JP2011226897A - Trace substance detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、DNA(デオキシリボ核酸)等の微量物質を検出するための微量物質検出装置に係り、特に、微量物質の有無や量を電流値を計測することにより検出するように構成したものにおいて、電極の電位を「0」V、又は、略「0」Vとしながら、発生する電荷量を検出するように構成し、且つ、連続して測定される電流曲線の時間微分値を使用して、検体中の被検出対象物質の有無や濃度を検出するようにし、それによって、検出の精度を高めることができるように工夫したものに関する。 The present invention relates to a trace substance detection device for detecting trace substances such as DNA (deoxyribonucleic acid), and in particular, is configured to detect the presence and amount of trace substances by measuring a current value. In this example, the electric charge generated is detected while the electrode potential is set to “0” V or substantially “0” V, and the time derivative value of the current curve measured continuously is used. In addition, the present invention relates to a device devised so that the presence or concentration and the concentration of a target substance to be detected in a specimen can be detected, thereby improving the detection accuracy.
例えば、DNA等の微量物質を検出する場合には、電圧測定によって検出すものが一般的であった。
又、電圧測定ではなく電流の測定によって検出するものとして、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6等がある。
この種の電流測定の場合には、予め基準電流値を設定・記憶しておき、その基準電流値と電流の計測により得られた測定電流値とを対比して、閾値を超えたか否かによって、検体中の被検出対象物質の有無を判別し、又、測定電流値のピーク置によって、検体中の被検出対象物質のその濃度を算出するようにしている。
For example, when detecting a trace substance such as DNA, it is common to detect by a voltage measurement.
Moreover, there exist
In the case of this type of current measurement, a reference current value is set and stored in advance, and the reference current value is compared with the measured current value obtained by measuring the current to determine whether or not the threshold has been exceeded. The presence or absence of the target substance to be detected in the sample is determined, and the concentration of the target substance to be detected in the specimen is calculated based on the peak of the measured current value.
上記従来の構成によると次のような問題があった。通常、計測により得られる測定電流値にはノイズが含まれている。この種のノイズは測定チャンバ内に設置される電極の汚染、検体中に含まれる被検出対象物以外の夾雑物、バッファ液の二槽間の濃度の差等に起因して発生するものである。そして、このノイズは検出電流本体に重畳されることになるので、閾値を基準とした検体中の被検出対象物質の有無の判別やピーク値に基づいた検体中の被検出対象物質の濃度の計算に誤差が発生してしまうという問題があった。
特に、検出初期においては、上記したような理由により、略定常的な又はゆっくりと減衰するオフセットDC電流が測定されてしまうことがあるので、絶対的な「0」点位置の特定が不可能となり、その結果、精度の高い検出が損なわれてしまうという問題があった。
The conventional configuration has the following problems. Usually, the measurement current value obtained by measurement includes noise. This type of noise is caused by contamination of the electrodes installed in the measurement chamber, impurities other than the detection target contained in the sample, a difference in concentration between the two buffer solutions, and the like. . Since this noise is superimposed on the detection current body, the presence / absence of the detection target substance in the sample is determined based on the threshold value, and the concentration of the detection target substance in the sample is calculated based on the peak value. There was a problem that an error occurred.
In particular, in the initial stage of detection, an offset DC current that is substantially steady or slowly decaying may be measured for the reasons described above, and thus it is impossible to specify the absolute “0” point position. As a result, there is a problem that high-precision detection is impaired.
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、DNA等の微量物質を電流測定により検出する際の検出精度の向上を図ることができる微量物質検出装置を提供することにある。 The present invention has been made based on such points, and an object of the present invention is to provide a trace substance detection device capable of improving the detection accuracy when detecting trace substances such as DNA by current measurement. There is.
上記目的を達成するべく本願発明の請求項1による微量物質検出装置は、イオン交換膜又はイオン透過膜を介して区画された一対の室を備え検体及びバッファ液を収容する測定チャンバと、上記測定チャンバの一対の室内に設置された一対の電極と、を具備してなる微量物質検出装置において、上記一対の電極間に発生する電圧を「0」V又は略「0」Vに能動制御しながら発生する電流を計測し、 上記電流を継続して測定して電流値曲線を得ると共にその時間微分を算出し、算出した時間微分値が予め設定された閾値を所定量超えたか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体中に被検出対象物が有ると判別するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項2による微量物質検出装置は、請求項1記載の微量物質検出装置において、上記時間微分置が閾値を所定量超えている時間を計測し、その時間が別の閾値を超えているか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体中に被検出対象物が有ると判別するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項3による微量物質検出装置は、請求項1又は請求項2記載の微量物質検出装置において、上記時間微分量の大きさによって、検体中の被検出対象物質の濃度を算出するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項4による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項3の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量が一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別することを特徴とするものである。
又、請求項5による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項3の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量がある設定された時間内だけ一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別することを特徴とするものである。
又、請求項6による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項5の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別するものであることを特徴とするものである。
又、請求項7による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項5の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記電流値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別するものであることを特徴とするものである。
又、請求項8による微量物質検出装置は、請求項6記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別するものであることを特徴とするものである。
又、請求項9による微量物質検出装置は、請求項7記載の微量物質検出装置において、上記電流値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別するものであることを特徴とするものである。
又、請求項10による微量物質検出装置は、請求項6〜請求項9の何れかに記載の微量物質検出装置において、反応開始の時刻から反応終息の時刻までに流れた電流値の総和・積分・和分を算出し、それらの値に基づいて検体中の被検出対象物質の濃度を算出するものであることを特徴とするものである。
又、請求項11による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項10の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記検体を上記測定チャンバ内に投入した時点からタイマを作動させ、そのタイマによる検出時間に関連付けて検体中の検出対象物質の有無の判別や濃度の検出を行うようにしたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a trace substance detection device according to
Further, the trace substance detection apparatus according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided the trace substance detection apparatus according to the first or second aspect, wherein the concentration of the target substance to be detected in the sample is calculated based on the magnitude of the time differential amount. It is characterized by that.
A trace substance detection device according to claim 4 is the trace substance detection device according to any one of
Further, the trace substance detection device according to
Further, the trace substance detection device according to
Further, the trace substance detection device according to claim 7 is the trace substance detection device according to any one of
The trace substance detection apparatus according to claim 8 is the trace substance detection apparatus according to
The trace substance detection device according to
A trace substance detection device according to
A trace substance detection apparatus according to
以上述べたように本願発明の請求項1による微量物質検出装置は、イオン交換膜又はイオン透過膜を介して区画された一対の室を備え検体及びバッファ液を収容する測定チャンバと、上記測定チャンバの一対の室内に設置された一対の電極と、を具備してなる微量物質検出装置において、上記一対の電極間に発生する電圧を「0」V又は略「0」Vに能動制御しながら発生する電流を計測し、 上記電流を継続して測定して電流値曲線を得ると共にその時間微分を算出し、算出した時間微分値が予め設定された閾値を所定量超えたか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体中に被検出対象物が有ると判別するようにした構成になっているので、従来のように、単に測定電流と基準電流を対比して判別していた場合に比べて、判別や検出の精度を向上させることができる。
又、請求項2による微量物質検出装置は、請求項1記載の微量物質検出装置において、上記時間微分置が閾値を所定量超えている時間を計測し、その時間が別の閾値を超えているか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体中に被検出対象物が有ると判別するようにした構成になっているので、判別、検出の精度をさらに高めることができる。
又、請求項3による微量物質検出装置は、請求項1又は請求項2記載の微量物質検出装置において、上記時間微分量の大きさによって、検体中の被検出対象物質の濃度を算出するようにした構成になっているので、検体中の被検出対象物質の濃度についても高い精度で検出することができる。
又、請求項4による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項3の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量が一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別する構成とした場合には、判別、検出の精度をさらに高めることができる。
又、請求項5による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項3の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量がある設定された時間内だけ一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別する構成になっているので、判別、検出の精度をさらに高めることができる。
又、請求項6による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項5の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別する構成になっているので、反応終息の検出を高い精度で行うことができる。
又、請求項7による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項5の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記電流値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別する構成になっているので、反応終息をさらに高い精度で検出することができる。
又、請求項8による微量物質検出装置は、請求項6記載の微量物質検出装置において、上記時間微分値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別する構成になっているので、反応の終息の検出精度を高めることができる。
又、請求項9による微量物質検出装置は、請求項7記載の微量物質検出装置において、上記電流値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別する構成になっているので、反応の終息の検出精度を高めることができる。
又、請求項10による微量物質検出装置は、請求項6〜請求項9の何れかに記載の微量物質検出装置において、反応開始の時刻から反応終息の時刻までに流れた電流値の総和・積分・和分を算出し、それらの値に基づいて検体中の被検出対象物質の濃度を算出する構成になっているので、検体中の被検出対象物質の濃度を高い精度で算出することができる。
又、請求項11による微量物質検出装置は、請求項1〜請求項10の何れかに記載の微量物質検出装置において、上記検体を上記測定チャンバ内に投入した時点からタイマを作動させ、そのタイマによる検出時間に関連付けて検体中の検出対象物質の有無の判別や濃度の検出を行うように構成したので、一連の判別、検出の高い精度で行うことができる。
As described above, the trace substance detection device according to
Further, the trace substance detection apparatus according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided the trace substance detection apparatus according to the first or second aspect, wherein the concentration of the target substance to be detected in the sample is calculated based on the magnitude of the time differential amount. Thus, the concentration of the detection target substance in the sample can be detected with high accuracy.
A trace substance detection device according to claim 4 is the trace substance detection device according to any one of
Further, the trace substance detection device according to
Further, the trace substance detection device according to
A trace substance detection device according to claim 7 is configured to determine that the reaction has ended when the current value falls below a certain threshold value in the trace substance detection device according to any one of
The trace substance detection apparatus according to claim 8 is the trace substance detection apparatus according to
The trace substance detection device according to
A trace substance detection device according to
A trace substance detection apparatus according to
以下、図1乃至図9を参照して本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は本実施の形態による微量物質検出装置の構成を示す系統図であり、まず、チューブ1がある。このチューブ1の一端側(図1中左端)には検体注入部3が設けられていて、この検体注入部3には検体注入器5が設置されている。この検体注入器5によって検体6を注入するものである。この検体6中に被検出対象物質が含まれているものである。又、上記検体注入部3近傍の上記チューブ1には、バッファ液注入部7が設置されていて、このバッファ液注入部7内にはバッファ液9が充填されている。上記バッファ液注入部7は分岐チューブ11を介して上記チューブ1に接続されていて、この分岐チューブ11には第1押当バルブ13が取り付けられている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of a trace substance detection apparatus according to this embodiment. First, there is a
上記バッファ液9であるが、例えば、リン酸二水素カリウムの水溶液とリン酸水素二カリウムの水溶液の混合物に、例えば、ジクロロインドフェノールという電子メディエータを添加した液体である。又、上記電子メディエータとは酸化還元酵素と電極との間の電子の移動を媒介するためのものである。
The
上記チューブ1には第1試薬注入部15、第2試薬注入部17が夫々分岐チューブ19、21を介して接続されている。上記第1試薬注入部15内には第1試薬23が充填されている。又、第2試薬注入部17内には第2試薬25が充填されている。上記第1試薬23であるが、検体6中の被検出対象物質に特異的に接合する部位を備えていて、且つ、磁性体の粒(磁性ビーズ)を有するものである。又、上記第2試薬25であるが、検体6中の被検出対象物質に特異的に接合する部位を備えていて、且つ、酸化若しくは還元酵素を有するものである。又、上記分岐チューブ19には第2押当バルブ27が取り付けられていると共に上記分岐チューブ21にも第3押当バルブ29が取り付けられている。
A first
上記チューブ1には反応部31が設けられていて、この反応部31には温度制御用ヒータ33が設置されている。又、反応部31には超音波振動装置35が設置されている。上記温度制御ヒータ33によって反応に適した温度環境を実現するものである。又、上記超音波振動装置35によって攪拌効果を高めるようにしているものである。又、上記反応部31には第1磁力制御部37が設置されている。この第1磁力制御部37によって、磁気ビーズを付与された検体6内の被検出物質(DNA)を吸着・保持するようにしている。又、上記温度制御用ヒータ33の図1中左側のチューブ1には第4押当バルブ39が取り付けられている。
The
上記チューブ1の他端には測定チャンバ41が接続されている。この測定チャンバ41にはイオン交換膜43が設置されていて、このイオン交換膜43によって一対の室45、47が区画・形成されている。これら室45、47には電極51、53が設置されている。又、測定チャンバ41は反応部31に設けられた超音波振動装置35と同一又は別に設けられた超音波振動装置により加振できる構成となっている。
尚、この実施の形態の場合にはイオン交換膜43を使用しているが、イオン透過膜を使用するようにしてもよい。
A
In this embodiment, the
上記測定チャンバ41を挟むように分岐チューブ53、55が接続されていて、これら分岐チューブ53、55は集合されていて、そこにはポンプ57が接続されている。又、上記分岐チューブ53、チューブ1、分岐チューブ55には第5押当バルブ59、第6押当バルブ61、第7押当バルブ63が取り付けられている。又、上記測定チャンバ41には第2磁力制御部65が設置されている。
又、制御装置71が設置されていて、この制御装置71には測定回路73が設けられている。既に説明した各種機器、第1押当バルブ13、第2押当バルブ27、第3押当バルブ29、第4押当バルブ39、第5押当バルブ59、第6押当バルブ61、第7押当バルブ63、温度制御用ヒータ33、超音波振動装置35、第1磁力制御部37、ポンプ57、第2磁力制御部65は、全てこの制御装置71によって制御されるようになっている。又、電極51、53を介しての電流測定等は上記制御装置71の測定回路73によって制御されるように構成されている。
In addition, a
上記構成によると、まず、第1押当バルブ13、第4押当バルブ39、第5押当バルブ59を開放し、ポンプ57を駆動する。それによって、チューブ1内に負圧が発生し、バッファ液注入部7内のバッファ液9が吸引されてチューブ1内に充満されることになる。その状態で、検体注入部3を介して検体注入器5より検体6が注入される。
次に、第2押当バルブ27、第3押当バルブ29、第4押当バルブ39、第5押当バルブ59を開放して、ポンプ57による負圧によって、第1試薬注入部15、第2試薬注入部17より、第1試薬23と第2試薬25を若干量引き出す。それと同時に、第1押当バルブ13を開放してバッファ液注入部7よりバッファ液9を引き出す。これによって、反応部31に、検体6、バッファ液9、第1試薬15、第2試薬25を導いて混合させることになる。
According to the above configuration, first, the first pushing
Next, the second pushing
次に、第4押当バルブ39、第5押当バルブ59を閉じて、検体6と第1試薬15、第2試薬25とを反応させる。その際、温度制御用ヒータ33によって温度調整を行うと共に、超音波振動装置35によって超音波振動を付与する。それによって、反応に適した温度環境が提供されると共に、攪拌・混合作用が働くことになる。上記検体体6と第1試薬15、第2試薬25との反応により、被検出対象物質としてのDNAの一端に磁気ビーズが結合されると共に他端に酸化還元酵素が結合されることになる。その様子を図4に示す。図4はDNA81の一端に磁気ビーズ83が結合されると共に他端に酸化還元酵素85が結合されている様子を示す図である。
Next, the fourth pushing
次に、第1磁力制御部37を「オン」して、第1押当バルブ13、第4押当バルブ39、第5押当バルブ59を開放し、且つ、温度制御用ヒータ33によって温度調整を行うと共に、超音波振動装置35によって超音波振動を付与しながら、バッファ液9を流し続ける。それによって、検体6中の被検出対象物質としてのDNA81は第1磁力制御部37によって吸着・保持され、その他のものは洗い流されることになる。
Next, the first magnetic
次に、第1押当バルブ13、第6押当バルブ61、第7押当バルブ63を開放し、ポンプ57の負圧によって吸引することにより、上記第1磁力制御部37によって吸着・保持されている反応後の被検出対象物質としてのDNA81を測定チャンバ41内に導く。そして、第6押当バルブ61、第7押当バルブ63を閉じて計測を行う。計測後は、第1押当バルブ13と第7押当バルブ63を開放して、ポンプ57による負圧によって計測後の検体6等を吸引して洗い流す。それによって、ポンプ57自身も洗浄されることになる。
Next, the first pushing
ここで、上記測定チャンバ41内における反応について、図5を参照して説明する。上記酸化還元酵素85として酸化酵素(例えば、グルコースオキシダーゼ)を用いた場合の上記測定チャンバ41内での化学反応を具体的に説明する。上記測定チャンバ41の上側(図5中上方)の室45内には、上記DNA81に結合した酸化酵素96が存在している。又、上記測定チャンバ41内にはバッファ液に添加された被酸化物質98と電子メディエータ100も存在している。上記被酸化物質98は、上記酸化酵素96によって酸化され、電子102と陽イオン104を放出する。上記電子102は上記電子メディエータ100に捕らえられ、その結果、上記電子メディエータ100は「負」に荷電される。「負」に荷電された上記電子メディエータ100は、相対的に「正」電位となる上記電極53側に移動する。一方、上記陽イオン104は、イオン交換膜47を通過して、室47側に設置され、相対的に「負」電位となる上記電極53側に移動し、電子102を受け取る。その結果、上記室45と上記室47との間には上記イオン交換膜を隔てて電位差が発生し、上記電極51と上記電極53の間に電流が流れる。この電流を測定することにより上記DNA81の検出・定量を行うものである。
Here, the reaction in the
又、上記した例に限らず、上記酸化還元酵素85として上記酸化酵素95の代わりに還元酵素を使用することも考えられる。この場合は、上記被酸化物質98の代わりに被還元物質が使用され、上記電極51から電子メディエータを介して電子が還元酵素へ移動して還元反応が起きる。このため電子を外部から受け取る上記電極51が「正」極、電子を外部に放出する電極53が「負」極となる。
尚、この被検出対象物質の測定は、上記電極51、53間の電圧を測定することでも行うことができる。
Further, the present invention is not limited to the above example, and it is conceivable to use a reductase instead of the
The measurement of the substance to be detected can also be performed by measuring the voltage between the
次に、図2を参照して、制御装置71に設けられた測定回路73の構成について説明する。まず、電流増幅部91があり、この電流増幅部91にはスイッチ90を介して微分回路92とA/D変換器93が接続されている。そして、上記スイッチ90を上記微分回路92側に切り替えた場合には(本実施の形態の場合には微分回路92側に切り替えている。)、上記電流増幅器91により増幅された信号は微分回路92を介して微分され、次いで、上記A/D変換器93によってアナログ/デジタル変換され、マイクロコンピュータ95に入力される。又、上記マイクロコンピュータ95にはI/O97、メモリ99が接続されている。又、上記I/O97には入力手段101と投入センサ103が接続されている。
Next, the configuration of the
上記電流増幅部91の構成を、図3を参照して、さらに詳しく説明する。上記電流増幅器91は、演算増幅器105と抵抗107とから構成されている。上記抵抗107は、演算増幅器105と協働して発生電流を電圧に変換する機能を発揮する。又、+側端子Spは、測定チャンバ41内の一方の電極51側に接続されており、又、−側端子Snは、測定チャンバ41内の他方の電極53側に接続されている。又、+側端子Fpと−側端子Fnは、電流流し込み用の端子である。
尚、図中符号109は、図1に示す制御装置71に組み込まれた表示部であり、測定結果を表示するためのものである。
The configuration of the
Incidentally,
上記構成によると、測定チャンバ41において発生するノイズを含んだ電流成分に起因して、外部のインピーダンスが十分に高い場合、略10〜30mVの直流電圧が生ずる。本実施の形態の場合には、まず、この電圧を+側端子Sp及び−側端子Snを介して検出する。次に、この発生した電圧を相殺するように、演算増幅器105より抵抗107を介して+側端子Fpから−側端子Fnに向かう方向に電流を流す。これによって、上記発生した電圧を相殺して測定精度の低下を防止するようにしたものである。
因みに、+側端子Sp及び−側端子Sn間には微量(数ピコアンペア)の電流が流れるのみであり、よって、いわゆる「ドロップ電圧」が生じるようなこともない。
According to the above configuration, a DC voltage of approximately 10 to 30 mV is generated when the external impedance is sufficiently high due to a current component including noise generated in the
Incidentally, only a very small amount (several picoamperes) of current flows between the + side terminal Sp and the − side terminal Sn, so that a so-called “drop voltage” does not occur.
次に、本実施の形態における被検出対象物の有無の判別、濃度の検出について説明する。本実施の形態の場合には、まず、電流を継続して測定して電流値曲線を得る。又、その電流値曲線を時間微分して時間微分値を求める。この時間微分量を得るために既に説明した微分回路92が設けられているものである。この微分回路92は図4に示すような構成になっている。すなわち、上記微分回路92は、抵抗121、コンデンサ123、演算増幅器125、コンデンサ127、抵抗129とから構成されている。このような構成をなす微分回路92によって測定電流波形を微分して微分波形を得るものである。
Next, determination of presence / absence of a detection target and detection of concentration in the present embodiment will be described. In the case of the present embodiment, first, a current is continuously measured to obtain a current value curve. Further, a time differential value is obtained by time differentiation of the current value curve. In order to obtain this time differential amount, the differentiating
以下、具体的に説明すると、まず、図7に示すような測定電流波形を想定する。図7は横軸に時間をとり縦軸に電流値を取り電流値の時間変化を示した図である。この図7に示す測定電流波形に対してローパスフィルタを掛けてノイズを低減させることにより、図8に示すような線図を得ることができる。図8も横軸に時間をとり縦軸に電流値を取り電流値の時間変化を示した図である。次に、図8に示す線図に対して微分回路92によって微分を施すことにより、図9に示すような微分波形を得ることができる。図9は横軸に時間をとり縦軸に微分値をとり微分値の時間変化を示した図である。この図9をみると、時刻30〜85付近まで有意に微分が「正」の値になっていることがわかる。このことから反応が起きていることがわかるものである。 Hereinafter, a specific description will be given. First, a measurement current waveform as shown in FIG. 7 is assumed. FIG. 7 is a graph showing time variation of the current value with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing current value. By applying a low-pass filter to the measured current waveform shown in FIG. 7 to reduce noise, a diagram as shown in FIG. 8 can be obtained. FIG. 8 is also a graph showing time variation of the current value, with time on the horizontal axis and current value on the vertical axis. Next, the differential waveform as shown in FIG. 9 can be obtained by differentiating the diagram shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing time variation of the differential value with time on the horizontal axis and differential value on the vertical axis. As can be seen from FIG. 9, the differential value is significantly “positive” from around time 30 to 85. This indicates that a reaction is occurring.
そして、本実施の形態の場合には、時間微分値が予め設定された閾値を所定量超えたか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体6中に被検出対象物としてのDNA81が有ると判別するようにしているものである。
In the case of the present embodiment, it is determined whether or not the time differential value exceeds a predetermined threshold value by a predetermined amount. When it is determined that the time differential value has exceeded, the reaction starts or the target object in the
又、上記時間微分量の大きさによって、検体6中における被検出対象物質としてのDNA81の濃度を算出するようにしている。又、上記時間微分値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別するようにしている。又、上記検体6を上記測定チャンバ41内に投入した時点からタイマを作動させ、そのタイマによる検出時間に関連付けて検体中の検出対象物質の有無の判別や濃度の検出を行うようにしている。
尚、上記検体6を測定チャンバ41内に投入したことは、既に説明した投入センサ103によって検出するものである。
Further, the concentration of
The introduction of the
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、測定チャンバ41において発生した直流電圧を相殺するように能動制御しているので、電流を高い精度で検出することができ、微量物質の検出精度を高めることができる。
又、相対的にパワーが弱いケミカルノイズは上記能動制御により直ぐに減衰するが、検体6内に被検出対象物質としてのDNA81が存在する場合には、明らかな電流ピークをみることができ、それによって、高い精度の検出が可能になる。
又、酸化還元反応が迅速に進行することになるので、検出に要する時間が短縮されることになる。
又、本実施の形態の場合には、電圧を能動的に計測して電流を計測するようにしているので、いわゆる「ドロップ電圧」が発生することはなく、より高い検出精度を実現することができる。
又、この実施の形態の場合には、従来のように、単に、基準電流値と測定電流とを対比することにより、検体6中における被検出対象物質としてのDNA81の有無の判別、濃度の算出を行っているのではなく、連続して測定された電流値曲線の時間微分値を使用して、検体6中における被検出対象物質としてのDNA81の有無の判別、濃度の算出を行なうようにしているので、判別、検出の精度を高めることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, since active control is performed so as to cancel the DC voltage generated in the
In addition, chemical noise with relatively weak power is attenuated immediately by the above active control. However, when
Further, since the redox reaction proceeds rapidly, the time required for detection is shortened.
In the case of the present embodiment, since the voltage is actively measured to measure the current, so-called “drop voltage” does not occur, and higher detection accuracy can be realized. it can.
In the case of this embodiment, as in the prior art, simply by comparing the reference current value with the measurement current, it is possible to determine the presence or absence of
次に、図10乃至図12を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。前記第1子の実施の形態の場合には、電流を継続して測定して電流値曲線を得て、その電流値曲線を時間微分して時間微分値を求めるようにしていたが、この第2の実施の形態の場合には、「差分」を算出して判別するようにしているものである。
尚、前記第1の実施の形態の場合には、図3の回路図において、スイッチ90を微分回路92側に切り替えていたが、この第2の実施の形態の場合には、A/D変換器93側に直接信号が入力されるように切り替えられているものである。
又、上記「差分」とは次のようなものである。
すなわち、ある離散値x(i)があった場合に、差分値d(i)は次の式(I)によって定義されるものである。
d(i)=x(i+1)−x(i)―――(I)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the case of the first child embodiment, the current is continuously measured to obtain a current value curve, and the current value curve is time-differentiated to obtain a time differential value. In the case of the second embodiment, “difference” is calculated and discriminated.
In the case of the first embodiment, the
The “difference” is as follows.
That is, when there is a certain discrete value x (i), the difference value d (i) is defined by the following equation (I).
d (i) = x (i + 1) -x (i) --- (I)
以下、具体的に説明すると、まず、図10に示すような測定電流波形とその差分値データを想定する。図10は横軸に時間を取り縦軸に時間をとって電流値の時間変化を示すと共に、横軸にサンプル数をとり縦軸に差分値をとって差分値の変化を同時に示した図である。又、上記差分値データのみを抽出したものが図11である。図11は横軸にサンプル数をとり縦軸に差分値をとって差分値の変化を示した図である。さらに、図11に示した差分値データに対してノイズリダクション処理を施してノイズを除去して図12に示すような線図を得る。図12は横軸にサンプル数をとり縦軸に差分値をとって差分値の変化を示した図である。この図12をみると、サンプル数25前後で反応が起きていることがわかる。 In the following, a specific description will be given. First, a measurement current waveform and its difference value data as shown in FIG. 10 are assumed. FIG. 10 is a graph showing the time change of the current value with time on the horizontal axis and time with the vertical axis, and simultaneously showing the change in difference value with the number of samples on the horizontal axis and the difference value on the vertical axis. is there. FIG. 11 shows only the difference value data extracted. FIG. 11 is a diagram showing changes in the difference value with the number of samples on the horizontal axis and the difference value on the vertical axis. Furthermore, noise reduction processing is performed on the difference value data shown in FIG. 11 to remove noise, and a diagram as shown in FIG. 12 is obtained. FIG. 12 is a diagram showing the change of the difference value with the number of samples on the horizontal axis and the difference value on the vertical axis. It can be seen from FIG. 12 that the reaction occurs around 25 samples.
そして、本実施の形態の場合には、差分値が予め設定された閾値を所定量超えたか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体6中に被検出対象物としてのDNA81が有ると判別するようにしているものである。
In the case of the present embodiment, it is determined whether or not the difference value exceeds a predetermined threshold value by a predetermined amount. When it is determined that the difference value has exceeded, the reaction starts or the
又、上記差分値の大きさによって、検体6中における被検出対象物質としてのDNA81の濃度を算出するようにしている。又、上記差分値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別するようにしている。又、上記検体6を上記測定チャンバ41内に投入した時点からタイマを作動させ、そのタイマによる検出時間に関連付けて検体中の検出対象物質の有無の判別や濃度の検出を行うようにしている。
尚、上記検体6を測定チャンバ41内に投入したことは、既に説明した投入センサ103によって検出するものである。
Further, the concentration of
The introduction of the
よって、前記第1の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるものである。 Therefore, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained.
尚、本発明は前記第1、第2の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記一実施の形態の場合には、「0」Vになるような能動制御の理例を挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、略「0」Vになるような制御、例えば、±1mV以内に収まるような制御も考えられる。
又、逆電位を加えるように構成することも考えられる。
又、回路の構成は図2、図3、図4に示した構成のものに限定されることはなく、様々な例が考えられる。
又、前記第1の実施の形態の場合には、時間微分値が閾値を所定量超えたか否かによって、検体中の被検出対象物質の有無等を判別するようにしていたが、それに限定されるものではない。例えば、時間微分置が閾値を所定量超えている時間を計測し、その時間が別の閾値を超えているか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体中に被検出対象物が有ると判別するようにすることが考えられる。
又、上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量が一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別するようにすることが考えられる。
又、上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量がある設定された時間内だけ一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別することが考えられる。
又、上記電流値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別することが考えられる。
又、上記時間微分値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別することが考えられる。
又、上記電流値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別することが考えられる。
又、反応開始の時刻から反応終息の時刻までに流れた電流値の総和・積分・和分を算出し、それらの値に基づいて検体中の被検出対象物質の濃度を算出することが考えられる。
又、前記第1、第2の実施の形態の場合には、測定チャンバとして、反応が行われる室と反応が行われない室の両方を兼備したタイプのものを例に挙げて説明したが、それに限定されるものではない。例えば、反応が行われると共に電極を備えた室と、その室内にイオン交換膜又はイオン透過膜の特性を持ち樹脂や膜等によって直接又は間接に覆われていて、且つ、電極を備えたものを配置した構成の測定チャンバであってもよい。
尚、上記直接とは電極にイオン交換膜又はイオン透過膜の樹脂が直接塗布したようなものであり、間接とは上記電極とイオン交換膜又はイオン透過膜の樹脂との間に含水樹脂等が介在しているような構成を意味しているものである。
又、前記第1、第2の実施の形態の場合には、バッファ液の中に電子メディエータを入れた場合を例に挙げて説明したが、例えば、第2試薬注入部の横に第3試薬注入部を設けそこに電子メディエータをいれておき、押当バルブを開放して注入するように構成してもよい。
The present invention is not limited to the first and second embodiments.
For example, in the case of the above-described embodiment, the explanation has been given by taking the example of active control to be “0” V. However, the present invention is not limited to this, and control to be substantially “0” V. For example, control that is within ± 1 mV is also conceivable.
It is also conceivable to apply a reverse potential.
The circuit configuration is not limited to that shown in FIGS. 2, 3, and 4, and various examples are conceivable.
In the case of the first embodiment, the presence / absence of the detection target substance in the sample is determined based on whether or not the time differential value exceeds a predetermined amount. However, the present invention is not limited to this. It is not something. For example, it measures the time when the time differential exceeds a threshold by a predetermined amount, determines whether or not the time exceeds another threshold, and when it is determined that the time exceeds, the reaction starts or the object to be detected in the sample It may be possible to determine that there is.
Further, it is conceivable to observe the amount of current when the time differential value is below the threshold value, and to determine that there is a substance to be detected in the sample only when the amount of current does not fall below a certain value.
Also, the current amount is observed when the time differential value falls below the threshold value, and it is determined that there is a target substance to be detected in the sample only when the current amount does not fall below a certain value within a set time. Can be considered.
Further, it may be determined that the reaction has ended when the current value falls below a certain threshold.
Further, it may be determined that the reaction has ended when the length of time that the time differential value is below a certain threshold exceeds a certain set value.
Further, it may be determined that the reaction has ended when the length of time during which the current value is below a certain threshold exceeds a certain set value.
It is also conceivable to calculate the sum, integral, and sum of the current values that flow from the reaction start time to the reaction end time, and calculate the concentration of the detection target substance in the sample based on these values. .
In the case of the first and second embodiments, the measurement chamber has been described as an example of a type having both a chamber in which a reaction is performed and a chamber in which a reaction is not performed. It is not limited to that. For example, a chamber in which a reaction is performed and an electrode is provided, and a chamber having the characteristics of an ion exchange membrane or an ion permeable membrane that is directly or indirectly covered with a resin or a membrane and that has an electrode. It may be a measurement chamber having an arrangement.
The direct means that the resin of the ion exchange membrane or the ion permeable membrane is directly applied to the electrode, and the indirect means that a water-containing resin or the like is provided between the electrode and the resin of the ion exchange membrane or the ion permeable membrane. This means a configuration that intervenes.
In the first and second embodiments, the case where the electron mediator is placed in the buffer liquid has been described as an example. For example, the third reagent is placed beside the second reagent injection portion. An injection unit may be provided, and an electronic mediator may be placed therein, and the injection valve may be opened to inject.
本発明は、微量物質を検出するための微量物質検出装置に係り、特に、微量物質の有無や量を電流値を計測することにより検出するように構成したものにおいて、電極の電位を「0」V、又は、略「0」Vとしながら、発生する電荷量を検出するように構成し、且つ、連続して測定される電流曲線の時間微分値を使用して、検体中の被検出対象物質の有無や濃度を検出するようにし、それによって、検出の精度を高めることができるように工夫したものに関し、例えば、DNA(デオキシリボ核酸)の検出に好適である。 The present invention relates to a trace substance detection apparatus for detecting trace substances, and in particular, in a device configured to detect the presence or amount of trace substances by measuring a current value, the potential of an electrode is set to “0”. The target substance to be detected in the sample is configured so as to detect the amount of generated charges while V or approximately “0” V, and using the time differential value of the current curve measured continuously. It is suitable for the detection of DNA (deoxyribonucleic acid), for example, which is designed to detect the presence or absence and concentration thereof, thereby improving the detection accuracy.
5 検体
6 被検出対象物質
41 測定チャンバ
43 イオン交換膜
45 室
47 室
51 電極
53 電極
71 制御装置
73 制御回路
91 電流増幅部
105 演算増幅器
107 抵抗
5
Claims (11)
上記一対の電極間に発生する電圧を「0」V又は略「0」Vに能動制御しながら発生する電流を計測し、
上記電流を継続して測定して電流値曲線を得ると共にその時間微分を算出し、算出した時間微分値が予め設定された閾値を所定量超えたか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体中に被検出対象物が有ると判別するようにしたことを特徴とする微量物質検出装置。 A measurement chamber having a pair of chambers partitioned via an ion exchange membrane or an ion permeable membrane and containing a specimen and a buffer solution, and a pair of electrodes installed in the pair of chambers of the measurement chamber In trace substance detection equipment,
Measure the current generated while actively controlling the voltage generated between the pair of electrodes to "0" V or substantially "0" V,
When the current is continuously measured to obtain a current value curve and its time derivative is calculated, it is determined whether or not the calculated time derivative exceeds a predetermined threshold value, and if it is determined that it has exceeded A trace substance detection apparatus characterized in that it is determined that there is an object to be detected in a reaction start or in a sample.
上記時間微分置が閾値を所定量超えている時間を計測し、その時間が別の閾値を超えているか否かを判別し、超えたと判別した場合に反応開始又は検体中に被検出対象物が有ると判別するようにしたことを特徴とする微量物質検出装置。 The trace substance detection device according to claim 1,
Measure the time when the time differential exceeds the threshold by a predetermined amount, determine whether the time exceeds another threshold, and if it is determined that the time has exceeded, the reaction start or the target object to be detected in the sample A trace substance detection device characterized in that it is determined to be present.
上記時間微分量の大きさによって、検体中の被検出対象物質の濃度を算出するようにしたことを特徴とする微量物質検出装置。 In the trace substance detection apparatus according to claim 1 or 2,
A trace substance detection apparatus characterized in that the concentration of a detection target substance in a specimen is calculated based on the magnitude of the time differential amount.
上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量が一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別することを特徴とする微量物質検出装置。 In the trace amount substance detection device according to any one of claims 1 to 3,
A trace substance detection apparatus characterized by observing an amount of current when the time differential value falls below the threshold and determining that there is a substance to be detected in the specimen only when the amount of current does not fall below a certain value.
上記時間微分値が上記閾値を下回ったときに電流量を観測し、電流量がある設定された時間内だけ一定値を下回らない場合に限り検体中被検出対象物質が有ると判別することを特徴とする微量物質検出装置。 In the trace amount substance detection device according to any one of claims 1 to 3,
A current amount is observed when the time differential value falls below the threshold value, and it is determined that there is a substance to be detected in the sample only if the current amount does not fall below a certain value within a certain set time. Trace substance detection device.
上記時間微分値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別するものであることを特徴とする微量物質検出装置。 In the trace substance detection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A trace substance detection device characterized by determining that the reaction has ended when the time differential value falls below a certain threshold value.
上記電流値がある閾値を下回ったときに反応が終息したと判別するものであることを特徴とする微量物質検出装置。 In the trace substance detection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A trace substance detection device characterized by determining that the reaction has ended when the current value falls below a certain threshold value.
上記時間微分値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別するものであることを特徴とする微量物質検出装置。 The trace substance detection device according to claim 6,
A trace substance detection device characterized in that when the length of time for which the time differential value is below a certain threshold value exceeds a certain set value, the reaction is terminated.
上記電流値がある閾値を下回っている時間の長さがある設定値を超えた場合に反応が終息したと判別するものであることを特徴とする微量物質検出装置。 The trace substance detection device according to claim 7,
A trace substance detection device characterized in that when the length of time during which the current value is below a certain threshold value exceeds a certain set value, the reaction is terminated.
反応開始の時刻から反応終息の時刻までに流れた電流値の総和・積分・和分を算出し、それらの値に基づいて検体中の被検出対象物質の濃度を算出するものであることを特徴とする微量物質検出装置。 The trace substance detection device according to any one of claims 6 to 9,
The total, integral, and sum of current values that flow from the reaction start time to the reaction end time are calculated, and based on these values, the concentration of the target substance to be detected is calculated. Trace substance detection device.
上記検体を上記測定チャンバ内に投入した時点からタイマを作動させ、そのタイマによる検出時間に関連付けて検体中の検出対象物質の有無の判別や濃度の検出を行うようにしたことを特徴とする微量物質検出装置。
The trace substance detection device according to any one of claims 1 to 10,
A minute amount characterized in that a timer is started from the time when the sample is put into the measurement chamber, and the presence or absence of a detection target substance in the sample is detected or the concentration is detected in association with the detection time by the timer. Substance detection device.
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