JP2009270980A - Biosensor, enzyme sensor, and gas detecting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイオセンサ、酵素センサ及びガス検出システムに関する。 The present invention relates to a biosensor, an enzyme sensor, and a gas detection system.
従来、試料中の特定物質を検出するバイオセンサの研究・開発が盛んに行われている。
具体的には、例えば、ゼリー中のグルコース濃度を検出するバイオセンサや魚肉中の遊離アミノ酸や脂肪酸、糖などを検出するバイオセンサ(例えば、特許文献1参照)、排水中のアンモニア性窒素濃度を検出するバイオセンサ(例えば、特許文献2参照)、電解液中のアミノ酸濃度を検出するバイオセンサ(例えば、特許文献3参照)、トマトジュース中の乳酸含有量を検出するバイオセンサ(例えば、特許文献4参照)等が提案されている。
Specifically, for example, a biosensor that detects glucose concentration in jelly, a biosensor that detects free amino acids, fatty acids, sugars, etc. in fish meat (see, for example, Patent Document 1), ammonia nitrogen concentration in wastewater Biosensor to detect (for example, see Patent Document 2), biosensor to detect amino acid concentration in the electrolyte (for example, see Patent Document 3), biosensor to detect lactic acid content in tomato juice (for example, Patent Document) 4)) has been proposed.
しかしながら、特許文献1〜4記載のバイオセンサにようにレセプタ(酵素や微生物など)の特性を利用する場合、レセプタを機能させるためには水の存在が必要である。したがって、気体試料中の検出対象物質を検出するためには、気体試料中の検出対象物質を水中に溶解させる等の処理を行わなければならず、手間がかかるという問題がある。 However, when utilizing the characteristics of a receptor (such as an enzyme or a microorganism) as in the biosensors described in Patent Documents 1 to 4, the presence of water is necessary to make the receptor function. Therefore, in order to detect the detection target substance in the gas sample, it is necessary to perform a process such as dissolving the detection target substance in the gas sample in water, which is troublesome.
本発明の課題は、簡易な構成で、簡便に気体試料中の検出対象物質を検出できるバイオセンサ、酵素センサ及びガス検出システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a biosensor, an enzyme sensor, and a gas detection system that can easily detect a detection target substance in a gas sample with a simple configuration.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
バイオセンサにおいて、
検出対象物質を含有するガスが導入される気相室と、
前記気相室と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室と、
前記気相室と前記液相室とを隔てるように配置され、少なくとも前記検出対象物質が透過するガス透過膜と、
前記液相室にガス透過膜と対向して配置された電極と、
前記液相室に含有され、前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタと、を備え、
前記ガス透過膜を透過して前記気相室から前記液相室に移行してきた前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1
In biosensors,
A gas phase chamber into which a gas containing a detection target substance is introduced;
A liquid phase chamber disposed adjacent to the gas phase chamber and into which a predetermined electrolyte is introduced;
A gas permeable membrane that is disposed so as to separate the gas phase chamber and the liquid phase chamber and allows at least the detection target substance to pass through;
An electrode disposed opposite to the gas permeable membrane in the liquid phase chamber;
A receptor contained in the liquid phase chamber and selectively reacting with the detection target substance,
The detection target substance that has passed through the gas permeable membrane and has moved from the gas phase chamber to the liquid phase chamber is detected.
請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載のバイオセンサにおいて、
前記ガス透過膜と前記電極との間に配置されたスペーサを備えることを特徴とする。
The invention described in
The biosensor according to claim 1, wherein
A spacer is provided between the gas permeable membrane and the electrode.
請求項3に記載の発明は、
請求項1又は2に記載のバイオセンサにおいて、
前記液相室の前記気相室と対向する側の面を構成して、前記電極を支持する支持体を備え、
前記支持体は、溝部を有し、
前記電極は、前記溝部内に形成され、
前記電極の厚みは、前記溝部の深さと略同一であることを特徴とする。
The invention according to claim 3
The biosensor according to
Constituting a surface of the liquid phase chamber facing the gas phase chamber, and comprising a support for supporting the electrode;
The support has a groove,
The electrode is formed in the groove;
The thickness of the electrode is substantially the same as the depth of the groove.
請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3の何れか一項に記載のバイオセンサにおいて、
前記電極を有する電極部と、
前記液相室に前記電極部を取り付けるための取付部と、を備え、
前記電極部は、前記取付部に着脱自在であることを特徴とする。
The invention according to
In the biosensor according to any one of claims 1 to 3,
An electrode part having the electrode;
An attachment portion for attaching the electrode portion to the liquid phase chamber,
The electrode part is detachable from the attachment part.
請求項5に記載の発明は、
請求項1〜4の何れか一項に記載のバイオセンサを備えるガス検出システムにおいて、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段を備えることを特徴とする。
The invention described in
In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber is provided.
請求項6に記載の発明は、
請求項1〜4の何れか一項に記載のバイオセンサを備えるガス検出システムにおいて、
前記電極の温度を調整する電極温度調整手段を備えることを特徴とする。
The invention described in
In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
An electrode temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrode is provided.
請求項7に記載の発明は、
請求項6に記載のガス検出システムにおいて、
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出時における前記電極の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電極温度調整手段に前記電極の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention described in
The gas detection system according to
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Determination means for determining the temperature of the electrode at the time of detection of the detection target substance by the biosensor based on the response data acquired by the acquisition means;
An adjustment control means for causing the electrode temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrode so that the temperature is determined by the determination means;
It is characterized by providing.
請求項8に記載の発明は、
請求項1〜4の何れか一項に記載のバイオセンサを備えるガス検出システムにおいて、
前記液相室に導入される前記電解液の温度を調整する電解液温度調整手段を備えることを特徴とする。
The invention according to
In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
Electrolytic solution temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrolytic solution introduced into the liquid phase chamber is provided.
請求項9に記載の発明は、
請求項8に記載のガス検出システムにおいて、
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出時における前記電解液の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電解液温度調整手段に前記電解液の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
The gas detection system according to
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Based on the response data acquired by the acquisition unit, a determination unit that determines the temperature of the electrolytic solution at the time of detection of the detection target substance by the biosensor;
Adjustment control means for causing the electrolyte temperature adjusting means to adjust the temperature of the electrolyte so as to be the temperature determined by the determining means;
It is characterized by providing.
請求項10に記載の発明は、
請求項4に記載のバイオセンサを備えるガス検出システムにおいて、
前記レセプタは、前記電極に固定されることによって前記液相室に含有され、
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電極部を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
A gas detection system comprising the biosensor according to
The receptor is contained in the liquid phase chamber by being fixed to the electrode,
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrode unit based on the response data acquired by the acquiring means;
It is characterized by providing.
請求項11に記載の発明は、
請求項1〜4の何れか一項に記載のバイオセンサを備えるガス検出システムにおいて、
前記レセプタは、前記液相室に導入される前記電解液に含有されることによって前記液相室に含有され、
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電解液を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 11
In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
The receptor is contained in the liquid phase chamber by being contained in the electrolytic solution introduced into the liquid phase chamber,
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrolyte based on the response data acquired by the acquiring means;
It is characterized by providing.
請求項12に記載の発明は、
酵素センサにおいて、
検出対象物質を含有するガスが導入される気相室と、
前記気相室と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室と、
前記気相室と前記液相室とを隔てるように配置され、少なくとも前記検出対象物質が透過するガス透過膜と、
前記液相室にガス透過膜と対向して配置された電極と、
前記液相室に含有され、前記検出対象物質と選択的に反応する酵素と、
前記ガス透過膜と前記電極との間に配置されたスペーサと、
前記液相室の前記気相室と対向する側の面を構成して、前記電極を支持する支持体と、を備え、
前記支持体は、溝部を有し、
前記電極は、前記溝部内に形成され、
前記電極の厚みは、前記溝部の深さと略同一であり、
前記ガス透過膜を透過して前記気相室から前記液相室に移行してきた前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention according to
In enzyme sensor,
A gas phase chamber into which a gas containing a detection target substance is introduced;
A liquid phase chamber disposed adjacent to the gas phase chamber and into which a predetermined electrolyte is introduced;
A gas permeable membrane that is disposed so as to separate the gas phase chamber and the liquid phase chamber and allows at least the detection target substance to pass through;
An electrode disposed opposite to the gas permeable membrane in the liquid phase chamber;
An enzyme contained in the liquid phase chamber and selectively reacting with the detection target substance;
A spacer disposed between the gas permeable membrane and the electrode;
A surface of the liquid phase chamber that faces the gas phase chamber, and a support that supports the electrode; and
The support has a groove,
The electrode is formed in the groove;
The thickness of the electrode is substantially the same as the depth of the groove,
The detection target substance that has passed through the gas permeable membrane and has moved from the gas phase chamber to the liquid phase chamber is detected.
請求項13に記載の発明は、
請求項12に記載の酵素センサを備えるガス検出システムにおいて、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記電極の温度を調整する電極温度調整手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出時における前記電極の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電極温度調整手段に前記電極の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 13
A gas detection system comprising the enzyme sensor according to
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
Electrode temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrode;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determination means for determining the temperature of the electrode at the time of detection of the detection target substance by the enzyme sensor based on the response data acquired by the acquisition means;
An adjustment control means for causing the electrode temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrode so that the temperature is determined by the determination means;
It is characterized by providing.
請求項14に記載の発明は、
請求項12に記載の酵素センサを備えるガス検出システムにおいて、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記液相室に導入される前記電解液の温度を調整する電解液温度調整手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出時における前記電解液の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電解液温度調整手段に前記電解液の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
A gas detection system comprising the enzyme sensor according to
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
An electrolyte temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrolyte introduced into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Based on the response data acquired by the acquisition unit, a determination unit that determines the temperature of the electrolytic solution at the time of detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Adjustment control means for causing the electrolyte temperature adjusting means to adjust the temperature of the electrolyte so as to be the temperature determined by the determining means;
It is characterized by providing.
請求項15に記載の発明は、
請求項12に記載の酵素センサを備えるガス検出システムにおいて、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記電極の温度を調整する電極温度調整手段と、
前記液相室に導入される前記電解液の温度を調整する電解液温度調整手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出時における前記電極の温度及び前記電解液の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電極温度調整手段に前記電極の温度を調整させるとともに、前記電解液温度調整手段に前記電解液の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
A gas detection system comprising the enzyme sensor according to
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
Electrode temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrode;
An electrolyte temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrolyte introduced into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determination means for determining the temperature of the electrode and the temperature of the electrolytic solution at the time of detection of the detection target substance by the enzyme sensor based on the response data acquired by the acquisition means;
An adjustment control means for causing the electrode temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrode so that the temperature is determined by the determination means, and for causing the electrolyte temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrolyte solution;
It is characterized by providing.
請求項16に記載の発明は、
酵素センサにおいて、
検出対象物質を含有するガスが導入される気相室と、
前記気相室と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室と、
前記気相室と前記液相室とを隔てるように配置され、少なくとも前記検出対象物質が透過するガス透過膜と、
前記液相室にガス透過膜と対向して配置された電極と、
前記液相室に含有され、前記検出対象物質と選択的に反応する酵素と、
前記ガス透過膜と前記電極との間に配置されたスペーサと、
前記電極を有する電極部と、
前記液相室に前記電極部を取り付けるための取付部と、を備え、
前記電極部は、前記取付部に着脱自在であり、
前記ガス透過膜を透過して前記気相室から前記液相室に移行してきた前記検出対象物質を検出することを特徴とする。
The invention described in claim 16
In enzyme sensor,
A gas phase chamber into which a gas containing a detection target substance is introduced;
A liquid phase chamber disposed adjacent to the gas phase chamber and into which a predetermined electrolyte is introduced;
A gas permeable membrane that is disposed so as to separate the gas phase chamber and the liquid phase chamber and allows at least the detection target substance to pass through;
An electrode disposed opposite to the gas permeable membrane in the liquid phase chamber;
An enzyme contained in the liquid phase chamber and selectively reacting with the detection target substance;
A spacer disposed between the gas permeable membrane and the electrode;
An electrode part having the electrode;
An attachment portion for attaching the electrode portion to the liquid phase chamber,
The electrode part is detachable from the attachment part,
The detection target substance that has passed through the gas permeable membrane and has moved from the gas phase chamber to the liquid phase chamber is detected.
請求項17に記載の発明は、
請求項16に記載の酵素センサを備えるガス検出システムにおいて、
前記酵素は、前記電極に固定されることによって前記液相室に含有され、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電極部を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 17
A gas detection system comprising the enzyme sensor according to claim 16,
The enzyme is contained in the liquid phase chamber by being fixed to the electrode,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrode unit based on the response data acquired by the acquiring means;
It is characterized by providing.
請求項18に記載の発明は、
請求項12又は16に記載の酵素センサを備えるガス検出システムにおいて、
前記酵素は、前記液相室に導入される前記電解液に含有されることによって前記液相室に含有され、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電解液を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 18
A gas detection system comprising the enzyme sensor according to claim 12 or 16,
The enzyme is contained in the liquid phase chamber by being contained in the electrolyte solution introduced into the liquid phase chamber,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrolyte based on the response data acquired by the acquiring means;
It is characterized by providing.
本発明によれば、バイオセンサは、検出対象物質を含有するガスが導入される気相室と、気相室と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室と、気相室と液相室とを隔てるように配置され、少なくとも検出対象物質が透過するガス透過膜と、液相室にガス透過膜と対向して配置された電極と、液相室に含有され、検出対象物質と選択的に反応するレセプタと、を備え、ガス透過膜を透過して気相室から液相室に移行してきた検出対象物質を検出するようになっている。
すなわち、バイオセンサは、ガス透過膜を介して気相室と液相室とを配置しただけの簡易な構成となっている。また、バイオセンサを用いて気体試料中の検出対象物質を検出する際、その気体試料中の検出対象物質を水中に溶解させる等の処理を行う必要がなく、気体試料をそのまま気相室に導入すればよいため、簡便に気体試料中の検出対象物質を検出することができる。
According to the present invention, the biosensor includes a gas phase chamber into which a gas containing a detection target substance is introduced, a liquid phase chamber that is disposed adjacent to the gas phase chamber and into which a predetermined electrolyte is introduced, The gas phase chamber is separated from the liquid phase chamber, and is contained in the liquid phase chamber, at least a gas permeable membrane through which the detection target substance permeates, an electrode disposed in the liquid phase chamber facing the gas permeable membrane, and And a receptor that selectively reacts with the detection target substance, and detects the detection target substance that has passed through the gas permeable membrane and moved from the gas phase chamber to the liquid phase chamber.
That is, the biosensor has a simple configuration in which a gas phase chamber and a liquid phase chamber are disposed via a gas permeable membrane. In addition, when a detection target substance in a gas sample is detected using a biosensor, it is not necessary to perform a process such as dissolving the detection target substance in the gas sample in water, and the gas sample is directly introduced into the gas phase chamber. Therefore, the detection target substance in the gas sample can be easily detected.
以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。
本実施の形態では、バイオセンサとして酵素センサを例示して説明することとする。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the invention is not limited to the illustrated example.
In the present embodiment, an enzyme sensor will be described as an example of a biosensor.
[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態における酵素センサ100及び酵素センサ100を備えるガス検出システム1000について説明する。
[First Embodiment]
First, the
<ガス検出システムの構成>
図1は、ガス検出システム1000の構成を示す図であり、図2は、ガス検出システム1000の機能的構成を示す図である。
<Configuration of gas detection system>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the
ガス検出システム1000は、例えば、図1及び図2に示すように、酵素センサ100と、計測回路210と、データ処理装置220と、データ表示装置230と、報知ランプ240と、電解液タンク310と、標準液提供装置320と、廃液タンク330と、送液ポンプ340と、センサ温度調整装置410と、電解液温度調整装置420と、吸気ポンプ510と、ダストフィルタ520と、標準ガス提供装置530と、バルブ切替装置600と、制御装置700と、などを備えて構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, for example, the
ガス検出システム1000が備える酵素センサ100は、電極150を備えており、酵素の特性を利用して気体試料中の検出対象物質を電気化学的計測法によって検出するセンサである。酵素センサ100は、検出対象物質を含有するガス(気体試料)が導入される気相室R1と、所定の電解液が導入される液相室R2と、を有しており、電極150は液相室R2に配置されており、酵素は液相室R2に含有される。
酵素センサ100において、酵素は、固定化酵素の状態で液相室R2に含有されても良いし、遊離酵素の状態で液相室R2に含有されても良い。以下、酵素が固定化酵素の状態で液相室R2に含有される酵素センサ100を「固定型酵素センサ」と呼ぶ場合があり、また、酵素が遊離酵素の状態で液相室R2に含有される酵素センサ100を「遊離型酵素センサ」と呼ぶ場合がある。
The
In the
具体的には、「固定型酵素センサ」においては、例えば、電極150に固定することによって、或いは、液相室R2内に配置された所定の担体に固定することによって、酵素を液相室R2に含有させることとする。以下、酵素が電極150に固定されている酵素センサ100を「電極固定型酵素センサ」と呼ぶ場合があり、また、酵素が所定の担体に固定されている酵素センサ100を「担体固定型酵素センサ」と呼ぶ場合がある。
また、「遊離型酵素センサ」においては、例えば、液相室R2に導入される電解液として酵素が含有された電解液を使用することによって、酵素を液相室R2に含有させることとする。
Specifically, in the “fixed enzyme sensor”, for example, the enzyme is fixed to the
In the “free enzyme sensor”, for example, by using an electrolyte containing an enzyme as an electrolyte introduced into the liquid phase chamber R2, the enzyme is contained in the liquid phase chamber R2.
計測回路210は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、酵素センサ100に対して電圧を印加して酵素センサ100からの応答電流を計測し、当該計測信号をデータ処理装置220に出力する。
For example, the
データ処理装置220は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、計測回路210から入力された計測信号を処理して、当該計測信号に基づく数値データを作成し、データ表示装置230に出力する。
ここで、数値データとは、例えば、応答電流や濃度(応答電流と予め作成された検量線とから求めた検出対象物質の濃度)などの数値に関するデータであれば任意であり、例えば、応答電流や濃度などの数値そのものに関するデータであっても良いし、数値の変化に関するデータであっても良い。
For example, the
Here, the numerical data is arbitrary as long as it is data relating to numerical values such as response current and concentration (concentration of the detection target substance determined from the response current and a calibration curve prepared in advance), for example, response current It may be data relating to numerical values themselves such as or density, or data relating to changes in numerical values.
データ表示装置230は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、データ処理装置220から入力された数値データに基づく数値情報を表示する。
ここで、表示される数値情報は、例えば、応答電流や濃度などの数値そのものであっても良いし、数値の変化をグラフ化したもの(例えば、検量線を示すグラフや数値の経時変化を示すグラフなど)であっても良い。
For example, the
Here, the displayed numerical information may be, for example, numerical values such as response current or concentration, or graphs of changes in numerical values (for example, a graph showing a calibration curve or a change with time) Graph).
報知ランプ240は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、点灯したり点滅したりする。
For example, the
電解液タンク310は、電解液を貯めておくためのタンクであり、例えば、酵素センサ100(液相室R2の電解液導入側)と、第1バルブ610、送液ポンプ340及び所定のバルブを介してチューブで接続されているとともに、酵素センサ100(液相室R2の電解液排出側)と、第2バルブ620を介してチューブで接続されている。
具体的には、電解液タンク310中の電解液は、例えば、酵素センサ100が「固定型酵素センサ」である場合、酵素を含有しない電解液(緩衝液)であり、酵素センサ100が「遊離型酵素センサ」である場合、酵素を含有する電解液(緩衝液に酵素を溶解させたもの)である。
The
Specifically, for example, when the
ここで、酵素センサ100が「遊離型酵素センサ」である場合、電解液タンク310に加えて、電解液(酵素を含有する電解液)の温度を、電解液に含有される酵素の失活を防ぐことができる温度(例えば、4℃)に保持できる電解液保存タンクを備えるのが好ましい。具体的には、例えば、電解液保存タンクと、電解液保存タンク用温度調整装置と、を備えて、電解液保存タンク中の電解液の温度を、常時、電解液保存温度(電解液に含有される酵素の失活を防ぐことができる温度)に保持し、そして、電解液保存タンク中の電解液を、使用する分だけ、ポンプ等を用いて電解液タンク310に移すようにすると良い。
Here, when the
また、酵素センサ100が「固定型酵素センサ」である場合、酵素センサ100の温度、或いは、酵素センサ100と電解液タンク310中の電解液の温度を、酵素センサ100の保存時には、固定化酵素の失活を防ぐことができる温度(例えば、4℃)に保持し、酵素センサ100の使用時には、測定温度(例えば、30℃)となるよう調整するのが好ましい。これにより、「固定型酵素センサ」の寿命を延ばすことができる。
Further, when the
標準液提供装置320は、例えば、検量線を作成する際に使用する標準液(基質(検出対象物質)を含有する電解液)を提供するための装置であり、例えば、酵素センサ100(液相室R2の電解液導入側)と、第1バルブ610、送液ポンプ340及び所定のバルブを介してチューブで接続されている。
具体的には、標準液提供装置320は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、制御装置700から指定された基質濃度の標準液を、酵素センサ100に提供する。
The standard
Specifically, the standard
廃液タンク330は、酵素センサ100から排出された廃液を貯めておくためのタンクであり、例えば、酵素センサ100(液相室R2の電解液排出側)と、第2バルブ620を介してチューブで接続されている。
The
送液ポンプ340は、電解液タンク310中の電解液や標準液提供装置320中の標準液を酵素センサ100に送液するためのポンプであり、例えば、電解液タンク310及び標準液提供装置320と、第1バルブ610を介してチューブで接続されているとともに、酵素センサ100(液相室R2の電解液導入側)と、所定のバルブを介してチューブで接続されている。
具体的には、送液ポンプ340は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、電解液タンク310中の電解液や標準液提供装置320中の標準液を、酵素センサ100に送液する。
なお、送液ポンプ340は、チューブを用いて送液できるポンプであれば任意であり、具体的には、例えば、ダイヤフラムポンプ等であっても良いし、ペリスタポンプやリングポンプなどのチューブをしごくタイプのポンプ等であっても良い。
また、送液ポンプ340を酵素センサ100の前段(電解液導入側)に接続するよう構成したが、電解液タンク310中の電解液や標準液提供装置320中の標準液を酵素センサ100に送液できる構成であれば任意であり、具体的には、例えば、送液ポンプ340に代えて酵素センサ100の後段(電解液排出側)に排出ポンプを接続して作動させても良いし、酵素センサ100の後段(電解液排出側)に送液ポンプ340を接続して、送液ポンプ340を吸引ポンプとして作動させても良いし、酵素センサ100の前段(電解液導入側)と後段(電解液排出側)との両方にポンプを接続して作動させても良い。
The
Specifically, the
The
Further, although the
センサ温度調整装置410は、例えば、酵素センサ100の温度を一定に保つための装置であり、具体的には、例えば、恒温槽などである。
具体的には、センサ温度調整装置410は、例えば、電極150の温度を調整する電極温度調整手段として、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、酵素センサ100の温度が、制御装置700から指定された温度となるよう、酵素センサ100の温度を調整する。
The sensor
Specifically, the sensor
電解液温度調整装置420は、例えば、電解液タンク310中の電解液の温度を一定に保つための装置であり、具体的には、例えば、恒温槽などである。
具体的には、電解液温度調整装置420は、例えば、液相室R2に導入される電解液の温度を調整する電解液温度調整手段として、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、電解液タンク310中の電解液の温度が、制御装置700から指定された温度となるよう、電解液タンク310中の電解液の温度を調整する。
The electrolyte
Specifically, the electrolyte
吸気ポンプ510は、外部大気(気体試料)を吸気するためのポンプであり、例えば、酵素センサ100(気相室R1のガス導入側)と、第3バルブ630を介してチューブで接続されている。
具体的には、吸気ポンプ510は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、ダストフィルタ520を介して外部大気を吸気し、その吸気した外部大気を、酵素センサ100に導入する。
なお、酵素センサ100に導入された外部大気は、酵素センサ100(気相室R1のガス排出側)から外部に排出される。
The
Specifically, the
The external air introduced into the
標準ガス提供装置530は、例えば、検量線を作成する際に使用する標準ガス(基質(検出対象物質)を含有するガス)を提供するための装置であり、例えば、酵素センサ100(気相室R1のガス導入側)と、第3バルブ630を介してチューブで接続されている。
標準ガス提供装置530は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、制御装置700から指定された基質濃度の標準ガスを、酵素センサ100に提供する。
なお、酵素センサ100に導入された標準ガスは、酵素センサ100(気相室R1のガス排出側)から外部に排出される。
The standard
For example, the standard
The standard gas introduced into the
バルブ切替装置600は、例えば、制御装置700から入力される制御信号に従って、ガス検出システム1000が備える各バルブ(第1バルブ610や第2バルブ620、第3バルブ630など)を切り替える。
For example, the
制御装置700は、例えば、ガス検出システム1000を構成する各装置を制御するための装置である。
具体的には、制御装置700は、例えば、図2に示すように、CPU(Central Processing Unit)710と、RAM(Random Access Memory)720と、記憶部730と、などを備えている。
The
Specifically, for example, as illustrated in FIG. 2, the
CPU710は、例えば、記憶部730に記憶された制御装置700用の各種処理プログラムに従って各種の制御動作を行う。
For example, the
RAM720は、例えば、CPU710によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備える。
The
記憶部730は、例えば、制御装置700で実行可能なシステムプログラム、当該システムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、CPU710によって演算処理された処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部730に記憶されている。
The
具体的には、記憶部730には、例えば、測定準備プログラム731と、校正プログラム732と、循環洗浄プログラム733と、検量線作成プログラム734と、測定プログラム735と、洗浄プログラム736と、などを記憶している。
Specifically, the
測定準備プログラム731は、例えば、測定(検出対象物質の検出)のための準備を行う機能を、CPU710に実現させる。
For example, the
具体的には、CPU710は、例えば、センサ温度調整装置410に制御信号を入力して、初期設定温度等の予め設定された設定温度となるよう、酵素センサ100の温度及び/又は電解液タンク310中の電解液の温度を調整させる。
Specifically, the
次いで、CPU710は、例えば、計測回路210に制御信号を入力して、酵素センサ100の参照電極152に対して作用電極151に所定の大きさ(0.01〜1V程度)の電圧を印加させて、酵素センサ100からの応答電流の計測を開始させる。
Next, for example, the
次いで、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、電解液タンク310中の電解液が酵素センサ100に送液されるよう第1バルブ610を切り替えさせるとともに、酵素センサ100から排出された電解液が廃液タンク330に送液されるよう第2バルブ620を切り替えさせ、送液ポンプ340に制御信号を入力して、一定時間、電解液タンク310中の電解液を送液させる。その後、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、酵素センサ100から排出された電解液が電解液タンク310に送液(循環)されるよう第2バルブ620を切り替えさせ、酵素センサ100の応答出力(酵素センサからの応答電流)が安定した段階で当該送液を停止させる。このとき、酵素センサ100の液相室R2は、電解液で完全に満たされた状態となっている。液相室R2を電解液で完全に満たすとともに液相室R2内の不純物や気泡を取り除くという観点から、例えば、液相室R2の容積が100μLのとき、好ましい送液速度は0.05〜3.0mL/min、より好ましい送液速度は0.1mL/minであり、好ましい送液時間は1〜5000秒間、より好ましい送液時間は100秒間である。
Next, for example, the
校正プログラム732は、例えば、測定(検出対象物質の検出)の前に、酵素センサ100の校正(キャリブレーション)を行う機能を、CPU710に実現させる。
For example, the
具体的には、酵素センサ100が「固定型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、標準液提供装置320中の標準液が酵素センサ100に送液されるよう第1バルブ610を切り替えさせるとともに、酵素センサ100から排出された標準液が廃液タンク330に送液されるよう第2バルブ620を切り替えさせ、標準液提供装置320や送液ポンプ340に制御信号を入力して、基質濃度が異なる標準液を順次生成させて導入させ、データ処理装置220に制御信号を入力して、検量線(応答データ)を作成させる。
また、酵素センサ100が「固定型酵素センサ」又は「遊離型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、標準ガス提供装置530中の標準ガスが酵素センサ100に導入されるよう第3バルブ630を切り替えさせ、標準ガス提供装置530に制御信号を入力して、基質濃度が異なる標準ガスを順次生成させて導入させ、データ処理装置220に制御信号を入力して、検量線(応答データ)を作成させる。
Specifically, when the
When the
次いで、CPU710は、例えば、作成された検量線の傾きを求め、当該傾きに基づいて、測定時における酵素センサ100の温度及び/又は酵素センサ100に導入される電解液の温度を決定する。
Next, the
ここで、酵素等の生体物質を利用する場合、一般的に、生体物質が安定的に機能するよう、温度とpH条件を一定にする必要がある。そのため、ガス検出システム1000では、酵素センサ100(電極150)の温度を一定にするために、恒温槽等のセンサ温度調整装置410を備えているとともに、酵素センサ100に導入される電解液の温度を一定にするために、恒温槽等の電解液温度調整装置420を備えている。また、pH条件を一定にするために、電解液として緩衝液(緩衝液や緩衝液に酵素を溶解させたものなど)を用いている。
特に、温度に関しては、酵素等の生体物質は、低温では活性が低く、高温では熱によるダメージを受けるため、至適温度が存在する。
そこで、ガス検出システム1000では、測定前に、酵素センサ100の応答出力に関する応答データ(検量線)から、電極150に固定された酵素(酵素センサ100が「電極固定型酵素センサ」である場合)、液相室R2内に配置された所定の担体に固定された酵素(酵素センサ100が「担体固定型酵素センサ」である場合)、或いは、液相室R2に導入される電解液に含有された酵素(酵素センサ100が「遊離型酵素センサ」である場合)の劣化具合を判定し、その酵素の至適温度以下で温度を調整することによって、酵素センサ100の応答出力が略一定となるよう、酵素センサ100を校正することとする。
Here, when a biological material such as an enzyme is used, it is generally necessary to make the temperature and pH conditions constant so that the biological material functions stably. Therefore, in the
In particular, with regard to temperature, biological substances such as enzymes have low activity at low temperatures and are damaged by heat at high temperatures, so there is an optimum temperature.
Therefore, in the
具体的には、CPU710は、例えば、検量線の傾きが所定の調整用閾値以下である場合、初期設定温度以上で至適温度以下の温度を測定時における設定温度(測定時における酵素センサ100の温度及び/又は測定時における酵素センサ100に導入される電解液の温度)として決定し、検量線の傾きが所定の調整用閾値を上回る場合、初期設定温度未満の温度を設定温度として決定する。
より具体的には、例えば、至適温度が40℃で、初期設定温度が25℃である場合、検量線の傾きが調整用閾値以下の場合には、25℃以上40℃以下の温度を設定温度として決定し、検量線の傾きが調整用閾値を上回る場合には、25℃未満の温度(例えば、10℃以上25℃未満の温度)を設定温度として決定する。さらに、例えば、調整用閾値を5とした際、「5<検量線の傾き≦6」である場合には20℃、「6<検量線の傾き」である場合には15℃を設定温度として決定するとともに、「4<検量線の傾き≦5」である場合には30℃、「検量線の傾き≦4」である場合には35℃を設定温度として決定する等、検量線の傾きが小さいほど、測定時における設定温度が大きくなるように、検量線の傾きに応じて段階的に設定温度を決定するのが好ましい。
Specifically, for example, when the slope of the calibration curve is equal to or less than a predetermined adjustment threshold, the
More specifically, for example, when the optimum temperature is 40 ° C. and the initial set temperature is 25 ° C., the temperature of 25 ° C. or more and 40 ° C. or less is set when the slope of the calibration curve is below the adjustment threshold. When the slope of the calibration curve exceeds the adjustment threshold, a temperature lower than 25 ° C. (for example, a temperature of 10 ° C. or higher and lower than 25 ° C.) is determined as the set temperature. Further, for example, when the adjustment threshold is 5, when “5 <calibration curve slope ≦ 6”, 20 ° C., and when “6 <calibration curve slope”, 15 ° C. is set as the set temperature. When “4 <calibration curve slope ≦ 5”, the calibration curve slope is 30 ° C., and when “calibration curve slope ≦ 4”, 35 ° C. is set as the set temperature. It is preferable to determine the set temperature step by step according to the slope of the calibration curve so that the set temperature at the time of measurement increases as the value decreases.
次いで、CPU710は、例えば、センサ温度調整装置410に制御信号を入力して、決定された設定温度となるよう、酵素センサ100の温度及び/又は電解液タンク310中の電解液の温度を調整させる。
Next, the
ここで、酵素センサ100による検出対象物質の検出前に、酵素センサ100の応答出力に関する応答データを取得する取得手段は、計測回路210と、データ処理装置220と、校正プログラム732を実行したCPU710と、などにより構成される。
また、CPU710は、校正プログラム732を実行することによって、取得手段により取得された応答データに基づいて、酵素センサ100による検出対象物質の検出時における電極150の温度を決定する決定手段、決定手段により決定された温度となるよう、センサ温度調整装置410に電極150の温度を調整させる調整制御手段、取得手段により取得された応答データに基づいて、酵素センサ100による検出対象物質の検出時における電解液の温度を決定する決定手段及び決定手段により決定された温度となるよう、電解液温度調整装置420に電解液の温度を調整させる調整制御手段として機能する。
Here, the acquisition means for acquiring the response data regarding the response output of the
Further, the
循環洗浄プログラム733は、例えば、送液ポンプ340で電解液を循環させて液相室R2内の不純物や気泡を取り除く(酵素センサ100を洗浄する)ことにより、酵素センサ100の応答出力を安定化させる機能を、CPU710に実現させる。
The
具体的には、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、電解液タンク310中の電解液が酵素センサ100に送液されるよう第1バルブ610を切り替えさせるとともに、酵素センサ100から排出された電解液が電解液タンク310に送液(循環)されるよう第2バルブ620を切り替えさせ、送液ポンプ340に制御信号を入力して、電解液タンク310中の電解液の送液を開始させ、酵素センサ100の応答出力(酵素センサからの応答電流)が安定した段階で当該送液を停止させる。
ここで、液相室R2に導入された電解液を液相室R2から排出させて、再び液相室R2に導入させる循環手段は、電解液タンク310と、送液ポンプ340と、循環洗浄プログラム733を実行したCPU710と、などにより構成される。
Specifically, for example, the
Here, the circulation means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber R2 from the liquid phase chamber R2 and introducing it again into the liquid phase chamber R2 includes an
検量線作成プログラム734は、例えば、測定(検出対象物質の検出)の前に、検量線を作成する機能を、CPU710に実現させる。
For example, the calibration
具体的には、酵素センサ100が「固定型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、標準液提供装置320中の標準液が酵素センサ100に送液されるよう第1バルブ610を切り替えさせるとともに、酵素センサ100から排出された標準液が廃液タンク330に送液されるよう第2バルブ620を切り替えさせ、標準液提供装置320や送液ポンプ340に制御信号を入力して、基質濃度が異なる標準液を順次生成させて導入させ、計測回路210やデータ処理装置220に制御信号を入力して、検量線を作成させる。
また、酵素センサ100が「固定型酵素センサ」又は「遊離型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、標準ガス提供装置530中の標準ガスが酵素センサ100に導入されるよう第3バルブ630を切り替えさせ、標準ガス提供装置530に制御信号を入力して、基質濃度が異なる標準ガスを順次生成させて導入させ、データ処理装置220に制御信号を入力して、検量線を作成させる。
この作成された検量線は、例えば、RAM172や記憶部173などに記憶されるようになっており、例えば、酵素センサ100により検出された検出対象物質の濃度を求める際などに使用される。
Specifically, when the
When the
The created calibration curve is stored in, for example, the RAM 172 or the storage unit 173, and is used, for example, when obtaining the concentration of the detection target substance detected by the
測定プログラム735は、例えば、酵素センサ100を用いた測定(検出対象物質の検出)を行う機能を、CPU710に実現させる。
For example, the
具体的には、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、吸気ポンプ510により吸気された外部大気(気体試料)が酵素センサ100に導入されるよう第3バルブ630を切り替えさせ、吸気ポンプ510に制御信号を入力して、外部大気を導入させ、データ処理装置220及びデータ表示装置230に制御信号を入力して、計測回路210により計測された計測結果(数値情報等)を表示させる。
Specifically, for example, the
洗浄プログラム736は、例えば、送液ポンプ340で電解液を送液して液相室R2内の不純物や気泡を取り除く(酵素センサ100を洗浄する)ことにより、酵素センサ100の応答出力を安定化させる機能を、CPU710に実現させる。
The
具体的には、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、電解液タンク310中の電解液が酵素センサ100に送液されるよう第1バルブ610を切り替えさせるとともに、酵素センサ100から排出された電解液が廃液タンク330に送液されるよう第2バルブ620を切り替えさせ、送液ポンプ340に制御信号を入力して、電解液タンク310中の電解液の送液を開始させ、酵素センサ100の応答出力(酵素センサからの応答電流)が安定した段階で当該送液を停止させる。
なお、洗浄の後に循環洗浄を行う場合は、例えば、電解液の流路(チューブや酵素センサ100内)内の電解液が全て入れ替わるまで洗浄を行い、その後、循環洗浄を行うこととする。
Specifically, for example, the
In the case where the circulation cleaning is performed after the cleaning, for example, the cleaning is performed until the electrolyte solution in the electrolyte flow path (in the tube or the enzyme sensor 100) is completely replaced, and then the circulation cleaning is performed.
制御装置700は、電解液タンク310に加えて電解液保存タンク及び電解液保存タンク用温度調整装置が備えられている場合、予め設定された電解液保存温度となるよう、電解液保存タンク用温度調整装置に制御信号を入力して、電解液保存タンク中の電解液の温度を調整させる。なお、電解液保存タンク中の電解液の温度は、酵素センサ100を用いた測定の有無に関わらず、常時、電解液保存温度に保持されているのが好ましい。
When the
<酵素センサの構成>
図3は、酵素センサ100の平面斜視図であり、図4は、図3のIV−IV線における断面を模式的に示す図であり、図5は、図3のV−V線における断面を模式的に示す図である。図6(a)は、ガス透過膜130が取り付けられた状態の上側支持体110の底面図であり、図6(b)は、電極150が形成された状態の下側支持体120の平面図である。
ここで、酵素センサ100における気相室R1側を上側、液相室R2側を下側とし、パッド160が配置された側を前側、それに対向する側を後側とし、上下方向と前後方向の双方に直交する方向を左右方向とする。
<Configuration of enzyme sensor>
3 is a plan perspective view of the
Here, the gas phase chamber R1 side of the
酵素センサ100は、例えば、図3〜図6に示すように、上側支持体110と、下側支持体120と、検出対象物質を含有するガスが導入される気相室R1と、気相室R1と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室R2と、気相室R1と液相室R2とを隔てるように配置され、少なくとも検出対象物質が透過するガス透過膜130と、ガス透過膜130を上側支持体110に固定するためのOリング140と、液相室R1にガス透過膜130と対向して配置された3つの電極150(作用電極151、参照電極152、対電極153)と、電極150と配線161を介して接続された3つのパッド160と、ガス透過膜130と電極150との間に配置されたスペーサ170と、上側支持体110を下側支持体120に固定するための複数のネジ180と、などを備えて構成される。
酵素センサ100において、検出対象物質と選択的に反応するレセプタとしての酵素は、液相室R2に含有され、酵素センサ100は、ガス透過膜130を透過して気相室R1から液相室R2に移行してきた検出対象物質を、電気化学的計測法によって検出するようになっている。
For example, as shown in FIGS. 3 to 6, the
In the
上側支持体110及び下側支持体120は、例えば、略円柱体を上下方向略中央の位置で上下方向に直交する方向(水平方向)に分割したものから成る。
上側支持体110は、例えば、平面視略D字形状となるように、すなわち、側面の一部が上下方向に沿って切り欠かれた平面部111となるように形成されている。そのため、下側支持体120の上面の一部は、例えば、外部に露出した露出部121となっている。
上側支持体110及び下側支持体120を構成する材料としては、電解液や試料などに対する耐腐食性が高い材料(例えば、疎水性の絶縁性材料、表面を疎水処理した絶縁性材料など)が好ましく、具体的には、例えば、セラミックス、ガラス、プラスチック、テフロン(登録商標)、ピーク材などを用いることができる。
The
The
The material constituting the
上側支持体110には、例えば、上側支持体110の水平方向略中央の位置に配置され、下面が開口した平面視略円形状の凹部112と、凹部112の周囲に配置され、下面が開口した平面視略リング形状のOリング収容部113と、酵素センサ100の外部から気相室R1に向けてガスを導入するためのガス導入口114と、ガス導入口114と気相室R1とを連通するガス導入路115と、気相室R1から酵素センサ100の外部に向けてガスを排出するためのガス排出口116と、ガス排出口116と気相室R1とを連通するガス排出路117と、などが設けられている。
ここで、特に、上側支持体110の表面や、ガス導入口114、ガス導入路115、ガス排出口116、ガス排出路117、凹部112(気相室R1、液相室R2)などは、電解液や試料などに対する耐腐食性が高い材料(例えば、疎水性の絶縁性材料、表面を疎水処理した絶縁性材料など)で形成されるのが好ましい。
The
Here, in particular, the surface of the
凹部112とOリング収容部113とは、隔壁118によって隔てられている。
凹部112は、上側支持体110にガス透過膜130が取り付けられると、上下方向に分離されるようになっており、分離された状態における、凹部112の上側の領域が気相室R1となり、下側の領域が液相室R2となる。したがって、ガス透過膜130と電極150(作用電極151)との間の距離は、隔壁118の高さ(上下方向の長さ)によって規定される。
The
The
ガス導入路115は、例えば、凹部112の左側の位置に、左右方向に沿って形成されており、ガス排出路117は、例えば、凹部112の右側に左右方向に沿って形成されている。
The
下側支持体120は、例えば、下側支持体120の上面に水平方向略中央の位置から露出部121に亘って配置された、左右方向に並ぶ3本の溝部122と、酵素センサ100の外部から液相室R2に向けて電解液を導入するための電解液導入口123と、電解液導入口123と液相室R2とを連通する電解液導入路124と、液相室R2から酵素センサ100の外部に向けて電解液を排出するための電解液排出口125と、電解液排出口125と液相室R2とを連通する電解液排出路126と、などが設けられている。
ここで、特に、下側支持体120の表面や、電解液導入口123、電解液導入路124、電解液排出口125、電解液排出路126、液相室R2(液相室R2の気相室R1と対向する側の面を構成する領域)などは、電解液や試料などに対する耐腐食性が高い材料(例えば、疎水性の絶縁性材料、表面を疎水処理した絶縁性材料など)で形成されるのが好ましい。
The
Here, in particular, the surface of the
電解液導入路124は、例えば、作用電極151と参照電極152との間の位置から下側支持体120の上下方向略中央の位置までの領域に上下方向に沿って形成された第1電解液導入路124aと、第1電解液導入路124aの左側に左右方向に沿って形成された第2電解液導入路124bと、から成る。
また、電解液排出路126は、例えば、作用電極151と対電極153との間の位置から下側支持体120の上下方向略中央の位置までの領域に上下方向に沿って形成された第1電解液排出路126aと、第1電解液排出路126aの右側に左右方向に沿って形成された第2電解液排出路126bと、から成る。
The electrolyte
In addition, the
ガス透過膜130は、例えば、ガス透過膜130で上側支持体110の下面側から凹部112及びOリング収容部113を覆い、そして、Oリング140をガス透過膜130の下面側に配して上方向に移動させOリング収容部113に収容することにより、上側支持体110に取り付けられるようになっている。
気相室R1に導入された検出対象物質(検出対象ガス)は、ガス透過膜130を透過して液相室R2に移行し、そして、液相室R2に含有された酵素と反応するようになっている。したがって、ガス透過膜130は、少なくとも検出対象物質が透過するガス透過膜であれば任意であり、検出対象物質の種類によって適宜変更可能である。
For example, the gas
The detection target substance (detection target gas) introduced into the gas phase chamber R1 passes through the gas
Oリング140は、例えば、上側支持体110にガス透過膜130を取り付けるためのものであるとともに、液相室R2を密閉して液相室R2に導入された電解液が漏れるのを防ぐためのものである。したがって、Oリング140としては、例えば、Oリング収容部113の高さ(上下方向の長さ)と同等又はそれ以上の厚みを有するものが好ましい。
Oリング140を構成する材料としては、電解液や試料などに対する耐腐食性が高い材料が好ましい。
The O-
As a material constituting the O-
電極150は、例えば、支持体としての下側支持体120により支持されている。
具体的には、電極150と、パッド160と、電極150とパッド160とを接続する配線161とは、例えば、下側支持体120が有する溝部122内に形成されており、電極150及び配線161は、電極150及び配線161の厚みが、溝部122の深さと略同一となるよう加工されている。これにより、面倒な制御をしなくても、電極150及び配線161の厚み(高さ)を均一で精密に規定できるため、ガス透過膜130と電極150との間の距離をムラなく一定に保つことができる。
The
Specifically, the
スペーサ170は、例えば、液相室R2に配置され、ガス透過膜130と電極150との間の距離を一定に保つためのものである。したがって、スペーサ170としては、例えば、ガス透過膜130と電極150との間の距離と同等の厚みを有するものが好ましい。
スペーサ170の材質としては、スペーサ170によってガス透過膜130と電極150との間の距離を一定に保つことができ、かつ、基質(検出対象物質)透過性の良好なものであれば任意であり、具体的には、例えば、電極150に対して略垂直方向に貫通する貫通孔を複数有する陽極酸化膜等の多孔体、親水性テフロン膜等の親水性膜、ナイロンメッシュなどのメッシュ体などが挙げられる。また、スペーサ170は、例えば、酵素センサ100が「担体固定型酵素センサ」である場合、酵素が固定化された担体であっても良いし、酵素が固定化された担体と当該担体を間に挟んだ親水性膜となどから成るものであっても良い。
The
The material of the
酵素は、検出対象物質と選択的に反応する酵素であれば任意であり、検出対象物質の種類によって適宜変更可能である。
具体的には、酵素は、例えば、酸化還元酵素や、加水分解酵素、転移酵素、異性化酵素などの酵素(酵素タンパク質)である。
また、酵素は、例えば、生来の酵素分子であっても、活性部位を含む酵素の断片であっても良い。当該酵素分子又は当該活性部位を含む酵素の断片は、例えば、動植物や微生物から抽出したものであっても、所望によりそれを切断したものであっても、遺伝子工学的に又は化学的に合成したものであっても良い。
The enzyme is arbitrary as long as it is an enzyme that selectively reacts with the detection target substance, and can be appropriately changed depending on the type of the detection target substance.
Specifically, the enzyme is an enzyme (enzyme protein) such as an oxidoreductase, a hydrolase, a transferase, and an isomerase.
The enzyme may be, for example, a natural enzyme molecule or an enzyme fragment containing an active site. The enzyme molecule or the fragment of the enzyme containing the active site is synthesized, for example, genetically or chemically, whether it is extracted from animals or plants or microorganisms, or is cleaved if desired. It may be a thing.
液相室R2に含有される酵素は、1種類の酵素であっても、2種類以上の酵素であっても良い。
具体的には、液相室R2に含有される酵素は、例えば、1種類の酵素であっても、分子量及び/又はサイズ(径)が略同一の2種類以上の酵素であっても、分子量及び/又はサイズが異なる2種類以上の酵素であっても良い。また、液相室R2に含有される酵素が2種類以上である場合、酵素は、例えば、同種の検出対象物質(基質)に作用する2種類以上の酵素であっても、異種の検出対象物質に作用する2種類以上の酵素であっても、同種及び/又は異種の検出対象物質に作用する2種類以上の酵素であっても良い。
ここで、特に、液相室R2に含有された酵素が2種類以上であって、その2種類以上の酵素が異種の検出対象物質に作用する場合、酵素センサ100は、その異種の検出対象物質(2種類以上の検出対象物質)を同時に検出することができる。
The enzyme contained in the liquid phase chamber R2 may be one type of enzyme or two or more types of enzymes.
Specifically, the molecular weight of the enzyme contained in the liquid phase chamber R2 may be, for example, one kind of enzyme or two or more kinds of enzymes having substantially the same molecular weight and / or size (diameter). And / or two or more enzymes having different sizes. Further, when there are two or more types of enzymes contained in the liquid phase chamber R2, even if the enzymes are two or more types of enzymes that act on the same type of detection target substance (substrate), for example, different types of detection target substances It may be two or more types of enzymes that act on two or more types of enzymes that act on the same type and / or different types of detection target substances.
Here, in particular, when there are two or more types of enzymes contained in the liquid phase chamber R2 and the two or more types of enzymes act on different types of detection target substances, the
「固定型酵素センサ」の場合、酵素とともに、補酵素や電子伝達体も固定されていても良い。
例えば、補酵素及び電子伝達体が固定されていない「固定型酵素センサ」の場合は、酵素を含有しない電解液又は酵素と補酵素を含有しない電解液(電子伝達体が含有されていても良い。)を液相室R2に導入することとする。
また、例えば、補酵素が固定され、電子伝達体が固定されていない「固定型酵素センサ」の場合は、酵素を含有しない電解液又は酵素と補酵素を含有しない電解液(電子伝達体が含有されていても良い。)を液相室R2に導入することとする。
また、例えば、補酵素及び電子伝達体が固定されている、「固定型酵素センサ」の場合は、酵素を含有しない電解液又は酵素と補酵素を含有しない電解液を液相室R2に導入することとする。
In the case of a “fixed enzyme sensor”, a coenzyme and an electron carrier may be fixed together with the enzyme.
For example, in the case of a “fixed enzyme sensor” in which a coenzyme and an electron carrier are not fixed, an electrolyte solution that does not contain an enzyme or an electrolyte solution that does not contain an enzyme and a coenzyme (an electron carrier may be contained) .) Is introduced into the liquid phase chamber R2.
For example, in the case of a “fixed enzyme sensor” in which a coenzyme is fixed and an electron carrier is not fixed, an electrolyte solution containing no enzyme or an electrolyte solution containing no enzyme and a coenzyme (containing an electron carrier) May be introduced into the liquid phase chamber R2.
For example, in the case of a “fixed enzyme sensor” in which a coenzyme and an electron carrier are fixed, an electrolyte solution containing no enzyme or an electrolyte solution containing no enzyme and a coenzyme is introduced into the liquid phase chamber R2. I will do it.
「遊離型酵素センサ」の場合、酵素とともに、補酵素や電子伝達体も液相室R2に導入される電解液に含有されていても良い。
すなわち、例えば、「遊離型酵素センサ」の場合は、酵素を含有する電解液(酵素とともに、補酵素や電子伝達体も含有されていても良い。)を液相室R2に導入することとする。
なお、「遊離型酵素センサ」の場合、例えば、補酵素や電子伝達体を電極150や液相室R2内に配置された所定の担体などに固定することによって、補酵素や電子伝達体を液相室R2に含有させていても良い。
In the case of the “free enzyme sensor”, a coenzyme and an electron carrier may be contained in the electrolytic solution introduced into the liquid phase chamber R2 together with the enzyme.
That is, for example, in the case of a “free enzyme sensor”, an electrolytic solution containing an enzyme (a coenzyme or an electron carrier may be contained together with the enzyme) is introduced into the liquid phase chamber R2. .
In the case of a “free enzyme sensor”, for example, a coenzyme or an electron carrier is fixed to a predetermined carrier or the like disposed in the
補酵素は、酵素(補酵素依存型酵素)の種類に応じて、適宜選択することができる。具体的には、補酵素としては、例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP+)、補酵素I、補酵素II、フラビンモノヌクレオチド(FMN)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)、リポ酸、補酵素Q等の1種又は2種以上の組み合わせが挙げられる。なかでも、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP+)等のNAD系の補酵素が用いられる。
また、電子伝達体としては、例えば、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体等が用いられる。
The coenzyme can be appropriately selected according to the type of enzyme (coenzyme-dependent enzyme). Specifically, examples of the coenzyme include nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP + ), coenzyme I, coenzyme II, flavin mononucleotide (FMN), and flavin. Examples thereof include one or a combination of two or more of adenine dinucleotide (FAD), lipoic acid, coenzyme Q and the like. Among these, NAD coenzymes such as nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP + ) are used.
Examples of the electron carrier include potassium ferricyanide, ferrocene, ferrocene derivatives, benzoquinone, quinone derivatives, osmium complexes, and the like.
酵素や補酵素、電子伝達体を電極150や担体に固定する方法としては、例えば、グルタルアルデヒドや光架橋性樹脂などの所定の架橋剤を用いて固定する方法などの公知の方法を適宜用いることができる。
As a method for fixing the enzyme, coenzyme, and electron carrier to the
<測定処理>
ガス検出システム1000による、酵素センサ100を用いた測定(検出対象物質の検出)に関する処理の一例を、図7のフローチャートを参照して説明する。
<Measurement process>
An example of processing related to measurement (detection of a detection target substance) using the
まず、CPU710は、測定準備プログラム731を実行して、測定のための準備を行う(ステップS1)。
First, the
次いで、ステップS1の処理によって、酵素センサ100(センサ温度調整装置410)の温度及び/又は酵素センサ100に導入される電解液(電解液温度調整装置420)の温度が設定温度となり、かつ、酵素センサ100の応答出力が安定化すると、CPU710は、校正プログラム732を実行して、酵素センサ100の校正を行う(ステップS2)。
Next, the temperature of the enzyme sensor 100 (sensor temperature adjusting device 410) and / or the temperature of the electrolyte solution (electrolyte temperature adjusting device 420) introduced into the
次いで、CPU710は、洗浄プログラム736を実行して、送液ポンプ340で電解液を送液して酵素センサ100を洗浄し(ステップS3)、循環洗浄プログラム733を実行して、送液ポンプ340で電解液を循環させて酵素センサ100を循環洗浄する(ステップS4)。
Next, the
次いで、ステップS2の処理によって、酵素センサ100(センサ温度調整装置410)の温度及び/又は酵素センサ100に導入される電解液(電解液温度調整装置420)の温度が、決定された設定温度となり、かつ、ステップS4の処理によって、酵素センサ100の応答出力が安定化すると、CPU710は、検量線作成プログラム734を実行して、検量線を作成する(ステップS5)。
Next, the temperature of the enzyme sensor 100 (sensor temperature adjustment device 410) and / or the temperature of the electrolyte solution (electrolyte temperature adjustment device 420) introduced into the
次いで、CPU710は、洗浄プログラム736を実行して、送液ポンプ340で電解液を送液して酵素センサ100を洗浄し(ステップS6)、循環洗浄プログラム733を実行して、送液ポンプ340で電解液を循環させて酵素センサ100を循環洗浄する(ステップS7)。
Next, the
次いで、ステップS7の処理によって、酵素センサ100の応答出力が安定化すると、CPU710は、測定プログラム735を実行して、酵素センサ100を用いた測定(検出対象物質の検出)を行う(ステップ8)。
Next, when the response output of the
次いで、CPU710は、洗浄プログラム736を実行して、送液ポンプ340で電解液を送液して酵素センサ100を洗浄し(ステップS9)、循環洗浄プログラム733を実行して、送液ポンプ340で電解液を循環させて酵素センサ100を循環洗浄する(ステップS10)。
Next, the
次いで、CPU710は、次の測定を行うか否かを判断する(ステップS11)。
具体的には、例えば、ユーザが、ガス検出システム1000が備える操作部(図示省略)を操作して、次の測定を行うと指示した場合に、或いは、予め設定した測定回数又は側手時間に従って、CPU710は、次の測定を行うと判断する。
Next, the
Specifically, for example, when the user operates the operation unit (not shown) included in the
ステップS11で、次の測定を行うと判断すると(ステップS11;Yes)、CPU710は、ステップS10の処理によって、酵素センサ100の応答出力が安定化した後、ステップS8以降の処理を繰り返して行う。
If it is determined in step S11 that the next measurement is to be performed (step S11; Yes), the
一方、CPU710は、次の測定を行わないと判断すると(ステップS8;No)、CPU710は、本処理を終了する。
On the other hand, when the
以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.
<実施例1−1>
酵素センサ100を作成して、酵素センサ100及びガス検出システム1000の評価を行った。
本実施例では、酵素センサ100として、「担体固定型酵素センサ」及び「遊離型酵素センサ」を作成した。
<Example 1-1>
The
In this example, “carrier-fixed enzyme sensor” and “free enzyme sensor” were prepared as the
<1>酵素センサ100の作成
本実施例では、ホルムアルデヒドガスを検出するための酵素センサ100を作成した。酵素としては、補酵素(NAD+)依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ホルムアルデヒド脱水素酵素)を用いた。
<1> Production of
<1−1>「担体固定型酵素センサ」
まず、絶縁体であるピーク材を使用して、旋盤やフライス盤などを用いて、上側支持体110と下側支持体120とを作成した。
溝部122の深さを10μm、液相室R2の容積を10μLとした。また、ガス透過膜130と電極150との間の距離が30μmとなるよう隔壁118の高さを調整した。
<1-1> “Carrier immobilized enzyme sensor”
First, the
The depth of the
次いで、下側支持体120の上面に、作用電極151、参照電極152及び対電極153の三極構造のパターンを作成した。
具体的には、溝部122にスクリーン印刷によってカーボンを塗布し、ホットプレートを用いて120℃で2時間ポストベークした後、一晩、暗室にて乾燥させ、電極150の厚みが溝部122の深さと略同一となるよう、研磨機にて電極150の表面を研磨した。その後、参照電極152のパターン上に銀/塩化銀インクを塗布して120℃で焼結し、銀/塩化銀電極である参照電極152を作成した。
Next, a tripolar structure pattern of the working
Specifically, carbon is applied to the
次いで、所定の担体(シリカ系メソ多孔体(FSM))にホルムアルデヒド脱水素酵素を固定して酵素固定化担体を作成し、その酵素固定化担体を親水性膜(孔径0.1μm、ミリポア製親水性テフロン膜)の間に挟んで、ガス透過膜130と電極150との間の距離(30μm)と略同一の厚みを有するスペーサ170を作成した。
次いで、Oリング140を用いて上側支持体110にガス透過膜130を固定するとともに、作成したスペーサ170を電極150上に配置した。
次いで、下側支持体120の上に上側支持体110を配置して、ネジ180を用いて上側支持体110を下側支持体120に固定し、「担体固定型酵素センサ」を作成した。
Next, an enzyme-immobilized carrier is prepared by immobilizing formaldehyde dehydrogenase on a predetermined carrier (silica-based mesoporous material (FSM)), and the enzyme-immobilized carrier is made of a hydrophilic membrane (pore size 0.1 μm, hydrophilic manufactured by Millipore). A
Next, the gas
Next, the
次いで、「担体固定型酵素センサ」用の電解液を作成した。
具体的には、1mMのNAD+、1mMのキノンを含むリン酸緩衝液(pH7.41)を作成することにより、「担体固定型酵素センサ」用の電解液を作成した。そして、「担体固定型酵素センサ」を使用する際に、この電解液を電解液タンク310中に入れて、酵素センサ100及びガス検出システム1000の評価を行った。
Next, an electrolytic solution for “carrier-fixed enzyme sensor” was prepared.
Specifically, a phosphate buffer solution (pH 7.41) containing 1 mM NAD + and 1 mM quinone was prepared to prepare an electrolyte for a “carrier-fixed enzyme sensor”. Then, when using the “carrier-fixed enzyme sensor”, this electrolyte solution was put in the
<1−2>「遊離型酵素センサ」
「担体固定型酵素センサ」の場合と同様にして、上側支持体110と下側支持体120とを作成し、下側支持体120の上面に、作用電極151、参照電極152及び対電極153の三極構造のパターンを作成した。
<1-2> “Free enzyme sensor”
In the same manner as in the case of the “carrier-fixed enzyme sensor”, the
次いで、Oリング140を用いて上側支持体110にガス透過膜130を固定して、ガス透過膜130と電極150との間の距離(30μm)と略同一の厚みを有するスペーサ170(厚み:30μm、孔径:0.1μm、ミリポア製親水性テフロン膜)を電極150上に配置した。
次いで、下側支持体120の上に上側支持体110を配置して、ネジ180を用いて上側支持体110を下側支持体120に固定し、「遊離型酵素センサ」を作成した。
Next, the gas
Next, the
次に、「遊離型酵素センサ」用の電解液を作成した。
具体的には、1mMのNAD+、1mMのキノンを含むリン酸緩衝液(pH7.41)を作成し、これに、ホルムアルデヒド脱水素酵素20mgを溶解させることによって、「遊離型酵素センサ」用の電解液を作成した。そして、「遊離型酵素センサ」を使用する際に、この電解液を電解液タンク310中に入れて、酵素センサ100及びガス検出システム1000の評価を行った。
Next, an electrolytic solution for “free enzyme sensor” was prepared.
Specifically, a phosphate buffer solution (pH 7.41) containing 1 mM NAD + and 1 mM quinone is prepared, and 20 mg of formaldehyde dehydrogenase is dissolved in the phosphate buffer (pH 7.41). An electrolyte was prepared. Then, when using the “free enzyme sensor”, the electrolyte solution was put in the
<2>酵素センサ100及びガス検出システム1000の評価
本実施例では、酵素センサ100の校正は行わず、酵素センサ100の温度と、電解液タンク310中の電解液の温度と、を30℃にして実験を行った。
また、ガスの導入速度を300mL/min、電解液の導入速度を0.1mL/minとした。
<2> Evaluation of
The gas introduction rate was 300 mL / min, and the electrolyte introduction rate was 0.1 mL / min.
<2−1>ガス透過膜130の選択
作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、複数種類のガス透過膜130の中から好ましいガス透過膜130を選択するための実験を行った。
具体的には、まず、ガス透過膜130として、ネオフロン(ダイキン工業製フッ素樹脂膜)を採用した「遊離型酵素センサ」と、モノトラン(ナック製ナノ多孔質膜)を採用した「遊離型酵素センサ」と、ザイテックス膜(サンゴバン製多孔質PTFE膜)を採用した「遊離型酵素センサ」と、ゴアテックス膜(ゴアテック製多孔質テフロン膜)を採用した「遊離型酵素センサ」と、を用意した。
次いで、各「遊離型酵素センサ」のそれぞれについて、測定準備を行った後、基質濃度(ホルムアルデヒド濃度)が100ppbの標準ガスを生成して導入し、応答電流を測定した後、洗浄及び循環洗浄を行った。その結果を図8に示す。
<2-1> Selection of
Specifically, first, as the gas
Next, for each “free enzyme sensor”, after preparing for measurement, a standard gas having a substrate concentration (formaldehyde concentration) of 100 ppb is generated and introduced, and the response current is measured, followed by washing and circulation washing. went. The result is shown in FIG.
図8においては、横軸に時間、縦軸に応答電流を示し、破線でネオフロンを採用した「遊離型酵素センサ」の結果を示し、二点鎖線でモノトランを採用した「遊離型酵素センサ」の結果を示し、一点鎖線でザイテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」の結果を示し、点線でゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」の結果を示す。
図8の結果から、ガス透過膜130として、開孔率が高くガス透過性に優れた多孔質材料であるゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」が最も感度が高いことが分かった。
In FIG. 8, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the response current, the broken line represents the result of “free enzyme sensor” employing neoflon, and the two-dot chain line represents “free enzyme sensor” employing monotran. The results are shown, and the results of the “free enzyme sensor” employing the zytex membrane are shown by the one-dot chain line, and the results of the “free enzyme sensor” employing the Gore-tex membrane are shown by the dotted line.
From the results of FIG. 8, it was found that the “free enzyme sensor” employing a Gore-Tex membrane, which is a porous material having a high porosity and excellent gas permeability, as the gas
<2−2>検量線の作成
作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、検量線を作成するための実験を行った。
具体的には、ゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」について、測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が異なる標準ガスを順次生成して導入し、応答電流を測定することにより検量線を作成した後、洗浄及び循環洗浄を行った。標準ガスのホルムアルデヒド濃度は、1bbp、10ppb、100ppb、400ppb、1200ppbとした。その測定結果を図9に示す。
<2-2> Creation of calibration curve An experiment for creating a calibration curve was performed using the created "free enzyme sensor".
Specifically, for a “free enzyme sensor” employing a Gore-Tex membrane, after preparing for measurement, a standard gas with different formaldehyde concentrations is sequentially generated and introduced, and a calibration curve is obtained by measuring the response current. After preparation, washing and circulation washing were performed. The formaldehyde concentration of the standard gas was 1 bp, 10 ppb, 100 ppb, 400 ppb, 1200 ppb. The measurement results are shown in FIG.
図9(a)においては、横軸に時間、縦軸に応答電流を示し、破線でホルムアルデヒド濃度が1ppbの場合の結果を示し、二点鎖線でホルムアルデヒド濃度が10ppbの場合の結果を示し、一点鎖線でホルムアルデヒド濃度が100ppbの場合の結果を示し、点線でホルムアルデヒド濃度が400ppbの場合の結果を示し、実線でホルムアルデヒド濃度が1200ppbの場合の結果を示す。
また、図9(b)に、図9(a)の結果を用いて作成した検量線を示す。
図9(a)の結果から、作成した「遊離型酵素センサ」は、感度が高く、サブppbレベルまで十分に測定可能であることが分かった。
また、図9(b)の結果から、作成した「遊離型酵素センサ」は、1〜400ppbの濃度領域で良好な線形性を有することが分かった。
なお、5種類のホルムアルデヒド濃度で検量線を作成したが、実用上は、3種類のホルムアルデヒド濃度で検量線を作成すれば十分である。
In FIG. 9 (a), the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the response current, the broken line represents the result when the formaldehyde concentration is 1 ppb, and the two-dot chain line represents the result when the formaldehyde concentration is 10 ppb. A chain line indicates the result when the formaldehyde concentration is 100 ppb, a dotted line indicates the result when the formaldehyde concentration is 400 ppb, and a solid line indicates the result when the formaldehyde concentration is 1200 ppb.
In addition, FIG. 9B shows a calibration curve created using the result of FIG.
From the result of FIG. 9 (a), it was found that the prepared “free enzyme sensor” had high sensitivity and could be sufficiently measured to the sub ppb level.
Further, from the result of FIG. 9B, it was found that the prepared “free enzyme sensor” has good linearity in a concentration range of 1 to 400 ppb.
Although calibration curves were created with five types of formaldehyde concentrations, it is sufficient in practice to create calibration curves with three types of formaldehyde concentrations.
<2−3>外部大気中のホルムアルデヒドの検出
作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、外部大気中のホルムアルデヒドを検出するための実験を行った。
具体的には、ゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」について、測定準備、検量線の作成、洗浄及び循環洗浄を行った後、外部大気を導入して応答電流を測定し、その後、洗浄及び循環洗浄を行った。その結果を図10に示す。
<2-3> Detection of formaldehyde in the external atmosphere An experiment for detecting formaldehyde in the external atmosphere was performed using the prepared "free enzyme sensor".
Specifically, for `` free enzyme sensor '' employing Gore-Tex membrane, after preparing measurement, creating calibration curve, washing and circulating washing, introducing external air and measuring response current, Washing and circulation washing were performed. The result is shown in FIG.
図10においては、横軸に時間、縦軸に応答電流を示す。
図10の結果から、作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、外部大気中のホルムアルデヒドを検出できることが分かった。
また、図10の結果から、本実施例で使用した外部大気中のホルムアルデヒドの濃度は、70ppbであることが分かった。
In FIG. 10, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents response current.
From the results shown in FIG. 10, it was found that formaldehyde in the external atmosphere can be detected using the prepared “free enzyme sensor”.
Moreover, from the result of FIG. 10, it was found that the concentration of formaldehyde in the external air used in this example was 70 ppb.
<2−4>酵素センサ100の洗浄
作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、送液ポンプ340で電解液を送液して酵素センサ100を洗浄(洗浄及び循環洗浄)することによる効果を実証するための実験を行った。
具体的には、ゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」について、測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が160ppbの標準ガスを生成して導入し、その後、洗浄及び循環洗浄を行った。そして、このガス導入−洗浄(洗浄及び循環洗浄)の処理を繰り返し行い、その間の応答電流を測定した。その結果を図11に示す。
<2-4> Cleaning of
Specifically, for a “free enzyme sensor” employing a Gore-Tex membrane, after preparing for measurement, a standard gas having a formaldehyde concentration of 160 ppb was generated and introduced, and then cleaning and circulation cleaning were performed. And the process of this gas introduction-cleaning (cleaning and circulation cleaning) was repeated, and the response current during that time was measured. The result is shown in FIG.
図11においては、横軸に時間、縦軸に応答電流を示し、破線で洗浄(洗浄及び循環洗浄)を行わなかった場合(比較例)の結果を示し、実線で洗浄(洗浄及び循環洗浄)を行った場合の結果を示す。
図11の結果から、ガス導入後(測定後)に洗浄を行った場合、洗浄を開始してから約600秒程度で酵素センサ100の応答出力が安定し、次の測定が可能となることが分かった。
また、酵素センサ100を洗浄すると、酵素センサ100を洗浄しない場合と比較して、酵素センサ100の応答電流が高速で平衡状態へと回復することが分かった。これにより、酵素センサ100を洗浄することで、高速な連続測定が可能となることが分かった。
In FIG. 11, time is plotted on the horizontal axis, response current is plotted on the vertical axis, and the results when no cleaning (cleaning and circulation cleaning) is performed are shown by broken lines, and the results are shown by solid lines (cleaning and circulation cleaning). The result of performing is shown.
From the results shown in FIG. 11, when cleaning is performed after gas introduction (after measurement), the response output of the
It was also found that when the
<2−5>酵素センサ100の繰り返し再現性
作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、繰り返し再現性を評価するための実験を行った。
具体的には、ゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」について、測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が40ppbの標準ガスを生成して導入し、応答電流を測定した後、洗浄及び循環洗浄を行った。そして、この測定−洗浄(洗浄及び循環洗浄)の処理を繰り返し行った。その結果を図12に示す。
<2-5> Repetitive reproducibility of
Specifically, for a “free enzyme sensor” employing a Gore-Tex membrane, after preparing for measurement, a standard gas with a formaldehyde concentration of 40 ppb was generated and introduced, and the response current was measured, followed by washing and circulation. Washing was performed. Then, this measurement-washing (washing and circulation washing) process was repeated. The result is shown in FIG.
図12においては、横軸に繰り返し回数、縦軸に1回目での応答電流を100%とした相対応答を示す。
図12の結果から、20回の測定でばらつきが5%以内に収まり、作成した「遊離型酵素センサ」を用いると、再現性の良い測定が可能となることが分かった。
In FIG. 12, the horizontal axis represents the relative number of repetitions, and the vertical axis represents the relative response with the response current at the first time being 100%.
From the results of FIG. 12, it was found that the variation was within 5% after 20 measurements, and that the reproducible measurement could be performed by using the prepared “free enzyme sensor”.
<2−6>酵素センサ100の洗浄
作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、送液ポンプ340で電解液を循環させて酵素センサ100を洗浄(洗浄及び循環洗浄)することによる効果を実証するための実験を行った。
具体的には、ゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」について、測定準備を行い、洗浄及び循環洗浄を行った後、ホルムアルデヒド濃度が100ppbの標準ガスを生成して導入し、応答電流を測定した。そして、この洗浄(洗浄及び循環洗浄)−測定の処理を繰り返し行った。なお、洗浄(洗浄及び循環洗浄)−測定の処理を繰り返し行っている間、電解液タンク310中の電解液は交換しないこととした。また、電解液保存タンク中の電解液の温度を30℃となるよう保持した。その結果を図13に示す。
<2-6> Cleaning of
Specifically, for a “free enzyme sensor” employing a Gore-Tex membrane, after preparing for measurement, cleaning and circulating cleaning, a standard gas with a formaldehyde concentration of 100 ppb is generated and introduced, and the response current is measured. It was measured. Then, this washing (washing and circulation washing) -measurement process was repeated. It should be noted that the electrolytic solution in the
図13においては、横軸に時間、縦軸に0時間での応答電流を100%とした相対応答を示し、四角(□)プロットで洗浄(洗浄及び循環洗浄)を行わなかった場合(比較例)の結果を示し、菱形(◆)プロットで洗浄(洗浄及び循環洗浄)を行った場合の結果を示す。
図13の結果から、酵素センサ100を洗浄しない場合は、約60時間で相対応答が10%となるのに対し、酵素センサ100を洗浄した場合は、300時間以上経っても相対応答は50%程度であることが分かった。これにより、酵素センサ100を洗浄することで、酵素センサ100の寿命が延びることが分かった。
なお、本実験では、電解液保存タンク中の電解液の温度を30℃となるよう保持したが、電解液保存タンク中の電解液の温度を、例えば、電解液に含有される酵素の失活を防ぐことができる温度(例えば、4℃)に保持すると、さらに、酵素センサ100の寿命が延びると考えられる。
In FIG. 13, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the relative response with the response current at 0 hour being 100%, and the square (□) plot does not perform cleaning (cleaning and circulation cleaning) (Comparative Example). ) And shows the results when washing (washing and circulation washing) is performed with a diamond (♦) plot.
From the result of FIG. 13, when the
In this experiment, the temperature of the electrolytic solution in the electrolytic solution storage tank was maintained at 30 ° C., but the temperature of the electrolytic solution in the electrolytic solution storage tank was set at, for example, the deactivation of the enzyme contained in the electrolytic solution. It is considered that the lifetime of the
<2−7>酵素センサ100の選択性
作成した「遊離型酵素センサ」を用いて、酵素センサ100の選択性を実証するための実験を行った。
具体的には、まず、比較用ガスとして、アセトアルデヒドガス、エタノールガス、メタノールガス、ベンゼンガス、アセトンガスを用意した。
次いで、ゴアテックス膜を採用した「遊離型酵素センサ」について、測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が100ppbの標準ガスを生成して導入し、応答電流を測定した後、洗浄及び循環洗浄を行った。そして、この測定準備−測定−洗浄(洗浄及び循環洗浄)の処理を、標準ガスに代えて各比較用ガスそれぞれを用いることにより行った。なお、比較用ガスの濃度は、標準ガスの濃度(100ppb)と同一にした。その結果を図14に示す。
<2-7> Selectivity of
Specifically, first, acetaldehyde gas, ethanol gas, methanol gas, benzene gas, and acetone gas were prepared as comparative gases.
Next, after preparing for measurement of the “free enzyme sensor” employing a Gore-Tex membrane, a standard gas having a formaldehyde concentration of 100 ppb was generated and introduced, and the response current was measured, followed by washing and circulation washing. It was. And this measurement preparation-measurement-cleaning (cleaning and circulation cleaning) processing was performed by using each of the comparative gases in place of the standard gas. The concentration of the comparison gas was the same as the standard gas concentration (100 ppb). The result is shown in FIG.
図14においては、横軸にホルムアルデヒドガス導入時の応答電流を100%とした相対応答を示す。
図14の結果から、ホルムアルデヒドガス以外のガスを導入しても、ほとんど応答が見られず、作成した「遊離型酵素センサ」は高い選択性を有することが分かった。これは、作成した「遊離型酵素センサ」の液相室R2に含有される酵素の基質特異性によるものである。
In FIG. 14, the horizontal axis shows the relative response with the response current when formaldehyde gas is introduced being 100%.
From the results of FIG. 14, it was found that even when a gas other than formaldehyde gas was introduced, no response was observed, and the prepared “free enzyme sensor” had high selectivity. This is due to the substrate specificity of the enzyme contained in the liquid phase chamber R2 of the produced “free enzyme sensor”.
<実施例1−2>
酵素センサ100を作成して、酵素センサ100及びガス検出システム1000の評価を行った。
本実施例では、酵素センサ100として、「電極固定型酵素センサ」を作成した。
<Example 1-2>
The
In this example, an “electrode-fixed enzyme sensor” was prepared as the
<1>酵素センサ100の作成
本実施例では、ホルムアルデヒドガスを検出するための酵素センサ100を作成した。酵素としては、補酵素(NAD+)依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ホルムアルデヒド脱水素酵素)を用いた。
<1> Production of
実施例1の場合と同様にして、上側支持体110と下側支持体120とを作成し、下側支持体120の上面に、作用電極151、参照電極152及び対電極153の三極構造のパターンを作成した。
In the same manner as in Example 1, the
次いで、光架橋性試薬(東京化成)を用いて、作用電極151上にホルムアルデヒド脱水素酵素を固定した。
次いで、Oリング140を用いて上側支持体110にガス透過膜130(ゴアテック製多孔質テフロン膜)を固定するとともに、ガス透過膜130と電極150との間の距離(30μm)と略同一の厚みを有するスペーサ170(厚み:30μm、孔径0.1μm、ミリポア製親水性テフロン膜)を電極150上に配置した。
次いで、下側支持体120の上に上側支持体110を配置して、ネジ180を用いて上側支持体110を下側支持体120に固定し、「電極固定型酵素センサ」を作成した。
Next, formaldehyde dehydrogenase was immobilized on the working
Next, the O-
Next, the
次いで、「電極固定型酵素センサ」用の電解液を作成した。
具体的には、1mMのNAD+、1mMのキノンを含むリン酸緩衝液(pH7.41)を作成することにより、「電極固定型酵素センサ」用の電解液を作成した。そして、この電解液を電解液タンク310中に入れて、酵素センサ100及びガス検出システム1000の評価を行った。
Next, an electrolytic solution for “electrode-fixed enzyme sensor” was prepared.
Specifically, an electrolyte solution for “electrode-fixed enzyme sensor” was prepared by preparing a phosphate buffer solution (pH 7.41) containing 1 mM NAD + and 1 mM quinone. And this electrolyte solution was put in the
<2>酵素センサ100及びガス検出システム1000の評価
本実施例では、酵素センサ100の校正に関する実験を行った。
<2> Evaluation of
<2−1>ホルムアルデヒド脱水素酵素の活性の温度依存性
作成した「電極固定型酵素センサ」を用いて、電極150に固定したホルムアルデヒド脱水素酵素の活性の温度依存性を観測するための実験を行った。
具体的には、「電極固定型酵素センサ」について、酵素センサ100の温度と、電解液タンク310中の電解液の温度と、を一定温度に調整して測定準備を行った後、基質濃度(ホルムアルデヒド濃度)が6840μMの標準液を生成して導入し、応答電流を測定した後、洗浄及び循環洗浄を行った。そして、この測定準備−測定−洗浄(洗浄及び循環洗浄)の処理を、各一定温度(23℃、30℃、37℃、40℃、44℃、52℃)それぞれに対して行った。標準液として、1mMのNAD+、1mMのキノンを含むリン酸緩衝液(pH7.41)にホルムアルデヒドが希釈されている溶液を使用した。気液平衡を仮定すると、標準液のホルムアルデヒド濃度6840μMは、標準ガスのホルムアルデヒド濃度100ppbに相当する。標準液の導入速度は0.1mL/minとした。その結果を図15に示す。
<2-1> Temperature dependence of activity of formaldehyde dehydrogenase An experiment for observing the temperature dependence of the activity of formaldehyde dehydrogenase immobilized on
Specifically, for the “electrode-fixed enzyme sensor”, after preparing the measurement by adjusting the temperature of the
図15においては、横軸に温度、縦軸に最も高かった応答電流を100%とした相対応答を示す。
図15の結果から、作成した「電極固定型酵素センサ」の電極150に固定したホルムアルデヒド脱水素酵素の至適温度は40℃付近であることが分かった。
なお、至適温度よりも高温側では酵素活性が急激に低下するため、初期設定温度や測定時における設定温度としては、至適温度よりも低温側の温度を採用することとする。
In FIG. 15, the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents the relative response with the highest response current being 100%.
From the results of FIG. 15, it was found that the optimum temperature of formaldehyde dehydrogenase immobilized on the
In addition, since enzyme activity falls rapidly on the high temperature side from the optimum temperature, the temperature lower than the optimum temperature is adopted as the initial set temperature and the set temperature at the time of measurement.
<2−2>検量線の作成
作成した「電極固定型酵素センサ」を用いて、検量線を作成するための実験を行った。
具体的には、「電極固定型酵素センサ」について、酵素センサ100の温度と、電解液タンク310中の電解液の温度と、を初期設定温度(30℃)に調整して測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が異なる標準液を順次生成して導入し、応答電流を測定することによって検量線を作成した後、洗浄及び循環洗浄を行った。標準液として、1mMのNAD+、1mMのキノンを含むリン酸緩衝液(pH7.41)にホルムアルデヒドが希釈されている溶液を使用した。標準液のホルムアルデヒド濃度は、68.4μM、684μM、6840μMとし、標準液の導入速度は0.1mL/minとした。気液平衡を仮定すると、標準液のホルムアルデヒド濃度68.4μMは、標準ガスのホルムアルデヒド濃度1ppbに相当し、標準液のホルムアルデヒド濃度684μMは、標準ガスのホルムアルデヒド濃度10ppbに相当し、標準液のホルムアルデヒド濃度6840μMは、標準ガスのホルムアルデヒド濃度100ppbに相当する。その結果を図16に示す。
<2-2> Creation of Calibration Curve An experiment for creating a calibration curve was performed using the created “electrode-fixed enzyme sensor”.
Specifically, the “electrode-fixed enzyme sensor” was prepared for measurement by adjusting the temperature of the
図16(a)においては、横軸に時間、縦軸に応答電流を示し、一点鎖線でホルムアルデヒド濃度が1ppb相当(68.4μMのホルムアルデヒド標準液)の場合の結果を示し、点線でホルムアルデヒド濃度が10ppb相当(684μMのホルムアルデヒド標準液)の場合の結果を示し、実線でホルムアルデヒド濃度が100ppb相当(6840μMのホルムアルデヒド標準液)の場合の結果を示す。
また、図16(b)に、図16(a)の結果を用いて作成した検量線を示す。
図16(a)の結果から、標準ガスを用いる場合と比較して、標準液を用いると、ガスの電解液への溶解時間や拡散時間を省略できるため、酵素センサ100の応答電流が高速で平衡状態に達することが分かった。これにより、標準ガスを用いて検量線を作成することで、より高速な酵素センサ100の校正が可能となることが分かった。
また、図16(b)の結果から、作成した「電極固定型酵素センサ」は、1〜100ppbの濃度領域で良好な線形性を有することが分かった。
In FIG. 16 (a), the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the response current, the one-dot chain line shows the result when the formaldehyde concentration is equivalent to 1 ppb (68.4 μM formaldehyde standard solution), and the dotted line represents the formaldehyde concentration. The result in the case of 10 ppb equivalent (684 μM formaldehyde standard solution) is shown, and the solid line shows the result in the case where the formaldehyde concentration is equivalent to 100 ppb (6840 μM formaldehyde standard solution).
FIG. 16B shows a calibration curve created using the result of FIG.
From the result of FIG. 16A, compared with the case of using the standard gas, when the standard solution is used, the dissolution time and the diffusion time of the gas in the electrolytic solution can be omitted. It was found that an equilibrium state was reached. Thus, it was found that the calibration of the
Further, from the result of FIG. 16B, it was found that the created “electrode-fixed enzyme sensor” has a good linearity in a concentration range of 1 to 100 ppb.
<2−3>酵素センサ100の温度校正
作成した「電極固定型酵素センサ」を用いて、酵素センサ100を温度校正することによる効果を実証するための実験を行った。
具体的には、「電極固定型酵素センサ」について、酵素センサ100の温度と、電解液タンク310中の電解液の温度と、を初期設定温度(30℃)に調整して測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が異なる標準ガスを順次生成して導入し、応答電流を測定することによって検量線を作成した後、洗浄及び循環洗浄を行った。そして、作成した検量線の傾きを求め、これを調整用閾値とした。
次いで、2日目以降、検量線の作成に使用した「電極固定型酵素センサ」と同一の「電極固定型酵素センサ」について、酵素センサ100の温度と、電解液タンク310中の電解液の温度と、を初期設定温度(30℃)に調整して測定準備を行った後、酵素センサ100の校正、洗浄及び循環洗浄を行い、ホルムアルデヒド濃度が100ppbの標準ガスを導入して応答電流を測定し、その後、洗浄及び循環洗浄を行った。標準ガスの導入速度は300mL/minとした。
<2-3> Temperature calibration of
Specifically, for the “electrode-fixed enzyme sensor”, the temperature of the
Subsequently, for the same “electrode-fixed enzyme sensor” as the “electrode-fixed enzyme sensor” used for the preparation of the calibration curve, the temperature of the
なお、酵素センサ100の校正処理では、調整用閾値(初日に作成した検量線の傾き(0.3))と、図15に示すホルムアルデヒド脱水素酵素の活性の温度依存性と、を考慮して、「0.3<検量線の傾き≦0.35」である場合には28℃、「0.35<検量線の傾き≦0.4」である場合には26℃、「0.4<検量線の傾き」である場合には23℃を設定温度(測定時における酵素センサ100)として決定するとともに、「0.25<検量線の傾き≦0.3」である場合には31℃、「0.2<検量線の傾き≦0.25」である場合には33℃、「0.15<検量線の傾き≦0.2」である場合には37℃を設定温度(測定時における酵素センサ100)として決定することとした。また、「検量線の傾き≦0.15」である場合には報知ランプ240を点灯する等してエラー報告するものとした。なお、測定時における酵素センサ100に導入される電解液の温度は、調整せず、一定(30℃)とした。また、電解液保存タンク中の電解液の温度を30℃となるよう保持した。その結果を図17に示す。
In the calibration process of the
図17においては、横軸に日数、縦軸に初日の応答電流を100%とした相対応答を示し、四角(□)プロットで校正を行わなかった場合(比較例)の結果を示し、菱形(◆)プロットで校正を行った場合の結果を示す。
図17の結果から、酵素センサ100を校正しない場合は、10日目で相対応答が60%未満となるのに対し、酵素センサ100を校正した場合は、10日以上経っても相対応答はほぼ100%であることが分かった。これにより、酵素センサ100を校正することで、酵素センサ100の応答出力の安定化を実現できることが分かった。
なお、本実験では、電解液保存タンク中の電解液の温度を30℃となるよう保持したが、電解液保存タンク中の電解液の温度を、例えば、電解液に含有される酵素の失活を防ぐことができる温度(例えば、4℃)に保持すると、さらに、酵素センサ100の寿命が延び、校正の頻度を抑えることができるものと考えられる。
In FIG. 17, the horizontal axis shows the relative response with the number of days and the vertical axis the response current on the first day as 100%, and shows the result when the calibration is not performed with a square (□) plot (comparative example). ◆) Shows the result of calibration with plot.
From the results of FIG. 17, when the
In this experiment, the temperature of the electrolytic solution in the electrolytic solution storage tank was maintained at 30 ° C., but the temperature of the electrolytic solution in the electrolytic solution storage tank was set at, for example, the deactivation of the enzyme contained in the electrolytic solution. If the temperature is maintained at a temperature (for example, 4 ° C.) that can prevent the
以上説明した第1の実施の形態における酵素センサ100によれば、検出対象物質を含有するガスが導入される気相室R1と、気相室R1と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室R2と、気相室R1と液相室R2とを隔てるように配置され、少なくとも検出対象物質が透過するガス透過膜130と、液相室R2にガス透過膜130と対向して配置された電極150と、液相室R2に含有され、検出対象物質と選択的に反応するレセプタとしての酵素と、を備え、ガス透過膜140を透過して気相室R1から液相室R2に移行してきた検出対象物質を検出するようになっている。
すなわち、酵素センサ100は、ガス透過膜130を介して気相室R1と液相室R2とを配置しただけの簡易な構成となっている。また、酵素センサ100を用いて気体試料中の検出対象物質を検出する際、その気体試料中の検出対象物質を水中に溶解させる等の処理を行う必要がなく、気体試料をそのまま気相室R1に導入すればよいため、簡便に気体試料中の検出対象物質を検出することができる。
According to the
That is, the
また、以上説明した第1の実施の形態における酵素センサ100によれば、ガス透過膜130と電極150との間に配置されたスペーサ170を備えている。
したがって、スペーサ170によって、電極150と透過膜130との間の距離を一定に保つことができるため、検出対象物質の検出を安定して行うことができる。
Moreover, according to the
Therefore, since the distance between the
また、以上説明した第1の実施の形態における酵素センサ100によれば、液相室R2の気相室R1と対向する側の面を構成して、電極150を支持する下側支持体120Aを備え、下側支持体120Aは、溝部122を有し、電極150は、溝部122内に形成され、電極150の厚みは、溝部122の深さと略同一となっている。
したがって、電極材料を微細調整せずに容易に電極厚みを規定することができるため、より確実に、電極150と透過膜130との間の距離を一定に保つことができることとなって、検出対象物質の検出を安定して行うことができる。
In addition, according to the
Therefore, since the electrode thickness can be easily defined without finely adjusting the electrode material, the distance between the
また、以上説明した第1の実施の形態における酵素センサ100を備えるガス検出システム1000によれば、液相室R2に導入された電解液を液相室R2から排出させて、再び液相室R2に導入させる電解液タンク310、送液ポンプ340及び循環洗浄プログラム733を実行したCPU710と、を備えている。
したがって、液相室R2内の電解液の蒸発を防ぐことができるため、酵素センサ100の寿命を延ばすことができる。また、酵素センサ100の応答電流が高速で平衡状態へと回復するため、高速な測定(連続測定)が可能となる。
Further, according to the
Therefore, evaporation of the electrolytic solution in the liquid phase chamber R2 can be prevented, so that the life of the
また、以上説明した第1の実施の形態における酵素センサ100を備えるガス検出システム1000によれば、電極150の温度を調整するセンサ温度調整装置410を備え、酵素センサ100による検出対象物質の検出前に、酵素センサ100の応答出力に関する応答データを取得し、取得された応答データに基づいて、酵素センサ100による検出対象物質の検出時における電極150の温度を決定し、決定された温度となるよう、センサ温度調整装置410に電極150(酵素センサ100)の温度を調整させるようになっている。
すなわち、安定したセンサ出力を得ることができるよう、電極150(酵素センサ100)の温度を調整して、酵素センサ100を校正することができる。
Further, according to the
That is, the
また、以上説明した第1の実施の形態における酵素センサ100を備えるガス検出システム1000によれば、液相室R2に導入される電解液の温度を調整する電解液温度調整装置420を備え、酵素センサ100による検出対象物質の検出前に、酵素センサ100の応答出力に関する応答データを取得し、取得された応答データに基づいて、酵素センサ100による検出対象物質の検出時における電解液の温度を決定し、決定された温度となるよう、電解液温度調整装置420に電解液の温度を調整させるようになっている。
すなわち、安定したセンサ出力を得ることができるよう、電解液の温度を調整して、酵素センサ100を校正することができる。
In addition, according to the
That is, the
また、以上説明した第1の実施の形態における酵素センサ100を備えるガス検出システム1000によれば、酵素センサ100が「遊離酵素センサ」である場合に、好ましい形態として、電解液保存タンクと、電解液保存タンク用温度調整装置と、を備えているため、電解液に含有される酵素の活性の低下を防ぐことができ、酵素を含有する電解液を長期間安定的に使用することができる。
Moreover, according to the
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態における酵素センサ100A及び酵素センサ100Aを備えるガス検出システム1000Aについて説明する。
なお、第2の実施の形態における酵素センサ100Aは、電極150が着脱自在である点が第1の実施の形態の酵素センサ100と異なる。また、第2の実施の形態におけるガス検出システム1000Aは、酵素センサ100Aの校正の仕方が第1の実施の形態のガス検出システム1000Aと異なる。したがって、異なる箇所のみについて説明し、その他の共通する部分は同一符号を付して詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, an
The
<ガス検出システムの構成>
図18は、ガス検出システム1000Aの構成を示す図であり、図19は、ガス検出システム1000Aの機能的構成を示す図である。
<Configuration of gas detection system>
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of the
ガス検出システム1000Aは、例えば、図18及び図19に示すように、酵素センサ100Aと、計測回路210と、データ処理装置220と、データ表示装置230と、報知ランプ240と、電解液タンク310と、標準液提供装置320と、廃液タンク330と、送液ポンプ340と、センサ温度調整装置410と、電解液温度調整装置420と、吸気ポンプ510と、ダストフィルタ520と、標準ガス提供装置530と、バルブ切替装置600と、制御装置700Aと、などを備えて構成される。
As shown in FIGS. 18 and 19, for example, the
ガス検出システム1000Aが備える酵素センサ100Aは、電極150を有する電極基板部190を着脱自在に備えており、酵素の特性を利用して気体試料中の検出対象物質を電気化学的計測法によって検出するセンサである。酵素センサ100Aは、検出対象物質を含有するガス(気体試料)が導入される気相室R1と、所定の電解液が導入される液相室R2と、を有しており、電極150は液相室R2に配置されており、酵素は液相室R2に含有される。
酵素センサ100Aは、酵素が電極150に固定された固定化酵素の状態で液相室R2に含有される「電極固定型酵素センサ」であっても良いし、酵素が遊離酵素の状態で液相室R2に含有される「遊離型酵素センサ」であっても良い。
The
The
制御装置700Aは、例えば、ガス検出システム1000Aを構成する各装置を制御するための装置である。
具体的には、制御装置700Aは、例えば、図19に示すように、CPU710と、RAM720と、記憶部730Aと、などを備えている。
For example, the
Specifically, for example, as illustrated in FIG. 19, the
具体的には、記憶部730Aには、例えば、測定準備プログラム731と、校正プログラム732Aと、循環洗浄プログラム733と、検量線作成プログラム734と、測定プログラム735と、洗浄プログラム736と、などを記憶している。
Specifically, the
校正プログラム732Aは、例えば、測定(検出対象物質の検出)の前に、酵素センサ100Aの校正(キャリブレーション)を行う機能を、CPU710に実現させる。
For example, the
具体的には、酵素センサ100Aが「電極固定型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、標準液提供装置320中の標準液が酵素センサ100Aに送液されるよう第1バルブ610を切り替えさせるとともに、酵素センサ100から排出された標準液が廃液タンク330に送液されるよう第2バルブ620を切り替えさせ、標準液提供装置320や送液ポンプ340に制御信号を入力して、基質濃度が予め設定された濃度の標準液を生成させて導入させ、データ処理装置220に制御信号を入力して、酵素センサ100Aからの応答電流の時間変化に関するデータ(応答データ)を作成させる。
また、酵素センサ100Aが「電極固定型酵素センサ」又は「遊離型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、バルブ切替装置600に制御信号を入力して、標準ガス提供装置530中の標準ガスが酵素センサ100Aに導入されるよう第3バルブ630を切り替えさせ、標準ガス提供装置530に制御信号を入力して、基質濃度が予め設定された濃度の標準ガスを生成させて導入させ、データ処理装置220に制御信号を入力して、酵素センサ100Aの応答電流の時間変化に関するデータ(応答データ)を作成させる。
Specifically, when the
Further, when the
次いで、酵素センサ100Aが「電極固定型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、作成されたデータから応答電流が予め定めた値を上回るまでに要する所要時間を求め、当該所要時間に基づいて、電極基板部190を交換すべきか否かを判断する。より具体的には、当該所要時間が所定の交換用閾値以上である場合、電極基板部190が有する電極150に固定された酵素が劣化したと判断し、電極基板部190を交換すべきと判断する。
一方、酵素センサ100Aが「遊離型酵素センサ」である場合、CPU710は、例えば、作成されたデータから応答電流が予め定めた値を上回るまでに要する所要時間を求め、当該所要時間に基づいて、電解液タンク310中の電解液を交換すべきか否かを判断する。より具体的には、当該所要時間が所定の交換用閾値以上である場合、電解液タンク310中の電解液に含有される酵素が劣化したと判断し、電解液を交換すべきと判断する。
Next, when the
On the other hand, when the
次いで、交換すべきと判断した場合、CPU710は、報知ランプ240に制御信号を入力して、報知ランプ240を点滅させて、電極基板部190又は電解液を交換するようユーザに報知する。
Next, when it is determined that the battery should be replaced, the
ここで、酵素センサ100Aによる検出対象物質の検出前に、酵素センサ100Aの応答出力に関する応答データを取得する取得手段は、計測回路210と、データ処理装置220と、校正プログラム732Aを実行したCPU710と、などにより構成される。
また、CPU710は、校正プログラム732Aを実行することによって、取得手段により取得された応答データに基づいて、電極基板部190を交換すべきか否かを判断する判断手段及び取得手段により取得された応答データに基づいて、電解液を交換すべきか否かを判断する判断手段として機能する。
Here, the acquisition means for acquiring response data regarding the response output of the
Further, the
<酵素センサの構成>
図20は、酵素センサ100Aの平面斜視図であり、図21は、図20のXXI−XXI線における断面を模式的に示す図であり、図22は、図20のXXII−XXII線における断面を模式的に示す図である。図23(a)は、ガス透過膜130が取り付けられた状態の上側支持体110Aの底面図であり、図23(b)は、電極基板部190が取り付けられた状態の下側支持体120Aの平面図である。
<Configuration of enzyme sensor>
20 is a plan perspective view of the
酵素センサ100Aは、例えば、図20〜図23に示すように、上側支持体110Aと、下側支持体120Aと、検出対象物質を含有するガスが導入される気相室R1と、気相室R1と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室R2と、気相室R1と液相室R2とを隔てるように配置され、少なくとも検出対象物質が透過するガス透過膜130と、ガス透過膜130を上側支持体110Aに固定するための第1Oリング141と、液相室R1の大きさ(径)を規定するための第2Oリング142と、ガス透過膜130と電極150との間に配置されたスペーサ170と、上側支持体110Aを下側支持体120Aに固定するための複数のネジ180と、液相室R1にガス透過膜130と対向して配置された3つの電極150(作用電極151、参照電極152、対電極153)及び電極150と配線161を介して接続された3つのパッド160を有する電極基板部190と、などを備えて構成される。
酵素センサ100Aにおいて、検出対象物質と選択的に反応するレセプタとしての酵素は、液相室R2に含有され、酵素センサ100Aは、ガス透過膜130を透過して気相室R1から液相室R2に移行してきた検出対象物質を、電気化学的計測法によって検出するようになっている。
The
In the
上側支持体110A及び下側支持体120Aは、例えば、略円柱体を、平面視略D字形状となるように側面の一部を上下方向に沿って切り欠いて、上下方向略中央の位置で上下方向に直交する方向(水平方向)に分割したものから成る。
上側支持体110Aは、例えば、上方向に膨出したドーム型となるように形成されている。
The
The
上側支持体110Aには、例えば、上側支持体110Aの水平方向略中央の位置に配置され、下面が開口した凹部112と、凹部112の周囲に配置され、下面が開口した平面視略リング形状のOリング収容部113と、酵素センサ100Aの外部から気相室R1に向けてガスを導入するためのガス導入口114と、ガス導入口114と気相室R1とを連通するガス導入路115と、気相室R1から酵素センサ100Aの外部に向けてガスを排出するためのガス排出口116と、ガス排出口116と気相室R1とを連通するガス排出路117と、酵素センサ100Aの外部から液相室R2に向けて電解液を導入するための電解液導入口123と、電解液導入口123と液相室R2とを連通する電解液導入路124と、液相室R2から酵素センサ100Aの外部に向けて電解液を排出するための電解液排出口125と、電解液排出口125と液相室R2とを連通する電解液排出路126と、などが設けられている。
ここで、特に、上側支持体110Aの表面や、ガス導入口114、ガス導入路115、ガス排出口116、ガス排出路117、電解液導入口123、電解液導入路124、電解液排出口125、電解液排出路126、凹部112(気相室R1、液相室R2)などは、電解液や試料などに対する耐腐食性が高い材料(例えば、疎水性の絶縁性材料、表面を疎水処理した絶縁性材料など)で形成されるのが好ましい。
The
Here, in particular, the surface of the
凹部112は、例えば、隔壁118によって隔てられた、底面(開口面に対向する面)の位置が上側支持体110Aの上下方向略中央よりも上側にある、平面視略円形状の第1凹部112aと、底面(開口面に対向する面)の位置が上側支持体110Aの上下方向略中央よりも下側にある、平面視略リング形状の第2凹部112bと、から成る。
第1凹部112aは、上側支持体110Aにガス透過膜130が取り付けられると、上下方向に分離されるようになっており、分離された状態における、第1凹部112aの上側の領域が気相室R1となり、第1凹部112aの下側の領域及び第2凹部112bが液相室R2となる。したがって、ガス透過膜130と電極150(作用電極151)との間の距離は、隔壁118の高さ(上下方向の長さ)によって規定される。
The
The
ガス導入路115は、例えば、第1凹部112aの左側の位置に、左方向に上側に向かって形成されており、ガス排出路117は、例えば、第1凹部112aの右側の位置に、右方向に上側に向かって形成されている。
なお、ガス透過膜130に対するガス導入路115の角度は、0度以上90度以下であれば任意であるが、ガス透過膜130にかかる圧力を高くして、検出対象物質を透過しやすくするという観点から、45度以上が好ましい。
The
The angle of the
電解液導入路124は、例えば、第1凹部112aの後方における第2凹部112bの上面から上側支持体110Aの上下方向略中央の位置までの領域に、上下方向に沿って形成された第1電解液導入路124aと、第1電解液導入路124aの後側の位置に、後方向に上側に向かって形成された第2電解液導入路124bと、から成る。
また、電解液排出路126は、例えば、第1凹部112aの前方における第2凹部112bの上面から上側支持体110Aの上下方向略中央の位置までの領域に、上下方向に沿って形成された第1電解液排出路126aと、第1電解液排出路126aの前側の位置に、前方向に上側に向かって形成された第2電解液導入路124bと、から成る。
The electrolyte
In addition, the
下側支持体120Aには、例えば、下側支持体120Aの上面に、水平方向略中央の位置から前側に向かって配置された、電極基板部190を着脱自在に取り付けるための取付部127などが設けられている。
ここで、特に、下側支持体120Aの表面や取付部127などは、電解液や試料などに対する耐腐食性が高い材料(例えば、疎水性の絶縁性材料、表面を疎水処理した絶縁性材料など)で形成されるのが好ましい。
The
Here, in particular, the surface of the
取付部127は、例えば、上面が開口した凹形状に形成されており、取付部127の深さは、例えば、電極基板部190の厚みと略同一となるよう設定されている。
The
ガス透過膜130は、例えば、ガス透過膜130で上側支持体110Aの下面側から第1凹部112aを覆い、そして、第1Oリング141をガス透過膜130の下面側に配して上方向に移動させ隔壁118の周囲に取り付けることにより、上側支持体110Aに取り付けられるようになっている。
For example, the gas
第1Oリング141は、例えば、上側支持体110Aにガス透過膜130を取り付けるためのものである。
また、第2Oリング142は、例えば、液相室R1の水平方向の大きさ(径)を規定するためのものであるとともに、液相室R2を密閉して液相室R2に導入された電解液が漏れるのを防ぐためのものであり、Oリング収容部113に収容されるようになっている。したがって、第2Oリング142としては、例えば、Oリング収容部113の高さ(上下方向の長さ)と同等又はそれ以上の厚みを有するものが好ましい。
第1Oリング141及び第2Oリング142を構成する材料としては、電解液や試料などに対する耐腐食性が高い材料が好ましい。
The first O-
The second O-
As a material constituting the first O-
電極基板部190は、例えば、電極150と、パッド160と、電極150とパッド160とを接続する配線161と、これらを支持するガラス基板等の所定の基板191と、などを備えて構成される。
電極基板部190は、例えば、酵素センサ100Aの前方から取付部127に挿入することによって、取付部127に取り付けられるようになっている。
The
The
<測定処理>
ガス検出システム1000Aによる、酵素センサ100Aを用いた測定(検出対象物質の検出)に関する処理の一例を説明する。
第2の実施の形態のガス検出システム1000Aによる測定処理は、第1の実施の形態のガス検出システム1000による測定処理(図7)の流れと略同一であるため、異なる箇所のみについて説明し、その他の共通する部分の詳細な説明は省略する。
<Measurement process>
An example of processing related to measurement (detection of a detection target substance) using the
Since the measurement process by the
測定準備を行い(ステップS1)、酵素センサ100Aの校正を行う(ステップS2)。
ステップS2では、電極基板部190又は電解液を交換すべきと判断した場合、報知ランプ240を点滅させて、ユーザに電極基板部190又は電解液を交換させる。
Preparation for measurement is performed (step S1), and the
In step S2, when it is determined that the
次いで、ステップS2で電極基板部190又は電解液を交換すべきと判断した場合は、電極基板部190又は電解液が交換されたことを確認した後に、また、ステップS2で電極基板部190又は電解液を交換しなくても良いと判断した場合は、当該判断の後に、酵素センサ100Aを洗浄して(ステップS3)、循環洗浄し(ステップS4)、その後、酵素センサ100Aの応答出力が安定化すると、検量線を作成して(ステップS5)、ステップS6以降の処理を行う。
Next, when it is determined in step S2 that the
以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.
酵素センサ100Aを作成して、酵素センサ100A及びガス検出システム1000Aの評価を行った。
本実施例では、酵素センサ100Aとして、「電極固定型酵素センサ」を作成した。
The
In this example, an “electrode-fixed enzyme sensor” was created as the
<1>酵素センサ100Aの作成
本実施例では、ホルムアルデヒドガスを検出するための酵素センサ100Aを作成した。酵素としては、補酵素(NAD+)依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(ホルムアルデヒド脱水素酵素)を用いた。
<1> Production of
まず、作用電極151、参照電極152及び対電極153の三極構造のパターンを有する電極基板部190を作成した。
具体的には、基板191にスクリーン印刷によってカーボンを塗布し、ホットプレートを用いて120℃で15分間ポストベークした。さらに、スクリーン印刷により、分析窓(作用電極151、参照電極152及び対電極153が配置された平面視略円形状の領域)及びパッド160以外の部分に紫外線硬化型絶縁皮膜を塗布し、紫外線露光装置を用いて、紫外線硬化型絶縁皮膜を硬化した。ここで、分析窓は、電極基板部190を取付部127に取り付けた際に、液相室R2に対応する領域に形成される。
その後、一晩、暗室にて乾燥させ、参照電極152のパターン上に銀/塩化銀インクを塗布して120℃で焼結し、銀/塩化銀電極である参照電極152を作成した。
First, an
Specifically, carbon was applied to the
Thereafter, the film was dried overnight in a dark room, and a silver / silver chloride ink was applied onto the pattern of the
次いで、ホルムアルデヒド脱水素酵素2mgを1mMリン酸緩衝液(pH7.41)に溶解させて作成した電解液(酵素溶液)10μLを、分析窓上に滴下した。その後、グルタルアルデヒドガス中で一晩乾燥させ、酵素を電極150に固定し、電極基板部190を作成した。
Next, 10 μL of an electrolytic solution (enzyme solution) prepared by dissolving 2 mg of formaldehyde dehydrogenase in 1 mM phosphate buffer (pH 7.41) was dropped onto the analysis window. Then, it dried in glutaraldehyde gas overnight, the enzyme was fixed to the
次いで、絶縁体であるピーク材を使用して、旋盤やフライス盤などを用いて、上側支持体110Aと下側支持体120Aとを作成した。
取付部127の深さを電極基板部190の厚み(0.5mm)と略同一となるようにした。また、ガス透過膜130と電極150との間の距離が30μmとなるよう隔壁118の高さを調整した。
Next, the
The depth of the
次いで、第1Oリング141を用いて上側支持体110Aにガス透過膜130(ゴアテック製多孔質テフロン膜)を固定するとともに、第2Oリング142をOリング収容部113に収容し、ガス透過膜130と電極150との間の距離(30μm)と略同一の厚みを有するスペーサ170(厚み:30μm、孔径0.1μm、ミリポア製親水性テフロン膜)を液相室R2内に配置した。
次いで、下側支持体120Aの上に上側支持体110Aを配置して、ネジ180を用いて上側支持体110Aを下側支持体120Aに固定し、上記作成された電極基板部190を取付部127に取り付けて、「電極固定型酵素センサ」を作成した。
Next, the first O-
Next, the
次いで、「電極固定型酵素センサ」用の電解液を作成した。
具体的には、1mMのNAD+、1mMのキノンを含むリン酸緩衝液(pH7.41)を作成することにより、「電極固定型酵素センサ」用の電解液を作成した。そして、この電解液を電解液タンク310中に入れて、酵素センサ100A及びガス検出システム1000Aの評価を行った。
Next, an electrolytic solution for “electrode-fixed enzyme sensor” was prepared.
Specifically, an electrolyte solution for “electrode-fixed enzyme sensor” was prepared by preparing a phosphate buffer solution (pH 7.41) containing 1 mM NAD + and 1 mM quinone. And this electrolyte solution was put in the
<2>酵素センサ100A及びガス検出システム1000Aの評価
本実施例では、電極基板部190の取り外しに関する実験を、酵素センサ100Aの温度と、電解液タンク310中の電解液の温度と、を30℃にして行った。
<2> Evaluation of
<2−1>検量線の作成
作成した「電極固定型酵素センサ」を用いて、検量線を作成するための実験を行った。
具体的には、「電極固定型酵素センサ」について、測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が異なる標準液を順次生成して導入し、応答電流を測定することによって検量線を作成した後、洗浄及び循環洗浄を行った。標準液として、1mMのNAD+、1mMのキノンを含むリン酸緩衝液(pH7.41)にホルムアルデヒドが希釈されている溶液を使用した。標準液のホルムアルデヒド濃度は、68.4μM、684μM、6840μMとし、標準液の導入速度は0.1mL/minとした。気液平衡を仮定すると、標準液のホルムアルデヒド濃度68.4μMは、標準ガスのホルムアルデヒド濃度1ppbに相当し、標準液のホルムアルデヒド濃度684μMは、標準ガスのホルムアルデヒド濃度10ppbに相当し、標準液のホルムアルデヒド濃度6840μMは、標準ガスのホルムアルデヒド濃度100ppbに相当する。その結果を図24に示す。
<2-1> Creation of Calibration Curve An experiment for creating a calibration curve was performed using the created “electrode-fixed enzyme sensor”.
Specifically, after preparing for measurement of the “electrode-fixed enzyme sensor”, a standard solution with different formaldehyde concentrations is sequentially generated and introduced, and a calibration curve is created by measuring the response current, followed by washing. And circulating cleaning was performed. As a standard solution, a solution in which formaldehyde was diluted in a phosphate buffer solution (pH 7.41) containing 1 mM NAD + and 1 mM quinone was used. The formaldehyde concentration of the standard solution was 68.4 μM, 684 μM, and 6840 μM, and the standard solution introduction rate was 0.1 mL / min. Assuming vapor-liquid equilibrium, the formaldehyde concentration of the standard solution of 68.4 μM corresponds to the formaldehyde concentration of 1 ppb of the standard gas, the formaldehyde concentration of the standard solution of 684 μM corresponds to the formaldehyde concentration of the standard gas of 10 ppb, and the formaldehyde concentration of the standard solution 6840 μM corresponds to a formaldehyde concentration of 100 ppb in the standard gas. The result is shown in FIG.
図24(a)においては、横軸に時間、縦軸に応答電流を示し、一点鎖線でホルムアルデヒド濃度が1ppb相当(68.4μMのホルムアルデヒド標準液)の場合の結果を示し、点線でホルムアルデヒド濃度が10ppb相当(684μMのホルムアルデヒド標準液)の場合の結果を示し、実線でホルムアルデヒド濃度が100ppb相当(6840μMのホルムアルデヒド標準液)の場合の結果を示す。
また、図24(b)に、図24(a)の結果を用いて作成した検量線を示す。
図24(a)の結果から、本実施例で作成した「電極固定型酵素センサ」は、電極150が取り外し可能であるが、第1の実施の形態の実施例2で作成した「電極固定型酵素センサ」(電極150が取り外し可能でない「電極固定型酵素センサ」)とガス透過膜130と電極150との間の距離が同一(30μm)であるため、感度に大きな違いはなかった。
また、図24(b)の結果から、本実施例で作成した「電極固定型酵素センサ」は、1〜100ppbの濃度領域で良好な線形性を有することが分かった。
In FIG. 24 (a), the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the response current, the one-dot chain line shows the result when the formaldehyde concentration is equivalent to 1 ppb (68.4 μM formaldehyde standard solution), and the dotted line represents the formaldehyde concentration. The result in the case of 10 ppb equivalent (684 μM formaldehyde standard solution) is shown, and the solid line shows the result in the case where the formaldehyde concentration is equivalent to 100 ppb (6840 μM formaldehyde standard solution).
FIG. 24B shows a calibration curve created using the results of FIG.
From the result of FIG. 24A, the “electrode-fixed enzyme sensor” created in this example can be detached from the
Further, from the result of FIG. 24B, it was found that the “electrode-fixed enzyme sensor” prepared in this example has a good linearity in a concentration range of 1 to 100 ppb.
<2−2>電極150に固定した酵素の劣化
作成した「電極固定型酵素センサ」を用いて、電極150に固定した酵素の劣化を観測するための実験を行った。
具体的には、「電極固定型酵素センサ」について、測定準備を行った後、ホルムアルデヒド濃度が6840μMの標準液を生成して導入し、応答電流を測定した後、洗浄及び循環洗浄を行った。そして、電極基板部190を交換せずに室温で保存し、10日後に再度この測定準備−測定−洗浄(洗浄及び循環洗浄)の処理を行った。標準液の導入速度は0.1mL/minとした。その結果を図25に示す。
<2-2> Degradation of enzyme immobilized on
Specifically, for the “electrode-fixed enzyme sensor”, after preparing for measurement, a standard solution having a formaldehyde concentration of 6840 μM was generated and introduced, and the response current was measured, followed by washing and circulation washing. And it preserve | saved at room temperature without replacing | exchanging the electrode board |
図25においては、横軸に時間、縦軸に応答電流を示し、点線で0日後(初日)の結果を示し、実線で10日後の結果を示す。
図25の結果から、10日間、室温で保存すると、電極150に固定した酵素が劣化して、酵素センサ100Aの応答出力が低下することが分かった。
In FIG. 25, the horizontal axis indicates time, the vertical axis indicates response current, the dotted line indicates the result after 0 days (first day), and the solid line indicates the result after 10 days.
From the results shown in FIG. 25, it was found that when stored at room temperature for 10 days, the enzyme immobilized on the
<2−3>酵素センサ100Aの校正
作成した「電極固定型酵素センサ」を用いて、酵素センサ100Aを校正することによる効果、すなわち、電極150に固定された酵素が劣化していると判断した場合に、電極基板部190を交換することによる効果を実証するための実験を行った。
具体的には、「電極固定型酵素センサ」について、測定準備を行った後、酵素センサ100Aの校正、洗浄及び循環洗浄を行い、ホルムアルデヒド濃度が6840μMの標準液を生成して導入し、応答電流を測定した後、洗浄及び循環洗浄を行った。そして、この測定準備−校正−洗浄(洗浄及び循環洗浄)−測定−洗浄(洗浄及び循環洗浄)の処理を毎日行った。標準液の導入速度は0.1mL/minとした。
<2-3> Calibration of
Specifically, for the “electrode-fixed enzyme sensor”, after preparing for measurement, the
なお、酵素センサ100Aの校正処理では、酵素センサ100Aの温度と電解液タンク310中の電解液の温度とが30℃(予め設定された温度)であり、導入された標準液の濃度が6840μM(予め設定された濃度)である際に、応答電流が10nA(予め定めた値)を上回るまでに要する所要時間が、20sec(所定の交換用閾値)以上である場合、電極基板部190が有する電極150に固定された酵素が劣化したと判断して電極基板部190を交換すべきと判断し、報知ランプ240を点滅させ、ユーザに電極基板部190を交換させることとした。その結果を図26に示す。
In the calibration process of the
図26においては、横軸に日数、縦軸に1日目での応答電流を100%とした相対応答を示す。
図26の結果から、20回の測定でばらつきが5%以内に収まり、電極基板部190の交換を行うと、再現性の良い測定が可能となることが分かった。
In FIG. 26, the horizontal axis represents the relative response with the number of days and the vertical axis the response current on the first day as 100%.
From the results shown in FIG. 26, it was found that the variation was within 5% after 20 measurements, and that measurement with good reproducibility was possible when the
以上説明した第2の実施の形態における酵素センサ100Aによれば、電極150を有する電極基板部190と、液相室R2に電極部150を取り付けるための取付部127と、を備え、電極基板部190は、取付部120に着脱自在である。
したがって、電極基板部190を交換することができるため、酵素センサ100Aが「電極固定型酵素センサ」である場合に特に有効であり、安価な酵素センサ100Aを提供することができる。
According to the
Therefore, since the
また、以上説明した第2の実施の形態におけるガス検出システム1000Aによれば、酵素センサ100Aが「電極固定型酵素センサ」である場合に、酵素センサ100Aによる検出対象物質の検出前に、酵素センサ100Aの応答出力に関する応答データを取得し、取得された応答データに基づいて、電極基板部190を交換すべきか否かを判断するようになっている。
すなわち、酵素センサ100Aが「電極固定型酵素センサ」である場合に、安定したセンサ出力を得ることができるよう、電極基板部190を交換させて、酵素センサ100Aを校正することができる。
Moreover, according to the
That is, when the
また、以上説明した第2の実施の形態におけるガス検出システム1000Aによれば、酵素センサ100Aが「遊離型酵素センサ」である場合に、酵素センサ100Aによる検出対象物質の検出前に、酵素センサ100Aの応答出力に関する応答データを取得し、取得された応答データに基づいて、電解液を交換すべきか否かを判断するようになっている。
すなわち、酵素センサ100Aが「遊離型酵素センサ」である場合に、安定したセンサ出力を得ることができるよう、電解液を交換させて、酵素センサ100Aを校正することができる。
Further, according to the
That is, when the
また、以上説明した第2の実施の形態におけるガス検出システム1000Aによれば、応答データが、酵素センサ100Aからの応答電流の時間変化に関するデータであり、この場合、標準液や標準ガスの濃度は1種類で良いため、標準液や標準ガスの濃度を順次変更させる必要がある場合(応答データが検量線である場合)と比較して、より短時間で酵素センサ100Aの校正を行うことができる。
Further, according to the
なお、本発明は、上記した実施の形態のものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof.
第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、レセプタは、酵素に限定されるものではなく、検出対象物質と選択的に反応する生体物質(生体由来の分子識別素子)であれば任意であり、具体的には、例えば、抗体や微生物などであっても良い。 In the first embodiment and the second embodiment, the receptor is not limited to an enzyme, and any receptor may be used as long as it is a biological substance (a molecular identification element derived from a living body) that selectively reacts with a detection target substance. Specifically, for example, an antibody or a microorganism may be used.
第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、電極150は、実施の形態のものに限ることはなく、スクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法等によって、白金、金、銀、カーボン等から形成されたものなどであれば任意である。
また、銀/塩化銀電極である参照電極152は、スクリーン印刷法、蒸着法、スパッタリング法等によって一旦銀電極を形成させた後、一定電流を電解する方法、塩化第2銀水溶液中に浸漬する方法、スクリーン印刷法によって塩化銀を塗布・積層させる方法等によって形成されたものなどであれば任意である。
また、電極150として、作用電極151、参照電極152及び対電極153の三極構造としたが、電極150は、参照電極152を設けない二極構造(作用電極151及び対電極153の二極構造)であっても良い。
In the first embodiment and the second embodiment, the
The
In addition, the
第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、ユーザに報知する場合、報知ランプ240でなく、データ表示装置230等に表示して報知しても良い。
In the first embodiment and the second embodiment, when notifying the user, it may be displayed on the
第1の実施の形態において、応答データとして検量線を用い、酵素センサ100の校正に用いたが、応答データは、酵素センサ100からの応答電流の時間変化に関するデータなどであっても良い。この場合、応答電流が予め定めた値を上回るまでに要する所要時間に基づいて、設定温度を決定することになる。
また、第2の実施の形態において、応答データとして酵素センサ100Aからの応答電流の時間変化に関するデータを用い、酵素センサ100Aの校正に用いたが、応答データは、検量線であっても良い。この場合、検量線の傾きに基づいて、交換すべきか否かを判断することになる。
In the first embodiment, a calibration curve is used as response data and used to calibrate the
Further, in the second embodiment, the data regarding the time change of the response current from the
第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、電極温度調整手段は、センサ温度調整装置410(恒温槽)に限ることはなく、電極150の温度を調整することができるのであれば任意であり、例えば、酵素センサ100,100Aに内蔵された小型ヒータ等であっても良い。
In the first embodiment and the second embodiment, the electrode temperature adjusting means is not limited to the sensor temperature adjusting device 410 (a constant temperature bath), and may be arbitrary as long as the temperature of the
第2の実施の形態において、第2Oリング142によって、液相室R2に導入された電解液が漏れるのを防ぐようにしたが、Oリング以外のものを用いて液相室R2を密閉したり、上側支持体110Aと下側支持体120Aとを接着剤等で接着固定したりする等、液相室R2に導入された電解液が漏れるのを防ぐことができる構成であれば、第2Oリング142を備えていなくても良い。
In the second embodiment, the second O-
第1の実施の形態において、ガスの流路(ガス導入路115及びガス排出路116)に略平行するように、電解液の流路(電解液導入路124及び電解液排出路126)を形成したが、これに限ることはなく、例えば、第2の実施の形態のように、ガスの流路に略直交するように、電解液の流路を形成しても良い。
第2の実施の形態において、ガスの流路(ガス導入路115及びガス排出路116)に略直交するように、電解液の流路(電解液導入路124及び電解液排出路126)を形成したが、これに限ることはなく、例えば、第1の実施の形態のように、ガスの流路に略平行するように、電解液の流路を形成しても良い。
In the first embodiment, the electrolyte flow paths (
In the second embodiment, the electrolyte flow paths (
第1の実施の形態において、酵素センサ100が「遊離型酵素センサ」である場合、第2の実施の形態のように、電解液タンク310中の電解液を交換すべきか否かを判断して、交換すべきと判断した場合に電解液を交換させて、酵素センサ100を校正するようにしても良い。
In the first embodiment, when the
第2の実施の形態において、電極基板部190が備える基板191に溝部122を設けても良い。この場合、基板191が、支持体(液相室R2の気相室R1と対向する側の面を構成して、電極150を支持する支持体)となる。
In the second embodiment, the
100,100A 酵素センサ(バイオセンサ)
120 下側支持体(支持体)
122 溝部
127 取付部
130 ガス透過膜
150 電極
170 スペーサ
190 電極部
210 計測回路(取得手段)
220 データ処理装置(取得手段)
310 電解液タンク(循環手段)
340 送液ポンプ(循環手段)
410 センサ温度調整装置(電極温度調整手段)
420 電解液温度調整装置(電解液温度調整手段)
710 CPU(取得手段、決定手段、調整制御手段、循環手段、判断手段)
732 校正プログラム(取得手段、決定手段、調整制御手段)
732A 校正プログラム(取得手段、判断手段)
733 循環洗浄プログラム(循環手段)
1000,1000A ガス検出システム
R1 気相室
R2 液相室
100,100A Enzyme sensor (biosensor)
120 Lower support (support)
220 Data processing device (acquisition means)
310 Electrolyte tank (circulation means)
340 Liquid feed pump (circulation means)
410 Sensor temperature adjusting device (electrode temperature adjusting means)
420 Electrolyte temperature adjusting device (electrolyte temperature adjusting means)
710 CPU (acquisition means, determination means, adjustment control means, circulation means, determination means)
732 Calibration program (acquisition means, determination means, adjustment control means)
732A Calibration program (acquisition means, determination means)
733 Circulation cleaning program (circulation means)
1000,1000A Gas detection system R1 Gas phase chamber R2 Liquid phase chamber
Claims (18)
前記気相室と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室と、
前記気相室と前記液相室とを隔てるように配置され、少なくとも前記検出対象物質が透過するガス透過膜と、
前記液相室にガス透過膜と対向して配置された電極と、
前記液相室に含有され、前記検出対象物質と選択的に反応するレセプタと、を備え、
前記ガス透過膜を透過して前記気相室から前記液相室に移行してきた前記検出対象物質を検出することを特徴とするバイオセンサ。 A gas phase chamber into which a gas containing a detection target substance is introduced;
A liquid phase chamber disposed adjacent to the gas phase chamber and into which a predetermined electrolyte is introduced;
A gas permeable membrane that is disposed so as to separate the gas phase chamber and the liquid phase chamber and allows at least the detection target substance to pass through;
An electrode disposed opposite to the gas permeable membrane in the liquid phase chamber;
A receptor contained in the liquid phase chamber and selectively reacting with the detection target substance,
A biosensor that detects the detection target substance that has passed through the gas permeable membrane and has migrated from the gas phase chamber to the liquid phase chamber.
前記ガス透過膜と前記電極との間に配置されたスペーサを備えることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 1, wherein
A biosensor comprising a spacer disposed between the gas permeable membrane and the electrode.
前記液相室の前記気相室と対向する側の面を構成して、前記電極を支持する支持体を備え、
前記支持体は、溝部を有し、
前記電極は、前記溝部内に形成され、
前記電極の厚みは、前記溝部の深さと略同一であることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 1 or 2,
Constituting a surface of the liquid phase chamber facing the gas phase chamber, and comprising a support for supporting the electrode;
The support has a groove,
The electrode is formed in the groove;
The biosensor is characterized in that the thickness of the electrode is substantially the same as the depth of the groove.
前記電極を有する電極部と、
前記液相室に前記電極部を取り付けるための取付部と、を備え、
前記電極部は、前記取付部に着脱自在であることを特徴とするバイオセンサ。 In the biosensor according to any one of claims 1 to 3,
An electrode part having the electrode;
An attachment portion for attaching the electrode portion to the liquid phase chamber,
The biosensor according to claim 1, wherein the electrode part is detachable from the attachment part.
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段を備えることを特徴とするガス検出システム。 In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
A gas detection system comprising circulation means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber.
前記電極の温度を調整する電極温度調整手段を備えることを特徴とするガス検出システム。 In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
A gas detection system comprising electrode temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrode.
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出時における前記電極の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電極温度調整手段に前記電極の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 The gas detection system according to claim 6.
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Determination means for determining the temperature of the electrode at the time of detection of the detection target substance by the biosensor based on the response data acquired by the acquisition means;
An adjustment control means for causing the electrode temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrode so that the temperature is determined by the determination means;
A gas detection system comprising:
前記液相室に導入される前記電解液の温度を調整する電解液温度調整手段を備えることを特徴とするガス検出システム。 In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
A gas detection system comprising an electrolyte temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrolyte introduced into the liquid phase chamber.
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出時における前記電解液の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電解液温度調整手段に前記電解液の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 The gas detection system according to claim 8.
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Based on the response data acquired by the acquisition unit, a determination unit that determines the temperature of the electrolytic solution at the time of detection of the detection target substance by the biosensor;
Adjustment control means for causing the electrolyte temperature adjusting means to adjust the temperature of the electrolyte so as to be the temperature determined by the determining means;
A gas detection system comprising:
前記レセプタは、前記電極に固定されることによって前記液相室に含有され、
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電極部を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 A gas detection system comprising the biosensor according to claim 4.
The receptor is contained in the liquid phase chamber by being fixed to the electrode,
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrode unit based on the response data acquired by the acquiring means;
A gas detection system comprising:
前記レセプタは、前記液相室に導入される前記電解液に含有されることによって前記液相室に含有され、
前記バイオセンサによる前記検出対象物質の検出前に、当該バイオセンサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電解液を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 In a gas detection system comprising the biosensor according to any one of claims 1 to 4,
The receptor is contained in the liquid phase chamber by being contained in the electrolytic solution introduced into the liquid phase chamber,
An acquisition means for acquiring response data related to a response output of the biosensor before the detection of the detection target substance by the biosensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrolyte based on the response data acquired by the acquiring means;
A gas detection system comprising:
前記気相室と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室と、
前記気相室と前記液相室とを隔てるように配置され、少なくとも前記検出対象物質が透過するガス透過膜と、
前記液相室にガス透過膜と対向して配置された電極と、
前記液相室に含有され、前記検出対象物質と選択的に反応する酵素と、
前記ガス透過膜と前記電極との間に配置されたスペーサと、
前記液相室の前記気相室と対向する側の面を構成して、前記電極を支持する支持体と、を備え、
前記支持体は、溝部を有し、
前記電極は、前記溝部内に形成され、
前記電極の厚みは、前記溝部の深さと略同一であり、
前記ガス透過膜を透過して前記気相室から前記液相室に移行してきた前記検出対象物質を検出することを特徴とする酵素センサ。 A gas phase chamber into which a gas containing a detection target substance is introduced;
A liquid phase chamber disposed adjacent to the gas phase chamber and into which a predetermined electrolyte is introduced;
A gas permeable membrane that is disposed so as to separate the gas phase chamber and the liquid phase chamber and allows at least the detection target substance to pass through;
An electrode disposed opposite to the gas permeable membrane in the liquid phase chamber;
An enzyme contained in the liquid phase chamber and selectively reacting with the detection target substance;
A spacer disposed between the gas permeable membrane and the electrode;
A surface of the liquid phase chamber that faces the gas phase chamber, and a support that supports the electrode; and
The support has a groove,
The electrode is formed in the groove;
The thickness of the electrode is substantially the same as the depth of the groove,
An enzyme sensor, wherein the detection target substance that has passed through the gas permeable membrane and has migrated from the gas phase chamber to the liquid phase chamber is detected.
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記電極の温度を調整する電極温度調整手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出時における前記電極の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電極温度調整手段に前記電極の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 A gas detection system comprising the enzyme sensor according to claim 12,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
Electrode temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrode;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determination means for determining the temperature of the electrode at the time of detection of the detection target substance by the enzyme sensor based on the response data acquired by the acquisition means;
An adjustment control means for causing the electrode temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrode so that the temperature is determined by the determination means;
A gas detection system comprising:
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記液相室に導入される前記電解液の温度を調整する電解液温度調整手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出時における前記電解液の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電解液温度調整手段に前記電解液の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 A gas detection system comprising the enzyme sensor according to claim 12,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
An electrolyte temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrolyte introduced into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Based on the response data acquired by the acquisition unit, a determination unit that determines the temperature of the electrolytic solution at the time of detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Adjustment control means for causing the electrolyte temperature adjusting means to adjust the temperature of the electrolyte so as to be the temperature determined by the determining means;
A gas detection system comprising:
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記電極の温度を調整する電極温度調整手段と、
前記液相室に導入される前記電解液の温度を調整する電解液温度調整手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出時における前記電極の温度及び前記電解液の温度を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された温度となるよう、前記電極温度調整手段に前記電極の温度を調整させるとともに、前記電解液温度調整手段に前記電解液の温度を調整させる調整制御手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 A gas detection system comprising the enzyme sensor according to claim 12,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
Electrode temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrode;
An electrolyte temperature adjusting means for adjusting the temperature of the electrolyte introduced into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determination means for determining the temperature of the electrode and the temperature of the electrolytic solution at the time of detection of the detection target substance by the enzyme sensor based on the response data acquired by the acquisition means;
An adjustment control means for causing the electrode temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrode so that the temperature is determined by the determination means, and for causing the electrolyte temperature adjustment means to adjust the temperature of the electrolyte solution;
A gas detection system comprising:
前記気相室と隣接するように配置され、所定の電解液が導入される液相室と、
前記気相室と前記液相室とを隔てるように配置され、少なくとも前記検出対象物質が透過するガス透過膜と、
前記液相室にガス透過膜と対向して配置された電極と、
前記液相室に含有され、前記検出対象物質と選択的に反応する酵素と、
前記ガス透過膜と前記電極との間に配置されたスペーサと、
前記電極を有する電極部と、
前記液相室に前記電極部を取り付けるための取付部と、を備え、
前記電極部は、前記取付部に着脱自在であり、
前記ガス透過膜を透過して前記気相室から前記液相室に移行してきた前記検出対象物質を検出することを特徴とする酵素センサ。 A gas phase chamber into which a gas containing a detection target substance is introduced;
A liquid phase chamber disposed adjacent to the gas phase chamber and into which a predetermined electrolyte is introduced;
A gas permeable membrane that is disposed so as to separate the gas phase chamber and the liquid phase chamber and allows at least the detection target substance to pass through;
An electrode disposed opposite to the gas permeable membrane in the liquid phase chamber;
An enzyme contained in the liquid phase chamber and selectively reacting with the detection target substance;
A spacer disposed between the gas permeable membrane and the electrode;
An electrode part having the electrode;
An attachment portion for attaching the electrode portion to the liquid phase chamber,
The electrode part is detachable from the attachment part,
An enzyme sensor, wherein the detection target substance that has passed through the gas permeable membrane and has migrated from the gas phase chamber to the liquid phase chamber is detected.
前記酵素は、前記電極に固定されることによって前記液相室に含有され、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電極部を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 A gas detection system comprising the enzyme sensor according to claim 16,
The enzyme is contained in the liquid phase chamber by being fixed to the electrode,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrode unit based on the response data acquired by the acquiring means;
A gas detection system comprising:
前記酵素は、前記液相室に導入される前記電解液に含有されることによって前記液相室に含有され、
前記液相室に導入された前記電解液を当該液相室から排出させて、再び当該液相室に導入させる循環手段と、
前記酵素センサによる前記検出対象物質の検出前に、当該酵素センサの応答出力に関する応答データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された応答データに基づいて、前記電解液を交換すべきか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とするガス検出システム。 A gas detection system comprising the enzyme sensor according to claim 12 or 16,
The enzyme is contained in the liquid phase chamber by being contained in the electrolyte solution introduced into the liquid phase chamber,
Circulating means for discharging the electrolyte introduced into the liquid phase chamber from the liquid phase chamber and introducing it again into the liquid phase chamber;
An acquisition means for acquiring response data relating to a response output of the enzyme sensor before the detection of the detection target substance by the enzyme sensor;
Determining means for determining whether or not to replace the electrolyte based on the response data acquired by the acquiring means;
A gas detection system comprising:
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019049571A (en) * | 2015-03-13 | 2019-03-28 | インストゥルメンテーション ラボラトリー カンパニー | Detection of transient error in body fluid sample |
JP2020510417A (en) * | 2017-02-17 | 2020-04-09 | コニク インコーポレイテッド | System for detection |
US11336285B2 (en) | 2018-08-10 | 2022-05-17 | Koniku Inc. | Stacked integrated platform architecture |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5567711U (en) * | 1978-11-01 | 1980-05-09 | ||
JPS6279158U (en) * | 1985-11-06 | 1987-05-20 | ||
JPS63113953U (en) * | 1987-01-19 | 1988-07-22 | ||
JPH01112149A (en) * | 1987-07-15 | 1989-04-28 | Sri Internatl | Electrochemical electrode construction |
JPH01209352A (en) * | 1988-02-17 | 1989-08-23 | Toshiba Corp | Measurement of ion concentration for automatic chemical analyzer |
JPH03125955A (en) * | 1989-10-12 | 1991-05-29 | Nippondenso Co Ltd | Biological gas sensor |
JPH09292362A (en) * | 1996-04-26 | 1997-11-11 | Tokuyama Corp | Oxygen electrode |
JPH10501425A (en) * | 1995-03-27 | 1998-02-10 | コールター インターナショナル コーポレイション | Measuring device for analytes in liquid samples |
JPH10288594A (en) * | 1997-04-16 | 1998-10-27 | New Cosmos Electric Corp | Controlled potential electrolytic sensor and gas detector |
JP2001141695A (en) * | 1999-11-15 | 2001-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Modified electrode, sensor and detecting method using the same |
JP2002071621A (en) * | 2000-08-25 | 2002-03-12 | New Cosmos Electric Corp | Constant potential electrolytic gas sensor |
JP2003202315A (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-18 | Dkk Toa Corp | Diaphragm cartridge |
JP2004093144A (en) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Tokiaki Shiratori | Gas sensor |
JP2004151107A (en) * | 2003-10-30 | 2004-05-27 | Arkray Inc | Electrode for component concentration measurement and concentration measuring device |
WO2006132250A1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Nikkiso Co., Ltd. | Biosensor and biosensor cell |
JP2007121060A (en) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Sensor chip and sensor system |
WO2008012197A1 (en) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | The Swatch Group Research And Development Ltd | Electrochemical system for assaying a biological compound by an enzyme |
JP2008096352A (en) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Toyota Motor Corp | Manufacturing method for enzyme electrode |
-
2008
- 2008-05-09 JP JP2008122870A patent/JP5366432B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5567711U (en) * | 1978-11-01 | 1980-05-09 | ||
JPS6279158U (en) * | 1985-11-06 | 1987-05-20 | ||
JPS63113953U (en) * | 1987-01-19 | 1988-07-22 | ||
JPH01112149A (en) * | 1987-07-15 | 1989-04-28 | Sri Internatl | Electrochemical electrode construction |
JPH01209352A (en) * | 1988-02-17 | 1989-08-23 | Toshiba Corp | Measurement of ion concentration for automatic chemical analyzer |
JPH03125955A (en) * | 1989-10-12 | 1991-05-29 | Nippondenso Co Ltd | Biological gas sensor |
JPH10501425A (en) * | 1995-03-27 | 1998-02-10 | コールター インターナショナル コーポレイション | Measuring device for analytes in liquid samples |
JPH09292362A (en) * | 1996-04-26 | 1997-11-11 | Tokuyama Corp | Oxygen electrode |
JPH10288594A (en) * | 1997-04-16 | 1998-10-27 | New Cosmos Electric Corp | Controlled potential electrolytic sensor and gas detector |
JP2001141695A (en) * | 1999-11-15 | 2001-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Modified electrode, sensor and detecting method using the same |
JP2002071621A (en) * | 2000-08-25 | 2002-03-12 | New Cosmos Electric Corp | Constant potential electrolytic gas sensor |
JP2003202315A (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-18 | Dkk Toa Corp | Diaphragm cartridge |
JP2004093144A (en) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Tokiaki Shiratori | Gas sensor |
JP2004151107A (en) * | 2003-10-30 | 2004-05-27 | Arkray Inc | Electrode for component concentration measurement and concentration measuring device |
WO2006132250A1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Nikkiso Co., Ltd. | Biosensor and biosensor cell |
JP2007121060A (en) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Sensor chip and sensor system |
WO2008012197A1 (en) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | The Swatch Group Research And Development Ltd | Electrochemical system for assaying a biological compound by an enzyme |
JP2008096352A (en) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Toyota Motor Corp | Manufacturing method for enzyme electrode |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6012045480; MITSUBAYASHI Kohji, NISHIO Genki, NAKAYAMA Yoshihiro, AMAGAI Hirokazu, WATANABE Hidenori, JAFFREZIC-: 'Bioelectronic sniffers for formaldehyde in the gas phase' Int J Environ Anal Chem Vol.85 No.12/13, 20051015, Page.917-925 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019049571A (en) * | 2015-03-13 | 2019-03-28 | インストゥルメンテーション ラボラトリー カンパニー | Detection of transient error in body fluid sample |
JP2020510417A (en) * | 2017-02-17 | 2020-04-09 | コニク インコーポレイテッド | System for detection |
JP2021118734A (en) * | 2017-02-17 | 2021-08-12 | コニク インコーポレイテッド | Systems for detection |
US11474103B2 (en) | 2017-02-17 | 2022-10-18 | Koniku Inc. | Systems for detection |
US11336285B2 (en) | 2018-08-10 | 2022-05-17 | Koniku Inc. | Stacked integrated platform architecture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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