JP2006112881A - Biological material measuring instrument and its chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は生体物質測定装置および生体物質測定装置用チップに関し、詳しくは多機能型で簡便に各種の生体物質を測定できる生体物質測定装置および生体物質測定装置用チップに関する。 The present invention relates to a biological material measuring device and a biological material measuring device chip, and more particularly to a biological material measuring device and a biological material measuring device chip capable of easily measuring various biological materials.
近年ポイント・オブ・ケア検査(Point of Care Testing,POCTともいう)に関心が持たれている。これは広い意味では医療分野で病院等の本格的な検査室で検査する以外の、診察室やベッドでの簡単な検査や自宅でのポータブルな機器での検査を言う。例えば、糖尿病患者の血糖値検査などが代表的な例である。患者にとっても医療機関にとっても信頼の置ける検査結果が検査室でなくとも得られれば好都合なので、医療分野では多くの検査項目が提案されており、検査機器、検査試薬、検査方法などが研究されている。さらに、家庭でも簡便に測定できる機器により、個人の健康状態やビタミン、アミノ酸、グルコース、イオン濃度の自己管理の提案もなされている。また、機能性食品の機能評価システムの研究やアミノ酸等のタンパク質測定の研究もされている。(非特許文献1、非特許文献2参照)
例えば、特許文献1および特許文献2には小型の血液分析装置の発明が記載されている。また、特許文献3には唾液中の糖測定用のバイオセンサーの発明が開示されている。特許文献4には核酸等の分析用のサンプリングした試料の残液の影響消去方法が開示されている。
In recent years, there has been an interest in point-of-care testing (also referred to as Point of Care Testing, POCT). In a broad sense, this means simple examinations in the examination room or bed, or examinations using portable devices at home, other than examinations in full-scale examination rooms such as hospitals in the medical field. For example, a blood glucose level test for a diabetic patient is a typical example. Since it is convenient for patients and medical institutions to obtain reliable test results without being in the laboratory, many test items have been proposed in the medical field, and research equipment, test reagents, test methods, etc. have been studied. Yes. In addition, there have been proposals for self-management of personal health status, vitamins, amino acids, glucose, and ion concentrations using devices that can be easily measured at home. Research on functional evaluation systems for functional foods and measurement of proteins such as amino acids are also being conducted. (See Non-Patent
For example,
上述のように生体物質の簡便な測定方法の必要性は叫ばれているが、現実には特定の生体物質の測定方法や測定装置の開発、改良が研究されているだけで、種々の測定対象を簡便に誤作動なく測定する装置については考えられていなかった。しかし、医療機関においても、個人的な必要性においても各種の生体物質が簡便に測定でき、医療や日々の生活あるいは健康状態の管理、食品、医薬品等の摂取効果の確認等に役立てば生体測定装置は非常に有用な道具となる。本発明においては、上記のような測定を可能とする小型で持ち運びの簡単で、多機能で誤動作が少なく、試料採取をするチップをディスポーザルタイプとした生体物質測定装置および生体物質測定装置用のチップの提供を目的としている。 As mentioned above, the need for a simple method for measuring biological materials has been screamed, but in reality, the development and improvement of measuring methods and measuring devices for specific biological materials are being studied, and various measurement targets can be obtained. There has been no idea of a device that can measure the temperature easily and without malfunction. However, even in medical institutions, various biological substances can be easily measured for personal needs, and it can be used for medical and daily life or health management, confirmation of intake effects of food, pharmaceuticals, etc. The device is a very useful tool. In the present invention, a biological material measuring device and a chip for biological material measuring device that are small in size, easy to carry, capable of measuring as described above, are multifunctional, have few malfunctions, and have a disposable sampling chip. The purpose is to provide.
本発明においては上記の課題を解決するため以下の手段によっている。
(1) 生体物質由来の試料を測定し測定信号を発信する試料測定手段と、前記試料測定手段に試料を供給する試料採取手段と、前記試料測定手段で発信した測定信号を送信する測定信号送信手段と、チップおよび/または前記試料測定手段を特定する信号を発信するチップ特定手段と、チップを測定装置本体へ接続する接続手段とを備えたチップと、
前記測定信号送信手段からの信号を受信する測定信号受信手段と、受信した測定信号を演算処理して測定結果とする演算手段と、測定結果の表示手段と、前記チップ特定手段の発信する信号によりチップおよび/または試料測定手段を認識するチップ認識手段と、前記チップの試料採取手段を補助する試料採取補助手段と、前記チップおよび/または測定装置本体の作動を制御する制御手段と、前記チップの接続手段に対応してチップを着脱可能に接続するチップ接続手段とを備えた測定装置本体とを有する生体物質測定装置である。
In the present invention, the following means are used to solve the above problems.
(1) Sample measurement means for measuring a sample derived from a biological material and transmitting a measurement signal, sample collection means for supplying a sample to the sample measurement means, and measurement signal transmission for transmitting a measurement signal transmitted by the sample measurement means A chip comprising means, a chip specifying means for transmitting a signal specifying the chip and / or the sample measuring means, and a connecting means for connecting the chip to the measuring apparatus body;
Measurement signal receiving means for receiving a signal from the measurement signal transmitting means, calculation means for calculating the received measurement signal to obtain a measurement result, measurement result display means, and a signal transmitted by the chip specifying means Chip recognition means for recognizing the chip and / or sample measurement means, sample collection assistance means for assisting the sample collection means of the chip, control means for controlling the operation of the chip and / or the measurement apparatus main body, A biological material measuring device having a measuring device main body provided with chip connecting means for detachably connecting a chip corresponding to the connecting means.
(2)チップには、試料測定手段と測定信号送信手段と試料採取手段とに代えて、生体物質由来の試料を測定するための試料測定用セルと前記試料測定用セルに試料を供給する試料採取手段とを備え、
測定装置本体には、前記試料測定用セル内の試料を測定し測定信号を測定信号受信手段に送信する試料測定手段を備えた、(1)に記載の生体物質測定装置である。
(2) In the chip, instead of the sample measuring means, the measurement signal transmitting means, and the sample collecting means, a sample measuring cell for measuring a sample derived from a biological material and a sample for supplying the sample to the sample measuring cell Collecting means,
The measuring apparatus main body is the biological material measuring apparatus according to (1), comprising a sample measuring means for measuring a sample in the sample measuring cell and transmitting a measurement signal to the measurement signal receiving means.
(3)チップに、試料測定手段中または試料測定用セル中へ試料測定補助試薬を導入する試薬導入手段を備えた(1)または(2)に記載の生体物質測定装置である。 (3) The biological material measuring device according to (1) or (2), wherein the chip is provided with reagent introducing means for introducing a sample measurement auxiliary reagent into the sample measuring means or the sample measuring cell.
(4)チップに、チップを接続した測定装置本体の試料採取補助手段への液体試料の流入を防止する液体試料遮断手段を設けた(1)〜(3)のいずれかに記載の生体物質測定装置である。 (4) The biological material measurement according to any one of (1) to (3), wherein the chip is provided with a liquid sample blocking means for preventing the liquid sample from flowing into the sample collection auxiliary means of the measuring apparatus main body to which the chip is connected. Device.
(5)生体物質由来の試料を測定し測定信号を発信する試料測定手段と、前記試料測定手段に試料を供給する試料採取手段と、前記試料測定手段で発信した測定信号を送信する測定信号送信手段と、チップおよび/または前記試料測定手段を特定する信号を発信するチップ特定手段と、チップを測定装置本体へ接続する接続手段とを備えた生体物質測定装置用のチップである。 (5) Sample measurement means for measuring a sample derived from a biological material and transmitting a measurement signal, sample collection means for supplying a sample to the sample measurement means, and measurement signal transmission for transmitting a measurement signal transmitted by the sample measurement means A chip for a biological material measuring apparatus comprising: means; chip specifying means for transmitting a signal specifying the chip and / or the sample measuring means; and connecting means for connecting the chip to the measuring apparatus main body.
(6)生体物質由来の試料を測定するための試料測定用セルと、前記試料測定用セルに試料を供給する試料採取手段と、チップおよび/または試料測定用セルを特定する信号を発信するチップ特定手段と、チップを測定装置本体へ接続する接続手段とを備えた生体物質測定装置用のチップである。 (6) Sample measurement cell for measuring a sample derived from a biological material, sample collection means for supplying a sample to the sample measurement cell, and a chip for transmitting a chip and / or a signal specifying the sample measurement cell It is a chip for a biological material measuring device provided with specifying means and connecting means for connecting the chip to the measuring device main body.
(7)試料測定手段中または試料測定用セル中へ試料測定補助試薬を導入する試薬導入手段を備えた(5)または(6)に記載のチップ。 (7) The chip according to (5) or (6), comprising reagent introduction means for introducing a sample measurement auxiliary reagent into the sample measurement means or the sample measurement cell.
(8)チップを接続した測定装置本体の試料採取補助手段への液体試料の流入を防止する液体試料遮断手段を設けた(5)〜(7)のいずれかに記載のチップ。 (8) The chip according to any one of (5) to (7), wherein a liquid sample blocking means for preventing the liquid sample from flowing into the sample collection auxiliary means of the measuring apparatus main body to which the chip is connected is provided.
本発明の生体物質測定装置は、尿、唾液、汗、呼気など生体からの排出物や採取物を利用し簡便に非侵襲的に測定できる。特に、チップを取り替えることにより多くの検査項目を測定でき、医師による簡便な検査だけでなく、誰でも健康状態の測定や摂取食物の影響などが容易に測定できる。また、使い切りタイプのチップを使用するので測定が簡単で機器洗浄等の手間もかからない。チップを取り替えれば、またはチップに複数の測定用センサーを装着しておけば簡単に多数の測定が出来、記憶装置、外部出力装置を利用すれば病院等で測定データを活用することもできる。 The biological material measuring apparatus of the present invention can be easily and non-invasively measured using urine, saliva, sweat, exhaled material such as urine and collected material. In particular, by replacing the chip, many test items can be measured, and not only a simple test by a doctor but also anyone can easily measure the health condition and the influence of food intake. In addition, since a single-use type chip is used, measurement is easy and there is no need for trouble such as equipment cleaning. If the chip is replaced, or if a plurality of measuring sensors are attached to the chip, a large number of measurements can be easily performed. If a storage device or an external output device is used, the measurement data can be used in a hospital or the like.
本発明の生体物質測定装置は、装置全体を作動制御する測定装置本体と、試料採取測定に直接かかわるチップとからなる。最初にチップについて説明する。チップは一回の測定で使い捨てとするディスポーザルタイプであり、測定項目に応じて各種のチップがある。また、チップは1種または2種以上の測定が可能である。チップの外形はどのようなものでもよいが、通常は数mm〜数10mm角の概略平板状または直径0.2mm〜3mm、長さ1cm〜数cmの概略円筒状で、チップの先端に試料吸入用チューブが付いているものが好ましい。 The biological material measuring apparatus of the present invention comprises a measuring apparatus main body that controls the operation of the entire apparatus, and a chip that is directly involved in sampling and measurement. First, the chip will be described. The tip is a disposable type that is disposable after one measurement, and there are various types of tips depending on the measurement item. Moreover, the chip | tip can measure 1 type, or 2 or more types. The tip may be of any shape, but it is usually a flat plate with a size of several mm to several tens of mm or a general cylindrical shape with a diameter of 0.2 mm to 3 mm and a length of 1 cm to several cm. A tube with a tube is preferred.
図1、図2、図4にそれぞれ異なったタイプのチップのブロック図を示している。図1および図4に記載のチップは解決手段(1)および(5)すなわち請求項1および請求項5に対応するチップであり、図2のチップは解決手段(2)および(6)すなわち請求項2および請求項6に対応している。まず、解決手段(1)および(5)のチップについて説明する。図1のチップ1は、試料測定手段3aと、試料測定手段3aに試料を供給する試料採取手段2と、試料測定手段3aで測定した測定信号を送信する測定信号送信手段4と、チップ1および/または試料測定手段3aを特定するチップ特定手段5と、チップ1を測定装置本体11へ接続する接続手段6とを備えている。必要に応じて試料測定に必要な試料測定補助試薬を試料測定手段3aに供給する試薬導入手段7を備えることが好ましい。
FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4 show block diagrams of different types of chips. The chips described in FIGS. 1 and 4 are solutions (1) and (5), i.e. the chips corresponding to
通常、チップ1には試料吸引用のポンプ等は備えないで、測定試料を試料採取手段2から試料測定手段3aへと導入するため、測定装置本体11の試料採取補助手段19により、試料測定手段3aと連通している液体試料遮断手段8、試料吸引接続口9を介して吸引される。液体試料遮断手段8は、液体試料を吸入した場合液体試料遮断手段8まで試料が到達すると液体試料はこれ以上は流入しなくなり、測定装置本体11側には液体は流入しない機能を持っている。例えば、液体試料遮断手段8の構造は液溜めの上流から下流へと液体を通過させず気体のみを通過させる透過膜や非常に小孔のフィルター状の焼結金属などの材料で隔離した構造であればよい。あるいは、液溜めの上部に流体出口があり流体出口部分にフロートタイプの弁を装着して液位が上昇すると弁が閉止する構造でもよい。勿論液面センサーと制御弁の組み合わせで液位が上昇すると弁が閉止する構造でもよい。このようにして液体試料遮断手段8より下流へは液体試料が流入しない構造とすることが好ましい。なお、呼気のような気体試料を対象とする場合は、液体試料遮断手段8は不要である。また、チップ中にピエゾ素子とダイアフラムを利用して小型ポンプを内蔵して試料採取手段2から直接試料測定手段3aに試料を採取する構造とすることもでき、この場合も液体試料遮断手段8は不要である。あるいは、試料測定手段3aを真空にしておき、必要に応じて試料測定手段3aの下流に真空室を設けて試料採取時に試料採取手段2に取り付けた弁を開いて試料を試料測定手段3a内に取り込んでもよい。
Usually, the
試料採取手段2は、細い可撓性のチューブや管、注射針状の管でもよい。具体的な長さ、太さ、形状、材質は試料採取対象に合わせて選べばよい。通常は、注射針、プラスチック製チューブ、呼気などの気体の場合はミスト除去用フィルター付きチューブなどを用いればよい。チップが小さい場合等特にチューブなどの部品を付けないでチップに試料採取口を設けるのみでもよい。具体例として例えば、試料が口中の呼気のような場合には15cm程度の長さのポリエチレンチューブとし、試料が尿、唾液、汗等の場合は10mm長程度の金属製細管とすればよい。 The sample collection means 2 may be a thin flexible tube or tube or a needle-like tube. The specific length, thickness, shape, and material may be selected according to the sampling target. Usually, in the case of a gas such as an injection needle, a plastic tube, or exhaled breath, a tube with a filter for removing mist may be used. If the tip is small, it is also possible to provide only a sampling port without attaching a part such as a tube. As a specific example, for example, when the sample is breath in the mouth, a polyethylene tube having a length of about 15 cm may be used. When the sample is urine, saliva, sweat, or the like, a metal capillary having a length of about 10 mm may be used.
試料測定手段3aは、通常はセンサーである。測定対象、測定項目により種々のセンサーが用いられる。試料測定手段3aは図4に示すように複数あってもよい。図4では3種のセンサーを用いた例を示している。センサー3−1とセンサー3−2は直列に配置され、センサー3−3はこれらと並列に配置されている。並列の二つの流路は小型バルブにより流路切り替えを行い順に測定してもよいし、同時に試料を吸入、測定し測定信号の選択によって測定結果を区別してもよい。これらの測定信号はそれぞれ測定信号送信手段4を経て測定装置本体11の測定信号受信手段14に伝達される。
The sample measuring means 3a is usually a sensor. Various sensors are used depending on the measurement object and measurement item. There may be a plurality of sample measuring means 3a as shown in FIG. FIG. 4 shows an example using three types of sensors. The sensor 3-1 and the sensor 3-2 are arranged in series, and the sensor 3-3 is arranged in parallel with them. The two parallel flow paths may be measured in order by switching the flow path with a small valve, or the sample may be sucked and measured at the same time, and the measurement result may be distinguished by selecting the measurement signal. These measurement signals are respectively transmitted to the measurement signal receiving means 14 of the measuring apparatus
チップ特定手段5はチップ1および試料測定手段3aの種類、数のうち少なくともひとつを特定する信号を発信して生体物質測定装置本体11のチップ認識手段15に認識させるものである。チップ1内に試料測定手段3aが複数ある場合は、測定信号送信手段4と連動してそれぞれの測定信号を特定することが望ましい。例えば各センサーからの送信信号を測定信号送信手段4であらかじめ順序だてて送信する構造としておき、その順序をチップ特定手段5で特定しておきチップ認識手段15に認識させる。
The
チップ1を測定装置本体11に接続するためにチップ1側には接続手段6を、測定装置本体11側にはチップ接続手段16を設けて、チップ1を測定装置本体11から着脱可能としている。
In order to connect the
試料測定手段3aが試料測定補助試薬を必要とする場合は、チップ1に試薬導入手段7を設ける。試薬は試料採取手段2と試料測定手段3aとの間に添加するのが一般的であるが、試料測定手段3a中に直接添加してもよい。試料との混合をよくするためには試料通路や試料測定手段3a中に邪魔板等の混合促進装置を設けるとよい。また、反応を安定的に進行させるため温度調節をしてもよい。通常、試薬導入手段7は試薬貯槽7aと試薬ポンプ7bとからなっている。試薬貯槽7aはチップ1の外部例えば測定装置本体11中に設けることもできる。また、試薬導入手段7の変形として、事前に試薬を固定化して試料測定手段3a中に導入しておくこともできる。また、試料測定手段3aの上流側に簡易な電気泳動や液体クロマトグラフィー、吸着装置などの分離手段を設けて、測定目的成分を妨害成分から分離して試料測定手段3aに導入することも可能である。図6〜図8にはこのようなチップの例が示してある。
When the sample measurement means 3a requires a sample measurement auxiliary reagent, the reagent introduction means 7 is provided on the
測定装置本体11について説明する。測定装置本体11は、チップ1の測定信号送信手段4からの信号を受信する測定信号受信手段14と、受信した測定信号を演算処理して濃度やPHのような測定結果とする演算手段17と、測定結果の表示手段18と、前記チップ特定手段5の発信する信号によりチップおよび/または試料測定手段3aを認識するチップ認識手段15と、チップの試料採取を補助する試料採取補助手段19と、各種のチップに応じて測定装置本体11および/または1の作動を制御する制御手段21と、チップ1の接続手段6に対応してチップを着脱可能に接続するチップ接続手段16とを備えている。好ましくは演算手段17は演算処理のためのデータや測定結果データを記憶しておくことができる。最近のパソコンやマイコンを用いれば、測定信号受信手段14、チップ認識手段15、演算手段17、表示手段18、制御手段21などの機能を併せ持ったものとすることもできる。
The measuring
測定装置本体11には、好ましくは測定結果を外部に出力する出力手段12を設ける。プリンターや外部記憶装置、医療機関などの他の検査データなどとあわせて評価するための演算装置などに出力するものである。具体的にはパソコンや電話回線、通信回線への出力装置である。また、測定装置本体11には、外部からの電源入力装置や内臓電池等の電源22、および電源スイッチ、表示切替スイッチ等の操作手段23を設けることが望ましい。これらは測定装置本体11に内蔵する必要はない。ほとんどがパソコンなどの電子計算機を利用すれば測定装置本体11と電源線および信号線で接続するだけでよい。さらに、電波や赤外線、超音波を用いた無線方式の信号の授受も可能である。このような場合、パソコン等の周辺機器も含めて測定装置本体11と考えればよい。
The measuring device
チップ1の接続手段6とチップ接続手段16が組み合わさって各種のチップを測定装置本体11に着脱可能に接続することができる。接続手段6とチップ接続手段16の組み合わせはどのような着脱方式でもよいが、例えば電子部品の着脱可能な基板と同様な着脱方式でよい。チップ1が測定装置本体11に接続されると生体物質の測定が可能となる。このチップ1が測定装置本体11に接続されるとチップ認識手段15は、チップや試料測定手段3aに関する情報などチップ特定手段5から発信された情報を認識して記憶手段17に伝達する。
By combining the connecting
測定信号受信手段14は、チップ1の測定信号送信手段4から通常は電気信号として測定信号を受信し、演算手段17に伝達する。演算手段17は、測定信号および前述のチップ認識手段15からのチップ1および試料測定手段3aに関する情報をもとに、試料の測定結果を作成し、表示手段18および出力手段12に伝達する。演算手段17は試料の測定結果を作成するためのセンサー特性などの情報の記憶、測定信号や測定結果の記憶などが可能であることが好ましい。
The measurement
チップ1の試料採取を補助する試料採取補助手段19は、チップ1側の試料吸引接続口9と密接できる測定装置本体11側の試料吸引接続口19を介して試料測定手段3aと連通している。試料採取補助手段19は小型ポンプを用いればよい。ピエゾ素子を利用したダイアフラムタイプのポンプが好適に利用できる。このポンプは試料がチップ1の試料測定手段3aに満たされ、液体試料遮断手段8に達したら停止する構造とすることが好ましい。液体試料の場合には、液体試料遮断手段8に試料が達すると吸引抵抗が大きくなるのでこの変化を感知してポンプを停止すればよい。また、試料測定手段3aに試料が十分満たされる吸引時間をあらかじめ測定しておき、試料が試料測定手段3aに満たされた時間にポンプを停止する構造とする方法もある。
The sample collection assisting means 19 for assisting the sample collection of the
次に解決手段(2)および(6)すなわち請求項2および請求項6に記載の発明について説明する。本発明の生体物質測定装置の解決手段(1)および(5)との相違は試料測定手段がチップ1中にはなく、測定装置本体11側に配置されているものである。そのため、チップ1には、試料測定手段3aと測定信号送信手段4とがなく、これに代えて試料採取手段から試料を供給される試料測定用セル3bを備え、測定装置本体11には試料測定用セル3b内の試料を測定し測定信号受信手段14に測定信号を送信する試料測定手段13を備えている。紫外可視光線吸収測定などのように試料測定手段が小型のセンサーにできない場合や高価な試料測定手段である場合、試料測定手段に有害物質や放射性物質を含む場合等は、使い捨てのチップ上に試料測定手段を配置することは好ましくない。その場合は、上述のようにチップ1には試料測定用セル3bを設け、測定装置本体11側に設けた試料測定手段13により測定する。チップ1の試料測定用セル3bと測定装置本体11の試料測定手段13は、試料測定手段13で試料測定がしやすい構造とする。通常は試料測定用セル3bと試料測定手段13が近接するように配置する。例えば光学測定の場合は、図5に示すように試料測手段の発光部13aと受光部13bが試料測定用セル3bを挟むように配置する。試料測定手段13の測定信号は測定信号受信手段14を介して演算手段17に伝達される。その他の構成等は上述の解決手段(1)および(5)と同様であればよい。
Next, the solutions (2) and (6), that is, the inventions described in
本発明の生体物質測定装置の使用方法について説明する。図3および図5に例示した測定装置本体11の大きさは、長さ100〜300mm、幅10〜70mm、厚さ5〜50mm程度が適当である。チップ1は長さ10〜30mm、幅5〜20mm、厚さ0.3〜10mm程度が適当である。それぞれの大きさや形状は、持ち運びや設置場所等の使用環境等によって決定すればよい。この生体物質測定装置の特長の一つは持ち運びが簡単で、容易に多数の生体物質の測定ができることであるのであまり大きくしない方がよい。図3に示した例は解決手段(1)に対応し、図5に示した例は解決手段(2)に対応する。例えば、図3に示したような装置を用いて、まず図7に示すようなグルコースセンサーチップ付き生体物質測定装置で血液中のグルコース量を測定して、次にチップを図6に示すようなイオンセンサーチップに交換して尿中のナトリウムイオンとカリウムイオンを測定する。パソコンが使用できる環境ならパソコンで機器制御、データ表示、結果の記録等を行う。パソコンがなければ測定装置本体11に測定データを表示、記憶して測定後測定結果をまとめて例えばCDやMDに記録して出力すればよい。
A method for using the biological material measuring apparatus of the present invention will be described. The size of the measuring apparatus
本発明の生体物質測定装置は生体物質なら何でも測定対象とできる。人、動物、植物、微生物、およびこれらからの排出物、場合よっては生体物質に類似した化合物を測定対象とできる。例えば、血液、リンパ液、体液、汗、唾液、呼気、涙、鼻汁、尿などが上げられる。また、血液や皮膚などの生体物質を化学的、物理的に処理した液体や気体も測定対象とできる。測定項目としても測定用のセンサーや機器があれば何でもよいが、例えば、PH、ナトリウム、カリウムなどのイオン濃度、ビタミンC、ビタミンB2、ビタミンB6などのビタミン類、グルコースなどの糖類、トリプトファン、メチオニン、リジン、バリン、フェニルアラニン、ロイシン、イソロイシン、スレオニンのような必須アミノ酸などのアミノ酸類、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸のような必須脂肪酸をはじめEPA、DHAなどの脂肪酸類、アミラーゼなどの酵素類などが挙げられる。センサー等の簡単な試料測定手段が入手できれば核酸やDNA、RNA、タンパク、呼気中の微量成分の測定等も可能である。測定方法としては、電池の原理を利用したPHセンサー、バイオセンサー、濃度センサーなど、電気伝導度測定、光学測定法を利用した赤外線吸収、紫外可視光線吸収、光散乱、発光測定などを利用した方法がある。 The biological material measuring device of the present invention can be any biological material. Humans, animals, plants, microorganisms, and effluents from these, and in some cases, compounds similar to biological materials can be measured. For example, blood, lymph, body fluid, sweat, saliva, expiration, tears, nasal discharge, urine and the like can be raised. In addition, liquids and gases obtained by chemically and physically treating biological substances such as blood and skin can be measured. The measurement item may be anything as long as it has a sensor or device for measurement. For example, ion concentrations such as PH, sodium and potassium, vitamins such as vitamin C, vitamin B 2 and vitamin B 6 , sugars such as glucose, and tryptophan Amino acids such as essential amino acids such as methionine, lysine, valine, phenylalanine, leucine, isoleucine, threonine, essential fatty acids such as linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, fatty acids such as EPA, DHA, amylase, etc. Examples include enzymes. If simple sample measuring means such as a sensor is available, it is possible to measure nucleic acid, DNA, RNA, protein, trace components in exhaled breath, and the like. Measurement methods include PH sensors, biosensors, concentration sensors, etc. that use the principle of batteries, such as electrical conductivity measurement, infrared absorption using optical measurement methods, UV-visible light absorption, light scattering, luminescence measurement, etc. There is.
具体的な試料測定用チップを例示する。図6はイオンセンサーの例である。図示していないがチップと接続している測定装置本体11の試料採取補助手段19を作動させることにより、試料採取手段2から液体試料遮断手段8までが例えば尿試料で満たされる。試料測定手段であるカリウムイオン用電極3−11、ナトリウムイオン用電極3−12、KCl参照電極3−13により測定信号が測定信号送信手段4−11,4−12,4−13を介して測定装置本体11に送信される。測定装置本体11はチップ特定手段5の情報と測定信号を受信して上述のように演算処理、表示、データ出力等を行う。図7は酵素センサーのチップの例である。測定手段としてPt製指示電極3−21、AgCl参照電極3−22、Pt製対極3−23を有していて、血液中のビタミンCや体液中のアミラーゼ測定などに用いることができる。図8は分離機能付きのセンサーを持ったチップである。前処理手段として試料測定用セル3−31の上流に電気泳動装置3−32、加熱装置3−33、攪拌装置3−34およびこれらの電源として電気泳動装置用電源3−35、加熱装置および攪拌装置用の電源3−36を備えている。また、試薬導入手段として試薬貯槽7aおよび試薬ポンプ7b、試薬ポンプ用電源7cを備えている。このセンサーはアスパラギン酸、バリン、ロイシン、イソロイシン、アラニンなどの第一級アミン、ヒスチジン、プロリン、トリプトファン、アルギニン、ヒドロキシプロリンなどの第二級アミンのようなアミノ酸の分離測定ができる。なお、測定は補助試薬としてニンヒドリンを用い、測定装置本体に備えた紫外可視光吸光度測定装置により測定する。
A specific sample measuring chip is illustrated. FIG. 6 shows an example of an ion sensor. Although not shown, by operating the sample collection assisting means 19 of the measuring apparatus
(実施例1)
図3に示した例は、本発明の一例で尿等の生体物質測定装置である。測定装置本体11の先端にチップ1が接続されている。この例では、パソコン20を測定装置本体11に接続して測定装置本体11の演算手段、表示手段、操作手段、電源、および操作手段の一部を補助している。測定装置本体11の外形寸法は250mm×50mm×7mmである。また、チップの外形寸法は20mm×15mm×5mmである。チップは当面グルコース濃度測定チップ、水素イオン濃度測定チップを接続できるようになっている。各チップは一回の測定で取り外し、次の測定用のチップと交換する。チップ1を交換すると測定装置本体11はチップ認識手段によりチップの種類を認識し、記憶手段等に伝達しチップのセンサー信号に対応できるようにする。その他のセンサー付きチップを装着しパソコンにセンサー出力信号解析演算ソフトを導入すれば、さらに各種の生体物質の測定が追加できる。なお、グルコース濃度、水素イオン濃度測定については測定装置本体11に内蔵している電源スイッチである操作手段23を操作し、液晶表示の表示手段18に表示することにより測定することもできる。
Example 1
The example shown in FIG. 3 is a biological material measuring apparatus such as urine in an example of the present invention. The
水素イオン濃度センサーチップを装着した場合の測定装置の操作方法は、少量の尿試料を細いチューブの試料採取手段2から吸込む。試料採取手段2はチップ1に内蔵している水素イオン濃度センサー3a、中央部に焼結金属版を備えた液体試料遮断手段8、試料吸引接続口9と連通している(各部分の番号は図3および図1参照、以下同じ)。さらに、試料吸引接続口9は測定装置本体11の試料吸引接続口19aに密着し、ピエゾ素子を用いた超小型ポンプ19に連通している。測定装置本体11にチップ1を接続した状態で電源スイッチ23をONにすると超小型ポンプ19が作動して試料採取手段2のチューブから尿試料が採取される。尿試料が水素イオン濃度センサー3aを満たし、液体試料遮断手段8の焼結金属板に到達すると焼結金属板が非常に細かい孔のため血液はほとんど流れない。超小型ポンプ19は吸入抵抗の変化を感知して停止する。このため測定装置本体11には尿試料が流入せず、測定装置本体11は洗浄せずにチップを取り替えるだけで次の測定ができる。
The operation method of the measuring apparatus when the hydrogen ion concentration sensor chip is attached is to suck a small amount of urine sample from the sample collecting means 2 of a thin tube. The sample collecting means 2 communicates with a hydrogen
その間に、水素イオン濃度センサー3aに満たされた尿試料は水素イオン濃度センサー感知部によりそのPHに応じた電気信号を発生する。この信号を測定信号送信手段4から測定信号受信手段14を通して記憶手段17に送られ増幅されて、表示手段18、出力手段12に送信されそれぞれ表示、出力される。パソコンで電源制御、出力表示、演算処理等をすることもできる。測定が終了したらチップ1を取り外し新しいチップを取り付けて次の測定を行う。なお、各チップにはチップ特定手段5が配置されているので測定装置本体11はチップすなわち測定項目を認識できる。
Meanwhile, the urine sample filled in the hydrogen
(実施例2)
図4は本発明の生体物質測定装置のチップの一例のブロック図である。このチップの特長はチップの中に試料測定手段であるセンサーを3種類内蔵していることである。試料採取手段2から直列にセンサー3−1、センサー3−2、液体試料遮断手段8、試料吸引接続口9へと試料が流通する構造になっている。さらに、センサー3−1、センサー3−2の流路と並列に、試料採取手段2からセンサー3−3、液体試料遮断手段8へと試料が流通する流路がある。
(Example 2)
FIG. 4 is a block diagram of an example of a chip of the biological material measuring apparatus of the present invention. The feature of this chip is that three types of sensors as sample measuring means are built in the chip. The sample is circulated from the sample collection means 2 to the sensor 3-1, the sensor 3-2, the liquid sample blocking means 8, and the sample
センサー3−1は水素イオン濃度センサーである。このセンサーの表面は選択的に水素イオンのみが透過する膜で覆われており、他のイオンの影響はないと同時に他のイオンへの影響も与えない。従って、下流のセンサー3−2の測定を妨害することもない。センサー3−2はカリウムイオンセンサーである。カリウムイオンセンサーはカリウムイオン透過膜が電極の表面を覆って妨害イオンから保護している。従ってこのセンサーでは他のイオンの妨害なしにカリウムイオン濃度の測定ができる。センサー3−3は酵素式センサーである。この場合、例えば試料血液に試薬を混合反応させて測定対象物質を測定可能物質に変化させたり、妨害物質を反応により変化させて除去したりしてからセンサー3−3により電位または電流値を測定する。酵素式センサーの場合、電極の表面は酵素膜で被覆されている。試料中のグルコース濃度測定を例にとれば、試料が酵素膜に到達すると酵素、例えばグルコキシダーゼが試料中のグルコースをグルコン酸と過酸化水素に変化させる。この過酸化水素が電極部で電気化学反応により還元されて電流を発生させる。この電流値信号を検出することにより過酸化水素濃度ひいてはグルコース濃度を測定することができる。試料の前処理が必要な場合は、センサー3−3の上流に試薬導入手段7を設け試薬を導入すればよい。試料は、試薬貯槽7aから試薬ポンプ7bによりセンサー3−3手前の試料流路に導入された試薬と混合され反応した後センサー3−3部に到達する。この反応液がセンサー3−3によって測定される。
The sensor 3-1 is a hydrogen ion concentration sensor. The surface of this sensor is selectively covered with a membrane that allows only hydrogen ions to pass through, so that there is no influence of other ions and no influence on other ions. Therefore, the measurement of the downstream sensor 3-2 is not disturbed. Sensor 3-2 is a potassium ion sensor. In the potassium ion sensor, a potassium ion permeable membrane covers the surface of the electrode to protect it from interfering ions. Therefore, this sensor can measure potassium ion concentration without interference with other ions. The sensor 3-3 is an enzymatic sensor. In this case, for example, the reagent is mixed with the sample blood to change the substance to be measured into a measurable substance, or the interfering substance is changed by the reaction and removed, and then the potential or current value is measured by the sensor 3-3. To do. In the case of an enzyme sensor, the surface of the electrode is coated with an enzyme film. Taking the measurement of glucose concentration in a sample as an example, when the sample reaches the enzyme membrane, an enzyme such as glucosidase changes the glucose in the sample into gluconic acid and hydrogen peroxide. This hydrogen peroxide is reduced by an electrochemical reaction at the electrode portion to generate an electric current. By detecting this current value signal, it is possible to measure the hydrogen peroxide concentration and thus the glucose concentration. If sample pretreatment is required, reagent introduction means 7 may be provided upstream of the sensor 3-3 to introduce the reagent. The sample is mixed with the reagent introduced from the
本発明の生体物質測定装置は、医療分野における生体物質の測定は勿論、健康補助食品の摂取状況測定やスポーツによる生体物質の変化の測定など、さらに動物の生体物質測定など広範囲に利用できる。 The biological material measuring apparatus of the present invention can be used in a wide range of fields such as measuring the intake of health supplements and measuring changes in biological materials due to sports, as well as measuring biological materials in the medical field, and measuring animal biological materials.
1 チップ
2 試料採取手段
3a 試料測定手段
3b 試料測定用セル
3−1 試料測定手段の一種であるセンサー
3−2 試料測定手段の一種であるセンサー
3−3 試料測定手段の一種であるセンサー
3−11 カリウムイオン用電極
3−12 ナトリウムイオン用電極
3−13 KCl参照電極
3−21 Pt製指示電極
3−22 AgCl参照電極
3−23 Pt製対極
3−31 試料測定用セル
3−32 電気泳動装置
3−33 加熱装置
3−34 攪拌装置
3−35 電気泳動装置用電源
3−36 加熱装置および攪拌装置用の電源
4 測定信号送信手段
4−11 測定信号送信手段
4−12 測定信号送信手段
4−13 測定信号送信手段
5 チップ特定手段
6 接続手段
7 試薬導入手段
7a 試薬貯槽
7b 試薬ポンプ
7c 試薬ポンプ用電源
8 液体試料遮断手段
9 試料吸引接続口
11 測定装置本体
12 出力手段
13 試料測定手段
13a 試料測定手段の発光部
13b 試料測定手段の受光部
14 測定信号受信手段
15 チップ認識手段
16 チップ接続手段
17 演算手段
18 表示手段
19 試料採取補助手段
19a試料吸引接続口
20 パソコン
21 制御手段
22 電源
23 操作手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chip 2 Sample collection means 3a Sample measurement means 3b Sample measurement cell 3-1 Sensor which is a kind of sample measurement means 3-2 Sensor which is a kind of sample measurement means 3-3 Sensor which is a kind of sample measurement means 3- DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Potassium ion electrode 3-12 Sodium ion electrode 3-13 KCl reference electrode 3-21 Pt indication electrode 3-22 AgCl reference electrode 3-23 Pt counter electrode 3-31 Sample measurement cell 3-32 Electrophoresis apparatus 3-33 Heating device 3-34 Stirring device 3-35 Power supply for electrophoresis device 3-36 Power supply for heating device and stirring device 4 Measurement signal transmission unit 4-11 Measurement signal transmission unit 4-12 Measurement signal transmission unit 4- 13 Measurement signal transmission means 5 Chip specifying means 6 Connection means 7 Reagent introduction means 7a Reagent storage tank 7b Reagent pump 7c Reagent pump power supply 8 Liquid sample blocking means 9 Sample suction connection port 11 Measuring device main body 12 Output means 13 Sample measuring means 13a Light emitting part of sample measuring means 13b Light receiving part of sample measuring means 14 Measurement signal receiving means 15 Chip recognizing means 16 Chip connecting means 17 Calculation Means 18 Display means 19 Sampling auxiliary means 19a Sample suction connection port 20 Personal computer 21 Control means 22 Power supply 23 Operation means
Claims (8)
前記測定信号送信手段からの信号を受信する測定信号受信手段と、受信した測定信号を演算処理して測定結果とする演算手段と、測定結果の表示手段と、前記チップ特定手段の発信する信号によりチップおよび/または試料測定手段を認識するチップ認識手段と、前記チップの試料採取手段を補助する試料採取補助手段と、前記チップおよび/または測定装置本体の作動を制御する制御手段と、前記チップの接続手段に対応してチップを着脱可能に接続するチップ接続手段とを備えた測定装置本体とを有する生体物質測定装置。 A sample measuring means for measuring a sample derived from a biological material and transmitting a measurement signal; a sample collecting means for supplying a sample to the sample measuring means; a measurement signal transmitting means for transmitting a measurement signal transmitted by the sample measuring means; A chip comprising a chip specifying means for transmitting a signal specifying the chip and / or the sample measuring means, and a connecting means for connecting the chip to the measuring apparatus body;
Measurement signal receiving means for receiving a signal from the measurement signal transmitting means, calculation means for calculating the received measurement signal to obtain a measurement result, measurement result display means, and a signal transmitted by the chip specifying means Chip recognition means for recognizing the chip and / or sample measurement means, sample collection assistance means for assisting the sample collection means of the chip, control means for controlling the operation of the chip and / or the measurement apparatus main body, A biological material measuring device comprising: a measuring device main body provided with chip connecting means for detachably connecting a chip corresponding to the connecting means.
測定装置本体には、前記試料測定用セル内の試料を測定し測定信号を測定信号受信手段に送信する試料測定手段を備えた、請求項1に記載の生体物質測定装置。 The chip includes a sample measurement cell for measuring a sample derived from a biological material, a sample collection unit for supplying a sample to the sample measurement cell, instead of the sample measurement unit, the sample collection unit, and the measurement signal transmission unit. With
The biological material measuring device according to claim 1, wherein the measuring device main body includes a sample measuring unit that measures a sample in the sample measuring cell and transmits a measurement signal to the measurement signal receiving unit.
The chip according to any one of claims 5 to 7, further comprising a liquid sample blocking means for preventing the liquid sample from flowing into the sample collection auxiliary means of the measuring apparatus main body to which the chip is connected.
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