JP2013238399A - Sensor system and measuring method of detection object using the sensor system - Google Patents

Sensor system and measuring method of detection object using the sensor system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor system capable of high-speed and high-sensitive measurement with a simple structure.SOLUTION: A sensor system 1 includes an enzyme sensor 10 that detects a substance contained in a predetermined sample as a detection object and inhibiting the activity of enzyme. The sensor system 1 determines the density of the detection object based on a ratio between a first response ratio, which is a ratio between a first reference side response value obtained before bringing a detection sensor part into contact with the sample and a first detection side response value, and a second response ratio, which is a ratio between a second reference side response value obtained after bringing the detection sensor part into contact with the sample and a second detection side response value. Here, the first reference side response value and the second reference side response value are output values output by a reference sensor part after a waiting time has elapsed since the output value of the reference sensor part due to the contact with the substrate has exceeded a response detection threshold value; the first detection side response value and the second detection side response value are output values output by the detection sensor part after a waiting time has elapsed since the output value of the detection sensor part due to the contact with the substrate has exceeded a response detection threshold value.

Description

本発明は、センサシステム及び当該センサシステムを用いた検出対象物質測定方法に関する。   The present invention relates to a sensor system and a detection target substance measuring method using the sensor system.

従来、所定の検出対象物質を検出するバイオセンサが知られている(例えば、特許文献1〜5参照)。具体的には、このようなセンサとしては、例えば、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等がコリンエステラーゼ等の酵素の活性を阻害することを利用して、食品中の有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を検出する酵素センサが知られている。   Conventionally, biosensors that detect a predetermined detection target substance are known (see, for example, Patent Documents 1 to 5). Specifically, as such a sensor, for example, an organophosphorus pesticide or a carbamate pesticide in a food by utilizing the activity of an organophosphorus pesticide, a carbamate pesticide or the like that inhibits the activity of an enzyme such as cholinesterase. An enzyme sensor that detects a substance to be detected such as the like is known.

酵素センサは、感度や選択性には優れているものの、温度やpH等の外部環境の変化の影響を受け易い。
そのため、例えば、検出結果に影響を与える雰囲気状態の変動を検知して補正用電気信号を出力する補正用電極(基質濃度検知電極、pH電極、温度センサ、電気伝導度計測用電極)を設けることにより検出結果を補正することのできる被検知物質測定装置が提案されている(例えば、特許文献6参照)。
Although the enzyme sensor is excellent in sensitivity and selectivity, it is easily affected by changes in the external environment such as temperature and pH.
Therefore, for example, a correction electrode (substrate concentration detection electrode, pH electrode, temperature sensor, electrical conductivity measurement electrode) that detects a change in the atmospheric state that affects the detection result and outputs a correction electric signal is provided. Thus, there has been proposed a detected substance measuring apparatus capable of correcting the detection result (see, for example, Patent Document 6).

特開2012−026994号公報JP 2012-026994 A 特表2002−524021号公報Special Table 2002-54021 特表2000−500380号公報Special Table 2000-500380 特開2006−087303号公報JP 2006-087303 A 特開2005−308720号公報JP 2005-308720 A 特開2005−241537号公報JP 2005-241537 A

しかしながら、特許文献6に記載の装置において、検出結果をより正確に補正するためには、検出結果に影響を与える雰囲気状態の変動に関する情報として温度やpH等の複数種類の情報を得る必要がある。そして、そのためには、温度センサやpH電極等の複数種類の補正用電極を備えなければならず、煩わしいという問題がある。
また、食品の産地・種類の多様化を背景に、食の安全・安心に対する関心が非常に高まっている。特に、残留農薬の問題は特に大きな関心を集めており、食品中の残留農薬の有無に関する安全性の確保が求められている。
現在、残留農薬検査は主に公定法であるGC/MS法、ELISA法などの高度分析装置を用いた検出・定量が行われているが、これらの方法は複雑な前処理や操作技術に対する専門的な知識や技術が必要であり、また、装置も高価で、前処理や計測に長い時間を要するため、コストと迅速性、汎用性が要求される現場でのスクリーニングには適していない。そこで、簡便な方法でありながら、極微量の農薬でも迅速に検出できる高性能な残留農薬等の一次スクリーニングの実現が必要である。
However, in the apparatus described in Patent Document 6, in order to correct the detection result more accurately, it is necessary to obtain a plurality of types of information such as temperature and pH as information relating to changes in the atmospheric state that affect the detection result. . For this purpose, a plurality of types of correction electrodes such as a temperature sensor and a pH electrode must be provided, which is troublesome.
In addition, due to the diversification of food production areas and types, interest in food safety and security is increasing. In particular, the problem of residual agricultural chemicals has attracted a great deal of attention, and there is a demand for ensuring the safety of the presence or absence of residual agricultural chemicals in foods.
Currently, pesticide residue testing is mainly performed with detection and quantification using advanced analytical equipment such as GC / MS and ELISA, which are official methods, but these methods are specialized in complex pretreatment and operation techniques. It requires technical knowledge and technology, and the equipment is expensive, and it takes a long time for pretreatment and measurement. Therefore, it is not suitable for on-site screening that requires cost, quickness, and versatility. Therefore, it is necessary to realize a primary screening of high-performance residual agricultural chemicals that can be detected quickly even with a very small amount of agricultural chemicals, although it is a simple method.

本発明の課題は、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能なセンサシステム及び当該センサシステムを用いた検出対象物質測定方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sensor system capable of high-speed and high-sensitivity measurement with a simple configuration and a detection target substance measurement method using the sensor system.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質を検出する酵素センサを備えるセンサシステムにおいて、
前記酵素センサは、複数の同一構成のセンサ部を備え、当該複数のセンサ部のうちの一部が前記試料に接触させない基準センサ部であるとともに、残りが前記試料に接触させる検出センサ部であり、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる前における、前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づき算出された第1応答比を記憶する記憶手段と、
前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とを取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後における前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づいて、第2応答比を算出する応答比算出手段と、
前記記憶手段に記憶されている第1応答比と、前記応答比算出手段によって算出された第2応答比と、の比率に基づいて、前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段と、を備え、
前記第1応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に前記基準センサ部から取得した第1基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第1検出側応答値と、の比率であり、
前記第1基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が所定の第1応答検出閾値を超えてから所定の第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第1検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が所定の第2応答検出閾値を超えてから所定の第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であり、
前記第2応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に前記基準センサ部から取得した第2基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第2検出側応答値と、の比率であり、
前記第2基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第1応答検出閾値を超えてから前記第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第2検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第2応答検出閾値を超えてから前記第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1
In a sensor system including an enzyme sensor that detects a detection target substance contained in a predetermined sample, using a substance that inhibits the activity of the enzyme as a detection target substance.
The enzyme sensor includes a plurality of sensor units having the same configuration, and a part of the plurality of sensor units is a reference sensor unit that does not contact the sample, and the rest is a detection sensor unit that contacts the sample. ,
Storage means for storing a first response ratio calculated based on an output value of the reference sensor unit and an output value of the detection sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample;
Obtaining means for obtaining an output value of the reference sensor unit and an output value of the detection sensor unit;
Response ratio for calculating a second response ratio based on the output value of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit obtained after the detection sensor unit is brought into contact with the sample, acquired by the acquisition unit A calculation means;
Concentration determination for determining the concentration of the detection target substance contained in the sample based on the ratio between the first response ratio stored in the storage means and the second response ratio calculated by the response ratio calculation means Means, and
The first response ratio includes a first reference-side response value acquired from the reference sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample, and the detection sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample. And the first detection side response value acquired from
The first reference side response value is the reference sensor after a predetermined first waiting time has elapsed after the output value of the reference sensor unit exceeds a predetermined first response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. Output value,
The first detection-side response value is the detection sensor after a predetermined second waiting time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds a predetermined second response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. Output value,
The second response ratio includes the second reference-side response value acquired from the reference sensor unit after the detection sensor unit is brought into contact with the sample, and the detection sensor unit after the detection sensor unit is brought into contact with the sample. And the second detection side response value acquired from
The second reference side response value is a value of the reference sensor unit after the first waiting time has elapsed after the output value of the reference sensor unit exceeds the first response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. Output value,
The second detection-side response value of the detection sensor unit after the second waiting time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. It is an output value.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のセンサシステムにおいて、
前記第1基準側応答値及び前記第2基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第1応答検出閾値を超えてから前記第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値の所定期間の平均値であり、
前記第1検出側応答値及び前記第2検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第2応答検出閾値を超えてから前記第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値の所定期間の平均値であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the sensor system according to claim 1,
The first reference side response value and the second reference side response value are determined by the first waiting time after the output value of the reference sensor unit exceeds the first response detection threshold due to contact with the enzyme substrate. Is the average value of the output value of the reference sensor unit after a predetermined period of time,
The first detection side response value and the second detection side response value are determined as follows: the second waiting time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. After that, the output value of the detection sensor unit is an average value for a predetermined period.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のセンサシステムにおいて、
前記濃度判定手段によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the sensor system according to claim 1 or 2,
A warning means is provided for giving a warning when the density determined by the density determination means exceeds a predetermined warning threshold value.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のセンサシステムにおいて、
ユーザ操作に応じて、前記検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段を備え、
前記濃度判定手段は、前記指定手段によって指定された複数の物質のうちの一つのみが前記試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定し、
前記警告手段は、前記濃度判定手段によって判定された各濃度のうちの一つでも前記警告閾値を超えた場合に警告を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the sensor system according to claim 3,
In accordance with a user operation, comprising a designation means for designating a plurality of substances as the detection target substance,
The concentration determining means determines the concentration of each of the plurality of substances, assuming that only one of the plurality of substances specified by the specifying means is included in the sample,
The warning means performs a warning when even one of the densities determined by the density determination means exceeds the warning threshold value.

請求項5に記載の発明は、請求項1から4の何れか一項に記載のセンサシステムにおいて、
前記酵素センサを着脱自在に支持する支持部を備え、
前記酵素センサは、使い捨て型のセンサであることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the sensor system according to any one of claims 1 to 4,
A support unit for detachably supporting the enzyme sensor;
The enzyme sensor is a disposable sensor.

請求項6に記載の発明は、請求項1から5の何れか一項に記載のセンサシステムにおいて、
前記試料は液体であり、
前記酵素センサは、前記複数のセンサ部それぞれの周りに液溜部を有することを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the sensor system according to any one of claims 1 to 5,
The sample is a liquid;
The enzyme sensor has a liquid reservoir around each of the plurality of sensor parts.

請求項7に記載の発明は、
酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度を請求項1から6の何れか一項に記載のセンサシステムを用いて測定する検出対象物質測定方法において、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる第1接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を前記酵素の基質に接触させる第2接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、前記取得手段によって当該基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とを取得する取得ステップと、
次いで、前記応答比算出手段によって、前記取得ステップで取得された前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とに基づき前記第2応答比を算出する応答比算出ステップと、
次いで、前記濃度判定手段によって、前記記憶手段に記憶されている第1応答比と、前記応答比算出ステップで算出された第2応答比と、の比率に基づき前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定ステップと、を有することを特徴とする。
The invention described in claim 7
7. A method for measuring a substance to be detected, wherein a substance that inhibits the activity of an enzyme is used as a substance to be detected, and the concentration of the substance to be detected contained in a predetermined sample is measured using the sensor system according to claim 1. In
A first contact step for bringing the detection sensor unit into contact with the sample;
Next, in a state where the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment, a second contact step of bringing the reference sensor unit and the detection sensor unit into contact with the enzyme substrate;
Then, the acquisition step of acquiring the output value of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit by the acquisition unit while the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment,
Next, a response ratio calculation step of calculating the second response ratio based on the output value of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit acquired in the acquisition step by the response ratio calculation unit;
Next, based on the ratio between the first response ratio stored in the storage unit and the second response ratio calculated in the response ratio calculation step, the concentration determination unit determines the detection target substance contained in the sample. And a density determination step for determining density.

本発明によれば、温度やpH等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
したがって、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能となる。
According to the present invention, the influence of changes in the external environment such as temperature and pH can be absorbed, so there is no need to keep the external environment constant by using an expensive and complicated mechanism or system, and there is a need for complicated measurement for measurement. Since no adjustment is required, simple measurement is possible.
Therefore, high-speed and high-sensitivity measurement can be performed with a simple configuration.

実施形態のセンサシステムの構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a sensor system of an embodiment. 実施形態の酵素センサの構成の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a structure of the enzyme sensor of embodiment. 実施形態のセンサ部によって検出対象物質を電気化学的に検出する原理の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the principle which detects a detection target substance electrochemically with the sensor part of embodiment. 支持部に装着された酵素センサを示す図である。It is a figure which shows the enzyme sensor with which the support part was mounted | worn. 応答検出閾値(第1応答検出閾値、第2応答検出閾値)、待機時間(第1待機時間、第2待機時間)、基準側応答値(第1基準側応答値、第2基準側応答値)、検出側応答値(第1検出側応答値、第2検出側応答値)を説明するための図である。Response detection threshold (first response detection threshold, second response detection threshold), standby time (first standby time, second standby time), reference side response value (first reference side response value, second reference side response value) FIG. 6 is a diagram for explaining detection-side response values (first detection-side response value, second detection-side response value). 検量線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a calibration curve. 実施例で構成したセンサシステムの評価結果を示す図である。It is a figure which shows the evaluation result of the sensor system comprised in the Example.

以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.

[センサシステムの構成]
まず、本実施形態のセンサシステム1の構成について説明する。
センサシステム1は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を検出するための酵素センサ10を使用して、試料に含まれる検出対象物質を検出又は定量するシステムである。
[Configuration of sensor system]
First, the configuration of the sensor system 1 of the present embodiment will be described.
The sensor system 1 is a system for detecting or quantifying a detection target substance contained in a sample by using an enzyme sensor 10 for detecting a detection target substance such as an organophosphorus pesticide or a carbamate pesticide.

図1は、センサシステム1の構成の一例を示すブロック図である。
センサシステム1は、図1に示すように、主に、複数の同一構成のセンサ部Seを有する酵素センサ10と、センサ部Seと接続する取得部20と、キー群やタッチパネルを備える操作部30と、ディスプレイを備える表示部40と、取得部20、操作部30及び表示部40と接続する制御部50と、を備えて構成される。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the sensor system 1.
As shown in FIG. 1, the sensor system 1 mainly includes an enzyme sensor 10 having a plurality of sensor units Se having the same configuration, an acquisition unit 20 connected to the sensor unit Se, and an operation unit 30 including a key group and a touch panel. And a display unit 40 including a display, and a control unit 50 connected to the acquisition unit 20, the operation unit 30, and the display unit 40.

本実施形態のセンサシステム1が備える酵素センサ10は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を、当該検出対象物質がコリンエステラーゼ等の酵素の活性を阻害することを利用して電気化学的に検出するためのセンサである。
図2は、酵素センサ10の構成の一例を示す斜視図である。
酵素センサ10は、図2に示すように、主に、基板11と、基板11上に形成された電極12(作用電極121、対電極122及び参照電極123)と作用電極121上に形成された電子伝達体層13と当該電子伝達体層13上に形成された酵素層14とからなるセンサ部Seと、センサ部Seの酵素層14の周囲に液溜を形成するための液溜形成部15と、センサ部Seの電極12からの配線を保護するための絶縁膜16と、を備えて構成される。
なお、本実施形態において、酵素センサ10は、2つのセンサ部Seを備えているが、これに限定されるものではなく、酵素センサ10が備えるセンサ部Seの個数は複数であれば適宜任意に変更可能である。
The enzyme sensor 10 included in the sensor system 1 of the present embodiment is an electrochemical sensor that utilizes a substance to be detected such as an organophosphorus pesticide or a carbamate pesticide, by inhibiting the activity of an enzyme such as cholinesterase. It is a sensor for detecting automatically.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of the enzyme sensor 10.
As shown in FIG. 2, the enzyme sensor 10 is mainly formed on the substrate 11, the electrode 12 (working electrode 121, counter electrode 122 and reference electrode 123) formed on the substrate 11, and the working electrode 121. A sensor part Se composed of an electron carrier layer 13 and an enzyme layer 14 formed on the electron carrier layer 13 and a liquid reservoir forming part 15 for forming a liquid reservoir around the enzyme layer 14 of the sensor part Se. And an insulating film 16 for protecting the wiring from the electrode 12 of the sensor unit Se.
In the present embodiment, the enzyme sensor 10 includes two sensor units Se. However, the present invention is not limited to this, and the enzyme sensor 10 may be arbitrarily selected as long as the number of sensor units Se included in the enzyme sensor 10 is plural. It can be changed.

基板11は、例えば、シリコン、セラミックス、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料(例えば、微生物生産ポリエステル等)等からなる絶縁性基板である。   The substrate 11 is an insulating substrate made of, for example, silicon, ceramics, glass, plastic, paper, biodegradable material (for example, microorganism-produced polyester) or the like.

センサ部Seの電極12は、例えば、スクリーン印刷法によって基板11上に形成された導電層である。
作用電極121としては、例えば、金、白金、銅、アルミニウム等の貴金属や、SnO、In、WO、TiO、グラファイト、グラフェン、グラッシカーボンなどを用いることができる。
対電極122としては、例えば、二極方式の場合は銀、三極方式の場合は銀やその他の金属を用いることができる。
参照電極123としては、例えば、カロメル電極、銀/塩化銀等を用いることができる。
The electrode 12 of the sensor unit Se is a conductive layer formed on the substrate 11 by, for example, a screen printing method.
As the working electrode 121, for example, a noble metal such as gold, platinum, copper, and aluminum, SnO 2 , In 2 O 3 , WO 3 , TiO 2 , graphite, graphene, glassy carbon, or the like can be used.
As the counter electrode 122, for example, silver can be used in the case of the bipolar system, and silver or other metals can be used in the case of the tripolar system.
As the reference electrode 123, for example, a calomel electrode, silver / silver chloride, or the like can be used.

なお、酵素センサ10の電極方式は、作用電極と対電極と参照電極との三極方式に限定されるものではなく、作用電極と対電極との二極方式であっても良い。
また、電極12は、スクリーン印刷法によって形成されたものに限定されるものではなく、電極12の形成方法は適宜任意に変更可能である。具体的には、電極12は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等によって形成することも可能である。
In addition, the electrode system of the enzyme sensor 10 is not limited to the tripolar system of the working electrode, the counter electrode, and the reference electrode, and may be a bipolar system of the working electrode and the counter electrode.
Moreover, the electrode 12 is not limited to what was formed by the screen printing method, The formation method of the electrode 12 can be changed arbitrarily arbitrarily. Specifically, the electrode 12 can be formed by, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like.

また、作用電極121、対電極122及び参照電極123の大きさ、形状、構成には、特に制限はない。
具体的には、例えば、これらの電極は、市販の電解セル、測定セル等で使用する大きな電極であっても良いし、ディスク電極、回転リングディスク電極、ファイバー電極等であっても良いし、例えば、フォトリソグラフィー等の公知の微細加工技術により作製した微小電極(円盤電極、円筒電極、帯状電極、配列帯状電極、配列円盤電極、リング電極、球状電極、櫛型電極、ペア電極等)であっても良い。また、作用電極121、対電極122及び参照電極123はそれぞれ同じ大きさ、形状、構成であっても良いし、異なる大きさ、形状、構成であっても良い。
In addition, the size, shape, and configuration of the working electrode 121, the counter electrode 122, and the reference electrode 123 are not particularly limited.
Specifically, for example, these electrodes may be large electrodes used in commercially available electrolytic cells, measurement cells, etc., or may be disk electrodes, rotating ring disk electrodes, fiber electrodes, etc. For example, microelectrodes (disc electrodes, cylindrical electrodes, strip electrodes, array strip electrodes, array disc electrodes, ring electrodes, spherical electrodes, comb electrodes, pair electrodes, etc.) produced by known microfabrication techniques such as photolithography. May be. Further, the working electrode 121, the counter electrode 122, and the reference electrode 123 may have the same size, shape, and configuration, or may have different sizes, shapes, and configurations.

センサ部Seの酵素層14は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質によって活性が阻害される酵素(具体的には、アセチルコリンエステラーゼ(AChE)やブチリルコリンエステラーゼ(BChE)等のコリンエステラーゼ)を含む層である。
なお、酵素層14には、一種類の酵素のみが含まれていても良いし、複数種類の酵素が含まれていても良い。
また、酵素層14には、酵素の活性の発現を触媒するための補酵素等が含まれていても良い。
The enzyme layer 14 of the sensor unit Se is an enzyme whose activity is inhibited by a detection target substance such as an organophosphorus pesticide or a carbamate pesticide (specifically, a cholinesterase such as acetylcholinesterase (AChE) or butyrylcholinesterase (BChE)). ).
The enzyme layer 14 may include only one type of enzyme or a plurality of types of enzymes.
The enzyme layer 14 may contain a coenzyme for catalyzing the expression of the enzyme activity.

ここで、本実施形態において、酵素は、メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された状態で酵素層14に含まれていることとする。
すなわち、本実施形態の酵素層14は、メソ多孔性シリカと、当該メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された酵素と、からなる層である。
なお、本実施形態では、細孔の内部に酵素が固定された粉末状のメソ多孔性シリカとバインダーとを混合したものを電子伝達体層13上に塗布することによって酵素層14を形成するようにしたが、酵素層14の形成方法は、これに限定されるものではない。例えば、細孔の内部に酵素が固定されていない粉末状のメソ多孔性シリカとバインダーとを混合したものを電子伝達体層13上に塗布してメソ多孔性シリカ層を形成し、当該メソ多孔性シリカ層の細孔の内部に酵素を固定することによって酵素層14を形成することも可能である。
また、メソ多孔性シリカの形状は、粉末状に限定されるものではなく、適宜任意に変更可能であり、顆粒状、シート状、バルク状、膜状等であっても良い。
Here, in this embodiment, it is assumed that the enzyme is contained in the enzyme layer 14 in a state of being fixed inside the pores of the mesoporous silica.
That is, the enzyme layer 14 of this embodiment is a layer composed of mesoporous silica and an enzyme fixed inside the pores of the mesoporous silica.
In the present embodiment, the enzyme layer 14 is formed by applying a mixture of powdered mesoporous silica in which an enzyme is fixed in the pores and a binder onto the electron carrier layer 13. However, the formation method of the enzyme layer 14 is not limited to this. For example, a mesoporous silica layer is formed by applying a mixture of powdered mesoporous silica in which an enzyme is not fixed in the pores and a binder onto the electron carrier layer 13 to form the mesoporous silica layer. It is also possible to form the enzyme layer 14 by fixing the enzyme inside the pores of the porous silica layer.
Further, the shape of the mesoporous silica is not limited to a powder shape, and can be arbitrarily changed as appropriate, and may be a granular shape, a sheet shape, a bulk shape, a film shape, or the like.

本実施形態において、酵素層14に含まれるメソ多孔性シリカは、粉末状であり、例えば、ケイ酸やアルミナなどの各種金属酸化物、ケイ酸と他種の金属との複合酸化物等によって構成することができる。
例えば、ケイ酸により構成されるメソ多孔性シリカの作製においては、例えば、カネマイトのような層状シリケート、アルコキシシラン、シリカゲル、水ガラス、ケイ酸ソーダ等を好ましく用いることができる。
具体的には、メソ多孔性シリカは、例えば、無機材料を界面活性剤と混合反応させて、界面活性剤のミセルの周りに無機の骨格が形成された界面活性剤/無機複合体を形成させた後、例えば、400℃〜600℃で焼成したり有機溶剤で抽出したりする等して界面活性剤を除去することにより作製される。これにより、メソ多孔性シリカは、無機骨格中に、界面活性剤のミセルと同じ形状のメソポア細孔を有するものとなる。
In the present embodiment, the mesoporous silica contained in the enzyme layer 14 is in a powder form, and includes, for example, various metal oxides such as silicic acid and alumina, composite oxides of silicic acid and other types of metals, and the like. can do.
For example, in the production of mesoporous silica composed of silicic acid, for example, layered silicate such as kanemite, alkoxysilane, silica gel, water glass, sodium silicate and the like can be preferably used.
Specifically, the mesoporous silica is formed by, for example, mixing and reacting an inorganic material with a surfactant to form a surfactant / inorganic composite in which an inorganic skeleton is formed around the micelle of the surfactant. Then, for example, it is produced by removing the surfactant by baking at 400 ° C. to 600 ° C. or extracting with an organic solvent. Thus, the mesoporous silica has mesopore pores having the same shape as the micelles of the surfactant in the inorganic skeleton.

メソ多孔性シリカの作製において、ケイ酸等のケイ素含有化合物を出発材料とする場合には、例えば、カネマイトのような層状シリケートを形成して、この層間にミセルを挿入し、そして、ミセルが存在しない層間をシリケート分子でつなぎ、その後、ミセルを除去することによって細孔を形成することができる。
また、メソ多孔性シリカの作製において、水ガラス等のケイ素含有物質を出発材料とする場合には、例えば、ミセルの周囲にシリケート分子を集合させて重合させることによりシリカを形成し、その後、ミセルを除去することによって細孔を形成することができる。この場合、通常、ミセルの形状は柱状となり、その結果、メソ多孔性シリカに、柱状の細孔が形成されることになる。
メソ多孔性シリカは、作製段階で、界面活性剤のアルキル鎖の長さを変えてミセルの径を変化させることによって、細孔の内径を制御することができる。また、界面活性剤と併せて、トリメチルベンゼン、トリプロピルベンゼン等の比較的疎水性の分子を添加することによって、ミセルを膨潤させ、さらに大きな内径の細孔を形成することもできる。
In the production of mesoporous silica, when a silicon-containing compound such as silicic acid is used as a starting material, for example, a layered silicate such as kanemite is formed, and micelles are inserted between the layers. The pores can be formed by connecting the non-performing layers with silicate molecules and then removing the micelles.
In the production of mesoporous silica, when a silicon-containing substance such as water glass is used as a starting material, for example, silica is formed by collecting and polymerizing silicate molecules around the micelle, and then the micelle. By removing, pores can be formed. In this case, the micelle shape is usually a columnar shape, and as a result, columnar pores are formed in the mesoporous silica.
In the mesoporous silica, the inner diameter of the pores can be controlled by changing the micelle diameter by changing the length of the alkyl chain of the surfactant in the production stage. In addition, by adding relatively hydrophobic molecules such as trimethylbenzene and tripropylbenzene together with the surfactant, the micelles can be swollen to form pores with a larger inner diameter.

メソ多孔性シリカにおける細孔の配向は、ランダムであっても、一次元シリカナノチャンネルの集合体のように方向性が制御されたものであってもよい。
メソ多孔性シリカの種類としては、細孔のサイズが均一であり、且つ、大きな空隙率を持つという特徴を有する、例えば、KSW、FSM、SBA、MCM、HOM等の公知の種類を採用することができる。
The orientation of the pores in the mesoporous silica may be random, or the orientation may be controlled like an aggregate of one-dimensional silica nanochannels.
As the type of mesoporous silica, a known type such as KSW, FSM, SBA, MCM, HOM, etc., having the characteristics of uniform pore size and high porosity is adopted. Can do.

メソ多孔性シリカの細孔のサイズは、当該メソ多孔性シリカに固定する酵素の立体構造の変化を防止可能な程度に設定されていることが好ましい。これにより、酵素の立体構造を維持することができ、メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された酵素(すなわち、酵素層14に含まれる酵素)を安定化することができる。
具体的には、メソ多孔性シリカの細孔のサイズは、酵素(酵素分子又は活性部位を含む酵素の断片)のサイズの0.5〜2.0倍程度であることが好ましく、酵素のサイズの0.7〜1.4倍程度であることがより好ましく、酵素のサイズとほぼ同等であることが最も好ましい。すなわち、メソ多孔性シリカの細孔の直径(中心細孔直径)は、酵素の直径の0.5〜2.0倍程度であることが好ましく、酵素の直径の0.7〜1.4倍程度であることがより好ましく、酵素の直径とほぼ同等であることが最も好ましい。なお、具体的な中心細孔直径の値は、酵素の直径との関係で決定されるので一律には規定できないが、例えば、1〜50nm程度とすることができる。
The pore size of the mesoporous silica is preferably set to such an extent that the change in the three-dimensional structure of the enzyme immobilized on the mesoporous silica can be prevented. Thereby, the three-dimensional structure of the enzyme can be maintained, and the enzyme fixed inside the pores of the mesoporous silica (that is, the enzyme contained in the enzyme layer 14) can be stabilized.
Specifically, the size of the pores of mesoporous silica is preferably about 0.5 to 2.0 times the size of the enzyme (enzyme molecule or enzyme fragment containing an active site). Is more preferably about 0.7 to 1.4 times, most preferably about the size of the enzyme. That is, the diameter of the pores of the mesoporous silica (center pore diameter) is preferably about 0.5 to 2.0 times the diameter of the enzyme, and 0.7 to 1.4 times the diameter of the enzyme. More preferably, it is about the same as the enzyme diameter. In addition, since the specific value of the center pore diameter is determined by the relationship with the diameter of the enzyme and cannot be defined uniformly, it can be set to, for example, about 1 to 50 nm.

ここで、酵素が多量体を形成する場合には、酵素のサイズ(径)は、多量体のサイズ(径)とすることができる。ここで、多量体とは、2以上の酵素(タンパク質)が、直接に、又は水などの低分子を介して結合してなる化合物をいい、結合には、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合が含まれる。しかし、これらの結合の種類は、特に制限されない。   Here, when the enzyme forms a multimer, the size (diameter) of the enzyme can be the size (diameter) of the multimer. Here, the multimer refers to a compound in which two or more enzymes (proteins) are bonded directly or via a small molecule such as water, and the bond includes a covalent bond, an ionic bond, a hydrogen bond, Coordination bonds are included. However, the type of these bonds is not particularly limited.

メソ多孔性シリカの比表面積は、例えば、200〜1500m程度である。
メソ多孔性シリカの細孔の深さは、2nm以上である。具体的には、好ましい深さの範囲は20〜1000nmであり、より好ましい深さの範囲は50〜500nmであり、最も好ましい深さの範囲は50〜150nmである。
メソ多孔性シリカの細孔のピッチは、細孔のピッチを細孔の中心間の距離と定義すると、好ましいピッチは2〜500nmであり、より好ましいピッチは2〜100nmであり、最も好ましいピッチは2〜50nmである。
The specific surface area of mesoporous silica is, for example, about 200 to 1500 m 2 .
The depth of the pores of mesoporous silica is 2 nm or more. Specifically, the preferable depth range is 20 to 1000 nm, the more preferable depth range is 50 to 500 nm, and the most preferable depth range is 50 to 150 nm.
When the pitch of the pores of the mesoporous silica is defined as the distance between the centers of the pores, the preferable pitch is 2 to 500 nm, the more preferable pitch is 2 to 100 nm, and the most preferable pitch is 2-50 nm.

このように、本実施形態において、酵素層14は、メソ多孔性シリカと、当該メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された酵素と、からなり、当該メソ多孔性シリカの細孔のサイズは、酵素のサイズの0.5〜2.0倍に設定されている。
したがって、メソ多孔性シリカの細孔の内部に、酵素をしっかりと固定することができるので、酵素の立体構造の変化が防止され、優れた安定性を有し、且つ、長寿命の酵素センサ10を実現することが可能である。
また、メソ多孔性シリカは多孔質であり、比表面積が非常に大きい。したがって、メソ多孔性シリカを担体として用いると、高濃度に酵素を固定することができる。さらに、メソ多孔性シリカの細孔の内部に酵素をしっかりと固定することで、酵素は適度に分散された状態に維持されるため、酵素が凝集を起こして失活する等を回避することができる。すなわち、細孔のサイズが、酵素のサイズの0.5〜2.0倍に設定されているメソ多孔性シリカを担体として用いることで、高濃度に酵素を固定することができるとともに、酵素が凝集を起こして失活する等を避けることができるため、優れた感度を有する酵素センサ10を実現することが可能となる。
Thus, in this embodiment, the enzyme layer 14 is composed of mesoporous silica and an enzyme fixed inside the pores of the mesoporous silica, and the size of the pores of the mesoporous silica. Is set to 0.5 to 2.0 times the size of the enzyme.
Therefore, since the enzyme can be firmly fixed inside the pores of the mesoporous silica, the change in the three-dimensional structure of the enzyme is prevented, and the enzyme sensor 10 has excellent stability and has a long life. Can be realized.
Mesoporous silica is porous and has a very large specific surface area. Therefore, when mesoporous silica is used as a carrier, the enzyme can be immobilized at a high concentration. Furthermore, by fixing the enzyme firmly inside the pores of the mesoporous silica, the enzyme is maintained in a moderately dispersed state, so that the enzyme can be prevented from aggregating and deactivating. it can. That is, by using mesoporous silica whose pore size is set to 0.5 to 2.0 times the size of the enzyme as a carrier, the enzyme can be immobilized at a high concentration, and the enzyme Since it is possible to avoid inactivation due to aggregation, it is possible to realize the enzyme sensor 10 having excellent sensitivity.

なお、酵素層14は、メソ多孔性シリカ以外の多孔質体と、当該多孔質体の細孔の内部に固定された酵素と、からなる層であっても良い。この場合、当該多孔質体の細孔のサイズは、酵素のサイズの0.5〜2.0倍程度であることが好ましく、酵素のサイズの0.7〜1.4倍程度であることがより好ましく、酵素のサイズとほぼ同等であることが最も好ましい。
また、酵素は多孔質体の細孔の内部に固定されていなくても良く、例えば、酵素層14は、ポリビニルアルコール樹脂等の所定の樹脂と、当該樹脂に混合された酵素と、からなる層であっても良い。
The enzyme layer 14 may be a layer composed of a porous body other than mesoporous silica and an enzyme fixed inside the pores of the porous body. In this case, the size of the pores of the porous body is preferably about 0.5 to 2.0 times the size of the enzyme, and about 0.7 to 1.4 times the size of the enzyme. More preferably, it is most preferably approximately equal to the size of the enzyme.
The enzyme may not be fixed inside the pores of the porous body. For example, the enzyme layer 14 is a layer formed of a predetermined resin such as a polyvinyl alcohol resin and an enzyme mixed with the resin. It may be.

センサ部Seの電子伝達体層13は、酵素層14に含まれる酵素と電極12(具体的には、作用電極121)との間の電子の受け渡しを促進するための電子伝達体を含む層である。
なお、本実施形態では、電子伝達体層13に含まれる電子伝達体として、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)を用いるが、これに限定されるものではなく、電子伝達体層13に含まれる電子伝達体は、例えば、金属フタロシアニン、プルシアンブルー、メルドラブルー、カリウムフェロシアニド、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、HBT、ABTS、ビオルリン酸(violuric acid、Vio)、NNS、3−ヒドロキシアントラニル酸(3−HAA)、4−アミノアンチピリン、HOBt等であっても良い。
また、電子伝達体層13には、一種類の電子伝達体のみが含まれていても良いし、複数種類の電子伝達体が含まれていても良い。
The electron carrier layer 13 of the sensor unit Se is a layer that includes an electron carrier for promoting the transfer of electrons between the enzyme contained in the enzyme layer 14 and the electrode 12 (specifically, the working electrode 121). is there.
In this embodiment, TCNQ (tetracyanoquinodimethane) is used as the electron carrier contained in the electron carrier layer 13, but is not limited to this, and the electrons contained in the electron carrier layer 13 are not limited thereto. The transmitter is, for example, metal phthalocyanine, Prussian blue, Meldola blue, potassium ferrocyanide, potassium ferricyanide, ferrocene, ferrocene derivative, benzoquinone, quinone derivative, osmium complex, HBT, ABTS, biophosphoric acid (violuric acid, Vio), NNS, 3-hydroxyanthranilic acid (3-HAA), 4-aminoantipyrine, HOBt, etc. may be used.
Further, the electron carrier layer 13 may contain only one type of electron carrier, or may contain a plurality of types of electron carriers.

液溜形成部15は、基板11上に形成されたセンサ部Seを取り囲む円筒状の部材である。基板11のセンサ部Seが形成された側の面上に液溜形成部15を配置すると、液溜形成部15の一方の開口端(下端)側が閉塞されるため、液溜形成部15内に液体(例えば、検出対象物質を含む試料液)を溜めることができる。
すなわち、酵素センサ10は、複数のセンサ部Seそれぞれの周りに液溜部を有している。
The liquid reservoir forming part 15 is a cylindrical member surrounding the sensor part Se formed on the substrate 11. When the liquid reservoir forming portion 15 is disposed on the surface of the substrate 11 on which the sensor portion Se is formed, one opening end (lower end) side of the liquid reservoir forming portion 15 is closed. A liquid (for example, a sample liquid containing a detection target substance) can be stored.
That is, the enzyme sensor 10 has a liquid reservoir around each of the plurality of sensors Se.

ここで、本実施形態のセンサ部Seによって、検出対象物質を電気化学的に検出する原理の一例について、図3を参照して説明する。
センサ部Seを取り囲む液溜形成部15内に基質(アセチルチオコリン(或いは、ブチリルチオコリン))を含む基質溶液を滴下して、センサ部Seを基質に接触させると、図3に示すように、センサ部Seの酵素(コリンエステラーゼ)は、選択的触媒作用により基質を分解して、チオコリンを生成する。
次いで、作用電極121を正にして、作用電極121と参照電極123との間に電圧を印加することにより液溜形成部15内の基質溶液に対して電圧を印加すると、チオコリンは、電子伝達体(TCNQ)を介して間接的に電子(e)を作用電極121に渡し、ジチオビスコリンになる。この際、作用電極121と対電極122との間には、還元型の電子伝達体を再酸化する電流が流れる。当該電流の値(以下「応答電流値」と称する。)は、酵素の活性に比例するため、応答電流値を測定することにより、その測定された応答電流値から酵素の活性を求めることができる。
Here, an example of the principle of electrochemically detecting the detection target substance by the sensor unit Se of the present embodiment will be described with reference to FIG.
When a substrate solution containing a substrate (acetylthiocholine (or butyrylthiocholine)) is dropped into the liquid reservoir forming unit 15 surrounding the sensor unit Se and the sensor unit Se is brought into contact with the substrate, as shown in FIG. The enzyme (cholinesterase) of the sensor unit Se decomposes the substrate by selective catalytic action to generate thiocholine.
Next, when the working electrode 121 is made positive and a voltage is applied between the working electrode 121 and the reference electrode 123 to apply a voltage to the substrate solution in the liquid reservoir forming part 15, thiocholine becomes an electron carrier. Electrons (e ) are indirectly transferred to the working electrode 121 via (TCNQ) to become dithiobischoline. At this time, a current for reoxidizing the reduced electron carrier flows between the working electrode 121 and the counter electrode 122. Since the current value (hereinafter referred to as “response current value”) is proportional to the activity of the enzyme, the activity of the enzyme can be determined from the measured response current value by measuring the response current value. .

有機リン系農薬は、コリンエステラーゼ等の酵素に不可逆的に、また、カーバメート系農薬は、コリンエステラーゼ等の酵素に可逆的に結合して、触媒作用(活性)を阻害する。
そのため、検出対象物質に接触させる前のセンサ部Seにおける酵素の活性と、検出対象物質に接触させた後のセンサ部Seにおける酵素の活性と、を比較して、検出対象物質によって酵素の活性が阻害されることに伴い生じる酵素の活性の低下度合いから、試料中の検出対象物質の濃度を測定することができる。
Organophosphorus pesticides bind irreversibly to enzymes such as cholinesterase, and carbamate pesticides reversibly bind to enzymes such as cholinesterase to inhibit catalytic action (activity).
Therefore, the enzyme activity in the sensor unit Se before contacting the detection target substance is compared with the enzyme activity in the sensor unit Se after contacting the detection target substance. The concentration of the detection target substance in the sample can be measured from the degree of decrease in the activity of the enzyme caused by the inhibition.

センサシステム1は、酵素センサ10が有するセンサ部Seの個数と同数の取得部20(本実施形態の場合、2つの取得部20)を備えている。
取得部20は、図1に示すように、電圧印加部21と電流測定部22とを備えており、接続手段20aを介して対応するセンサ部Seに接続される。
電圧印加部21は、センサ部Seの電極12に所定の電圧値の電圧を印加する。具体的には、電圧印加部21は、作用電極121と参照電極123との間に電圧を印加するよう構成されている。
また、電流測定部22は、電圧印加部21による電圧印加時にセンサ部Seの電極12に流れる電流値を応答電流値として測定するよう構成されている。
The sensor system 1 includes the same number of acquisition units 20 (two acquisition units 20 in the present embodiment) as the number of sensor units Se included in the enzyme sensor 10.
As shown in FIG. 1, the acquisition unit 20 includes a voltage application unit 21 and a current measurement unit 22, and is connected to a corresponding sensor unit Se via a connection unit 20a.
The voltage application unit 21 applies a voltage having a predetermined voltage value to the electrode 12 of the sensor unit Se. Specifically, the voltage application unit 21 is configured to apply a voltage between the working electrode 121 and the reference electrode 123.
The current measuring unit 22 is configured to measure a current value flowing through the electrode 12 of the sensor unit Se when a voltage is applied by the voltage applying unit 21 as a response current value.

本実施形態において、酵素センサ10は、使い捨て型のセンサである。
そして、センサシステム1は、酵素センサ10を着脱自在に支持する支持部(センサヘッド)1a(図4参照)を備えており、この支持部1aに酵素センサ10を装着すると、当該酵素センサ10が備える各センサ部Seが接続手段20aと接続するよう構成されている。また、この支持部1aは、配線1bを介して取得部20に接続されている。
In the present embodiment, the enzyme sensor 10 is a disposable sensor.
The sensor system 1 includes a support part (sensor head) 1a (see FIG. 4) that detachably supports the enzyme sensor 10, and when the enzyme sensor 10 is attached to the support part 1a, the enzyme sensor 10 is Each sensor unit Se provided is configured to be connected to the connection means 20a. Moreover, this support part 1a is connected to the acquisition part 20 via the wiring 1b.

操作部30は、キー群やタッチパネルを備えており、押下されたキーの種類やタッチパネルの位置に対応する信号を制御部50に出力するよう構成されている。   The operation unit 30 includes a key group and a touch panel, and is configured to output a signal corresponding to the type of pressed key and the position of the touch panel to the control unit 50.

表示部40は、液晶ディスプレイ等のディスプレイを備えており、制御部50から入力される表示信号に基づいて各種情報をディスプレイに表示するよう構成されている。ここで、本実施形態において、表示部40のディスプレイは、操作部30のタッチパネルと一体的に形成されており、ユーザによるタッチ操作を受け付け可能となっている。   The display unit 40 includes a display such as a liquid crystal display, and is configured to display various information on the display based on a display signal input from the control unit 50. Here, in the present embodiment, the display of the display unit 40 is formed integrally with the touch panel of the operation unit 30 and can accept a touch operation by the user.

制御部50は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を備えて構成されており、センサシステム1を統括的に制御するよう構成されている。   The control unit 50 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like, and is configured to comprehensively control the sensor system 1.

[検出対象物質測定方法]
次に、試料に含まれる検出対象物質の濃度を、センサシステム1を用いて測定する検出対象物質測定方法の一例について説明する。
[Detection target substance measurement method]
Next, an example of a detection target substance measurement method for measuring the concentration of the detection target substance contained in the sample using the sensor system 1 will be described.

酵素センサ10が備える複数のセンサ部Seのうちの一部を試料に接触させない基準センサ部とするとともに、残りを試料に接触させる検出センサ部とする。本実施形態の場合、酵素センサ10が備える左右に並ぶ2つのセンサ部Seのうち、一方(例えば、左側のセンサ部Se)を基準センサとするとともに、他方(例えば、右側のセンサ部Se)を検出センサとする。
また、制御部50は、当該制御部50内の記憶領域に、検出センサ部を試料に接触させる前における、基準センサ部の出力値(応答電流値)と当該検出センサ部の出力値(応答電流値)とに基づき算出された第1応答比を記憶している。すなわち、制御部50が、検出センサ部を試料に接触させる前における、基準センサ部の出力値(応答電流値)と当該検出センサ部の出力値(応答電流値)とに基づき算出された第1応答比を記憶する記憶手段として機能する。
A part of the plurality of sensor parts Se included in the enzyme sensor 10 is used as a reference sensor part that does not contact the sample, and the rest is used as a detection sensor part that contacts the sample. In the case of the present embodiment, one of the two sensor units Se arranged on the left and right sides of the enzyme sensor 10 (for example, the left sensor unit Se) is used as a reference sensor, and the other (for example, the right sensor unit Se) is used. A detection sensor is used.
In addition, the control unit 50 stores the output value (response current value) of the reference sensor unit and the output value (response current) of the reference sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample in the storage area in the control unit 50. Value) and the first response ratio calculated based on the value. That is, the control unit 50 calculates the first calculated based on the output value (response current value) of the reference sensor unit and the output value (response current value) of the detection sensor unit before the detection sensor unit contacts the sample. It functions as a storage means for storing the response ratio.

ここで、第1応答比は、検出センサ部を試料に接触させる前に基準センサ部から取得した第1基準側応答値と、検出センサ部を試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第1検出側応答値と、の比率である。
第1基準側応答値及び第1検出側応答値は、例えば図5(a)に示すようにして求めることができる。
具体的には、第1基準側応答値は、基準センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値(応答電流値)が予め定められた所定の第1応答検出閾値を超えてから予め定められた所定の第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値(応答電流値)である。
また、第1検出側応答値は、検出センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値(応答電流値)が予め定められた所定の第2応答検出閾値を超えてから予め定められた所定の第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値(応答電流値)である。
したがって、本実施形態の場合、検出センサ部を試料に接触させる前に、基準センサ部を取り囲む液溜形成部15と、検出センサ部を取り囲む液溜形成部15と、の双方に基質溶液を滴下して基準センサ部及び検出センサ部からそれぞれ第1基準側応答値及び第1検出側応答値を取得し、第1応答比を算出して制御部50に記憶しておく必要がある。
Here, the first response ratio is acquired from the first reference side response value acquired from the reference sensor unit before contacting the detection sensor unit with the sample, and from the detection sensor unit before contacting the detection sensor unit with the sample. It is a ratio to the first detection side response value.
The first reference-side response value and the first detection-side response value can be obtained, for example, as shown in FIG.
Specifically, the first reference side response value is a predetermined first value in which an output value (response current value) of the reference sensor unit is determined in advance by contact between the reference sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. This is an output value (response current value) of the reference sensor unit after a predetermined first standby time elapses after exceeding one response detection threshold.
The first detection-side response value is a predetermined second response detection in which an output value (response current value) of the detection sensor unit is determined in advance by contact between the detection sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. It is an output value (response current value) of the detection sensor unit after a predetermined second waiting time that has been determined in advance from exceeding the threshold value.
Therefore, in the case of this embodiment, before bringing the detection sensor unit into contact with the sample, the substrate solution is dropped onto both the liquid reservoir forming unit 15 surrounding the reference sensor unit and the liquid reservoir forming unit 15 surrounding the detection sensor unit. Thus, it is necessary to obtain the first reference side response value and the first detection side response value from the reference sensor unit and the detection sensor unit, calculate the first response ratio, and store the first response ratio in the control unit 50.

なお、第1応答検出閾値と第2応答検出閾値は、同一の値であってもよいし、異なる値であっても良い。
また、第1待機時間の長さと第2待機時間の長さは、同一であってもよいし、異なっても良い。
Note that the first response detection threshold and the second response detection threshold may be the same value or different values.
Further, the length of the first waiting time and the length of the second waiting time may be the same or different.

また、第1基準側応答値及び第1検出側応答値は、例えば図5(b)に示すように、応答電流値の所定期間の平均値であっても良い。
具体的には、第1基準側応答値は、基準センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値(応答電流値)が第1応答検出閾値を超えてから第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値(応答電流値)の所定期間の平均値であっても良い。
同様に、第1検出側応答値は、検出センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値(応答電流値)が第2応答検出閾値を超えてから第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値(応答電流値)の所定期間の平均値であっても良い。
Further, the first reference side response value and the first detection side response value may be an average value of response current values for a predetermined period as shown in FIG. 5B, for example.
Specifically, the first reference side response value is such that the output value (response current value) of the reference sensor unit exceeds the first response detection threshold due to contact between the reference sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. It may be an average value of a predetermined period of the output value (response current value) of the reference sensor unit after the first standby time has elapsed.
Similarly, the first detection-side response value is obtained after the output value (response current value) of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold value due to contact between the detection sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. It may be an average value of a predetermined period of the output value (response current value) of the detection sensor unit after the second standby time has elapsed.

そして、まず、ユーザは、試料を作製する。本実施形態では、農作物に付着している残留農薬を測定するための試料を作製することとする。
具体的には、例えば、所定量(例えば、約100g)の農作物をポリ袋に入れる。この際、農作物の大きさや重さが問題となる場合には、適当な大きさに切ってからポリ袋に入れる。
次いで、農作物と等量の有機溶媒溶液(例えば、5%アセトニトリル溶液)を当該ポリ袋に入れる。
次いで、当該ポリ袋の口を閉じて、当該ポリ袋を所定時間(例えば、30秒間)強く振り、農作物に付着している残留農薬を有機溶媒溶液で抽出する。
次いで、当該ポリ袋内の有機溶媒溶液(残留農薬を含む有機溶媒溶液)をろ過して土等を取り除く。これにより、試料(試料液)を作製することができる。
なお、試料の作製手順は、ここに示した手順に限定されるものではなく、適宜任意に変更可能である。また、試料の種類は、農作物に付着している残留農薬を測定するための試料に限定されるものではなく、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を含む試料であれば適宜任意に変更可能である。
First, the user creates a sample. In the present embodiment, a sample for measuring residual agricultural chemicals adhering to agricultural products is prepared.
Specifically, for example, a predetermined amount (for example, about 100 g) of agricultural products is put in a plastic bag. At this time, if the size and weight of the crops are a problem, cut them into appropriate sizes before placing them in a plastic bag.
Next, an organic solvent solution (for example, 5% acetonitrile solution) equivalent to the crop is put in the plastic bag.
Next, the mouth of the plastic bag is closed, the plastic bag is shaken strongly for a predetermined time (for example, 30 seconds), and residual agricultural chemicals adhering to the crop are extracted with an organic solvent solution.
Next, the organic solvent solution (organic solvent solution containing residual agricultural chemicals) in the plastic bag is filtered to remove soil and the like. Thereby, a sample (sample liquid) can be produced.
Note that the sample preparation procedure is not limited to the procedure shown here, and can be arbitrarily changed as appropriate. The type of the sample is not limited to the sample for measuring the residual pesticide adhering to the crop. Any sample may be used as long as it contains a detection target substance such as an organophosphorus pesticide or a carbamate pesticide. Can be changed.

次いで、ユーザは、検出センサ部を試料に接触させる(第1接触ステップ)。
具体的には、例えば、検出センサ部を取り囲む液溜形成部15内に、作製した試料(試料液)を滴下することによって、当該検出センサ部を試料に接触させる。
Next, the user brings the detection sensor unit into contact with the sample (first contact step).
Specifically, for example, by dropping the prepared sample (sample liquid) into the liquid reservoir forming unit 15 surrounding the detection sensor unit, the detection sensor unit is brought into contact with the sample.

次いで、ユーザは、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を酵素層14が備える酵素の基質に接触させる(第2接触ステップ)。
具体的には、例えば、ユーザが、操作部30を操作して、検出対象物質(例えば、農作物に残留する可能性のある農薬)を指定するとともに、測定の開始を指示すると、制御部50は、基準センサ部と接続する取得部20による電流値の測定及び検出センサ部と接続する取得部20による電流値の測定を開始するとともに、測定された基準センサ部の電流値及び検出センサ部の電流値の経時変化を表示部40に表示する。そして、ユーザは、一定時間経過後(この時、基準センサ部のベース電流値及び検出センサ部のベース電流値は一定の電流値以下で安定していることが表示部40からも確認できる)、基準センサ部を取り囲む液溜形成部15内と検出センサ部を取り囲む液溜形成部15内との双方に基質溶液を滴下することによって、基準センサ部及び検出センサ部を基質に接触させる。
Next, in a state where the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment, the user brings the reference sensor unit and the detection sensor unit into contact with the enzyme substrate included in the enzyme layer 14 (second contact step).
Specifically, for example, when the user operates the operation unit 30 to specify a detection target substance (for example, an agrochemical that may remain in a crop) and instruct the start of measurement, the control unit 50 The measurement of the current value by the acquisition unit 20 connected to the reference sensor unit and the measurement of the current value by the acquisition unit 20 connected to the detection sensor unit are started, and the measured current value of the reference sensor unit and the current of the detection sensor unit The change with time is displayed on the display unit 40. Then, the user can confirm from the display unit 40 that the base current value of the reference sensor unit and the base current value of the detection sensor unit are stable at a certain current value or less after a predetermined time has elapsed. By dropping the substrate solution into both the liquid reservoir forming section 15 surrounding the reference sensor section and the liquid reservoir forming section 15 surrounding the detection sensor section, the reference sensor section and the detection sensor section are brought into contact with the substrate.

ここで、基準センサ部と検出センサ部とが別体である場合、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置するには、そのための作業(例えば、基準センサ部と検出センサ部とを近接して配置する作業等)を行う必要がある。これに対し、本実施形態の場合、同一基板上に基準センサ部及び検出センサ部が配置されて、基準センサ部と検出センサ部とが一体化している。したがって、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置するための作業をわざわざ行わなくても、基準センサ部及び検出センサ部が同一環境下に配置されるので、使い勝手が良い。   Here, in the case where the reference sensor unit and the detection sensor unit are separate, in order to arrange the reference sensor unit and the detection sensor unit in the same environment, an operation for that purpose (for example, the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged) It is necessary to perform operations such as close placement. On the other hand, in the case of this embodiment, the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged on the same substrate, and the reference sensor unit and the detection sensor unit are integrated. Therefore, since the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment without performing the work for arranging the reference sensor unit and the detection sensor unit in the same environment, it is easy to use.

次いで、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、制御部50は、取得部20によって当該基準センサ部の出力値(応答電流値)と当該検出センサ部の出力値(応答電流値)とを取得する(取得ステップ)。
すなわち、取得部20が、基準センサ部の出力値(応答電流値)と検出センサ部の出力値(応答電流値)とを取得する取得手段として機能する。
Next, while the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment, the control unit 50 causes the acquisition unit 20 to output the output value (response current value) of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit ( Response current value) is acquired (acquisition step).
That is, the acquisition unit 20 functions as an acquisition unit that acquires the output value (response current value) of the reference sensor unit and the output value (response current value) of the detection sensor unit.

次いで、制御部50は、取得ステップで取得された基準センサ部の出力値(応答電流値)と検出センサ部の出力値(応答電流値)とに基づき第2応答比を算出する(応答比算出ステップ)。
すなわち、制御部50が、取得手段(取得部20)によって取得された、検出センサ部を試料に接触させた後における基準センサ部の出力値(応答電流値)と当該検出センサ部の出力値(応答電流値)とに基づいて、第2応答比を算出する応答比算出手段として機能する。
Next, the control unit 50 calculates the second response ratio based on the output value (response current value) of the reference sensor unit acquired in the acquisition step and the output value (response current value) of the detection sensor unit (response ratio calculation). Step).
That is, the control unit 50 acquires the output value (response current value) of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit after the detection sensor unit is brought into contact with the sample (acquired by the acquisition unit (acquisition unit 20)). And a response ratio calculation means for calculating the second response ratio based on the response current value).

ここで、第2応答比は、検出センサ部を試料に接触させた後に基準センサ部から取得した第2基準側応答値と、検出センサ部を試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第2検出側応答値と、の比率である。
第2基準側応答値及び第2検出側応答値は、第1基準側応答値及び第2検出側応答値と同様、例えば図5(a)に示すようにして求めることができる。
具体的には、第2基準側応答値は、基準センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値(応答電流値)が第1応答検出閾値を超えてから第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値(応答電流値)である。
また、第2検出側応答値は、検出センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値(応答電流値)が第2応答検出閾値を超えてから第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値(応答電流値)である。
Here, the second response ratio is acquired from the second reference side response value acquired from the reference sensor unit after contacting the detection sensor unit with the sample, and from the detection sensor unit after contacting the detection sensor unit with the sample. It is a ratio to the second detection side response value.
Similar to the first reference side response value and the second detection side response value, the second reference side response value and the second detection side response value can be obtained, for example, as shown in FIG.
Specifically, the second reference side response value is such that the output value (response current value) of the reference sensor unit exceeds the first response detection threshold due to contact between the reference sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. This is the output value (response current value) of the reference sensor unit after the first standby time has elapsed.
The second detection-side response value is determined after the output value (response current value) of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold due to contact between the detection sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. 2 is an output value (response current value) of the detection sensor unit after the standby time has elapsed.

なお、第2基準側応答値及び第2検出側応答値は、第1基準側応答値及び第2検出側応答値と同様、例えば図5(b)に示すように、応答電流値の所定期間の平均値であっても良い。
具体的には、第2基準側応答値は、基準センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値(応答電流値)が第1応答検出閾値を超えてから第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値(応答電流値)の所定期間の平均値であっても良い。
同様に、第2検出側応答値は、検出センサ部と酵素層14に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値(応答電流値)が第2応答検出閾値を超えてから第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値(応答電流値)の所定期間の平均値であっても良い。
The second reference side response value and the second detection side response value are the same as the first reference side response value and the second detection side response value, for example, as shown in FIG. 5B, for a predetermined period of the response current value. May be an average value.
Specifically, the second reference side response value is such that the output value (response current value) of the reference sensor unit exceeds the first response detection threshold due to contact between the reference sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. It may be an average value of a predetermined period of the output value (response current value) of the reference sensor unit after the first standby time has elapsed.
Similarly, the second detection-side response value is obtained after the output value (response current value) of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold due to contact between the detection sensor unit and the enzyme substrate included in the enzyme layer 14. It may be an average value of a predetermined period of the output value (response current value) of the detection sensor unit after the second standby time has elapsed.

次いで、制御部50は、当該制御部50に記憶されている第1応答比と、応答比算出ステップで算出された第2応答比と、の比率に基づき試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する(濃度判定ステップ)。
すなわち、制御部50が、記憶手段(制御部50)に記憶されている第1応答比(=(第1検出側応答値)/(第1基準側応答値))と、応答比算出手段(制御部50)によって算出された第2応答比(=(第2検出側応答値)/(第2基準側応答値))と、の比率に基づいて、試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段として機能する。
具体的には、検出対象物質の濃度[I]は、
RA(相対活性)=(第2応答比)/(第1応答比)
阻害率=1−RA=1/(1+(K/[I])×(1+[S]/K))
によって判定(算出)することができる。
ただし、Kはユーザが操作部30を操作して指定した検出対象物質の阻害定数、[S]は基質濃度(ユーザが操作部30を操作して滴下する基質溶液の濃度を入力しても良いし、滴下する基質溶液の濃度が予め定まっていても良い。)、Kはミカエリス定数である。
Next, the control unit 50 determines the concentration of the detection target substance contained in the sample based on the ratio between the first response ratio stored in the control unit 50 and the second response ratio calculated in the response ratio calculation step. Determination (density determination step).
That is, the control unit 50 includes a first response ratio (= (first detection side response value) / (first reference side response value)) stored in the storage unit (control unit 50) and a response ratio calculation unit ( Based on the ratio of the second response ratio (= (second detection side response value) / (second reference side response value)) calculated by the control unit 50), the concentration of the detection target substance contained in the sample is determined. It functions as a density determination means for determination.
Specifically, the concentration [I] of the detection target substance is
RA (relative activity) = (second response ratio) / (first response ratio)
Inhibition rate = 1-RA = 1 / (1+ (K i / [I]) × (1+ [S] / K m ))
Can be determined (calculated).
However, Ki is the inhibition constant of the detection target substance designated by the user operating the operation unit 30, and [S] is the substrate concentration (even if the user inputs the concentration of the substrate solution to be dropped by operating the operation unit 30). it may, the concentration of the substrate solution is added dropwise may be determined in advance.), K m is the Michaelis constant.

次いで、制御部50は、濃度判定ステップで判定された濃度を表示部40に表示する。また、制御部50は、濃度判定ステップで判定された濃度が予め定められた所定の警告閾値を超えるか否か判定し、超えた場合に所定の警告表示を表示部40に表示する。
すなわち、表示部40及び制御部50が、濃度判定手段(制御部50)によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段として機能する。
Next, the control unit 50 displays the density determined in the density determination step on the display unit 40. Further, the control unit 50 determines whether or not the concentration determined in the concentration determination step exceeds a predetermined warning threshold value, and displays a predetermined warning display on the display unit 40 when it exceeds the predetermined warning threshold value.
That is, the display unit 40 and the control unit 50 function as a warning unit that issues a warning when the concentration determined by the concentration determination unit (control unit 50) exceeds a predetermined warning threshold value.

ここで、本実施形態において、ユーザは、操作部30を操作して、検出対象物質として複数の物質(例えば、農作物に残留する可能性のある複数の農薬)を指定することができる。
すなわち、操作部30が、ユーザ操作に応じて、検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段として機能する。
Here, in the present embodiment, the user can operate the operation unit 30 to specify a plurality of substances (for example, a plurality of pesticides that may remain on the crop) as the detection target substances.
That is, the operation unit 30 functions as a designation unit that designates a plurality of substances as detection target substances in response to a user operation.

そして、制御部50は、検出対象物質として複数の物質が指定された場合には、当該指定された複数の物質のうちの一つのみが試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定するよう構成されている。
具体的には、例えば、検出対象物質として物質Aと物質Bと物質Cとが指定されたとする。この場合、制御部50は、試料に物質Aのみが含まれていたと仮定し、K=物質Aの阻害定数として、物質Aの濃度[I]を判定(算出)する。また、試料に物質Bのみが含まれていたと仮定し、K=物質Bの阻害定数として、物質Bの濃度[I]を判定(算出)する。また、試料に物質Cのみが含まれていたと仮定し、K=物質Cの阻害定数として、物質Cの濃度[I]を判定(算出)する。
Then, when a plurality of substances are designated as detection target substances, the control unit 50 assumes that only one of the designated plurality of substances is included in the sample, and the plurality of substances Each density is determined.
Specifically, for example, it is assumed that substance A, substance B, and substance C are designated as detection target substances. In this case, the control unit 50 determines (calculates) the concentration [I A ] of the substance A assuming that the sample contains only the substance A, and K i = the inhibition constant of the substance A. Further, assuming that only the substance B is included in the sample, the concentration [I B ] of the substance B is determined (calculated) with K i = the inhibition constant of the substance B. Further, assuming that the sample contains only the substance C, the concentration [I C ] of the substance C is determined (calculated) with K i = inhibition constant of the substance C.

その後、制御部50は、判定した各濃度(この例の場合、[I]、[I]及び[I])を表示部40に表示し、判定した各濃度のうちの一つでも予め定められた警告閾値を超えた場合に警告を行うよう構成されている。
具体的には、例えば、この例の場合、
[I]∧[I]∧[I]≧警告閾値ならば「極めて危険」等の警告表示を表示部40に表示し、
[I]∨[I]∨[I]≧警告閾値ならば「危険」、「グレー」、「危険の可能性有」等の警告表示を表示部40に表示し、
[I]∧[I]∧[I]<警告閾値ならば「安全」等の表示を表示部40に表示する。
Thereafter, the control unit 50 displays the determined concentrations (in this example, [I A ], [I B ], and [I C ]) on the display unit 40, and even one of the determined concentrations is displayed. A warning is provided when a predetermined warning threshold is exceeded.
Specifically, for example, in this example,
If [I A ] ∧ [I B ] ∧ [I C ] ≧ warning threshold, a warning display such as “extremely dangerous” is displayed on the display unit 40,
If [I A ] ∨ [I B ] ∨ [I C ] ≧ warning threshold, warning indications such as “danger”, “gray”, “possibility of danger” are displayed on the display unit 40,
If [I A ] ∧ [I B ] ∧ [I C ] <warning threshold, a display such as “safe” is displayed on the display unit 40.

なお、本実施形態において、制御部50は、検出対象物質の濃度[I]を数式(阻害率=1−RA=1/(1+(K/[I])×(1+[S]/K)))を用いて判定(算出)するよう構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、制御部50内の記憶領域に、検出対象物質の濃度と阻害率との関係を示す検量線(図6参照)等の検量線に関する検量線データを記憶しておき、当該検量線データに基づいて、検出対象物質の濃度[I]を判定するよう構成することも可能である。
ここで、図6には、阻害定数(Kia)が10−6である物質の検量線と、阻害定数(Kib)が10−7である物質の検量線と、阻害定数(Kic)が10−8である物質の検量線と、を示す。
図6によれば、横軸が濃度[I](mol/L)の対数、縦軸が阻害率(%)なので、阻害率(=100×(1−RA))が分かれば、検量線から濃度[I]を判定(取得)することができる。
In the present embodiment, the control unit 50 calculates the concentration [I] of the detection target substance by a mathematical formula (inhibition rate = 1−RA = 1 / (1+ (K i / [I]) × (1+ [S] / K). m))) has been configured to determine (calculate) using, not limited thereto, for example, the storage area in the control unit 50, showing the relationship between the concentration and the inhibition rate of the substance to be detected It is also possible to store calibration curve data relating to a calibration curve such as a calibration curve (see FIG. 6) and determine the concentration [I] of the detection target substance based on the calibration curve data.
Here, FIG. 6 shows a calibration curve of a substance having an inhibition constant (K ia ) of 10 −6 , a calibration curve of a substance having an inhibition constant (K ib ) of 10 −7 , and an inhibition constant (K ic ). And a calibration curve of a substance having a value of 10 −8 .
According to FIG. 6, since the horizontal axis is the logarithm of concentration [I] (mol / L) and the vertical axis is the inhibition rate (%), if the inhibition rate (= 100 × (1-RA)) is known, from the calibration curve The density [I] can be determined (acquired).

ここで、酵素センサは、酵素活性の低下等の劣化が生じ易い。
そこで、本実施形態では、劣化等に伴うセンサ間のばらつきの影響を抑えるために、同一のセンサ部Seを用いて検出対象物質との接触前後における応答電流値を測定することとしている。
Here, the enzyme sensor is likely to be deteriorated such as a decrease in enzyme activity.
Therefore, in the present embodiment, in order to suppress the influence of variations between sensors due to deterioration or the like, the response current value before and after contact with the detection target substance is measured using the same sensor unit Se.

また、酵素センサは、感度や選択性には優れているものの、温度やpH等の外部環境の変化の影響を受け易い。
したがって、従来は、温度やpH等の外部環境の変化の影響を抑えるために、ペルチェ素子等を用いて周囲の温度を一定に保ったり緩衝液等でpHを一定に保ったりしながら応答電流値を測定していた。
さらに、本実施形態のように、同一のセンサ部Seを用いて検出対象物質との接触前後における応答電流値を測定する場合には、接触前における測定と、接触後における測定と、を同一の外部環境下で行う必要がある。
しかしながら、ペルチェ素子等を用いて周囲の温度を一定に保ったり緩衝液等でpHを一定に保ったりしながら応答電流値を測定したり、検出対象物質との接触前後における測定で外部環境を同一にするには、高価で複雑な機構やシステムが必要であり、また、測定のための複雑な調整等が必要であるという問題がある。
In addition, although the enzyme sensor is excellent in sensitivity and selectivity, it is easily affected by changes in the external environment such as temperature and pH.
Therefore, conventionally, in order to suppress the influence of changes in the external environment such as temperature and pH, the response current value while keeping the ambient temperature constant using a Peltier element or the like or keeping the pH constant with a buffer solution or the like. Was measuring.
Furthermore, when the response current value before and after contact with the detection target substance is measured using the same sensor unit Se as in this embodiment, the measurement before contact and the measurement after contact are the same. Must be done in an external environment.
However, the response current value is measured while keeping the ambient temperature constant using a Peltier element or the like, or the pH is kept constant with a buffer solution, or the external environment is the same in the measurement before and after contact with the detection target substance. In order to achieve this, there is a problem that an expensive and complicated mechanism or system is necessary, and complicated adjustment for measurement is required.

そこで、本実施形態では、基準センサ部、すなわち検出対象物質に接触させないセンサ部Seと、検出センサ部、すなわち検出対象物質に接触させるセンサ部Seと、を用意して、基準センサ部の応答電流値と検出センサ部の応答電流値とを同一環境下で測定する。そして、基準センサ部の応答電流値に対する検出センサ部の応答電流値の比率を応答比として算出し、当該算出した応答比に基づいて検出対象物質の濃度を判定することとしている。
これにより、温度やpH等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要や、検出対象物質との接触前後における測定で外部環境を同一にする必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
Therefore, in this embodiment, a reference sensor unit, that is, a sensor unit Se that is not brought into contact with the detection target substance, and a detection sensor unit, that is, a sensor unit Se that is brought into contact with the detection target substance, are prepared, and the response current of the reference sensor unit The value and the response current value of the detection sensor unit are measured in the same environment. The ratio of the response current value of the detection sensor unit to the response current value of the reference sensor unit is calculated as a response ratio, and the concentration of the detection target substance is determined based on the calculated response ratio.
As a result, the effects of changes in the external environment such as temperature and pH can be absorbed, so it is necessary to keep the external environment constant using expensive and complicated mechanisms and systems, and the external environment can be measured before and after contact with the detection target substance. Are not required to be the same, and complicated adjustment for measurement is not required, so that simple measurement is possible.

また、従来は、センサ部と基質とが接触した時点から所定時間が経過した後における当該センサ部の応答電流値を、応答値(検出対象物質の検出又は定量のために使用する値)としていた。
したがって、ユーザがセンサ部に基質溶液を滴下する構成では、センサシステムの制御部はセンサ部と基質とが接触したタイミングを判定できないので、従来のセンサシステムにおいては、制御部がセンサ部と基質とが接触したタイミングを判定できるよう、制御部によって制御可能なシリンジやポンプ等を用いてセンサ部に基質溶液を滴下していた。
しかしながら、シリンジやポンプ等を用いてセンサ部に基質溶液を滴下するには、高価で複雑な機構やシステムが必要であり、また、滴下のための複雑な調整等が必要であるという問題がある。
In addition, conventionally, the response current value of the sensor unit after a predetermined time has elapsed from the time when the sensor unit and the substrate contacted each other is a response value (a value used for detection or quantification of the detection target substance). .
Therefore, in the configuration in which the user drops the substrate solution onto the sensor unit, the control unit of the sensor system cannot determine the timing at which the sensor unit and the substrate are in contact with each other. The substrate solution was dropped on the sensor unit using a syringe, a pump, or the like that can be controlled by the control unit so that the timing of contact can be determined.
However, in order to drop the substrate solution onto the sensor unit using a syringe, a pump, or the like, there is a problem that an expensive and complicated mechanism or system is required, and complicated adjustment for dropping is necessary. .

そこで、本実施形態では、センサ部Seと基質との接触によって当該センサ部Seの応答電流値が所定の応答検出閾値を超えてから所定の待機時間が経過した後における当該センサ部Seの応答電流値を、応答値(検出対象物質の検出又は定量のために使用する値。第1基準側応答値、第1検出側応答値、第2基準側応答値及び第2検出側応答値)とすることとしている。
これにより、センサ部Seと基質とが接触したタイミングが不明でも、制御部50によって、センサ部Seの応答電流値が応答検出閾値を超えたか否か判定し、センサ部Seの応答電流値が応答検出閾値を超えた場合には待機時間が経過したか否かを判定するだけで、正確な応答値を得ることができるので、高価で複雑な機構やシステムを用いてセンサ部Seと基質とが接触したタイミングを計る必要がなく、また、滴下のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
Therefore, in this embodiment, the response current of the sensor unit Se after a predetermined standby time has elapsed after the response current value of the sensor unit Se exceeds a predetermined response detection threshold due to contact between the sensor unit Se and the substrate. The value is a response value (a value used for detection or quantification of a detection target substance. First reference side response value, first detection side response value, second reference side response value, and second detection side response value). I am going to do that.
Thereby, even if the timing at which the sensor unit Se and the substrate are in contact is unknown, the control unit 50 determines whether or not the response current value of the sensor unit Se exceeds the response detection threshold, and the response current value of the sensor unit Se When the detection threshold is exceeded, it is possible to obtain an accurate response value simply by determining whether or not the standby time has elapsed. Therefore, the sensor unit Se and the substrate can be separated using an expensive and complicated mechanism or system. There is no need to measure the contact timing and no complicated adjustment for dripping is required, so that simple measurement is possible.

以下、具体的な実施例によって発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the invention will be described with reference to specific examples, but the invention is not limited thereto.

最初に、酵素としてコリンエステラーゼを用い、試料に含まれる有機リン系農薬(具体的には、メタミドホス)を電気化学的に検出する酵素センサ10を作製した。
まず、スクリーン印刷法によってガラスエポキシ基板(基板11)上にカーボンインクを塗布した後、乾燥させることにより、作用電極121及び対電極122を形成するとともに、スクリーン印刷法によってガラスエポキシ基板(基板11)上に銀/塩化銀インクを塗布した後、乾燥させることにより、参照電極123を形成した。
First, an enzyme sensor 10 that electrochemically detects an organophosphorus pesticide (specifically, methamidophos) contained in a sample was prepared using cholinesterase as an enzyme.
First, a carbon ink is applied on a glass epoxy substrate (substrate 11) by a screen printing method, and then dried to form a working electrode 121 and a counter electrode 122, and a glass epoxy substrate (substrate 11) by a screen printing method. A reference electrode 123 was formed by applying a silver / silver chloride ink thereon and then drying.

次いで、カーボンインクにTCNQ(電子伝達体)を添加して電子伝達体含有インクを作製し、当該電子伝達体含有インクをスクリーン印刷法によって作用電極121上に塗布した後、乾燥させることにより、電子伝達体層13を形成した。
次いで、基板11の電極12が形成された側の面のうち、センサ部Seとなる領域を除く部分に、絶縁性インクをスクリーン印刷法によって塗布した後、乾燥させることにより、絶縁膜16を形成した。
次いで、絶縁膜16上の、絶縁膜16に形成された開口(センサ部Seを露出するための開口)の縁部に、アクリル製の円筒状の液溜形成部15を固定した。
Next, TCNQ (electron carrier) is added to the carbon ink to prepare an electron carrier-containing ink, and the electron carrier-containing ink is applied onto the working electrode 121 by a screen printing method and then dried. The transmitter layer 13 was formed.
Next, the insulating film 16 is formed by applying an insulating ink to the portion of the surface of the substrate 11 on the side where the electrode 12 is formed, excluding the region to be the sensor portion Se, and then drying by applying a screen printing method. did.
Next, an acrylic cylindrical liquid reservoir forming portion 15 was fixed to the edge of the opening (opening for exposing the sensor portion Se) formed in the insulating film 16 on the insulating film 16.

次いで、コリンエステラーゼを含む酵素溶液を作製し、当該酵素溶液に粉末状のメソ多孔性シリカを添加してシリカ含有酵素溶液を作製した。そして、当該シリカ含有酵素溶液をローテーターにて攪拌して、メソ多孔性シリカの細孔の内部に酵素が固定された酵素−シリカ複合体を作製した。
次いで、酵素−シリカ複合体を含むシリカ含有酵素溶液に、変性ポバール溶液とその架橋剤であるアジピン酸ジヒドラジドを含むバインダー溶液を加えて攪拌して、シリカ・バインダー含有酵素溶液を作製した。そして、当該シリカ・バインダー含有酵素溶液を電子伝達体層13上に滴下し、スピンコーターで塗布して乾燥させることにより、酵素層14を形成した。その後、酵素層14の表面を蒸留水で洗浄することによって、メソ多孔性シリカの外表面に吸着している酵素(すなわち、メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定されていない酵素)を洗い流した。
Next, an enzyme solution containing cholinesterase was prepared, and powdered mesoporous silica was added to the enzyme solution to prepare a silica-containing enzyme solution. Then, the silica-containing enzyme solution was stirred with a rotator to prepare an enzyme-silica complex in which the enzyme was fixed inside the pores of mesoporous silica.
Subsequently, the silica-containing enzyme solution containing the enzyme-silica complex was added with a modified poval solution and a binder solution containing adipic acid dihydrazide, which is a crosslinking agent thereof, and stirred to prepare a silica / binder-containing enzyme solution. And the enzyme layer 14 was formed by dripping the said silica-binder containing enzyme solution on the electron carrier layer 13, apply | coating with a spin coater, and making it dry. Thereafter, the surface of the enzyme layer 14 is washed with distilled water to wash away the enzyme adsorbed on the outer surface of the mesoporous silica (that is, the enzyme not fixed inside the pores of the mesoporous silica). It was.

そして、作製した酵素センサ10を、支持部1a(サイズ:縦5cm×横5cm×厚み1cm)に装着することによって、センサシステム1を構成した。
次いで、酵素センサ10の基準センサ部を取り囲む液溜形成部15内と、酵素センサ10の検出センサ部を取り囲む液溜形成部15内と、の双方に5%アセトニトリル溶液をスポイトにより2滴ずつ滴下し、当該基準センサ部と当該検出センサ部との双方に+100mVの電圧を印加して、当該基準センサ部の応答電流値及び当該検出センサ部の応答電流値が安定するまで待機した。
次いで、応答電流値が安定したことを確認した後、当該基準センサ部を取り囲む液溜形成部15内と、検出センサ部を取り囲む液溜形成部15内と、の双方に基質(アセチルチオコリン)を含む基質溶液をスポイトにより1滴ずつ滴下して第1基準側応答値及び第1検出側応答値を取得し、当該第1基準側応答値及び当該第1検出側応答値に基づき算出した第1応答比を制御部50内の記憶領域に記憶させた。ここで、第1応答検出閾値及び第2応答検出閾値を10nA、第1待機時間及び第2待機時間を200秒とし、約10秒間の応答電流値の平均値を第1基準側応答値、第1検出側応答値とした。
And the sensor system 1 was comprised by attaching the produced enzyme sensor 10 to the support part 1a (size: length 5cm x width 5cm x thickness 1cm).
Next, a 5% acetonitrile solution is dropped by a dropper into both the liquid reservoir forming portion 15 surrounding the reference sensor portion of the enzyme sensor 10 and the liquid reservoir forming portion 15 surrounding the detection sensor portion of the enzyme sensor 10 with a dropper. Then, a voltage of +100 mV was applied to both the reference sensor unit and the detection sensor unit, and the system waited until the response current value of the reference sensor unit and the response current value of the detection sensor unit were stabilized.
Next, after confirming that the response current value is stable, a substrate (acetylthiocholine) is formed in both the liquid reservoir forming portion 15 surrounding the reference sensor portion and the liquid reservoir forming portion 15 surrounding the detection sensor portion. The first reference side response value and the first detection side response value are obtained by dropping one drop of the substrate solution with a dropper, and calculated based on the first reference side response value and the first detection side response value. One response ratio was stored in a storage area in the control unit 50. Here, the first response detection threshold value and the second response detection threshold value are 10 nA, the first standby time and the second standby time are 200 seconds, the average value of the response current values for about 10 seconds is the first reference side response value, It was set as 1 detection side response value.

次に、試料を作製した。
まず、農作物としてほうれん草とピーマンを用意し、5%アセトニトリル溶液にメタミドホスを添加して濃度が異なる3種類の農薬溶液(0.01ppmのメタミドホス溶液、1ppmのメタミドホス溶液、100ppmのメタミドホス溶液)を作製し、それぞれをほうれん草とピーマンに振りかけてシュミレーションサンプルを作製した。
次いで、0.01ppmのメタミドホス溶液が付着したほうれん草100gをポリ袋に入れて、当該ポリ袋に100mLの5%アセトニトリル溶液を入れた。
次いで、当該ポリ袋の口を閉じて、当該ポリ袋を30秒間強く振り、ほうれん草に付着しているメタミドホスをアセトニトリル溶液で抽出した。
次いで、当該ポリ袋内のアセトニトリル溶液(メタミドホスを含むアセトニトリル溶液)をろ過して土などを取り除き、試料A1を作製した。
同様にして、0.01ppmのメタミドホス溶液が付着したピーマンを用いて試料A2を、1ppmのメタミドホス溶液が付着したほうれん草を用いて試料B1を、1ppmのメタミドホス溶液が付着したピーマンを用いて試料B2を、100ppmのメタミドホス溶液が付着したほうれん草を用いて試料C1を、100ppmのメタミドホス溶液が付着したピーマンを用いて試料C2をそれぞれ作製した。
Next, a sample was prepared.
First, spinach and peppers are prepared as crops, and 3 kinds of pesticide solutions (0.01 ppm methamidophos solution, 1 ppm methamidophos solution, 100 ppm methamidophos solution) are prepared by adding methamidophos to 5% acetonitrile solution. Each sample was sprinkled with spinach and peppers to prepare a simulation sample.
Next, 100 g of spinach with a 0.01 ppm methamidophos solution attached was placed in a plastic bag, and 100 mL of a 5% acetonitrile solution was placed in the plastic bag.
Next, the mouth of the plastic bag was closed, the plastic bag was shaken strongly for 30 seconds, and methamidophos adhering to spinach was extracted with an acetonitrile solution.
Next, the acetonitrile solution (acetonitrile solution containing methamidophos) in the plastic bag was filtered to remove soil and the like, thereby preparing Sample A1.
Similarly, sample A2 was prepared using peppers to which a 0.01 ppm methamidophos solution was attached, sample B1 was prepared using spinach to which 1 ppm of methamidophos solution was attached, and sample B2 was prepared using peppers to which a 1 ppm methamidophos solution was attached. Sample C1 was prepared using spinach to which 100 ppm of methamidophos solution was adhered, and sample C2 was prepared using peppers to which 100 ppm of methamidophos solution was adhered.

次に、第1接触ステップを行った。具体的には、基準センサ部を取り囲む液溜形成部15内に5%アセトニトリル溶液をスポイトにより2滴滴下するとともに、検出センサ部を取り囲む液溜形成部15内に試料A1をスポイトにより2滴滴下し、当該基準センサ部と当該検出センサ部との双方に+100mVの電圧を印加して、5分間インキュベーションした。
次いで、第2接触ステップを行った。具体的には、当該基準センサ部を取り囲む液溜形成部15内と、当該検出センサ部を取り囲む液溜形成部15内と、の双方に基質(アセチルチオコリン)を含む基質溶液をスポイトにより1滴ずつ滴下した。
Next, the first contact step was performed. Specifically, two drops of a 5% acetonitrile solution are dropped with a dropper into the liquid reservoir forming part 15 surrounding the reference sensor part, and two drops of the sample A1 are dropped with a dropper into the liquid reservoir forming part 15 surrounding the detection sensor part. Then, a voltage of +100 mV was applied to both the reference sensor unit and the detection sensor unit and incubated for 5 minutes.
A second contact step was then performed. Specifically, a substrate solution containing a substrate (acetylthiocholine) in both the liquid reservoir forming portion 15 surrounding the reference sensor portion and the liquid reservoir forming portion 15 surrounding the detection sensor portion is 1 by a dropper. Dropped dropwise.

次いで、取得ステップを行った。具体的には、当該基準センサ部から第2基準側応答値を取得するとともに、当該検出センサ部から第2検出側応答値を取得した。ここで、約10秒間の応答電流値の平均値を第2基準側応答値、第2検出側応答値とした。
次いで、応答比算出ステップを行った。具体的には、取得した第2基準側応答値及び第2検出側応答値に基づいて第2応答比を算出した。
次いで、濃度判定ステップを行った。具体的には、記憶しておいた第1応答比と、算出した第2応答比と、の比率に基づいて、試料A1に含まれるメタミドホスの濃度を判定した。
Next, an acquisition step was performed. Specifically, the second reference side response value was acquired from the reference sensor unit, and the second detection side response value was acquired from the detection sensor unit. Here, the average value of the response current values for about 10 seconds was used as the second reference side response value and the second detection side response value.
Next, a response ratio calculation step was performed. Specifically, the second response ratio was calculated based on the acquired second reference side response value and second detection side response value.
Next, a concentration determination step was performed. Specifically, the concentration of methamidophos contained in the sample A1 was determined based on the ratio between the stored first response ratio and the calculated second response ratio.

同様にして、試料A2に含まれるメタミドホスの濃度、試料B1に含まれるメタミドホスの濃度、試料B2に含まれるメタミドホスの濃度、試料C1に含まれるメタミドホスの濃度、試料C2に含まれるメタミドホスの濃度をそれぞれ判定した。その結果を図7に示す。
なお、比較例として、試料A1、試料A2、試料B1、試料B2、試料C1及び試料C2に含まれるメタミドホスの濃度を、ガスクロマトグラフィ/質量分析法(GC/MS)を用いて判定した。その結果も図7に示す。
Similarly, the concentration of methamidophos contained in sample A2, the concentration of methamidophos contained in sample B1, the concentration of methamidophos contained in sample B2, the concentration of methamidophos contained in sample C1, and the concentration of methamidophos contained in sample C2, respectively. Judged. The result is shown in FIG.
As a comparative example, the concentration of methamidophos contained in Sample A1, Sample A2, Sample B1, Sample B2, Sample C1, and Sample C2 was determined using gas chromatography / mass spectrometry (GC / MS). The result is also shown in FIG.

図7に示すように、本実施例のセンサシステム1は、前処理がGC/MSよりも簡単であるにもかかわらず、GC/MSと同等の迅速かつ高感度な農薬濃度測定が可能であることが分かった。
また、農作物の場合は、予め使用した農薬が分かっている場合が多く、使用した農薬が複数である場合でも、残留農薬の一次スクリーニングにセンサシステム1を用いることは極めて有効であると考えられる。
As shown in FIG. 7, the sensor system 1 of the present embodiment can measure the concentration of agricultural chemicals as quickly and highly sensitively as GC / MS, even though the pretreatment is easier than GC / MS. I understood that.
In addition, in the case of agricultural products, the pesticide used in many cases is known in advance, and even when there are a plurality of used pesticides, it is considered to be extremely effective to use the sensor system 1 for primary screening of residual pesticides.

以上説明した本実施形態のセンサシステム1によれば、酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質を検出する酵素センサ10を備えるセンサシステム1であって、酵素センサ10は、複数の同一構成のセンサ部Seを備え、当該複数のセンサ部Seのうちの一部が試料に接触させない基準センサ部であるとともに、残りが試料に接触させる検出センサ部であり、検出センサ部を試料に接触させる前における、基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づき算出された第1応答比を記憶する記憶手段(制御部50)と、基準センサ部の出力値と検出センサ部の出力値とを取得する取得手段(取得部20)と、取得手段によって取得された、検出センサ部を試料に接触させた後における基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づいて、第2応答比を算出する応答比算出手段(制御部50)と、記憶手段に記憶されている第1応答比と、応答比算出手段によって算出された第2応答比と、の比率に基づいて、試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段(制御部50)と、を備え、第1応答比は、検出センサ部を試料に接触させる前に基準センサ部から取得した第1基準側応答値と、検出センサ部を試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第1検出側応答値と、の比率であり、第1基準側応答値は、酵素の基質との接触によって基準センサ部の出力値が所定の第1応答検出閾値を超えてから所定の第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、第1検出側応答値は、酵素の基質との接触によって検出センサ部の出力値が所定の第2応答検出閾値を超えてから所定の第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であり、第2応答比は、検出センサ部を試料に接触させた後に基準センサ部から取得した第2基準側応答値と、検出センサ部を前記試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第2検出側応答値と、の比率であり、第2基準側応答値は、酵素の基質との接触によって基準センサ部の出力値が第1応答検出閾値を超えてから第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、第2検出側応答値は、酵素の基質との接触によって検出センサ部の出力値が第2応答検出閾値を超えてから第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値である。   According to the sensor system 1 of the present embodiment described above, the sensor system 1 includes the enzyme sensor 10 that detects a detection target substance contained in a predetermined sample using a substance that inhibits enzyme activity as a detection target substance. The enzyme sensor 10 includes a plurality of sensor units Se having the same configuration, a part of the plurality of sensor units Se is a reference sensor unit that does not contact the sample, and the rest is a detection sensor unit that contacts the sample. A storage unit (control unit 50) for storing a first response ratio calculated based on the output value of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample; An acquisition unit (acquisition unit 20) for acquiring the output value of the sensor unit and the output value of the detection sensor unit, and the detection sensor unit acquired by the acquisition unit after contacting the sample Based on the output value of the quasi-sensor unit and the output value of the detection sensor unit, response ratio calculation means (control unit 50) for calculating the second response ratio, the first response ratio stored in the storage means, Concentration determining means (control unit 50) for determining the concentration of the detection target substance contained in the sample based on the ratio of the second response ratio calculated by the response ratio calculating means, and the first response ratio is A first reference side response value acquired from the reference sensor unit before contacting the detection sensor unit with the sample, a first detection side response value acquired from the detection sensor unit before contacting the detection sensor unit with the sample, The first reference side response value is the value after the predetermined first waiting time has elapsed since the output value of the reference sensor unit exceeded the predetermined first response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. Output value of the reference sensor unit The value is an output value of the detection sensor unit after a predetermined second waiting time has elapsed since the output value of the detection sensor unit exceeded a predetermined second response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. The two response ratios are the second reference side response value acquired from the reference sensor unit after contacting the detection sensor unit with the sample and the second detection acquired from the detection sensor unit after contacting the detection sensor unit with the sample. The second reference side response value is obtained after the first waiting time has elapsed since the output value of the reference sensor unit exceeded the first response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. It is the output value of the reference sensor unit, and the second detection-side response value is obtained after the second waiting time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold due to contact with the enzyme substrate. The output value of the detection sensor The

このように構成することで、温度やpH等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
また、センサ部Seと基質とが接触したタイミングが不明でも、制御部50によって、センサ部Seの出力値が応答検出閾値を超えたか否か判定し、センサ部Seの出力値が応答検出閾値を超えた場合には待機時間が経過したか否かを判定するだけで、正確な応答値を得ることができるので、高価で複雑な機構やシステムを用いてセンサ部Seと基質とが接触したタイミングを計る必要がなく、また、滴下のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
したがって、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能となる。すなわち、低コストで信頼性のある測定が可能となる。これにより、簡便な方法でありながら、迅速・高感度に残留農薬スクリーニングを行うことのできるセンシングシステムを提供することが可能となる。
By configuring in this way, it is possible to absorb the influence of changes in the external environment such as temperature and pH, so there is no need to keep the external environment constant by using an expensive and complicated mechanism or system. Since no complicated adjustment is required, simple measurement is possible.
Further, even when the timing at which the sensor unit Se and the substrate are in contact is unknown, the control unit 50 determines whether or not the output value of the sensor unit Se exceeds the response detection threshold, and the output value of the sensor unit Se sets the response detection threshold. When it exceeds, it is possible to obtain an accurate response value simply by determining whether or not the waiting time has elapsed, so the timing at which the sensor unit Se and the substrate contact each other using an expensive and complicated mechanism or system In addition, since it is not necessary to make a complicated adjustment for dripping, etc., simple measurement is possible.
Therefore, high-speed and high-sensitivity measurement can be performed with a simple configuration. That is, reliable measurement can be performed at low cost. As a result, it is possible to provide a sensing system that is capable of screening pesticide residues with high speed and high sensitivity while being a simple method.

また、以上説明した本実施形態のセンサシステム1によれば、第1基準側応答値及び第2基準側応答値を、酵素の基質との接触によって基準センサ部の出力値が第1応答検出閾値を超えてから第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値の所定期間の平均値とし、第1検出側応答値及び第2検出側応答値を、酵素の基質との接触によって検出センサ部の出力値が第2応答検出閾値を超えてから第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値の所定期間の平均値とすることも可能である。
したがって、応答値(第1基準側応答値、第2基準側応答値、第1検出側応答値、第2検出側応答値)として、より正確な値を取得することが可能となる。
Moreover, according to the sensor system 1 of this embodiment demonstrated above, the output value of a reference | standard sensor part is made into a 1st response detection threshold value by contact with the substrate of an enzyme, with a 1st reference | standard side response value and a 2nd reference | standard side response value. And the first detection side response value and the second detection side response value are determined by contact with the enzyme substrate. It is also possible to use an average value of a predetermined period of the output value of the detection sensor unit after the second standby time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold.
Therefore, it is possible to obtain more accurate values as response values (first reference side response value, second reference side response value, first detection side response value, second detection side response value).

また、以上説明した本実施形態のセンサシステム1によれば、濃度判定手段(制御部50)によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段(表示部40及び制御部50)を備えている。
したがって、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度が高いことを、ユーザに確実に認識させることが可能となる。
なお、本実施形態では、判定された濃度が警告閾値を超えた場合に、所定の警告表示を表示部40に表示するよう構成したが、これに限定されることはなく、例えば、センサシステム1にスピーカを備え、判定された濃度が警告閾値を超えた場合に、所定の警告音をスピーカから出力するよう構成することも可能である。この場合、スピーカ及び制御部50が、警告手段として機能する。
Further, according to the sensor system 1 of the present embodiment described above, warning means (display unit 40 and control) that issues a warning when the concentration determined by the concentration determination means (control unit 50) exceeds a predetermined warning threshold value. Part 50).
Therefore, the user can be surely recognized that the concentration of the detection target substance contained in the predetermined sample is high.
In the present embodiment, the predetermined warning display is displayed on the display unit 40 when the determined concentration exceeds the warning threshold. However, the present invention is not limited to this. For example, the sensor system 1 It is also possible to provide a speaker and to output a predetermined warning sound from the speaker when the determined density exceeds the warning threshold value. In this case, the speaker and control unit 50 functions as a warning unit.

また、以上説明した本実施形態のセンサシステム1によれば、ユーザ操作に応じて、検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段(操作部30)を備え、濃度判定手段(制御部50)は、指定手段によって指定された複数の物質のうちの一つのみが試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定し、警告手段(表示部40及び制御部50)は、濃度判定手段によって判定された各濃度のうちの一つでも警告閾値を超えた場合に警告を行うよう構成されている。
すなわち、検出対象物質となる可能性のある物質が複数ある場合には、それぞれの濃度を判定し、判定した各濃度のうちの一つでも警告閾値を超えた場合には警告するので、本実施形態のセンサシステム1は、残留農薬等の一次スクリーニング等にも有効に使用することができる。
In addition, according to the sensor system 1 of the present embodiment described above, a specification unit (operation unit 30) that specifies a plurality of substances as detection target substances according to a user operation is provided, and a concentration determination unit (control unit 50). Assumes that only one of the plurality of substances designated by the designation means is included in the sample, determines the concentration of each of the plurality of substances, and warning means (display unit 40 and control unit 50) Is configured to issue a warning when one of the densities determined by the density determination means exceeds the warning threshold.
In other words, if there are multiple substances that can be detected, each concentration is determined, and if any one of the determined concentrations exceeds the warning threshold, a warning is given. The form of the sensor system 1 can be effectively used for primary screening of residual agricultural chemicals and the like.

また、以上説明した本実施形態のセンサシステム1によれば、酵素センサ10を着脱自在に支持する支持部1aを備え、酵素センサ10は、使い捨て型のセンサである。
したがって、酵素センサ10を取り替えるだけで、新たな測定を行うことができるので、更なる低コスト化が可能となる。
Moreover, according to the sensor system 1 of this embodiment demonstrated above, it has the support part 1a which supports the enzyme sensor 10 so that attachment or detachment is possible, and the enzyme sensor 10 is a disposable sensor.
Therefore, since the new measurement can be performed only by replacing the enzyme sensor 10, further cost reduction can be achieved.

また、以上説明した本実施形態のセンサシステム1によれば、試料は液体であり、酵素センサ10は、複数のセンサ部Seそれぞれの周りに液溜部を有している。
したがって、センサ部Seの周りの液溜部に試料(試料体)を滴下すれば、試料に含まれる検出対象物質を検出又は定量できるので、試料が少量であっても高速かつ高感度な測定が可能となる。
なお、測定対象は固体でも構わないが、それを洗浄或いは溶媒により希釈して測定用の試料とする。
Further, according to the sensor system 1 of the present embodiment described above, the sample is a liquid, and the enzyme sensor 10 has a liquid reservoir around each of the plurality of sensors Se.
Therefore, if a sample (sample body) is dropped on the liquid reservoir around the sensor unit Se, the detection target substance contained in the sample can be detected or quantified. Therefore, even with a small amount of sample, high-speed and highly sensitive measurement can be performed. It becomes possible.
The object to be measured may be a solid, but it is washed or diluted with a solvent to obtain a measurement sample.

以上説明した本実施形態の検出対象物質測定方法によれば、酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度を本実施形態のセンサシステム1を用いて測定する検出対象物質測定方法であって、検出センサ部を試料に接触させる第1接触ステップと、次いで、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を酵素の基質に接触させる第2接触ステップと、次いで、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、取得手段によって当該基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とを取得する取得ステップと、次いで、応答比算出手段によって、取得ステップで取得された基準センサ部の出力値と検出センサ部の出力値とに基づき第2応答比を算出する応答比算出ステップと、次いで、濃度判定手段によって、記憶手段に記憶されている第1応答比と、応答比算出ステップで算出された第2応答比と、の比率に基づき試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定ステップと、を有している。   According to the detection target substance measurement method of the present embodiment described above, the sensor system 1 of the present embodiment is used to set the concentration of the detection target substance contained in a predetermined sample as the detection target substance. A first detection step in which the detection sensor unit is brought into contact with the sample, and then the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment. The second contact step of bringing the detection sensor unit into contact with the enzyme substrate, and then the output value of the reference sensor unit and the detection by the acquisition means while the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment The acquisition step of acquiring the output value of the sensor unit, and then the output value of the reference sensor unit acquired in the acquisition step and the detection sensor unit by the response ratio calculation means A response ratio calculating step of calculating a second response ratio based on the force value; then, a first response ratio stored in the storage means by the concentration determination means; and a second response ratio calculated in the response ratio calculation step And a concentration determination step for determining the concentration of the detection target substance contained in the sample based on the ratio.

このように構成することで、温度やpH等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
また、センサ部Seと基質とが接触したタイミングが不明でも、制御部50によって、センサ部Seの出力値が応答検出閾値を超えたか否か判定し、センサ部Seの出力値が応答検出閾値を超えた場合には待機時間が経過したか否かを判定するだけで、正確な応答値を得ることができるので、高価で複雑な機構やシステムを用いてセンサ部Seと基質とが接触したタイミングを計る必要がなく、また、滴下のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
したがって、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能となる。すなわち、低コストで信頼性のある測定が可能となる。
By configuring in this way, it is possible to absorb the influence of changes in the external environment such as temperature and pH, so there is no need to keep the external environment constant by using an expensive and complicated mechanism or system. Since no complicated adjustment is required, simple measurement is possible.
Further, even when the timing at which the sensor unit Se and the substrate are in contact is unknown, the control unit 50 determines whether or not the output value of the sensor unit Se exceeds the response detection threshold, and the output value of the sensor unit Se sets the response detection threshold. When it exceeds, it is possible to obtain an accurate response value simply by determining whether or not the waiting time has elapsed, so the timing at which the sensor unit Se and the substrate contact each other using an expensive and complicated mechanism or system In addition, since it is not necessary to make a complicated adjustment for dripping, etc., simple measurement is possible.
Therefore, high-speed and high-sensitivity measurement can be performed with a simple configuration. That is, reliable measurement can be performed at low cost.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

なお、検出対象物質は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の農薬に限ることはなく、酵素の活性を阻害する物質であれば適宜任意に変更可能である。また、酵素も、検出対象物質に合わせて適宜任意に変更可能である。また、検出対象物質や酵素に合わせて、基質等も適宜任意に変更可能である。
酵素センサ10において、基準センサ部と検出センサ部とは一体的に構成されていなくても良く、別体に構成されていても良い。
The substance to be detected is not limited to an agrochemical such as an organophosphorus pesticide or a carbamate pesticide, and can be arbitrarily changed as long as it is a substance that inhibits the activity of the enzyme. In addition, the enzyme can also be arbitrarily changed according to the substance to be detected. Further, the substrate and the like can be arbitrarily changed as appropriate in accordance with the detection target substance and the enzyme.
In the enzyme sensor 10, the reference sensor unit and the detection sensor unit may not be configured integrally, and may be configured separately.

1 センサシステム
1a 支持部
10 酵素センサ
20 取得部(取得手段)
40 表示部(警告手段)
50 制御部(記憶手段、応答比算出手段、濃度判定手段、警告手段)
Se センサ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor system 1a Support part 10 Enzyme sensor 20 Acquisition part (acquisition means)
40 Display (Warning means)
50 control unit (storage means, response ratio calculation means, concentration determination means, warning means)
Se sensor

Claims (7)

酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質を検出する酵素センサを備えるセンサシステムにおいて、
前記酵素センサは、複数の同一構成のセンサ部を備え、当該複数のセンサ部のうちの一部が前記試料に接触させない基準センサ部であるとともに、残りが前記試料に接触させる検出センサ部であり、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる前における、前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づき算出された第1応答比を記憶する記憶手段と、
前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とを取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後における前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づいて、第2応答比を算出する応答比算出手段と、
前記記憶手段に記憶されている第1応答比と、前記応答比算出手段によって算出された第2応答比と、の比率に基づいて、前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段と、を備え、
前記第1応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に前記基準センサ部から取得した第1基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第1検出側応答値と、の比率であり、
前記第1基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が所定の第1応答検出閾値を超えてから所定の第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第1検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が所定の第2応答検出閾値を超えてから所定の第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であり、
前記第2応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に前記基準センサ部から取得した第2基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第2検出側応答値と、の比率であり、
前記第2基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第1応答検出閾値を超えてから前記第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第2検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第2応答検出閾値を超えてから前記第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であることを特徴とするセンサシステム。
In a sensor system including an enzyme sensor that detects a detection target substance contained in a predetermined sample, using a substance that inhibits the activity of the enzyme as a detection target substance.
The enzyme sensor includes a plurality of sensor units having the same configuration, and a part of the plurality of sensor units is a reference sensor unit that does not contact the sample, and the rest is a detection sensor unit that contacts the sample. ,
Storage means for storing a first response ratio calculated based on an output value of the reference sensor unit and an output value of the detection sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample;
Obtaining means for obtaining an output value of the reference sensor unit and an output value of the detection sensor unit;
Response ratio for calculating a second response ratio based on the output value of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit obtained after the detection sensor unit is brought into contact with the sample, acquired by the acquisition unit A calculation means;
Concentration determination for determining the concentration of the detection target substance contained in the sample based on the ratio between the first response ratio stored in the storage means and the second response ratio calculated by the response ratio calculation means Means, and
The first response ratio includes a first reference-side response value acquired from the reference sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample, and the detection sensor unit before the detection sensor unit is brought into contact with the sample. And the first detection side response value acquired from
The first reference side response value is the reference sensor after a predetermined first waiting time has elapsed after the output value of the reference sensor unit exceeds a predetermined first response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. Output value,
The first detection-side response value is the detection sensor after a predetermined second waiting time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds a predetermined second response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. Output value,
The second response ratio includes the second reference-side response value acquired from the reference sensor unit after the detection sensor unit is brought into contact with the sample, and the detection sensor unit after the detection sensor unit is brought into contact with the sample. And the second detection side response value acquired from
The second reference side response value is a value of the reference sensor unit after the first waiting time has elapsed after the output value of the reference sensor unit exceeds the first response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. Output value,
The second detection-side response value of the detection sensor unit after the second waiting time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. A sensor system characterized by an output value.
前記第1基準側応答値及び前記第2基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第1応答検出閾値を超えてから前記第1待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値の所定期間の平均値であり、
前記第1検出側応答値及び前記第2検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第2応答検出閾値を超えてから前記第2待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値の所定期間の平均値であることを特徴とする請求項1に記載のセンサシステム。
The first reference side response value and the second reference side response value are determined by the first waiting time after the output value of the reference sensor unit exceeds the first response detection threshold due to contact with the enzyme substrate. Is the average value of the output value of the reference sensor unit after a predetermined period of time,
The first detection side response value and the second detection side response value are determined as follows: the second waiting time has elapsed after the output value of the detection sensor unit exceeds the second response detection threshold value due to contact with the enzyme substrate. The sensor system according to claim 1, wherein the sensor system is an average value of output values of the detection sensor unit after a predetermined period.
前記濃度判定手段によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のセンサシステム。   The sensor system according to claim 1, further comprising a warning unit that issues a warning when the concentration determined by the concentration determination unit exceeds a predetermined warning threshold value. ユーザ操作に応じて、前記検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段を備え、
前記濃度判定手段は、前記指定手段によって指定された複数の物質のうちの一つのみが前記試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定し、
前記警告手段は、前記濃度判定手段によって判定された各濃度のうちの一つでも前記警告閾値を超えた場合に警告を行うことを特徴とする請求項3に記載のセンサシステム。
In accordance with a user operation, comprising a designation means for designating a plurality of substances as the detection target substance,
The concentration determining means determines the concentration of each of the plurality of substances, assuming that only one of the plurality of substances specified by the specifying means is included in the sample,
The sensor system according to claim 3, wherein the warning unit issues a warning when any one of the concentrations determined by the concentration determination unit exceeds the warning threshold.
前記酵素センサを着脱自在に支持する支持部を備え、
前記酵素センサは、使い捨て型のセンサであることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載のセンサシステム。
A support unit for detachably supporting the enzyme sensor;
The sensor system according to any one of claims 1 to 4, wherein the enzyme sensor is a disposable sensor.
前記試料は液体であり、
前記酵素センサは、前記複数のセンサ部それぞれの周りに液溜部を有することを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載のセンサシステム。
The sample is a liquid;
The sensor system according to claim 1, wherein the enzyme sensor has a liquid reservoir around each of the plurality of sensors.
酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度を請求項1から6の何れか一項に記載のセンサシステムを用いて測定する検出対象物質測定方法において、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる第1接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を前記酵素の基質に接触させる第2接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、前記取得手段によって当該基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とを取得する取得ステップと、
次いで、前記応答比算出手段によって、前記取得ステップで取得された前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とに基づき前記第2応答比を算出する応答比算出ステップと、
次いで、前記濃度判定手段によって、前記記憶手段に記憶されている第1応答比と、前記応答比算出ステップで算出された第2応答比と、の比率に基づき前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定ステップと、を有することを特徴とする検出対象物質測定方法。
7. A method for measuring a substance to be detected, wherein a substance that inhibits the activity of an enzyme is used as a substance to be detected, and the concentration of the substance to be detected contained in a predetermined sample is measured using the sensor system according to any one of claims 1 to 6. In
A first contact step for bringing the detection sensor unit into contact with the sample;
Next, in a state where the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment, a second contact step of bringing the reference sensor unit and the detection sensor unit into contact with the enzyme substrate;
Then, the acquisition step of acquiring the output value of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit by the acquisition unit while the reference sensor unit and the detection sensor unit are arranged in the same environment,
Next, a response ratio calculation step of calculating the second response ratio based on the output value of the reference sensor unit and the output value of the detection sensor unit acquired in the acquisition step by the response ratio calculation unit;
Next, based on the ratio between the first response ratio stored in the storage unit and the second response ratio calculated in the response ratio calculation step, the concentration determination unit determines the detection target substance contained in the sample. And a concentration determination step for determining the concentration.
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