JP2021177124A - Measurement apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide an electrochemical measurement apparatus capable of measuring physical characteristics of a sample more accurately and also measuring the behavior of the sample.SOLUTION: A classification device 1 includes: a measuring unit that includes a plurality of first electrodes 7a, 7b, 7c existing respectively in a plurality of partitioned regions 2a, 2b, 2c partitioned in a matrix; voltage applying means 11 that applies a voltage to each of the plurality of first electrodes and a second electrode 9; an impedance measuring unit 13 that measures impedance between the first electrode and the second electrode; a first storage unit 25 that stores an impedance value corresponding to each partitioned region measured by the impedance measuring unit; a second storage unit 27 that stores a classification pattern based on the impedance value corresponding to each partitioned region; and a classification determining unit 29 that classifies a measurement object using the classification pattern stored in the second storage unit 27 and a pattern based on the impedance value stored in the first storage unit 25.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は, 測定装置に関する。より詳しく説明すると,本発明は,細胞の物性や挙動を測定できる電気化学的測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring device. More specifically, the present invention relates to an electrochemical measuring device capable of measuring the physical properties and behavior of cells.

特許5617532号公報には,誘電サイトメトリ装置及び誘電サイトメトリによる細胞分取方法が記載されている。 Japanese Patent No. 5617532 describes a dielectric cytometry apparatus and a cell sorting method using a dielectric cytometry.

特許5617532号公報Japanese Patent No. 5617532

従来の誘電サイトメトリでは,電極付近にある試料の物性を測定できないという問題や,電極と試料との距離により測定値が変動するという問題があった。 With conventional dielectric cytometry, there are problems that the physical properties of the sample near the electrode cannot be measured and that the measured value fluctuates depending on the distance between the electrode and the sample.

そこで,本明細書は,試料の物性をより精度よく測定でき,試料の挙動をも測定できる電気化学的測定装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present specification is to provide an electrochemical measuring device capable of measuring the physical characteristics of a sample more accurately and also measuring the behavior of a sample.

上記の課題は,電極を試料の断面積よりも小さくすることで,電極付近に存在する試料の物性をも測定できるという知見に基づく。また,隣接する電極の間の距離を小さくするとより精度よく試料の物性を測定でき,電圧を印可する電極の間を溶液は通るものの試料は通さない隔壁を設けることで,さらに精度よく試料の物性を測定できるという知見に基づく。 The above problem is based on the finding that the physical properties of the sample existing near the electrode can also be measured by making the electrode smaller than the cross-sectional area of the sample. In addition, the physical characteristics of the sample can be measured more accurately by reducing the distance between adjacent electrodes, and the physical characteristics of the sample can be measured more accurately by providing a partition wall that allows the solution to pass but not the sample to pass between the electrodes to which the voltage is applied. Based on the knowledge that can be measured.

本明細書において最初に記載される発明は測定装置1に関する。この測定装置は, マトリクス状に区画された複数の区画領域2a,2b,2cの各区画領域に存在する複数の第1電極7a,7b,7cを含む測定部8と,
複数の第1電極の各電極との間で電場を生じる第2電極9と,
複数の第1電極の各電極と第2電極に電圧を印可する電圧印加手段11と,
複数の第1電極の各電極と第2電極との間のインピーダンスを測定し,各区画領域に対応したインピーダンス値を得るインピーダンス測定部13と,
インピーダンス測定部が測定した各区画領域に対応したインピーダンス値を記憶する第1記憶部25と,
各区画領域に対応したインピーダンス値に基づく分類パターンを記憶した第2記憶部27と,
第2記憶部27が記憶した分類パターンと,第1記憶部25が記憶したインピーダンス値に基づくパターンとを用いて,測定対象の分類を行う分類判定部29とを有する。
The invention first described herein relates to measuring device 1. This measuring device includes a measuring unit 8 including a plurality of first electrodes 7a, 7b, 7c existing in each of the plurality of compartment regions 2a, 2b, 2c partitioned in a matrix.
A second electrode 9 that generates an electric field between each of the plurality of first electrodes,
A voltage applying means 11 for applying a voltage to each of the plurality of first electrodes and the second electrode, and
An impedance measuring unit 13 that measures the impedance between each electrode of the plurality of first electrodes and the second electrode and obtains an impedance value corresponding to each partition region.
The first storage unit 25 that stores the impedance value corresponding to each partition area measured by the impedance measurement unit, and
A second storage unit 27 that stores a classification pattern based on the impedance value corresponding to each partition area, and
It has a classification determination unit 29 that classifies measurement targets by using a classification pattern stored by the second storage unit 27 and a pattern based on the impedance value stored by the first storage unit 25.

この分類装置は,注射針本体31をさらに有するものが好ましい。もちろん,注射器本体32をさらに有していてもよい。そして,分類装置1が,注射針本体31の外周面に設けられた凹み部33に設けられる。この場合,分類パターンは,例えば,血液を対象とし測定されたインピーダンス値に基づく分類パターンである。
このような構成を採用するので,注射や点滴を行う際に様々な分析ができる。感染症など,放置すれば医療費の増大となる疾患についても,患者の意思によらず,早期に測定できるので感染の拡大を防ぐことができる。また,重篤となると医療費が増大する疾患についても特別な診断を必要とせずに診断できるので,健康増進上も有益である。
This classification device preferably further includes an injection needle body 31. Of course, it may further have a syringe body 32. Then, the sorting device 1 is provided in the recessed portion 33 provided on the outer peripheral surface of the injection needle main body 31. In this case, the classification pattern is, for example, a classification pattern based on the impedance value measured for blood.
Since such a configuration is adopted, various analyzes can be performed when injecting or infusing. Diseases such as infectious diseases, which would increase medical costs if left untreated, can be measured at an early stage regardless of the patient's will, so the spread of infection can be prevented. In addition, it is also beneficial for health promotion because it is possible to diagnose diseases whose medical expenses increase when they become serious without requiring special diagnosis.

この分類装置は,注射針本体31へ液体を供給できる点滴容器35をさらに有することが好ましい。点滴容器35を用いて対象に点滴液を供給する際に,注射針本体31に設けられた分類装置1により,対象の血液に基づく分類を継続して行うことができる。
点滴の際に,患者の情報を得ることができる。点滴中なので比較的長時間測定し続けることができるため,高い感度が不要となるし,経時変化を含めたパターニングもできる。
The classification device preferably further includes a drip container 35 capable of supplying a liquid to the injection needle body 31. When the drip solution is supplied to the target using the drip container 35, the classification device 1 provided on the injection needle main body 31 can continuously perform the classification based on the blood of the target.
Patient information can be obtained at the time of infusion. Since it is being infused, measurement can be continued for a relatively long time, so high sensitivity is not required and patterning including changes over time is possible.

この分類装置は,特定疾患の有無,又は特定状況の有無を把握するための,分類装置であってもよい。例えば,点滴中に病気の有無,がんマーカーの有無,脳梗塞の可能性などを診断できる。 This classification device may be a classification device for grasping the presence / absence of a specific disease or the presence / absence of a specific situation. For example, the presence or absence of illness, the presence or absence of cancer markers, and the possibility of cerebral infarction can be diagnosed during infusion.

この分類装置は,警報装置39をさらに有し,分類判定部29が,インピーダンス値に基づくパターンが,分類パターンのうち警告に関する情報と関連して記憶された分類パターンに相当すると判定した場合に,警報装置39を用いて警報を出力するものであってもよい。
点滴中の患者が重篤になりそうな場合に,アラートを出力できる。
This classification device further includes an alarm device 39, and when the classification determination unit 29 determines that the pattern based on the impedance value corresponds to the classification pattern stored in relation to the information related to the warning among the classification patterns. An alarm may be output using the alarm device 39.
An alert can be output when the patient undergoing infusion is likely to become serious.

電圧印加手段11は,100kHz以上10MHz以下の周波数領域で周波数を掃引して,電圧を印可するものであることが好ましい。インピーダンス値に基づく分類パターンは,インピーダンス値の位相値θに基づいて得られた分類パターンであることが好ましい。分類パターンは,各区画領域に対応した分布図であることが好ましい。分類パターンは,インピーダンス値に基づく値を各区画領域に対応した色に変換した分布図であることが好ましい。分類パターンは,予め複数種類の対象に対しインピーダンス値を測定し,複数種類の対象毎の分類パターンを機械学習させて得られた分類パターンであることが好ましい。例えば,主成分分析やディープラーニングなどにより分類パターンを求めて,予め記憶させておくことができる。 The voltage applying means 11 preferably applies a voltage by sweeping the frequency in a frequency region of 100 kHz or more and 10 MHz or less. The classification pattern based on the impedance value is preferably a classification pattern obtained based on the phase value θ of the impedance value. The classification pattern is preferably a distribution map corresponding to each section area. The classification pattern is preferably a distribution map in which the value based on the impedance value is converted into a color corresponding to each partition region. The classification pattern is preferably a classification pattern obtained by measuring impedance values for a plurality of types of objects in advance and machine learning the classification patterns for each of a plurality of types of objects. For example, a classification pattern can be obtained by principal component analysis or deep learning and stored in advance.

この明細書に記載した発明は,,試料の物性をより精度よく測定でき,試料の挙動をも測定できる電気化学的測定装置を提供できる。 The invention described in this specification can provide an electrochemical measuring device capable of measuring the physical characteristics of a sample more accurately and also measuring the behavior of the sample.

図1は,この測定装置の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of this measuring device. 図2は,注射器や点滴に用いられる分類装置の概念図である。図2(a)は,注射器の概念図である。図2(b)は,注射針の部分拡大図である。 図2(c)は,点滴装置の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a classification device used for syringes and infusions. FIG. 2A is a conceptual diagram of a syringe. FIG. 2B is a partially enlarged view of the injection needle. FIG. 2C is a conceptual diagram of the drip device. 図3は,分類装置の原理を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the principle of the classification device. 図4は,第1の電極及び第2の電極が基板上に設けられた分類装置の例を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a classification device in which the first electrode and the second electrode are provided on the substrate. 図5は,アレイ状に形成された第1の電極及び第2の電極を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a first electrode and a second electrode formed in an array. 図6は,実施例において製造された電極の概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram of the electrodes manufactured in the examples. 図7は,誘電スペクトルを測定するための誘電測定装置を示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram showing a dielectric measuring device for measuring a dielectric spectrum. 図8は,電極と細胞の様子を示す図面に代わる写真である。FIG. 8 is a photograph instead of a drawing showing the state of the electrodes and cells. 図9は,測定されたCole-Coleプロット(図9(A))及び周波数−位相プロット(図9(B))を示す図面に代わるグラフである。FIG. 9 is a graph that replaces the drawings showing the measured Cole-Cole plot (FIG. 9 (A)) and frequency-phase plot (FIG. 9 (B)). 図10は,電極間の距離の効果を示すためのCole-Coleプロット(図10(A))及び周波数−位相プロット(図10(B))を示す図面に代わるグラフである。FIG. 10 is a graph that replaces the drawings showing the Cole-Cole plot (FIG. 10 (A)) and the frequency-phase plot (FIG. 10 (B)) to show the effect of the distance between the electrodes. 図11は,非電解質の影響を検討するための周波数−位相プロットを示す図面に代わるグラフである。FIG. 11 is an alternative graph to the drawing showing a frequency-phase plot for examining the effects of non-electrolytes. 図12は,移動する細胞を追跡した様子を示す概念図である。FIG. 12 is a conceptual diagram showing how migrating cells are tracked. 図13は,実施例で得られた分類装置の図面に代わる写真である。FIG. 13 is a photograph that replaces the drawing of the classification device obtained in the embodiment. 図14,実施例で得られた分類装置の図面に代わる写真である。あFIG. 14, is a photograph instead of the drawing of the classification device obtained in the embodiment. a 図15は,ある区画領域のインピーダンス測定値を分析した例を示す概念図である。FIG. 15 is a conceptual diagram showing an example of analyzing the impedance measurement value of a certain partition region. 図16は,各区画領域に対応したインピーダンス値の例を示す概念図である。FIG. 16 is a conceptual diagram showing an example of impedance values corresponding to each partition region. 図17は,各区画領域に対応したインピーダンス値の例を示す概念図である。FIG. 17 is a conceptual diagram showing an example of impedance values corresponding to each partition region. 図18は,教師無し学習により特徴点を抽出した様子を示す概念図である。FIG. 18 is a conceptual diagram showing how feature points are extracted by unsupervised learning.

以下,図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は,以下に説明する形態に限定されるものではなく,以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the forms described below, and includes those which are appropriately modified by those skilled in the art from the following forms to the extent obvious to those skilled in the art.

本明細書において最初に記載される発明は分類装置1に関する。図1は,この測定装置の概念図である。図1に示される通り,この装置は,複数の第1電極7a,7b,7cを含む測定部8と,第2電極9と,電圧印加手段11と,インピーダンス測定部13と,インピーダンス値を記憶する第1記憶部25と,分類パターンを記憶した第2記憶部27と,分類判定部29とを有する。
測定部8は,マトリクス状に区画された複数の区画領域2a,2b,2cの各区画領域に存在する複数の第1電極7a,7b,7cを含む領域である。第2電極9は,複数の第1電極の各電極との間で電場を生じる電極である。例えば,第1電極のある電極7aと第2電極9との間,第1電極の別の電極7aと第2電極9との間で電場を生じる。
電圧印加手段11は,複数の第1電極の各電極7a,7b,7cと第2電極に電圧を印可する装置である。
インピーダンス測定部13は,複数の第1電極の各電極と第2電極との間のインピーダンスを測定し,各区画領域に対応したインピーダンス値を得るための装置である。
第1記憶部25は,インピーダンス測定部が測定した各区画領域に対応したインピーダンス値を記憶する装置である。
第2記憶部27は,画領域に対応したインピーダンス値に基づく分類パターンを記憶した装置である。この分類パターンは,あらかじめ様々なものを測定しておいて,機械学習等により,様々なものに対する分類パターンを得たものであればよい。
分類判定部29は,第2記憶部27が記憶した分類パターンと,第1記憶部25が記憶したインピーダンス値に基づくパターンとを用いて,測定対象の分類を行うための要素である。
The invention first described herein relates to a classification device 1. FIG. 1 is a conceptual diagram of this measuring device. As shown in FIG. 1, this apparatus stores an impedance value of a measuring unit 8 including a plurality of first electrodes 7a, 7b, 7c, a second electrode 9, a voltage applying means 11, an impedance measuring unit 13, and an impedance value. It has a first storage unit 25, a second storage unit 27 that stores the classification pattern, and a classification determination unit 29.
The measuring unit 8 is a region including a plurality of first electrodes 7a, 7b, 7c existing in each of the plurality of compartment regions 2a, 2b, 2c partitioned in a matrix. The second electrode 9 is an electrode that generates an electric field with each of the plurality of first electrodes. For example, an electric field is generated between the electrode 7a having the first electrode and the second electrode 9, and between another electrode 7a of the first electrode and the second electrode 9.
The voltage applying means 11 is a device that applies a voltage to each of the electrodes 7a, 7b, 7c and the second electrode of the plurality of first electrodes.
The impedance measuring unit 13 is a device for measuring the impedance between each electrode of the plurality of first electrodes and the second electrode and obtaining an impedance value corresponding to each partition region.
The first storage unit 25 is a device that stores the impedance value corresponding to each partition area measured by the impedance measuring unit.
The second storage unit 27 is a device that stores a classification pattern based on the impedance value corresponding to the image area. As for this classification pattern, various things may be measured in advance, and a classification pattern for various things may be obtained by machine learning or the like.
The classification determination unit 29 is an element for classifying the measurement target by using the classification pattern stored in the second storage unit 27 and the pattern based on the impedance value stored in the first storage unit 25.

区画領域2a,2b,2c,2dは,測定部8における領域である。この領域は,特に領域外と区別される必要はなく,第1電極7a,7b,7cがマトリクス状(格子状)に設けられれば良い。測定部8は,測定に用いられる電極が存在する領域である。この測定部8も概念的なものであり,特に測定部とそうでない部分とが区別されていなくてもよい。 The partition areas 2a, 2b, 2c, and 2d are areas in the measuring unit 8. This region does not need to be particularly distinguished from the outside of the region, and the first electrodes 7a, 7b, and 7c may be provided in a matrix shape (lattice shape). The measuring unit 8 is a region where electrodes used for measurement exist. The measuring unit 8 is also conceptual, and it is not necessary to distinguish between the measuring unit and the non-measuring unit.

インピーダンス測定部13,第1記憶部25,第2記憶部27及び分類判定部29は,情報の授受を行うことができるようにされていることが好ましい。第1記憶部25,第2記憶部27及び分類判定部29は,第1電極又は第2電極と同じ基板上に設けられていてもよいし,物理的に別の装置に設けられてもよい。例えば,インピーダンス測定部13による測定データが,アンテナなどを通じて無線送信(放出)され,コンピュータにおける受信装置が,測定データを受信し,第1記憶部25に伝えてもよい。測定データは,LANなどの通信手段を用いて第1記憶部25などに伝えられてもよい。インピーダンス測定部13は,バスなどを通じて各記憶部や演算部,制御部と情報の授受を行うことができるようにされていればよい。コンピュータは,入出力部,記憶部,演算部及び制御部を有し,制御部は,例えば記憶部に記憶されている制御プログラムを読み出して,記憶部に記憶された情報や,入出力部から入力された情報を用いて,演算部に各種演算を行わせ,適宜記憶部に記憶して,入出力部から出力するようにすればよい。例えば,インピーダンス測定部13から測定データが入力されると,分類判定部29は,第1記憶部25に,適宜,インピーダンス値を記憶させ,記憶させたインピーダンス値を読み出し,第2記憶部27に記憶される分類パターンとパターンマッチングを行う。この分類パターンは,上記した各区画領域に応じた分類パターンである。分類パターンは,各区画領域について,所定の閾値以上又は以下という2値データによるパターンであってもよいし,多段階の閾値に関するグレースケールデータによる分類パターンであってもよい。分類の具体的実装はコンピュータ上のソフトウェアであってもよいし、ハードウェア(例えば光学的に実装されたハードウェア:All-optical machine learning using diffractive deep neural networks, Science (2018) doi: 10.1126/science.aat8084)でもよい。 It is preferable that the impedance measuring unit 13, the first storage unit 25, the second storage unit 27, and the classification determination unit 29 are capable of exchanging information. The first storage unit 25, the second storage unit 27, and the classification determination unit 29 may be provided on the same substrate as the first electrode or the second electrode, or may be physically provided in another device. .. For example, the measurement data by the impedance measuring unit 13 may be wirelessly transmitted (released) through an antenna or the like, and the receiving device in the computer may receive the measurement data and transmit it to the first storage unit 25. The measurement data may be transmitted to the first storage unit 25 or the like using a communication means such as a LAN. The impedance measurement unit 13 may be capable of exchanging information with each storage unit, calculation unit, and control unit via a bus or the like. A computer has an input / output unit, a storage unit, a calculation unit, and a control unit. The control unit reads, for example, a control program stored in the storage unit, and uses information stored in the storage unit or an input / output unit. Using the input information, the calculation unit may perform various operations, and the information may be stored in the storage unit as appropriate and output from the input / output unit. For example, when measurement data is input from the impedance measurement unit 13, the classification determination unit 29 appropriately stores the impedance value in the first storage unit 25, reads out the stored impedance value, and stores the stored impedance value in the second storage unit 27. Perform pattern matching with the memorized classification pattern. This classification pattern is a classification pattern according to each of the above-mentioned division areas. The classification pattern may be a pattern based on binary data of a predetermined threshold value or more or less than a predetermined threshold value for each partition area, or may be a classification pattern based on grayscale data relating to a multi-step threshold value. The specific implementation of the classification may be software on a computer or hardware (eg, all-optical machine learning using diffractive deep neural networks, Science (2018) doi: 10.1126 / science. .aat8084) may be used.

図2は,注射器や点滴に用いられる分類装置の概念図である。図2(a)は,注射器の概念図である。図2(b)は,注射針の部分拡大図である。 この明細書は,分類装置付きの注射針,注射器及び点滴装置をも提供する。すなわちこの分類装置は,注射針本体31をさらに有するものが好ましい。もちろん,注射器本体32をさらに有していてもよい。そして,分類装置1が,注射針本体31の外周面に設けられた凹み部33に設けられる。凹み部33は,分類装置1を収容できる大きさであればよい。この場合,分類パターンは,例えば,血液や体液を対象とし測定されたインピーダンス値に基づく分類パターンである。 FIG. 2 is a conceptual diagram of a classification device used for syringes and infusions. FIG. 2A is a conceptual diagram of a syringe. FIG. 2B is a partially enlarged view of the injection needle. The specification also provides needles, syringes and infusion devices with sorting devices. That is, it is preferable that this classification device further has an injection needle body 31. Of course, it may further have a syringe body 32. Then, the sorting device 1 is provided in the recessed portion 33 provided on the outer peripheral surface of the injection needle main body 31. The recessed portion 33 may have a size that can accommodate the sorting device 1. In this case, the classification pattern is, for example, a classification pattern based on the impedance value measured for blood or body fluid.

第2記憶部27は,点滴箇所に応じた,分類パターンを記憶する。分類パターンは,機械学習によりあらかじめ得ておいてもよい。分類パターンの例は,ある濃度変化(径時変化)をもたらした分類パターンは,脳梗塞のリスクがあるといったものや,エイズ患者など感染症に感染した患者に特有の分類パターンである。また,他の分類パターンの例は,患者が意識を失った場合の分類パターンを記憶したものである。分類パターンの例は,例えば,脳梗塞のリスクが高い場合,全ての区画領域ではなく,区画領域のうち所定の塊部分(例えば4〜16区画)の濃度変化の周期が1Hz以上100Hz以下の範囲で徐々に短くなるといった分類パターンの場合,第2記憶部はその分類パターンを記憶しておく。そして,実際に測定されたインピーダンス値が,例えば4〜6区画部分のみについて,濃度変化の周期が10Hz以上90Hz以下の範囲で徐々に短くなった場合は,分類判定部29は,患者に脳梗塞のリスクがあると判断する。具体的な工程の例は,以下のとおりである。注射針31が患者に挿入される。すると,注射針31の外側に位置する分類装置1は,患者の体液にさらされる。このようにして,分類装置が患者内に設置される。分類装置のインピーダンス測定部は,患者の体液の各区画領域に応じたインピーダンスを測定する。分類判定部29は,各区画領域のインピーダンス測定値と,分類パターンとをパターンマッチングし,問題となる分類パターンにマッチングされた場合は,後述するように警報装置39から警報を出力するようにしてもい。このような構成を採用するので,注射や点滴を行う際に様々な分析ができる。感染症など,放置すれば医療費の増大となる疾患についても,患者の意思によらず,早期に測定できるので感染の拡大を防ぐことができる。また,重篤となると医療費が増大する疾患についても特別な診断を必要とせずに診断できるので,健康増進上も有益である。 The second storage unit 27 stores the classification pattern according to the infusion location. The classification pattern may be obtained in advance by machine learning. Examples of classification patterns are those that bring about a certain concentration change (change over time), such as those at risk of cerebral infarction, and classification patterns peculiar to patients infected with infectious diseases such as AIDS patients. An example of another classification pattern is a memory of the classification pattern when the patient loses consciousness. An example of the classification pattern is, for example, when the risk of cerebral infarction is high, the period of concentration change of a predetermined mass portion (for example, 4 to 16 compartments) in the compartmental region is in the range of 1 Hz or more and 100 Hz or less, instead of all the compartmentalized regions. In the case of a classification pattern that gradually shortens with, the second storage unit stores the classification pattern. Then, when the impedance value actually measured is gradually shortened in the range of 10 Hz or more and 90 Hz or less in the concentration change cycle only in the 4 to 6 compartments, for example, the classification determination unit 29 causes a cerebral infarction in the patient. Judge that there is a risk of. An example of a specific process is as follows. The injection needle 31 is inserted into the patient. Then, the classification device 1 located outside the injection needle 31 is exposed to the body fluid of the patient. In this way, the classification device is installed within the patient. The impedance measuring unit of the classification device measures the impedance according to each compartment area of the patient's body fluid. The classification determination unit 29 pattern-matches the impedance measurement value of each partition region with the classification pattern, and when the classification pattern in question is matched, the alarm device 39 outputs an alarm as described later. Moi. Since such a configuration is adopted, various analyzes can be performed when injecting or infusing. Diseases such as infectious diseases, which would increase medical costs if left untreated, can be measured at an early stage regardless of the patient's will, so the spread of infection can be prevented. In addition, it is also beneficial for health promotion because it is possible to diagnose a disease whose medical expenses increase when it becomes serious without requiring a special diagnosis.

図2(c)は,点滴装置の概念図である。この分類装置は,注射針本体31へ液体を供給できる点滴容器35をさらに有することが好ましい。点滴容器35を用いて対象に点滴液を供給する際に,注射針本体31に設けられた分類装置1により,対象の血液に基づく分類を継続して行うことができる。
点滴の際に,患者の情報を得ることができる。点滴中なので比較的長時間測定し続けることができるため,高い感度が不要となるし,経時変化を含めたパターニングもできる。
FIG. 2C is a conceptual diagram of the drip device. The classification device preferably further includes a drip container 35 capable of supplying a liquid to the injection needle body 31. When the drip solution is supplied to the target using the drip container 35, the classification device 1 provided on the injection needle main body 31 can continuously perform the classification based on the blood of the target.
Patient information can be obtained at the time of infusion. Since it is being infused, measurement can be continued for a relatively long time, so high sensitivity is not required and patterning including changes over time is possible.

この分類装置は,特定疾患の有無,又は特定状況の有無を把握するための,分類装置であってもよい。例えば,点滴中に病気の有無,がんマーカーの有無,脳梗塞の可能性などを診断できる。 This classification device may be a classification device for grasping the presence / absence of a specific disease or the presence / absence of a specific situation. For example, the presence or absence of illness, the presence or absence of cancer markers, and the possibility of cerebral infarction can be diagnosed during infusion.

この分類装置は,警報装置39をさらに有し,分類判定部29が,インピーダンス値に基づくパターンが,分類パターンのうち警告に関する情報と関連して記憶された分類パターンに相当すると判定した場合に,警報装置39を用いて警報を出力するものであってもよい。点滴中の患者が重篤になりそうな場合に,アラートを出力できる。 This classification device further includes an alarm device 39, and when the classification determination unit 29 determines that the pattern based on the impedance value corresponds to the classification pattern stored in relation to the information related to the warning among the classification patterns. An alarm may be output using the alarm device 39. An alert can be output when the patient undergoing infusion is likely to become serious.

電圧印加手段11は,100kHz以上10MHz以下の周波数領域で周波数を掃引して,電圧を印可するものであることが好ましい。 The voltage applying means 11 preferably applies a voltage by sweeping the frequency in a frequency region of 100 kHz or more and 10 MHz or less.

図3は,分類装置の原理を説明するための概念図である。図3に示されるように,この分類装置は,第1の電極7及び第2の電極9と,電圧印加手段11と,インピーダンス測定手段13と,を備える分類装置1である。この例では,溶液3を収容する溶液槽5が記載されている。溶液の例は電解質溶液や,細胞やリポソームによっては,培地や培養液であってもよい。また,溶液の別の例は,血液や尿,涙,唾液,鼻水,精液などの体液である。溶液槽5は溶液を収容できるものであればよく,用途に合わせてその大きさや素材を適宜選択できる。 FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the principle of the classification device. As shown in FIG. 3, this classification device is a classification device 1 including a first electrode 7 and a second electrode 9, a voltage applying means 11, and an impedance measuring means 13. In this example, a solution tank 5 containing the solution 3 is described. Examples of solutions may be electrolyte solutions, and depending on cells and liposomes, media or culture medium. Another example of a solution is body fluids such as blood, urine, tears, saliva, runny nose, and semen. The solution tank 5 may be any as long as it can accommodate the solution, and its size and material can be appropriately selected according to the intended use.

図3の例では,第1の電極7及び第2の電極9は,溶液槽5内に存在し,少なくとも表面の一部が溶液中に露出する。電極の表面全体が露出して溶液と接触するものであってもよし,電極の一部が基板や溶液に埋没していてもよい。第1の電極7の溶液槽5に露出した部分15の表面積Sが0.1μm以上100μm以下である。Sの値は0.2μm以上80μm以下でもよいし,0.5μm以上70μm以下でもよいし,1μm以上50μm以下でもよいし,0.5μm以上30μm以下でもよいし,2μm以上10μm以下でもよいし,10μm以上50μm以下でもよい。このように微小な電極に電圧を印加した場合,電極表面へイオンを輸送する拡散層の形が半球に近づき,イオンが半球表面から電極に向けて収束するように拡散するので,試料の物性を精度よく測定できると考えられる。つまり,通常の電極を用いると溶液-電極の界面に由来する抵抗と電極間に存在する溶液に由来する抵抗とが周波数特性のみからみわけることが困難であるものの,電極を微小とすることでそのような問題を解消できると考えられる。半導体チップは微小化及び迅速化が達成できているので,このような微小電極を,半導体製造方法における技術を用いることで製造できる。 In the example of FIG. 3, the first electrode 7 and the second electrode 9 exist in the solution tank 5, and at least a part of the surface thereof is exposed in the solution. The entire surface of the electrode may be exposed and come into contact with the solution, or a part of the electrode may be buried in the substrate or the solution. The surface area S of the portion 15 exposed to the solution tank 5 of the first electrode 7 is 0.1 μm 2 or more and 100 μm 2 or less. The value of S may be a 0.2 [mu] m 2 or more 80 [mu] m 2 or less, may be a 0.5 [mu] m 2 or more 70 [mu] m 2 or less, may be a 1 [mu] m 2 or more 50 [mu] m 2 or less, may be a 0.5 [mu] m 2 or more 30 [mu] m 2 or less, It may be 2 μm 2 or more and 10 μm 2 or less, or 10 μm 2 or more and 50 μm 2 or less. When a voltage is applied to such a minute electrode, the shape of the diffusion layer that transports ions to the electrode surface approaches a hemisphere, and the ions diffuse from the hemispherical surface toward the electrode, thus improving the physical characteristics of the sample. It is thought that it can be measured accurately. In other words, when using ordinary electrodes, it is difficult to distinguish between the resistance derived from the solution-electrode interface and the resistance derived from the solution existing between the electrodes only from the frequency characteristics, but by making the electrodes minute, it is possible to distinguish them. It is thought that such a problem can be solved. Since semiconductor chips have been miniaturized and speeded up, such microelectrodes can be manufactured by using the technology in the semiconductor manufacturing method.

第2の電極9も第1の電極と同様のものであってもよい。また,第1の電極7及び第2の電極9は,複数存在してもよい。図4は,第1の電極及び第2の電極が基板上に設けられた分類装置の例を示す概念図である。図4に示される分類装置は,第1の電極7及び第2の電極9が,基板21上に設けられている。そして,第2の電極9が,基板21の凹み部分23に設けられ,付着防止手段19が,凹み部を覆う網である。網により,溶液は網を通過するものの,試料は網を通過しない。これにより,第2の電極に試料が付着する事態を防止できる。図4に示されるように第1の電極7及び第2の電極9は,基板に設けられたアレイ状のものであってもよい。また,第1の電極7及び第2の電極9は,それぞれの接続関係を調整できるように接続関係を制御できるものが好ましい。 The second electrode 9 may be the same as the first electrode. Further, a plurality of the first electrode 7 and the second electrode 9 may exist. FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a classification device in which the first electrode and the second electrode are provided on the substrate. In the classification device shown in FIG. 4, the first electrode 7 and the second electrode 9 are provided on the substrate 21. Then, the second electrode 9 is provided in the recessed portion 23 of the substrate 21, and the adhesion preventing means 19 is a net covering the recessed portion. The net allows the solution to pass through the net, but the sample does not. As a result, it is possible to prevent the sample from adhering to the second electrode. As shown in FIG. 4, the first electrode 7 and the second electrode 9 may be in the form of an array provided on the substrate. Further, it is preferable that the first electrode 7 and the second electrode 9 can control the connection relationship so that the connection relationship can be adjusted.

図5は,アレイ状に形成された第1の電極及び第2の電極を示す概念図である。第1の電極7及び第2の電極9はそれぞれ複数存在し,隣接する第1の電極7又は第2の電極9までの最小距離dが31mm以下であるものが好ましい。dの値があまりに小さいと隣接する電極において通電してしまうので,dの値は0.1μm以上25mm以下でであることが好ましい。下限値は1μm以上でもよいし,5μm以上でもよい。一方,dは,の上限値は,20mm以下でもよいし,15mm以下でもよいし,10mm以下でもよいし,1mm以下でもよいし,500μm以下でもよいし,100μm以下でもよいし,50μm以下でもよいし,30μm以下でもよいし,20μm以下でもよいし,5μm以下でもよいし,4μm以下でもよいし,3μm以下でもよい。図5において,電極のうち溶液槽5に露出した部分15が描画されている。また,図5のアレイ状の電極において,いずれが第1の電極7又は第2の電極9であってもよい。 FIG. 5 is a conceptual diagram showing a first electrode and a second electrode formed in an array. It is preferable that a plurality of the first electrode 7 and the second electrode 9 are present, and the minimum distance d to the adjacent first electrode 7 or the second electrode 9 is 31 mm or less. If the value of d is too small, the adjacent electrodes will be energized, so the value of d is preferably 0.1 μm or more and 25 mm or less. The lower limit may be 1 μm or more, or 5 μm or more. On the other hand, the upper limit of d may be 20 mm or less, 15 mm or less, 10 mm or less, 1 mm or less, 500 μm or less, 100 μm or less, or 50 μm or less. However, it may be 30 μm or less, 20 μm or less, 5 μm or less, 4 μm or less, or 3 μm or less. In FIG. 5, a portion 15 of the electrodes exposed to the solution tank 5 is drawn. Further, in the array-shaped electrodes of FIG. 5, whichever is the first electrode 7 or the second electrode 9 may be used.

電圧印加手段11は,第1の電極7及び第2の電極9との間に電圧を印可するための要素である。電圧印加手段11は,第1の電極7及び第2の電極9の間に電圧を印可する手段である。印加される電圧は交流であっても,直流であってもよいものの,通常は交流電圧である。電圧印加手段11は,電極間に印加する交流電圧の周波数を制御できるものが好ましい。誘電サイトメトリ等において2つの電極の間に印加される電圧は公知であるから,公知の印過電圧を適宜調整したものを第1の電極7及び第2の電極9との間に印加すればよい。そして,複数の電極を有する電極アレイのうち,いずれの電極間に電圧を印可するかは,制御部により制御できるようにされていることが好ましい。 The voltage applying means 11 is an element for applying a voltage between the first electrode 7 and the second electrode 9. The voltage applying means 11 is a means for applying a voltage between the first electrode 7 and the second electrode 9. The applied voltage may be alternating current or direct current, but is usually an alternating voltage. The voltage applying means 11 is preferably capable of controlling the frequency of the AC voltage applied between the electrodes. Since the voltage applied between the two electrodes in dielectric cytometry or the like is known, a known overvoltage voltage may be appropriately adjusted and applied between the first electrode 7 and the second electrode 9. .. Then, it is preferable that the control unit can control which electrode of the electrode array having a plurality of electrodes a voltage is applied to.

インピーダンス測定手段13は,第1の電極7及び第2の電極9との間に流れる電流を測定するための要素である。インピーダンス測定手段13は,公知である。インピーダンス測定手段13は,2つの電極間の電流を測定することで,各種物性を測定できるものであってもよい。 The impedance measuring means 13 is an element for measuring the current flowing between the first electrode 7 and the second electrode 9. The impedance measuring means 13 is known. The impedance measuring means 13 may be capable of measuring various physical properties by measuring the current between the two electrodes.

この分類装置は,例えば,溶液中に含まれる試料17であって第1の電極付近に存在するもの17aの物性又は動きを測定するための装置である。試料17の例は,生物細胞又はリポソームであり,表面積Sが生物細胞又はリポソームの断面積より小さいことが好ましい。第1の電極付近の例は,第1の電極と隣接する電極において,第1の電極への距離が近い領域である。 This classification device is, for example, a device for measuring the physical properties or movement of the sample 17 contained in the solution and existing in the vicinity of the first electrode. The example of sample 17 is a biological cell or a liposome, and it is preferable that the surface area S is smaller than the cross-sectional area of the biological cell or the liposome. An example in the vicinity of the first electrode is a region in which the distance to the first electrode is short in the electrode adjacent to the first electrode.

この装置は,溶液中に含まれる試料17が第2の電極に付着することを防止する付着防止手段19を有することが好ましい。 付着防止手段19は,第1の電極に試料が付着することをも防止してもよい。付着防止手段19の例は,後述する網や半透膜である。付着防止手段19が網の場合,網の目の大きさが試料(の断面積)よりも小さいものが好ましい。そのような網を用いることで溶液の移動を確保しつつ,試料が電極に付着する事態を効果的に防止できる。 This device preferably has an adhesion preventing means 19 for preventing the sample 17 contained in the solution from adhering to the second electrode. The adhesion preventing means 19 may also prevent the sample from adhering to the first electrode. Examples of the adhesion preventing means 19 are a net and a semipermeable membrane, which will be described later. When the adhesion preventing means 19 is a net, it is preferable that the mesh size of the net is smaller than that of the sample (cross-sectional area). By using such a net, it is possible to effectively prevent the sample from adhering to the electrodes while ensuring the movement of the solution.

基板は,絶縁体により構成されていてもよい。基板が透明又は半透明な絶縁体により構成されていることが好ましい。そのような絶縁体の例は,透明セラミックスである。透明セラミックスは,例えばAl,Y及び YAGのいずれか又は複数を用いることで達成できる。基板が透明であれば,特に試料が細胞やリポソームの場合に,それらの挙動を観測しやすい。 The substrate may be composed of an insulator. It is preferable that the substrate is made of a transparent or translucent insulator. An example of such an insulator is transparent ceramics. Transparent ceramics can be achieved by using, for example, one or more of Al 2 O 3 , Y 2 O 3 and YAG. If the substrate is transparent, it is easy to observe their behavior, especially when the sample is cells or liposomes.

次に,分類装置の原理を簡単に説明する。
電極板間に交流電圧を印加して,流れる電流を測定することで,電極間の複素抵抗(複素インピーダンス)が得られる。印加される交流電圧の周波数を変化させると,測定される複素抵抗も変化する。このような測定は,市販されている精密インピーダンスアナライザ(電流測定装置)を用いて行うことができる。
Next, the principle of the classification device will be briefly explained.
A complex resistance (complex impedance) between electrodes can be obtained by applying an AC voltage between the electrode plates and measuring the flowing current. When the frequency of the applied AC voltage is changed, the measured complex resistance also changes. Such measurement can be performed using a commercially available precision impedance analyzer (current measuring device).

周波数に依存した複素抵抗は,測定容器の形状に依存した因子,複素抵抗測定器と測定容器の間の電気配線の伝送特性に依存した因子などを補正することにより,細胞懸濁液の複素誘電率に変換できる。複素誘電率の周波数依存性を,複素誘電率分散(誘電スペクトル)という。 The frequency-dependent complex resistance is corrected by correcting factors such as the shape of the measuring vessel and the transmission characteristics of the electrical wiring between the complex resistance measuring instrument and the measuring vessel. Can be converted to rate. The frequency dependence of the complex permittivity is called the complex permittivity dispersion (dielectric spectrum).

細胞懸濁液の複素誘電率分散は,単一の緩和関数(例えば,Cole-Cole関数),あるいは複数の緩和関数の重ね合わせにより表現できる。実験的に得られた複素誘電率分散に対して,緩和関数が含む未定係数を変数とした非線形適合を行うことにより,その変数を最適化できる。例えばCole-Cole関数の場合,分散曲線を特徴づける変数として,緩和強度及び緩和周波数がある。これらの誘電変数は,細胞の構造や物性と密接に関連している。誘電変数から細胞を構成する相(細胞膜,細胞質など)の電気的物性値を推定する方法は,例えば特開2009−42141号公報に記載されている。 The complex permittivity dispersion of a cell suspension can be expressed by a single relaxation function (eg, Cole-Cole function) or by superposition of multiple relaxation functions. The variable can be optimized by performing a non-linear adaptation using the undetermined coefficient included in the relaxation function as a variable for the experimentally obtained complex permittivity variance. For example, in the case of the Cole-Cole function, the variables that characterize the dispersion curve are relaxation intensity and relaxation frequency. These dielectric variables are closely related to the structure and physical properties of cells. A method for estimating the electrical property values of the phases (cell membrane, cytoplasm, etc.) constituting the cell from the dielectric variable is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-42141.

インピーダンス値に基づく分類パターンは,インピーダンス値の位相値θに基づいて得られた分類パターンであることが好ましい。分類パターンは,各区画領域に対応した分布図であることが好ましい。分類パターンは,インピーダンス値に基づく値を各区画領域に対応した色に変換した分布図であることが好ましい。分類パターンは,予め複数種類の対象に対しインピーダンス値を測定し,複数種類の対象毎の分類パターンを機械学習させて得られた分類パターンであることが好ましい。例えば,主成分分析やディープラーニングなどにより分類パターンを求めて,予め記憶させておくことができる。 The classification pattern based on the impedance value is preferably a classification pattern obtained based on the phase value θ of the impedance value. The classification pattern is preferably a distribution map corresponding to each section area. The classification pattern is preferably a distribution map in which the value based on the impedance value is converted into a color corresponding to each partition region. The classification pattern is preferably a classification pattern obtained by measuring impedance values for a plurality of types of objects in advance and machine learning the classification patterns for each of a plurality of types of objects. For example, a classification pattern can be obtained by principal component analysis or deep learning and stored in advance.

(参考例)
分類装置を製造するにあたり,基板(チップ)上に電極を開発した。図6は,実施例において製造された電極の概念図である。電極表面は,窒化チタン(TiN)で形成され,溶液や動物細胞などの試料と接することとなる部分である。非ドープケイ酸塩ガラス(NSG,SiO2),アルミニウム(Al),酸化ケイ素(SiO2),ケイ素(Si)が用いられた。
(Reference example)
In manufacturing the sorting device, we developed electrodes on the substrate (chip). FIG. 6 is a conceptual diagram of the electrodes manufactured in the examples. The electrode surface is made of titanium nitride (TiN) and is the part that comes into contact with samples such as solutions and animal cells. Non-doped silicate glass (NSG, SiO2), aluminum (Al), silicon oxide (SiO2), silicon (Si) were used.

予備チップ
20μm間隔の10μm四方の36個の電極パッドを6行6列のグリッド電極アレイとし,28900μm2の領域を覆った。
Spare tip
Thirty-six electrode pads of 10 μm square at 20 μm intervals were used as a grid electrode array of 6 rows and 6 columns, covering a region of 28900 μm 2.

細動の挙動追跡用チップ
3.4μmの間隔をおいて6.6μm四方の36個の電極パッドを6行6列のグリッド電極アレイとし,3200μm2の領域を覆った。
Tip for tracking fibrillation behavior
A grid electrode array of 6 rows and 6 columns was formed with 36 electrode pads of 6.6 μm square at intervals of 3.4 μm, covering an area of 3200 μm 2.

誘電測定装置
図7に誘電スペクトルを測定するための誘電測定装置を示す。この例では,アジレント4294Aプレシジョンインピーダンスアナライザーを用いて,誘電スペクトルを測定した。Z値と位相を測定した。
Dielectric measuring device FIG. 7 shows a dielectric measuring device for measuring a dielectric spectrum. In this example, the dielectric spectrum was measured using an Agilent 4294A Precision Impedance Analyzer. The Z value and phase were measured.

溶液としてグルコース溶液及びPBSを用いた。試料の例として,ここでは,直径25μmのポリスチレン製のビーズを用いた。 Glucose solution and PBS were used as the solutions. As an example of the sample, polystyrene beads having a diameter of 25 μm were used here.

MGM-450昆虫培地に10μm四方の電極2個を20μm間隔で接触させ,培地に昆虫細胞塊を加えた。光学顕微鏡を用いて電極を観察し,電極上部に細胞塊が乗っていない2つの電極間でLCRメーターを用いて100mVで100Hzから1000000Hzまでのインピーダンス測定を行ってZ値とθ値を得た。同様に,MGM-450昆虫培地に10μm四方の電極2個を20μm間隔で接触させ,培地に昆虫細胞塊を加えた。光学顕微鏡を用いて電極を観察し,電極上部に細胞塊が乗っている2つの電極間でLCRメーターを用いて100mVで100Hzから1000000Hzまでのインピーダンス測定を行ってZ値とθ値を得た。図8は,電極と細胞の様子を示す図面に代わる写真である。図9は,測定されたCole-Coleプロット(図9(A))及び周波数−位相プロット(図9(B))である。測定結果をθ-Hz平面上に図示したときに観察される10000Hz付近のピークは電極上部に細胞塊が乗っている2つの電極間の測定において低周波側にシフトした。 Two 10 μm square electrodes were brought into contact with the MGM-450 insect medium at intervals of 20 μm, and an insect cell mass was added to the medium. The electrodes were observed using an optical microscope, and impedance measurements from 100 Hz to 1000000 Hz were performed at 100 mV using an LCR meter between two electrodes with no cell mass on top of the electrodes to obtain Z and θ values. Similarly, two 10 μm square electrodes were brought into contact with the MGM-450 insect medium at intervals of 20 μm, and an insect cell mass was added to the medium. The electrodes were observed using an optical microscope, and impedance measurements from 100 Hz to 1000000 Hz were performed at 100 mV using an LCR meter between the two electrodes with cell clusters on top of the electrodes to obtain Z and θ values. FIG. 8 is a photograph instead of a drawing showing the state of the electrodes and cells. FIG. 9 is a measured Cole-Cole plot (FIG. 9 (A)) and frequency-phase plot (FIG. 9 (B)). The peak near 10000 Hz observed when the measurement result was illustrated on the θ-Hz plane was shifted to the low frequency side in the measurement between the two electrodes with the cell mass on the upper part of the electrode.

電極間の距離についての検討
電極として,10μm四方の電極と6.6μm四方の電極とマニュアルプローバーのプローブ針を用いた。10μm四方の電極と6.6μm四方の電極は,いずれも独立の導線で繋がっており,導線の反対側の端はマニュアルプローバーのプローブ針を用いてプロービングすることで導通が得られるようにした。
Examination of the distance between the electrodes As the electrodes, a 10 μm square electrode, a 6.6 μm square electrode, and a probe needle of a manual prober were used. The 10 μm square electrode and the 6.6 μm square electrode are both connected by independent conductors, and the opposite end of the conductors is probed with a probe needle of a manual prober to obtain continuity.

リン酸緩衝生理食塩水に6.6μm四方の電極2個を接触させ,LCRメーターを用いて100mVで100Hzから100000000Hzまでのインピーダンス測定を行ってZ値とθ値を得た。θ値は100Hzで-80°,10000Hzで-60°,10000000Hzで-80°となり,100000000で-75°となり,従来技術で測定されてきた高周波領域に現れる電極表面から離れた領域にある電極間中間物質の電気化学的特性と,従来技術では測定されなかった10000Hz付近に現れる電極表面領域にある電極間中間物質の電気化学的特性が確認された。電極の間隔が3μmから60μmの範囲では測定結果が変化しなかった。 Two 6.6 μm square electrodes were brought into contact with phosphate buffered saline, and impedance measurements from 100 Hz to 100000000 Hz were performed at 100 mV using an LCR meter to obtain Z and θ values. The θ value is -80 ° at 100Hz, -60 ° at 10000Hz, -80 ° at 10000000Hz, and -75 ° at 100000000. The electrochemical properties of the intermediate material and the electrochemical properties of the intermediate material between the electrodes in the electrode surface region appearing near 10000 Hz, which was not measured by the conventional technique, were confirmed. The measurement results did not change when the electrode spacing was in the range of 3 μm to 60 μm.

リン酸緩衝生理食塩水に6.6μm四方の電極1個とマニュアルプローバーのプローブ針を接触させ,LCRメーターを用いて100mVで100Hzから100000000Hzまでのインピーダンス測定を行ってZ値とθ値を得た。図10は,電極間の距離の効果を示すためのCole-Coleプロット(図10(A))及び周波数−位相プロット(図10(B))を示す図面に代わるグラフである。電極の間隔を2.5mmから8mmの範囲で変化させると,θ値は100Hzで-80°,10000Hzで-60°となるまでは前述の実施例と同様であったが,10000000Hz付近でθの値が電極間距離依存的に-80°から-70°まで増大し,100000000Hz付近でθの値が電極間距離依存的に-75°から-45°まで増大した。電極表面領域にある電極間中間物質の電気化学的特性は10000Hz付近に現れ,電極間の距離を変化させることによって変化しなかった。一方で電極表面から離れた領域にある電極間中間物質の電気化学的特性は高周波領域に現れ,電極間の距離を変化させることによって変化した。 One 6.6 μm square electrode and a probe needle of a manual prober were brought into contact with phosphate buffered saline, and impedance measurements from 100 Hz to 100000000 Hz were performed at 100 mV using an LCR meter to obtain Z and θ values. FIG. 10 is a graph that replaces the drawings showing the Cole-Cole plot (FIG. 10 (A)) and the frequency-phase plot (FIG. 10 (B)) to show the effect of the distance between the electrodes. When the electrode spacing was changed in the range of 2.5 mm to 8 mm, the θ value was -80 ° at 100 Hz and -60 ° at 10000 Hz, which was the same as in the above embodiment, but the value of θ was around 10000000 Hz. Increased from -80 ° to -70 ° depending on the distance between the electrodes, and the value of θ increased from -75 ° to -45 ° depending on the distance between the electrodes near 100000000 Hz. The electrochemical properties of the inter-electrode intermediate material in the electrode surface region appeared around 10000 Hz and did not change by changing the distance between the electrodes. On the other hand, the electrochemical properties of the inter-electrode intermediate material in the region away from the electrode surface appeared in the high-frequency region and changed by changing the distance between the electrodes.

非電解質の効果
電極表面領域にある電極間中間物質(試料)の電気化学的特性に由来するθの増大と電極表面から離れた領域にある電極間中間物質の電気化学的特性に由来するθの増大とは,θ-Hz平面上に2つのピークを生じるが,この2つのピークの間に生じる谷底のHzの値が,電極表面領域にある電極間中間物質の電気化学的特性の現れる10000Hz付近に近づくと,電極表面領域にある電極間中間物質の電気化学的特性と電極表面から離れた領域にある電極間中間物質の電気化学的特性をθ-Hz平面上の2つのピークとして分離することが困難になると予測される。これまでの測定結果を外挿すると,前述の谷底のHzの値は10^(7.1+0.1(電極間距離(mm)))であり,電極間距離が31mm以上になると電極表面領域にある電極間中間物質の電気化学的特性と電極表面から離れた領域にある電極間中間物質の電気化学的特性をθ-Hz平面上の2つのピークとして分離することが困難になる。
Effect of non-electrode electrolyte Increase of θ derived from the electrochemical properties of the inter-electrode intermediate material (sample) in the electrode surface region and θ of θ derived from the electrochemical properties of the inter-electrode intermediate material in the region away from the electrode surface The increase means that two peaks occur on the θ-Hz plane, and the value of Hz at the bottom of the valley between these two peaks is around 10000 Hz, where the electrochemical characteristics of the inter-electrode intermediate material in the electrode surface region appear. When approaching, the electrochemical characteristics of the inter-electrode intermediate material in the electrode surface region and the electrochemical characteristics of the inter-electrode intermediate material in the region away from the electrode surface are separated as two peaks on the θ-Hz plane. Is expected to be difficult. When the measurement results so far are extrapolated, the Hz value at the bottom of the valley is 10 ^ (7.1 + 0.1 (distance between electrodes (mm))), and when the distance between electrodes is 31 mm or more, the electrodes in the electrode surface region It becomes difficult to separate the electrochemical characteristics of the intermediate material and the electrochemical characteristics of the intermediate material between the electrodes in a region away from the electrode surface as two peaks on the θ-Hz plane.

リン酸緩衝生理食塩水に6.6μm四方の電極1個とマニュアルプローバーのプローブ針を接触させ,LCRメーターを用いて100mVで100Hzから1000000Hzまでのインピーダンス測定を行ってZ値とθ値を得た。図11は,非電解質の影響を検討するための周波数−位相プロットを示す図面に代わるグラフである。測定結果をθ-Hz平面上に図示したときに観察される10000Hz付近のピークは,リン酸緩衝生理食塩水にスチレンビーズ,砂糖,真核細胞を加えることによって低周波側にシフトした。 One 6.6 μm square electrode and a probe needle of a manual prober were brought into contact with phosphate buffered saline, and impedance measurements were performed at 100 mV from 100 Hz to 1000000 Hz using an LCR meter to obtain Z and θ values. FIG. 11 is an alternative graph to the drawing showing a frequency-phase plot for examining the effects of non-electrolytes. The peak around 10000 Hz observed when the measurement results were illustrated on the θ-Hz plane was shifted to the low frequency side by adding styrene beads, sugar, and eukaryotic cells to phosphate buffered saline.

電極2個をミセルや粒子などの不均質構造の分散した溶液に接触させるLCRメーターを用いたインピーダンス測定において,電極表面領域にある電極間中間物質の電気化学的特性と電極表面から離れた領域にある電極間中間物質の電気化学的特性を分離してそれぞれ測定する限定された条件では,片方の電極をミセルや粒子,細胞などの不均質構造が接触しないように網などで覆うことで,溶液に接触した2個の電極のうちどちらに不均質構造が接触したのか知ることができた。 In impedance measurement using an LCR meter in which two electrodes are brought into contact with a dispersed solution having an inhomogeneous structure such as micelles and particles, the electrochemical characteristics of the intermediate material between the electrodes in the electrode surface region and the region away from the electrode surface Under the limited conditions of separating and measuring the electrochemical properties of an intermediate substance between electrodes, one electrode is covered with a net so that inhomogeneous structures such as micelles, particles, and cells do not come into contact with each other. It was possible to know which of the two electrodes in contact with the inhomogeneous structure was in contact with.

試料の挙動分析
細胞なしで72時間培養培地を連続的に測定することにより,チップの耐久性を検証した。その結果,インピーダンスは変化しなかった。次に,隣り合っている60個の電極対を1時間15分間隔で繰り返し測定した。その結果,移動する細胞を追跡することができた。その様子を図12に示す。図12は,移動する細胞を追跡した様子を示す概念図である。細胞の位置は点線で囲ってある。つまり,細胞が移動すると電極において測定される電流値(したがってインピーダンス)が変化するので,細胞が移動したことを測定できる。
Sample behavior analysis The durability of the chips was verified by continuously measuring the culture medium for 72 hours without cells. As a result, the impedance did not change. Next, 60 adjacent electrode pairs were repeatedly measured at 1 hour and 15 minute intervals. As a result, we were able to track the migrating cells. The situation is shown in FIG. FIG. 12 is a conceptual diagram showing how migrating cells are tracked. The location of the cells is surrounded by a dotted line. In other words, when the cell moves, the current value (and therefore the impedance) measured at the electrode changes, so it is possible to measure that the cell has moved.

測定部をつくるため,シリコンウェハ上に6.6μm四方の電極を3.4μm間隔で8行8列となるように64個配置した。それぞれの電極は独立して通電できるようになっている。測定部上に直径が10μmであるスチレンビーズを分散させたリン酸緩衝液を滴下し,測定部上に滴下したリン酸緩衝液液滴にマニュアルプローバーのプローブ針を接触させた。測定部上の電極のひとつと,酸緩衝液液滴に接触しているマニュアルプローバーのプローブ針との間でインピーダンスを測定し,これを測定部上の64個の電極すべてにたいして実行させた。 In order to make a measuring part, 64 electrodes of 6.6 μm square were arranged on a silicon wafer at intervals of 3.4 μm so as to be 8 rows and 8 columns. Each electrode can be energized independently. A phosphate buffer solution in which styrene beads having a diameter of 10 μm was dispersed was dropped onto the measuring section, and the probe needle of the manual prober was brought into contact with the phosphate buffer droplets dropped on the measuring section. Impedance was measured between one of the electrodes on the measurement unit and the probe needle of the manual prober in contact with the acid buffer droplet, and this was performed on all 64 electrodes on the measurement unit.

実際に得られた分類装置を図13及び14に示す。 The actually obtained classification devices are shown in FIGS. 13 and 14.

それぞれの電極に対応して,周波数毎の位相の値とZの値が得られ,周波数毎の位相の値を,等色関数における周波数とXYZ値の関係に対応させることでRGBの3チャンネルからなる画像に変換した。これは,画像解析ツールの都合に合わせるためである。1000Hz測定時の位相値を401nmの光のRGBに対応させ,1000000Hz測定時の位相値を801nmの光のRGBに対応させると,図15のように変換される。3.5(log10(Hz))あたりにピークを有する測定値はRGBの(R:106, G:102, B:48)に変換され,4.5(log10(Hz)) あたりにピークを有する測定値はRGBの(R:59, G:70, B:127)に変換される。変換表を表1に示す。 The phase value and Z value for each frequency are obtained for each electrode, and the phase value for each frequency is made to correspond to the relationship between the frequency and the XYZ value in the color matching function from the three RGB channels. Converted to the image. This is to suit the convenience of the image analysis tool. When the phase value at the time of 1000 Hz measurement corresponds to RGB of 401 nm light and the phase value at the time of 1000000 Hz measurement corresponds to RGB of 801 nm light, it is converted as shown in FIG. Measured values with peaks around 3.5 (log10 (Hz)) are converted to RGB (R: 106, G: 102, B: 48), and measurements with peaks around 4.5 (log10 (Hz)) are RGB. Is converted to (R: 59, G: 70, B: 127). The conversion table is shown in Table 1.

Figure 2021177124
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64個の電極それぞれの値をRGBに変換し,測定部の電極の配置に対応させて,マトリックス状に配置することができる(図16)。 The values of each of the 64 electrodes can be converted to RGB and arranged in a matrix corresponding to the arrangement of the electrodes of the measuring unit (FIG. 16).

同様に,直径が100μmであるスチレンビーズを分散させたリン酸緩衝液について測定し変換すると図17が得られる。 Similarly, FIG. 17 is obtained by measuring and converting a phosphate buffer solution in which styrene beads having a diameter of 100 μm are dispersed.

上記の工程を繰り返し,直径が10μmであるスチレンビーズを分散させたリン酸緩衝液について測定しRGB画像に変換したファイルと,直径が100μmであるスチレンビーズを分散させたリン酸緩衝液について測定しRGB画像に変換したファイルとを50枚ずつ取得した。 By repeating the above steps, the phosphate buffer solution in which styrene beads having a diameter of 10 μm was dispersed was measured and converted into an RGB image, and the phosphate buffer solution in which styrene beads having a diameter of 100 μm were dispersed was measured. 50 sheets each of the files converted into RGB images were acquired.

画像から教師無し機械学習によって特徴量を抽出した(図18)。 Features were extracted from the images by unsupervised machine learning (Fig. 18).

新たに溶液中に分散しているポリスチレンの直径が10μmあるいは100μmである溶液を測定し,特徴量から分類する。 A solution in which the diameter of polystyrene newly dispersed in the solution is 10 μm or 100 μm is measured, and the solution is classified according to the feature amount.

動物の体表面を殺菌消毒し,測定部を刺し込んで血液を測定した。得られた特徴量から,病気の個体と病気でない個体を分類した。 The body surface of the animal was sterilized and the blood was measured by inserting the measuring part. From the obtained features, diseased individuals and non-diseased individuals were classified.

測定部に尿を滴下させて測定した。得られた特徴量から,病気の個体と病気でない個体を分類した。 Urine was dropped on the measuring part for measurement. From the obtained features, diseased individuals and non-diseased individuals were classified.

測定部に血液を滴下させて測定した。得られた特徴量から,病気の個体と病気でない個体を分類した。
Blood was dropped on the measuring part for measurement. From the obtained features, diseased individuals and non-diseased individuals were classified.

本発明は分析機器の分野で利用されうる。 The present invention can be used in the field of analytical instruments.

1 分類装置
2a,2b,2c,2d 区画領域
3 溶液
5 溶液槽
7,7a,7b,7c,7d 第1の電極
9 第2の電極
11 電圧印加手段
13 インピーダンス測定手段
15 第1の電極の溶液槽に露出した部分
25 第1記憶部
27 第2記憶部
29 分類判定部


1 Sorting device 2a, 2b, 2c, 2d Partition region 3 Solution 5 Solution tank 7,7a, 7b, 7c, 7d First electrode 9 Second electrode 11 Voltage applying means 13 Impedance measuring means 15 Solution of the first electrode Part exposed in the tank 25 1st storage unit 27 2nd storage unit 29 Classification judgment unit


Claims (10)

マトリクス状に区画された複数の区画領域(2a,2b,2c)の各区画領域に存在する複数の第1電極(7a,7b,7c)を含む測定部(8)と,
複数の第1電極の各電極との間で電場を生じる第2電極(9)と,
複数の第1電極の各電極と第2電極に電圧を印可する電圧印加手段(11)と,
複数の第1電極の各電極と第2電極との間のインピーダンスを測定し,前記各区画領域に対応したインピーダンス値を得るインピーダンス測定部(13)と,
前記インピーダンス測定部が測定した前記各区画領域に対応したインピーダンス値を記憶する第1記憶部(25)と,
前記各区画領域に対応したインピーダンス値に基づく分類パターンを記憶した第2記憶部(27)と,
第2記憶部(27)が記憶した分類パターンと,第1記憶部(25)が記憶したインピーダンス値に基づくパターンとを用いて,測定対象の分類を行う分類判定部(29)とを有する,分類装置(1)。
A measuring unit (8) including a plurality of first electrodes (7a, 7b, 7c) existing in each partition region of a plurality of compartment regions (2a, 2b, 2c) partitioned in a matrix.
A second electrode (9) that generates an electric field between each of the plurality of first electrodes, and
A voltage applying means (11) for applying a voltage to each of the plurality of first electrodes and the second electrode, and
An impedance measuring unit (13) that measures the impedance between each electrode of the plurality of first electrodes and the second electrode and obtains an impedance value corresponding to each of the compartment regions.
A first storage unit (25) that stores impedance values corresponding to the respective partition regions measured by the impedance measurement unit, and a first storage unit (25).
A second storage unit (27) that stores a classification pattern based on the impedance value corresponding to each partition area, and
It has a classification determination unit (29) that classifies measurement targets using a classification pattern stored in the second storage unit (27) and a pattern based on the impedance value stored in the first storage unit (25). Sorting device (1).
請求項1に記載の分類装置であって,
注射針本体(31)をさらに有し,
前記分類装置(1)が,前記注射針本体(31)の外周面に設けられた凹み部(33)に設けられ,
前記分類パターンは,血液を対象とし測定されたインピーダンス値に基づく分類パターンである,分類装置。
The classification device according to claim 1.
Further having an injection needle body (31)
The classification device (1) is provided in a recessed portion (33) provided on the outer peripheral surface of the injection needle body (31).
The classification pattern is a classification device based on impedance values measured for blood.
請求項2に記載の分類装置であって,
前記注射針本体(31)へ液体を供給できる点滴容器(35)をさらに有し,
前記点滴容器(35)を用いて対象に点滴液を供給する際に,前記注射針本体(31)に設けられた前記分類装置(1)により,前記対象の血液に基づく分類を継続して行うことができる,分類装置。
The classification device according to claim 2.
Further having a drip container (35) capable of supplying a liquid to the injection needle body (31).
When the drip solution is supplied to the target using the drip container (35), the classification device (1) provided on the injection needle body (31) continuously classifies the target based on the blood. Can be a sorting device.
請求項3に記載の分類装置であって,
特定疾患の有無,又は特定状況の有無を把握するための,分類装置。
The classification device according to claim 3.
A classification device for grasping the presence or absence of a specific disease or the presence or absence of a specific situation.
請求項3に記載の分類装置であって,
警報装置(39)をさらに有し,
前記分類判定部(29)が,前記インピーダンス値に基づくパターンが,前記分類パターンのうち警告に関する情報と関連して記憶された分類パターンに相当すると判定した場合に,前記警報装置(39)を用いて警報を出力する,分類装置。
The classification device according to claim 3.
Further equipped with an alarm device (39)
When the classification determination unit (29) determines that the pattern based on the impedance value corresponds to the classification pattern stored in association with the information related to the warning among the classification patterns, the alarm device (39) is used. A classification device that outputs an alarm.
請求項1に記載の分類装置であって,
前記電圧印加手段(11)は,100kHz以上10MHz以下の周波数領域で周波数を掃引して,電圧を印可する,分類装置。
The classification device according to claim 1.
The voltage applying means (11) is a classification device for applying a voltage by sweeping a frequency in a frequency region of 100 kHz or more and 10 MHz or less.
請求項1に記載の分類装置であって,
前記インピーダンス値に基づく分類パターンは,
前記インピーダンス値の位相値(θ)に基づいて得られた分類パターンである,分類装置。
The classification device according to claim 1.
The classification pattern based on the impedance value is
A classification device that is a classification pattern obtained based on the phase value (θ) of the impedance value.
請求項1に記載の分類装置であって,
前記分類パターンは,各区画領域に対応した分布図である,分類装置。
The classification device according to claim 1.
The classification pattern is a classification device that is a distribution map corresponding to each section area.
請求項1に記載の分類装置であって,
前記分類パターンは,前記インピーダンス値に基づく値を各区画領域に対応した色に変換した分布図である,分類装置。
The classification device according to claim 1.
The classification pattern is a classification device in which a value based on the impedance value is converted into a color corresponding to each partition region.
請求項1に記載の分類装置であって,
前記分類パターンは,予め複数種類の対象に対しインピーダンス値を測定し,複数種類の対象毎の分類パターンを機械学習させて得られた分類パターンである,分類装置。
The classification device according to claim 1.
The classification pattern is a classification device obtained by measuring impedance values for a plurality of types of objects in advance and machine learning the classification patterns for each of a plurality of types of objects.
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