JP2005055386A - バイオセンサ用フローセル - Google Patents

Abstract

【課題】試料液中のカルシウム成分と試薬とが反応し、配管内やフローセル内に析出・固着して流路を閉塞することを抑制して、安定した連続測定が可能なバイオセンサ用フローセルを提供する。
【解決手段】バイオセンサを備えた計測液室（混合室７）に接続された流入路から試料液と試薬と空気とを供給し、前記バイオセンサにより試料液中の有機または無機物を電気化学的に計測し、計測後の試料液を前記計測液室に接続された流出路から排出するように構成したバイオセンサ用フローセルにおいて、少なくとも試料液流入路（サンプル水流路１０）および試薬流入路（試薬流路１１）は、試料液と試薬とが前記混合室７に到達した後に混合するように混合室７に接続する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療計測や環境計測または発酵・食品工業計測などの分野に応用されるバイオセンサの試料液供給に用いられるフローセルに関する。

バイオセンサを用いて、有機または無機物を電気化学的に測定することは、上記分野において広く行なわれている。例えば、下水処理場，工場，事業所などからの排水、または河川，湖沼などの環境水域における水中の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）やアンモニアイオン濃度などの測定に実施されている。

バイオセンサは、酵素や微生物などを固定化した固定化膜と、前記した固定化膜中の酵素や微生物などが試料液中の生物活性物質と反応して生成する電極活物質を測定する電気化学的トランスデューサとからなり、試料液を供給するフローセルとともに測定装置を構成して試料液中の生体活物質を測定する。

図４は、従来の測定装置を示す模式的断面図である。フローセル１に電気化学的トランスデューサ２と固定化膜８とからなるバイオセンサが保持される。フローセル１の本体５の内部には、試料液流路６ａ，６ｂ，７が形成されている。

７は試料液流路の一部ではあるが、液溜まり部ないし試料液，試薬および空気等の混合室を構成している。試料液は、前記混合室７においてバイオセンサの固定化膜８に接する。試料液流路６ａ，６ｂは、それぞれ配管３ａ，３ｂに、接続管４ａ，４ｂを介して接続される。試料液は、一方の配管３ａから本体５内に流入し、流路６ａを経て固定化膜８下方の混合室７を通り、さらに流路６ｂを流れて他方の配管３ｂから流出する。

空気流路９とサンプル水流路１０と試薬流路１１とは、配管３ａに接続され、配管３ａ，流路６ａ，混合室７において、前記空気，サンプル水（試料液）および試薬が混合される。この混合室７において、試料液中の溶存酸素は飽和状態となる。

試料液中の生物活性物質は、固定化膜中の酵素や細菌により電極活物質に変換され、電極活物質は電気化学的トランスデューサ２により検出される。このような測定装置においては、一般に、固定化膜の生物活性を高く保持するため、固定化膜は所定の温度に維持される。

しかしながら、上記のようなフローセルは、温度条件が良い上に測定に係る生物活性物質が栄養分となって、測定を続けるうちに次第に流路内壁に雑菌が繁殖したり、スライムが付着するようになる。そのために流路が閉塞したり、雑菌の呼吸活性によりバイオセンサの測定値に誤差を生じたりする。前記スライムとは、試料液中の細粒の固体が液体と混ざって、軟らかい泥状や半液状になったものである。

従って、装置の運転を開始した後においても誤差の少ない測定を行うためには、測定試料の性状や測定頻度などによって決められる一定周期毎にフローセルを装置から取り出して交換し、あるいは繁殖した雑菌を死滅させ、付着したスライムを取り除く等の作業が必要となる。このため長期間にわたり安定して連続測定を行うことが困難であった。

上記スライム付着を抑制する方法に関しては、前記混合室内に中空円筒状の滞留物を配設し、空気により滞留物を流動させて試料液を攪拌する方法（例えば、特許文献１参照）や、流路内壁に抗菌性物質を用いる方法（例えば、特許文献１参照）などが、本願と同一出願人により出願されている。
特開平８−２９３７３号公報（第２頁、図１） 特開平９−２８１０７０号公報（第２頁、図１）

しかしながら、前述のような流路構成を有するバイオセンサ用フローセルにおいては、前記スライム付着の問題の他に、下記のような問題があることが判明した。

従来のバイオセンサ用フローセルの場合、サンプル水中のカルシウム成分が試薬と反応して配管内やフローセル内に析出し、閉塞を生じ、最悪の場合は送液不良となり、測定不能となる。

従ってこの場合においても、測定試料の性状や測定頻度などによって決められる一定周期毎にフローセルを装置から取り出して交換する作業が必要となり、長期間にわたり安定して連続測定を行うことが困難であった。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、試料液中のカルシウム成分と試薬とが反応し、配管内やフローセル内に析出・固着して流路を閉塞することを抑制して、安定した連続測定が可能なバイオセンサ用フローセルを提供することにある。

上記課題はこの発明によれば、バイオセンサ用フローセル内の混合室で試料液（サンプル水）と試薬とを混合することにより達成される。即ち、請求項１の発明によれば、バイオセンサを備えた計測液室に接続された流入路から試料液と試薬と空気とを供給し、前記バイオセンサにより試料液中の有機または無機物を電気化学的に計測し、計測後の試料液を前記計測液室に接続された流出路から排出するように構成したバイオセンサ用フローセルにおいて、少なくとも前記試料液流入路および試薬流入路は、試料液と試薬とが前記計測液室に到達した後に混合するように前記計測液室に接続する構成としたことを特徴とする。

また、請求項２の発明によれば、前記請求項１に記載のバイオセンサ用フローセルにおいて、前記バイオセンサを備えた計測液室を、試料液と試薬と空気との混合室とし、前記試料液流入路，試薬流入路および空気流入路は、それぞれ異なる流入配管を介して前記混合室に接続したことを特徴とする。

さらに、請求項３の発明によれば、前記請求項１に記載のバイオセンサ用フローセルにおいて、前記バイオセンサを備えた計測液室を、試料液と試薬と空気との混合室とし、前記試料液流入路および試薬流入路は、それぞれ異なる流入配管を介して前記混合室に接続し、空気流入配管は、空気および試料液もしくは空気および試薬が前記計測液室に到達前に混合するように、試料液流入配管および試薬流入配管の内の少なくともいずれか一方に接続したことを特徴とする。

さらにまた、請求項４の発明によれば、前記請求項２に記載のバイオセンサ用フローセルにおいて、前記混合室に接続する流入配管の内少なくとも一つの流入配管は、他の流入配管に対して直角方向から前記混合室に接続したことを特徴とする。

上記請求項１もしくは請求項２の発明によれば、試料液中のカルシウム成分と試薬とが反応し、流入路内やフローセル内の計測液室もしくは混合室内に析出・固着して流路を閉塞することを抑制し、安定した連続測定が可能となる。

さらに、上記請求項３の発明によれば、空気の混合を計測液室前段において行なうので、酸素の溶存状態が安定し、より安定した計測が可能となる。さらにまた、上記請求項４の発明によれば、試料液，試薬および空気の内、少なくともひとつの流体と他の流体とが直角方向に交わって混合するので、混合室における攪拌効果が向上し、測定精度の向上効果と前記スライム付着抑制効果とが得られる。

次にこの発明の実施例に関し、図１ないし図３に基いて説明する。図１ないし図３は、それぞれ、この発明の異なる実施例に係る測定装置を示す模式的断面図であり、図４に示した部材と同一機能を有する部材には同一符号を付して、その詳細説明を省略する。なお、部番４ｂ〜４ｅは、それぞれ接続管を示す。

まず、図１について述べる。図１に示す測定装置と図４に示す測定装置とが異なる点は、図１の場合、サンプル水流路１０と、試薬流路１１と、空気流路９とを、それぞれ異なる流入配管を介して混合室７に接続した点である。また、図１において空気流路９は、バイオセンサの固定化膜８面と直角に空気が流入するように混合室７の固定化膜８の下方に接続され、サンプル水流路１０と試薬流路１１とは、それぞれ、空気流路９とは直角方向から混合室７の側方に接続される。サンプル水と試薬とは空気バブリングにより、十分混合してバイオセンサの固定化膜８に接液する。

上記図１の構成によれば、サンプル水中のカルシウム成分と試薬との反応生成物の流入配管中での析出は無くなり、またフローセル中の排出流路６ｂや混合室７や配管３ｂでの析出物量も低減されるため、長期間にわたる安定な連続測定を行うことが可能となる。

図２は、この発明の実施例２に係る測定装置を示す模式的断面図である。図１と異なる点は、空気流路９とサンプル水流路１０とが、混合室７の外部で接続され、試薬流路１１とは直角方向から混合室７に接続している点である。図２において、サンプル水流路１０と試薬流路１１とは、位置を逆にし、試薬と空気とを予め混合室前段で混合するようにすることもできる。

図３は、この発明の実施例３に係る測定装置を示す模式的断面図である。図２と異なる点は、サンプル水流路１０と試薬流路１１の両方が、空気流路９と混合室７の外部で接続されている点である。

図１ないし図３のいずれの実施例においても、サンプル水と試薬とが、混合室前段で混合することはなく、配管中、フローセルの流路中の析出物が低減されるため、メンテンナンス頻度を低減することが可能となる。

この発明の実施例に関わる測定装置を示す模式的断面図である。 図１とは異なる実施例に関わる測定装置を示す模式的断面図である。 図１とはさらに異なる実施例に関わる測定装置を示す模式的断面図である。 従来の測定装置を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ フローセル
２ 電気化学的トランスデューサ
３ａ，３ｂ 配管
４ａ〜４ｅ 接続管
５ 本体
６ａ，６ｂ 流路
７ 混合室
８ 固定化膜
９ 空気流路
１０ サンプル水流路
１１ 試薬流路

Claims (4)

1. バイオセンサを備えた計測液室に接続された流入路から試料液と試薬と空気とを供給し、前記バイオセンサにより試料液中の有機または無機物を電気化学的に計測し、計測後の試料液を前記計測液室に接続された流出路から排出するように構成したバイオセンサ用フローセルにおいて、少なくとも前記試料液流入路および試薬流入路は、試料液と試薬とが前記計測液室に到達した後に混合するように前記計測液室に接続する構成としたことを特徴とするバイオセンサ用フローセル。
2. 請求項１に記載のバイオセンサ用フローセルにおいて、前記バイオセンサを備えた計測液室を、試料液と試薬と空気との混合室とし、前記試料液流入路，試薬流入路および空気流入路は、それぞれ異なる流入配管を介して前記混合室に接続したことを特徴とするバイオセンサ用フローセル。
3. 請求項１に記載のバイオセンサ用フローセルにおいて、前記バイオセンサを備えた計測液室を、試料液と試薬と空気との混合室とし、前記試料液流入路および試薬流入路は、それぞれ異なる流入配管を介して前記混合室に接続し、空気流入配管は、空気および試料液もしくは空気および試薬が前記計測液室に到達前に混合するように、試料液流入配管および試薬流入配管の内の少なくともいずれか一方に接続したことを特徴とするバイオセンサ用フローセル。
4. 請求項２に記載のバイオセンサ用フローセルにおいて、前記混合室に接続する流入配管の内少なくとも一つの流入配管は、他の流入配管に対して直角方向から前記混合室に接続したことを特徴とするバイオセンサ用フローセル。
   
   

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