JP2012063287A - ウェルユニット及び電気化学的分析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウェル2が形成されたウェルユニット1であり、このウェル2の表面に電極3を備えるウェルユニット1である。ウェルユニット1に金属線4を埋め込み、この金属線4を切断するようにウェルユニット1を切削加工してウェルユニット1にウェル2を形成する。そして、切断された金属線4の断面を電極3として用いる。このウェル2に試料を導入し、電極3の電位が測定対象の酸化還元電位となるように電極3の電位を制御し、電極3に流れる電流値を測定する。そして、この電流値に基づいて測定対象試料の電気化学的評価及び電極触媒活性の評価を行う。測定対象試料としては、哺乳動物受精卵等の生体物質や無機イオン等が例示される。
【選択図】図1
Description
また、哺乳動物受精卵23の1個あたりの酸素呼吸量F(mol/s)は(2)式で表記される。ここで、Dは酸素拡散係数(D=2.10×10-5cm-2mol-1)、rsは哺乳動物受精卵23の半径である。哺乳動物受精卵23の呼吸量を算出することにより、無侵襲的かつ定量的な哺乳動物受精卵23の品質評価ができる。
なお、(2)式から明らかなように、ΔCによって、酸素消費速度(呼吸量)Fの定量化を行うことができるので、ΔCを酸素消費速度(呼吸量)Fの指標として用いることができる。
本発明の実施形態に係るウェルユニット1は、図1(a)、(b)に示すように、ウェルユニット1にウェル2(くぼみ)が形成されている。そして、図1(c)、(d)に示すように、ウェル2の表面には電極3が備えられている。
(測定条件)
試料:10mmol/Lのフェロシアン化カリウムを含む0.1mol/L塩化カリウム溶液
作用極:本発明の実施形態に係る白金電極3(直径φ10μm)、従来技術に係る白金線を封入したガラス製白金微小電極(直径φ10μm)
対極:白金(Pt)
参照電極:銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)
掃引速度:20mV・s-1
図3に、CV測定の測定結果であるサイクリックボルタモグラムを示す。図3より、本発明の実施形態に係るウェルユニット1に埋め込まれた電極3は、従来技術に係る白金線を封入したガラス製白金微小電極と同程度の定常電流が流れることがわかる。すなわち、ウェルユニット1に埋め込まれた白金線4の断面が電極3として機能している。また、図3よりウェルユニット1に備えられた白金電極3に流れる定常電流値iは13.0nAであるので、以下の(3)式にiを代入して電極3の直径(2r)を算出すると、電極3の直径は10.4μmとなった。
i:定常電流[A]、n:移動電子数(=1)、
F:ファラデー定数(=96485[c・mol-1])、
C:フェロシアンイオン濃度(=0.01×10-3[mol/cm-3])、
D:拡散係数(=0.65×10-5[cm2・s-1])、
r:電極の半径[cm]
上述のように、ウェルユニット1に埋め込んだ白金線4の直径は10μmであるので、電極3の直径と白金線4の直径がほぼ一致することが示された。よって、ウェルユニット1に直径φ10μmの金属線4を埋め込んで、ウェル2表面に電極3を形成することで、電気化学的性能的に金属線4の直径と同一径の従来技術に係る微小電極に相当する電極3をウェル2表面に備えることができる。
(測定条件)
試料:ERAM−2((株)機能性ペプチド研究所製)
作用極:本発明の実施形態に係る白金電極3(直径φ10μm)、従来技術に係る白金線を封入したガラス製白金微小電極(直径φ10μm)
対極:白金(Pt)
参照電極:銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)
印加電圧:−0.6V vs Ag/AgCl
図4に示すように、本発明の実施形態に係るウェルユニット1に埋め込まれた電極3も、従来技術に係る微小電極も、電位を印加した直後、大きな電流変化が確認されるが、1分程度経過後には、変化量が小さくなり、電位の印加終了60秒前の電流値は非常に安定していた。つまり、本発明の実施形態に係る電極3は、従来技術に係る電極とほぼ同様の挙動を示すことがわかる。
また、図6に示すように、ウェル2の底部Pを基準とした電極3の高さと円錐角θ(実施例ではθ=45°)から、電極3間の距離Ls及び円錐の頂点Pから電極3までの距離Lを算出することができる。さらに、ウェル2に試料9を導入した時に、試料9の半径と円錐角θから、試料9と電極3の距離を算出することもできる。
次に、ウェルユニット1のリード線10の取り出し例を図7、図8を参照して説明する。図7(a)、(b)に示すように、ウェルユニット下部6に予めねじ切り11を形成しておき、このねじ切り11に、例えば、φ5mmの銅等の金属からなるリード線10を嵌挿し、エポキシ樹脂等で固定する。そして、図7(c)、(d)に示すように、ねじ切り11に固定されたリード線10とウェルユニット1から出ている白金線4とを銀ペースト12等で固定することで、ウェルユニット1からリード線10を取り出すことができる。
本発明の実施形態に係るウェルユニット1を備えた電気化学測定装置15について、図9、10を示して詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る電気化学測定装置15に電気化学的分析方法として、哺乳動物受精卵呼吸量の測定方法を例示し、図11を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る電気化学測定装置15による電気化学的分析方法について具体的な実施例1〜3を挙げて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る電気化学測定装置15による、ヒト乳ガン細胞スフェロイド(MCF−7)の呼吸量測定方法について、図12を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る電気化学測定装置15による、ウシ体外受精卵の呼吸量測定方法について、図14を参照して説明する。方法1のウシ体外受精卵の呼吸量測定方法は、(a)の方法と同様に、測定溶液を保持したウェルの電極電位を一定に保ち、バルクの酸素還元電流を測定した後に、電極電位を一定に保った状態で測定試料をウェルに導入して測定試料近傍の酸素還元電流を測定するものである。
本発明の実施形態に係る電気化学測定装置15による、ウシ体外受精卵の呼吸量測定方法について、図15を参照して説明する。方法2のウシ体外受精卵の呼吸量測定方法は、測定溶液を保持したウェルに測定試料を導入後に電極電位を一定の電位に保つことで測定試料近傍の酸素還元電流を測定する。そして、電極を一定の電位に保った状態で測定試料をウェルから取り除きバルクでの酸素還元電流を測定するものである。
2…ウェル
3…電極(白金電極)
4…金属線(白金線)
5…ウェルユニット上部
6…ウェルユニット下部
9…試料
10…リード線
15…電気化学測定装置
16…検体セル
20…電位制御部(電位制御手段)
21…電流測定部(電流測定手段)
23…基板
Claims (11)
- 樹脂板若しくは樹脂ブロックに、試料が収容されるウェルが形成されたウェルユニットであって、
前記ウェル表面に電極を備える
ことを特徴とするウェルユニット。 - 前記電極の直径は、2〜500μmである
ことを特徴とする請求項1に記載のウェルユニット。 - 前記電極は、前記ウェルの底部から、10〜2000μm離間して備えられる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のウェルユニット。 - 前記ウェルは、逆円錐形状、円筒形状、半球形状、直方体状、立方体状のいずれかの形状に形成される
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のウェルユニット。 - 前記樹脂板若しくは前記樹脂ユニットは、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなる
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のウェルユニット。 - 前記熱可塑性樹脂または前記熱硬化性樹脂に、ガラス繊維、カーボン繊維、グラファイト、マイカのいずれかからなる強化材を添加する
ことを特徴とする請求項5に記載のウェルユニット。 - 前記ウェルは、前記熱可塑性樹脂または前記熱硬化性樹脂に金属線を埋設し、この金属線を切断するように前記樹脂を切削することにより形成され、前記金属線の断面が前記電極となる
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のウェルユニット。 - 前記ウェルは、金属線を前記熱可塑性樹脂または前記熱硬化性樹脂からなる2つの樹脂ブロックで挟着し、この金属線を切断するように前記樹脂ブロックを切削することにより形成され、前記金属線の断面が前記電極となる
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のウェルユニット。 - 樹脂板若しくは樹脂ブロックに、試料が収容されるウェルが形成され、前記ウェルの表面に電極が備えられたウェルユニットを、基板に1個または複数個備えた
ことを特徴とする検体セル。 - 試料をウェルに収容し、前記試料の電気化学的性質を測定する電気化学的分析方法であって、
電位制御手段が、前記ウェルの表面に備えられる電極の電位を制御する電位制御ステップと、
電流測定手段が、前記電位制御ステップによって制御された電極を流れる電流を測定する電流測定ステップと、を有する
ことを特徴とする電気化学的分析方法。 - 前記試料は、細胞である
ことを特徴とする請求項10に記載の電気化学的分析方法。
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