JP4295970B2 - リバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体中に含まれる特定物質の濃度を測定する装置に関し、特に特定物質を電気的に抽出するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
検体、特に生体内に含まれる特定物質の濃度測定として、最も一般的な例としては血糖値測定がある。具体的には、血管から注射器によって採取したり、皮膚に針を用いて穿孔し搾り出したりして得られた血液を測定器の光センサー部に滴下する。そして、測定器の光センサー部で酵素を触媒として色素と反応させ発色させ、その発色した色素濃度を吸光度に基づいて測定し、検体中の血糖濃度を求める方法がよく用いられる(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
一方、電流によってイオン性もしくは水溶性の特定物質を皮膚を通して生体内に導入するイオントフォレシス方法を応用した発明が多くなされている(例えば、特許文献1参照。)。近年ではこれを逆に利用し、電流によって生体内から皮膚を通して特定物質を抽出するリバースイオントフォレシス方法の研究が行われている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−76428号公報
【0005】
【非特許文献1】
ギルボルトら著「アドバンス・イン・バイオセンサー」第1巻 1991年 P258〜289
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の血糖値測定では、人体に傷をつけ苦痛を与えてしまう問題があるため、リバースイオントフォレシスにより、生体に傷をつけずにグルコースを抽出し、発色反応を起こさせ血糖値を求める方法が考えられている。
【0007】
しかし、検体からリバースイオントフォレシスによって抽出される物質の量は微量であるため、物質濃度分析には不向きである問題があった。
【0008】
本発明は、リバースイオントフォレシスによって物質を効率よく抽出し、センサー部で物質濃度を正確に測定することが可能なリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の特徴は、検体の部位に接触される電解質ゲルを載置する一対の電極板と、この一対の電極板と前記電解質ゲルが接触する検体の部位とは異なる部位に接触される他の電極板間に接続される電源と、前記電解質ゲルを介して検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜に光を照射する光源と、色素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置とを備えるリバースイオントフォレシス装置であることを要旨とする。
【0011】
本発明の特徴によれば、リバースイオントフォレシスにより検体から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づく光の極微な変化を検出するため、検体から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【0012】
本発明の第2の特徴は、検体に接触する他の電極との間に電圧が印加される一対の電極に載置され前記検体の他部位に接触される電解質ゲルを介して前記検体から抽出されたグルコースと反応を起こし変色した色素膜に光を照射するステップと、この色素膜における変色に基づく、光の変化量を測定するステップとを有するリバースイオントフォレシス測定方法であることを要旨とする。本発明の第2の特徴において、印加する電圧は、5ボルト〜20ボルト、好ましくは10ボルト〜15ボルトであることが好ましい。
【0013】
本発明の第2の特徴によれば、リバースイオントフォレシスにより検体から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づくレーザ光の極微な変化を検出するため、検体から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分は同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0015】
(リバースイオントフォレシス装置)
本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置1は、図1に示すように、センサーチップ2と、センサーチップ2を搭載する測定装置3とを備えている。
【0016】
センサーチップ2は、図2に示すように、チップベース4と、チップベース4上に配置されたガラスチップ5と、ガラスチップ5上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜6を備える。更に、チップベース4上面の両端部部位に離間して配置され、検体の第1の部位に接触される1対の第1電極板11a、第2電極板11bを備えている。ガラスチップ5は、例えばホウケイ酸ガラス等からなる。チップベース4は、例えばプラスチック等からなる。色素膜6は、変色又は発色反応を起こすために必要であれば、酵素等の触媒を含んでも構わない。第1電極板11a、第2電極板11bは、例えばアルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ステンレス等の導電性材料からなり、或いは皮膚との接触が良好なゲル電極等である。また、第1電極板11a、第2電極板11bは、チップベース4から取り外して交換可能な構成になっている。
【0017】
図3(a)は、センサーチップ2を上から見た図を示し、図3(b)は、図3(a)のA−Aに沿った断面図を示している。チップベース4は、図3(b)に示すように、チップベース4の上面に直交する方向に第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bを有する。また、チップベース4には、ガラスチップ5上の色素膜6を照射するレーザ光の入射光及びその反射光が通過できるように貫通口8が設けられている。第1電極板11a、第2電極板11bは、図3(b)に示すように、それぞれチップベース4の第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7b上に配置されることとなる。
【0018】
測定装置3は、図2に示すように、1対の第3電極板12a及び第4電極板12bと、1対の第3電極板12a及び第4電極板12b上に接して設けられた電解質ゲル20とを備えている。更に、センサーチップ2上の色素膜6にレーザ光を照射する光源31と、色素膜6を通過して反射してきたレーザ光を受け取る受光素子32とを備える。測定装置3上面の中央部付近には、光源31からのレーザ光の入射光及びその反射光が通過できるように貫通口9が設けられている。更に、測定装置3上面の両端部付近には、センサーチップ2に設けられた第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bにそれぞれ合致する第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bが設けられている。第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bは、導電性材料からなる。更に、測定装置3は、図2に示すように、第3電極板12a、第4電極板12bを陰極に配線し、第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bを陽極に配線した電源とを備えている。第3電極板12a、第4電極板12bは、センサーチップ2を着脱できるように開閉自在な構成になっている。また、第3電極板12a、第4電極板12bは、測定装置3の上面に直交する方向に上下移動可能な構成になっている。
【0019】
センサーチップ2と測定装置3を結合するときは、まず、測定装置3上の第3電極板12aと第4電極板12bとの間にセンサーチップ2を挿入する。そして、センサーチップ2の第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bに、それぞれ測定装置3の第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bを嵌め込むことで互いに位置決めをする。このとき、測定装置3の第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bが、チップベース4の第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bを貫通することにより、センサーチップ2のチップベース4に設けられた第1電極板11a、第2電極板11bに接触して電気的に接続可能な状態となる。すなわち、図1に示すように、電源30の陽極は、測定装置3の第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bを通じてセンサーチップ2の第1電極板11a、第2電極板11bに配線されることとなる。
【0020】
(リバースイオントフォレシス測定方法)
次に、リバースイオントフォレシス装置1を用いて検体100のグルコースを測定する方法について説明する。
【0021】
(イ)まず、リバースイオントフォレシス装置1本体にセンサーチップ2を搭載する。具体的には、センサーチップ2のチップベース4に設けられた第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bに、測定装置3の第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bをそれぞれ挿入することにより固定される。これにより、図1に示すように、第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bが、チップベース3上の第1電極板11a、第2電極板11bに接触し、導電可能な状態となる。
【0022】
(ロ)次に、ガラスチップ5の色素膜6の上部に、緩衝電解液が含まれた電解質ゲル20を第1電極板11a及び第2電極板11b上に接するように配置する。そして、電界(例えばパルス状の電界)が印加されるように電源30の陽極を第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bに接続し、電源30の陰極を第3電極板12a、第4電極板12bに直接接続する。センサーチップ2のチップベース4上に設けられた第1電極板11a、第2電極板11bには、それぞれ第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bを通じて電源30の陽極が配線されることとなる。
【0023】
(ハ)次に、図1に示すリバースイオントフォレシス装置1の電解質ゲル20側に検体100、例えば人体の皮膚の一部を接触させ、さらに検体100の別の部位に第1電極板11a、第2電極板11bを接触するように押し当てる。このとき、電解質ゲル20と共に第3電極板12a、第4電極板12bは、測定装置3の上面に直交する方向に押し下がり、図1に示したように、センサーチップ2の色素膜6と電解質ゲル20が接触することとなる。ここで、色素膜6の上部に配置された電解質ゲル20と第1電極板11a、第2電極板11bの間に電源30から数ボルト〜10数ボルトの電圧が印加されると、人体の皮膚下のグルコースが電解質ゲル20を通して色素膜6に効率よく抽出され、色素膜6で色素と反応して変色する。ここで、印加する電圧の範囲は、5ボルト〜20ボルト、好ましくは10ボルト〜15ボルトである。印加する電圧が5ボルト以下では、検体の抵抗(例えば、人体の皮膚の抵抗)により電流が流れにくくなり、グルコースを染み出させるのに時間がかかってしまうため実用的ではない。また、印加する電圧が20ボルト以上では、人体の皮膚に対するダメージが問題となる。例えば、人体の皮膚に対するダメージを抑えるため、単位面積あたりの電流値を0.3mA/cm2以下にする必要がある。
【0024】
(ニ)次に、図1に示すように、光源31(例えば波長650nmの半導体レーザ)及び受光素子32を、それぞれリバースイオントフォレシス装置1に搭載されたセンサーチップ2のチップベース4裏面左側及び右側に配置する。そして、光源31からレーザ光をチップベース4裏面側に入射する。チップベース4の貫通口8を介してそのレーザ光はガラスチップ5を透過して色素膜6を照射する。このとき、色素膜6における変色に基づく変化(例えば吸光度変化)により、レーザ光の反射光の強度が変化する。このときのレーザ光の反射光の変化を受光素子32で検出することによりグルコースの濃度が測定される。
【0025】
このように、リバースイオントフォレシスにより検体100(人体の皮膚下)から微量の特定物質を効率よく抽出し、抽出された特定物質と色素との反応による色素の変色に基づくレーザ光の極微な変化を検出する。このため、検体100から抽出された極微量の特定物質の濃度を高感度で測定することが可能となる。
【0026】
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【0027】
本発明の実施の形態において一例として、センサーチップ2のチップベース4上に第1電極板11a、第2電極板11bを配置し、測定装置3の第1の導電性位置決めピン10a、第2の導電性位置決めピン10bを通じて電源30の陽極が電気的に接続されるようにした。しかし、第1電極板11a、第2電極板11bをセンサーチップ2のチップベース4上に配置することに限定されない。例えば、図4に示すリバースイオントフォレシス装置1は、図1に示すリバースイオントフォレシス装置1と比べて、センサーチップ2a側に電極板を配置せずに、測定装置3a上面のセンサーチップ2aが配置される箇所の周辺部に第5電極板14を備えている。更に、測定装置3aは、センサーチップ2aのチップベース4に設けられた第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bに挿入可能な第1の位置決めピン13a、第1の位置決めピン13bをセンサーチップ2aの位置決め構造として備えている。センサーチップ2aは、図5に示すように、チップベース4と、チップベース4上に配置されたガラスチップ5と、ガラスチップ5上に配置され、検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜6を備える。チップベース4は、図5に示すように、チップベース4の上面に直交する方向に第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bを有する。測定装置3aとセンサーチップ2aを結合するときは、まず、測定装置3a上の第3電極板12aと第4電極板12bとの間にセンサーチップ2aを挿入する。そして、センサーチップ2aの第1の位置決め穴7a、第2の位置決め穴7bに、それぞれ測定装置3aの第1の位置決めピン10a、第2の位置決めピン10bを嵌め込むことで互いに位置決めをする。図4には示していないが、電源30の陽極は第5電極板14に接続され、電源30の陰極は第3電極板12a、第4電極板12bに接続される。その他の構成は、図1に示した本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置1と同様であるので重複した記載は省略する。
【0028】
また、本発明の実施形態とその他の実施の形態に係るセンサーチップ2、センサーチップ2aにおいて、ガラスチップ5はチップベース4上に配置される構成となっているが、これはガラスチップ5を製造する過程において、ガラス基板からガラスチップ5の周囲をスクライバ等を用いて割り取る場合に突起が多く扱い難いことを考慮したものである。したがって、図6に示すセンサーチップ2bのように、特にチップベース4を用いない構成にしても同様の測定が可能である。
【0029】
また、本発明の実施の形態においては、検体100中の特定物質として陽イオン荷電分子を例にして説明してきたが、特定物質が陰イオン荷電分子の場合は、電源30の陽極と陰極を逆に接続すれば、同様に抽出できることは勿論である。
【0030】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、検体からリバースイオントフォレシスによって微量の特定物質を効率よく抽出し、色素膜で特定物質の濃度を正確に測定するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置の斜視図である。
【図3】(a)は、本発明の実施の形態に係るセンサーチップを上から見た図である。(b)は、(a)のA−Aに沿った断面図である。
【図4】本発明のその他の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置の斜視図である。
【図5】本発明のその他の実施の形態に係るセンサーチップの例(その1)である。
【図6】本発明のその他の実施の形態に係るセンサーチップの例(その2)である。
【符号の説明】
1…リバースイオントフォレシス装置
2,2a,2b…センサーチップ
3,3a…測定装置
4…チップベース
5…ガラスチップ
6…色素膜
7a…第1の位置決め穴
7b…第2の位置決め穴
8,9…貫通口
10a…第1の導電性位置決めピン
10b…第2の導電性位置決めピン
11a…第1電極板
11b…第2電極板
12a…第3電極板
12b…第4電極板
13a…第1の位置決めピン
13b…第2の位置決めピン
14…第5電極板
20…電解質ゲル
30…電源
31…光源
32…受光素子
100…検体
Claims (5)
- 検体の部位に接触される電解質ゲルを載置する一対の電極板と、この一対の電極板と前記電解質ゲルが接触する検体の部位とは異なる部位に接触される他の電極板間に接続される電源と、前記電解質ゲルを介して検体から抽出される特定物質と化学反応を起こし変色する色素を含む色素膜に光を照射する光源と、前記色素膜を通過して反射してきた光を受け取る受光素子とを有する測定装置とを備えることを特徴とするリバースイオントフォレシス装置。
- 前記電源の陰極が前記一対の電極板に接続され、陽極が前記他の電極板に接続されることを特徴とする請求項1に記載のリバースイオントフォレシス装置。
- 前記測定装置が、前記一対の電極板と離間して配置された他の電極板を有することを特徴とする請求項1及び請求項2記載のリバースイオントフォレシス装置。
- 検体に接触する他の電極との間に電圧が印加される一対の電極に載置され前記検体の他部位に接触される電解質ゲルを介して前記検体から抽出されたグルコースと反応を起こし変色した色素膜に光を照射するステップと、
前記色素膜における変色に基づく、前記光の変化量を測定するステップとを有すること、
を特徴とするリバースイオントフォレシス測定方法。 - 前記電圧は、5ボルト〜20ボルト、好ましくは10ボルト〜15ボルトであることを特徴とする請求項4に記載のリバースイオントフォレシス測定方法。
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