。
【００２２】
（ロ）次に、ガラスチップ５の色素膜６の上部に、緩衝電解液が含まれた電解質ゲル２０を第１電極板１１ａ及び第２電極板１１ｂ上に接するように配置する。そして、電界（例えばパルス状の電界）が印加されるように電源３０の陽極を第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂに接続し、電源３０の陰極を第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂに直接接続する。センサーチップ２のチップベース４上に設けられた第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂには、それぞれ第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを通じて電源３０の陽極が配線されることとなる。
【００２３】
（ハ）次に、図１に示すリバースイオントフォレシス装置１の電解質ゲル２０側に検体１００、例えば人体の皮膚の一部を接触させ、さらに検体１００の別の部位に第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂを接触するように押し当てる。このとき、電解質ゲル２０と共に第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂは、測定装置３の上面に直交する方向に押し下がり、図１に示したように、センサーチップ２の色素膜６と電解質ゲル２０が接触することとなる。ここで、色素膜６の上部に配置された電解質ゲル２０と第３電極板１２ａ、第４の１２ｂの間に電源３０から数ボルト〜１０数ボルトの電圧が印加されると、人体の皮膚下のグルコースが電解質ゲル２０を通して色素膜６に効率よく抽出され、色素膜６で色素と反応して変色する。ここで、印加する電圧の範囲は、５ボルト〜２０ボルト、好ましくは１０ボルト〜１５ボルトである。印加する電圧が５ボルト以下では、検体の抵抗（例えば、人体の皮膚の抵抗）により電流が流れにくくなり、グルコースを染み出させるのに時間がかかってしまうため実用的ではない。また、印加する電圧が２０ボルト以上では、人体の皮膚に対するダメージが問題となる。例えば、人体の皮膚に対するダメージを抑えるため、単位面積あたりの電流値を０．３ｍＡ／ｃｍ２以下にする必要がある。
【００２４】
（ニ）次に、図１に示すように、光源３１（例えば波長６５０ｎｍの半導体レーザ）及び受光素子３２を、それぞれリバースイオントフォレシス装置１に搭載されたセンサーチップ２のチップベース４裏面左側及び右側に配置する。そして、光源３１からレーザ光をチップベース４裏面側に入射する。チップベース４の貫通口８を介してそのレーザ光はガラスチップ５を透過して色素膜６を照射する。このとき、色素膜６における変色に基づく変化（例えば吸光度変化）により、レーザ光の反射光の強度が変化する。このときのレーザ光の反射光の変化を受光素子３２で検出することによりグルコースの濃度が測定される。
【００２５】
このように、リバースイオントフォレシスにより検体１００（人体の皮膚下）から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づくレーザ光の極微な変化を検出する。このため、検体１００から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【００２６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００２７】
本発明の実施の形態において一例として、センサーチップ２のチップベース４上に第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂを配置し、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを通じて電源３０の陽極が電気的に接続されるようにした。しかし、第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂをセンサーチップ２のチップベース４上に配置することに限定されない。例えば、図４に示すリバースイオントフォレシス装置１は、図１に示すリバースイオントフォレシス装置１と比べて、センサーチップ２ａ側に電極板を配置せずに、測定装置３ａ上面のセンサーチップ２ａが配置される箇所の周辺部に第５電極板１４を備えている。更に、測定装置３ａは、センサーチップ２ａのチップベース４に設けられた第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに挿入可能な第１の位置決めピン１３ａ、第１の位置決めピン１３ｂをセンサーチップ２ａの位置決め構造として備えている。センサーチップ２ａは、図５に示すように、チップベース４と、チップベース４上に配置されたガラスチップ５と、ガラスチップ５上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜６を備える。チップベース４は、図５に示すように、チップベース４の上面に直交する方向に第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂを有する。測定装置３ａとセンサーチップ２ａを結合するときは、まず、測定装置３ａ上の第３電極板１２ａと第４電極板１２ｂとの間にセンサーチップ２ａを挿入する。そして、センサーチップ２ａの第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに、それぞれ測定装置３ａの第１の位置決めピン１０ａ、第２の位置決めピン１０ｂを嵌め込むことで互いに位置決めをする。図４には示していないが、電源３０の陽極は第５電極板１４に接続され、電源３０の陰極は第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂに接続される。その他の構成は、図１に示した本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置１と同様であるので重複した記載は省略する。
【００２８】
また、本発明の実施形態とその他の実施の形態に係るセンサーチップ２、センサーチップ２ａにおいて、ガラスチップ５はチップベース４上に配置される構成となっているが、これはガラスチップ５を製造する過程において、ガラス基板からガラスチップ５の周囲をスクライバ等を用いて割り取る場合に突起が多く扱い難いことを考慮したものである。したがって、図６に示すセンサーチップ２ｂのように、特にチップベース４を用いない構成にしても同様の測定が可能である。
【００２９】
また、本発明の実施の形態においては、検体１００中の特定物質として陽イオン荷電分子を例にして説明してきたが、特定物質が陰イオン荷電分子の場合は、電源３０の陽極と陰極を逆に接続すれば、同様に抽出できることは勿論である。
【００３０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、検体からリバースイオントフォレシスによって微量の特定物質を効率よく抽出し、色素膜で特定物質の濃度を正確に測定するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置の斜視図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るセンサーチップを上から見た図である。
（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図４】本発明のその他の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置の斜視図である。
【図５】本発明のその他の実施の形態に係るセンサーチップの例（その１）である。
【図６】本発明のその他の実施の形態に係るセンサーチップの例（その２）である。
【符号の説明】
１…リバースイオントフォレシス装置
２，２ａ，２ｂ…センサーチップ
３，３ａ…測定装置
４…チップベース
５…ガラスチップ
６…色素膜
７ａ…第１の位置決め穴
７ｂ…第２の位置決め穴
８，９…貫通口
１０ａ…第１の導電性位置決めピン
１０ｂ…第２の導電性位置決めピン
１１ａ…第１電極板
１１ｂ…第２電極板
１２ａ…第３電極板
１２ｂ…第４電極板
１３ａ…第１の位置決めピン
１３ｂ…第２の位置決めピン
１４…第５電極板
２０…電解質ゲル
３０…電源
３１…光源
３２…受光素子
１００…検体
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体中に含まれる特定物質の濃度を測定する装置に関し、特に特定物質を電気的に抽出するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検体、特に生体内に含まれる特定物質の濃度測定として、最も一般的な例としては血糖値測定がある。具体的には、血管から注射器によって採取したり、皮膚に針を用いて穿孔し搾り出したりして得られた血液を測定器の光センサー部に滴下する。そして、測定器の光センサー部で酵素を触媒として色素と反応させ発色させ、その発色した色素濃度を吸光度に基づいて測定し、検体中の血糖濃度を求める方法がよく用いられる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、電流によってイオン性もしくは水溶性の特定物質を皮膚を通して生体内に導入するイオントフォレシス方法を応用した発明が多くなされている（例えば、特許文献１参照。）。近年ではこれを逆に利用し、電流によって生体内から皮膚を通して特定物質を抽出するリバースイオントフォレシス方法の研究が行われている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７６４２８号公報
【０００５】
【非特許文献１】
ギルボルトら著「アドバンス・イン・バイオセンサー」第１巻 １９９１年 Ｐ２５８〜２８９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の血糖値測定では、人体に傷をつけ苦痛を与えてしまう問題があるため、リバースイオントフォレシスにより、生体に傷をつけずにグルコースを抽出し、発色反応を起こさせ血糖値を求める方法が考えられている。
【０００７】
しかし、検体からリバースイオントフォレシスによって抽出される物質の量は微量であるため、物質濃度分析には不向きである問題があった。
【０００８】
本発明は、リバースイオントフォレシスによって物質を効率よく抽出し、センサー部で物質濃度を正確に測定することが可能なリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、チップベースと、チップベース上に配置されたガラスチップと、ガラスチップ上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜と、チップベースの両端部部位に離間して配置され、検体の第１の部位に接触される１対の第１電極板及び第２電極板とを有するセンサーチップと、センサーチップを搭載し、１対の第３電極板及び第４電極板と、１対の第３電極板及び第４電極板上に接して設けられ、検体の第２の部位に接触される電解質ゲルと、センサーチップ上の色素膜に光を照射する光源と、素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置とを備えるリバースイオントフォレシス装置であることを要旨とする。第１の特徴において、１対の第１電極板及び第２電極板を陽極に配線し、１対の第３電極板及び第４電極板を陰極に配線した電源とを更に備えることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、チップベースと、チップベース上に配置されたガラスチップと、ガラスチップ上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜とを有するセンサーチップと、センサーチップを搭載し、１対の第１電極板及び第２電極板と、第１及び第２電極板上に接して設けられ、検体の第１の部位に接触される電解質ゲルと、センサーチップの搭載部位に離間して配置され、検体の第２の部位に接触される第３電極板と、センサーチップ上の色素膜に光を照射する光源と、色素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置であることを要旨とする。第２の特徴において、１対の第１電極板及び第２電極板を陰極に配線し、第３電極板を陽極に配線した電源とを更に備えることが好ましい。
【００１１】
本発明の第１及び第２の特徴によれば、リバースイオントフォレシスにより検体から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づく光の極微な変化を検出するため、検体から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、電源の陰極に接続された、電源の陽極に接続された、センサーチップ上の１対の第１電極板及び第２電極板を、検体の第１の部位に接触させ、電源の陰極に接続された、測定装置上の１対の第３電極板及び第４電極板を、検体の第２の部位に接触させ、１対の第１電極板及び第２電極板と１対の第３電極板及び第４電極板との間に電圧を印加して、検体からグルコースをセンサーチップ上の色素膜に抽出するステップと、抽出されたグルコースと反応を起こし変色した色素膜に光を照射するステップと、色素膜における変色に基づく、光の変化量を測定するステップとを有するリバースイオントフォレシス測定方法であることを要旨とする。本発明の第３の特徴において、印加する電圧は、５ボルト〜２０ボルト、好ましくは１０ボルト〜１５ボルトであることが好ましい。
【００１３】
本発明の第３の特徴によれば、リバースイオントフォレシスにより検体から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づくレーザ光の極微な変化を検出するため、検体から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分は同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
（リバースイオントフォレシス装置）
本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置１は、図１に示すように、センサーチップ２と、センサーチップ２を搭載する測定装置３とを備えている。
【００１６】
センサーチップ２は、図２に示すように、チップベース４と、チップベース４上に配置されたガラスチップ５と、ガラスチップ５上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜６を備える。更に、チップベース４上面の両端部部位に離間して配置され、検体の第１の部位に接触される１対の第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂを備えている。ガラスチップ５は、例えばホウケイ酸ガラス等からなる。チップベース４は、例えばプラスチック等からなる。色素膜６は、変色又は発色反応を起こすために必要であれば、酵素等の触媒を含んでも構わない。第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ステンレス等の導電性材料からなり、或いは皮膚との接触が良好なゲル電極等である。また、第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂは、チップベース４から取り外して交換可能な構成になっている。
【００１７】
図３（ａ）は、センサーチップ２を上から見た図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図を示している。チップベース４は、図３（ｂ）に示すように、チップベース４の上面に直交する方向に第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂを有する。また、チップベース４には、ガラスチップ５上の色素膜６を照射するレーザ光の入射光及びその反射光が通過できるように貫通口８が設けられている。第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂは、図３（ｂ）に示すように、それぞれチップベース４の第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂ上に配置されることとなる。
【００１８】
測定装置３は、図２に示すように、１対の第３電極板１２ａ及び第４電極板１２ｂと、１対の第３電極板１２ａ及び第４電極板１２ｂ上に接して設けられた電解質ゲル２０とを備えている。更に、センサーチップ２上の色素膜６にレーザ光を照射する光源３１と、色素膜６を通過して反射してきたレーザ光を受け取る受光素子３２とを備える。測定装置３上面の中央部付近には、光源３１からのレーザ光の入射光及びその反射光が通過できるように貫通口９が設けられている。更に、測定装置３上面の両端部付近には、センサーチップ２に設けられた第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂにそれぞれ合致する第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂが設けられている。第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂは、導電性材料からなる。更に、測定装置３は、図２に示すように、第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂを陰極に配線し、第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを陽極に配線した電源とを備えている。第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂは、センサーチップ２を着脱できるように開閉自在な構成になっている。また、第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂは、測定装置３の上面に直交する方向に上下移動可能な構成になっている。
【００１９】
センサーチップ２と測定装置３を結合するときは、まず、測定装置３上の第３電極板１２ａと第４電極板１２ｂとの間にセンサーチップ２を挿入する。そして、センサーチップ２の第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに、それぞれ測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを嵌め込むことで互いに位置決めをする。このとき、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂが、チップベース４の第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂを貫通することにより、センサーチップ２のチップベース４に設けられた第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂに接触して電気的に接続可能な状態となる。すなわち、図１に示すように、電源３０の陽極は、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを通じてセンサーチップ２の第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂに配線されることとなる。
【００２０】
（リバースイオントフォレシス測定方法）
次に、リバースイオントフォレシス装置１を用いて検体１００のグルコースを測定する方法について説明する。
【００２１】
（イ）まず、リバースイオントフォレシス装置１本体にセンサーチップ２を搭載する。具体的には、センサーチップ２のチップベース４に設けられた第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂをそれぞれ挿入することにより固定される。これにより、図１に示すように、第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂが、チップベース３上の第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂに接触し、導電可能な状態となる。
【００２２】
（ロ）次に、ガラスチップ５の色素膜６の上部に、緩衝電解液が含まれた電解質ゲル２０を第１電極板１１ａ及び第２電極板１１ｂ上に接するように配置する。そして、電界（例えばパルス状の電界）が印加されるように電源３０の陽極を第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂに接続し、電源３０の陰極を第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂに直接接続する。センサーチップ２のチップベース４上に設けられた第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂには、それぞれ第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを通じて電源３０の陽極が配線されることとなる。
【００２３】
（ハ）次に、図１に示すリバースイオントフォレシス装置１の電解質ゲル２０側に検体１００、例えば人体の皮膚の一部を接触させ、さらに検体１００の別の部位に第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂを接触するように押し当てる。このとき、電解質ゲル２０と共に第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂは、測定装置３の上面に直交する方向に押し下がり、図１に示したように、センサーチップ２の色素膜６と電解質ゲル２０が接触することとなる。ここで、色素膜６の上部に配置された電解質ゲル２０と第３電極板１２ａ、第４の１２ｂの間に電源３０から数ボルト〜１０数ボルトの電圧が印加されると、人体の皮膚下のグルコースが電解質ゲル２０を通して色素膜６に効率よく抽出され、色素膜６で色素と反応して変色する。ここで、印加する電圧の範囲は、５ボルト〜２０ボルト、好ましくは１０ボルト〜１５ボルトである。印加する電圧が５ボルト以下では、検体の抵抗（例えば、人体の皮膚の抵抗）により電流が流れにくくなり、グルコースを染み出させるのに時間がかかってしまうため実用的ではない。また、印加する電圧が２０ボルト以上では、人体の皮膚に対するダメージが問題となる。例えば、人体の皮膚に対するダメージを抑えるため、単位面積あたりの電流値を０．３ｍＡ／ｃｍ２以下にする必要がある。
【００２４】
（ニ）次に、図１に示すように、光源３１（例えば波長６５０ｎｍの半導体レーザ）及び受光素子３２を、それぞれリバースイオントフォレシス装置１に搭載されたセンサーチップ２のチップベース４裏面左側及び右側に配置する。そして、光源３１からレーザ光をチップベース４裏面側に入射する。チップベース４の貫通口８を介してそのレーザ光はガラスチップ５を透過して色素膜６を照射する。このとき、色素膜６における変色に基づく変化（例えば吸光度変化）により、レーザ光の反射光の強度が変化する。このときのレーザ光の反射光の変化を受光素子３２で検出することによりグルコースの濃度が測定される。
【００２５】
このように、リバースイオントフォレシスにより検体１００（人体の皮膚下）から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づくレーザ光の極微な変化を検出する。このため、検体１００から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【００２６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００２７】
本発明の実施の形態において一例として、センサーチップ２のチップベース４上に第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂを配置し、測定装置３の第１の導電性位置決めピン１０ａ、第２の導電性位置決めピン１０ｂを通じて電源３０の陽極が電気的に接続されるようにした。しかし、第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂをセンサーチップ２のチップベース４上に配置することに限定されない。例えば、図４に示すリバースイオントフォレシス装置１は、図１に示すリバースイオントフォレシス装置１と比べて、センサーチップ２ａ側に電極板を配置せずに、測定装置３ａ上面のセンサーチップ２ａが配置される箇所の周辺部に第５電極板１４を備えている。更に、測定装置３ａは、センサーチップ２ａのチップベース４に設けられた第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに挿入可能な第１の位置決めピン１３ａ、第１の位置決めピン１３ｂをセンサーチップ２ａの位置決め構造として備えている。センサーチップ２ａは、図５に示すように、チップベース４と、チップベース４上に配置されたガラスチップ５と、ガラスチップ５上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜６を備える。チップベース４は、図５に示すように、チップベース４の上面に直交する方向に第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂを有する。測定装置３ａとセンサーチップ２ａを結合するときは、まず、測定装置３ａ上の第３電極板１２ａと第４電極板１２ｂとの間にセンサーチップ２ａを挿入する。そして、センサーチップ２ａの第１の位置決め穴７ａ、第２の位置決め穴７ｂに、それぞれ測定装置３ａの第１の位置決めピン１０ａ、第２の位置決めピン１０ｂを嵌め込むことで互いに位置決めをする。図４には示していないが、電源３０の陽極は第５電極板１４に接続され、電源３０の陰極は第３電極板１２ａ、第４電極板１２ｂに接続される。その他の構成は、図１に示した本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置１と同様であるので重複した記載は省略する。
【００２８】
また、本発明の実施形態とその他の実施の形態に係るセンサーチップ２、センサーチップ２ａにおいて、ガラスチップ５はチップベース４上に配置される構成となっているが、これはガラスチップ５を製造する過程において、ガラス基板からガラスチップ５の周囲をスクライバ等を用いて割り取る場合に突起が多く扱い難いことを考慮したものである。したがって、図６に示すセンサーチップ２ｂのように、特にチップベース４を用いない構成にしても同様の測定が可能である。
【００２９】
また、本発明の実施の形態においては、検体１００中の特定物質として陽イオン荷電分子を例にして説明してきたが、特定物質が陰イオン荷電分子の場合は、電源３０の陽極と陰極を逆に接続すれば、同様に抽出できることは勿論である。
【００３０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、検体からリバースイオントフォレシスによって微量の特定物質を効率よく抽出し、色素膜で特定物質の濃度を正確に測定するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置の斜視図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るセンサーチップを上から見た図である。
（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図４】本発明のその他の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置の斜視図である。
【図５】本発明のその他の実施の形態に係るセンサーチップの例（その１）である。
【図６】本発明のその他の実施の形態に係るセンサーチップの例（その２）である。
【符号の説明】
１…リバースイオントフォレシス装置
２，２ａ，２ｂ…センサーチップ
３，３ａ…測定装置
４…チップベース
５…ガラスチップ
６…色素膜
７ａ…第１の位置決め穴
７ｂ…第２の位置決め穴
８，９…貫通口
１０ａ…第１の導電性位置決めピン
１０ｂ…第２の導電性位置決めピン
１１ａ…第１電極板
１１ｂ…第２電極板
１２ａ…第３電極板
１２ｂ…第４電極板
１３ａ…第１の位置決めピン
１３ｂ…第２の位置決めピン
１４…第５電極板
２０…電解質ゲル
３０…電源
３１…光源
３２…受光素子
１００…検体
Claims (6)
- チップベースと、前記チップベース上に配置されたガラスチップと、前記ガラスチップ上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜と、前記チップベースの両端部部位に離間して配置され、前記検体の第１の部位に接触される１対の第１電極板及び第２電極板とを有するセンサーチップと、
前記センサーチップを搭載し、１対の第３電極板及び第４電極板と、前記１対の第３電極板及び第４電極板上に接して設けられ、前記検体の第２の部位に接触される電解質ゲルと、前記センサーチップ上の前記色素膜に光を照射する光源と、前記色素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置
とを備えることを特徴とするリバースイオントフォレシス装置。 - 前記１対の第１電極板及び第２電極板を陽極に配線し、前記１対の第３電極板及び第４電極板を陰極に配線した電源とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のリバースイオントフォレシス装置。
- チップベースと、前記チップベース上に配置されたガラスチップと、前記ガラスチップ上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜とを有するセンサーチップと、
前記センサーチップを搭載し、１対の第１電極板及び第２電極板と、前記第１及び第２電極板上に接して設けられ、前記検体の第１の部位に接触される電解質ゲルと、前記センサーチップの搭載部位に離間して配置され、前記検体の第２の部位に接触される第３電極板と、前記センサーチップ上の前記色素膜に光を照射する光源と、前記色素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置
とを備えることを特徴とするリバースイオントフォレシス装置。 - 前記１対の第１電極板及び第２電極板を陰極に配線し、前記第３電極板を陽極に配線した電源とを更に備えることを特徴とする請求項３に記載のリバースイオントフォレシス装置。
- 電源の陽極に接続された、センサーチップ上の１対の第１電極板及び第２電極板を、検体の第１の部位に接触させ、前記電源の陰極に接続された、測定装置上の１対の第３電極板及び第４電極板を、前記検体の第２の部位に接触させ、
前記１対の第１電極板及び第２電極板と前記１対の第３電極板及び第４電極板との間に電圧を印加して、前記検体からグルコースを前記センサーチップ上の色素膜に抽出するステップと、
前記抽出されたグルコースと反応を起こし変色した前記色素膜に光を照射するステップと、
前記色素膜における変色に基づく、前記光の変化量を測定するステップ
とを有することを特徴とするリバースイオントフォレシス測定方法。 - 前記電圧は、５ボルト〜２０ボルト、好ましくは１０ボルト〜１５ボルトであることを特徴とする請求項５に記載のリバースイオントフォレシス測定方法。
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