JP2021050936A - 電気抵抗測定装置、電気抵抗測定方法および電気抵抗算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗測定において生じるオフセットを有効に補正する技術を提供する。【解決手段】電気抵抗測定装置１は、作用電極４１，４３と、参照電極５１，５３と、作用電極４１，４３に接続され、一定周期の交流信号を印加する交流電源６１と、参照電極５１，５３に接続され、電位差を測定する電圧計６３と、電圧計６３によって得られる電圧値に基づいて、細胞層９の電気抵抗を算出する電気抵抗算出部７１とを備える。電気抵抗算出部７１は、同一位相における２つの電圧値の差分値から、単位時間当たりの電圧値の変化量を算出する処理を実行するオフセット演算部７３を有する。【選択図】図６

Description

この発明は、生体試料の電気抵抗を測定する技術に関する。

膜構造を形成する細胞層のバリア機能を評価する手法として、経上皮電気抵抗（ＴＥＥＲ）測定が知られている。ＴＥＥＲ測定では、培養プレートの凹部内に、底面が多孔質膜で構成されている有底筒状のインサートが配置され、多孔質膜上に細胞が培養される。また、インサートの内外には、電流を印加するための作用電極が配置されるとともに、電位差を測定するための参照電極が配置される。そして、作用電極間に電流を印加しつつ、参照電極間に発生する電位差を測定することによって、細胞層の電気抵抗が求められる。

特許文献１に記載されているように、電気抵抗測定では、細胞に交流信号を印加する交流インピーダンス法が採用される場合がある。交流インピーダンス法によれば、直流波形を印加する直流分極測定に比べて、細胞に与えるダメージが少なくてすむとともに、測定時間を短くすることができる。また、周波数応答や位相差など、測定から得られる情報が多い。

国際公開第２０１２／１４７４６３号

しかしながら、従来のＴＥＥＲ測定では、交流信号の印加によって、電極の電気二重層に電荷が蓄えられ、これによって、電圧計で測定される電位差にオフセットが生じることが知られている。オフセットの変化量が時間に対して急峻である場合、取得される電圧値の波形自体が大きく変化してしまう。このように、波形がオフセットによって大きく変化してしまうと、測定対象である細胞の電気抵抗を精度良く測定することが困難となる。

本発明の目的は、電気抵抗測定において生じるオフセットを有効に補正する技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１態様は、生体試料の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置であって、第１作用電極および第２作用電極と、第１参照電極および第２参照電極と、前記第１作用電極および前記第２作用電極に接続され、一定周期の交流信号を印加する交流電源と、前記第１参照電極および前記第２参照電極に接続され、電位差を測定する電圧計と、前記電圧計によって得られる電圧値に基づいて、前記生体試料の電気抵抗を算出する電気抵抗算出部と、を備え、前記電気抵抗算出部は、同一位相における２つの電圧値の差分値から、単位時間当たりの電圧値の変化量を算出する処理を実行するオフセット演算部を備える。

第２態様は、第１態様の電気抵抗測定装置であって、前記電気抵抗算出部は、前記オフセット演算部によって得られる前記変化量に基づくオフセットを、前記電圧計によって得られる電圧値から差し引く処理を実行する。

第３態様は、第１態様または第２態様の電気抵抗測定装置であって、前記電気抵抗算出部は、前記２つの電圧値各々が測定された時間を、第１時間および第２時間として、前記第１時間から前記第２時間までの期間内で測定される電圧値から、前記電気抵抗を算出する。

第４態様は、第１態様から第３態様のいずれか１つの電気抵抗測定装置であって、前記第１参照電極および前記第２参照電極の少なくとも一方が、薄膜電極である。

第５態様は、第４態様の電気抵抗測定装置であって、前記薄膜電極が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、または、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のうちいずれかで構成される。

第６態様は、生体試料の電気抵抗を測定する電気抵抗測定方法であって、（ａ）生体試料を間に挟んで、配置される第１作用電極と第２作用電極との間に、一定周期の交流信号を印加しつつ、前記生体試料を挟んで配置される第１参照電極と第２参照電極との間の電位差を測定する電位差測定工程と、（ｂ）前記電位差測定工程によって得られる、同一位相における２つの電圧値の差分値を算出する工程と、（ｃ）前記差分値から、電圧値の単位時間当たりの変化量を算出する工程とを含む。

第７態様は、生体試料を挟んで位置する第１参照電極と前記生体試料の他方側に位置する第２作用電極との間に一定周期の交流信号を印加したときに、前記生体試料の一方側に位置する第１参照電極と前記生体試料の他方側に位置する第２参照電極との間で発生する電位差から、前記生体試料の電気抵抗を算出する電気抵抗算出装置であって、同一位相における２つの電圧値の差分値から、電圧値の単位時間当たりの変化量を算出するオフセット演算部を備える。

第１態様の電気抵抗測定装置によると、同一位相における２つの電圧値の差分値から、単位時間当たりの電圧値の変化量を求めることができる。これにより、経時的に大きく変化するオフセットを求めることができる。したがって、電気抵抗測定において生じるオフセットを有効に補正できる。

第２態様の電気抵抗測定装置によると、測定された電圧値からオフセットを差し引くことによって、生体試料の電気抵抗を精度良く求めることができる。

第３態様の電気抵抗測定装置によると、第１時間から第２時間までの電圧値の変化量から単位時間当たりの電圧値の変化量を求めた場合、第１時間から第２時間までの期間中のオフセットを適切に求めることができる。これにより、第１時間から第２時間までの期間中の電圧値を精度良く補正することができるため、当該期間中の電圧値から生体試料の電気抵抗を精度良く求めることができる。

第４態様の電気抵抗測定装置によると、第１参照電極または第２参照電極を薄膜電極とすることにより、第１参照電極または第２参照電極が、電気抵抗測定において妨げになることを抑制できる。

第５態様の電気抵抗測定装置によると、金、白金、およびＩＴＯの薄膜電極を作製する際、印刷法を採用することができる。また、金、白金またはＩＴＯの薄膜電極を用いることによって生じる電気二重層によるオフセットの影響を、補正処理によって除くことができるため、生体試料の電気抵抗を精度良く行うことができる。

第６態様の電気抵抗測定方法によると、同一位相における２つの電圧値の差分値から、単位時間当たりの電圧値の変化量を求めることができる。これにより、経時的に大きく変化するオフセットを求めることができる。

第７態様の電気抵抗算出装置によると、同一位相における２つの電圧値の差分値から、単位時間当たりの電圧値の変化量を求めることができる。これにより、経時的に大きく変化するオフセットを求めることができる。

実施形態の電気抵抗測定装置１と細胞培養容器２とを模式的に示す図である。 細胞培養容器２の上面図である。 実施形態の電極ユニット３の上面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う位置における電極ユニット３の一部を示す断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う位置における電極ユニット３の一部を示す断面図である。 実施形態の電気抵抗測定装置１における電気的接続を模式的に示す図である。 電気抵抗測定装置１を用いた電気抵抗測定の流れ図である。 測定によって得られる電圧値の波形９１（矩形波）を示す図である。 測定によって得られる電圧値の波形９３（正弦波）を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の説明において、電極保持部材の基板に平行な面を水平面として、水平面に平行な方向を「水平方向」、水平面に垂直な方向を「上下方向」と称する。

＜１． 実施形態＞
図１は、実施形態の電気抵抗測定装置１と細胞培養容器２とを模式的に示す図である。図２は、細胞培養容器２の上面図である。図３は、実施形態の電極ユニット３の上面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う位置における電極ユニット３の一部を示す断面図である。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿う位置における電極ユニット３の一部を示す断面図である。

電気抵抗測定装置１は、細胞培養容器２で培養された細胞の電気抵抗（インピーダンス）を測定する装置である。電気抵抗測定装置１は、電極ユニット３と、電極ユニット３に接続される測定器４とを備える。電極ユニット３は、細胞培養容器２に載置される。

細胞培養容器２は、細胞の培養に用いられる容器である。細胞培養容器２は、複数のウェル２１を有する、いわゆるウェルプレートである。図１に示すように、ウェル２１は、細胞培養容器２の上面から下方へ窪む凹部である。図２に示すように、細胞培養容器２においては、縦２行、横３列の計６つのウェル２１が格子状に配置される。なお、細胞培養容器２におけるウェル２１の数は、６つに限定されるものではなく、１〜５つ、または、７つ以上であってもよい。

細胞培養容器２には、インサートカップ２３が設置される。本例では、６つウェル２１の内部各々に、インサートカップ２３が１つずつ配置される。インサートカップ２３は、筒部２５と、支持部２７と、細胞培養部２９とを有する。筒部２５は、円錐台状かつ筒状に形成された絶縁性の部位である。支持部２７は、筒部２５の上端から外方へと延びる。支持部２７を細胞培養容器２の上面に載置すると、ウェル２１の内部であって、細胞培養部２９がウェル２１の底面に接触しない位置に、筒部２５および細胞培養部２９を配置することができる。本実施形態では、筒部２５の周方向の３箇所に支持部２７が放射状に配置される。しかしながら、支持部２７は、筒部２５および細胞培養部２９を所定の位置に支持できる構成であれば、他の形状であってもよい。例えば、支持部２７は、インサートカップ２３の周方向の２箇所のみに配置されてもよいし、４箇所以上に配置されてもよい。また、支持部２７は、インサートカップ２３の周方向の一部から外方へ延びるフランジ状であってもよい。

細胞培養部２９は、筒部２５の下方の開口を覆う膜である。細胞培養部２９には、細胞接着性を有する膜が用いられる。なお、細胞培養部２９には、微細な貫通孔が多数設けられた板状の部材が用いられてもよい。測定対象の細胞を培養する際には、ウェル２１の内部に、少なくとも細胞培養部２９が浸る位置まで培養液が注入される。

電気抵抗測定装置１は、電極ユニット３と、測定器４とを備える。電極ユニット３は、基板３１と、６つの第１柱部３５と、６つの第２柱部３７と、６つの電極セットを有する。電極セットは、作用電極４１，４３と、参照電極５１，５３とを１組として備える。電極ユニット３は、細胞培養容器２の６つの各ウェル２１に電極セットを１つずつ配置する部材である。

基板３１は、水平方向に延びる平板状であり、かつ、絶縁性を有する部材である。基板３１は、例えば、ガラスエポキシ樹脂で構成される。基板３１は、格子状に配置された複数の観察用開口３１１を有する。各観察用開口３１１は、細胞培養容器２の各ウェル２１と上下方向に重なる位置に設けられる。

基板３１には、複数の導線３３が配置されている。各導線３３の一端は電極接続端子３３１である。各導線３３は、電極接続端子３３１を介して、第１柱部３５に設けられた作用電極４１，４３、および、第２柱部３７に設けられた参照電極５１，５３のいずれかに接続される。各導線３３の他端は、外部接続端子３３３である。各導線３３は、外部接続端子３３３を介して、測定器４に接続される。導線３３のうち、電極接続端子３３１を含む少なくとも一部は、基板３１の上面にプリント形成される。導線３３のその他の部分は、複数層に形成された基板３１の内側の層にプリント形成されてもよいし、あるいは、基板３１の製造時に内側の層に埋め込まれてもよい。

各観察用開口３１１の近傍には、第１および第２柱部３５，３７が１つずつ設けられている。本実施形態では、第１および第２柱部３５，３７は、６つの観察用開口３１１各々に対して１つずつ設けられている。なお、第１および第２柱部３５，３７は、６つの観察用開口３１１のうち一部に対してのみ設けられてもよい。

第１および第２柱部３５，３７は、上下方向に延びる四角柱状を有する。第１柱部３５の端部および第２柱部３７の端部は、基板３１に連結しており、第１柱部３５および第２柱部３７は、基板３１に連結する部分から下方へ延びる。第１および第２柱部３５，３７は、絶縁性を有する部材であって、例えば、ガラスで構成される。第１および第２柱部３５，３７は、基板３１と同様に、ガラスエポキシ樹脂で構成されてもよい。

第１柱部３５の外表面には、作用電極４１（第１作用電極）と、参照電極５１（第１参照電極）とが設けられる。図４に示すように、第１柱部３５が有する４つの側面のうち、１つの第１側面３５１に作用電極４１が設けられ、第１側面３５１に対向する第２側面３５３に参照電極５１が設けられる。作用電極４１と参照電極５１とは、隣り合わず、間隔を空けて配置される。

第２柱部３７の外表面には、作用電極４３（第２作用電極）と、参照電極５３（第２参照電極）とが設けられる。図５に示すように、第２柱部３７が有する４つの側面のうち、１つの第１側面３７１に作用電極４３が設けられ、第１側面３７１に対向する第２側面３７３に参照電極５３が設けられる。作用電極４３と参照電極５３とは、隣り合わず、間隔を空けて配置される。

作用電極４１，４３および参照電極５１，５３は、導電性部材であって、好ましくは、銀−塩化銀、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、または、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの金属で構成される。また、作用電極４１，４３および参照電極５１，５３は、好ましくは金属薄膜である。金属薄膜は、例えば、プリント形成、または、蒸着で形成され得る。作用電極４１，４３および参照電極５１，５３を金属薄膜とすることによって、作用電極４１，４３および参照電極５１，５３が電気抵抗測定の妨げになることを抑制できる。ただし、作用電極４１，４３および参照電極５１，５３のいずれか１つまたは全部を、板状または線状の導電性部材としてもよく、接着剤等を介して第１柱部３５または第２柱部３７に取り付けられてもよい。

図１等に示すように、基板３１には、複数の貫通孔３１３が設けられる。貫通孔３１３は、観察用開口３１１の周囲に設けられる。図１等に示すように、各貫通孔３１３には、第１柱部３５および第２柱部３７が挿通される。図１に示すように、第１柱部３５および第２柱部３７の上端部は、基板３１の上面よりも上方に突出する。

図３に示すように、各貫通孔３１３に隣接する位置には、２つの導線３３の電極接続端子３３１が配置される。図４に示すように、作用電極４１および参照電極５１はそれぞれ、導電性接続部材３１５を介して導線３３の電極接続端子３３１に電気的に接続される。

各導電性接続部材３１５は、略直方体形状である。図３中の拡大部、図４および図５に示すように、導電性接続部材３１５は、各導線３３の電極接続端子３３１の上に配置される。また、図４に示すように、作用電極４１の上端部付近が、１つの導電性接続部材３１５の側面と導電性接着剤３１７により接着される。また、当該導電性接続部材３１５の下面と１つの導線３３の電極接続端子３３１の上面とが、導電性接着剤３１７により接着される。これにより、作用電極４１と１つの導線３３とが、導電性接続部材３１５および導電性接着剤３１７を介して電気的に接続される。

同様に、参照電極５１の上端部付近が、他の１つの導電性接続部材３１５の側面と導電性接着剤３１７により接着される。また、導電性接続部材３１５の下面と他の１つの導線３３の電極接続端子３３１の上面とが、導電性接着剤３１７により接着される。これにより、参照電極５１と他の１つの導線３３とが、導電性接続部材３１５および導電性接着剤３１７を介して電気的に接続される。

作用電極４１および参照電極５１が導電性接続部材３１５を介して基板３１に接着されることにより、第１柱部３５の上端部が基板３１に固定される。作用電極４３および参照電極５３も、同様に、導電性接続部材３１５を介して導線３３と接続される。

電極ユニット３を細胞培養容器２に載置する際には、図１に示すように、各ウェル２１において、インサートカップ２３が、水平方向の一方側（図１〜図３では右側）に寄せて配置される。そして、電極ユニット３を細胞培養容器２に載置することによって、第１柱部３５の下端部および第２柱部３７の下端部が、ウェル２１の内側に配置される。

電極ユニット３が細胞培養容器２に載置された状態では、各観察用開口３１１が各ウェル２１の略中央に配置される。図３に示すように、第１柱部３５は、観察用開口３１１の一方側（図３中では右側）に配置され、第２柱部３７は、観察用開口３１１の他方側（図３中では左側）に配置される。インサートカップ２３は、ウェル２１の一方側に偏って配置されるため、第１柱部３５は、インサートカップ２３の内部に挿入され、第２柱部３７は、インサートカップ２３の外部に挿入される。

図１に示すように、第２柱部３７は、第１柱部３５よりも下方に突出している。電極ユニット３が細胞培養容器２に載置されると、第１柱部３５の下端部がインサートカップ２３の細胞培養部２９よりも上方に配置され、第２柱部３７の下端部が細胞培養部２９よりも下方に配置される。すなわち、作用電極４１および参照電極５１の下端部は、ウェル２１の細胞培養部２９よりも上方に配置され、作用電極４３および参照電極５３の下端部は、細胞培養部２９よりも下方には位置される。

測定器４の構成について、図６を参照しつつ説明する。図６は、実施形態の電気抵抗測定装置１における電気的接続を模式的に示す図である。測定器４は、交流電源６１と、電圧計６３と、制御部７とを備える。交流電源６１は、導線３３を介して、作用電極４１，４３に接続され、一定周期の交流信号を印加する。電圧計６３は、導線３３を介して、参照電極５１，５３に接続され、参照電極５１，５３間の電位差を測定する。図示を省略するが、測定器４は、交流電源６１および電圧計６３に接続される電極セットを、６つの電極セットの中で切り替える切替回路（不図示）を備えてもよい。切替回路の動作は、制御部７によって制御されてもよい。図６は、６つの中の１つの電極セットが交流電源６１および電圧計６３に接続されている状態を示している。

制御部７は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭおよび補助記憶装置（例えば、ハードディスク）を備えた一般的なコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、補助記憶装置にインストールされたプログラムにしたがって動作することにより、電気抵抗を測定するための各種処理を実行する。なお、制御部７が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの専用回路を備えることによって、制御部７の各種機能がハードウェア的に実現されてもよい。

制御部７は、交流電源６１と電気的に制御されており、交流電源６１の動作を制御する。制御部７は、電圧計６３と電気的に接続されており、電圧計６３から電位差（電圧値）を表す入力信号を受け取る。

図６に示す電気抵抗算出部７１は、ＣＰＵがプログラムに従って動作することにより実現される機能である。電気抵抗算出部７１は、オフセット演算部７３を有する。オフセット演算部７３は、電圧計６３によって得られる電圧値に含まれるオフセットを算出する処理を行う。電気抵抗算出部７１が実行する処理については、後述する。電気抵抗算出部７１は、電圧計６３によって得られる電圧値に対してオフセットを除く補正処理を行うとともに、補正された電圧値から細胞層９の電気抵抗を求める処理を実行する。電気抵抗算出部７１を備える制御部７は、電気抵抗算出装置の一例である。

＜電気抵抗測定について＞
電気抵抗測定装置１を用いて細胞層９の電気抵抗を測定する場合、図１に示すように、細胞培養部２９上に測定対象である細胞層９が形成されたインサートカップ２３が、細胞培養容器２のウェル２１にセットされる。そして、細胞培養容器２に電極ユニット３が載置される。各ウェル２１には、第１柱部３５および第２柱部３７に設けられた作用電極４１，４３および参照電極５１，５３の先端が浸る程度に、導電性を有する溶液（培養液など）が注入される。この状態で、電極ユニット３の各導線３３に、測定器４が接続される。これにより、図６に示す回路が形成され、細胞層９の電気抵抗測定が可能な状態となる。

電極ユニット３には、各ウェル２１に対応する観察用開口３１１を設けている。これにより、細胞培養部２９上で培養される細胞の観察を行いやすい。さらに、第１および第２柱部３５，３７を観察用開口３１１と上下方向に重ならない位置に配置することにより、細胞層９の電気抵抗の測定と、細胞層９の観察とを同時に行うことができる。

図６中、抵抗Ｒｍは、細胞培養部２９および細胞培養部２９上に培養された細胞層９（以下、細胞培養部２９と細胞層９とをまとめて「細胞部」と称する。）の電気抵抗に相当する。抵抗Ｒｗ１は、作用電極４１と細胞部との間にある培養液の電気抵抗に相当する。抵抗Ｒｗ２は、作用電極４３と細胞部との間にある培養液の電気抵抗に相当する。抵抗Ｒｒ１は、参照電極５１と細胞部との間にある培養液の電気抵抗に相当する。抵抗Ｒｒ２は、参照電極５３と細胞部との間にある培養液の電気抵抗に相当する。なお、細胞層９の電気抵抗測定に先だち、抵抗Ｒｗ１，Ｒｒ１，Ｒｗ２，Ｒｒ２と、細胞層９が無い状態での細胞培養部２９のみの抵抗Ｒｍとの各電気抵抗値は、あらかじめコントロールとして測定される。

図７は、電気抵抗測定装置１を用いた電気抵抗測定の流れ図である。図７に示す各処理は、特に断らない限り、制御部７の制御下で実行されるものとする。電気抵抗測定では、順に、電位差測定工程Ｓ１、差分値算出工程Ｓ２、変化量算出工程Ｓ３、補正工程Ｓ４、電気抵抗算出工程Ｓ５が実行される。

電位差測定工程Ｓ１は、細胞層９の電気抵抗測定が可能となった状態で実行される。電位差測定工程Ｓ１では、制御部７が、交流電源６１を駆動することによって、作用電極４１，４３間に、一定周期Ｔの交流信号を印加する。また、制御部７は、電圧計６３によって測定される電圧値を取得する。電位差測定工程Ｓ１では、時間的に継続して１周期以上の交流信号が印加されることにより、少なくとも１周期分の電圧値が測定される。

図８は、測定によって得られる電圧値の波形９１（矩形波）を示す図である。図８中、横軸は時間（位相）を示しており、縦軸は電圧を示している。交流電源６１が矩形波の交流信号を印加すると、電圧計６３によって測定される電圧値は、矩形波である波形９１となる。波形９１では、交流信号に依存した電圧変動に加えて、電圧値の線形的な増加（オフセット）が生じている。このオフセットは、時間の経過とともに線形的に大きくなっている。このオフセットは、参照電極５１，５３における電気二重層に電荷が蓄積されることによって、見かけの電圧値が増大することに起因すると考えられる。このオフセットを含む電圧値のまま、細胞層９の電気抵抗を正確に求めることは困難である。また、交流信号の印加により、細胞層９へダメージが加わるおそれがあるため、交流信号の印加後、できるだけ早期に得られる電圧値から、電気抵抗を求めることが望ましい。

電気抵抗測定装置１では、測定された電圧値からオフセットを除く処理が実行される。具体的には、まず、図７に示す差分値算出工程Ｓ２が行われる。差分値算出工程Ｓ２では、オフセット演算部７３が、電位差測定工程Ｓ１によって得られた電圧値から、同一位相における２つ電圧値の差分値を算出する処理を実行する。

例えば、電位差測定工程Ｓ１によって、図８に示す波形９１が得られたとする。波形９１は、時間０〜時間２Ｔまでの２周期分の波形である。ここでは、便宜上、時間０〜時間Ｔまでを第１周期Ｔ１、時間Ｔ〜時間２Ｔまでを第２周期Ｔ２と称する。波形９１において差分値を求めるため、オフセット演算部７３は、例えば、第１の電圧値として、第１周期Ｔ１における時間Ｔ／４の電圧値Ｖ１（点Ｐ１）を選択したとする。この場合、オフセット演算部７３は、第２の電圧値として、第２周期Ｔ２における時間Ｔ／４と同一位相である時間５Ｔ／４の電圧値Ｖ２（点Ｐ２）を選択する。そして、オフセット演算部７３は、選択された２つの電圧値Ｖ１，Ｖ２から、これらの差分値ΔＶ（＝Ｖ２−Ｖ１）を算出する。

変化量算出工程Ｓ３では、オフセット演算部７３が、差分値ΔＶから、単位時間当たりのオフセット変化量Ｋを算出する処理を実行する。例えば、図８に示す例において、オフセット演算部７３は、選択された２つの電圧値Ｖ１，Ｖ２の差分値ΔＶを、２つの電圧値が測定された測定時間の時間差Ｔ（＝５Ｔ／４−Ｔ／４）で割る。これによって、オフセット演算部７３は、単位時間当たりのオフセット変化量Ｋとして、ΔＶ／Ｔを算出する。このオフセット変化量Ｋは、図８に示すように、波形９１における２つの点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線Ｌ１の傾きに相当する。

差分値算出工程Ｓ２に関して、図８に示す例では、同一位相の電圧値として、１周期分の時間差Ｔとなる２つの電圧値Ｖ１，Ｖ２が選択されているが、２周期以上の時間差となる２つの電圧値が選択されてもよい。すなわち、差分値算出工程Ｓ２においては、ｎを１以上の自然数として、ｎ周期分の時間差となる２つの電圧値の差分値が求められる。そして、変化量算出工程Ｓ３では、差分値算出工程Ｓ２で得られた差分値を、２つの電圧値の測定時間の時間差（すなわち、ｎ周期分）で割ることによって、単位時間当たりのオフセット変化量Ｋが求められる。

なお、オフセット変化量を１つの位相における差分値ΔＶのみから求めることは必須ではない。例えば、異なる位相毎にオフセット変化量Ｋを求め、求められた複数のオフセット変化量Ｋの代表値（平均値または中央値など）を最終的なオフセット変化量Ｋとしてもよい。具体的に、図８に示す例では、Ｔ／４に対応する位相でのオフセット変化量Ｋを求めているが、Ｔ／４とは異なる位相（例えば、Ｔ／２、または、３Ｔ／４に対応する位相）でのオフセット変化量Ｋも求めてもよい。そして、求められた複数のオフセット変化量Ｋの代表値を、最終的なオフセット変化量Ｋとしてもよい。

補正工程Ｓ４では、オフセット演算部７３が、オフセットを求める処理を実行するとともに、電気抵抗算出部７１が、求められたオフセットを電圧計６３で得られた電圧値から除く補正処理を行う。具体的に、オフセットは、時間ｔを変数とし、変化量算出工程Ｓ３にて求められたオフセット変化量Ｋを傾きとする一次式ｆ（ｔ）＝Ｋｔとされる。電気抵抗算出部７１は、電位差測定工程Ｓ１で得られた各時間ｔの電圧値から、一次式ｆ（ｔ）で求められるオフセットを差し引く。これにより、オフセットについて補正された電圧値が得られる。

電気抵抗算出工程Ｓ５では、電気抵抗算出部７１が、補正後の電圧値を、交流信号の電流値で割ることによって、電気抵抗が算出される。図８に示す波形９１ｒは、波形９１において、オフセットを除く補正処理によって得られる波形である。波形９１ｒにおいては、経時的に線形的に大きくなるオフセット成分が除去される。このため、波形９１ｒが示す電圧値から電気抵抗を算出することによって、細胞層９の電気抵抗を精度良く求めることができる。

ここで、変化量算出工程Ｓ３においてオフセット変化量Ｋを求めるために、差分値算出工程Ｓ２にて選択された２つの電圧値各々の測定時間を、それぞれ、第１時間ｔ１、第２時間ｔ２（ｔ１＜ｔ２）とする。すると、オフセット変化量Ｋに基づくｆ（ｔ）によると、第１時間ｔ１から第２時間ｔ２までの期間中のオフセットを精度良く求めることができるため、当該期間中の電圧値を精度良く補正することができると考えられる。そこで、電気抵抗算出工程Ｓ５では、電気抵抗算出部７１は、第１時間ｔ１〜第２時間ｔ２の期間内の電圧値から電気抵抗を求めることが望ましい。例えば、図８に示す例では、第１時間ｔ１がＴ／４、第２時間ｔ２が５Ｔ／４である。このため、電気抵抗算出部７１が、補正後の波形９１ｒのうち、Ｔ／４〜５Ｔ／４までの期間内の電圧値から電気抵抗を算出することによって、細胞層９の電気抵抗を精度良く求めることができると考えられる。ただし、電気抵抗算出部７１が、時間Ｔ／４から時間５Ｔ／４までの期間以外で測定された電圧値から、電気抵抗を求めることは妨げられない。

図９は、測定によって得られる電圧値の波形９３（正弦波）を示す図である。図９中、横軸は時間（位相）を示しており、縦軸は電圧を示している。作用電極４１，４３に正弦波の交流信号を印加すると、測定される電圧値は、正弦波である波形９３となる。この波形９３に対しても、差分値算出工程Ｓ２、変化量算出工程Ｓ３、および、補正工程Ｓ４が順次行われることによって、オフセット成分が除かれた波形９３ｒを取得することができる。このため、波形９３ｒから電気抵抗を算出することによって、細胞層９の電気抵抗を精度良く求めることができる。

＜効果＞
電気抵抗測定装置１によると、電気抵抗測定時に生じる電圧値のオフセットを、適切に補正することができるため、細胞層９の電気抵抗を精度良く求めることができる。

電極を銀−塩化銀で構成する場合、まず銀電極を作製した後に、当該銀電極に対して塩化処理を実施する必要がある。このため、電極の製造コストが増加する。これに対して、電極を金、白金、または、酸化インジウムスズで構成する場合、塩化処理に相当する追加の処理を特に必要としないため、電極の製造コストを抑えることができる。ただし、参照電極５１，５３に金、白金、または酸化インジウムスズの金属電極を採用した場合、銀−塩化銀合を採用した場合と比較して、電気二重層容量の影響が大きくなる。これに対して、電気抵抗測定装置１によれば、オフセットを適切に補正することができるため、金、白金、または酸化インジウムスズの金属電極を採用した場合であっても、細胞層９の電気抵抗を適正に求めることができる。

以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記説明では、電気抵抗測定装置１による電気抵抗の測定対象が細胞層９としているが、生体組織をであってもよい。

また、各導線３３は、基板３１にプリントされたものに限定されない。また、図３に示す導線３３の配置は、適宜変更し得る。

電極ユニット３の細部の構成については、本願の各図と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ 電気抵抗測定装置
３ 電極ユニット
４１，４３ 作用電極
５１，５３ 参照電極
６１ 交流電源
６３ 電圧計
７ 制御部（電気抵抗算出装置）
７１ 電気抵抗算出部
７３ オフセット演算部
９ 細胞層（生体試料）
９１,９３ 波形
９１ｒ，９３ｒ 補正後の波形
Ｋ オフセット変化量
Ｓ１ 電位差測定工程
Ｓ２ 差分値算出工程
Ｓ３ 変化量算出工程
Ｓ４ 補正工程
Ｓ５ 電気抵抗算出工程
ｔ１ 第１時間
ｔ２ 第２時間

Claims (7)

1. 生体試料の電気抵抗を測定する電気抵抗測定装置であって、
   第１作用電極および第２作用電極と、
   第１参照電極および第２参照電極と、
   前記第１作用電極および前記第２作用電極に接続され、一定周期の交流信号を印加する交流電源と、
   前記第１参照電極および前記第２参照電極に接続され、電位差を測定する電圧計と、
   前記電圧計によって得られる電圧値に基づいて、前記生体試料の電気抵抗を算出する電気抵抗算出部と、
   を備え、
   前記電気抵抗算出部は、
   同一位相における２つの電圧値の差分値から、単位時間当たりの電圧値の変化量を算出する処理を実行するオフセット演算部、
   を備える、電気抵抗測定装置。
2. 請求項１の電気抵抗測定装置であって、
   前記電気抵抗算出部は、
   前記オフセット演算部によって得られる前記変化量に基づくオフセットを、前記電圧計によって得られる電圧値から差し引く処理を実行する、電気抵抗測定装置。
3. 請求項１または請求項２の電気抵抗測定装置であって、
   前記電気抵抗算出部は、
   前記２つの電圧値各々が測定された時間を、第１時間および第２時間として、
   前記第１時間から前記第２時間までの期間内で測定される電圧値から、前記電気抵抗を算出する、電気抵抗測定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項の電気抵抗測定装置であって、
   前記第１参照電極および前記第２参照電極の少なくとも一方が、薄膜電極である、電気抵抗測定装置。
5. 請求項４の電気抵抗測定装置であって、
   前記薄膜電極が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、または、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のうちいずれかで構成される、電気抵抗測定装置。
6. 生体試料の電気抵抗を測定する電気抵抗測定方法であって、
   （ａ） 生体試料を間に挟んで、配置される第１作用電極と第２作用電極との間に、一定周期の交流信号を印加しつつ、前記生体試料を挟んで配置される第１参照電極と第２参照電極との間の電位差を測定する電位差測定工程と、
   （ｂ） 前記電位差測定工程によって得られる、同一位相における２つの電圧値の差分値を算出する工程と、
   （ｃ） 前記差分値から、電圧値の単位時間当たりの変化量を算出する工程と、
   を含む、電気抵抗測定方法。
7. 生体試料を挟んで位置する第１参照電極と前記生体試料の他方側に位置する第２作用電極との間に一定周期の交流信号を印加したときに、前記生体試料の一方側に位置する第１参照電極と前記生体試料の他方側に位置する第２参照電極との間で発生する電位差から、前記生体試料の電気抵抗を算出する電気抵抗算出装置であって、
   同一位相における２つの電圧値の差分値から、電圧値の単位時間当たりの変化量を算出するオフセット演算部、
   を備える、電気抵抗算出装置。
   

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