JP3357475B2 - 粘度と密度の少なくとも一方の変化を測定するバイオセンサ - Google Patents

粘度と密度の少なくとも一方の変化を測定するバイオセンサ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、検査されるべき流体の
粘度及び／又は密度の変化を測定するための、とくには
血液の凝固を測定するためのバイオセンサ(生体感応装
置)に関するものであって、これは、その内部に圧電素
子とくには剪断モード振動を惹起する水晶の結晶が振動
性回路として配設されている測定室を取り囲むハウジン
グを有している。これによって、測定面が検査されるべ
き流体と反応成分とで濡らされ、そして振動性回路のパ
ラメータの変化が、適当な電子式評価回路によって評価
される。
【０００２】
【従来の技術】ヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ １７７ ８５８
号に開示されているとおり、血液の凝固時間を測定する
バイオセンサを備えた装置は公知である。固定された周
波数を有する発振器に共振回路として接続された水晶の
結晶は、蓋で閉じることが可能な測定室内に配置され
る。検査されるべき血液は、予め凝固成分と混合されて
水晶の結晶の測定面に供給され、そしてこの後、凝固し
ている血液による共振回路の制振又は同調ずれによって
引き起こされる水晶の結晶の振幅の減少を評価すること
によって、凝固時間が測定される。凝固が起こるまでに
経過した時間が、電子式ストップウォッチによって測定
される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この公知のバイオセン
サは、測定が行われた後、その測定室又は水晶の結晶の
測定面が非常な困難さを伴ってのみ浄化されることがで
きるといった欠点、そしてさらには血液が凝固成分と混
合された瞬間から測定面に供給されるまでに経過する時
間が、不正確な測定を避けるために、注意深く計測され
そして監視されなければならないといった欠点を有して
いる。
【０００４】さらに、検査されるべき流体の最初に必要
とされる混合が比較的複雑である。同様の装置がまた、
日本の特開昭６２−１５３７６１号公報及び特開平４−
３２７６７号公報に開示されている。
【０００５】圧電素子例えば水晶の結晶でもってはたら
く抗原・抗体反応を検出するためのバイオセンサがさら
に知られている。かかるバイオセンサにおいては、抗原
・抗体が圧電素子の測定面に供給され、そしてこの後圧
電素子が検査されるべき流体中に浸され、振動性回路と
しての圧電素子の結果として生じる同調ずれが測定され
評価される。この種のバイオセンサは、米国特許第４,
２３６,８９３号及び第４,７３５,９０６号中に開示さ
れている。
【０００６】しかしながら、測定面に抗原・抗体が伴わ
れたこれらの公知のバイオセンサにおいては、選択的な
吸収作用を備えた層状部材が、新たな各使用の前に浄化
されなければならず、これが非常に煩わしくかつ該層状
部材を徐々に破壊するといった問題が生じる。反応成分
が測定面にすでに配置されているであろう血液凝固セン
サのためのこの原理の採用は、圧電素子又は水晶の測定
面が反応成分によってすでにひずまされ、このためひず
みのない状態における圧電素子の振動周波数の測定を行
うことがもはや可能ではなくなるといった欠点を有する
であろう。
【０００７】本発明の目的は、そのデザインが簡素で経
済的であり、検査されるべき流体に対して予め反応成分
を加える必要がなく、そして使用後における浄化にいか
なる種類の問題も含まれない、検査されるべき流体の粘
度及び／又は密度の変化を測定するためのバイオセンサ
を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、バイオセンサが、使捨て部材とされ、該バイオセ
ンサ内において、検査されるべき流体が導入されたとき
にこれが入口部を介して反応成分と圧電素子の測定面と
に接触するといったやり方で、反応成分が、圧電素子の
測定面の近傍において該面と接触することなく測定室内
に収容されることによって達成される。
【０００９】本発明にかかるこの技術的思想を実施する
ために、複数の好ましい実施態様が可能である。実施態
様の第１のグループにおいては、バイオセンサが好まし
く、共に適切に接着された複数の層状部材でつくられた
サンドウィッチ状とされる。好ましくは、ハウジングが
５つの層状部材を備えている。すなわち、閉じられた底
部を形成する第１層状部材と、圧電素子の下に自由空間
を残す第２層状部材と、圧電素子を保持する第３層状部
材と、圧電素子の上に測定室を形成する第４層状部材
と、そして検査されるべき流体を測定室内に導入するた
めの入口部を備え圧電素子の上の測定室を閉止する蓋状
の第５層状部材とを備えている。
【００１０】好ましい実施態様のもう１つのグループ
は、例えば、ハウジングが、その中に圧電素子が挿入さ
れる２要素組立体とくに共に接着されたハウジングシェ
ルを含むことを特徴とする。好ましくは、該実施態様に
おいては、圧電素子が、入口部を有する１つのハウジン
グシェルの中の適当な凹部内に、とくに接着されて挿入
され、そして底部を形成しているもう１つのハウジング
シェルが圧電素子のエッジをのせる突出部を有する。変
形例においては、好ましくは、圧電素子が２つのハウジ
ングシェルの間にはさまれた基部の上に配置されること
ができる。
【００１１】しかしながら、外部から出入りすることが
できる室と一体化されたハウジングとすることもまた可
能であり、そして反応成分を携える基部と圧電素子と
が、導入通路を経由してこの室に挿入され、そして好ま
しくは接着される。記述された最後の実施態様における
ハウジング及びハウジングシェル(前の実施態様の)は、
好ましくは射出成形されたプラスチックである。
【００１２】検査されるべき流体を測定室内に案内する
ための種々のオプションが存在する。１つは、検査され
るべき流体を導入するための入口部が、測定室とつなが
る穴部を含むものである。もう１つは、検査されるべき
流体を導入するための入口部が、測定室を覆いそして流
体に対して透過性を備えた膜を含むものである。
【００１３】検査されるべき流体との反応のための反応
成分の収容は、例えば反応成分が測定室の壁部に供給さ
れるといったやり方で行われることができる。もう１つ
の好ましい実施態様は、反応成分が、測定面に接触しな
いようなやり方で、測定室内に挿入された基部の上に保
持されているものである。基部は、好ましくは、例えば
詰め綿又はろ紙の吸収パッドである。しかしながら、基
部として例えばプラスチック又は金属の格子を用いるこ
ともまた可能である。１つの反応成分ではなく、複数の
異なる成分が測定室内に収容されてもよい。
【００１４】圧電素子の保持及び接続は、例えば、圧電
素子が基板に取り付けられ、そして該基板にプリント配
線された導電通路を介して、ハウジングから延びる端子
面に接続されるといったやり方で行われることができ
る。
【００１５】バイオセンサが血液凝固センサとして実施
される場合は、ＣaＣl2又はその他の凝固の進行に影響
を与える物質が反応成分として供給される。もしバイオ
センサが、抗原・抗体反応を検出するために用いられた
場合は、この後抗原又は抗体が反応成分として供給され
る。とくに安定した測定を成し遂げるためには、バイオ
センサに好ましく温度を一定値に保持するための等温化
装置が設けられる。
【００１６】本発明にかかるバイオセンサを備えた好ま
しい測定系統は、電子式評価回路として発振器回路とマ
イクロプロセッサ回路とが設けられている点と、圧電素
子が周波数決定素子として発振器回路に挿入されている
点と、周波数の変化がマイクロプロセッサ回路によって
デジタル的に測定及び評価される点とに特徴がある。こ
のような場合には、マイクロプロセッサ回路は時間成分
を測定し、適当なプログラミングを行う手段によって定
性的及び／又は定量的な評価をなすことができる。マイ
クロプロセッサを備えたこの種の測定系統については、
圧電素子の温度依存性を利用してバイオセンサの温度を
測定し、該評価をその関数として制御し、又は一定温度
をなるようバイオセンサの等温化を実行することが可能
である。
【００１７】検査されるべき流体の粘度及び／又は密度
の変化を測定するためのバイオセンサは、すべての流動
性を有する媒体、換言すれば液体、ペースト状複合物及
び気体に対して適合し、採用されることができるといっ
た点が付け加えられることができる。血液凝固及び抗原
・抗体反応の測定に加えて、その他の分野での粘度及び
／又は密度の変化の測定もまた可能である。
【００１８】
【実施例】本発明は、この後添付の図を参照しつつ、好
ましい実施例によりさらに詳細に説明されるであろう。
図１に示されているように、サンドウィッチ状にデザイ
ンされたバイオセンサは５つの層状部材を含んでいる。
第１層状部材１はバイオセンサ１０の底部を形成してい
る。第２層状部材２は、適当な凹部でもって圧電素子８
の下に自由空間部６をつくっている。第３層状部材３
は、圧電素子８のための基部としてはたらく。第４層状
部材４は、適当な凹部９でもって圧電素子８の上に測定
室７を形成している。そして、最後に第５層状部材５
は、圧電素子８の上の測定室７のための端末を形成し、
そして穴部の形の入口部１１が、検査されるべき流体を
測定室７内に導入することを可能にしている。穴部１１
を備えたカバー式の第５層状部材５のかわりに、検査さ
れるべき流体に対して透過性を有する膜を設けることも
また可能である。
【００１９】図２にも示されているように、圧電素子８
は第３層状部材３を形成している基板の上に配置されて
おり、とくに圧電素子８は接着剤１２により第３層状部
材３の中の適当な凹部内に接着されている。圧電素子８
の両面には、第３層状部材３に付けられた導電通路１５
を介して端末面１６に接続される電極１４が設けられて
いる。図２中では参照番号１８がつけられている上面
(図１での位置関係において)は、圧電素子８の測定面を
形成している。
【００２０】基部１３は、バイオセンサ１０の測定室７
(図１参照)内に、換言すれば凹部９内に、圧電素子８の
測定面１８には接触しないようなやり方で挿入されてい
る。基部１３は、検査されるべき流体が反応することに
なる反応成分を受け入れる働きをする。検査されるべき
流体が入口部又は穴部１１を介して導入されたときに
は、流体は基部１３内に配置された反応成分と反応し、
圧電素子８の測定面１８に到達する。換言すれば、これ
は、測定の着手が正確に決められ、このため検査される
べき流体が導入されたときに、これが当業者によって用
いられた場合には、検査されるべき流体を反応成分とい
かに速く混合させそしてこの後これをバイオセンサ等に
導入するかということは重要ではなくなるということを
意味する。
【００２１】この好ましい実施例においては、反応成分
が、測定室７内に挿入された基部１３内に配置されてい
るが、該反応成分を適当な方法で測定室７の壁面に供給
することもまた可能である。しかしながら、圧電素子８
の測定面１８がまだ濡らされていないということに注意
が払われなければならない。１つの反応成分だけではな
く、複数の反応成分例えば２つのものを、例えば複数の
基部１３により又は測定室７の壁部の分離された部分に
より、測定室７内に配置することもまた可能である。
【００２２】図１及び図２に示されているサンドウィッ
チ状のバイオセンサ１０は、適当な方法、例えば個々の
層状部材１〜５を共に接着することによりつくられるこ
とができる。個々の層状部材１〜５は、好ましくはプラ
スチックフィルムである。しかしながら、層状部材のい
くつかには紙を用いることもまた可能である。さらに、
自由空間７に対する各凹部でもって、一方では層状部材
１〜５のいくつか例えば第１層状部材１及び第２層状部
材２を結合し、他方では第４層状部材４及び第５層状部
材５を結合し、そして測定室７を膨出プロセスでつくる
こともまた可能である。
【００２３】図３におけるバイオセンサ２０の実施例で
は、ハウジングが共に接着された２つのハウジングシェ
ル２１及び２２を備えている。ハウジングシェル２１は
圧電素子８の下に底部と自由空間６とを形成し、他方ハ
ウジングシェル２２は測定室７のための凹部２９と入口
部１１としての穴部とを備えた頂部を形成している。上
側ハウジングシェル２２内の凹部２９は、反応成分のた
めの基部１３と、接着剤１２により上側ハウジングシェ
ル２２に接着されている圧電素子８とを両方とも受け入
れるように形成されている。下側ハウジングシェル２１
が位置決めされたときには、突出部２３が圧電素子８の
外側領域を押圧し、そしてこれを上側ハウジングシェル
２２の対応する領域と共に固定する。したがって、図３
に示されたバイオセンサ２０は簡素な手法で組み立てら
れることができることが理解されることができる。
【００２４】図４はもう１つの実施例を示している。バ
イオセンサ３０は、さらに下側ハウジングシェル３１と
上側ハウジングシェル３２とを含むが、これらの間に圧
電素子８のための基部３３をはさんでいて、これらは共
に接着されている。圧電素子８は、図３の実施例の場合
と同様に上側ハウジングシェルには接着されていない
が、そのかわり接着剤１２により基部１３の対応する凹
部内に取り付けられている。上側ハウジングシェル３２
中の凹部３９は、反応成分のための基部１３のみを保持
する一方、測定室７を形成している。
【００２５】図５は、さらに異なる形のバイオセンサ４
０を示している。バイオセンサ４０は、内室４９と導入
通路４７とを備え一体化されたハウジング４１を有して
いる。内室４９は、反応成分のための基部１３と圧電素
子８を有している接触式端子４５との両方が収容され、
かつしっかりと取り付けられることができるような形状
とされている。さらに、入口部１１を介して、検査され
るべき流体が導入されることができる外部への適当な開
口が存在する。
【００２６】接触端子４５を備えた圧電素子８は、導入
通路４７を通して挿入された後、接着剤４２及び４３に
よってハウジング４１の内部に固定される。圧電素子８
の電極１４は、接続導線４６を介して外部に延ばされて
いる。
【００２７】図３、図４及び図５の３つの実施例におけ
るハウジングシェル２１、２２及び３１、３２と一体化
されたハウジング４１とはいずれも、夫々、射出成形に
より適当なプラスチックから好ましくつくられる。この
ようにしてつくられたものは、非常に単純でかつ安価で
あり、第１実施例のバイオセンサ１０だけではなく、他
の実施例のバイオセンサ２０、３０及び４０もまた、使
捨て可能なバイオセンサとしてつくられそして用いられ
ることができる。使捨てできる形態は、上記のすべての
場合において、バイオセンサ１０、２０、３０及び４０
が最終的な形態に組み立てられ、そして反応成分がすで
に供給された状態で提供されることができるといった利
点を有している。それらの再使用はこの種のデザインに
ついては意味をなさないであろう。
【００２８】図６に示された測定系統は、発振器回路５
１とマイクロプロセッサ回路５２とバイオセンサとを備
えた評価回路５０を含んでおり、その圧電素子８は、端
子面１６を介して発振器回路５１に接続されている。発
振器回路５１は、好ましくは水晶の結晶である圧電素子
８を周波数決定素子として用い、他方マイクロプロセッ
サ回路５２は、発振器５１の振動周波数を測定するため
の対応する周波数測定系統を有している。さらに、マイ
クロプロセッサ５２は、圧電素子８又は発振器回路５１
の周波数変化又はその他のパラメータを評価し、そうす
ることによって対応する変化の時間成分を計算するとい
ったやり方で、プログラムされ実施されることができ
る。適切なプログラムをつくることによって、これらの
測定値と、ディスプレー又はその他の出力ユニット(図
示せず)での出力とから、適切な評価が成し遂げられる
ことができる。
【００２９】
【発明の効果】第１〜第１５の発明によれば、いずれ
も、検査されるべき流体に対して予め反応成分を加える
ことなく、使用後に浄化する必要のない、簡素でかつ経
済的なバイオセンサが得られる。
【００３０】第１６の発明によれば、血液に対して予め
ＣaＣl2等の血液の凝固の進行に影響を与える物質を加
えることなく、使用後に浄化する必要のない、簡素で経
済的な血液凝固センサが得られる。
【００３１】第１７の発明によれば、検査されるべき流
体に対して予め抗原又は抗体を加えることなく、使用後
に浄化する必要のない、簡素でかつ経済的な抗原・抗体
センサが得られる。
【００３２】第１８の発明によれば、バイオセンサが等
温化され、その測定精度が高められる。
【００３３】第１９の発明によれば、検査されるべき流
体に対して予め反応成分を加えることなく、使用後に浄
化する必要のない、簡素でかつ経済的なバイオセンサを
備えた測定系統が得られる。
【００３４】第２０の発明によれば、格別な温度検出温
度を設ける必要がなくなり、温度の検出が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 サンドウィッチ状にデザインされた、本発明
にかかるバイオセンサの断面図である。
【図２】 圧電素子を携えた、図１に示すバイオセンサ
の１つの層状部材の平面図である。
【図３】 ２つのハウジングシェルを備えたバイオセン
サの断面図である。
【図４】 図３に示す実施例の変形例を示すバイオセン
サの断面図である。
【図５】 一体化されたハウジングを備えたバイオセン
サの断面図である。
【図６】 本発明にかかるバイオセンサを備えた測定系
統のブロック回路図である。
【符号の説明】
１〜５…第１〜第５層状部材 ６…自由空間 ７…測定室 ８…圧電素子 １０,２０,３０,４０…バイオセンサ １１…入口部 １３…基部 １５…導線通路 １８…測定面 ２１,２２,３１,３２…ハウジングシェル ２９…凹部 ３３…基板 ４１…ハウジング ４９…室 ５０…電子式評価回路 ５１…発振器回路 ５２…マイクロプロセッサ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−257346（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−1554（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−5543（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−144233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151837（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 11/00 - 11/16 G01N 9/00

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その内部に剪断モード振動を惹起する圧
    電素子とくには水晶の結晶が発振回路として配置されて
    いる測定室を取り囲むハウジングを有し、これによって
    測定面が、検査されるべき流体と反応成分とで濡らさ
    れ、そして発振回路のパラメータの変化が適切な電子式
    評価回路によって評価されるようになっている、検査さ
    れるべき流体の粘度と密度の少なくとも一方の変化を測
    定する、とくに血液の凝固を測定するバイオセンサであ
    って、 バイオセンサ(１０,２０,３０,４０)が使捨て部材とさ
    れ、該バイオセンサ内において、検査されるべき流体が
    導入されたときにこれが入口部(１１)を介して反応成分
    と圧電素子(８)の測定面(１８)とに接触するようにし
    て、反応成分が、圧電素子(８)の測定面(１８)の近傍で
    該面に接触することなく測定室(７)内に収容されるよう
    になっていることを特徴とする、粘度と密度の少なくと
    も一方の変化を測定するバイオセンサ。
  2. 【請求項２】 複数の層状部材(１,２,３,４,５)が、と
    くには共に接着されて、サンドウィッチ状に組み付けら
    れていることを特徴とする、請求項１に記載されたバイ
    オセンサ。
  3. 【請求項３】 ハウジングが、５つの層状部材(１〜
    ５)、すなわち、 閉じられた底部を形成する第１層状部材(１)と、 圧電素子８の下に自由空間(６)を残す第２層状部材(２)
    と、 圧電素子(８)を保持する第３層状部材(３)と、 圧電素子(８)の上に測定室(７)を形成する第４層状部材
    (４)と、 検査されるべき流体を測定室(７)内に導入するための入
    口部(１１)を有し、圧電素子(８)の上の測定室(７)を閉
    止する蓋状の第５層状部材(５)とを含むことを特徴とす
    る、請求項２に記載されたバイオセンサ。
  4. 【請求項４】 ハウジングが、その中に圧電素子(８)が
    挿入される２要素組立体、とくには共に接着されたハウ
    ジングシェル(２１,２２)を含むことを特徴とする、請
    求項１に記載されたバイオセンサ。
  5. 【請求項５】 圧電素子(８)が、入口部(１１)を有する
    １つのハウジングシェル(２２)の中の適当な凹部(２９)
    内に、とくには接着されて挿入され、そして底部を形成
    するもう一方のハウジングシェル(２１)が圧電素子(８)
    の端部をのせる突出部(２３)を有することを特徴とす
    る、請求項４に記載されたバイオセンサ。
  6. 【請求項６】 圧電素子(８)が、２つのハウジングシェ
    ル(３１,３２)の間にはさまれた基部３の上に配置され
    ていることを特徴とする、請求項４に記載されたバイオ
    センサ。
  7. 【請求項７】 ハウジング(４１)が、外部から入ること
    ができる室(４９)と一体化され、そして反応成分を携え
    ている基部(１３)と圧電素子(８)とが導入通路(４７)を
    介して該室(４９)内に挿入されて好ましく接着されてい
    ることを特徴とする、請求項１に記載されたバイオセン
    サ。
  8. 【請求項８】 ハウジングシェル(２１,２２,３１,３
    ２)及びハウジング(４１)が、プラスチックの射出成形
    が適用できるものであることを特徴とする、請求項５〜
    請求項７のいずれか１つに記載されたバイオセンサ。
  9. 【請求項９】 検査されるべき流体を導入するための入
    口部が、測定室(７)とつながる穴部(１１)を含むことを
    特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載
    されたバイオセンサ。
  10. 【請求項１０】 検査されるべき流体を導入するための
    入口部が、測定室(７)を覆うとともに該流体に対して透
    過性を備えている膜を含むことを特徴とする、請求項１
    〜請求項８のいずれか１つに記載されたバイオセンサ。
  11. 【請求項１１】 反応成分が、測定室(７)の壁部に供給
    されることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいず
    れか１つに記載されたバイオセンサ。
  12. 【請求項１２】 反応成分が、測定面(１８)に接触しな
    いようにして、測定室(７)内に挿入されている基部(１
    ３)の上に保持されることを特徴とする、請求項１〜請
    求項１０のいずれか１つに記載されたバイオセンサ。
  13. 【請求項１３】 詰め綿又はろ紙等の吸収パッドが、基
    部(１３)として用いられることを特徴とする、請求項１
    ２に記載されたバイオセンサ。
  14. 【請求項１４】 プラスチック又は金属等の格子が、基
    部(１３)として用いられることを特徴とする、請求項１
    ２に記載されたバイオセンサ。
  15. 【請求項１５】 圧電素子(８)が、基板(３,３３)に取
    り付けられ、そして該基板にプリント配線された導電通
    路(１５)を介して、ハウジングから延びる端末面(１６)
    に接続されていることを特徴とする、請求項１〜請求項
    １４のいずれか１つに記載されたバイオセンサ。
  16. 【請求項１６】 血液凝固センサとして実施されてい
    て、ＣaＣl2又はその他の凝固の進行に影響を与える物
    質が、反応成分として供給されることを特徴とする、請
    求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載されたバイオ
    センサ。
  17. 【請求項１７】 抗原・抗体反応を検出するために実施
    されていて、抗原又は抗体が、反応成分として用いられ
    ることを特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれか
    １つに記載されたバイオセンサ。
  18. 【請求項１８】 温度を一定値に保持するための等温化
    装置が設けられていることを特徴とする、請求項１〜請
    求項１７のいずれか１つに記載されたバイオセンサ。
  19. 【請求項１９】 電子式評価回路(５０)として発振器回
    路(５１)とマイクロプロセッサ回路(５２)とを含み、圧
    電素子(８)が周波数決定素子として発振器回路(５１)に
    挿入され、そして周波数変化がマイクロプロセッサ回路
    (５２)によってデジタル的に測定及び評価されることを
    特徴とする、請求項１〜請求項１８のいずれか１つに記
    載されたバイオセンサを備えている測定系統。
  20. 【請求項２０】 圧電素子(８)の温度依存性が、温度を
    測定するために利用されることを特徴とする、請求項１
    ９に記載された測定系統。
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