JP2011141182A - 微生物数測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、微生物数測定装置に関するもので、測定精度をさらに高めることを目的とするものである。
【解決手段】そしてこの目的を達成するために本発明は、測定電極３と、インピーダンス測定部１３間にＡ／Ｄコンバータ１２を介在させるとともに、このＡ／Ｄコンバータ１２と加算器８の第２入力８ｂ間に、前記測定電極３へ、測定信号を供給する測定信号生成部１０を接続し、この測定信号生成部１０は、入力レベル測定部２７と、その出力側に接続された信号レベル制御部２８と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部２９と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータ３０により構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、微生物数測定装置に関するものである。

従来の微生物数測定装置の構成は、以下のような構成となっていた。

すなわち、内部の測定液中に、測定電極と攪拌体を浸漬状態で配置した測定容器と、この測定容器外から、前記攪拌体を回転駆動する回転駆動手段と、前記測定電極に集菌信号を供給する集菌信号生成部と、前記測定電極に測定信号を供給する測定信号生成部と、前記測定液のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、このインピーダンス測定部に接続された微生物数算出部とを備えた構成となっていた。

すなわち、インピーダンス測定部で測定したインピーダンスに基づき微生物数算出部により微生物数を算出するようになっていた（例えば下記特許文献１）。

特開２００９−２０７４３１号公報

上記従来例における課題は、測定精度をさらに高くすることであった。

すなわち、この微生物数測定装置において、口腔内の微生物（細菌）の数を測定しようとした場合、測定系のドリフトにより、測定精度にばらつきが発生するものとなっていた。このように、測定系におけるドリフトが問題になる理由は、測定電極から得られる測定値をインピーダンス測定部で測定するためには、アナログデータをデジタルデータに変換しておく必要があり、このデジタルデータへの変換が適切に行われるように、測定電極とインピーダンス測定部間に、Ａ／Ｄコンバータを介在させている。そして、測定電極から得られるアナログデータが大きい場合でも、Ａ／Ｄコンバータの機能を適切に発揮させるために、ゲイン切り替えアンプを測定電極とＡ／Ｄコンバータ間に介在させているからである。

ここで問題は、ゲイン切り替えアンプは、アナログデータを小さくするためのものであり、そのためには、必ずスイッチング素子が必要になる。このスイッチング素子は、使用に伴う発熱が発生し、これが測定系における大きなドリフトになってしまうのである。

そこで本発明は、測定精度をさらに高めることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、内部の測定液中に、測定電極と攪拌体を浸漬状態で配置した測定容器と、この測定容器外から、前記攪拌体を回転駆動する回転駆動手段と、前記測定電極に、加算器の第１入力を介して集菌信号を供給する集菌信号生成部と、前記測定電極に接続され、前記測定液のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、このインピーダンス測定部に接続された微生物数算出部と、前記インピーダンス測定部に接続された溶液導電率算出部とを備え、前記測定電極と、インピーダンス測定部間にＡ／Ｄコンバータを介在させるとともに、このＡ／Ｄコンバータと前記加算器の第２入力間に、前記測定電極へ、測定信号を供給する測定信号生成部を接続し、この測定信号生成部は、入力レベル測定部と、その出力側に接続された信号レベル制御部と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータにより構成し、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、内部の測定液中に、測定電極と攪拌体を浸漬状態で配置した測定容器と、この測定容器外から、前記攪拌体を回転駆動する回転駆動手段と、前記測定電極に、加算器の第１入力を介して集菌信号を供給する集菌信号生成部と、前記測定電極に接続され、前記測定液のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、このインピーダンス測定部に接続された微生物数算出部と、前記インピーダンス測定部に接続された溶液導電率算出部とを備え、前記測定電極と、インピーダンス測定部間にＡ／Ｄコンバータを介在させるとともに、このＡ／Ｄコンバータと前記加算器の第２入力間に、前記測定電極へ、測定信号を供給する測定信号生成部を接続し、この測定信号生成部は、入力レベル測定部と、その出力側に接続された信号レベル制御部と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータにより構成したものであるので、測定精度をさらに高めることができる。

すなわち、本発明においては、前記測定電極と、インピーダンス測定部間にＡ／Ｄコンバータを介在させるとともに、このＡ／Ｄコンバータと前記加算器の第２入力間に、前記測定電極へ、測定信号を供給する測定信号生成部を接続し、この測定信号生成部は、入力レベル測定部と、その出力側に接続された信号レベル制御部と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータにより構成したもの、つまり、測定電極から得られるアナログデータが大きい場合には、Ａ／Ｄコンバータの後で、デジタルにより加算器の第２入力に加える測定信号を小さくするものであるので、大きな発熱を伴うスイッチング素子は不要で、その分ドリフトが小さくなり、その結果として、測定精度をさらに高めることができるのである。

本発明の一実施形態の制御ブロック図 その動作フローチャート その動作状態を示す特性図 その動作状態を示す特性図 その動作状態を示す特性図

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施形態を添付図面を用いて説明する。

図１において、１は上面が開口した円筒状の測定容器で、その内部に入れた測定溶液（純水）２内に測定電極３と攪拌体４が浸漬状態で配置されている。

なお、前記測定電極３は、上記特許文献１と同様に櫛歯状の電極を所定間隔で対向配置したものである。また、測定容器１の上面開口部からは、採取具５の採取部６が測定液２内に挿入されている。

前記採取具５は、その採取部６を、例えば、口腔内に挿入し、唾液を付着させることで、微生物を採取するものであって、この図１に示すように、容器１内の底面上で、攪拌体４による回転力、および衝突力を受けることで、採取した微生物を測定液２内に溶出させるようになっている。

さて、測定電極３には、この測定電極３に集菌信号を供給するための集菌信号生成部７が加算器８の第１入力８ａ、出力アンプ９を介して接続されている。また、加算器８の第２入力８ｂには、測定信号生成部１０が接続され、これも、出力アンプ９を介して、測定電極３に接続されている。

つまり、集菌信号生成部７からは、たとえば３ＭＨｚ、測定信号生成部１０からは、たとえば８００ｋＨｚが加算器８で加算され、それが出力アンプ９を介して測定電極３に供給される。

また、この測定電極３には、Ｉ／Ｖアンプ１１、Ａ／Ｄコンバータ１２、インピーダンス測定部１３、インピーダンス変化検出部１４を介して、微生物数算出部１５が接続されている。なお、Ｉ／Ｖアンプ１１とＡ／Ｄコンバータ１２の間には、図示していないがローパスフィルタが介在させられており、上記８００ｋＨｚの信号だけがインピーダンス測定部１３に向けて出力されることになっている。

また、インピーダンス測定部１３には、溶液導電率算出部１６が接続され、この溶液導電率算出部１６には、記憶部１７が接続されている。

記憶部１７からは、微生物数算出部１５に溶液導電率が供給されるようになっている。

また、攪拌体４には、回転板１８が対向配置され、この回転板１８には複数の磁石が配置されている。回転板１８は、モータ１９により、回転駆動されるようになっており、また、モータ１９は、モータ駆動部２０を介して、モータ制御部２１で回転制御されるようになっている。

なお、モータ制御部２１は、モータ１９を、例えば、高速の３０００ｒｐｍと低速の１２００ｒｐｍの複数段で回転駆動することが可能なものとなっている。なお、この図１において、２２はモータ制御部２１に接続されたタイマーである。

また、２３は、微生物数算出部１５内に設けられた微生物数換算部である。

さらに、微生物数算出部１５内には、ドリフト補正部２６が設けられ、このドリフト補正部２６によるドリフト補正を行った後、微生物数換算部２３により、微生物数を算出する。この微生物数算出部１５に接続された相関テーブル２４は、微生物数の換算のために用いるものである。また、微生物数算出部１５の微生物数換算部２３によって、算出された微生物数は、表示部２５に表示される構成となっている。

本実施形態においては、測定信号生成部１０は、Ａ／Ｄコンバータ１２と前記加算器８の第２入力８ｂ間に設けた物であって、入力レベル測定部２７と、その出力側に接続された信号レベル制御部２８と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部２９と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータ３０とにより構成されている。

上記構成において、図２は、制御フローを示している。

まず、図２のＳ１でスタートする。この時、モータ制御部２１は、モータ１９を３０００ｒｐｍで回転駆動し、これにより、攪拌体４も３０００ｒｐｍで回転している。この攪拌体４の強い回転により、測定液２は、強い回転旋回力が与えられ、また、採取部６も強い回転力を受けると共に、攪拌体４の衝突力が加わり、これにより、採取部６から測定液２内に微生物が、どんどん溶出していくことになる。

図２のＳ２で、５０秒間の懸濁が行われた状態で、入力レベル測定部２７により、入力レベル測定が行われる。すなわち、Ｉ／Ｖアンプ１１から、Ａ／Ｄコンバータ１２に供給される入力レベルが過大となると、Ａ／Ｄコンバータ１２の機能が適切に発揮できず、その結果として、微生物数算出部１５における微生物数の算出値にも誤差ができてしまう。

そこで、本実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ１２から供給される入力レベルを、入力レベル測定部２７で測定し、この入力レベルが適正な値となるように、信号レベル制御部２８で、測定信号を下げるように制御する。その結果、デジタル測定信号生成部２９で生成される測定信号のレベルは、低下させられ、この下げられた測定信号が、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、加算機８の第２入力８ｂに供給される（Ｓ３）。

この状態になると、Ｓ４で、溶液導電率の測定が行われることになる。このとき、攪拌体４は、まだ、例えば、３０００ｒｐｍという強い回転駆動が行われているので、採取部６から溶出した細菌は、測定電極３部分に留まることができず、よって、この強い回転時には、測定電極３は、測定液２の溶液導電率を測定することになる。

このときの測定は、インピーダンス測定部１３からの出力により、溶液導電率算出部１６で行われ、その溶液導電率は記憶部１７に記憶され、これが後で、上述したドリフト補正部２６のドリフト補正に活用される。

つづいて、Ｓ５で、微生物数の算出のための本測定が行われることになる。この時、モータ１９の回転数を１２００ｒｐｍに下げる。この状態になると、測定液２内に溶出した微生物は、誘電泳動により、測定電極３間に集菌されるので、この微生物の量に応じたキャパシタンスの値が得られることになる。

このキャパシタンスの値は、すなわち、インピーダンスの値であるので、インピーダンス測定部１３で測定される。

つぎに、Ｓ６において、インピーダンス変化検出部１４でインピーダンス変化量が求められ、このインピーダンス変化の傾斜状態と、相関テーブル２４に設けたデータとから、微生物数が算出されることになる。

なお、この時のインピーダンス変化は、前記記憶部１７に記憶された測定液２の溶液導電率を用いて、ドリフト補正部２６で補正をされることとなり、この補正されたインピーダンス変化を用いて、微生物数換算部２３により、微生物数が算出されることになる（Ｓ６）。

そして、この値が、表示部２５に、例えば１×１０の６乗で、ＣＦＵ／ｍｌ（ＣＦＵとは、コロニーを形成している微生物の数）と表示され、測定の終了となる（Ｓ７）。

図３は、測定系におけるドリフトの大きさを理論式から導き出した物であり、従来は、Ｉ／Ｖアンプ１１とＡ／Ｄコンバータ１２間に、ゲイン切り替えアンプを介在させていたので、それによるドリフトの大きさが、この図３に示すごとく、微生物数算出部１５で算出された微生物数にも大きなばらつきを発生させてしまうが、本実施形態においては、この図３に示すごとく、前記ゲイン切り替えアンプを廃止し、測定信号をデジタルデータにより制御するための測定信号生成部１０を設けたので、そのドリフトは小さく、結論として、微生物数算出部１５で算出された微生物数には、決して大きなばらつきは発生しない。

つまり、本実施形態においては、図４に示すごとく、Ａ／Ｄコンバータ１２に入力されるアナログデータが大きい場合には、このＡ／Ｄコンバータの出力側に得られるデジタルデータも大きなものとなるので、この時には、図４のＶ１をＶ２にすべく、信号レベル制御部２８で、測定信号の出力を下げるので、溶液導電率が高くなったとしても、測定できる状態が得られることになる。

本実施形態においては、上述のごとく、デジタルデータに基づく信号レベル制御であるので、図５に示すごとく、溶液導電率が低いときから高いときまで、Ａ／Ｄコンバータ１２に入るアナログデータを、ほぼ一定にすることも容易に行えるものとなる。

以上のように本発明は、内部の測定液中に、測定電極と攪拌体を浸漬状態で配置した測定容器と、この測定容器外から、前記攪拌体を回転駆動する回転駆動手段と、前記測定電極に、加算器の第１入力を介して集菌信号を供給する集菌信号生成部と、前記測定電極に接続され、前記測定液のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、このインピーダンス測定部に接続された微生物数算出部と、前記インピーダンス測定部に接続された溶液導電率算出部とを備え、前記測定電極と、インピーダンス測定部間にＡ／Ｄコンバータを介在させるとともに、このＡ／Ｄコンバータと前記加算器の第２入力間に、前記測定電極へ、測定信号を供給する測定信号生成部を接続し、この測定信号生成部は、入力レベル測定部と、その出力側に接続された信号レベル制御部と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータにより構成したものであるので、測定精度をさらに高めることができる。

すなわち、本発明においては、前記測定電極と、インピーダンス測定部間にＡ／Ｄコンバータを介在させるとともに、このＡ／Ｄコンバータと前記加算器の第２入力間に、前記測定電極へ、測定信号を供給する測定信号生成部を接続し、この測定信号生成部は、入力レベル測定部と、その出力側に接続された信号レベル制御部と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータにより構成したもの、つまり、測定電極から得られるアナログデータが大きい場合には、Ａ／Ｄコンバータの後で、デジタルにより加算器の第２入力に加える測定信号を小さくするものであるので、大きな発熱を伴うスイッチング素子は不要で、その分ドリフトが小さくなり、その結果として、測定精度をさらに高めることができるのである。

したがって、微生物数測定装置として、広く活用が期待されるものである。

１ 測定容器
２ 測定溶液
３ 測定電極
４ 攪拌体
５ 採取具
６ 採取部
７ 集菌信号生成部
８ 加算器
９ 出力アンプ
１０ 測定信号生成部
１１ Ｉ／Ｖアンプ
１２ Ａ／Ｄコンバータ
１３ インピーダンス測定部
１４ インピーダンス変化検出部
１５ 微生物数算出部
１６ 溶液導電率算出部
１７ 記憶部
１８ 回転板
１９ モータ
２０ モータ駆動部
２１ モータ制御部
２２ タイマー
２３ 微生物数換算部
２４ 相関テーブル
２５ 表示部
２６ ドリフト補正部
２７ 入力レベル測定部
２８ 信号レベル制御部
２９ デジタル測定信号生成部
３０ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (1)

1. 内部の測定液中に、測定電極と攪拌体を浸漬状態で配置した測定容器と、
   この測定容器外から、前記攪拌体を回転駆動する回転駆動手段と、
   前記測定電極に、加算器の第１入力を介して集菌信号を供給する集菌信号生成部と、
   前記測定電極に接続され、前記測定液のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
   このインピーダンス測定部に接続された微生物数算出部と、
   前記インピーダンス測定部に接続された溶液導電率算出部とを備え、
   前記測定電極と、インピーダンス測定部間にＡ／Ｄコンバータを介在させるとともに、このＡ／Ｄコンバータと前記加算器の第２入力間に、前記測定電極へ、測定信号を供給する測定信号生成部を接続し、この測定信号生成部は、入力レベル測定部と、その出力側に接続された信号レベル制御部と、その出力側に接続されたデジタル測定信号生成部と、その出力側に接続されたＤ／Ａコンバータにより構成した微生物数測定装置。

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