JP2021153492A - Detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体試料中に含まれる物質を検出する検出装置に関する。 The present invention relates to a detection device that detects a substance contained in a gas sample.
酵素反応に伴う補酵素の減少を検出することにより、試料中に含まれる特定の化学物質を検出する検出装置が知られている。 A detection device is known that detects a specific chemical substance contained in a sample by detecting a decrease in coenzyme associated with an enzymatic reaction.
例えば、特許文献1には、NADH等の補酵素に特定の励起光を照射すると蛍光を発することを利用して、試料中の化学物質を検出するバイオセンサシステムが開示されている。当該バイオセンサシステムでは、酵素の存在下で試料中のケトン類等の化学物質と補酵素との反応に伴い補酵素が減少した際に、補酵素が発する蛍光量の減少を検出することで、試料中の化学物質が検出されて定量される。 For example, Patent Document 1 discloses a biosensor system that detects a chemical substance in a sample by utilizing the fact that when a coenzyme such as NADH is irradiated with a specific excitation light, it emits fluorescence. The biosensor system detects a decrease in the amount of fluorescence emitted by a coenzyme when the coenzyme decreases due to a reaction between a chemical substance such as ketones in a sample and the coenzyme in the presence of the enzyme. Chemical substances in the sample are detected and quantified.
例えば、上記のようなバイオセンサシステムにおいて、気体試料中の基質の濃度に対して、検出に使用する溶液中の補酵素の濃度が低すぎる場合、補酵素のほとんどが消費されてしまい、基質の濃度に合わせて補酵素の濃度を変更する必要があったことが課題の1つとして挙げられる。 For example, in the biosensor system as described above, if the concentration of the coenzyme in the solution used for detection is too low with respect to the concentration of the substrate in the gas sample, most of the coenzyme will be consumed and the substrate will be consumed. One of the problems is that it was necessary to change the concentration of coenzyme according to the concentration.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、酵素の存在下で補酵素と基質との反応によって、気体試料中の基質を検出する検出装置において、気体試料中の基質の濃度に合わせて補酵素の濃度を変更することなく基質を検出することが可能である検出装置を提供することを目的の1つとしている。 The present invention has been made in view of the above points, and is adjusted to the concentration of the substrate in the gas sample in a detection device that detects the substrate in the gas sample by the reaction between the coenzyme and the substrate in the presence of the enzyme. One of the purposes is to provide a detection device capable of detecting a substrate without changing the concentration of coenzyme.
請求項1に記載の発明は、気体試料中の化学物質を検出する検出装置であって、補酵素を含む溶液が通過可能に設けられた液体流路と、前記気体試料が通過可能に設けられた気体流路と、一方の面が前記液体流路の一部に接し、他方の面が前記気体流路に接するように設けられ、前記液体流路内の前記溶液の液圧に応じて変形可能な膜であって、前記補酵素と結合することで前記気体試料中の化学物質の化学反応を触媒する酵素を保持する酵素保持膜と、前記酵素保持膜に向けて前記液体流路を横切るように前記補酵素を励起する励起光を照射する光照射部と、前記補酵素が励起されることで発生する蛍光を検出する検出部と、前記液体流路内の前記溶液の液圧を変化させる液圧調整部と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a detection device that detects a chemical substance in a gas sample, and is provided with a liquid flow path provided so that a solution containing a coenzyme can pass through and the gas sample can pass through. The gas flow path is provided so that one surface is in contact with a part of the liquid flow path and the other surface is in contact with the gas flow path, and is deformed according to the hydraulic pressure of the solution in the liquid flow path. A possible membrane that crosses the liquid flow path towards the enzyme-retaining membrane and an enzyme-retaining membrane that retains an enzyme that binds to the coenzyme to catalyze the chemical reaction of a chemical substance in the gas sample. A light irradiation unit that irradiates excitation light that excites the coenzyme, a detection unit that detects fluorescence generated when the coenzyme is excited, and a change in the hydraulic pressure of the solution in the liquid flow path. It is characterized by having a hydraulic pressure adjusting unit for causing the liquid pressure to be adjusted.
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。 Examples of the present invention will be described in detail below. In the following description and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to substantially the same or equivalent parts.
図1は、本発明の実施例に係る検出装置10の構成を模式的に示す図である。検出装置10は、バイオセンサ11を含み、バイオセンサ11を動作させて気体試料中の基質の濃度を測定する装置である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a
バイオセンサ11は、気体試料中に含まれる基質を酵素の存在下で補酵素と反応させ、補酵素が発する蛍光を検出することで間接的に基質を検出する装置である。アルデヒド類やケトン類等の基質は、NADHやNADPH等の補酵素が存在すると、脱水素酵素による逆反応が進行し、一級アルコールや二級アルコールとなる。この反応により、NADHやNADPHは酸化されてNAD+やNADP+へと変化する。
The
例えば、酵素として二級アルコール脱水素酵素(S−ADH(secondary alcohol dehydrogenase))、補酵素としてNADH(還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド)を用いた場合、基質であるアセトンが還元されて2−プロパノールとなる反応の反応式を化1に示す。 For example, when secondary alcohol dehydrogenase (S-ADH) is used as the enzyme and NADH (reduced nicotinamide adenine dinucleotide) is used as the coenzyme, the substrate acetone is reduced to 2-propanol. The reaction formula of the above reaction is shown in Chemical formula 1.
上記の反応において、酵素であるS−ADHは、基質であるアセトンが2−プロパノールに還元される反応の触媒として作用する。補酵素であるNADHは、脱水素酵素の逆反応により酸化されてNAD+(酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド)となる。 In the above reaction, the enzyme S-ADH acts as a catalyst for the reaction in which the substrate acetone is reduced to 2-propanol. NADH, which is a coenzyme, is oxidized to NAD + (oxidized nicotinamide adenine dinucleotide) by the reverse reaction of dehydrogenase.
また、例えば、アルコール脱水素酵素(ADH)、基質としてアセトアルデヒド、補酵素としてNADHを用いた場合の反応式を化2に示す。この反応において、基質であるアセトアルデヒドが還元されてエタノールとなる。 Further, for example, the reaction formula when alcohol dehydrogenase (ADH), acetaldehyde as a substrate, and NADH as a coenzyme is used is shown in Chemical formula 2. In this reaction, the substrate acetaldehyde is reduced to ethanol.
NADHやNADPHは340nm近傍の紫外線によって励起されて蛍光を発する。一方で、反応により変化したNAD+やNADP+は紫外線によって励起されず蛍光を発しない。NADHやNADPHが発する蛍光量はアルデヒド類やケトン類の量と相関があるため、反応前後の蛍光量の変化から、アルデヒド類やケトン類の量を見積もることができる。 NADH and NADPH are excited by ultraviolet rays in the vicinity of 340 nm and emit fluorescence. On the other hand, NAD + and NADP + changed by the reaction are not excited by ultraviolet rays and do not fluoresce. Since the amount of fluorescence emitted by NADH and NADPH correlates with the amount of aldehydes and ketones, the amount of aldehydes and ketones can be estimated from the change in the amount of fluorescence before and after the reaction.
バイオセンサ11は、内部に酵素を固定化した多孔質性の膜(酵素保持膜)が設けられており、この膜を介して気体試料と補酵素を含む補酵素溶液とが接するように構成されている。従って、酵素保持膜近傍で化学反応が進行し、酵素保持膜近傍に補酵素を励起する励起光を照射すると、蛍光が発生する。バイオセンサ11は、当該蛍光を検出可能に構成されている。
The
溶液供給機構13は、バイオセンサ11に接続されている。溶液供給機構13は、補酵素を含む補酵素溶液を緩衝液と混合してバイオセンサ11に供給するように構成されている。
The
混合槽15は、緩衝液と、補酵素を含む補酵素溶液との混合液を収容可能な容器である。混合槽15は、緩衝液が流入する緩衝液流入口と、補酵素溶液が流入する補酵素溶液流入口と、混合液が流出する混合液流出口とを備えている。
The
混合槽15に流入した緩衝液と補酵素溶液とは、混合槽15内で混合されて混合液となる。例えば、混合槽15には、混合液をより均一にするための機構が設けられていてもよい。例えば、混合槽15の内部に、撹拌用プロペラ又はマグネティックスターラー等の撹拌する機構が設けられていてもよい。また、例えば、混合槽15としてスタティックミキサを採用してもよく、フィルタ容器等の抵抗の高い容器を採用してもよい。
The buffer solution and the coenzyme solution that have flowed into the
緩衝液供給系17は、混合槽15に緩衝液を供給するように構成されている。緩衝液供給系17は、緩衝液サーバーB1、第1ポンプP1及び配管L1を含む。
The buffer
緩衝液サーバーB1は、例えば緩衝液が収容されたボトル又はタンクである。緩衝液サーバーB1は、検出装置10における緩衝液の供給源である。緩衝液サーバーB1には、例えばリン酸緩衝液が収容されている。
The buffer solution server B1 is, for example, a bottle or a tank containing a buffer solution. The buffer solution server B1 is a source of the buffer solution in the
配管L1は、緩衝液サーバーB1から混合槽15に緩衝液が流通するように、緩衝液サーバーB1及び混合槽15に接続されている配管である。
The pipe L1 is a pipe connected to the buffer solution server B1 and the
第1ポンプP1は、緩衝液サーバーB1から混合槽15に向けて緩衝液を送液するように配管L1に接続されている送液ポンプである。第1ポンプP1は、例えばピエゾ式(圧電式)のダイヤフラムポンプである。第1ポンプP1は、ピエゾ式のダイヤフラムポンプに限られず、例えばステッピングモーター式のポンプ等の任意の送液ポンプを採用することができる。
The first pump P1 is a liquid feeding pump connected to the pipe L1 so as to feed the buffer liquid from the buffer liquid server B1 toward the
補酵素溶液供給系19は、混合槽15に補酵素を含む補酵素溶液を供給するように構成されている。補酵素溶液供給系19は、補酵素溶液サーバーB2、第2ポンプP2及び配管L2を含む。
The coenzyme
補酵素溶液サーバーB2は、例えば補酵素としてのNADHを含む溶液が収容されたボトル又はタンクである。補酵素溶液サーバーB2は、検出装置10における補酵素溶液の供給源である。例えば、補酵素溶液サーバーB2内の補酵素溶液は、補酵素を安定な状態で保存するため、pH10〜11となるように調整されたものである。
The coenzyme solution server B2 is, for example, a bottle or tank containing a solution containing NADH as a coenzyme. The coenzyme solution server B2 is a source of the coenzyme solution in the
配管L2は、補酵素溶液サーバーB2から混合槽15に補酵素溶液が流通するように、補酵素溶液サーバーB2及び混合槽15に接続されている配管である。
The pipe L2 is a pipe connected to the coenzyme solution server B2 and the
第2ポンプP2は、補酵素溶液サーバーB2から混合槽15に向けて補酵素溶液を送液するように配管L2に接続されている送液ポンプである。第2ポンプP2は、第1ポンプP1と同様に、ピエゾ式のダイヤフラムポンプ等の送液ポンプである。
The second pump P2 is a liquid feeding pump connected to the pipe L2 so as to feed the coenzyme solution from the coenzyme solution server B2 to the
混合液供給系21は、混合槽15内の混合液をバイオセンサ11に供給する。混合液供給系21は、混合槽15、第3ポンプP3及び配管L3を含む。
The mixed
配管L3は、混合槽15からバイオセンサ11に混合槽15内の液体が流通するように接続された配管である。
The pipe L3 is a pipe connected from the mixing
第3ポンプP3は、混合槽15からバイオセンサ11に向けて混合液を送液するように配管L3に接続されている送液ポンプである。本実施例において、第3ポンプP3は、ピエゾ式のダイヤフラムポンプ(ピエゾポンプ)である場合について説明する。第3ポンプP3はピエゾポンプに限られず、第3ポンプP3として、液体の流量の制御が可能な他の送液ポンプを採用することができる。
The third pump P3 is a liquid feeding pump connected to the pipe L3 so as to feed the mixed liquid from the mixing
廃液容器22は、バイオセンサ11から排出された混合液を収容する容器である。配管L4は、バイオセンサ11から排出された混合液が廃液容器22に流通可能に設けられた配管である。第4ポンプP4は、バイオセンサ11の液体の出口に接続された送液ポンプである。
The
本実施例において、第4ポンプP4は、第3ポンプP3と同様に、ピエゾ式のダイヤフラムポンプである。第4ポンプP4として、液体の流量の制御が可能な他の送液ポンプを採用することができる。 In this embodiment, the fourth pump P4 is a piezo type diaphragm pump like the third pump P3. As the fourth pump P4, another liquid feeding pump capable of controlling the flow rate of the liquid can be adopted.
なお、溶液供給機構13には、上記した構成の他にバルブ(図示せず)が設けられていてもよい。例えば、緩衝液流入口、補酵素溶液流入口及び混合液流出口に開閉バルブが設けられていてもよい。また、例えば、第1ポンプP1と混合槽15との間、第2ポンプと混合槽15との間に流量調整バルブが設けられていてもよい。
The
制御装置23は、溶液供給機構13の動作を制御するコンピュータである。制御装置23は、溶液供給機構13の緩衝液供給系17及び補酵素溶液供給系19を制御して、混合槽15内の混合液中の補酵素の濃度を調整する。
The
制御装置23は、第1ポンプP1、第2ポンプP2、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御可能に接続されている。また、制御装置23は、第1ポンプP1、第2ポンプP2、第3ポンプP3及び第4ポンプP4の各々の、駆動電圧を制御する。
The
例えば、制御装置23は、第1ポンプP1及び第2ポンプP2の駆動電圧を制御することで、緩衝液及び補酵素溶液が混合槽15に流入する流量を制御し、混合槽15内の混合液中の補酵素の濃度である補酵素濃度を調整する。例えば、制御装置23は、緩衝液及び補酵素溶液の合計の流量を変えずに、緩衝液と補酵素溶液との流量比を変更することで、混合槽15に流入する液体の総量を一定に保持しつつ補酵素濃度を調整する。
For example, the
例えば、制御装置23は、第3ポンプP3を制御することで、混合槽15からバイオセンサ11に流れる混合液の流量と、混合槽15に流入する緩衝液及び補酵素溶液の流量の合計と、が釣り合うように、混合液の流量を調整する。
For example, the
なお、緩衝液供給系17、及び補酵素溶液供給系19から供給された緩衝液、及び補酵素溶液を混合槽15で混合する構成に代えて、例えば、緩衝液と補酵素溶液を予め混合した補酵素濃度を調整済みの溶液が入った混合液サーバーを備え、この混合液サーバーと第3ポンプP3を、配管L3を介して接続する構成としてもよい。
Instead of mixing the
また、例えば、制御装置23は、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御して第3ポンプP3及び第4ポンプP4の吐出能力を調整し、バイオセンサ11内の液体流路(図示せず)内の液体の液圧を調整する。第3ポンプP3及び第4ポンプP4は、液体流路内の液圧を調整する液圧調整部である。
Further, for example, the
例えば、制御装置23は、第3ポンプP3と第4ポンプP4との間の吐出能力の差が所定の差となるように制御して、液圧を調整してもよい。また、第3ポンプP3と第4ポンプP4との間に圧力センサ(図示せず)が設けられていてもよく、制御装置23は、当該圧力センサの出力を、液圧の制御に用いてもよい。
For example, the
また、制御装置23は、バイオセンサ11に接続されている。制御装置23は、バイオセンサ11によって検出された蛍光量を取得する。例えば、制御装置23は、取得した蛍光量に応じて、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御して液体流路内の液圧を調整する。
Further, the
図2は、バイオセンサ11の構成を示す断面図である。例えば、バイオセンサ11は、各部が筒状の筐体(図示せず)内に配置されて構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
光照射部としての光源25は、補酵素を励起する励起光を出射する発光装置である。光源25は、例えばピーク波長が340nmである紫外光を出射する紫外光発光ダイオードである。光源25は、紫外光発光ダイオードに限られず、例えば、紫外レーザーダイオード、水銀ランプ等を用いることができる。光源25の光軸をAXとする。
The
励起光光学系27は、光軸AX上に設けられた光学系である。励起光光学系27は、例えば、光軸AXを中心として設けられたコリメートレンズ28、励起光バンドパスフィルタ29及びボールレンズ30を含む。
The excitation optical
コリメートレンズ28は、光源25から出射された励起光を平行光にするコリメートレンズである。
The collimating
励起光バンドパスフィルタ29は、特定の波長帯域の光を透過させ、それ以外の光を遮断する光学フィルタである。励起光バンドパスフィルタ29は、補酵素が励起される波長を含む帯域の光を透過させる。本実施例で補酵素に用いているNADHは、340nmの紫外線を吸収して蛍光を発する。従って、励起光バンドパスフィルタ29が過させる波長の範囲は、例えば330〜350nmである。
The excitation
ボールレンズ30は、励起光バンドパスフィルタ29を透過した光を光軸AX上に集光する集光レンズである。
The
フローセル33は、気体試料の入口と出口を有し、中心部分において気体試料中の基質の検出を可能とする構造を有する測定容器である。フローセル33は、光軸AXを中心とし、当該中心部分にボールレンズ30からの励起光が入射するように配置されている。
The flow cell 33 is a measuring container having an inlet and an outlet for the gas sample and having a structure capable of detecting the substrate in the gas sample at the central portion. The flow cell 33 is arranged with the optical axis AX as the center so that the excitation light from the
フローセル33は、気体流路形成部材34、液体流路形成部材35及び酵素保持膜36を含む。
The flow cell 33 includes a gas flow
気体流路形成部材34は、厚みのある環状の部材であり、当該環状の直径方向において対向する側面に2つの貫通孔を有している。図2において、気体流路形成部材34の当該2つの貫通孔を通る断面が示されている。また、気体試料が流れる向きを矢印によって示している。
The gas flow
気体流路形成部材34の光源25側の開口部は、透光性のシート34Bで覆われている。透光性のシート34Bによって、気体試料と励起光光学系27等が設けられている空間とが隔てられている。
The opening of the gas flow
気体流路形成部材34の2つの貫通孔の一方は気体試料の入口であり、他方は気体試料の出口である。一方の貫通孔から流入した気体試料は、気体流路形成部材34の環状の内側を経由して他方の貫通孔から流出する。従って、気体流路形成部材34の2つの貫通孔の内側及び環状の内側の空間が、気体試料の流路である気体流路34Aを形成している。
One of the two through holes of the gas flow
なお、透明性のシート34Bを使用せず、気体試料の流路である気体流路34Aを形成してもよい。例えば、ボールレンズ30を気体流路形成部材に隙間なく嵌め込むことで、気体試料の流路である気体流路34Aを形成することができる。
The
液体流路形成部材35は、厚みのある円盤の上に当該円盤よりも小さい厚みのある円盤が重なった形状を有し、厚み方向の貫通孔を有する部材である。
The liquid flow
液体流路形成部材35には、大きい方の円盤の側面から、小さい方の円盤の上面に達する連通孔が形成されている。当該連通孔は、当該円盤形状の直径方向において対向する位置に2つ設けられている。
The liquid flow
図2において、液体流路形成部材35は、当該2つの円盤形状の中心が光軸AXに重なるように配置されている。また、図2は、上記の2つの連通孔を通る断面を示している。
In FIG. 2, the liquid flow
当該2つの連通孔の一方は補酵素を含む溶液、すなわち補酵素溶液と緩衝液との混合液の入口であり、混合液供給系21の配管L3及び第3ポンプP3に接続されている。他方の連通孔は、補酵素を含む液体の出口であり、廃液容器22につながる配管L4及び第4ポンプP4に接続されている。
One of the two communication holes is an inlet of a solution containing a coenzyme, that is, a mixed solution of the coenzyme solution and the buffer solution, and is connected to the pipe L3 of the mixed
一方の連通孔から流入した混合液は、他方の貫通孔から流出する。このように、液体流路形成部材35は、補酵素を含む溶液が流れる流路である液体流路35Aを形成している。例えば、液体流路形成部材35には、小さい方の円盤部分と嵌合し、酵素保持膜36をドラムヘッド状に支持する環状の支持部材35Bが嵌め込まれている。
The mixed liquid flowing in from one communication hole flows out from the other through hole. In this way, the liquid flow
酵素保持膜36は、多孔質膜等の担体にバイオセンサ11における反応に用いられる酵素、すなわち気体試料中の化学物質の化学反応を触媒するアポ酵素が固定化されたものである。酵素保持膜36は、液体流路35Aに接するように設けられている。酵素保持膜36は、伸縮性を有し、液体流路35Aの流路幅が変化する態様で変形可能である。
The
例えば、酵素保持膜36は、液体流路35Aと気体流路34Aを仕切り、且つ光軸AXに貫かれるように、液体流路形成部材35に取り付けられている。酵素保持膜36は親水性であり、液体流路35Aを流れる混合液とはよく馴染み、混合液が浸透することで透明化する。液体流路形成部材35の支持部材35Bの光源25側の面と、支持部材35Bから露出している酵素保持膜36とは、同一平面上にある。
For example, the
気体流路形成部材34は、支持部材35Bの上面に、気体流路形成部材34が接するように配置される。従って、気体流路形成部材34の下面側の開口部は、支持部材35Bの上面及び酵素保持膜36によって塞がれている。換言すれば、気体流路形成部材34の環状の内側の部分において、気体流路形成部材34の、光源25側の面の開口部を覆う透光性のシート34Bと、支持部材35B及び酵素保持膜36と、によって気体流路34Aが形成されている。
The gas flow
従って、酵素保持膜36は、気体流路34Aに接している。また、上記したように、液体流路35Aと酵素保持膜36とが接している。つまり、気体流路34Aと液体流路35Aとは、酵素保持膜36を介して接している。酵素保持膜36は、一方の面が液体流路35Aの一部に接し、他方の面が気体流路34Aに接するように設けられている。
Therefore, the
従って、酵素保持膜36に固定化された酵素の存在下で、酵素保持膜36中に取り込まれた気体試料中の基質と、液体流路35Aを流れる補酵素との間で、酵素触媒反応の正反応又は逆反応が進行し得る。
Therefore, in the presence of the enzyme immobilized on the
酵素保持膜36の担体として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリジメチルシロキサン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ニトロセルロース、セルロース等を用いることができる。
As the carrier of the
また、本実施例において、基質は、ケトン基、アルデヒド基のいずれかを含んでいる。補酵素は、基質の反応前後の一方の状態において励起光により励起されて蛍光を発するものが用いられる。このような補酵素の一例としては、NADH、NADPH(還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸)等が挙げられる。尚、補酵素は、基質の反応前後の2つの状態の間で可逆的に化学構造が変化する。 Further, in this example, the substrate contains either a ketone group or an aldehyde group. As the coenzyme, one that is excited by excitation light and emits fluorescence in one of the states before and after the reaction of the substrate is used. Examples of such coenzymes include NADH, NADPH (reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) and the like. The chemical structure of the coenzyme changes reversibly between the two states before and after the reaction of the substrate.
上記のような基質、補酵素を用いる反応に関して、酵素保持膜36に固定化される酵素を以下に挙げる。補酵素としてNADH又はNADPHを用いる場合の酵素は、例えば、アラニン脱水素酵素、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、イソクエン酸脱水素酵素、ウリジン−5’−ジホスフォ−グルコース脱水素酵素、ガラクトース脱水素酵素、ギ酸脱水素酵素、グリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素、グリセロール脱水素酵素、グリセロール−3−リン酸脱水素酵素、グルコース脱水素酵素、グルコース−6−リン酸脱水素酵素、グルタミン酸脱水素酵素、コレステロール脱水素酵素、サルコシン脱水素酵素、ソルビトール脱水素酵素、炭酸脱水素酵素、乳酸脱水素酵素、3−ヒドロキシ酪酸脱水素酵素、ピルビン酸脱水素酵素、フルクトース脱水素酵素、6−ホスフォグルコン酸脱水素酵素、ホルムアルデヒド脱水素酵素、マンニトール脱水素酵素、リンゴ酸脱水素酵素、ロイシン脱水素酵素等が挙げられる。
The enzymes immobilized on the
特に、酵素保持膜36に固定化される酵素として、NADH又はNADPHを電子供与体としてケトン(アセトン、2−ブタノン、2−ペンタノン、エチルビニルケトン(エノン)など)またはアルデヒド(アセトアルデヒド、ノネナールなど)を還元する酵素を用いることができる。
In particular, as an enzyme immobilized on the
具体的には、酵素保持膜36に固定化される酵素として、アルコール脱水素酵素(ADH)(EC 1.1.1.2 など)、二級アルコール脱水素酵素(S−ADH)(EC:1.1.1.x)、エノン還元酵素(ER1)(エノン還元酵素(enone reductase type 1, ER1))等が利用できる。
Specifically, as enzymes immobilized on the
導光部材37は、フローセル33の液体流路35Aに接するように設けられた光学部材である。例えば、導光部材37は、液体流路形成部材35の光軸AXに沿った厚み方向の貫通孔に嵌め込まれるように配置されている。
The
導光部材37は、励起光光学系27を経てフローセル33に入射された光及びフローセル33内で発せられた蛍光を光軸AXに沿って導光する導光路を形成する。導光部材37は、例えば円柱形状を有している。導光部材37の形状は、円柱形状に限られず、例えば非平面の端面を持つ円柱状、多角柱状、又は円錐台状の形状であってもよい。
The
導光部材37は、屈折率が均一なガラス等の同一素材で構成されている。尚、導光部材37は、屈折率が均一なガラス等の同一素材に限られず、例えば、互いに屈折率が異なるコア及びクラッドの2つの素材で構成されるようにしてもよい。また、導光部材37は、測定する蛍光波長に対して吸収が少ない、例えば、吸収係数が0.1以下の素材で構成されていてもよい。
The
なお、導光部材37と、液体流路35Aとは、透光性のシート(図示せず)によって隔てられていてもよい。
The
蛍光光学系39は、光軸AX上において、導光部材37からの光が入射するように設けられた光学系である。蛍光光学系39は、コリメートレンズ40、蛍光バンドパスフィルタ41、及び集光レンズ42を含む。
The fluorescence
コリメートレンズ40は、導光部材37からの光を平行にするコリメートレンズである。
The collimating
蛍光バンドパスフィルタ41は、特定の波長帯域の光を透過させ、それ以外の光を遮断する光学フィルタである。蛍光バンドパスフィルタ41は、補酵素が励起することにより発する蛍光の波長を含む帯域の光を透過させる。
The
補酵素であるNADHが励起することにより発する蛍光の波長は、450〜510nm、より具体的には491nm付近である。従って、本実施例においては、蛍光バンドパスフィルタ41が透過させる波長の範囲は、例えば450〜510nmである。
The wavelength of fluorescence emitted by the excitation of NADH, which is a coenzyme, is 450 to 510 nm, and more specifically, around 491 nm. Therefore, in this embodiment, the wavelength range transmitted by the
なお、蛍光バンドパスフィルタ41と併用して、補酵素であるNADHが励起することにより発する蛍光の波長を含むロングパスフィルタやショートパスフィルタ等(図示せず)を配置してもよい。
In addition, a long-pass filter, a short-pass filter, or the like (not shown) containing a wavelength of fluorescence emitted by excitation of NADH, which is a coenzyme, may be arranged in combination with the
集光レンズ42は、蛍光バンドパスフィルタ41を透過した光を光軸AX上に集光する集光レンズである。
The condensing
検出部としての検出器43は、蛍光光学系39を通過した蛍光を検出する検出器である。検出器43は、光電子増倍管、フォトダイオード検出器、又はこれらを含む分光光度計を含み、検出した蛍光の光量を測定する。
The
従って、検出器43によって、フローセル33の液体流路35A内の補酵素が発した蛍光が検出される。また、検出器43が検出した蛍光量に基づいて、気体試料中における基質の濃度が算出される。
Therefore, the
図3は、図2中の破線で囲まれた部分Aの拡大図である。図3を参照しつつ、気体流路34Aを流れる基質、酵素及び補酵素の反応について説明する。図3は、液体流路35Aに補酵素NADHを含む溶液が流れ、気体流路34Aにアセトアルデヒド等の基質Sを含む気体試料が流れている様子を模式的に示している。上述したように、酵素保持膜36の一方の面は液体流路35Aに接し、他方の面は気体流路34Aに接している。
FIG. 3 is an enlarged view of a portion A surrounded by a broken line in FIG. The reaction of the substrate, the enzyme and the coenzyme flowing through the
酵素保持膜36は、例えば気体流路34Aに接している親水性PTFE等の多孔質膜36Aと液体流路35Aに接している酵素固定化材36Bとからなる。酵素固定化材36Bは、例えばPMEH(poly (MPC-co-EHMA))等の固定化材にADH等の酵素EZが固定化されたものである。
The enzyme-retaining
気体試料中の基質Sは、多孔質膜36Aを透過して酵素固定化材36Bに至り、酵素EZの近傍に到達する。また、液体流路35Aに流れる混合液中の補酵素NADHは、混合液の酵素固定化材36Bへの浸透とともに酵素EZの近傍に到達する。酵素固定化材36Bにおいて、酵素と補酵素が結合して酵素触媒反応が進行し、基質Sは還元されてエタノール等の生成物Pとなる。補酵素NADHは、酸化されてNAD+となる。
The substrate S in the gas sample permeates the
励起光Eは、光軸AXに沿って液体流路35Aを横切るように照射される。酵素触媒反応によって消費されずに残留した補酵素NADHは、励起光Eによって励起されて蛍光を発する。酵素触媒反応によって生成したNAD+は、励起光Eが照射されても蛍光を発しない。
The excitation light E is irradiated so as to cross the
例えば、上記の酵素触媒反応において、気体試料中の基質Sの全量が反応するために必要な補酵素NADHの量(モル数)よりも、混合液中の補酵素の量が多い場合、反応に使われない補酵素NADHが残留する。この場合、残留した補酵素NADHが発する蛍光を検出することができ、基質Sの定量が可能となる。 For example, in the above enzyme-catalyzed reaction, when the amount of coenzyme in the mixed solution is larger than the amount (number of moles) of coenzyme NADH required for the total amount of substrate S in the gas sample to react, the reaction occurs. The unused coenzyme NADH remains. In this case, the fluorescence emitted by the residual coenzyme NADH can be detected, and the substrate S can be quantified.
しかし、例えば気体試料中の基質Sの全量が反応するために必要な補酵素NADHの量よりも、混合液中の補酵素NADHの量が不足する場合、混合液中の補酵素NADHのほとんどが反応のために消費されたとしても、補酵素NADHの不足により反応させられなかった基質Sの量が不明のため、基質Sの正確な定量ができない。また、例えば気体試料中の基質Sの全量が反応するために必要な補酵素NADHの量よりも、混合液中の補酵素NADHの量が過多の場合、気体試料中の基質Sのほとんどが反応したとしても混合液中の補酵素NADHの消費率が低いことで蛍光の減少量を精度よく検出できないため、基質Sの正確な定量ができない。 However, if, for example, the amount of coenzyme NADH in the mixture is less than the amount of coenzyme NADH required for the total amount of substrate S in the gas sample to react, then most of the coenzyme NADH in the mixture will be Even if it is consumed for the reaction, the amount of the substrate S that has not been reacted due to the lack of the coenzyme NADH is unknown, so that the substrate S cannot be accurately quantified. Further, for example, when the amount of coenzyme NADH in the mixed solution is larger than the amount of coenzyme NADH required for the total amount of substrate S in the gas sample to react, most of the substrate S in the gas sample reacts. Even if this is the case, since the consumption rate of the coenzyme NADH in the mixed solution is low, the amount of decrease in fluorescence cannot be detected accurately, so that the substrate S cannot be accurately quantified.
液体流路35Aのうち酵素保持膜36に面している部分(図2参照)では混合液の対流が起きていると考えられる。混合液の対流によって、酵素固定化材36Bにおける酵素触媒反応によって生成したNAD+と、まだ反応に使われていない補酵素NADHとが頻繁に入れ替わると考えられる。
It is considered that convection of the mixed liquid occurs in the portion of the
そのように考えると、酵素触媒反応に寄与できる補酵素NADHの量は、液体流路35Aの酵素固定化材36Bに接している部分の流路長における容積全体に存在する補酵素NADHの総量であると考えることができる。従って、当該流路長における液体流路35Aの容積を増大させることで、酵素触媒反応に寄与できる補酵素NADHの量を増加させることができると考えられる。
Considering this, the amount of coenzyme NADH that can contribute to the enzyme-catalyzed reaction is the total amount of coenzyme NADH present in the entire volume of the flow path length of the portion of the
図4は、図2の破線で囲まれた部分Bの拡大図である。図4において、液体流路35Aの酵素保持膜36に接している部分を破線で囲まれた部分Cとして示している。図4は、液体流路35A内の液体の圧力(液圧)を所定の基準値よりも高くして、酵素保持膜36を外側に膨らむ態様で変形させた状態を示している。
FIG. 4 is an enlarged view of a portion B surrounded by a broken line in FIG. In FIG. 4, the portion of the
図4中、光軸AXが通る部分、すなわち励起光が照射される箇所の液体流路35Aの幅をW1として示している。なお、液体の圧力を所定の基準値とした場合の酵素保持膜36の内面の位置を破線で示し、その場合の流路幅をWstとして示している。例えば、流路幅をWstは、酵素保持膜36が変形していない場合の流路幅である。
In FIG. 4, the width of the
図4に示すように、液体流路35A内の液圧を基準値よりも高くして酵素保持膜36を外側に向かって変形させた状態(流路幅W1)では、酵素保持膜36に接している部分Cにおける液体流路35Aの容積は、液体流路35A内の液圧を基準値とした場合(流路幅Wst)よりも大きくなっている。従って、液体流路35Aの流路の部分Cにおいて、混合液中に存在する補酵素NADHの絶対量は、液圧を高くして流路幅W1とした場合の方が多くなっている。
As shown in FIG. 4, in a state where the liquid pressure in the
このように、液体流路35A内の液圧を高くして、液体流路35Aの流路幅を広げることで、基質Sの濃度が高い気体試料についても基質Sの濃度の検出が可能となる。
In this way, by increasing the hydraulic pressure in the
例えば、部分Cにおける液体流路35Aの容積が変わらない場合、部分Cにおける補酵素NADHの絶対量を増加させるためには、混合液中の補酵素NADHの濃度を高くする必要がある。
For example, when the volume of the
本実施例においては、図4に示したように、酵素保持膜36を変形させて液体流路35Aの流路幅を広げることで、混合液中の補酵素の濃度を変更することなく、流路の部分Cにおける補酵素NADHの絶対量を増加させることができる。従って、基質Sの濃度がより高い気体試料の分析が可能となる。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, by deforming the
図5は、図2の破線で囲まれた部分Bの拡大図である。図5において、図4の場合と同様に、液体流路35Aの酵素保持膜36に接している部分を破線で囲まれた部分Cとして示している。図5は、液体流路35A内の液体の圧力(液圧)を所定の基準値よりも低くして、酵素保持膜36を内側に窪む態様で変形させた状態を示している。
FIG. 5 is an enlarged view of a portion B surrounded by a broken line in FIG. In FIG. 5, as in the case of FIG. 4, the portion of the
図5中、光軸AXが通る部分、すなわち励起光が照射される箇所の液体流路35Aの幅をW2として示している。なお、液体の圧力を所定の基準値とした場合の酵素保持膜の内面の位置を破線で示している。
In FIG. 5, the width of the
図5に示すように、液体流路35A内の液圧を基準値よりも低くして酵素保持膜36を内側に向かって変形させた状態(流路幅W2)では、酵素保持膜36に接している部分Cにおける液体流路35Aの容積は、液体流路35A内の液圧を基準値とした場合(流路幅Wst)よりも小さくなっている。
As shown in FIG. 5, in a state where the liquid pressure in the
従って、液体流路35Aの部分Cにおいて、混合液中に存在する補酵素NADHの絶対量は、液圧を低くして流路幅W2とした場合の方が少なくなっている。
Therefore, in the portion C of the
このように、液体流路35A内の液圧を低くして、液体流路35Aの流路幅を狭めることで、基質Sの濃度が低い気体試料についても基質Sの濃度の正確な検出が可能となる。
By lowering the hydraulic pressure in the
例えば、部分Cにおける液体流路35Aの容積が変わらない場合、部分Cにおける補酵素NADHの絶対量を減少させるためには、混合液中の補酵素NADHの濃度を低くする必要がある。
For example, when the volume of the
本実施例においては、図5に示したように、酵素保持膜36を変形させて液体流路35Aの流路幅を狭めることで、混合液中の補酵素の濃度を変更することなく、酵素保持膜36に接している部分Cにおける補酵素NADHの絶対量を減少させることができる。従って、基質Sの濃度が低い気体試料について精度の高い分析が可能となる。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, by deforming the
図6は、検出装置10の制御装置23の構成を示すブロック図である。制御装置23は、例えば、システムバス52を介して各部が協働する装置である。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the
記憶部53は、例えば、ハードディスク装置、SSD(solid state drive)、フラッシュメモリ等により構成されており、制御装置23における送液ポンプの制御等に関する各種プログラムを記憶する。また、記憶部53は、蛍光量と補酵素濃度の相関等のデータベースを記憶する。
The storage unit 53 is composed of, for example, a hard disk device, an SSD (solid state drive), a flash memory, or the like, and stores various programs related to the control of the liquid feed pump in the
なお、各種プログラム又はデータベースは、例えば、他のサーバ装置等からネットワーク(図示せず)を介して取得されるようにしてもよく、記録媒体に記録されて各種ドライブ装置を介して読み込まれるようにしてもよい。 The various programs or databases may be acquired from other server devices or the like via a network (not shown), or may be recorded on a recording medium and read via various drive devices. You may.
記憶部53に記憶される各種プログラムは、ネットワークを介して伝送可能であり、また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して譲渡することが可能である。 Various programs stored in the storage unit 53 can be transmitted via a network, and can be recorded on a computer-readable recording medium and transferred.
出力部55は、制御装置23の外部の機器にデータを出力するインターフェースである。出力部55は、第1ポンプP1、第2ポンプP2、第3ポンプP3及び第4ポンプP4の各々に吐出能力を調整する信号を送出可能に接続されている。
The
入力部57は、制御装置23の外部の機器からデータを取得するインターフェースである。入力部57は、バイオセンサ11の検出器43に接続されている。例えば、入力部57は、検出器43によって検出された蛍光量のデータを取り込む。
The
制御部59は、CPU(Central Processing Unit)59A、ROM(Read Only Memory)59B、RAM(Random Access Memory)59C等により構成され、コンピュータとして機能する。そして、CPU59Aが、ROM59Bや記憶部53に記憶された各種プログラムを読み出し実行することにより各種機能を実現する。
The
例えば、制御部59は、緩衝液供給系17及び補酵素溶液供給系19を制御する。具体的には、制御部59は、例えば第1ポンプP1、第2ポンプP2及び第3ポンプP3の各々の吐出能力を、出力部55を介して制御する。これによって、制御部59は、緩衝液及び補酵素溶液の混合槽15への供給流量を調整することで、混合液中の補酵素濃度を制御する。
For example, the
また、例えば、制御部59は、入力部57を介して検出部による検出結果を取得し、当該検出結果に応じて第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御する。
Further, for example, the
例えば、気体試料中の基質の濃度が高く、混合液中の補酵素NADHの量が不足する場合には、制御部59は、例えば第3ポンプP3及び第4ポンプP4の流量を変更して、液体流路35A内の混合液の液圧を所定の基準値よりも高くなるように制御する。これによって、図4に示したように、酵素保持膜36が液体流路35Aの外側に向かって変形し、液体流路35Aの幅が広がる。
For example, when the concentration of the substrate in the gas sample is high and the amount of the coenzyme NADH in the mixed solution is insufficient, the
例えば、気体試料中の基質の濃度が低く、混合液中の補酵素NADHの量が過多の場合には、制御部59は、第3ポンプP3及び第4ポンプP4の流量を変更して、液体流路35A内の混合液の液圧を所定の基準値よりも低くなるように制御する。これによって、図5に示したように、酵素保持膜36が液体流路35Aの内側に向かって変形し、液体流路35Aの幅が狭まる。
For example, when the concentration of the substrate in the gas sample is low and the amount of the coenzyme NADH in the mixed solution is excessive, the
第3ポンプP3及び第4ポンプP4は、液体流路35A内の溶液の液圧を変化させる液圧調整部として機能する。また、制御部59は、液圧調整部を制御する制御部として機能する。
The third pump P3 and the fourth pump P4 function as a hydraulic pressure adjusting unit that changes the hydraulic pressure of the solution in the
図7は、検出装置10において、制御装置23の制御部59によって実行されるルーチンの一例である測定ルーチンRT1を示すフローチャートである。測定ルーチンRT1は、例えば混合槽15に、緩衝液と補酵素溶液との混合液が所定の濃度で調製されている状態で、実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing the measurement routine RT1 which is an example of the routine executed by the
制御部59は、測定ルーチンRT1を開始すると、混合槽15内の補酵素を含む溶液である混合液のバイオセンサ11への供給を開始する(ステップS101)。ステップS101において、例えば、制御部59は、バイオセンサ11の液体流路35A内の混合液の液圧が、所定の標準の液圧(第1の液圧)となるように、液圧調整部としての第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御する。
When the measurement routine RT1 is started, the
また、例えば、制御部59は、液体流路35Aの流路幅が標準の流路幅(第1の幅)(例えば、図4、図5のWst、又は図5のW2)となるように、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御してもよい。例えば、ポンプの設定と、流路幅とを予め対応付けたテーブルが記憶部53に記憶されていてもよい。制御部59は、当該テーブルに基づいて、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御してもよい。
Further, for example, the
制御部59は、ステップS101の実行後、フローセル33の気体流路34Aに気体試料が導入されたか否かを判定する(ステップS102)。例えば、ステップ102において、制御部59は、気体試料を導入するためのバルブ(図示せず)の開閉に基づいて、気体試料が導入されたか否かを判定する。
After executing step S101, the
制御部59は、ステップS102において、気体試料が導入されていないと判定する(ステップS102:NO)と、ステップS102を繰り返し、気体試料が導入されたか否かを再び判定する。
In step S102, the
制御部59は、ステップS102において、気体試料が導入されたと判定する(ステップS102:YES)と、検出器43によって蛍光量を測定する(ステップS103)。ステップS103において、制御部59は、検出器43から、フローセル33における補酵素が発する蛍光量(第1の蛍光量)を取得する。
When the
制御部59は、ステップS103の実行後、液体流路35A内の混合液の液圧が上がるように、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御する(ステップS104)。ステップS104において、例えば、制御部59は、液体流路35A内の混合液の液圧が、所定の標準の液圧(第1の液圧)よりも高い液圧となり、液体流路35Aの流路幅が標準の流路幅(第1の幅)よりも大きい流路幅(第2の幅)となるように、液圧調整部としての第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御する。
After executing step S103, the
制御部59は、ステップS104の実行後、再び蛍光量を測定する(ステップS105)。ステップS105において、制御部59は、検出器43から、フローセル33における補酵素が発する蛍光量(第2の蛍光量)を取得する。
After executing step S104, the
制御部59は、ステップS105の実行後、蛍光量の変化が所定値より大きいか否かを判定する(ステップS106)。ステップS106において、制御部59は、ステップS105において取得した蛍光量と、ステップS103において取得した蛍光量とを比較して、蛍光量の変化を取得する。
After executing step S105, the
制御部59は、ステップS106において、蛍光量の変化が所定値より大きくない、すなわち、所定値以内であると判定する(ステップS106:NO)と、ステップS104に戻り、液体流路35A内の混合液の液圧がさらに上がるように、すなわち第2の幅よりも大きい流路幅となるように、液圧調整部としての第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御する。
When the
ステップS106において、蛍光量の変化が所定値以内であることは、例えば、気体試料中の基質Sの濃度を精度よく検出するために適正な補酵素NADHの量よりも、混合液中の補酵素NADHの量が少ないことを示すと考えることができる。この場合、基質を正確に定量するためには、補酵素NADHの量が不足していることになる。従って、ステップS104において流路幅を広げることで、酵素保持膜36に接している液体流路35Aにおける補酵素NADHの量を増大させることができると考えられる。
In step S106, the fact that the change in the amount of fluorescence is within a predetermined value is, for example, a coenzyme in the mixed solution rather than an appropriate amount of the coenzyme NADH for accurately detecting the concentration of the substrate S in the gas sample. It can be considered to indicate that the amount of NADH is small. In this case, the amount of coenzyme NADH is insufficient to accurately quantify the substrate. Therefore, it is considered that the amount of coenzyme NADH in the
制御部59は、ステップS106において、蛍光量の変化が所定値より大きいと判定する(ステップS106:YES)と、気体試料中の基質濃度を算出する(ステップS107)。
When the
ステップS107において、制御部59は、例えば最新のステップS105において取得された蛍光量と、混合液の液圧(換言すれば流路幅)に基づいて、気体試料中の基質濃度を算出する。例えば、混合液の液圧(又は流路幅)と、蛍光量の組み合わせと基質濃度の関係を予め対応付けたテーブルが記憶部53に記憶されていてもよい。制御部59は、当該テーブルに基づいて、基質濃度を算出してもよい。算出された基質濃度は、制御装置23に接続された操作画面(図示せず)に表示されてもよい。
In step S107, the
制御部59は、ステップS107の実行後、液体流路35A内の混合液の液圧が元の標準の液圧となるように第3ポンプP3及び第4ポンプP4を制御し(ステップS108)、その後試料測定サブルーチンを終了する。
After executing step S107, the
ステップS101、ステップS104及びステップS108において、第3ポンプP3及び第4ポンプP4は、液体流路35A内の溶液の液圧を変化させる液圧調整部として機能し、制御部59は、液圧調整部を制御する制御部として機能する。
In step S101, step S104 and step S108, the third pump P3 and the fourth pump P4 function as a hydraulic pressure adjusting unit for changing the hydraulic pressure of the solution in the
なお、上記の測定ルーチンRT1において、気体試料を導入する前に、補酵素を含む溶液を液体流路35Aに流通させた状態で蛍光量を検出し、蛍光量によって流路幅の確認を行ってもよい。
In the above measurement routine RT1, before introducing the gas sample, the amount of fluorescence is detected in a state where the solution containing the coenzyme is circulated in the
以上、詳細に説明したように、本実施例の検出装置は、一方の面が補酵素を含む溶液が流れる液体流路に接し、他方の面が基質を含む気体試料が流れる気体流路に接し、液圧に応じて液体流路の幅が変化する態様で変形可能な酵素保持膜を有している。また、当該液圧を調整する液圧調整部及び液圧調整部を制御する制御部を有している。 As described in detail above, in the detection device of this embodiment, one surface is in contact with a liquid flow path through which a solution containing a coenzyme flows, and the other surface is in contact with a gas flow path through which a gas sample containing a substrate flows. It has an enzyme-retaining film that can be deformed in such a manner that the width of the liquid flow path changes according to the hydraulic pressure. Further, it has a hydraulic pressure adjusting unit for adjusting the hydraulic pressure and a control unit for controlling the hydraulic pressure adjusting unit.
また、本実施例においては、気体試料中のケトン基又はアルデヒド基を含む基質を、酵素の存在下で補酵素であるNADH又はNADPHと反応させ、補酵素が発する蛍光を検出することでこれらの基質の濃度を検出する検出装置の例を説明した。補酵素及び基質の組み合わせはこれらに限定されない。本実施例の思想は、例えば、NAD+やNADP+を補酵素とし、エタノールなどヒドロキシ基を含む基質の濃度を検出する検出装置においても適用することができる。 Further, in this example, a substrate containing a ketone group or an aldehyde group in a gas sample is reacted with a coenzyme NADH or NADPH in the presence of an enzyme, and the fluorescence emitted by the coenzyme is detected to detect these. An example of a detection device for detecting the concentration of the substrate has been described. The combination of coenzyme and substrate is not limited to these. The idea of this embodiment can also be applied to, for example, a detection device that uses NAD + or NADP + as a coenzyme and detects the concentration of a substrate containing a hydroxy group such as ethanol.
本実施例の検出装置によれば、酵素の存在下で補酵素と基質との反応において、気体試料中の基質の濃度に合わせて、酵素触媒反応が起こる酵素保持膜に面した液体流路の幅を変更することができ、当該酵素保持膜に面した液体流路に存在する補酵素の総量を変更することができる。従って、本実施例の検出装置によれば、濃度不明の気体試料や幅広い濃度範囲の気体試料の測定が可能である。 According to the detection device of this example, in the reaction between the coenzyme and the substrate in the presence of the enzyme, the liquid flow path facing the enzyme-retaining membrane in which the enzyme-catalyzed reaction occurs according to the concentration of the substrate in the gas sample. The width can be changed, and the total amount of coenzyme present in the liquid flow path facing the enzyme holding membrane can be changed. Therefore, according to the detection device of this embodiment, it is possible to measure a gas sample having an unknown concentration or a gas sample having a wide concentration range.
また、本実施例の検出装置によれば、気体試料中の基質の濃度に合わせて、補酵素を含む溶液中の濃度を変更する必要がない。例えば補酵素を含む溶液と緩衝液との混合液を調製し直したり、入れ替えたりする必要がない。 Further, according to the detection device of this example, it is not necessary to change the concentration in the solution containing the coenzyme according to the concentration of the substrate in the gas sample. For example, it is not necessary to re-prepare or replace the mixed solution of the solution containing the coenzyme and the buffer solution.
従って、酵素の存在下で補酵素と基質との反応によって、気体試料中の基質を検出する検出装置において、気体試料中の基質の濃度に合わせて補酵素の濃度を変更することなく基質を検出することが可能である検出装置を提供することができる。 Therefore, in the detection device that detects the substrate in the gas sample by the reaction between the coenzyme and the substrate in the presence of the enzyme, the substrate is detected without changing the concentration of the coenzyme according to the concentration of the substrate in the gas sample. It is possible to provide a detection device which can be used.
例えば、本実施例の検出装置を用いて、人の呼気中のアルデヒドを検出することができる。例えば、呼気中のアルデヒド濃度から、飲酒の状態を確認することができる。 For example, the detection device of this embodiment can be used to detect aldehydes in human exhaled breath. For example, the state of drinking can be confirmed from the aldehyde concentration in the exhaled breath.
また、例えば本実施例の検出装置を用いて、人の呼気中のアセトン等のケトン類を検出することができ、代謝の状態等の健康状態を確認することができる。例えば、本実施例の検出装置を医療用に応用することができる。 Further, for example, using the detection device of this embodiment, ketones such as acetone in the exhaled breath of a person can be detected, and a health state such as a metabolic state can be confirmed. For example, the detection device of this embodiment can be applied for medical purposes.
また、例えば本実施例の検出装置を移動体に搭載し、移動体を利用する利用者の飲酒の状態や健康状態を確認することができる。 Further, for example, the detection device of the present embodiment can be mounted on the moving body to check the drinking state and the health state of the user who uses the moving body.
なお、上記の実施例において、液圧調整部として、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を用いて液体流路内の液圧を調整する例について説明したが、これに限られない。例えば、液体流路が酵素保持膜と接している部分よりも上流側のポンプのみ(第3ポンプP3のみ)、又は下流側のポンプのみ(第4ポンプP4のみ)を制御して、液圧を調整してもよい。 In the above embodiment, an example of adjusting the hydraulic pressure in the liquid flow path by using the third pump P3 and the fourth pump P4 as the hydraulic pressure adjusting unit has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the hydraulic pressure is controlled by controlling only the pump on the upstream side (only the third pump P3) or only the downstream pump (only the fourth pump P4) from the portion where the liquid flow path is in contact with the enzyme retention membrane. You may adjust.
なお、上記の実施例において、液圧調整部として、送液ポンプを使用する際に、ポンプの脈動を抑制する態様で使用してもよい。例えば、第3ポンプP3及び第4ポンプP4のような2つのポンプの駆動のタイミングを制御して、脈動を抑制してもよい。また、ポンプの最大圧によって液圧が最大となる場合にのみ蛍光量を検出し、複数回の平均値を蛍光量の測定結果とし、蛍光量の測定値への脈動の影響を排除してもよい。 In the above embodiment, when the liquid feed pump is used as the hydraulic pressure adjusting unit, it may be used in a mode of suppressing the pulsation of the pump. For example, the pulsation may be suppressed by controlling the drive timing of two pumps such as the third pump P3 and the fourth pump P4. In addition, even if the fluorescence amount is detected only when the hydraulic pressure is maximized by the maximum pressure of the pump, the average value of multiple times is used as the fluorescence amount measurement result, and the influence of pulsation on the fluorescence amount measurement value is eliminated. good.
また、液圧調整部において液圧を調整する手段は、ポンプに限られない。例えば、本実施例における第4ポンプP4の代わりに流量調整バルブを用いて液圧を調整してもよい。 Further, the means for adjusting the hydraulic pressure in the hydraulic pressure adjusting unit is not limited to the pump. For example, the hydraulic pressure may be adjusted by using a flow rate adjusting valve instead of the fourth pump P4 in this embodiment.
なお、上記の実施例において、補酵素を含む溶液をフローセル33の液体流路35Aに流通させつつ、酵素触媒反応により変化する補酵素の蛍光の光量を測定する例について説明したがこれに限られない。例えば、補酵素を含む溶液をフローセル33の液体流路35Aに滞留させて、補酵素の蛍光の光量を測定してもよい。具体的には、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を用いて液体流路内の液圧を調整し、液体流路35Aの流路幅を所望の幅に調整した後、第3ポンプP3及び第4ポンプP4の駆動を一旦停止させる。この状態でフローセル33の気体流路34Aに気体試料を導入し、酵素触媒反応を所定時間進行させて補酵素の蛍光の光量を測定する。測定が終了したら、第3ポンプP3及び第4ポンプP4を再び駆動し、フローセル33の液体流路35A内の溶液を入れ替えて、次の測定を行うようにしてもよい。これによって、酵素触媒反応の反応時間を十分に確保することができるため、測定に用いる溶液の消費量を低減することができる。
In the above embodiment, an example of measuring the amount of fluorescence of the coenzyme fluorescence that changes due to the enzyme-catalyzed reaction while flowing the solution containing the coenzyme through the
上述した実施例における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜選択及び変更可能である。 The configuration in the above-described embodiment is merely an example, and can be appropriately selected and changed according to the intended use and the like.
10 検出装置
11 バイオセンサ
13 溶液供給機構
15 混合槽
17 緩衝液供給系
19 補酵素溶液供給系
21 混合液供給系
22 廃液容器
23 制御装置
25 光源
27 励起光光学系
33 フローセル
34 気体流路形成部材
34A 気体流路
34B 透光性シート
35 液体流路形成部材
35A 液体流路
35B 支持部材
36 酵素保持膜
37 導光部材
39 蛍光光学系
43 検出器
52 システムバス
53 記憶部
55 出力部
57 入力部
59 制御部
10
Claims (7)
補酵素を含む溶液が通過可能に設けられた液体流路と、
前記気体試料が通過可能に設けられた気体流路と、
一方の面が前記液体流路の一部に接し、他方の面が前記気体流路に接するように設けられ、前記液体流路内の前記溶液の液圧に応じて前記液体流路の幅が変化する態様で変形可能な膜であって、前記補酵素と結合することで前記気体試料中の化学物質の化学反応を触媒する酵素を保持する酵素保持膜と、
前記酵素保持膜に向けて前記液体流路を横切るように前記補酵素を励起する励起光を照射する光照射部と、
前記補酵素が励起されることで発生する蛍光を検出する検出部と、
前記液体流路内の前記溶液の液圧を変化させる液圧調整部と、を有する
ことを特徴とする検出装置。 A detector that detects chemical substances in gas samples.
A liquid flow path provided to allow a solution containing a coenzyme to pass through,
A gas flow path provided so that the gas sample can pass through, and
One surface is provided so as to be in contact with a part of the liquid flow path and the other surface is in contact with the gas flow path, and the width of the liquid flow path is increased according to the hydraulic pressure of the solution in the liquid flow path. An enzyme-retaining membrane that is deformable in a changing manner and retains an enzyme that catalyzes the chemical reaction of a chemical substance in the gas sample by binding to the coenzyme.
A light irradiation unit that irradiates an excitation light that excites the coenzyme so as to cross the liquid flow path toward the enzyme retention membrane.
A detection unit that detects fluorescence generated when the coenzyme is excited, and
A detection device including a hydraulic pressure adjusting unit that changes the hydraulic pressure of the solution in the liquid flow path.
前記制御部は、前記検出部により検出された前記蛍光の光量に応じて、前記液体流路内の前記溶液の液圧を変化させることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1つに記載の検出装置。 A control unit that controls the hydraulic pressure adjusting unit is included.
According to any one of claims 1 or 2, the control unit changes the hydraulic pressure of the solution in the liquid flow path according to the amount of fluorescence of the fluorescence detected by the detection unit. The detector described.
前記第1の蛍光量と前記第2の蛍光量との差が所定値以内である場合に、前記液体流路の幅を前記第2の幅よりも大きくなるように前記液圧調整部を制御することを特徴とする請求項3に記載の検出装置。 After acquiring the first fluorescence amount, which is the amount of the fluorescence when the hydraulic pressure adjusting unit is controlled so that the width of the liquid flow path becomes the first width, the control unit obtains the first fluorescence amount from the detection unit. The second fluorescence amount, which is the amount of fluorescence when the hydraulic pressure adjusting unit is controlled so that the width of the liquid flow path becomes a second width larger than the first width, is acquired from the detection unit. ,
When the difference between the first fluorescence amount and the second fluorescence amount is within a predetermined value, the hydraulic pressure adjusting unit is controlled so that the width of the liquid flow path becomes larger than the second width. The detection device according to claim 3, wherein the detection apparatus is used.
The detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the chemical substance is acetaldehyde.
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