JP2021188957A - 電気化学センサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】被験試料中の特定成分の濃度を安定して正確に検出することができる電気化学センサユニットを提供する。【解決手段】基材と、基材が有する２つの主面のうちいずれか一方の面上に設けられたセンサ電極と、液状の被験試料を取り入れ可能な取入口が開設され、センサ電極を覆うように基材の一方の面上に設けられたシートと、を備え、シートの周縁部と基材とが接着されてなり、取入口から取り入れた被験試料を貯留してセンサ電極に接触させる貯留構造が構成されており、貯留構造は、取入口を介して取り入れられた被験試料の一部を排出する排出口を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、液状の被験試料に含まれる特定成分の濃度を測定する電気化学センサユニットに関する。

近年、基材と、この基材上に搭載されたセンサ電極と、このセンサ電極を覆うように設けられたシートと、を備える電気化学センサユニットが、特許技術として公開されている（特許文献１参照）。このセンサユニットでは、シートに開設された取入口から取り入れた液状の被験試料（被検物質溶液）をセンサ電極に接触させ、被験試料に含まれる特定成分の濃度を測定する。

特許第６６５３８４７号公報

上述の特許技術は、被験試料中における特定成分の濃度測定を簡便かつ確実に行えるといった点で産業に広く貢献するものであるが、まれに、特定成分の濃度自体には変化がないにもかかわらず、濃度の測定結果が安定しない場合があることが判明した。このことは、発明者の鋭意研究によって初めて明らかとなった新規課題である。本開示は、被験試料中の特定成分の濃度をより安定して正確に測定することができる電気化学センサユニットを提供することを目的とする。

本開示の一態様によれば、
基材と、
前記基材が有する２つの主面のうちいずれか一方の面上に設けられたセンサ電極と、
液状の被験試料を取り入れ可能な取入口が開設され、前記センサ電極を覆うように前記基材の前記一方の面上に設けられたシートと、を備え、
前記シートの周縁部と前記基材とが接着されてなり、前記取入口から取り入れた被験試料を貯留して前記センサ電極に接触させる貯留構造が構成されており、
前記貯留構造は、前記取入口を介して取り入れられた被験試料の一部を排出する排出口を有する電気化学センサユニットが提供される。

本開示によれば、被験試料中の特定成分の濃度をより安定して正確に測定することができる電気化学センサユニットを提供することが可能となる。

本開示の一態様における電気化学センサユニットの分解斜視図である。 本開示の一態様における電気化学センサユニットの上面概略図である。 本開示の一態様における電気化学センサユニットのセンサ電極が配置された部分を拡大した上面概略図である。 センサ電極に接触させる尿の量を多、中、少としてサイクリックボルタンメトリーを実施して得た各サイクリックボルタモグラムを示す。 本開示の一態様の変形例における電気化学センサユニットの上面概略図である。

＜発明者が得た知見＞
上述したように、シート付構造のセンサユニットを用いた場合、被験試料中における特定成分の濃度自体には変化がないにもかかわらず、濃度の測定結果が安定しない場合があること、具体的には、特定成分の濃度が、実際の濃度よりも高い濃度として測定されたり、実際の濃度よりも低い濃度として測定されたりする場合があることが判明した。発明者は、この新規課題の要因について鋭意研究を行った。その結果、センサ電極を覆うシート付構造を備えたセンサ構造においては、他の構造を有するセンサユニット、例えば、シート付構造を有さず、容器内に貯留された被験試料中に電極部分を浸漬させるタイプのセンサユニット等に比べ、センサ電極に接触させる被験試料の量が変動しやすい傾向があり、このことが、濃度の測定結果に影響を与える一要因ではないか、との知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

＜本開示の一態様＞
以下、本開示の一態様について、主に、図１〜図３を参照しながら説明する。本態様では、液状の被験試料に含まれる特定成分の濃度を三電極法により測定する電気化学センサユニットを例に説明する。

（１）電気化学センサユニットの構成
図１に示すように、本態様における電気化学センサユニット（以下、ユニット）１００は、基材１０と、センサ電極２０と、シート３０と、を備えている。ユニット１００は、使い捨て可能に構成されている。

ユニット１００は、センサ電極２０に対して所定の電圧掃引操作を行うことが可能なように構成された測定器が接続されて使用される。ユニット１００は、液状の被験試料（本態様では一例として、被験者から採取した尿）をセンサ電極２０に接触させ、このセンサ電極２０に対して測定器から所定の電圧掃引操作を行うことにより、尿中に含まれる特定成分（本態様では一例として、尿酸）を特定の条件下で電気分解させ、その際に生じる電気化学反応（例えば酸化還元反応）の大きさから尿酸の濃度を測定器により測定することができる。

基材１０は、センサ電極２０を支持するように構成されている。基材１０は、シート状（板状）部材で構成されており、長手形状に形成されている。基材１０は、例えば、長手形状部（主部）１１と、凸状部１２と、を有している。凸状部１２は、後述の測定器の接続部によって挟持されたり、測定器の挿入口に挿入されたりする部分、すなわち、接続端子として機能する部分である。

主部１１の長さは例えば９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とし、主部１１の幅は例えば６ｍｍ以上１２ｍｍ以下とし、主部１１の厚さは例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。なお、本明細書において、「長さ」という文言を用いる場合は、基材１０の長手方向における長さを意味し、「幅」という文言を用いる場合は、基材１０の幅方向における長さを意味する。

凸状部１２の長さは例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とし、凸状部１２の幅および凸状部１２の厚さは、それぞれ、例えば主部１１と同様の幅、厚さとすることができる。なお、凸状部１２が測定器の挿入口に挿入される場合は、挿入口の形状等にもよるが、凸状部１２の幅は、主部１１の幅よりも例えば２ｍｍ〜４ｍｍ程度狭い幅とすることができる。主部１１の幅と凸状部１２の幅との相違によってクランク部が構成され、このクランク部は、測定器の挿入口に凸状部１２を挿入する際に、その挿入長さを制限するストッパとして機能する。また例えば、凸状部１２の厚さを主部１１の厚さよりも薄くし、主部１１の厚さと凸状部１２の厚さとの相違によってクランク部を構成してもよい。

基材１０は、ユニット１００として使用することができる物理的（機械的）強度、例えば尿が付着した場合であっても、折れ曲がったり、破損したりすることがない強度を有している。基材１０は絶縁性材料により形成されている。絶縁性材料としては、プラスチック、ガラスエポキシ樹脂、セラミック、ガラス等を用いることができる。基材１０としては、例えばリジット基板、フレキシブル基板を用いることができる。

基材１０が有する２つの主面のうちいずれか一方の面上には、センサ電極２０が設けられている。以下では、センサ電極２０が設けられている基材１０の主面を「基材１０の上面」とも称する。センサ電極２０は、基材１０の長手方向における一端部側に設けられている。具体的には、センサ電極２０は、基材１０の主部１１上であって、基材１０の長手方向において凸状部１２とは反対側の端部近傍に設けられている。

基材１０の上面には、３本の配線（導体配線）１３，１４，１５（以下、配線１３〜１５とも称する）が、基材１０の凸状部１２上からセンサ電極２０に向かって、互いに接触することなく離間して設けられている。ユニット１００と後述の測定器とを確実に接続する観点から、配線１３〜１５は、それぞれ、凸状部１２において主部１１と隣接する側とは反対側の端まで設けられていることが好ましい。

配線１３〜１５は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を用いて形成することができる。配線１３〜１５は、同一の材料で形成されていてもよいし、互いに異なる材料で形成されていてもよい。

配線１３〜１５は、例えば、基材１０上に予め貼られた銅膜のうち、レジストで覆われていない不要な部分をエッチングにより除去して必要な導体パターンを形成する、サブトラクティブ法を用いて形成することができる。また、配線１３〜１５は、アディティブ法等を用いて形成することもできる。また、サブトラクティブ法やアディティブ法を用いて形成されたこれらの導体パターン上に、例えば、金（Ａｕ）めっきや銀（Ａｇ）めっきを施してもよい。また、配線１３〜１５は、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷等の印刷法や、蒸着法等により形成することもできる。

センサ電極２０は、作用電極２１と、対電極（対向電極）２２と、参照電極２３とを有している。作用電極２１には配線１３の一端部が接続され、対電極２２には配線１４の一端部が接続され、参照電極２３には配線１５の一端部が接続されている。

作用電極２１としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、白金（Ｐｔ）、Ｃｕの金属で形成された電極を用いることができる。作用電極２１として、カーボン電極、ホウ素（Ｂ）をドープした導電性ダイヤモンド電極等を用いることもできる。また、作用電極２１として、測定対象となる特定成分の種類に応じて公知の種々の材料で構成された電極等を用いることもできる。作用電極２１は、アディティブ法、サブトラクティブ法等の公知の手法を用いて形成することができる。作用電極２１は、例えば、サブトラクティブ法を用いて配線１３と一体に形成された導体パターンに所定のめっきを施して形成することができる。作用電極２１は、後述の配線１３と一体に形成された導体パターンに所定の材料を貼り付けて形成することもできる。

また、作用電極２１の表面には、特定成分（例えば尿酸）のみを透過させる機能膜やこの特定成分のみと反応する機能膜として、例えば、酵素含有膜やイオン交換膜といった所定の表面装飾膜が設けられていてもよい。

対電極２２は、電気化学反応により生じた電流を作用電極２１に流すための電極であり、作用電極２１及び後述の参照電極２３を取り囲むように設けられている。対電極２２の電極面積は、作用電極２１の電極面積に比して大きいことが好ましい。対電極２２としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｇ等の金属で形成された電極やカーボン電極等を用いることができる。対電極２２は、サブトラクティブ法やアディティブ法等の公知の手法により、配線１４と一体に形成することができる。

参照電極２３は、作用電極２１の電位を決定する際の基準となる電極であり、作用電極２１の近傍に設けられている。参照電極２３としては、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極等を用いることができる。また、参照電極２３としては、標準水素電極、可逆水素電極、パラジウム・水素電極、飽和カロメル電極、カーボン電極等を用いることもできる。また、参照電極２３として、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属で形成された電極等を用いることもできる。参照電極２３は、サブトラクティブ法やアディティブ法等を用いて配線１５と一体に形成された導体パターンに所定の材料（例えば、ＡｇＣｌ）を貼り付けて形成することができる。また、例えば、配線１５と一体に形成された導体パターンに金めっき等を施して参照電極２３として用いることもできる。

基材１０の上面には、配線１３〜１５に尿が付着することを防止するシート状の防水部材４０が設けられている。防水部材４０は、主部１１上に位置する配線１３〜１５を覆い（密封し）、凸状部１２上に位置する配線１３〜１５およびセンサ電極２０を露出させるように構成されている。防水部材４０は、プラスチック、シリコン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ゴム等の不透水性および絶縁性を有する材料を用いて形成することができる。

基材１０の上面には、センサ電極２０および防水部材４０を覆うようにシート（シート状部材）３０が設けられている。シート３０は、尿を吸収しない撥水部材３１と、尿を吸収する吸水部材３２と、を備えて構成されている。

撥水部材３１は、例えばシート状（板状）とすることができる。撥水部材３１の長さは、基材１０の長さ（主部１１の長さと凸状部１２の長さとの合計長さ）よりも例えば１５ｍｍ〜２５ｍｍ程度長い長さとし、撥水部材３１を凸状部１２の側からはみ出させて配置することが好ましい。これにより、ユニット１００を測定器に接続する際、凸状部１２からはみ出した撥水部材３１の部分（以下、「撥水部材３１（又はシート３０）の突出部分」とも称する。）をつまんでめくることができ、基材１０の上面の一部、例えば接続端子として機能する凸状部１２を容易に露出させることが可能となる。また、ユニット１００を測定器に接続した際、測定器の接続箇所（挿入口、挟持箇所等）を撥水部材３１で覆うことができる。これにより、測定器内への尿の浸入を回避することができ、測定の信頼性等を高めることも可能となる。また、測定を行う際に、ユニット（ユニットに接続された測定器）を持っている（把持している）被験者の指を撥水部材３１により覆うことができ、被験者の指への尿の付着を防止することも可能となる。撥水部材３１の長さは、基材１０の長さと同様の長さであってもよい。撥水部材３１の幅は、基材１０（主部１１）の幅と同様の幅とすることができる。撥水部材３１の厚さは、例えば０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができる。

撥水部材３１は、プラスチック、シリコン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂等の撥水材料で表面をコーティングした紙を用いて形成することができる。撥水部材３１は、上述の撥水材料で形成されたシート状の樹脂を用いることもできる。

撥水部材３１には、尿を取り入れ可能な取入口（開口）３３が開設されている。取入口３３は、シート３０が配設された際にセンサ電極２０上に位置するように開設されている。取入口３３は、例えば、２ｍｍ以上５ｍｍ以下の直径を有する円形状とすることができる。取入口３３は、円形状に限定されず、矩形状等であってもよい。

撥水部材３１には、吸水部材３２が取入口３３を塞ぐように設けられて（取り付けられて）いる。吸水部材３２は、例えばシート状に形成されており、ユニット１００に供給された尿を吸収してセンサ電極２０の表面に接触させるように構成されている。吸水部材３２は、センサ電極２０（作用電極２１、対電極２２、および参照電極２３）の表面の少なくとも一部を覆う大きさを有している。吸水部材３２は、撥水部材３１の表面側に設けてもよいが、図１等に示すように、撥水部材３１の裏面（基材１０と向き合う面）に設けることが好ましい。この場合、吸水部材３２は、後述する貯留構造の内部に配置されることになり、貯留構造内に尿を確実に貯留するように機能することになる。

吸水部材３２の平面積や厚さを調整することにより、貯留構造内に貯留される尿の量、すなわち、センサ電極２０に接触させる尿の量を適正に制御することが容易に行えるようになる。図１等に示すように、吸水部材３２の平面積は、センサ電極２０の平面積よりも大きい平面積とすることが好ましい。吸水部材３２の平面積は、例えば１０ｍｍ^２以上５０ｍｍ^２以下とすることができる。これにより、尿を、センサ電極２０の表面全域に確実に接触させ、濃度測定の感度を高めることが可能となる。なお、吸水部材３２の平面積は、センサ電極２０の平面積よりも小さい面積としてもよい。吸水部材３２の厚さは、例えば０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることができる。

接着剤を用いて吸水部材３２を撥水部材３１に取り付ける場合は、接着剤を塗布する位置を、センサ電極２０とは対向しない位置とすることが好ましい。また、吸水部材３２は、接着剤を用いることなく撥水部材３１に取り付けられていてもよい。例えば、撥水部材３１に切り込み部を設け、この切り込み部に吸水部材３２を差し込んで撥水部材３１で吸水部材３２を挟むことにより、吸水部材３２が撥水部材３１に取り付けられていてもよい。これらのようにすることで、接着剤に含まれる物質による測定結果への悪影響を低減させることが可能となる。

吸水部材３２は、天然繊維、パルプ繊維、再生繊維、合成繊維等を用いて形成することができる。具体的には、吸水部材３２は、ろ紙、メンブレンフィルタ、ガラスフィルタ、又はろ布等を用いて形成することができる。吸水部材３２は、上述の１つまたは複数の繊維からなる集合体に吸水性ポリマ粒子等を加えて形成することもできる。吸水部材３２は、スポンジや珪藻土等の多孔質材料や、不織布等の繊維材料からなる部材を用いて形成してもよい。

図２及び図３に示すように、シート３０（すなわち、撥水部材３１）の周縁部と基材１０とは、接着剤５１等を介して互いに接着されている。具体的には、シート３０の周縁部と、基材１０の長手方向における中央部の周縁部およびセンサ電極２０が設けられた側の周縁部と、が接着剤５１を介して互いに接着されている。これにより、取入口３３から取り入れた尿を、基材１０とシート３０との間（防水部材４０が配設されている箇所では、防水部材４０とシート３０との間）の空間に貯留してセンサ電極２０に接触させる貯留構造（袋状構造）が構成されることとなる。シート３０と基材１０との接着は、接着剤５１を用いて行う場合に限らず、熱融着、縫い付け、勘合といった種々の手法を用いて行うことができる。なお、図３では、分かりやすさのために、シート３０および防水部材４０を省略している。

貯留構造は、取入口３３を介して貯留構造内に取り入れられた尿の一部を排出する排出口５２を有している。排出口５２は、センサ電極２０に接触する尿の量を調整可能に構成されている。排出口５２は、取入口３３を介して貯留構造内に取り入れられて吸水部材３２で吸収しきれなかった余剰な尿を、貯留構造（ユニット１００）外へ排出することで、貯留構造内に貯留する尿の量、すなわち、センサ電極２０に接触させる尿の量を一定に（所定量に）するように構成されている。これにより、尿中における尿酸濃度の測定結果の変動を防止し、尿中における尿酸濃度の測定を正確かつ安定に行うことが可能となる。すなわち、ユニット１００による尿酸濃度の測定精度を安定させることが可能となる。

なお、貯留構造に排出口５２を設けないこととした場合、センサ電極２０に接触する尿の量を調整することが難しくなり、センサ電極２０に接触させる尿の量が過大になる（所定量を超える）ことがある。この場合、尿中における実際の尿酸濃度に変化はない（濃度は増えていない）にもかかわらず、ユニット１００の検出信号の出力が想定よりも大きくなり、尿酸濃度が実際の濃度よりも高く測定されることがある。これに対し、本態様では、センサ電極２０に接触する尿の量を、排出口５２を用いて一定な量となるように調整することができることから、尿中における尿酸濃度の測定を、正確かつ安定に行うことが可能となる。

排出口５２は、公知である種々の逆止弁を用いて構成することも可能であるが、図１〜３等に示すように、貯留構造を構成するシート３０の周縁部の一部を基材１０と非接着とすることにより構成することができる。このような構成であれば、排出口５２を容易に設けることができ、また、ユニット１００の複雑化、大型化、高コスト化等を回避することが可能となる。

排出口５２は、取入口３３から排出口５２に至る尿の流路上にセンサ電極２０が配置されこととなるような位置に配置することが好ましい。すなわち、センサ電極２０は、取入口３３から排出口５２に至る尿の流路上に配置されていることが好ましい。これにより、センサ電極２０に接触する尿の量を確実に一定にすることができ、尿中における尿酸濃度の測定を正確かつ安定に行うことが可能となる。

センサ電極２０を尿の流路上に配置しないこととした場合、取入口３３から取り込んだ尿がセンサ電極２０に到達しにくくなって、センサ電極２０に接触する尿の量が過小になる（所定量よりも少なくなる）ことがある。この場合、尿中における実際の尿酸濃度に変化はない（濃度は減っていない）にもかかわらず、ユニット１００の検出信号の出力が想定よりも小さくなり、尿酸濃度が実際の濃度よりも低く測定されることがある。また、センサ電極２０を尿の流路上に配置しないこととした場合、センサ電極２０上を通過すべき余剰な尿が排出口５２から排出されにくくなって、センサ電極２０上に多量の尿が残留する結果、センサ電極２０に接触する尿の量が過大になることがある。この場合、尿中における実際の尿酸濃度に変化はない（濃度は増えていない）にもかかわらず、ユニット１００の検出信号の出力が想定よりも大きくなり、尿酸濃度が実際の濃度よりも高く測定されることがある。これらのように、センサ電極２０を尿の流路上に配置しないこととした場合、ユニット１００による尿酸濃度の測定精度が不安定になることがある。これに対し、本態様では、センサ電極２０を尿の流路上に配置することから、センサ電極２０に接触する尿の量を一定な量に確実にすることができ、尿中における尿酸濃度の測定を、正確かつ安定に行うことが可能となる。

排出口５２の位置および大きさは、ユニット１００を側面側から見た際（ユニット１００を側面視した際）に、排出口５２がセンサ電極２０の少なくとも一部と重複するような位置、大きさ、好ましくは、排出口５２がセンサ電極２０の全てを含むような位置および大きさとすることが好ましい。

また、貯留空間内の余剰な尿の排出を、ユニット１００の姿勢によらずにスムーズに行えるように、排出口５２は、複数の位置に設けることが好ましい。例えば、本態様のように、排出口５２は、ユニット１００をシート３０側から見た際（ユニット１００を平面視した際）に、基材１０の長手方向と直交する方向（基材１０の幅方向）の両側に設けることが好ましい。すなわち、排出口５２は、ユニット１００を平面視した際に、センサ電極２０を挟んで基材１０の幅方向の両側のそれぞれに設けられていることが好ましい。

これらの構成のうち少なくともいずれかを採用することにより、貯留構造内に取り込まれた余剰な尿を排出することが、尿をかけた後のユニット１００を傾けたり振ったりといった行為を行うことなく、また、ユニット１００の姿勢によらずに、より確実に行えるようになる。すなわち、排出口５２を用いた排出によってセンサ電極２０に接触させる尿の量を一定にし、尿中における尿酸濃度の測定を正確かつ安定に行うという上述の作用効果が、被験者等の人為的操作に頼ることなく、より確実かつ自然に発揮されるようになる。

排出口５２の大きさは、吸水部材３２の大きさ（平面積）や吸水能力（吸収可能な尿の容量）等に応じて適宜設定することができる。例えば、貯留構造内における余剰空間が大きい、吸水部材３２の平面積が小さい、吸水部材３２の吸水能力が低いといった場合、すなわち、貯留構造内に余剰な尿が残留しやすく、センサ電極２０に接触する尿の量が過大となりやすい場合には、排出口５２の大きさ（非接着部分の長さ）を、基材１０の長手方向における吸水部材３２の長さよりも長くしてもよい。また、貯留構造内における余剰空間が小さい、吸水部材３２の平面積が大きい、吸水部材３２の吸水能力が高いといった場合、すなわち、貯留構造内に余剰な尿が残留しにくく、センサ電極２０に接触する尿の量が過少となりやすい場合には、排出口５２の大きさを、基材１０の長手方向における吸水部材３２の長さよりも短くしてもよい。これらにより、センサ電極２０に接触させる尿の量を適正かつ一定にしやすくなり、尿酸濃度の測定を、より正確かつ安定に行うことが可能となる。

シート３０の周縁部と基材１０とは、排出口５２を構成する箇所の他に、非接着である部分があってもよい。

例えば、図２において、紙面の上下左右方向を、ユニット１００を平面視した際の上下左右方向と定義した場合、シート３０の周縁部と基材１０の左側端部とを非接着としてもよい。なお、以下では、図２において、紙面の上下左右方向を、ユニット１００を平面視した際の上下左右方向と定義した場合の基材１０の左側端部を、単に「基材１０の左側端部」とも称する。ただし、図２に示すように、この部分を接着することにより、シート３０端部のめくれによるセンサ電極２０の露出を回避でき、結果として、センサ電極２０に被験者等の皮脂が付着してその感度が低下したり、センサ電極２０が破損したりといった事態を回避できるようになる。

また例えば、図２に示すように、シート３０の周縁部と、基材１０のうち凸状部１２の周縁部および主部１１の周縁部のうち凸状部１２側の周縁部と、が互いに非接着であってもよい。これにより、撥水部材３１をめくって凸状部１２を露出させることがより容易になる。

なお、本態様のように、シート３０と基材１０とを少なくともいずれかの箇所（好ましくは２点以上の箇所）で互いに接着することにより、基材１０に対するシート３０の相対的な位置ずれを抑制でき、ユニット１００の信頼性を維持できる点はいうまでもない。

（２）電気化学センサユニットを用いた尿酸濃度の測定方法
続いて、上述のユニット１００を用いた電気化学測定による尿中における尿酸濃度の測定方法の一例について説明する。

ユニット１００を用いた尿酸濃度測定方法では、
ユニット１００と測定器とを電気的に接続するステップ（ステップ１）と、
ユニット１００に尿を供給して、センサ電極２０に尿を接触させるステップ（ステップ２）と、
センサ電極２０の表面に尿が接触した状態で、センサ電極２０に対して測定器から所定の電圧掃引操作を行い、尿中に含まれる尿酸を特定の条件下で電気分解させ、その際に生じる電気化学反応の大きさから尿中における尿酸濃度を測定するステップ（ステップ３）と、をこの順に実施する。なお、本態様では、ステップ２、ステップ１、ステップ３の順に実施してもよい。

（ステップ１）
本ステップでは、ユニット１００と、ユニット１００とは別体で構成された測定器（不図示）と、を互いに接続する。例えば、被験者は、ユニット１００を把持し、基材１０を覆っているシート３０の突出部分をつまんでめくって接続端子として機能する基材１０の凸状部１２を露出させ（図２参照）、この凸状部１２に測定器を接続する。測定器は、凸状部１２を配線１３〜１５と一緒に挟むだけで、測定器の接続部と配線１３〜１５とを電気的に接続できるように構成されている。測定器は、凸状部１２が挿入される挿入口（スロット）を有し、この挿入口に凸状部１２を挿入するだけで、測定器の接続部と配線１３〜１５とを電気的に接続できるように構成されていてもよい。

測定器は、センサ電極２０に対して所定の電圧掃引操作を行うことが可能なように構成されており、電圧掃引操作部、電流測定部、電位調整部、表示部、無線通信部等を備えている。測定器が有する上記の各部は、それぞれデータ交換可能なように互いに接続されている。測定器は、測定によって得られた尿酸の濃度を示すデータを、無線通信手段（無線通信部）等を通じて、コンピュータとして構成された外部装置（スマートフォン、タブレット、ＰＣ等）に送信することが可能なように構成されている。

（ステップ２）
ユニット１００と測定器とを接続したら、例えば、被験者は、測定器を持ち、ユニット１００の取入口３３に向かって尿をかける。これにより、ユニット１００に尿が供給される。ユニット１００に供給された尿は、取入口３３から貯留構造内に取り入れられ、吸水部材３２に吸収される。吸水部材３２に吸収された尿は、吸水部材３２を透過してセンサ電極２０の表面に到達する。その結果、センサ電極２０の表面に尿が接触することとなる。吸水部材３２に吸収しきれなかった余剰な尿は、貯留構造が有する排出口５２を介して貯留構造（ユニット１００）外へと排出される。上述したように、本態様においては、排出口５２の位置および大きさを、ユニット１００を側面視した際に、排出口５２がセンサ電極２０の全てを含むような位置および大きさとしている。また、ユニット１００を平面視した際に、排出口５２を、センサ電極２０を挟んで基材１０の幅方向の両側のそれぞれに設けている。これらにより、貯留構造内に取り込まれた余剰な尿の排出を、人為的操作に頼ることなく、より確実に行うことが可能となる。

配線１３〜１５は防水部材４０で覆われていることから、ユニット１００の姿勢に応じて配線１３〜１５の方に尿が流れてしまった場合であっても、尿は、シート３０と防水部材４０との間を流れることとなる。このため、配線１３〜１５に尿が付着することは殆どない。

（ステップ３）
センサ電極２０の表面に尿が接触した状態で、センサ電極２０に対して測定器から所定の電圧掃引操作を行うことにより、尿中に含まれる尿酸を特定の条件下で電気分解させ、その際に生じる電気化学反応（例えば、酸化還元反応）の大きさを測定する。

例えば、センサ電極２０（作用電極２１）の表面に尿が接触した状態で作用電極２１と参照電極２３との間に所定範囲の電圧を掃引しながら印加すると、特定の条件下で（特定の電圧を印加したときに）作用電極２１の表面で尿酸が電気分解する。尿酸が電気分解することで、作用電極２１と対電極２２との間に電流が流れる。この電流の値を測定器により例えば連続的に測定する。この電流の値は、尿酸が電気分解する際に生じる電気化学反応の大きさによって変動し、電気化学反応が大きくなるほど、電流の値が大きくなる。

続いて、測定器により測定した電流の値の最大値（ピーク値）に基づいて尿酸濃度を算出する。電流値は、尿酸濃度と相関関係にあることから、電流値と尿酸濃度との関係を予め求めておけば、測定した電流値に基づいて尿酸濃度を定量することができる。測定器は、測定した尿酸濃度を表示部に表示する。また、測定器は、測定によって得られた尿酸濃度のデータを、無線通信手段等を介して外部装置に送信することもできる。測定器による尿酸濃度の測定が終了したら、被験者はユニット１００を測定器から外し（抜き）、ユニット１００を廃棄する。

（３）効果
本態様によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）ユニット１００は、シート３０の周縁部と基材１０とが互いに接着されてなり、取入口３３から取り入れた尿を貯留してセンサ電極２０に接触させる貯留構造を備えている。また、貯留構造は、取入口３３を介して取り入れられた尿の一部を排出する排出口５２を備えている。これらの構造により、センサ電極２０に接触させる尿の量を一定（所定量）とし、ユニット１００による尿酸濃度の測定を、正確かつ安定に行うことが可能となる。

発明者は、センサ電極２０に接触させる尿の量が一定でないと、ユニット１００による尿酸濃度の測定精度が不安定になる場合があることを確認済みである。以下に、このことを裏付けるために行った実験とその結果を示す。

この実験は、上述のユニット１００からシート３０を剥がし、センサ電極２０の表面を露出させた状態で行った。まず、スポイトを用い、露出させたセンサ電極２０に対して所定量の尿をかけた（垂らした）。このとき、センサ電極２０に垂らす（供給する）尿の量を多、中、少と異ならせた。「多」の場合においては、センサ電極２０の表面および側面のそれぞれを全面的に尿に接触させた状態とした。「中」の場合においては、センサ電極２０の表面の９０％以上が尿に接触しているものの、残部は側面も含めて露出している状態とした。「少」の場合においては、センサ電極２０の表面のうち５０％程度が尿に接触しているものの、残部は側面も含めて露出している状態とした。そして、「多」「中」「少」のそれぞれの場合において、サイクリックボルタンメトリーを実施し、図４に示すサイクリックボルタモグラムを得た。なお、全ての測定は、同一のユニット１００を用いて行った。また、尿の接触量以外の他の測定条件（尿中における尿酸濃度、掃引速度、掃引電圧範囲、測定温度等）は、全て同一の条件とした。

図４において、実線は接触量「多」の場合のサイクリックボルタモグラムを、破線は接触量「中」の場合のサイクリックボルタモグラムを、点線は接触量「少」の場合のサイクリックボルタモグラムを示している。図４から、実際の尿酸濃度は変化していない（実際の尿酸濃度は同一である）にもかかわらず、センサ電極２０の表面に接触させる尿の量が変化すると、測定結果がばらつくことが分かる。すなわち、センサ電極２０に接触させる尿の量が一定でない場合には、ユニット１００による被験試料中の特定成分の濃度（例えば尿中における尿酸濃度）の測定精度が不安定になることが分かる。

以上の実験結果は、排出口５２を用いてセンサ電極２０に接触させる尿の量を一定にすることによって、尿酸濃度の測定を正確かつ安定に行うことが可能となる、という上述の作用効果の裏付けとなるものである。

（ｂ）ユニット１００に尿を流しかけて取入口３３から貯留構造内に取り込ませる際に、貯留構造内に過剰に取り込まれた尿を、排出口５２を使って速やかに（リアルタイムに）排出させることが可能となる。これにより、貯留構造を構成するシート３０等の各種部材に加わるストレスを低減させ、シート３０の変形や基材１０からの剥離等を回避することができ、結果として、貯留構造の内容積の変動を抑制することが可能となる。これにより、センサ電極２０に接触させる尿の量を一定とし、ユニット１００による尿酸濃度の測定を正確かつ安定に行う、という上述の効果が、より確実に得られるようになる。

（ｃ）センサ電極２０を取入口３３から排出口５２に至る尿の流路上に配置することにより、センサ電極２０に接触させる尿の量を確実に一定にすることができる。その結果、尿中における尿酸濃度の測定を、より正確かつ安定に行うことが可能となる。

（ｄ）排出口５２の位置および大きさを、ユニット１００を側面視した際に、排出口５２がセンサ電極２０の全てを含むような位置および大きさとし、また、排出口５２を、ユニット１００を平面視した際に、センサ電極２０を挟んで基材１０の幅方向の両側のそれぞれに設けることにより、貯留構造内に取り込まれた余剰な尿の排出を、人為的操作に頼ることなく、より確実に行うことが可能となる。その結果、センサ電極２０に接触させる尿の量を確実に一定にすることができ、尿中における尿酸濃度の測定を、より正確かつ安定に行うことが可能となる。

（ｅ）シート３０に撥水部材３１と吸水部材３２と設け、吸水部材３２を貯留構造の内部に設けている。そして、吸水部材３２に吸収させた尿をセンサ電極２０の表面に接触させるようにしている。これらにより、貯留構造内に尿を確実に貯留させ、センサ電極２０に接触させる尿の量を、より確実に一定にすることができる。また、吸水部材３２に尿を吸収させて保持することにより、尿酸濃度を測定する時のユニット１００の姿勢によらずに、センサ電極２０に接触させる尿の量を確実に一定にすることができる。これらの結果、ユニット１００による尿酸濃度の測定を、より正確かつ安定に行うことが可能となる。

（ｆ）シート３０の周縁部と基材１０の左側端部とを互いに接着することにより、シート３０端部のめくれによるセンサ電極２０の露出を回避し、センサ電極２０の皮脂汚れによる感度低下や破損といった事態を回避することが可能となる。

（ｇ）排出口５２を、逆止弁ではなく、シート３０の周縁部の一部と基材１０とを非接着とする簡素な構造とすることにより、ユニット１００の複雑化、大型化、高コスト化等を回避することが可能となる。

（４）変形例
本態様は、以下の変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は任意に組み合わせることが可能である。

（変形例１）
上述の態様では、シート３０の周縁部と基材１０とが接着剤５１等を介して互いに接着されてなる例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されない。例えば、図５に示すように、シート３０と基材１０とが接着剤５１等を介して互いに接着されていてもよい。例えば、図５において、紙面の上下左右方向を、ユニット１００を平面視した際の上下左右方向と定義した場合、シート３０の周縁部と基材１０の左側（センサ電極２０が設けられた側の）端部とが接着剤５１等を介して互いに接着されるとともに、シート３０と基材１０の中央部とが接着剤５１等を介して互いに接着されていてもよい。本変形例によっても、上述の態様と同様の効果を得ることができる。また、本変形例では、シート３０と基材１０の中央部とが互いに接着されていることから、ユニット１００の姿勢に応じて、取入口３３から貯留構造内に取入られた尿が凸状部１２側へと流れることを防止することも可能となる。その結果、配線１３〜１５への尿の付着も確実に回避でき、尿酸濃度の測定を、より正確かつ安定に行うことが可能となる。また、測定器への尿の浸入を確実に回避でき、測定器の誤作動や破損を回避することも可能となる。

（変形例２）
また例えば、排出口５２は、ユニット１００を平面視した際に、センサ電極２０を挟んで基材１０の幅方向のいずれか一方の側に設けられていてもよい。本変形例においても、上述の態様と同様の効果を得ることができる。しかしながら、上述の態様のように、排出口５２がセンサ電極２０を挟んで基材１０の幅方向の両側に設けられている方が、貯留構造内に取り込まれた余剰な尿の排出を、人為的操作に頼ることなく、より確実に行うことが可能となる点で好ましい。

（変形例３）
また例えば、排出口５２は、ユニット１００を平面視した際に、センサ電極２０と対向する位置であって、基材１０の長手方向における一端部側（センサ電極２０が設けられている側）に設けられていてもよい。すなわち、基材１０の左側端部に設けられていてもよい。本変形例においても、上述の態様と同様の効果を得ることができる。

（変形例４）
また例えば、排出口５２は、ユニット１００を平面視した際に、センサ電極２０を挟んで基材１０の幅方向の少なくともいずれか一方の側と、基材１０の左側端部と、に設けられていてもよい。本変形例においても、上述の態様と同様の効果を得ることができる。

（変形例５）
また例えば、排出口５２は、貯留構造を構成するシート３０（撥水部材３１）に設けられた切れ込みにより構成されていてもよい。切れ込みは、取入口３３から貯留構造内に取り入れた尿の一部を排出可能な位置に設けられていればよい。例えば、切れ込みは、シート３０の周縁部の一部に設けることができる。また、切れ込みは、基材１０の幅方向の少なくともいずれか一方の位置、及び／又は、基材１０の左側端部に設けられていることが好ましい。本変形例においても、上述の態様と同様の効果を得ることができる。

（変形例６）
また例えば、排出口５２は、基材１０に貫通孔を設けることで構成されていてもよい。この場合、基材１０のうちセンサ電極２０が設けられていない位置に貫通孔が設けられていることが好ましい。本変形例においても、上述の態様と略同様の効果を得ることができる。

（変形例７）
また例えば、シート３０は吸水部材３２を有していなくてもよい。すなわち、シート３０は、取入口３３が開設された撥水部材３１で構成されており、取入口３３から取り入れられた尿がセンサ電極２０の表面に直接接触するように構成されていてもよい。本変形例においても、上述の態様と略同様の効果を得ることができる。しかしながら、上述の態様のように、ユニット１００に供給された尿が吸水部材３２を介してセンサ電極２０の表面に接触するように構成されている方が、センサ電極２０の表面に接触する尿の量を一定な量に確実にすることができ、尿中における尿酸濃度の測定を、正確かつ安定に行うことが可能となる点で好ましい。

（変形例８）
上述の態様では、作用電極２１と配線１３とが一体に形成され、対電極２２と配線１４とが一体に形成され、参照電極２３と配線１５とが一体に形成されている例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されない。作用電極２１が配線１３と別体に形成され、作用電極２１と配線１３とが導電性接着剤を介して接続されていてもよい。同様に、対電極２２が配線１４と別体に形成され、対電極２２と配線１４とが導電性接着剤を介して接続されていてもよく、参照電極２３が配線１５と別体に形成され、参照電極２３と配線１５とが導電性を介して接続されていてもよい。

＜本開示の他の態様＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上述の態様では、液状の被験試料が被験者から採取した尿である例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されない。例えば、液状の被験試料としては、尿の他、唾液、鼻水、汗、涙、血液等の体液であってもよい。また、上述の態様では、被験試料中に含まれる特定成分が尿酸である例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されない。例えば、被験試料中に含まれる特定成分としては、尿酸の他、尿糖、ナトリウム、カリウム、亜硝酸塩、アルギニン、アルブミン、クレアチニン等であってもよい。また、液状の被験試料は人間由来のものに限定されず、例えば、犬や猫等の動物由来のものであってもよい。

上述の態様では、被験者がユニット１００の取入口３３に向かって尿をかけることにより、ユニット１００に尿を供給する例について説明したが、これに限定されない。例えば、被験試料が入った容器等に、ユニット１００のセンサ電極２０が設けられた側を浸漬させることにより、ユニット１００に被験試料を供給し、取入口３３から被験試料を貯留構造内に取り入れてもよい。この場合、基材１０として、フレキシブル基板を用いることが好ましい。これにより、基材１０を容易に折り曲げることができる。その結果、例えば、容器内の被験試料の量が少ない場合であっても、基材１０を折り曲げることで、取入口３３から被験試料を容易に取り込むことが可能となる。

上述の態様では、被験試料中の特定成分の濃度を三電極法により測定する例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されない。例えば、被験試料中の特定成分の濃度を、二電極法により測定してもよい。この場合、センサ電極２０は、作用電極２１と、対電極２２（又は参照電極２３）と、の２つの電極を有していればよい。

上述の態様では、１つのセンサ電極２０が基材１０の上面に設けられている例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されない。複数（２つ以上）のセンサ電極２０が基材１０の上面に設けられていてもよい。この場合、尿中の複数種類の特定成分の濃度を測定することが可能となる。例えば、尿中における尿酸濃度と、尿中における尿酸とは異なる特定成分（例えば尿糖）の濃度とを１つのユニット１００で測定することが可能となる。

本態様によっても、上述の態様と略同様の効果が得られる。なお、本態様は、上述した各種態様および変形例と任意の形態で組み合わせて実施することができる。

＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。

（付記１）
本開示の一態様によれば、
基材と、
前記基材が有する２つの主面のうちいずれか一方の面上に設けられたセンサ電極と、
液状の被験試料を取り入れ可能な取入口が開設され、前記センサ電極を覆うように前記基材の前記一方の面上に設けられたシートと、を備え、
前記シートの周縁部と前記基材とが接着されてなり、前記取入口から取り入れた被験試料を貯留して前記センサ電極に接触させる貯留構造が構成されており、
前記貯留構造は、前記取入口を介して取り入れられた被験試料の一部を排出する排出口を有する電気化学センサユニットが提供される。なお、前記排出口は、前記被験試料の一部を排出することで、前記センサ電極に接触する前記被験試料の量を調整するよう機能する。

（付記２）
付記１に記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記排出口は、前記シートの前記周縁部の一部が前記基材と非接着であることにより構成されている。

（付記３）
付記１または２に記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記排出口は、前記シートの前記周縁部の一部に設けられた切れ込みにより構成されている。

（付記４）
付記１〜３のいずれか１つに記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記センサ電極は、前記取入口から前記排出口に至る被験試料の流路上に配置されている。

（付記５）
付記１〜４のいずれか１つに記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記排出口は、前記センサユニットを側面視した際に前記センサ電極の少なくとも一部と重複する位置に設けられている。

（付記６）
付記５に記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記基材は、長手形状を有しており、
前記排出口は、前記基材の長手方向と直交する方向の少なくともいずれか一方の側に設けられている。

（付記７）
付記５に記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記基材は、長手形状を有しており、
前記排出口は、前記基材の長手方向と直交する方向の両側の位置に設けられている。

（付記８）
付記５〜８のいずれか１つに記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記基材は、長手形状を有しており、
前記センサ電極は、前記基材の長手方向における一端部側に設けられており、
前記排出口は、前記基材の前記一端部側に設けられている。

（付記９）
付記１〜８のいずれか１つに記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記排出口は、前記センサユニットを側面視した際に前記センサ電極の少なくとも一部と重複する大きさを有している。

（付記１０）
付記１〜９のいずれか１つに記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記シートは、被験試料を吸収しない撥水部材と、前記取入口を塞ぐように設けられ、被験試料を吸収する吸水部材と、を有し、
前記吸水部材は、前記センサ電極の少なくとも一部を覆うように配置されており、
前記取入口から取り入れられた被験試料が前記吸水部材に吸収されて前記センサ電極の表面まで透過することで被験試料を前記センサ電極に接触させ、前記吸水部材で吸収されなかった被験試料が前記排出口から排出されるように構成されている。

（付記１１）
付記１０に記載のセンサユニットであって、好ましくは、
前記吸水部材は、前記撥水部材の裏面側に設けられている。

１００ 電気化学センサユニット
１０ 基材
２０ センサ電極
３０ シート
３３ 取入口
５２ 排出口

Claims (10)

1. 基材と、
   前記基材が有する２つの主面のうちいずれか一方の面上に設けられたセンサ電極と、
   液状の被験試料を取り入れ可能な取入口が開設され、前記センサ電極を覆うように前記基材の前記一方の面上に設けられたシートと、を備え、
   前記シートの周縁部と前記基材とが接着されてなり、前記取入口から取り入れた被験試料を貯留して前記センサ電極に接触させる貯留構造が構成されており、
   前記貯留構造は、前記取入口を介して取り入れられた被験試料の一部を排出する排出口を有する電気化学センサユニット。
2. 前記排出口は、前記シートの前記周縁部の一部が前記基材と非接着であることにより構成されている請求項１に記載の電気化学センサユニット。
3. 前記排出口は、前記シートの前記周縁部の一部に設けられた切れ込みにより構成されている請求項１または２に記載の電気化学センサユニット。
4. 前記センサ電極は、前記取入口から前記排出口に至る被験試料の流路上に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学センサユニット。
5. 前記排出口は、前記センサユニットを側面視した際に前記センサ電極の少なくとも一部と重複する位置に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気化学センサユニット。
6. 前記基材は、長手形状を有しており、
   前記排出口は、前記基材の長手方向と直交する方向の少なくともいずれか一方の側に設けられている請求項５に記載の電気化学センサユニット。
7. 前記基材は、長手形状を有しており、
   前記排出口は、前記基材の長手方向と直交する方向の両側に設けられている請求項５に記載の電気化学センサユニット。
8. 前記基材は、長手形状を有しており、
   前記センサ電極は、前記基材の長手方向における一端部側に設けられており、
   前記排出口は、前記基材の前記一端部側に設けられている請求項５〜７のいずれか１項に記載の電気化学センサユニット。
9. 前記排出口は、前記センサユニットを側面視した際に前記センサ電極の少なくとも一部と重複する大きさを有している請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気化学センサユニット。
10. 前記シートは、被験試料を吸収しない撥水部材と、前記取入口を塞ぐように設けられ、被験試料を吸収する吸水部材と、を有し、
    前記吸水部材は、前記センサ電極の少なくとも一部を覆うように配置されており、
    前記取入口から取り入れられた被験試料が前記吸水部材に吸収されて前記センサ電極の表面まで透過することで被験試料を前記センサ電極に接触させ、前記吸水部材で吸収されなかった被験試料が前記排出口から排出されるように構成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気化学センサユニット。

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