JP2021153492A - Detection device - Google Patents

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Tomokazu Sakai
智和 酒井
祥平 宮本
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祥平 宮本
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Abstract

To provide a detection device for detecting a substrate in a gas sample, by reaction between coenzyme and a substrate under presence of enzyme, capable of detecting the substrate without changing concentration of coenzyme according to concentration of the substrate in the gas sample.SOLUTION: A detection device comprises: a liquid channel in which a solution containing coenzyme can pass; a gas channel in which a gas sample can pass; an enzyme holding film whose one surface contacts a part of the liquid channel, the other surface contacts the gas channel, and is deformed according to a liquid pressure of the solution in the liquid channel, the enzyme holding film holding enzyme which catalyzes chemical reaction of a chemical substance in the gas sample by coupling to the coenzyme; a light radiating part for radiating excitation light which excites the coenzyme so as to traverse the liquid channel, toward the enzyme holding film; a detecting part for detecting fluorescence generated by excitation of the coenzyme; and a liquid pressure adjusting part for varying the liquid pressure of the solution in the liquid channel.SELECTED DRAWING: Figure 1

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.

特開2016−220573号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-220573

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.

実施例に係る検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the detection apparatus which concerns on Example. 実施例に係るバイオセンサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the biosensor which concerns on Example. 図2の一部を拡大した図である。It is an enlarged view of a part of FIG. 図2の一部を拡大した図である。It is an enlarged view of a part of FIG. 図2の一部を拡大した図である。It is an enlarged view of a part of FIG. 実施例に係る検出装置の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control device of the detection device which concerns on Example. 実施例において実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the routine executed in an Example.

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 detection device 10 according to an embodiment of the present invention. The detection device 10 is a device that includes the biosensor 11 and operates the biosensor 11 to measure the concentration of the substrate in the gas sample.

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 biosensor 11 is a device that indirectly detects the substrate by reacting the substrate contained in the gas sample with the coenzyme in the presence of the enzyme and detecting the fluorescence emitted by the coenzyme. In the presence of coenzymes such as NADH and NADPH, substrates such as aldehydes and ketones undergo a reverse reaction by dehydrogenase and become primary alcohols and secondary alcohols. By this reaction, NADH and NADPH are oxidized and changed to NAD + and NADP +.

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.

Figure 2021153492
Figure 2021153492

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.

Figure 2021153492
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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 biosensor 11 is provided with a porous membrane (enzyme holding membrane) in which an enzyme is immobilized, and is configured such that a gas sample and a coenzyme solution containing a coenzyme come into contact with each other through this membrane. ing. Therefore, when the chemical reaction proceeds in the vicinity of the enzyme-retaining membrane and the excitation light for exciting the coenzyme is irradiated in the vicinity of the enzyme-retaining membrane, fluorescence is generated. The biosensor 11 is configured to be able to detect the fluorescence.

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 solution supply mechanism 13 is connected to the biosensor 11. The solution supply mechanism 13 is configured to mix a coenzyme solution containing a coenzyme with a buffer solution and supply it to the biosensor 11.

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 mixing tank 15 is a container capable of accommodating a mixed solution of a buffer solution and a coenzyme solution containing a coenzyme. The mixing tank 15 includes a buffer solution inflow port into which the buffer solution flows in, a coenzyme solution inflow port into which the coenzyme solution flows in, and a mixed solution outflow port from which the mixed solution flows out.

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 mixing tank 15 are mixed in the mixing tank 15 to form a mixed solution. For example, the mixing tank 15 may be provided with a mechanism for making the mixed liquid more uniform. For example, a stirring mechanism such as a stirring propeller or a magnetic stirrer may be provided inside the mixing tank 15. Further, for example, a static mixer may be adopted as the mixing tank 15, or a container having high resistance such as a filter container may be adopted.

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 solution supply system 17 is configured to supply the buffer solution to the mixing tank 15. The buffer solution supply system 17 includes a buffer solution server B1, a first pump P1, and a pipe L1.

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 detection device 10. The buffer server B1 contains, for example, a phosphate buffer solution.

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 mixing tank 15 so that the buffer solution flows from the buffer solution server B1 to the mixing tank 15.

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 mixing tank 15. The first pump P1 is, for example, a piezo type (piezoelectric type) diaphragm pump. The first pump P1 is not limited to the piezo type diaphragm pump, and any liquid feeding pump such as a stepping motor type pump can be adopted.

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 solution supply system 19 is configured to supply a coenzyme solution containing a coenzyme to the mixing tank 15. The coenzyme solution supply system 19 includes a coenzyme solution server B2, a second pump P2, and a pipe L2.

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 detection device 10. For example, the coenzyme solution in the coenzyme solution server B2 is adjusted to have a pH of 10 to 11 in order to store the coenzyme in a stable state.

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 mixing tank 15 so that the coenzyme solution flows from the coenzyme solution server B2 to the mixing tank 15.

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 mixing tank 15. Like the first pump P1, the second pump P2 is a liquid feeding pump such as a piezo type diaphragm pump.

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 liquid supply system 21 supplies the mixed liquid in the mixing tank 15 to the biosensor 11. The mixing liquid supply system 21 includes a mixing tank 15, a third pump P3, and a pipe L3.

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 tank 15 to the biosensor 11 so that the liquid in the mixing tank 15 can flow.

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 tank 15 toward the biosensor 11. In this embodiment, the case where the third pump P3 is a piezo type diaphragm pump (piezo pump) will be described. The third pump P3 is not limited to the piezo pump, and another liquid feeding pump capable of controlling the flow rate of the liquid can be adopted as the third pump P3.

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 waste liquid container 22 is a container for accommodating the mixed liquid discharged from the biosensor 11. The pipe L4 is a pipe provided so that the mixed liquid discharged from the biosensor 11 can be distributed to the waste liquid container 22. The fourth pump P4 is a liquid feeding pump connected to the liquid outlet of the biosensor 11.

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 solution supply mechanism 13 may be provided with a valve (not shown) in addition to the above configuration. For example, an on-off valve may be provided at the buffer solution inlet, the coenzyme solution inlet, and the mixed solution outlet. Further, for example, a flow rate adjusting valve may be provided between the first pump P1 and the mixing tank 15 and between the second pump and the mixing tank 15.

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 control device 23 is a computer that controls the operation of the solution supply mechanism 13. The control device 23 controls the buffer solution supply system 17 and the coenzyme solution supply system 19 of the solution supply mechanism 13 to adjust the concentration of the coenzyme in the mixed solution in the mixing tank 15.

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 control device 23 is connected to the first pump P1, the second pump P2, the third pump P3, and the fourth pump P4 in a controllable manner. Further, the control device 23 controls the drive voltage of each of the first pump P1, the second pump P2, the third pump P3, and the fourth pump P4.

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 control device 23 controls the drive voltage of the first pump P1 and the second pump P2 to control the flow rate of the buffer solution and the coenzyme solution flowing into the mixing tank 15, and the mixed solution in the mixing tank 15. Adjust the coenzyme concentration, which is the concentration of the coenzyme in it. For example, the control device 23 changes the flow ratio of the buffer solution and the coenzyme solution without changing the total flow rate of the buffer solution and the coenzyme solution, thereby keeping the total amount of the liquid flowing into the mixing tank 15 constant. Adjust the coenzyme concentration while retaining.

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 control device 23 controls the third pump P3 to obtain the total flow rate of the mixed liquid flowing from the mixing tank 15 to the biosensor 11 and the total flow rate of the buffer liquid and the coenzyme solution flowing into the mixing tank 15. Adjust the flow rate of the mixture so that

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 buffer solution 17, the buffer solution supplied from the coenzyme solution supply system 19, and the coenzyme solution in the mixing tank 15, for example, the buffer solution and the coenzyme solution were mixed in advance. A mixed solution server containing a solution whose coenzyme concentration has been adjusted may be provided, and the mixed solution server and the third pump P3 may be connected via a pipe L3.

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 control device 23 controls the third pump P3 and the fourth pump P4 to adjust the discharge capacity of the third pump P3 and the fourth pump P4, and adjusts the discharge capacity of the third pump P3 and the fourth pump P4, and the liquid flow path in the biosensor 11 (not shown). ) Adjust the hydraulic pressure of the liquid. The third pump P3 and the fourth pump P4 are hydraulic pressure adjusting units for adjusting the hydraulic pressure in the liquid flow path.

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 control device 23 may adjust the hydraulic pressure by controlling the difference in discharge capacity between the third pump P3 and the fourth pump P4 to be a predetermined difference. Further, a pressure sensor (not shown) may be provided between the third pump P3 and the fourth pump P4, and the control device 23 may use the output of the pressure sensor to control the hydraulic pressure. good.

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 control device 23 is connected to the biosensor 11. The control device 23 acquires the amount of fluorescence detected by the biosensor 11. For example, the control device 23 controls the third pump P3 and the fourth pump P4 according to the acquired fluorescence amount to adjust the hydraulic pressure in the liquid flow path.

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 biosensor 11. For example, the biosensor 11 is configured such that each part is arranged in a cylindrical housing (not shown).

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 light source 25 as a light irradiation unit is a light emitting device that emits excitation light that excites a coenzyme. The light source 25 is, for example, an ultraviolet light emitting diode that emits ultraviolet light having a peak wavelength of 340 nm. The light source 25 is not limited to the ultraviolet light emitting diode, and for example, an ultraviolet laser diode, a mercury lamp, or the like can be used. Let AX be the optical axis of the light source 25.

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 optical system 27 is an optical system provided on the optical axis AX. The excitation optical optical system 27 includes, for example, a collimating lens 28 provided around the optical axis AX, an excitation light bandpass filter 29, and a ball lens 30.

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 lens 28 is a collimating lens that makes the excitation light emitted from the light source 25 parallel light.

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 light bandpass filter 29 is an optical filter that transmits light in a specific wavelength band and blocks other light. The excitation light bandpass filter 29 transmits light in a band including a wavelength at which the coenzyme is excited. NADH used as a coenzyme in this example absorbs ultraviolet rays of 340 nm and emits fluorescence. Therefore, the range of wavelengths passed by the excitation light bandpass filter 29 is, for example, 330 to 350 nm.

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 ball lens 30 is a condensing lens that collects the light transmitted through the excitation light bandpass filter 29 on the optical axis AX.

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 ball lens 30 is incident on the central portion.

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 path forming member 34, a liquid flow path forming member 35, and an enzyme holding membrane 36.

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 path forming member 34 is a thick annular member, and has two through holes on the side surfaces facing each other in the radial direction of the annular member. In FIG. 2, a cross section of the gas flow path forming member 34 passing through the two through holes is shown. In addition, the direction in which the gas sample flows is indicated by an arrow.

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 path forming member 34 on the light source 25 side is covered with a translucent sheet 34B. The translucent sheet 34B separates the gas sample from the space in which the excitation optical optical system 27 and the like are provided.

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 path forming member 34 is the inlet of the gas sample, and the other is the outlet of the gas sample. The gas sample flowing in from one through hole flows out from the other through hole via the inside of the ring of the gas flow path forming member 34. Therefore, the space inside the two through holes of the gas flow path forming member 34 and the space inside the ring form the gas flow path 34A which is the flow path of the gas sample.

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 gas flow path 34A, which is the flow path of the gas sample, may be formed without using the transparent sheet 34B. For example, by fitting the ball lens 30 into the gas flow path forming member without a gap, the gas flow path 34A, which is the flow path of the gas sample, can be formed.

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 path forming member 35 is a member having a shape in which a disk having a thickness smaller than the disk is stacked on a thick disk and having a through hole in the thickness direction.

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 path forming member 35 is formed with a communication hole that reaches from the side surface of the larger disk to the upper surface of the smaller disk. Two communication holes are provided at positions facing each other in the diameter direction of the disk shape.

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 path forming member 35 is arranged so that the centers of the two disk shapes overlap the optical axis AX. Further, FIG. 2 shows a cross section passing through the above two communication holes.

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 solution supply system 21 and the third pump P3. The other communication hole is an outlet for a liquid containing a coenzyme, and is connected to a pipe L4 connected to a waste liquid container 22 and a fourth pump P4.

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 path forming member 35 forms the liquid flow path 35A, which is a flow path through which the solution containing the coenzyme flows. For example, the liquid flow path forming member 35 is fitted with an annular support member 35B that is fitted to the smaller disk portion and supports the enzyme holding membrane 36 in a drumhead shape.

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 enzyme retention film 36 is obtained by immobilizing an enzyme used for the reaction in the biosensor 11, that is, an apoenzyme that catalyzes a chemical reaction of a chemical substance in a gas sample, on a carrier such as a porous film. The enzyme retention membrane 36 is provided so as to be in contact with the liquid flow path 35A. The enzyme retention membrane 36 has elasticity and can be deformed in such a manner that the flow path width of the liquid flow path 35A changes.

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 enzyme retention film 36 is attached to the liquid flow path forming member 35 so as to partition the liquid flow path 35A and the gas flow path 34A and to penetrate the optical axis AX. The enzyme-retaining membrane 36 is hydrophilic and is well compatible with the mixed solution flowing through the liquid flow path 35A, and becomes transparent when the mixed solution permeates. The surface of the support member 35B of the liquid flow path forming member 35 on the light source side 25 and the enzyme retention film 36 exposed from the support member 35B are on the same plane.

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 path forming member 34 is arranged so that the gas flow path forming member 34 is in contact with the upper surface of the support member 35B. Therefore, the opening on the lower surface side of the gas flow path forming member 34 is closed by the upper surface of the support member 35B and the enzyme retention membrane 36. In other words, in the annular inner portion of the gas flow path forming member 34, the translucent sheet 34B covering the opening of the surface of the gas flow path forming member 34 on the light source 25 side, the support member 35B, and the enzyme holding. A gas flow path 34A is formed by the membrane 36.

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 enzyme retention membrane 36 is in contact with the gas flow path 34A. Further, as described above, the liquid flow path 35A and the enzyme retention membrane 36 are in contact with each other. That is, the gas flow path 34A and the liquid flow path 35A are in contact with each other via the enzyme retention membrane 36. The enzyme retention membrane 36 is provided so that one surface is in contact with a part of the liquid flow path 35A and the other surface is in contact with the gas flow path 34A.

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 enzyme retention membrane 36, the enzyme-catalyzed reaction between the substrate in the gas sample taken into the enzyme retention membrane 36 and the coenzyme flowing through the liquid flow path 35A A forward reaction or a reverse reaction can proceed.

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 enzyme retention film 36, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polydimethylsiloxane, polypropylene, polyethylene, polymethylmethacrylate, polystyrene, polyvinylidene fluoride, nitrocellulose, cellulose and the like can be used.

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 enzyme retention membrane 36 are listed below with respect to the reaction using the substrate and coenzyme as described above. When NADH or NADPH is used as a coenzyme, the enzymes include, for example, alanine dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase, uridine-5'-diphospho-glucose dehydrogenase, and galactose dehydrogenase. Elementary enzyme, formate dehydrogenase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, glycerol dehydrogenase, glycerol-3-phosphate dehydrogenase, glucose dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, Glutamic acid dehydrogenase, cholesterol dehydrogenase, sarcosine dehydrogenase, sorbitol dehydrogenase, carbonate dehydrogenase, lactic acid dehydrogenase, 3-hydroxybutyric acid dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase, fructose dehydrogenase, 6 -Phosphogluconic acid dehydrogenase, formaldehyde dehydrogenase, mannitol dehydrogenase, malic acid dehydrogenase, leucine dehydrogenase and the like can be mentioned.

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 enzyme retention membrane 36, a ketone (acetone, 2-butanone, 2-pentanone, ethyl vinyl ketone (enone), etc.) or aldehyde (acetaldehyde, nonenal, etc.) or aldehyde (acetone aldehyde, nonenal, etc.) using NADH or NADPH as an electron donor. An enzyme that reduces the amount of

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 enzyme retention membrane 36, alcohol dehydrogenase (ADH) (EC 1.1.1.2, etc.) and secondary alcohol dehydrogenase (S-ADH) (EC: 1.1.1. x), enone reductase type 1, ER1) and the like can be used.

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 light guide member 37 is an optical member provided so as to be in contact with the liquid flow path 35A of the flow cell 33. For example, the light guide member 37 is arranged so as to be fitted into a through hole in the thickness direction along the optical axis AX of the liquid flow path forming member 35.

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 light guide member 37 forms a light guide path that guides the light incident on the flow cell 33 via the excitation optical optical system 27 and the fluorescence emitted in the flow cell 33 along the optical axis AX. The light guide member 37 has, for example, a cylindrical shape. The shape of the light guide member 37 is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a columnar shape having a non-planar end face, a polygonal columnar shape, or a truncated cone shape.

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 light guide member 37 is made of the same material such as glass having a uniform refractive index. The light guide member 37 is not limited to the same material such as glass having a uniform refractive index, and may be composed of two materials, a core and a clad, which have different refractive indexes from each other, for example. Further, the light guide member 37 may be made of a material having little absorption with respect to the fluorescence wavelength to be measured, for example, having an absorption coefficient of 0.1 or less.

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 light guide member 37 and the liquid flow path 35A may be separated by a translucent sheet (not shown).

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 optical system 39 is an optical system provided so that light from the light guide member 37 is incident on the optical axis AX. The fluorescence optical system 39 includes a collimating lens 40, a fluorescence bandpass filter 41, and a condenser lens 42.

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 lens 40 is a collimating lens that parallelizes the light from the light guide member 37.

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 fluorescent bandpass filter 41 is an optical filter that transmits light in a specific wavelength band and blocks other light. The fluorescent bandpass filter 41 transmits light in a band including a wavelength of fluorescence emitted by excitation of a coenzyme.

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 fluorescent bandpass filter 41 is, for example, 450 to 510 nm.

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 fluorescent bandpass filter 41.

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 lens 42 is a condensing lens that condenses the light transmitted through the fluorescent bandpass filter 41 on the optical axis AX.

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 detector 43 as a detection unit is a detector that detects fluorescence that has passed through the fluorescence optical system 39. The detector 43 includes a photomultiplier tube, a photodiode detector, or a spectrophotometer including these, and measures the amount of detected fluorescence light.

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 detector 43 detects the fluorescence emitted by the coenzyme in the liquid flow path 35A of the flow cell 33. Further, the concentration of the substrate in the gas sample is calculated based on the amount of fluorescence detected by the detector 43.

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 gas flow path 34A will be described with reference to FIG. FIG. 3 schematically shows a state in which a solution containing the coenzyme NADH flows in the liquid flow path 35A and a gas sample containing a substrate S such as acetaldehyde flows in the gas flow path 34A. As described above, one surface of the enzyme retention membrane 36 is in contact with the liquid flow path 35A, and the other surface is in contact with the gas flow path 34A.

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 membrane 36 is composed of, for example, a porous membrane 36A such as hydrophilic PTFE in contact with the gas flow path 34A and an enzyme-immobilizing material 36B in contact with the liquid flow path 35A. The enzyme-immobilized material 36B is obtained by immobilizing an enzyme EZ such as ADH on an immobilizing material such as PMEH (poly (MPC-co-EHMA)).

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 porous membrane 36A to reach the enzyme fixative 36B and reaches the vicinity of the enzyme EZ. Further, the coenzyme NADH in the mixed solution flowing through the liquid flow path 35A reaches the vicinity of the enzyme EZ as the mixed solution permeates the enzyme-immobilizing material 36B. In the enzyme-immobilized material 36B, the enzyme and the coenzyme bind to each other and the enzyme-catalyzed reaction proceeds, and the substrate S is reduced to a product P such as ethanol. The coenzyme NADH is oxidized to NAD +.

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 liquid flow path 35A along the optical axis AX. The coenzyme NADH that remains without being consumed by the enzyme-catalyzed reaction is excited by the excitation light E and fluoresces. NAD + produced by the enzyme-catalyzed reaction does not fluoresce even when irradiated with excitation light E.

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 liquid flow path 35A facing the enzyme retention membrane 36 (see FIG. 2). It is considered that the convection of the mixture frequently replaces NAD + produced by the enzyme-catalyzed reaction in the enzyme-immobilized material 36B with the coenzyme NADH that has not yet been used in the reaction.

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 liquid flow path 35A in contact with the enzyme-immobilizing material 36B. It can be considered that there is. Therefore, it is considered that the amount of coenzyme NADH that can contribute to the enzyme-catalyzed reaction can be increased by increasing the volume of the liquid flow path 35A at the flow path length.

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 liquid flow path 35A in contact with the enzyme retention membrane 36 is shown as a portion C surrounded by a broken line. FIG. 4 shows a state in which the pressure (hydraulic pressure) of the liquid in the liquid flow path 35A is made higher than a predetermined reference value, and the enzyme retention membrane 36 is deformed in a manner of expanding outward.

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 liquid flow path 35A through which the optical axis AX passes, that is, the portion where the excitation light is irradiated is shown as W1. The position of the inner surface of the enzyme retention membrane 36 when the pressure of the liquid is set as a predetermined reference value is shown by a broken line, and the flow path width in that case is shown as Wst. For example, the flow path width Wst is the flow path width when the enzyme retention membrane 36 is not deformed.

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 liquid flow path 35A is made higher than the reference value and the enzyme holding film 36 is deformed outward (flow path width W1), it is in contact with the enzyme holding film 36. The volume of the liquid flow path 35A in the portion C is larger than that when the hydraulic pressure in the liquid flow path 35A is used as a reference value (flow path width Wst). Therefore, the absolute amount of the coenzyme NADH present in the mixed solution in the flow path portion C of the liquid flow path 35A is larger when the liquid pressure is increased to obtain the flow path width W1.

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 liquid flow path 35A and widening the flow path width of the liquid flow path 35A, it is possible to detect the concentration of the substrate S even in a gas sample having a high concentration of the substrate S. ..

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 liquid flow path 35A in the partial C does not change, it is necessary to increase the concentration of the coenzyme NADH in the mixed solution in order to increase the absolute amount of the coenzyme NADH in the partial C.

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 enzyme holding film 36 to widen the flow path width of the liquid flow path 35A, the flow without changing the concentration of the coenzyme in the mixed solution. The absolute amount of coenzyme NADH in part C of the tract can be increased. Therefore, it is possible to analyze a gas sample having a higher concentration of substrate S.

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 liquid flow path 35A in contact with the enzyme retention membrane 36 is shown as a portion C surrounded by a broken line. FIG. 5 shows a state in which the pressure (hydraulic pressure) of the liquid in the liquid flow path 35A is lowered below a predetermined reference value, and the enzyme retention membrane 36 is deformed in an inwardly recessed manner.

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 liquid flow path 35A through which the optical axis AX passes, that is, the portion where the excitation light is irradiated is shown as W2. The position of the inner surface of the enzyme-retaining membrane when the pressure of the liquid is set as a predetermined reference value is shown by a broken line.

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 liquid flow path 35A is lower than the reference value and the enzyme holding film 36 is deformed inward (flow path width W2), it is in contact with the enzyme holding film 36. The volume of the liquid flow path 35A in the portion C is smaller than that when the liquid pressure in the liquid flow path 35A is used as a reference value (flow path width Wst).

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 liquid flow path 35A, the absolute amount of the coenzyme NADH present in the mixed liquid is smaller when the liquid pressure is lowered to obtain the flow path width W2.

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 liquid flow path 35A and narrowing the flow path width of the liquid flow path 35A in this way, it is possible to accurately detect the concentration of the substrate S even in a gas sample having a low concentration of the substrate S. It becomes.

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 liquid flow path 35A in the partial C does not change, it is necessary to lower the concentration of the coenzyme NADH in the mixed solution in order to reduce the absolute amount of the coenzyme NADH in the partial C.

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 enzyme retention film 36 to narrow the flow path width of the liquid flow path 35A, the enzyme does not change the concentration of the coenzyme in the mixed solution. The absolute amount of coenzyme NADH in the portion C in contact with the retention film 36 can be reduced. Therefore, highly accurate analysis is possible for a gas sample having a low concentration of substrate S.

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 control device 23 of the detection device 10. The control device 23 is, for example, a device in which each unit cooperates via the system bus 52.

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 control device 23. In addition, the storage unit 53 stores a database such as the correlation between the amount of fluorescence and the concentration of coenzyme.

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 output unit 55 is an interface that outputs data to an external device of the control device 23. The output unit 55 is connected to each of the first pump P1, the second pump P2, the third pump P3, and the fourth pump P4 so as to be able to send a signal for adjusting the discharge capacity.

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 input unit 57 is an interface for acquiring data from an external device of the control device 23. The input unit 57 is connected to the detector 43 of the biosensor 11. For example, the input unit 57 captures the fluorescence amount data detected by the detector 43.

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 control unit 59 is composed of a CPU (Central Processing Unit) 59A, a ROM (Read Only Memory) 59B, a RAM (Random Access Memory) 59C, and the like, and functions as a computer. Then, the CPU 59A realizes various functions by reading and executing various programs stored in the ROM 59B and the storage unit 53.

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 control unit 59 controls the buffer solution supply system 17 and the coenzyme solution supply system 19. Specifically, the control unit 59 controls, for example, the discharge capacities of the first pump P1, the second pump P2, and the third pump P3 via the output unit 55. As a result, the control unit 59 controls the coenzyme concentration in the mixed solution by adjusting the supply flow rate of the buffer solution and the coenzyme solution to the mixing tank 15.

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 control unit 59 acquires the detection result by the detection unit via the input unit 57, and controls the third pump P3 and the fourth pump P4 according to the detection result.

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 control unit 59 changes, for example, the flow rates of the third pump P3 and the fourth pump P4. The hydraulic pressure of the mixed liquid in the liquid flow path 35A is controlled to be higher than a predetermined reference value. As a result, as shown in FIG. 4, the enzyme retention membrane 36 is deformed toward the outside of the liquid flow path 35A, and the width of the liquid flow path 35A is widened.

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 control unit 59 changes the flow rates of the third pump P3 and the fourth pump P4 to liquid. The hydraulic pressure of the mixed liquid in the flow path 35A is controlled to be lower than a predetermined reference value. As a result, as shown in FIG. 5, the enzyme retention membrane 36 is deformed toward the inside of the liquid flow path 35A, and the width of the liquid flow path 35A is narrowed.

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 liquid flow path 35A. Further, the control unit 59 functions as a control unit that controls the hydraulic pressure adjusting unit.

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 control unit 59 of the control device 23 in the detection device 10. The measurement routine RT1 is executed, for example, in a state where a mixed solution of the buffer solution and the coenzyme solution is prepared at a predetermined concentration in the mixing tank 15.

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 control unit 59 starts supplying the mixed solution, which is a solution containing the coenzyme in the mixing tank 15, to the biosensor 11 (step S101). In step S101, for example, the control unit 59 is a hydraulic pressure adjusting unit so that the hydraulic pressure of the mixed liquid in the liquid flow path 35A of the biosensor 11 becomes a predetermined standard hydraulic pressure (first hydraulic pressure). The third pump P3 and the fourth pump P4 are controlled as.

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 control unit 59 makes the flow path width of the liquid flow path 35A a standard flow path width (first width) (for example, Wst in FIGS. 4 and 5 or W2 in FIG. 5). , The third pump P3 and the fourth pump P4 may be controlled. For example, a table in which the pump settings and the flow path width are associated in advance may be stored in the storage unit 53. The control unit 59 may control the third pump P3 and the fourth pump P4 based on the table.

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 control unit 59 determines whether or not a gas sample has been introduced into the gas flow path 34A of the flow cell 33 (step S102). For example, in step 102, the control unit 59 determines whether or not the gas sample has been introduced based on the opening and closing of a valve (not shown) for introducing the gas sample.

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 control unit 59 determines that the gas sample has not been introduced (step S102: NO), repeats step S102, and determines again whether or not the gas sample has been introduced.

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 control unit 59 determines in step S102 that the gas sample has been introduced (step S102: YES), the control unit 59 measures the amount of fluorescence by the detector 43 (step S103). In step S103, the control unit 59 acquires the fluorescence amount (first fluorescence amount) emitted by the coenzyme in the flow cell 33 from the detector 43.

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 control unit 59 controls the third pump P3 and the fourth pump P4 so that the hydraulic pressure of the mixed liquid in the liquid flow path 35A rises (step S104). In step S104, for example, in the control unit 59, the hydraulic pressure of the mixed liquid in the liquid flow path 35A becomes higher than the predetermined standard hydraulic pressure (first hydraulic pressure), and the flow of the liquid flow path 35A. The third pump P3 and the fourth pump P4 as the hydraulic pressure adjusting unit are controlled so that the path width becomes a flow path width (second width) larger than the standard flow path width (first width).

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 control unit 59 measures the amount of fluorescence again (step S105). In step S105, the control unit 59 acquires the fluorescence amount (second fluorescence amount) emitted by the coenzyme in the flow cell 33 from the detector 43.

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 control unit 59 determines whether or not the change in the amount of fluorescence is greater than a predetermined value (step S106). In step S106, the control unit 59 compares the amount of fluorescence acquired in step S105 with the amount of fluorescence acquired in step S103, and acquires a change in the amount of fluorescence.

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 control unit 59 determines in step S106 that the change in the amount of fluorescence is not greater than the predetermined value, that is, within the predetermined value (step S106: NO), the control unit 59 returns to step S104 and mixes in the liquid flow path 35A. The third pump P3 and the fourth pump P4 as the hydraulic pressure adjusting unit are controlled so that the hydraulic pressure of the liquid is further increased, that is, the flow path width is larger than the second width.

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 liquid flow path 35A in contact with the enzyme retention membrane 36 can be increased by widening the flow path width in step S104.

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 control unit 59 determines in step S106 that the change in the amount of fluorescence is greater than a predetermined value (step S106: YES), the control unit 59 calculates the substrate concentration in the gas sample (step S107).

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 control unit 59 calculates the substrate concentration in the gas sample based on, for example, the amount of fluorescence acquired in the latest step S105 and the hydraulic pressure of the mixture (in other words, the flow path width). For example, the storage unit 53 may store a table in which the relationship between the hydraulic pressure (or flow path width) of the mixed solution, the combination of the amount of fluorescence, and the substrate concentration is associated in advance. The control unit 59 may calculate the substrate concentration based on the table. The calculated substrate concentration may be displayed on an operation screen (not shown) connected to the control device 23.

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 control unit 59 controls the third pump P3 and the fourth pump P4 so that the hydraulic pressure of the mixed liquid in the liquid flow path 35A becomes the original standard hydraulic pressure (step S108). After that, the sample measurement subroutine is terminated.

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 liquid flow path 35A, and the control unit 59 adjusts the hydraulic pressure. It functions as a control unit that controls the unit.

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 liquid flow path 35A, and the flow path width is confirmed by the amount of fluorescence. May be good.

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 liquid flow path 35A of the flow cell 33 has been described, but the present invention is limited to this. No. For example, a solution containing a coenzyme may be retained in the liquid flow path 35A of the flow cell 33, and the amount of fluorescence of the coenzyme may be measured. Specifically, the liquid pressure in the liquid flow path is adjusted by using the third pump P3 and the fourth pump P4, the flow path width of the liquid flow path 35A is adjusted to a desired width, and then the third pump P3 and The drive of the fourth pump P4 is temporarily stopped. In this state, a gas sample is introduced into the gas flow path 34A of the flow cell 33, the enzyme catalytic reaction is allowed to proceed for a predetermined time, and the amount of fluorescence of the coenzyme is measured. When the measurement is completed, the third pump P3 and the fourth pump P4 may be driven again to replace the solution in the liquid flow path 35A of the flow cell 33 to perform the next measurement. As a result, the reaction time of the enzyme-catalyzed reaction can be sufficiently secured, so that the consumption of the solution used for the measurement can be reduced.

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 Detection device 11 Biosensor 13 Solution supply mechanism 15 Mixing tank 17 Buffer solution supply system 19 Coenzyme solution supply system 21 Mixing solution supply system 22 Waste liquid container 23 Control device 25 Light source 27 Excitation photooptical system 33 Flow cell 34 Gas flow path forming member 34A Gas flow path 34B Translucent sheet 35 Liquid flow path forming member 35A Liquid flow path 35B Support member 36 Enzyme holding film 37 Light guide member 39 Fluorescent optical system 43 Detector 52 System bus 53 Storage unit 55 Output unit 57 Input unit 59 Control unit

Claims (7)

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.
前記液圧調整部は、前記液体流路の前記酵素保持膜よりも上流又は下流の少なくとも一方に接続されたポンプを含むことを特徴とする請求項1に記載の検出装置。 The detection device according to claim 1, wherein the hydraulic pressure adjusting unit includes a pump connected to at least one of upstream and downstream of the enzyme holding membrane of the liquid flow path. 前記液圧調整部を制御する制御部を含み、
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.
前記制御部は、前記液体流路の幅が第1の幅となるように前記液圧調整部を制御した際の前記蛍光の量である第1の蛍光量を前記検出部から取得後、前記液体流路の幅が前記第1の幅よりも大きい第2の幅となるように前記液圧調整部を制御した際の前記蛍光の量である第2の蛍光量を前記検出部から取得し、
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.
前記酵素保持膜は、前記液体流路内の前記溶液の液圧が高くなると外側に膨らむように変形して前記液体流路の幅を広げ、前記液体流路内の前記溶液の液圧が低くなると内側に窪むように変形して前記液体流路の幅を狭めることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の検出装置。 When the hydraulic pressure of the solution in the liquid flow path becomes high, the enzyme retention film deforms so as to swell outward to widen the width of the liquid flow path, and the hydraulic pressure of the solution in the liquid flow path becomes low. The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the liquid flow path is deformed so as to be recessed inward to narrow the width of the liquid flow path. 前記化学物質は、アルデヒド類又はケトン類であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の検出装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the chemical substance is an aldehyde or a ketone. 前記化学物質は、アセトアルデヒドであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の検出装置。
The detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the chemical substance is acetaldehyde.
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