JP2011191242A - 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、内部の測定液２中に、測定電極３と攪拌体４を浸漬状態で配置した測定容器１と、この測定容器１外から、前記攪拌体４を回転駆動するモータ２２と、前記測定電極３に集菌信号を供給する集菌信号生成部７と、前記測定電極３に測定信号を供給する測定信号生成部８と、前記測定液２のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部１４と、このインピーダンス測定部１４に接続されたドリフト補正部１５と、このドリフト補正部１５に接続された連続性エラー判定部１６と、この連続性エラー判定部１６に接続されたインピーダンス変化検出部１７と、このインピーダンス変化検出部１７に接続された微生物数算出部１８とを備えた構成とした。
【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、その測定系に生ずる電気的なドリフトを考慮して、測定を行うのであるが、さらなる測定精度の向上が求められている。

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ドリフト補正部と、このドリフト補正部に接続された連続性エラー判定部と、この連続性エラー判定部に接続されたインピーダンス変化検出部と、このインピーダンス変化検出部に接続された微生物数算出部とを備えた構成とし、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ドリフト補正部と、このドリフト補正部に接続された連続性エラー判定部と、この連続性エラー判定部に接続されたインピーダンス変化検出部と、このインピーダンス変化検出部に接続された微生物数算出部とを備えた構成と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、インピーダンス測定部が測定液のインピーダンス（キャパシタンスの値）を測定した直後に、ドリフト補正部が、測定されたキャパシタンスの値に対して、測定系に生ずる電気的なドリフト値を用いてドリフト補正を行い、その後、連続性エラー判定部が、補正されたキャパシタンスの値に対して、その適切性を判断する構成とした。

その結果として、測定された全てのキャパシタンスの値から、ドリフトの影響を取り除いた状態で、連続性エラー判定部にて、連続性のエラー判定が可能となるので、測定精度をさらに高めることができるものである。

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 （ａ）その動作状態と近似直線を示す特性図（ｂ）その動作状態と近似曲線を示す特性図 そのドリフト値を示す特性図 そのドリフト補正後の特性図

（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と、前記測定電極３に測定信号を供給するための測定信号生成部８が加算器９、出力アンプ１０を介して接続されている。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８からは、たとえば８００ｋＨｚが加算器９で加算され、それが出力アンプ１０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、ゲイン切替アンプ１２、Ａ／Ｄコンバータ１３、インピーダンス測定部１４、ドリフト補正部１５、連続性エラー判定部１６、インピーダンス変化検出部１７を介して、微生物数算出部１８が接続されている。なお、Ｉ／Ｖアンプ１１とゲイン切替アンプ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１４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１４には、溶液導電率算出部１９が接続され、この溶液導電率算出部１９には、記憶部２０が接続されている。

記憶部２０からは、２方に出力がなされ、その一方は、ドリフト補正部１５に出力され、もう一方は微生物数算出部１８に出力されている。

また、攪拌体４には、回転板２１が対向配置され、この回転板２１には複数の磁石が配置されている。回転板２１は、モータ２２により、回転駆動されるようになっており、また、モータ２２は、モータ駆動部２３を介して、モータ制御部２４で回転制御されるようになっている。

なお、モータ制御部２４は、モータ２２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、２５はモータ制御部２４に接続されたタイマーである。

一方、微生物数算出部１８は、この微生物数算出部１８に接続された相関テーブル２６を用いて微生物数の換算を行い、算出された微生物数は、表示部２７に表示される構成となっている。

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２４は、モータ２２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、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１４からの出力により、溶液導電率算出部１９で行われ、その溶液導電率は記憶部２０に記憶される。

つづいて、Ｓ３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２２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１４で測定される。このインピーダンス測定部１４で測定された測定例を、図３（ａ）に示す。この図３（ａ）においては、測定時間（横軸）に対する、キャパシタンスの値の変化を示している。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の測定例をモデル化したものを示しており、図３（ｂ）に示すごとく、インピーダンスの値をモデル化して近似したものを、Ｖ字型の近似曲線Ｍ１として示している。また、Ｖ字型の実測データを、最小二乗法を用いて直線近似したものを、図３（ａ）に、近似直線Ｍ２として示している。この近似直線Ｍ２は、図３（ａ）に示すごとく、この測定例では右方向にわずかに傾いた直線として示される。

つぎに、Ｓ４において、ドリフト補正部１５が、Ｓ３で測定されたキャパシタンスの値に対して、測定系の電気的なドリフト値を用いてドリフト補正を行い、ドリフトの影響を取り除いていく。この測定系の電気的なドリフト値には、あらかじめ測定しておいた電気的なドリフト値に対して、記憶部２０に記憶された溶液導電率を考慮して決定された値を使用する。

図４は、測定系の電気的なドリフト値の一例を示しており、記憶部２０の溶液導電率を考慮したドリフト値の近似曲線Ｄ１が、右下がりの曲線で示されている。なお、このドリフト近似曲線Ｄ１を、最小二乗法を用いて直線近似したものは、近似直線Ｄ２として、右下がりの直線で示されている。

そして、本実施形態のドリフト補正において、ドリフト補正部１５が、図３のキャパシタンスの値に対して、図４で示すドリフト近似直線Ｄ２の値を引いていくことで補正していく。すると、図５に示すごとく、右上がりの直線系の傾斜状態（近似直線Ｋ１）のキャパシタンスの値が得られるのである。

その結果として、本測定で得られた、全てのキャパシタンスの値に対して、測定系に生ずる電気的なドリフト値を用いた補正が実施されることになるので、ドリフトの影響を取り除いたキャパシタンスの値が取得できるのである。

このドリフトの影響を取り除いたキャパシタンスの値に対して、Ｓ５においては、連続性エラー判定部１６が、その連続性を検査し、連続性の無いキャパシタンスの値をエラーとして排除する。具体的には、図５に示すごとく、今回は、全てのキャパシタンスの値は連続性をもって傾斜しているため、連続性エラー判定部１６が、キャパシタンスの値を適正な値と判断する。

つまり、本実施形態においては、まず、測定されたキャパシタンスの値に対して、ドリフト補正を行うことによりドリフトの影響を取り除き、その後に連続性のエラー判定をおこなうので、ドリフトの影響を受けずに連続性のエラー判定を実施することができ、測定精度を高めることができるのである。

これと反対に、先に連続性のエラー判定を行い、その後、ドリフト補正をおこなう形態とした場合、たとえば、図３（ａ）に示すキャパシタンスの値が測定された時に、図３（ａ）に示すごとく、左上の測定点Ｐ１、Ｐ２は、他の測定点群から離れているために、連続性エラー判定部１６が、誤って、エラーとして判定することがある。

本実施形態においては、上述したごとく、測定点Ｐ１、Ｐ２に対して、ドリフト補正を行った後に、連続性のエラー判定を実施するので、測定点Ｐ１、Ｐ２を正しい値として認識することができ、その結果として、測定精度を高めることができるものとなっている。

なお、連続性エラー判定部１６が、連続性の無いキャパシタンスの値を発見した時は、そのキャパシタンスの値を、外乱（たとえば、電磁気、振動）によるエラー値として排除する。

つぎに、Ｓ６において、インピーダンス変化検出部１７でインピーダンス変化量（キャパシタンスの変化量）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２６に設けたデータとから、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。なお、この時のインピーダンス変化は、前記記憶部２０に記憶された測定液２の溶液導電率を用いて微生物数が算出されることになる。

そして、この値が、表示部２７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）。

すなわち、本実施形態においては、上述のごとく、本測定を実施した直後に、ドリフト補正部１５が、測定されたキャパシタンスの値に対して、測定系に生ずる電気的なドリフト値の補正を行い、その後、連続性エラー判定部１６が、補正されたキャパシタンスの値が、適切な値であるか否かを判断する構成とした。

その結果として、測定された全てのキャパシタンスの値から、ドリフトの影響を取り除いた状態で、連続性エラー判定部１６にて、連続性のエラー判定が可能となるので、測定精度をさらに高めることができるものとなる。

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ドリフト補正部と、このドリフト補正部に接続された連続性エラー判定部と、この連続性エラー判定部に接続されたインピーダンス変化検出部と、このインピーダンス変化検出部に接続された微生物数算出部とを備えた構成と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、インピーダンス測定部が測定液のインピーダンス（キャパシタンスの値）を測定した直後に、ドリフト補正部が、測定されたキャパシタンスの値に対して、測定系に生ずる電気的なドリフト値を用いてドリフト補正を行い、その後、連続性エラー判定部が、補正されたキャパシタンスの値に対して、その適切性を判断する構成とした。

その結果として、測定された全てのキャパシタンスの値から、ドリフトの影響を取り除いた状態で、連続性エラー判定部にて、連続エラー判定が可能となるので、測定精度をさらに高めることができるものである。

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 測定信号生成部
９ 加算器
１０ 出力アンプ
１１ Ｉ／Ｖアンプ
１２ ゲイン切替アンプ
１３ Ａ／Ｄコンバータ
１４ インピーダンス測定部
１５ ドリフト補正部
１６ 連続性エラー判定部
１７ インピーダンス変化検出部
１８ 微生物数算出部
１９ 溶液導電率算出部
２０ 記憶部
２１ 回転板
２２ モータ
２３ モータ駆動部
２４ モータ制御部
２５ タイマー
２６ 相関テーブル
２７ 表示部

Claims (2)

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ドリフト補正部と、
   このドリフト補正部に接続された連続性エラー判定部と、
   この連続性エラー判定部に接続されたインピーダンス変化検出部と、
   このインピーダンス変化検出部に接続された微生物数算出部とを備えた微生物数測定装置。
2. インピーダンス測定部には、溶液導電率算出部を接続し、この溶液導電率算出部を記憶部に接続するとともに、この記憶部は前記ドリフト補正部と、前記微生物数算出部に接続した請求項１に記載の微生物数測定装置。

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