JP2009276276A - Measuring device and measurement method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料液の導電率及び該試料液中に含まれる少なくとも1つの成分の濃度を測定することが可能な測定デバイス及びそれを用いた測定方法に関するものである。 The present invention relates to a measuring device capable of measuring the conductivity of a sample solution and the concentration of at least one component contained in the sample solution, and a measuring method using the measuring device.
従来、2つ以上の電極を含む電極系を用いて、試料液の導電率や、試料液中に含まれる成分の濃度を測定することが行われている(例えば、特許文献1及び2参照)。 Conventionally, the conductivity of a sample solution and the concentration of components contained in the sample solution are measured using an electrode system including two or more electrodes (see, for example, Patent Documents 1 and 2). .
例えば、特許文献1には、一対の電極が設けられたセルを備える電気伝導度計を用いて、セル内に導入された試料液の導電率を測定し、測定された導電率を塩分濃度に換算する測定方法が開示されている。 For example, in Patent Document 1, the electrical conductivity meter provided with a cell provided with a pair of electrodes is used to measure the electrical conductivity of a sample solution introduced into the cell, and the measured electrical conductivity is converted to a salinity concentration. A measurement method for conversion is disclosed.
特許文献2には、基板、基板上に配置された測定極及び対極を含む電極系、並びに電極系上に配置された酵素及び電子伝達体を含む試薬層を備えるセンサを用いて、血液中に含まれるグルコースの濃度を測定することが開示されている。
In
また、従来、少なくとも1つの電極系を用いて、単一の試料液について複数項目の測定を行うことが提案されている(例えば、特許文献2、3及び4参照)。
Conventionally, it has been proposed to measure a plurality of items for a single sample solution using at least one electrode system (see, for example,
上記の特許文献2には、単一の電極系を用いて、試料液である血液がセンサに導入されたこと、すなわち試料液の存在を検知すること、及び同じ電極系を用いて、血液中に含まれるグルコースの濃度を測定することが開示されている。具体的には、血液が毛管現象により電極系に導入される工程、測定極と対極との間における抵抗値の変化を検出することにより、血液が電極系に導入されたことを検知する工程、酵素と血液との反応が進行するのを待つ工程、測定極と対極との間に流れる酸化電流を測定する工程、及び測定された電流値をグルコース濃度に換算する工程を含む測定方法が開示されている。
In the above-mentioned
特許文献3には、それぞれ測定極及び対極を有する主電極系と副電極系とを備えるセンサが開示されている。特許文献3に記載のセンサにおいては、絶縁性の基板、スペーサー及びカバーを組み合わせることにより、空間部と、空間部の一方の端部と連通する試料供給孔と、空間部の他方の端部に連通する空気孔とが形成されている。試料供給孔から導入された試料液が主電極系よりも先に副電極系に導入されるように、空間部において、主電極系よりも副電極系の方が試料供給孔に近くなるように、主電極系及び副電極系が配置されている。具体的には、酵素及び電子伝達体を含む試薬層が主電極上のみに設けられたセンサを用いて、試料供給孔から空間部に試料液が導入される工程、副電極系において試料液中に含まれるアスコルビン酸の濃度の測定を行う工程、及び主電極系において試料液中に含まれるグルコースの濃度の測定を行う工程を含む測定方法が開示されている。また、ヘマトクリットの影響を低減してグルコース濃度を高精度に測定するために、同じく酵素及び電子伝達体を含む試薬層が主電極上のみに設けられたセンサを用いて、試料供給孔から空間部に試料液が導入される工程、副電極系に試料液が導入された時点で副電極系においてインピーダンスの変化を検出する工程、主電極系に試料液が導入された時点で主電極系においてインピーダンスの変化を検出する工程、主電極系における測定極と対極との間に流れる酸化電流を測定する工程、及び測定された電流値と、副電極系と主電極系とにおいてインピーダンス変化を検知した時間の差とに基づきグルコース濃度を求める工程を含む測定方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a sensor including a main electrode system and a sub electrode system each having a measurement electrode and a counter electrode. In the sensor described in Patent Document 3, by combining an insulating substrate, a spacer, and a cover, a space portion, a sample supply hole communicating with one end portion of the space portion, and the other end portion of the space portion are provided. A communicating air hole is formed. The sub-electrode system is closer to the sample supply hole than the main electrode system in the space so that the sample solution introduced from the sample supply hole is introduced to the sub-electrode system before the main electrode system. A main electrode system and a sub-electrode system are arranged. Specifically, using a sensor in which a reagent layer containing an enzyme and an electron carrier is provided only on the main electrode, the step of introducing the sample liquid into the space from the sample supply hole, in the sample liquid in the sub-electrode system Discloses a measuring method including a step of measuring the concentration of ascorbic acid contained in the sample and a step of measuring the concentration of glucose contained in the sample solution in the main electrode system. In addition, in order to reduce the influence of hematocrit and to measure the glucose concentration with high accuracy, a space layer is formed from the sample supply hole using a sensor in which a reagent layer containing an enzyme and an electron carrier is provided only on the main electrode. The step of introducing the sample solution into the sub-electrode system, the step of detecting a change in impedance in the sub-electrode system when the sample solution is introduced into the sub-electrode system, the impedance in the main electrode system when the sample solution is introduced into the main electrode system A step of detecting a change in current, a step of measuring an oxidation current flowing between a measurement electrode and a counter electrode in the main electrode system, and a time when the measured current value and impedance change are detected in the sub-electrode system and the main electrode system And a measurement method including a step of obtaining a glucose concentration based on the difference between the two.
特許文献4には、図11及び段落(0086)〜(0087)において、基体を囲む複数の外表面のうち、1つの外表面に設けられた1対の電極から構成される第1の電極系と、他の外表面に設けられた1対の電極から構成される第2の電極系とを備える測定デバイスが開示されている。具体的には、第1の電極系を用いて導電率を検出することにより塩濃度を測定し、第2の電極系を用いて尿糖またはクレアチニンを測定する例が開示されている。
しかしながら、上記従来の電極系を用いた複数項目の測定方法には、以下の問題があった。 However, the above-described conventional measurement method using a plurality of items has the following problems.
まず、特許文献2に記載の方法では、毛管現象により導入された血液が電極系に到達すると、電極系上に配置された試薬層が血液中に溶解することにより、試薬層に含まれる電子伝達体等の成分が血液中において電離する。このため、電極系により検出される抵抗値は、試料液である血液の抵抗値よりも低い値となってしまう。
First, in the method described in
特許文献3に記載の方法では、主電極系と副電極系という2つの電極系が必要であるため、デバイス構造が複雑である。 In the method described in Patent Document 3, two electrode systems, that is, a main electrode system and a sub electrode system are necessary, so that the device structure is complicated.
特許文献4に記載の方法では、第1の電極系と第2の電極系が必要であるため、特許文献3に記載の方法と同様に、デバイス構造が複雑である。
In the method described in
そこで本発明は上記従来の問題点に鑑み、簡易な構成であって、試料液の導電率及び該試料液に含まれる少なくとも1つの成分の濃度を精度良く測定することが可能な測定デバイス及びそれを用いた測定方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described conventional problems, the present invention has a simple configuration, and a measuring device capable of accurately measuring the conductivity of a sample solution and the concentration of at least one component contained in the sample solution, and the same It aims at providing the measuring method using.
上記従来の問題点を解決するために、本発明の測定デバイスは、試料液導入孔として機能する第1の開口及び空気孔として機能する第2の開口と連通する空間部を有する基体、前記空間部を囲む複数の面のうち第1の面上に配置され、少なくとも2つの電極を含み、前記空間部に導入された試料液の導電率及び前記試料液中に含まれる少なくとも1つの成分の濃度を測定するための電極系、並びに前記空間部を囲む複数の面のうち、前記第1の面と対向する第2の面上であって、前記電極系と対向する位置または前記電極系と対向する位置よりも前記第2の開口に近い位置に配置された、少なくとも電子伝達体を含む試薬を備える。 In order to solve the above-described conventional problems, the measurement device of the present invention includes a base having a first opening that functions as a sample solution introduction hole and a second opening that functions as an air hole, and the space. And a concentration of at least one component contained in the sample solution and disposed on the first surface of the plurality of surfaces surrounding the portion, including at least two electrodes and introduced into the space portion Of a plurality of surfaces surrounding the space portion, on a second surface facing the first surface, facing the electrode system or facing the electrode system And a reagent including at least an electron carrier, which is disposed at a position closer to the second opening than a position where the second electrode is opened.
また、本発明の測定方法は、上記測定デバイスを用い、
(A)前記測定デバイスの前記第1の開口を通して、前記空間部に前記試料液を導入する工程、
(B)前記電極系に前記試料液が到達した後、前記電極系を用いて前記試料液の導電率を計測する工程、
(C)前記工程Bの後、前記試料液中に溶解した前記試薬が前記電極系まで拡散するのを待つ工程、
(D)前記工程Cの後、前記電極系に含まれる電極のうち少なくとも2つの電極間に電圧を印加する工程、
(E)前記工程Dにおいて電圧が印加された前記2つの電極間に流れる電流の値または電流量を計測する工程、及び
(F)前記工程Eにおいて計測された電流値または電流量に基づき、前記試料液中に含まれる前記成分の濃度を求める工程を含む。
Moreover, the measurement method of the present invention uses the measurement device,
(A) introducing the sample solution into the space through the first opening of the measurement device;
(B) measuring the conductivity of the sample solution using the electrode system after the sample solution reaches the electrode system;
(C) After the step B, waiting for the reagent dissolved in the sample solution to diffuse to the electrode system;
(D) After the step C, applying a voltage between at least two electrodes among the electrodes included in the electrode system;
(E) a step of measuring a value or amount of current flowing between the two electrodes to which a voltage is applied in the step D; and (F) based on the current value or amount of current measured in the step E, A step of determining a concentration of the component contained in the sample solution.
本発明によれば、簡易な構成により、試料液の導電率及び該試料液に含まれる少なくとも1つの成分の濃度を精度良く測定することができる。 According to the present invention, the conductivity of the sample solution and the concentration of at least one component contained in the sample solution can be accurately measured with a simple configuration.
本発明の測定デバイスは、電極系と、試料液中に含まれる成分を測定するための試薬とが、空間を介して離れた位置に配置されていることを特徴とする。 The measuring device of the present invention is characterized in that an electrode system and a reagent for measuring a component contained in a sample solution are arranged at positions separated via a space.
より具体的には、本発明の測定デバイスにおいて、電極系が配置された面と対向する位置にある面上に、試料液中に含まれる成分を測定するための試薬が配置されている。 More specifically, in the measurement device of the present invention, a reagent for measuring a component contained in the sample solution is arranged on a surface at a position facing the surface on which the electrode system is arranged.
本発明の測定デバイスは、試料液導入孔として機能する第1の開口及び空気孔として機能する第2の開口と連通する空間部を有する基体、前記空間部を囲む複数の面のうち第1の面上に配置され、少なくとも2つの電極を含み、前記空間部に導入された試料液の導電率及び前記試料液中に含まれる少なくとも1つの成分の濃度を測定するための電極系、並びに前記空間部を囲む複数の面のうち、前記第1の面と対向する第2の面上であって、前記電極系と対向する位置または前記電極系と対向する位置よりも前記第2の開口に近い位置に配置された、少なくとも電子伝達体を含む試薬を備える。 The measuring device of the present invention includes a base having a first opening that functions as a sample solution introduction hole and a second opening that functions as an air hole, and a first of a plurality of surfaces surrounding the space. An electrode system disposed on a surface, including at least two electrodes, for measuring the conductivity of the sample solution introduced into the space and the concentration of at least one component contained in the sample solution, and the space Among the plurality of surfaces surrounding the part, the second surface is opposed to the first surface and is closer to the second opening than the position facing the electrode system or the position facing the electrode system. A reagent comprising at least an electron carrier disposed at a position is provided.
この構成によると、電極系が配置された第1の面と対向する第2の面上であって、電極系と対向する位置または電極系と対向する位置よりも空気孔に近い位置に電子伝達体を含む試薬が配置されているので、試料液導入孔として機能する第1の開口から空間部に導入された試料液は、試薬と接触する前にまず電極系と接触する。試料液が電極系に到達した時点では、電極系に接している試料液中には試薬が溶解していないので、電子伝達体が試料液の導電率の値に影響を与えることがない。そこで、試料液が電極系に到達した時点で、まず、電極系を用いて試料液の導電率を測定すると、試料液の導電率を精度良く測定することができる。次に、試料液が試薬の配置された位置まで到達し、さらに試料液中に溶解した試薬が試料液中を拡散して電極系に到達した後に、導電率の測定に用いた電極系と同じ電極系を用いて、試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を測定する。このようにすると、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。 According to this configuration, electron transfer is performed on the second surface facing the first surface on which the electrode system is disposed, at a position facing the electrode system or closer to the air hole than a position facing the electrode system. Since the reagent containing the body is arranged, the sample solution introduced into the space from the first opening functioning as the sample solution introduction hole first contacts the electrode system before contacting the reagent. When the sample solution reaches the electrode system, the reagent is not dissolved in the sample solution in contact with the electrode system, so that the electron carrier does not affect the conductivity value of the sample solution. Therefore, when the sample solution reaches the electrode system, first, if the conductivity of the sample solution is measured using the electrode system, the conductivity of the sample solution can be accurately measured. Next, the sample solution reaches the position where the reagent is placed, and after the reagent dissolved in the sample solution diffuses in the sample solution and reaches the electrode system, it is the same as the electrode system used for the measurement of conductivity. Using the electrode system, the concentration of the measurement target component contained in the sample solution is measured. In this way, it is possible to accurately measure the conductivity of the sample solution and the concentration of the measurement target component contained in the sample solution using a single electrode system.
本発明において、基体の材料としては、ガラス、セラミック、ゴム、エボナイト、プラスチックなどの絶縁性の材料を用いることができる。 In the present invention, an insulating material such as glass, ceramic, rubber, ebonite, or plastic can be used as the base material.
また本発明において、電極の材料としては、金、白金、パラジウム、銅などを用いることができる。 In the present invention, gold, platinum, palladium, copper, or the like can be used as a material for the electrode.
電極系に含まれる電極の数は、少なくとも2つであればよく、3つ以上であってもよい。ここで、電極系に含まれる電極の数が4つであることが好ましい。 The number of electrodes included in the electrode system may be at least two, and may be three or more. Here, it is preferable that the number of electrodes included in the electrode system is four.
本発明において、試料液としては、液体であれば特に限定なく用いることができる。試料液が血液、尿などの生体試料であることが好ましい。 In the present invention, the sample liquid can be used without particular limitation as long as it is a liquid. The sample solution is preferably a biological sample such as blood or urine.
本発明において、電子伝達体としては、フェリシアン化カリウム等のフェリシアン化物、フェナジンメトサルフェート等のフェナジン系化合物、p−ベンゾキノン、メチレンブルー、フェロセン誘導体等を用いることができる。この中で、電子伝達体がフェリシアン化物であることが好ましい。フェリシアン化物はクレアチニンと直接反応してクレアチニンを酸化する機能を有するので、電子伝達体としてフェリシアン化物を用いると、試料液中に含まれるクレアチニンの濃度を測定することができる。 In the present invention, as the electron carrier, ferricyanides such as potassium ferricyanide, phenazine compounds such as phenazine methosulfate, p-benzoquinone, methylene blue, ferrocene derivatives, and the like can be used. Among these, the electron carrier is preferably ferricyanide. Since ferricyanide has a function of directly reacting with creatinine to oxidize creatinine, when ferricyanide is used as an electron carrier, the concentration of creatinine contained in the sample solution can be measured.
試料液が尿の場合、本発明の測定デバイスを用いて尿中の導電率を計測することにより、尿中の電解質濃度を求めることができる。さらに本発明の測定デバイスを用いて尿中のクレアチニン濃度を計測し、求められた尿中の電解質濃度を計測されたクレアチニン濃度を用いて補正することにより、一日の塩分摂取量を推定することが可能となる。一日の塩分摂取量を定量的に測定することは、高血圧症の予防に有用である。 When the sample solution is urine, the electrolyte concentration in urine can be obtained by measuring the conductivity in urine using the measuring device of the present invention. Further, by measuring the creatinine concentration in urine using the measuring device of the present invention, and correcting the obtained urinary electrolyte concentration using the measured creatinine concentration, estimating the daily salt intake Is possible. Quantitative measurement of daily salt intake is useful for preventing hypertension.
本発明において用いる試薬は、複数種類の電子伝達体を含んでいてもよい。 The reagent used in the present invention may contain a plurality of types of electron carriers.
本発明の測定方法は、上記測定デバイスを用い、
(A)前記測定デバイスの前記第1の開口を通して、前記空間部に前記試料液を導入する工程、
(B)前記電極系に前記試料液が到達した後、前記電極系を用いて前記試料液の導電率を計測する工程、
(C)前記工程Bの後、前記試料液中に溶解した前記試薬が前記電極系まで拡散するのを待つ工程、
(D)前記工程Cの後、前記電極系に含まれる電極のうち少なくとも2つの電極間に電圧を印加する工程、
(E)前記工程Dにおいて電圧が印加された前記2つの電極間に流れる電流の値または電流量を計測する工程、及び
(F)前記工程Eにおいて計測された電流値または電流量に基づき、前記試料液中に含まれる前記成分の濃度を求める工程を含む。
The measurement method of the present invention uses the above measurement device,
(A) introducing the sample solution into the space through the first opening of the measurement device;
(B) measuring the conductivity of the sample solution using the electrode system after the sample solution reaches the electrode system;
(C) After the step B, waiting for the reagent dissolved in the sample solution to diffuse to the electrode system;
(D) After the step C, applying a voltage between at least two electrodes among the electrodes included in the electrode system;
(E) a step of measuring a value or amount of current flowing between the two electrodes to which a voltage is applied in the step D; and (F) based on the current value or amount of current measured in the step E, A step of determining a concentration of the component contained in the sample solution.
この方法によると、工程Bにおいては、電極系に接している試料液中には試薬が溶解していないので、試料液の導電率を精度良く測定することができる。次に、工程Dにおいては、試料液中に溶解した試薬が試料液中を拡散して電極系に到達しているので、導電率の測定に用いた電極系と同じ電極系を用いて、試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を測定することができる。したがって、本発明の測定方法により、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。 According to this method, in Step B, since the reagent is not dissolved in the sample solution in contact with the electrode system, the conductivity of the sample solution can be measured with high accuracy. Next, in step D, since the reagent dissolved in the sample liquid diffuses in the sample liquid and reaches the electrode system, the same electrode system as that used for the measurement of conductivity is used. The concentration of the measurement target component contained in the liquid can be measured. Therefore, according to the measurement method of the present invention, it is possible to accurately measure the conductivity of the sample solution and the concentration of the measurement target component contained in the sample solution using a single electrode system.
試料液中に溶解した電子伝達体が時間tの間に拡散する距離δは、下記(数1)で表される。ただし、Dは前記電子伝達体の拡散係数、πは円周率を表す。 The distance δ at which the electron carrier dissolved in the sample solution diffuses during the time t is expressed by the following (Equation 1). However, D represents the diffusion coefficient of the electron carrier, and π represents the circumference.
ここで、電極系が配置されている第1の面と試薬が配置されている第2の面との間隔をLとすると、電子伝達体の拡散距離δがLに等しくなった時点で、試料液中に溶解した電子伝達体が電極系に到達することになる。そこで、δ=Lになるときの時間tをTとすると、Tは下記式(数2)により表される。 Here, when the distance between the first surface on which the electrode system is disposed and the second surface on which the reagent is disposed is L, the sample is transferred when the diffusion distance δ of the electron carrier becomes equal to L. The electron carrier dissolved in the liquid reaches the electrode system. Therefore, when time t when δ = L is assumed to be T, T is expressed by the following equation (Equation 2).
本発明の測定方法において、電極系に試料液が到達してから上記式(数2)で表わされる時間Tが経過するまでに、工程Bにおいて電極系を用いて試料液の導電率が計測されることが好ましい。 In the measurement method of the present invention, the conductivity of the sample solution is measured using the electrode system in Step B from the time when the sample solution reaches the electrode system until the time T represented by the above formula (Equation 2) elapses. It is preferable.
このようにすると、試料液中に溶解した電子伝達体が電極系に到達する前に、電極系を用いて試料液の導電率が計測されるので、試料液の導電率を精度良く測定することができる。 In this way, since the conductivity of the sample liquid is measured using the electrode system before the electron carrier dissolved in the sample liquid reaches the electrode system, the conductivity of the sample liquid must be accurately measured. Can do.
また、本発明の測定方法は、
(G)前記工程Bの前に、前記電極系を用いて、前記電極系に前記試料液が到達したことを検知する工程をさらに含むことが好ましい。
Moreover, the measuring method of the present invention comprises:
(G) It is preferable to further include a step of detecting that the sample solution has reached the electrode system using the electrode system before the step B.
このようにすると、試料液が電極系に到達した時刻を正確に知ることができるので、工程Bにおける試料液の導電率の計測をいつまでに完了すれば良いかを正確に知ることができる。 In this way, the time at which the sample solution reaches the electrode system can be accurately known, so that it is possible to know exactly when the measurement of the conductivity of the sample solution in Step B should be completed.
工程Gにおける試料液の検知は、例えば、電極系に含まれる2つの電極間の抵抗の変化を検出することにより行うことができる。試料液が電極系に到達すると、電極系に含まれる2つの電極間の抵抗が低下するので、2つの電極間の抵抗の変化を検出することにより、電極系に試料液が到達したことを検知することができる。 The detection of the sample liquid in the process G can be performed, for example, by detecting a change in resistance between two electrodes included in the electrode system. When the sample solution reaches the electrode system, the resistance between the two electrodes contained in the electrode system decreases. Therefore, it is detected that the sample solution has reached the electrode system by detecting the change in resistance between the two electrodes. can do.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る測定デバイス100の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る測定デバイス100の構成を示す分解斜視図である。
(Embodiment 1)
The configuration of the measuring
測定デバイス100は、第1の基板102、空気孔106を有する第2の基板104、及び第1の基板102と第2の基板104との間に配置されスリット110を有するスペーサ108とを備えている。第1の基板102、第2の基板104、及びスペーサ108を組み合わせることにより、スリット110の位置に形成される空間部が試料液保持部として機能する。試料液保持部の一方の端部は開口しており、その開口部が試料液導入孔112として機能する。また、スリット110は空気孔106と連通している。ここで、第1の基板102、第2の基板104、及びスペーサ108が本発明における基体に相当する。
The
第1の基板102上には、試料保持部に露出する位置に、第1の電極122、第2の電極124、第3の電極126、及び第4の電極128が配置されている。第1の電極122、第2の電極124、第3の電極126、及び第4の電極128により電極系120が構成されている。第2の基板104上であって、電極系120と対向する位置に、電子伝達体を含む試薬130が配置されている。試薬130の少なくとも一部は、試料保持部に露出している。
On the
測定デバイス100の製造方法について説明する。
A method for manufacturing the
第1の基板102、第2の基板104、及びスペーサ108の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略称する)を用いる。PETからなる第1の基板102上に、例えば、Pd層をスパッタリングにより形成した後、レーザートリミングを用いてPd層の一部をエッチングすることにより、第1の電極122、第2の電極124、第3の電極126、及び第4の電極128を含む電極系120を形成する。
As a material of the
一方、PETからなる第2の基板104上に、例えば、電子伝達体であるフェリシアン化カリウムと親水性高分子であるカルボキシメチルセルロースとを含む水溶液を滴下し、風乾することにより、試薬130を形成する。
On the other hand, on the
最後に、スペーサ108を挟んで、第1の基板102上に設けられた電極系120と、第2の基板104上に設けられた試薬130とが対向するように、第1の基板102、スペーサ108、及び第2の基板104を貼り合わせることにより、測定デバイス100が完成する。第1の基板102上に設けられたPd層のうち、第2の基板104に覆われずに露出している部分が、第1の端子132、第2の端子134、第3の端子136、及び第4の端子138として機能する。また、第1の基板102上に設けられたPd層のうち、スペーサ108のスリット110内に露出している部分が、第1の電極122、第2の電極124、第3の電極126、及び第4の電極128として機能する。第1の端子132、第2の端子134、第3の端子136、及び第4の端子138は、それぞれ第1の電極122、第2の電極124、第3の電極126、及び第4の電極128と接続している。
Finally, the
次に、本実施の形態において用いる測定装置200の構成について、図2を用いて説明する。図2は、本実施の形態において用いる測定装置200の構成を示す斜視図である。
Next, the structure of the measuring
測定装置200は、筐体202、ディスプレイ204、及び測定開始ボタン206を備え、筐体202は、測定デバイス100を挿入するための測定デバイス挿入孔208を有している。
The
測定装置200の筐体202内部の構成について、図3を用いて説明する。図3は、測定装置200の筐体202内部の構成を示す機能ブロック図である。
The configuration inside the
測定装置200の筐体202内部には、定電流交流電源302、電圧検出器304、制御部306、計時部308、記憶部310、直流電源312、及び電流検出器314を備えている。
A constant current
定電流交流電源302は、測定デバイス挿入孔208に挿入された測定デバイス100の第1の電極122−第4の電極128間に、第1の端子132及び第4の端子138を介して一定の交流電流を印加する機能を有する。印加する交流電流の周波数は、1kHz〜100kHzの範囲内における任意の値に設定することが可能であり、交流電流の電流値は、0.01mA〜0.2mAの範囲内における任意の値に設定することが可能である。
The constant current
電圧検出器304は、第2の端子134及び第3の端子136を介して、第2の電極124−第3の電極126間の電圧を検出する機能を有する。
The
直流電源312は、第2の端子134及び第3の端子136を介して、第2の電極124−第3の電極126間に直流電圧を印加する機能を有する。
The
電流検出器314は、第2の端子134及び第3の端子136を介して、第2の電極124−第3の電極126間に流れる電流値を検出する機能を有する。
The
次に、測定デバイス100及び測定装置200を用いた本実施の形態に係る測定方法について説明する。
Next, a measurement method according to the present embodiment using the
まず、測定デバイス100の試料液導入孔112側が露出するように、測定デバイス100を測定デバイス挿入孔208に挿入した後、測定開始ボタン206を押し下げることにより測定装置200が起動された状態となる。
First, after the
次に、測定デバイス100の試料液導入孔112に試料液を接触させると、毛細管現象により、試料液導入孔112から試料液保持部内に試料液が導入される。
Next, when the sample solution is brought into contact with the sample
試料液が電極系120到達すると、第2の電極124と第3の電極126とが試料液を介して導通するので、第2の電極124−第3の電極126間の抵抗が低下する。電圧検出器304がこの抵抗変化を検出すると、制御部306が計時部308を制御して、測定時間の計時を開始する。
When the sample solution reaches the
また、計時部308による計測開始と同時に、制御部306は、定電流交流電源302を制御して、第1の端子132及び第4の端子138を介して第1の電極122−第4の電極128間に一定の交流電流を印加する。交流電流が印加されている間に、電圧検出器304は第2の電極124−第3の電極126間の電圧を検出する。制御部306は、定電流交流電源302により印加された電流値及び電圧検出器304により検出された電圧値に基づき、試料液の導電率を算出する。
Simultaneously with the start of measurement by the
試料液の導電率の算出が完了すると、制御部306は、定電流交流電源302を制御して、交流電流の印加を停止させる。このとき、試料液が試薬130の位置まで到達すると、試薬130が試料液中に溶解し、試薬130に含まれるフェリシアン化カリウムが電離して電極系120に向けて拡散し始める。また、試薬130が試料液中に溶解すると、フェリシアン化イオンが酸化剤として機能して試料液中に含まれるクレアチニンを酸化することにより、試料液中にフェリシアン化イオンの還元体であるフェロシアン化イオンが生成する。
When the calculation of the conductivity of the sample solution is completed, the
計時部308による計測開始から、上記式(数2)により表される時間Tが経過したことを制御部306が検知すると、制御部306は、直流電源312を制御して、第2の端子134及び第3の端子136を介して、第2の電極124−第3の電極126間に直流電圧を印加する。直流電圧の印加により、試料液中に蓄積されたフェロシアン化イオンが電極系120において酸化される。
When the
直流電圧が印加されている間に、電流検出器314は、第2の電極124−第3の電極126間に流れる電流値を検出する。試料液中におけるフェロシアン化イオンの濃度は試料液中に含まれるクレアチニンの濃度に比例する。よって、直流電圧を印加した際に、フェロシアン化イオンの酸化に基づいて流れる酸化電流値は、クレアチニン濃度に比例する。制御部306は、記憶部310に格納されている、電流値とクレアチニン濃度との相関を示す相関データを読み出し、相関データを参照して、電流検出器314により検出された電流値に基づき、電流値を試料液中に含まれるクレアチニンの濃度に換算する。
While the DC voltage is applied, the
最後に、制御部306は、ディスプレイ204に得られたクレアチニン濃度を表示する。
Finally, the
本実施の形態に係る測定デバイス100によると、電極系120が配置された第1の基板102と対向する第2の基板104上であって、電極系120と対向する位置に試薬130が配置されているので、試料液導入孔112から試料液保持部に導入された試料液は、試薬130と接触する前にまず電極系120と接触する。試料液が電極系120に到達した時点では、電極系120に接している試料液中には試薬130が溶解していないので、電子伝達体であるフェリシアン化カリウムが試料液の導電率の値に影響を与えることがない。そこで、試料液が電極系120に到達した時点で、まず、電極系120を用いて試料液の導電率を測定することにより、試料液の導電率を精度良く測定することができる。
According to the
次に、試料液が試薬130の配置された位置まで到達し、さらに試料液中に溶解した試薬130が試料液中を拡散して電極系120に到達した後に、第2の電極124−第3の電極126間に直流電圧を印加し、直流電圧の印加により第2の電極124−第3の電極126間に流れる電流値を測定しているので、試料液中に含まれるクレアチニンの濃度を精度良く測定することができる。したがって、本実施の形態により、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。
Next, after the sample liquid reaches the position where the
なお、実施の形態1では、測定装置300が定電流交流電源302を備え、試料液の導電率を測定する際に、定電流交流電源302が測定デバイス100の第1の電極122−第2の電極128間に、第1の端子132及び第4の端子138を介して一定の交流電流を印加する例について記載したが、この例に限定されない。この構成に代えて、測定装置が定電流直流電源を備え、試料液の導電率を測定する際に、定電流直流電源が測定デバイスの第1の電極−第2の電極間に、第1の端子及び第4の端子を介して一定の直流電流を印加するようにしてもよい。
In the first embodiment, the
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る測定デバイス400の構成について、図4を用いて説明する。図4は、本実施の形態に係る測定デバイス400の構成を示す分解斜視図である。
(Embodiment 2)
Next, the configuration of the measuring
本実施の形態に係る測定デバイス400は、実施の形態1に係る測定デバイス100と異なり、電極系420が第1の電極422及び第2の電極424という2つの電極から構成されている。また、第1の基板102、スペーサ108、及び第2の基板104を貼り合わせたときに、第1の基板102基板上に形成されたPd層のうち露出している部分が、第1の端子432及び第2の端子434して機能する。第1の端子432及び第2の端子434は、それぞれ第1の電極422及び第2の電極424と接続している。その他の構成については実施の形態1に係る測定デバイス100と同じであるため、実施の形態1と同じ符号を付して説明を省略する。
In the
次に、本実施の形態において用いる測定装置500の筐体202内部の構成について、図5を用いて説明する。図5は、測定装置500の筐体202内部の構成を示す機能ブロック図である。
Next, the structure inside the
本実施の形態において用いる測定装置500の筐体202内部には、実施の形態1において用いる測定装置200と同様に、定電流交流電源302、電圧検出器304、制御部306、計時部308、記憶部310、直流電源312、及び電流検出器314を備えている。
In the
定電流交流電源302は、測定デバイス挿入孔208に挿入された測定デバイス400の第1の電極422−第2の電極424間に、第1の端子432及び第2の端子434を介して一定の交流電流を印加する機能を有する。実施の形態1において用いる測定装置200と同様に、印加する交流電流の周波数は、1kHz〜100kHzの範囲内における任意の値に設定することが可能であり、交流電流の電流値は、0.01mA〜0.2mAの範囲内における任意の値に設定することが可能である。
The constant current
電圧検出器304は、第1の端子432及び第2の端子434を介して、第1の電極422−第2の電極424間の電圧を検出する機能を有する。
The
直流電源312は、第1の端子432及び第2の端子434を介して、第1の電極422−第2の電極424間に直流電圧を印加する機能を有する。
The
電流検出器314は、第1の端子432及び第2の端子434を介して、第1の電極422−第2の電極424間に流れる電流値を検出する機能を有する。
The
次に、測定デバイス400及び測定装置500を用いた本実施の形態に係る測定方法について説明する。
Next, a measurement method according to the present embodiment using the
まず、測定デバイス400の試料液導入孔112側が露出するように、測定デバイス400を測定デバイス挿入孔208に挿入した後、測定開始ボタン206を押し下げることにより測定装置500が起動された状態となる。
First, after the
次に、測定デバイス400の試料液導入孔112に試料液を接触させると、毛細管現象により、試料液導入孔112から試料液保持部内に試料液が導入される。
Next, when the sample solution is brought into contact with the sample
試料液が電極系420到達すると、第1の電極422と第2の電極424とが試料液を介して導通するので、第1の電極422−第2の電極424間の抵抗が低下する。電圧検出器304がこの抵抗変化を検出すると、制御部306が計時部308を制御して、測定時間の計時を開始する。
When the sample solution reaches the
また、計時部308による計測開始と同時に、制御部306は、定電流交流電源302を制御して、第1の端子432及び第2の端子434を介して第1の電極422−第2の電極424間に一定の交流電流を印加する。交流電流が印加されている間に、電圧検出器304は第1の電極422−第2の電極424間の電圧を検出する。制御部306は、定電流交流電源302により印加された電流値及び電圧検出器304により検出された電圧値に基づき、試料液の導電率を算出する。
Simultaneously with the start of measurement by the
試料液の導電率の算出が完了すると、制御部306は、定電流交流電源302を制御して、交流電流の印加を停止させる。このとき、試料液が試薬130の位置まで到達すると、試薬130が試料液中に溶解し、試薬130に含まれるフェリシアン化カリウムが電離して電極系420に向けて拡散し始める。また、試薬130が試料液中に溶解すると、試料液中に含まれるクレアチニンと、試薬130に含まれるフェリシアン化カリウムとの反応が進行する。
When the calculation of the conductivity of the sample solution is completed, the
計時部308による計測開始から、上記式(数2)により表される時間Tが経過したことを制御部306が検知すると、制御部306は、直流電源312を制御して、第1の端子432及び第2の端子434を介して、第1の電極422−第2の電極424間に直流電圧を印加する。直流電圧が印加されている間に、電流検出器314は、第1の電極422−第2の電極424間に流れる電流値を検出する。制御部306は、記憶部310に格納されている、電流値とクレアチニン濃度との相関を示す相関データを読み出し、相関データを参照して、電流検出器314により検出された電流値に基づき、電流値を試料液中に含まれるクレアチニンの濃度に換算する。
When the
最後に、制御部306は、ディスプレイ204に得られたクレアチニン濃度を表示する。
Finally, the
本実施の形態に係る測定デバイス400によると、電極系420が配置された第1の基板102と対向する第2の基板104上であって、電極系420と対向する位置に試薬130が配置されているので、実施の形態1に係る測定デバイス100と同様に、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。
According to
試料液保持部における電子伝達体の拡散する速さを調べるため、以下の実験を実施した。本実験において用いた測定デバイス600の構成について、図6を用いて説明する。図6は、本実験において用いた測定デバイス600の構成を示す分解斜視図である。
In order to investigate the diffusion speed of the electron carrier in the sample liquid holding part, the following experiment was performed. The configuration of the
本実験において用いた測定デバイス600には、実施の形態2に係る測定デバイス400と異なり、試料保持部内には試薬130が配置されていない。その他の構成及び作製方法については、実施の形態2に係る測定デバイス400と同様であるので説明を書略する。
In the
本実験においては、スペーサ108の厚さが異なる9種類の測定デバイスA〜Iを作製した。測定デバイスA〜Iのスペーサ108の厚さは、それぞれ45、70、95、120、145、208、238、270、及び313μmである。試料液として、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム双方を各々20mMずつ含む水溶液を用いた。
In this experiment, nine types of measuring devices A to I having
各測定デバイスA〜Iの試料液保持部内に、試料液導入孔112から試料液を導入すると同時に、第2の電極424よりも第1の電極422の電位が高くなるように、第1の電極422−第2の電極424間に0.5Vの直流電圧を印加した。各測定デバイスA〜Iについて、第1の電極422−第2の電極424間に流れる電流値を直流電圧の印加開始から5秒後に測定した。測定した結果を図7に示す。図7において、横軸はスペーサ108の厚さ、縦軸は測定された電流値である。
The first electrode so that the potential of the
図7からわかるように、スペーサ108の厚さが120μm以上である測定デバイスD〜Iについては、測定された電流値はほぼ同じ値であった。それに対して、スペーサ108の厚さが95μm以下である測定デバイスA〜Cでは電流値が減少した。この結果は以下のように説明することができる。
As can be seen from FIG. 7, the measured current values for the measuring devices D to I in which the thickness of the
第1の電極422においては、フェロシアン化イオンが酸化されてフェリシアン化イオンが生成する。電圧の印加により第1の電極422上で生成したフェリシアン化イオンは、第1の基板102と対向するように配置されている第2の基板104に向かって拡散する。すなわち、電圧の印加から時間が経過するに従って、第1の基板102から第2の基板104に向かってフェリシアン化イオンの拡散層が成長していく。このときの拡散は、半無限拡散と呼ばれる。電解質イオンの拡散が半無限拡散の状態において、電極間に流れる電流値は一定である。
In the
フェリシアン化イオンの拡散層の端部が第2の基板104に到達すると、第1の基板102から第2の基板104に向かう方向には拡散層はそれ以上成長することができなくなる。このときの拡散は、有限拡散と呼ばれる。電解質イオンの拡散が半無限拡散から有限拡散へ移行した場合、この移行に伴い電極間に流れる電流値は減少することが知られている。
When the end of the ferricyanide ion diffusion layer reaches the
スペーサ108の厚さは第1の基板102と第2の基板104との間隔に相当するので、図7に示すように、スペーサ108の厚さが95〜120μmの間で電流値が低下していることから、本実験において電圧印加から5秒間の間にフェリシアン化イオンの拡散層が95〜120μm程度に成長したと考えることができる。
Since the thickness of the
一方、上記式(数1)を用いて、5秒間の間にフェリシアン化イオンの拡散する距離δを理論的に求めると97μmとなるので、本実験における結果とほぼ一致していることがわかった。ただし、フェリシアン化イオンの拡散係数Dは、下記式(数3)で表される。 On the other hand, if the distance δ in which ferricyanide ions are diffused in 5 seconds using the above formula (Equation 1) is theoretically obtained, it becomes 97 μm. It was. However, the diffusion coefficient D of ferricyanide ions is expressed by the following formula (Equation 3).
したがって、電極系に試料液が到達してから上記式(数2)で表わされる時間Tが経過するまでに電極系を用いて試料液の導電率を計測し、時間Tが経過した後に電極系を用いて試料液中に含まれる成分の濃度を計測することにより、試料液中に溶解した電子伝達体が電極系に到達する前に電極系を用いて試料液の導電率が計測され、電子伝達体が電極系に到達した後に電極系を用いて試料液中に含まれる成分の濃度が計測されるので、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができることがわかる。 Therefore, the conductivity of the sample liquid is measured using the electrode system from the time when the sample liquid reaches the electrode system until the time T represented by the above formula (Equation 2) elapses. Is used to measure the concentration of the components contained in the sample solution, and before the electron carrier dissolved in the sample solution reaches the electrode system, the conductivity of the sample solution is measured using the electrode system. Since the concentration of the components contained in the sample liquid is measured using the electrode system after the transmitter has reached the electrode system, the conductivity of the sample liquid and the liquid contained in the sample liquid are measured using a single electrode system. It can be seen that the concentration of the measurement target component can be measured with high accuracy.
本発明は、試料液の導電率及び試料液中に含まれる成分の濃度を測定する際、特に尿などの生体試料の導電率及び生体試料中に含まれるクレアチニン等の成分の濃度を測定する際に有用である。 The present invention relates to measuring the conductivity of a sample solution and the concentration of a component contained in the sample solution, and particularly measuring the conductivity of a biological sample such as urine and the concentration of a component such as creatinine contained in the biological sample. Useful for.
100,400,600 測定デバイス
102 第1の基板
104 第2の基板
106 空気孔
108 スペーサ
110 スリット
112 試料液導入孔
120,420 電極系
122,422 第1の電極
124,424 第2の電極
126 第3の電極
128 第4の電極
130 試薬
132,432 第1の端子
134,434 第2の端子
136 第3の端子
138 第4の端子
200,500 測定装置
202 筐体
204 ディスプレイ
206 測定開始ボタン
208 測定デバイス挿入孔
302 定電流交流電源
304 電圧検出器
306 制御部
308 計時部
310 記憶部
312 直流電源
314 電流検出器
100, 400, 600
Claims (5)
前記空間部を囲む複数の面のうち第1の面上に配置され、少なくとも2つの電極を含み、前記空間部に導入された試料液の導電率及び前記試料液中に含まれる少なくとも1つの成分の濃度を測定するための電極系、並びに
前記空間部を囲む複数の面のうち、前記第1の面と対向する第2の面上であって、前記電極系と対向する位置または前記電極系と対向する位置よりも前記第2の開口に近い位置に配置された、少なくとも電子伝達体を含む試薬を備える測定デバイス。 A substrate having a space communicating with a first opening that functions as a sample solution introduction hole and a second opening that functions as an air hole;
At least one component included in the sample liquid and the conductivity of the sample liquid introduced into the space part, which is disposed on the first surface among the plurality of faces surrounding the space part and includes at least two electrodes An electrode system for measuring the concentration of the electrode, and a position on the second surface facing the first surface of the plurality of surfaces surrounding the space portion, or the position facing the electrode system or the electrode system A measurement device comprising a reagent including at least an electron carrier, which is disposed at a position closer to the second opening than a position opposed to the second opening.
(A)前記測定デバイスの前記第1の開口を通して、前記空間部に前記試料液を導入する工程、
(B)前記電極系に前記試料液が到達した後、前記電極系を用いて前記試料液の導電率を計測する工程、
(C)前記工程Bの後、前記試料液中に溶解した前記試薬が前記電極系まで拡散するのを待つ工程、
(D)前記工程Cの後、前記電極系に含まれる電極のうち少なくとも2つの電極間に電圧を印加する工程、
(E)前記工程Dにおいて電圧が印加された前記2つの電極間に流れる電流の値または電流量を計測する工程、及び
(F)前記工程Eにおいて計測された電流値または電流量に基づき、前記試料液中に含まれる前記成分の濃度を求める工程を含む測定方法。 Using the measuring device according to claim 1 or 2,
(A) introducing the sample solution into the space through the first opening of the measurement device;
(B) measuring the conductivity of the sample solution using the electrode system after the sample solution reaches the electrode system;
(C) After the step B, waiting for the reagent dissolved in the sample solution to diffuse to the electrode system;
(D) After the step C, applying a voltage between at least two electrodes among the electrodes included in the electrode system;
(E) a step of measuring a value or amount of current flowing between the two electrodes to which a voltage is applied in the step D; and (F) based on the current value or amount of current measured in the step E, A measurement method comprising a step of determining the concentration of the component contained in a sample solution.
Lは前記第1の面と前記第2の面との間隔、
Dは前記電子伝達体の拡散係数、
πは円周率を表す。 From the time when the sample liquid reaches the electrode system until the time T represented by the following formula (Equation 1) elapses, the conductivity of the sample liquid is measured using the electrode system in the step B. The measurement method according to claim 3.
L is the distance between the first surface and the second surface;
D is the diffusion coefficient of the electron carrier,
π represents the circumference ratio.
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