JP4876031B2 - 分析装置 - Google Patents
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Description
本発明は，生体成分を分析する分析装置及び方法に関する。
近年の医学の進歩は著しく，多くの病気に対して迅速で適切な診断・治療が行われており，心身共に健康な生活が過ごせるようになっている。また，成人病検診等の各種検診の実施により，疾病の早期発見・治療も広く行われている。これらの各種検診や検査では，主に血液や尿を検体として生化学自動分析装置が用いられている(特開昭57-82769号公報)。生化学自動分析装置では，検体である血液中の糖や蛋白質，脂質，酵素などの成分を酵素反応や化学的発色反応を利用して分析する吸光度計測を用いている。
生化学自動分析装置では，患者の負担を減らすための低侵襲化(採血量の低減)と使用する試薬量を減らすことによる低コスト化を目的として，測定溶液の微量化が進められている。測定溶液を微量化することで，廃液量も低減できる利点もある。
しかしながら，吸光度計測での測定溶液の微量化は，装置を相似形で小さくするだけでは実現できない。吸光度Ａは，
Ａ＝εｃｌ
ε：モル吸光係数
ｃ：試料濃度
ｌ：光路長
で表されるランベルト・ベールの法則に従う。そのため，測定溶液の微量化の際に，吸光度変化を同程度に保つには，光路長ｌを同程度に保つ必要がある。従って，測定溶液を微量化するには，光の進行方向に細長いセルとしなくてはならず，光学系の単純な小型化による測定溶液の微量化は現実的ではない。その上，測定溶液の微量化により照射する光の断面積が小さくなると，光検出器で得られる信号強度が減少するため，測定精度は低下するといった問題もある。
Ａ＝εｃｌ
ε：モル吸光係数
ｃ：試料濃度
ｌ：光路長
で表されるランベルト・ベールの法則に従う。そのため，測定溶液の微量化の際に，吸光度変化を同程度に保つには，光路長ｌを同程度に保つ必要がある。従って，測定溶液を微量化するには，光の進行方向に細長いセルとしなくてはならず，光学系の単純な小型化による測定溶液の微量化は現実的ではない。その上，測定溶液の微量化により照射する光の断面積が小さくなると，光検出器で得られる信号強度が減少するため，測定精度は低下するといった問題もある。
電気化学検出を用いた測定装置として，電流測定を測定原理とする酵素センサが知られている。酵素センサの一例であるグルコースセンサでは，過酸化水素電極を用いている。検体である血液中のグルコースと溶存酸素をグルコースオキシダーゼの働きで反応させ，過酸化水素を生成させる。生成された過酸化水素は，過酸化水素電極上でのH2O2→2H++O2+2e-の反応により電流に変換されるため，測定された電流値からグルコース濃度が求められる。また，この原理を利用して多項目の成分を測定可能にした生化学分析装置として，i-Stat（Clin. Chem. 39/2 (1993) 283-287）がある。しかし，電流計測では，電極面積に信号強度が依存しているため，吸光度計測と同様に，反応溶液の微量化が困難である。例えば，酸化還元物質の電極表面での酸化還元反応に伴う電流は，酸化還元物質濃度と電極面積の積に比例する。
一方，電位測定を用いてグルコースを測定する生化学分析装置もある(特表平9-500727号公報)。本センサは，金や白金などでできた作用電極と参照電極で構成され，測定溶液中に酵素と酸化還元物質が存在する。また，作用電極と参照電極は，電位差を測定する装置に接続されている。測定溶液中に測定対象物質が添加されると，酵素反応により測定対象物質が酸化され，同時に酸化状態の酸化還元物質が還元される。その際に生じる作用電極と参照電極間の電位差は次のネルンストの式に従う。
E0：酸化還元物質の標準電位
R：気体定数
T：絶対温度
n：酸化還元物質の酸化型と還元型の電荷の差
F：ファラデー定数
Cox：酸化還元物質の酸化型の濃度
Cred：酸化還元物質の還元型の濃度
上式から分かるように，作用電極と参照電極間の電位差は電極面積に依存しない。そのため，電位測定を用いた生化学分析装置では，測定溶液を微量化しても信号強度が減少しない。
測定溶液の微量化には，信号強度が液量や電極面積に依存しない電位計測が適している。しかし，電位計測を用いて複数の試料や項目を同時に測定できる装置を構築する場合，新たな課題が生じる。電位計測では，基準となる電位として参照電極が必要なため，参照電極が試料の数だけ必要となる。参照電極が多数必要になると，装置のコストが増大するだけでなく，参照電極間のばらつきに起因する電位差の誤差が生じてしまう。
さらに，微量な測定溶液の測定では，参照電極を小型にする必要がある。その場合，通常用いられる内部液を有する参照電極を，安定性や寿命を維持したまま小型化することは困難である。現状では，内部液を有しない銀塩化銀電極等の疑似電極を用いているため，安定性と寿命が問題となっている。
上記課題を解決するために，本発明では，媒体として水と非混和の液体を用いた電位測定を行う。複数の槽にまたがって有機塩を含有する水と非混和の液体もしくは有機塩そのものを配置し，内部液を有した参照電極をその内部液が前記媒体と接触するように配置する。望ましくは，参照電極の内部液の量を各試料溶液の量よりも多くする。
複数のセルにまたがった媒体として水と非混和の液体を配置することで，試料間の混和の抑制と単一の内部液を有した参照電極を用いた複数の電極の界面電位の計測を両立させることができる。単一の参照電極であるため，複数の参照電極を用いた場合に生じる参照電極間のばらつきが問題とならない。内部液を有した参照電極を用いることで，従来の擬似電極で問題となった安定性と寿命が問題とならない。望ましくは，参照電極の内部液の量を各試料溶液の量よりも多くすることで，微小なリーク電流が生じた際の基準電位に与える影響を低減することができる。微量な試料を測定するために槽を小型化した際にも，槽におさまらない大きさの内部液を有した参照電極を用いることができるため，安定な基準電位を得ることができる。一つの槽を内部液を有した参照電極として機能させることで，さらに装置を小型化することができる。媒体が有機塩を含有することで，媒体内の電位分布が抑制され，媒体内の電位分布に起因する測定誤差を低減させられる。
以下，図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は，本発明による小型分析装置の一例を示すブロック図である。本実施例の分析装置は，測定部１０１，信号処理回路１０２，及びデータ処理装置１０３から構成される。測定部１０１は，測定容器１０４，媒体１０５，測定溶液１０６，電極１０７，電位計１０８，参照電極１０９からなる。測定容器１０４は隔壁によって複数の槽に区切られていて，各槽に電極１０７が一つずつ配置され，各電極１０７には電位計１０８が一つずつ接続され，電位計１０８のもう一端は参照電極１０９に接続されている。各槽には，測定溶液１０６が存在し，複数の槽にまたがって媒体１０５が存在している。媒体１０５は，複数の測定溶液１０６及び参照電極１０９と接触している。
図１は，本発明による小型分析装置の一例を示すブロック図である。本実施例の分析装置は，測定部１０１，信号処理回路１０２，及びデータ処理装置１０３から構成される。測定部１０１は，測定容器１０４，媒体１０５，測定溶液１０６，電極１０７，電位計１０８，参照電極１０９からなる。測定容器１０４は隔壁によって複数の槽に区切られていて，各槽に電極１０７が一つずつ配置され，各電極１０７には電位計１０８が一つずつ接続され，電位計１０８のもう一端は参照電極１０９に接続されている。各槽には，測定溶液１０６が存在し，複数の槽にまたがって媒体１０５が存在している。媒体１０５は，複数の測定溶液１０６及び参照電極１０９と接触している。
測定手順の一例を示す。まず，各測定溶液１０６を各槽に注入する。このとき，測定溶液１０６は槽から溢れない程度としておく。次に，媒体１０５を測定容器１０４中に複数の槽をまたがるように注入する。媒体１０５の比重が測定溶液１０６よりも重い場合，媒体１０５が測定溶液１０６の下に回りこまないように注意深く行う。次に，参照電極１０９を液絡部が媒体１０５と接触するように配置する。最後に各電位計１０８の示す電位を読み取る。
測定溶液１０６を媒体１０５と接触しやすくするために，測定溶液１０６を槽から溢れるぎりぎりまで注入する場合もある。また，媒体１０５を注入してから，各槽に各測定溶液１０６を注入する場合もある。一つの槽に，試料と試薬のような異なる溶液をそれぞれ注入し，槽内で反応させてもよい。
媒体１０５には，水と非混和の液体を用いる。水と非混和の液体を用いることで，槽間の試料溶液１０６を混和させることなく，複数の槽内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位を読み取ることができる。例えば，媒体１０５の代わりに水と混和する液体を用いることでも，複数の槽内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位を読み取ることはできるが，その際，前記液体と各測定溶液１０６が混和したり，さらに，各測定溶液１０６が混和したりしてしまう恐れがある。
媒体１０５を介して参照電極１０９と各槽内に配置された電極１０７との電位差を測定することで，各槽の断面よりも大きな断面を有する参照電極を用いることができる。媒体１０５を介さずに参照電極１０９と各槽内に配置された電極１０７との電位差を測定するには，例えば，各槽内に参照電極を配置することが考えられる。しかし，その場合，各槽の断面は，参照電極の断面を包括するだけの大きさがなくてはならない。従って，より少ない測定溶液１０６で各槽内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位を読み取るには，参照電極の断面を小さくすることが必要となる。小さな参照電極は，液絡部のつまりや電位の安定性，寿命などの点において，大きな参照電極よりも不利となる。実際は小型の参照電極として内部液を有しない銀塩化銀電極等の疑似電極を用いることが多く，その場合安定性と寿命の点で，さらに不利となる。
媒体１０５を介して各槽内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位を読み取ることで，槽の数よりも少ない数の参照電極を用いることができる。媒体１０５を介さずに各槽内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位を読み取るには，例えば，各槽内に参照電極を配置することが考えられる。しかし，その場合，槽の数と同じ数の参照電極が必要であり，装置コストがかかるばかりでなく，各参照電極間の電位のばらつきが問題となることがある。もしくは，一つの参照電極を各槽に代わる代わる配置し，各槽内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位を一つずつ読み取ることが考えられる。その場合，前述のコストや各参照電極間の電位のばらつきは問題とならないが，一方で，各測定溶液１０６の混和を防ぐために参照電極を一回の電位測定のたびに洗浄する必要があり手間であったり，一つずつ電位差を読み取るため一度に複数の電位差を読み取る場合に比べて測定時間がかかったりする。
試料溶液１０６を覆うように媒体１０５を配置することで，試料溶液１０６の蒸発を防ぐことができる。試料溶液を微量化すると，試料溶液の蒸発の効果は顕著になる。その際，試料溶液と非混和の何らかの物質で試料溶液を覆うことで試料溶液の蒸発を抑制することができるが，本実施例のように媒体１０５を配置することで，蒸発の抑制と電位の測定を両立することができる。
媒体１０５は有機塩を含むことが望ましい。もしくは，液体の有機塩を用いることが望ましい。媒体１０５が絶縁性である場合，媒体内に電位勾配が生じてしまうことがある。その場合，各槽近傍での媒体内の電位は等しくないため，各槽内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位をより正確に測定することが難しくなる。各槽ｎ内に配置された電極１０７と接続された各電位計１０８の値をVnとすると，
Vn = VRef+ φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極１０９の界面電位
φRef: 参照電極１０９の内部液と媒体１０５の界面電位
VGrad,n: 媒体１０５内の，参照電極１０９近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体１０５と各槽ｎ内の各測定溶液１０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると，VGrad,nが0であれば，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体１０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGradを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体１０５もしくは測定溶液１０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。
Vn = VRef+ φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極１０９の界面電位
φRef: 参照電極１０９の内部液と媒体１０５の界面電位
VGrad,n: 媒体１０５内の，参照電極１０９近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体１０５と各槽ｎ内の各測定溶液１０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極１０７と測定溶液１０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると，VGrad,nが0であれば，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体１０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGradを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体１０５もしくは測定溶液１０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。
参照電極１０９としては，内部液を有する銀塩化銀電極，水素電極，カロメル電極，硫酸第一水銀電極，酸化水銀電極の他，フェロセン／フェリシニウムイオンやフェリシアン／フェロシアンのような可逆なレドックス系の電極反応を基準電位として用いた参照電極を用いることができる。電極１０７には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体１０５には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
図２は，本発明による小型分析装置の一例を示すブロック図である。本実施例の分析装置は，測定部２０１，信号処理回路２０２，及びデータ処理装置２０３から構成される。測定部２０１は，測定容器２０４，媒体２０５，測定溶液２０６，測定電極２０７，電位計２０８，参照電極内部液２０９，参照電極２１０からなる。測定容器２０４は複数の槽に区切られていて，各槽に測定電極２０７が一つずつ配置され，一つの槽に参照電極２１０が配置されている。各測定電極２０７には電位計２０８が一つずつ接続され，電位計２０８のもう一端は参照電極２１０に接続されている。各測定電極２０７が配置された各槽には各測定溶液２０６が存在し，参照電極２１０が配置された槽には参照電極内部液２０９が存在している。各測定電極の存在する各槽と参照電極の存在する槽にまたがって媒体２０５が存在している。媒体２０５は，各測定溶液２０６及び参照電極内部液２０９と接触している。
測定手順の一例を示す。まず，測定溶液２０６を各測定電極の存在する各槽に注入する。このとき，測定溶液２０６は槽から溢れない程度としておく。参照電極の存在する槽には，参照電極内部液２０９を注入する。次に，媒体２０５を測定容器２０４中に複数の槽をまたがるように注入する。媒体２０５の比重が測定溶液２０６や参照電極内部液２０９よりも重い場合，媒体２０５が測定溶液２０６や参照電極内部液２０９の下に回りこまないように注意深く行う。最後に各測定電極２０７に接続された各電位計２０８の示す電位を読み取る。
測定溶液２０６や参照電極内部液２０９を媒体２０５と接触しやすくするために，測定溶液２０６や参照電極内部液２０９を槽から溢れるぎりぎりまで注入する場合もある。また，媒体２０５を注入してから，各槽に各測定溶液２０６や参照電極内部液２０９を注入する場合もある。一つの槽に，試料と試薬のような異なる溶液をそれぞれ注入し，槽内で反応させてもよい。
媒体２０５には，水と非混和の液体を用いる。水と非混和の液体を用いることで，槽間の試料溶液２０６や参照電極内部液２０９を混和させることなく，複数の槽内に配置された電極２０７と測定溶液２０６の界面電位を読み取ることができる。例えば，媒体２０５の代わりに水と混和する液体を用いることでも，複数の槽内に配置された電極２０７と測定溶液２０６の界面電位を読み取ることはできるが，その際，前記液体と各測定溶液２０６が混和したり，各測定溶液２０６が混和したり，各測定溶液２０６と参照電極内部液２０９してしまう恐れがある。
一つの槽を参照電極とすることによって，参照電極を別途設ける場合に比べて，装置を小型にできる場合がある。さらに，電位測定のための配線を短くすることができる場合があり，ノイズやリーク電流の点で有利となる。参照電極が小さくなったことで安定性が低下した場合は，測定電極２０７の一部を参照電極２０９と同一のものを用いて，その槽に試料溶液２０６の代わりに参照電極内部液２０９を注入し，これらの電極を副参照電極とする。参照電極２０９と副参照電極が正しく機能している場合，これら二電極間の電位差は０となる。そのため，これら二電極間の電位差が０でない場合，その電位を用いて他の測定された電位を補正すれば，参照電極の安定性を向上させられる場合がある。例えば，ある測定電極２０７で測定された電位をV，副参照電極で測定された電位をVrefとした場合，補正後の電位V'を，V'=V-Vref/2 の式から求める。さらに，複数の副参照電極の電位を用いて補正を行うことで，安定性はさらに向上する場合がある。副参照電極の別の用途として，媒体２０５の内部に存在する電位勾配を補償することができる場合がある。媒体２０５の導電率が十分でないと，媒体２０５の内部で電位勾配が生じることがある。副参照電極を分散して配置し，それぞれの電位差を計測することで，媒体２０５の内部の電位勾配を推測できる。その値を用いて各測定電極２０７での測定値を補正することで，媒体２０５の内部の電位勾配の影響を低減することができる。
試料溶液２０６を覆うように媒体２０５を配置することで，試料溶液２０６の蒸発を防ぐことができる。試料溶液を微量化すると，試料溶液の蒸発の効果は顕著になる。その際，試料溶液と非混和の何らかの物質で試料溶液を覆うことで試料溶液の蒸発を抑制することができるが，本実施例のように媒体２０５を配置することで，蒸発の抑制と電位の測定を両立することができる。
媒体２０５は有機塩を含むことが望ましい。もしくは，液体の有機塩を用いることが望ましい。媒体２０５が絶縁性である場合，媒体内に電位勾配が生じてしまうことがある。その場合，各槽近傍での媒体内の電位は等しくないため，各槽内に配置された電極２０７と測定溶液２０６の界面電位をより正確に測定することが難しくなる。各槽ｎ内に配置された電極２０７と接続された各電位計２０８の値をVnとすると，
Vn = VRef + φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極２１０の界面電位
φRef: 参照電極内部液２０９と媒体２０５の界面電位
VGrad,n: 媒体２０５内の，参照電極内部液２０９近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体２０５と各槽ｎ内の各測定溶液２０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極２０７と測定溶液２０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると， VGrad,nが存在しなければ，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体２０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGradを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体２０５もしくは測定溶液２０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。
Vn = VRef + φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極２１０の界面電位
φRef: 参照電極内部液２０９と媒体２０５の界面電位
VGrad,n: 媒体２０５内の，参照電極内部液２０９近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体２０５と各槽ｎ内の各測定溶液２０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極２０７と測定溶液２０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると， VGrad,nが存在しなければ，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体２０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGradを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体２０５もしくは測定溶液２０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。
参照電極２１０と参照電極内部液２０９の組み合わせとしては，銀塩化銀電極と塩化カリウム水溶液，銀塩化銀電極と塩化ナトリウム水溶液，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェロセン／フェリシニウムイオン，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェリシアン／フェロシアンなどを用いることができる。測定電極２０７には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体２０５には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
図３は，本発明による小型分析装置の測定部の別の一例を示す図である。図３（Ａ）は未使用時の測定部を上から見た図，図３（Ｂ）は使用時の測定部の断面図である。本測定部は，測定容器３０１，疎水性表面３０２，親水性表面３０３，電極３０４からなる。測定の際には，親水性表面３０３上に測定溶液３０６を配置し，疎水性表面３０２上に媒体３０５を配置する。媒体３０５は連続していて，各測定溶液３０６と接触している。
測定の手順は以下のとおりである。まず，各親水性表面３０３上に各測定溶液３０６を配置する。次に，容器内に媒体３０５を注入する。このとき，各測定溶液３０６が各親水性表面３０３上から移動しないように注意深く行う。次に，他の実施例と同様に各電極３０４に接続された電位計の示す電位を読み取るが，このとき，参照電極を媒体３０５と接触するように配置してもよいし，測定電極の一つを参照電極とし，その上に参照電極内部液を配置してもよい。
測定容器内を疎水性表面と親水性表面に区分することで測定容器内に凹凸を設けることなく測定溶液を配置することができる。このようにすることで，洗浄の効率を向上させることができる。また，測定溶液よりも媒体の比重が重い場合でも，浮力よりも親水性表面への測定溶液の吸着力が大きければ，測定溶液の下に媒体が回りこむことなく測定を行うことができる。
参照電極としては，銀塩化銀電極，水素電極，カロメル電極，硫酸第一水銀電極，酸化水銀電極の他，フェロセン／フェリシニウムイオンやフェリシアン／フェロシアンのような可逆なレドックス系の電極反応を基準電位として用いた参照電極を用いることができる。電極３０４には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体３０５には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
親水性表面として，プラズマ処理した表面，シランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。疎水性表面として，フッ素オイル処理やフロン処理やシランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。
図４は，本発明による小型分析装置の測定部の別の一例を示す図である。本測定部は，二つの部位から構成される。図４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれの部位を上もしくは下から見た図，図４（Ｃ）は使用時の測定部の断面図である。本測定部の下の部位は，測定容器４０１，疎水性表面４０２，親水性表面４０３，電極４０４からなる。本測定部の上の部位は，容器蓋４０５，疎水性表面４０６，親水性表面４０７からなる。測定の際には，下の部位と上の部位を向かいあわせて配置し，親水性表面４０３，４０７で挟み込むように測定溶液４０９を配置し，疎水性表面４０２，４０６で挟み込むように媒体４０８を配置する。
測定の手順は以下のとおりである。まず，空の測定容器４０１を準備し，各親水性表面４０３上に各測定溶液４０９を配置する。次に，測定容器４０１上に容器蓋４０５を配置し，各測定溶液４０９を各親水性表面４０３と４０７で挟み込む。測定容器４０１と容器蓋４０５の間隔を規定するために，スペーサーを測定容器４０１と容器蓋４０５の間に配置してもよい。また，容器蓋４０５の側面にツメを設け，ツメを測定容器４０１に引っ掛けるようにして測定容器４０１と容器蓋４０５の間隔を維持しても良い。次に，容器内に媒体４０８を注入する。このとき，各測定溶液４０９が各親水性表面４０３，４０７から移動しないように注意深く行う。また，容器内に空気が残らないように注意する。次に，他の実施例と同様に各電極４０４に接続された電位計の示す電位を読み取るが，このとき，参照電極を媒体４０８と接触するように配置してもよいし，親水性表面のうち一つ以上に参照電極内部液を注入しておき参照電極としても良い。各電極４０４は，本実施例では下の部位に存在するが，上の部位に存在しても良い。
測定容器内を疎水性表面と親水性表面に区分することで，測定容器内に凹凸を設けることなく測定溶液を配置することができる。このようにすることで，洗浄の効率を向上させることができる。また，測定溶液よりも媒体の比重が重い場合でも，浮力よりも親水性表面への測定溶液の吸着力が大きければ，測定溶液の下に媒体が回りこむことなく測定を行うことができる。
測定溶液４０９を測定容器４０１の親水性表面４０３と容器蓋４０５の親水性表面４０７で挟み込むことで，測定溶液の親水性表面への吸着力が挟み込まない場合に比べて大きくなるため，測定溶液よりも媒体の比重が重い場合でも測定溶液の下に媒体が回りこむことなく測定を行うことができる。また，上部の親水性表面で測定溶液を押さえ込んでいるため，測定溶液の下に多少の媒体が入り込んでも，測定溶液４０９と電極４０４が接触したままであれば，測定を問題なく行うことができる。
参照電極としては，銀塩化銀電極，水素電極，カロメル電極，硫酸第一水銀電極，酸化水銀電極の他，フェロセン／フェリシニウムイオンやフェリシアン／フェロシアンのような可逆なレドックス系の電極反応を基準電位として用いた参照電極を用いることができる。電極４０４には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体４０８には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
親水性表面として，プラズマ処理した表面，シランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。疎水性表面として，フッ素オイル処理やフロン処理やシランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。
図５は，本発明による小型分析装置の一例を示すブロック図である。本実施例の分析装置は，測定部５０１，信号処理回路５０２，及びデータ処理装置５０３から構成される。測定部５０１は，測定容器５０４，媒体５０５，測定溶液５０６，基板５０７，参照電極５０８，電源５０９からなる。基板５０７には複数の電界効果トランジスタ５１０と電極５１１の対が存在し，各対は測定容器５０４にある複数の槽に対応して配置されている。電界効果トランジスタ５１０のゲート部は電極５１１と接続されていて，電界効果トランジスタ５１０によって電極５１１の電位を測定できるようになっている。各槽には，測定溶液５０６が存在し，複数の槽にまたがって媒体５０５が存在している。媒体５０５は，複数の測定溶液５０６及び参照電極５０８と接触している。
測定手順の一例を示す。まず，測定溶液５０６を各槽に注入する。このとき，測定溶液５０６は槽から溢れない程度としておく。次に，媒体５０５を測定容器５０４中に複数の槽をまたがるように注入する。媒体５０５の比重が測定溶液５０６よりも重い場合，媒体５０５が測定溶液５０６の下に回りこまないように注意深く行う。次に，参照電極５０８を液絡部が媒体５０５と接触するように配置する。最後に各槽内に配置された各電極５１１の電位を各電界効果トランジスタ５１０によって読み取る。
測定溶液５０６を媒体５０５と接触しやすくするために，測定溶液５０６を槽から溢れるぎりぎりまで注入する場合もある。また，媒体５０５を注入してから，各槽に各測定溶液５０６を注入する場合もある。一つの槽に，試料と試薬のような異なる溶液をそれぞれ注入し，槽内で反応させてもよい。
電界効果トランジスタ５１０を用いた電極５１１の電位の測定法の一例を示す。参照電極５０８に電源５０９から電圧を印加する。そのとき，電源５０９は直流電源であっても交流電源であっても良い。次に，電界効果トランジスタのソース−ドレイン間の電圧電流特性を測定する。測定には半導体パラメータアナライザやそれを模倣した回路などを用いることができる。測定した電圧電流特性を，予め測定した電圧電流特性を用いて電極５１１の電位に変換する。
媒体５０５には，水と非混和の液体を用いる。水と非混和の液体を用いることで，槽間の試料溶液５０６を混和させることなく，複数の槽内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位を読み取ることができる。例えば，媒体５０５の代わりに水と混和する液体を用いることでも，複数の槽内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位を読み取ることはできるが，その際，前記液体と各測定溶液５０６が混和したり，さらに，各測定溶液５０６が混和したりしてしまう恐れがある。
媒体５０５を介して参照電極５０８と各槽内に配置された電極５１１との電位差を測定することで，各槽の断面よりも大きな断面を有する参照電極を用いることができる。媒体５０５を介さずに参照電極５０８と各槽内に配置された電極５１１との電位差を測定するには，例えば，各槽内に参照電極を配置することが考えられる。しかし，その場合，各槽の断面は，参照電極の断面を包括するだけの大きさがなくてはならない。従って，より少ない測定溶液５０６で各槽内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位を読み取るには，参照電極の断面を小さくすることが必要となる。小さな参照電極は，液絡部のつまりや電位の安定性，寿命などの点において，大きな参照電極よりも不利となる。実際は小型の参照電極として内部液を有しない銀塩化銀電極等の疑似電極を用いることが多く，その場合安定性と寿命の点で，さらに不利となる。
媒体５０５を介して各槽内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位を読み取ることで，槽の数よりも少ない数の参照電極を用いることができる。媒体５０５を介さずに各槽内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位を読み取るには，例えば，各槽内に参照電極を配置することが考えられる。しかし，その場合，槽の数と同じ数の参照電極が必要であり，装置コストがかかるばかりでなく，各参照電極間の電位のばらつきが問題となることがある。もしくは，一つの参照電極を各槽に代わる代わる配置し，各槽内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位を一つずつ読み取ることが考えられる。その場合，前述のコストや各参照電極間の電位のばらつきは問題とならないが，一方で，各測定溶液５０６の混和を防ぐために参照電極を一回の電位測定のたびに洗浄する必要があり手間であったり，一つずつ電位差を読み取るため一度に複数の電位差を読み取る場合に比べて測定時間がかかったりする。
試料溶液５０６を覆うように媒体５０５を配置することで，試料溶液５０６の蒸発を防ぐことができる。試料溶液を微量化すると，試料溶液の蒸発の効果は顕著になる。その際，試料溶液と非混和の何らかの物質で試料溶液を覆うことで試料溶液の蒸発を抑制することができるが，本実施例のように媒体５０５を配置することで，蒸発の抑制と電位の測定を両立することができる。
媒体５０５は有機塩を含むことが望ましい。もしくは，液体の有機塩を用いることが望ましい。媒体５０５が絶縁性である場合，媒体内に電位勾配が生じてしまうことがある。その場合，各槽近傍での媒体内の電位は等しくないため，各槽内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位をより正確に測定することが難しくなる。電界効果トランジスタ５１０で測定した各槽ｎ内に配置された電極５１１と参照電極５０８間の電位差をVnとすると，
Vn = VRef + φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極５０８の界面電位
φRef: 参照電極５０８の内部液と媒体５０５の界面電位
VGrad,n: 媒体５０５内の，参照電極５０８近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体５０５と各槽ｎ内の各測定溶液５０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると， VGrad,nが存在しなければ，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体５０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGrad,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体５０５もしくは測定溶液５０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。
Vn = VRef + φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極５０８の界面電位
φRef: 参照電極５０８の内部液と媒体５０５の界面電位
VGrad,n: 媒体５０５内の，参照電極５０８近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体５０５と各槽ｎ内の各測定溶液５０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極５１１と測定溶液５０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると， VGrad,nが存在しなければ，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体５０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGrad,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体５０５もしくは測定溶液５０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。
参照電極５０８としては，銀塩化銀電極，水素電極，カロメル電極，硫酸第一水銀電極，酸化水銀電極の他，フェロセン／フェリシニウムイオンやフェリシアン／フェロシアンのような可逆なレドックス系の電極反応を基準電位として用いた参照電極を用いることができる。電極５１１には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体５０５には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
図６は，本発明による小型分析装置の一例を示すブロック図である。本実施例の分析装置は，測定部６０１，信号処理回路６０２，及びデータ処理装置６０３から構成される。測定部６０１は，測定容器６０４，媒体６０５，測定溶液６０６，基板６０７，電源６０９からなる。基板６０７には複数の電界効果トランジスタ６１０と測定電極６１１の対が存在し，各対は測定容器６０４にある複数の槽に対応して配置されている。電界効果トランジスタ６１０のゲート部は測定電極６１１と接続されていて，電界効果トランジスタ６１０によって測定電極６１１の電位を測定できるようになっている。さらに，基板には電源６０９と接続された参照電極６１２が存在し，参照電極６１２の存在する槽には参照電極内部液６０８が存在する。各槽には，測定溶液６０６が存在し，複数の槽にまたがって媒体６０５が存在している。媒体６０５は，複数の測定溶液６０６及び参照電極内部液６０８と接触している。
測定手順の一例を示す。まず，測定溶液６０６を各槽に注入する。このとき，測定溶液６０６は槽から溢れない程度としておく。次に，参照電極内部液６０８を電極６１２の存在する槽に注入する。次に，媒体６０５を測定容器６０４中に複数の槽をまたがるように注入する。媒体６０５の比重が測定溶液６０６や参照電極内部液６０８よりも重い場合，媒体６０５が測定溶液６０６や参照電極内部液６０８の下に回りこまないように注意深く行う。最後に各槽内に配置された各電極６１１の電位を各電界効果トランジスタ６１０によって読み取る。
測定溶液６０６や参照電極内部液６０８を媒体６０５と接触しやすくするために，測定溶液６０６を槽から溢れるぎりぎりまで注入する場合もある。また，媒体６０５を注入してから，各槽に各測定溶液６０６を注入する場合もある。一つの槽に，試料と試薬のような異なる溶液をそれぞれ注入し，槽内で反応させてもよい。
電界効果トランジスタ６１０を用いた測定電極６１１の電位の測定法の一例を示す。参照電極６１２に電源６０９から電圧を印加する。そのとき，電源６０９は直流電源であっても交流電源であっても良い。次に，電界効果トランジスタ６１０のソース−ドレイン間の電圧電流特性を測定する。測定には半導体パラメータアナライザやそれを模倣した回路などを用いることができる。測定した電圧電流特性を，予め測定した電圧電流特性を用いて測定電極６１１の電位に変換する。
媒体６０５には，水と非混和の液体を用いる。水と非混和の液体を用いることで，槽間の試料溶液６０６や参照電極内部液６０８を混和させることなく，複数の槽内に配置された測定電極６１１と測定溶液６０６の界面電位を読み取ることができる。例えば，媒体６０５の代わりに水と混和する液体を用いることでも，複数の槽内に配置された測定電極６０７と測定溶液６０６の界面電位を読み取ることはできるが，その際，前記液体と各測定溶液６０６が混和したり，各測定溶液６０６が混和したり，各測定溶液６０６と参照電極内部液６０８が混和してしまう恐れがある。
一つの槽を参照電極とすることによって，参照電極を別途設ける場合に比べて，装置を小型にできる場合がある。さらに，電位測定のための配線を短くすることができる場合があり，ノイズやリーク電流の点で有利となる。参照電極が小さくなったことで安定性が低下した場合は，一部の測定電極６１１を参照電極６１２と同一のものを用いて，その槽に試料溶液６０６の代わりに参照電極内部液６０８を注入し，これらの電極を副参照電極とする。参照電極６１２と副参照電極が正しく機能している場合，これら二電極間の電位差は０となる。そのため，これら二電極間の電位差が０でない場合，その電位を用いて他の測定された電位を補正すれば，参照電極の安定性を向上させられる場合がある。例えば，ある測定電極６１１で測定された電位をV，副参照電極で測定された電位をVrefとした場合，補正後の電位V'を，V'=V-Vref/2 の式から求める。さらに，複数の副参照電極の電位を用いて補正を行うことで，安定性はさらに向上する場合がある。副参照電極の別の用途として，媒体６０５の内部に存在する電位勾配を補償することができる場合がある。媒体６０５の導電率が十分でないと，媒体６０５の内部で電位勾配が生じることがある。副参照電極を分散して配置し，それぞれの電位差を計測することで，媒体６０５の内部の電位勾配を推測できる。その値を用いて各測定電極６１１での測定値を補正することで，媒体６０５の内部の電位勾配の影響を低減することができる。
試料溶液６０６を覆うように媒体６０５を配置することで，試料溶液６０６の蒸発を防ぐことができる。試料溶液を微量化すると，試料溶液の蒸発の効果は顕著になる。その際，試料溶液と非混和の何らかの物質で試料溶液を覆うことで試料溶液の蒸発を抑制することができるが，本実施例のように媒体６０５を配置することで，蒸発の抑制と電位の測定を両立することができる。
媒体６０５は有機塩を含むことが望ましい。もしくは，液体の有機塩を用いることが望ましい。媒体６０５が絶縁性である場合，媒体内に電位勾配が生じてしまうことがある。その場合，各槽近傍での媒体内の電位は等しくないため，各槽内に配置された測定電極６１１と測定溶液６０６の界面電位をより正確に測定することが難しくなる。電界効果トランジスタ６１０で測定した各槽ｎ内に配置された電極６１１と参照電極６１２間の電位差をVnとすると，
Vn = VRef + φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極６１２の界面電位
φRef: 参照電極内部液６０８と媒体６０５の界面電位
VGrad,n: 媒体６０５内の，参照電極６０８近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体６０５と各槽ｎ内の各測定溶液６０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極６１１と測定溶液６０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると， VGrad,nが存在しなければ，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体６０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGrad,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体６０５もしくは測定溶液６０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。どちらの液体にも溶解することのできる塩としては，例えば，テトラメチルアンモニウムなどを用いることができる。
Vn = VRef + φRef + VGrad,n + φpho,n +φn
となる。ここで，
VRef: 参照電極６１２の界面電位
φRef: 参照電極内部液６０８と媒体６０５の界面電位
VGrad,n: 媒体６０５内の，参照電極６０８近傍と各槽ｎ近傍の電位勾配
φpho,n: 媒体６０５と各槽ｎ内の各測定溶液６０６の界面電位
φn: 各槽ｎ内に配置された電極６１１と測定溶液６０６の界面電位
である。この式に基づいて，Vnからφnを求めることができる。ここで，VRefとφRefは槽ｎに依存しない。φpho,nが各測定溶液間で大きく違わないと考えると， VGrad,nが存在しなければ，Vnからφnを求めることができる。しかし，VGrad,nが存在すると，Vnから正確なφnを求めることができない。媒体６０５に有機塩が溶解していると，有機塩が支持電解質となり，VGrad,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。さらに，媒体６０５もしくは測定溶液６０６は，どちらの液体にも溶解することのできる塩を含有することが望ましい。そのような塩が存在することで，φpho,nを低減することができ，Vnからより正確なφnを求めることができる。どちらの液体にも溶解することのできる塩としては，例えば，テトラメチルアンモニウムなどを用いることができる。
参照電極６１２と参照電極内部液６０８の組み合わせとしては，銀塩化銀電極と塩化カリウム水溶液，銀塩化銀電極と塩化ナトリウム水溶液，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェロセン／フェリシニウムイオン，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェリシアン／フェロシアンなどを用いることができる。電極６１１には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体６０５には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
図７は，本発明による小型分析装置の測定部の別の一例を示す図である。図７（Ａ）は未使用時の測定部を上から見た図，図７（Ｂ）は未使用時の測定部の断面図，図７（Ｃ）は使用時の測定部の断面図である。本測定部は，測定容器７０１，疎水性表面７０２，親水性表面７０３，基板７０４からなる。基板７０４には複数の電界効果トランジスタ７０５と測定電極７０６の対が存在する。電界効果トランジスタ７０５のゲート部は測定電極７０６と接続されていて，電界効果トランジスタ７０５によって測定電極７０６の電位を測定できるようになっている。また，基板には参照電極７０７が存在する。測定の際には，親水性表面７０３上に測定溶液７０９を配置し，疎水性表面７０２上に媒体７０８を配置する。参照電極７０７上には参照電極内部液７１０を配置する。
測定の手順は以下のとおりである。まず，各親水性表面７０３上に各測定溶液７０９を配置する。電極７０７上には，参照電極内部液７１０を配置する。次に，容器内に媒体７０８を注入する。このとき，各測定溶液７０９や参照電極内部液７１０が各親水性表面７０３上から移動しないように注意深く行う。次に，他の実施例と同様に各電界効果トランジスタを用いて各電極７０６に接続された電位計の示す電位を読み取る。
電界効果トランジスタ７０５を用いた測定電極７０６の電位の測定法の一例を示す。参照電極内部液７１０と接触している参照電極７０７に別途用意した電源から電圧を印加する。そのとき，電源は直流電源であっても交流電源であっても良い。次に，電界効果トランジスタ７０５のソース−ドレイン間の電圧電流特性を測定する。測定には半導体パラメータアナライザやそれを模倣した回路などを用いることができる。測定した電圧電流特性を，予め測定した電圧電流特性を用いて測定電極７０６の電位に変換する。
測定容器内を疎水性表面と親水性表面に区分することで，測定容器内に凹凸を設けることなく測定溶液を配置することができる。このようにすることで，洗浄の効率を向上させることができる。また，測定溶液よりも媒体の比重が重い場合でも，浮力よりも親水性表面への測定溶液の吸着力が大きければ，測定溶液の下に媒体が回りこむことなく測定を行うことができる。
参照電極７０７と参照電極内部液７１０の組み合わせとしては，銀塩化銀電極と塩化カリウム水溶液，銀塩化銀電極と塩化ナトリウム水溶液，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェロセン／フェリシニウムイオン，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェリシアン／フェロシアンなどを用いることができる。参照電極７０７を設けずに，別途参照電極を媒体７０８に接触させても良い。その場合，参照電極としては，銀塩化銀電極，水素電極，カロメル電極，硫酸第一水銀電極，酸化水銀電極の他，フェロセン／フェリシニウムイオンやフェリシアン／フェロシアンのような可逆なレドックス系の電極反応を基準電位として用いた参照電極を用いることができる。測定電極７０６には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体７０８には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
親水性表面として，プラズマ処理した表面，シランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。疎水性表面として，フッ素オイル処理やフロン処理やシランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。
図８は，本発明による小型分析装置の測定部の別の一例を示す図である。本測定部は，上部，下部の二つの部位から構成される。図８（Ａ）は未使用時の下部を上から見た図，図８（Ｂ）は未使用時の下部の断面図，図８（Ｃ）は未使用時の上部を下から見た図，図８（Ｄ）は使用時の測定部の断面図である。本測定部の下部は，測定容器８０１，疎水性表面８０２，親水性表面８０３，基板８０４からなる。基板８０４には複数の電界効果トランジスタ８０５と測定電極８０６の対が存在する。電界効果トランジスタ８０５のゲート部は測定電極８０６と接続されていて，電界効果トランジスタ８０５によって測定電極８０６の電位を測定できるようになっている。また，基板には参照電極８０７が存在する。本測定部の上部は，容器蓋８０８，疎水性表面８０９，親水性表面８１０からなる。測定の際には，上部と下部を向かいあわせて配置し，親水性表面８０３と８１０で挟み込むように測定溶液８１２を配置し，疎水性表面８０２と８０９で挟み込むように媒体８１１を配置する。参照電極８０７上には参照電極内部液８１３を配置する。
測定の手順は以下のとおりである。まず，空の測定容器８０１を準備し，各親水性表面８０３上に各測定溶液８１２を配置する。参照電極８０７上には参照電極内部液８１３を配置する。次に，測定容器８０１上に容器蓋８０８を配置し，各測定溶液８１２を各親水性表面８０３と８１０で挟み込む。測定部の上部と下部の間隔を規定するために，スペーサーを上部と下部の間に配置してもよい。また，上部の側面にツメを設け，ツメを下部に引っ掛けるようにして上部と下部の間隔を維持してもよい。次に，容器内に媒体８１１を注入する。このとき，各測定溶液８１２が各親水性表面８０３，８１０から移動しないように注意深く行う。また，容器内に空気が残らないように注意する。次に，他の実施例と同様に各電界効果トランジスタ８０５を用いて各電極８０６の電位を読み取る。各電界効果トランジスタ８０５及び各電極８１２は，本実施例では下の部位に存在するが，上の部位に存在しても良い。
電界効果トランジスタ８０５を用いた測定電極８０６の電位の測定法の一例を示す。参照電極内部液８１３と接触している参照電極８０７に別途用意した電源から電圧を印加する。そのとき，電源は直流電源であっても交流電源であっても良い。次に，電界効果トランジスタ８０５のソース−ドレイン間の電圧電流特性を測定する。測定には半導体パラメータアナライザやそれを模倣した回路などを用いることができる。測定した電圧電流特性を，予め測定した電圧電流特性を用いて測定電極８０６の電位に変換する。
測定容器内を疎水性表面と親水性表面に区分することで，測定容器内に凹凸を設けることなく測定溶液を配置することができる。このようにすることで，洗浄の効率を向上させることができる。また，測定溶液よりも媒体の比重が重い場合でも，浮力よりも親水性表面への測定溶液の吸着力が大きければ，測定溶液の下に媒体が回りこむことなく測定を行うことができる。
測定溶液８１２を測定容器８０１の親水性表面８０３と容器蓋８０８の親水性表面８１０で挟み込むことで，測定溶液の親水性表面への吸着力が挟み込まない場合に比べて大きくなるため，測定溶液よりも媒体の比重が重い場合でも測定溶液の下に媒体が回りこむことなく測定を行うことができる。また，上部の親水性表面で測定溶液を押さえ込んでいるため，測定溶液の下に多少の媒体が入り込んでも，測定溶液８１２と電極８１０が接触したままであれば，測定を問題なく行うことができる。
参照電極８０７と参照電極内部液８１３の組み合わせとしては，銀塩化銀電極と塩化カリウム水溶液，銀塩化銀電極と塩化ナトリウム水溶液，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェロセン／フェリシニウムイオン，金，銀，銅，白金などの貴金属の電極とフェリシアン／フェロシアンなどを用いることができる。参照電極８０７を設けずに，別途参照電極を媒体８１１に接触させても良い。その場合，参照電極としては，銀塩化銀電極，水素電極，カロメル電極，硫酸第一水銀電極，酸化水銀電極の他，フェロセン／フェリシニウムイオンやフェリシアン／フェロシアンのような可逆なレドックス系の電極反応を基準電位として用いた参照電極を用いることができる。測定電極８０６には，金，銀，銅，白金などの貴金属や，それらをアルカンチオール単分子膜で修飾したもの，さらには，イオン感応膜で修飾した電極などを用いることができる。媒体８１１には，ブタノール，ニトロベンゼン，ＮＰＯＥなどを用いることができる。それらに溶解する有機塩としては，テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレートなどを用いることができる。また，有機塩単体として，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド，１−メチル−３−オクチルイミダゾリウムビストリフルオロメチルスルホニルイミドなどを用いることができる。
親水性表面として，プラズマ処理した表面，シランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。疎水性表面として，フッ素オイル処理やフロン処理やシランカップリングなどの単分子膜やＬＢ膜で処理した表面などを用いることができる。
図９は本発明による小型分析装置の一例を示す図である。本実施例の分析装置は，測定部９０１，信号処理回路９０２，及びデータ処理装置９０３から構成される。測定部９０１は，電位測定部９０４，試料９０５，試薬９０６，分注器９０７，媒体注入部９０８からなる。電位測定部９０４は，図１〜８の実施例のような測定部を用いる。
測定の手順の一例を示す。まず，分注器９０７を用いて，電位測定部９０４の試料配置部（例えば，槽や親水性表面）に各試料９０５を配置する。次に，分注器９０７を用いて，配置した各試料９０５に各試薬９０６を注入する。そして，媒体注入部９０７を用いて電位測定部９０４に媒体を注入する。最後に，電位測定部９０４の各電極の電位を測定し，信号処理回路９０２，データ処理装置９０３を用いて所望の値を算出する。
試料９０５の一例として，血液，血清，血漿，ＤＮＡなどの生体試料が挙げられる。試薬９０６の一例として，酵素反応液，ＤＮＡなどが挙げられる。試料９０５と試薬９０６を混合することで，試料９０５中の測定対象物質に応じた電位が電極に発生するようにしておく。例えば，試料９０５として測定対象であるグルコースを含むものを，試薬９０６としてフェリシアン化カリウムとグルコース脱水素酵素を含むものを用いると，グルコース脱水素酵素の働きでグルコースとフェリシアン化カリウムが反応し，グルコノラクトンとフェロシアン化カリウムが生成する。電極には，フェリシアン化カリウムとフェロシアン化カリウムの比に応じた電位が発生するため，電極の電位を測定することで，試料中のグルコース濃度を求めることができる。
本測定装置を用いて測定を行うことで，測定に必要な試料９０５と試薬９０６を微量化することができる。その理由として，電位測定は原理的に測定体積に依存しないこと，媒体を介して電位を測定することで測定溶液間の混和を生じさせること無く，測定溶液に直接参照電極を接触させること無く測定でき，参照電極の大きさと無関係に測定溶液の液量を決められること，媒体の存在により測定溶液が直接空気に触れなくなるため測定溶液の蒸発を抑制できることなど，他の実施例で述べたことが挙げられる。
本実施例では，試薬９０５と試料９０６の混合は電位測定部９０４で行ったが，別途混合したものを電位測定部９０４に注入しても良い。分注器９０７は，単一のノズルであっても，複数のノズルであっても，さらには，試料９０５や試薬９０６からチューブによって供給されていても，空気圧やピエゾ素子を用いていても，分注の目的を果たせればよい。試料溶液と媒体を注入する順番は，どちらが先でも，同時であっても良い。
図１０は本発明による小型分析装置の一例を示す図である。本実施例の分析装置は，測定部１００１，制御及び信号処理回路１００２，及びデータ処理装置１００３から構成される。測定部１００１は，洗浄液容器１００４，反応溶液容器１００５，ｄＡＴＰ溶液容器１００６，ｄＴＴＰ溶液容器１００７，ｄＧＴＰ溶液容器１００８，ｄＣＴＰ溶液容器１００９，媒体容器１０２３，洗浄液供給バルブ１０１０，反応溶液供給バルブ１０１１，ｄＡＴＰ溶液供給バルブ１０１２，ｄＴＴＰ溶液供給バルブ１０１３，ｄＧＴＰ溶液供給バルブ１０１４，ｄＣＴＰ溶液供給バルブ１０１５，媒体供給バルブ１０２４，測定容器１０１６，メッシュ１０１７，ビーズ１０１８，測定電極１０１９，電界効果トランジスタ１０２０，参照電極１０２１，廃液容器１０２２からなる。各バルブを開閉することで，測定セルへの各溶液の供給を制御することができる。各バルブの開閉は，制御及び信号処理回路１００２によって決められた順序で行われる。
測定容器１０１６には複数の槽が存在し，各槽にはビーズ１０１８，測定電極１０１９，電界効果トランジスタ１０２０が一組ずつ配置されている。各ビーズ１０１８表面には，プローブＤＮＡが固定化されていて，プローブＤＮＡにはターゲットＤＮＡがハイブリダイズしている。ビーズには通常用いられるポリスチレンビーズ，磁気ビーズなどを用いる。ビーズ表面はカルボキシル基，アミノ基，マレイミド基，水酸基，ビオチン，アビジンなどで修飾されている。ここに，アミノ基，カルボキシル基，ＳＨ基，シラノール基，アビジン，ビオチンなどで修飾されたプローブＤＮＡを固定化する。ビーズの代わりに，金微粒子などを用いても構わない。この場合，ＳＨ基で修飾されたプローブＤＮＡを用いたり，金微粒子を様々な官能基を有する分子で被覆したりすることで，様々な官能基で修飾されたプローブＤＮＡを固定化することができる。ビーズが溶液交換の際に槽から飛び出さないように，ビーズを各槽に配置した後，メッシュ１０１７を配置する。測定電極１０１９表面には，絶縁性分子を介して電気化学活性物質を固定化してもよい。例えば，測定電極１０１９に金を用いた場合，絶縁性分子として１１−アミノウンデカチオールを電極表面に固定化し，さらに,アミノ基とカルボキシル基の脱水反応によるアミド結合を用いて，電気化学活性物質であるピロロキノリンキノン（ＰＱＱ）を固定化する。測定電極１０１９には，金電極などの貴金属の電極やカーボンの電極を用いる。測定電極の代わりに，感応膜など測定対象物質濃度に応じた電位を発生するものを用いてもよい。参照電極１０２１は廃液容器１０２２内の溶液と接触している。
洗浄液容器１００４内の洗浄液として還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）を用いた。反応溶液容器１００５内の反応溶液としてトリス塩酸緩衝液にＤＮＡポリメラーゼ，ピルベートオルソフォスフェートジキナーゼ（ＰＰＤＫ），乳酸脱水素酵素，ホスホエノールピルベート（ＰＥＰ），アデノシンモノリン酸（ＡＭＰ），ＮＡＤＨを溶解した溶液を用いた。dATP溶液容器１００６，dTTP溶液容器１００７，dGTP溶液容器１００８，dCTP溶液容器１００９それぞれの中の溶液にはdATP,dTTP,dGTP,dCTPそれぞれをトリス塩酸緩衝液に溶解した溶液を用いた。参照電極１０２１には，内部溶液に飽和塩化カリウム溶液を用いた銀塩化銀参照電極を用いたが，一塩基伸長時の電位変化に比べて電位の変動が十分小さいものであればどのような参照電極を用いてもよい。本実施例では廃液容器１０２２内で参照電極１０２１と溶液とを接触させているが，測定セル内の溶液と接触していれば，参照電極１０２１は測定系のいずれの箇所に配置されていてもよい。ビーズには，50μm径のカルボキシル末端を有するポリスチレンビーズを用いた。ビーズへのプライマーＤＮＡの固定化には，ビーズとアミノ基修飾されたプライマーＤＮＡを混合し，N-hydroxysuccinimide（ＮＨＳ），1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide(ＥＤＣ)を加え，ビーズにプライマーＤＮＡを化学的に結合させた。測定電極１０１９には金電極を用いた。絶縁性分子として１１−アミノ−１−ウンデカンチオール（１１−ＡＵＴ）を，電気化学活性物質としてＰＱＱを用いた。１１−ＡＵＴ溶液を用いて，金電極表面に１１−ＡＵＴの単分子膜を形成した。この電極の表面に，ＰＱＱ，ＮＨＳ，ＥＤＣの混合液を滴下し，一晩反応させ，１１−ＡＵＴのアミノ基とＰＱＱのカルボキシル基の化学結合を用いて，ＰＱＱを固定化した。
測定手順の一例を図１１に示す。まず初めに，洗浄液供給バルブ１０１０を開き（Ｓ１１０２），測定容器内を洗浄液で満たしてから（Ｓ１１０３），洗浄液供給バルブ１０１０を閉じた（Ｓ１１０４）。この操作により，測定電極１０１９の表面に固定化された電気化学活性物質を還元状態にした。次に，反応溶液供給バルブ１０１１を開き（Ｓ１１０５），測定容器１０１６内を反応溶液で満たしてから（Ｓ１１０６），反応溶液供給バルブ１０１１を閉じた（Ｓ１１０７）。参照電極１０２１に一定電圧ＶＧを印加し，各電界効果トランジスタのドレイン電流を測定した（Ｓ１１０８）。このときの各ドレイン電流値をＩＤ（１，ｎ）（ｎは電界効果トランジスタに割り振られた番号）とした。反応溶液供給バルブ１０１１とdNTP溶液供給バルブ１０１２，１０１３，１０１４もしくは１０１５を開き（Ｓ１１０９），反応溶液とdNTP溶液の混合溶液で測定容器１０１６内を満たしてから（Ｓ１１１０），反応溶液供給バルブ１０１１とdNTP溶液供給バルブ１０１２，１０１３，１０１４もしくは１０１５を閉じた（Ｓ１１１１）。すぐさま媒体供給バルブ１０２４を開き（Ｓ１１１２），測定容器内１０１６に媒体を導入し（Ｓ１１１３），媒体供給バルブ１０２４を閉じた（Ｓ１１１４）。
この操作により，媒体導入前（図１２（Ａ））の状態から，媒体導入後（図１２（Ｂ））の状態に変化した。このとき，媒体は各槽内には侵入せず，かつ，各槽内の液体を分断する状態となっている。参照電極１０２１に一定電圧ＶＧを印加し，各電界効果トランジスタ１０２０のドレイン電流を測定した（Ｓ１１１５）。このときの各ドレイン電流値をＩＤ（２，ｎ）（ｎは測定セルの番号）とし，ΔＩＤ（ｎ）＝ＩＤ（２，ｎ）−ＩＤ（１，ｎ）とした。ΔＩＤはdNTP供給による各電界効果トランジスタでのドレイン電流の変化分である。再び洗浄液供給バルブ１０１０を開く操作（Ｓ１１０２）に戻り，dNTPとしてdATP，dTTP，dCTP，dGTPを順に用いて繰り返し測定を行った（Ｓ１１０１，Ｓ１１１６〜Ｓ１１２０）。
dATP溶液容器１００６内のdATP溶液として，反応溶液容器１００５内の反応溶液にdATPを予め溶解したものを，dTTP溶液容器１００７内のdTTP溶液として，反応溶液容器１００５内の反応溶液にdTTPを予め溶解したものを，dGTP溶液容器１００８内のdGTP溶液として，反応溶液容器１００５内の反応溶液にdGTPを予め溶解したものを，dCTP溶液容器１００９内のdCTP溶液として，反応溶液容器１００５内の反応溶液にdCTPを予め溶解したものを，用いることもできる。その場合には，反応溶液供給バルブ１０１１とdNTP溶液供給バルブ１０１２，１０１３，１０１４もしくは１０１５を開く操作（Ｓ１１０９）を，dNTP溶液供給バルブ１０１２，１０１３，１０１４もしくは１０１５を開く操作とする。dNTPとして用いるdATP，dTTP，dCTP，dGTPの順番は，どのような順番でも４回周期であればよい。dNTPの代わりに，一部の分子を硫黄原子で置き換えたアナログ体（dNTPαS, 糖4'部位硫黄置換(N. Inoue et. al., Nucleic Acids Research, 3476-3483, 34, 2006)）など，ＤＮＡ鎖合成酵素によって塩基配列特異的に二本鎖ＤＮＡの合成反応に取り込まれ，ピロリン酸を生成するものであれば用いることができる。
洗浄液は，ピロリン酸を酸化還元物質の酸化還元状態に変換したことで変化した電極の表面電位を初期化するために用いる。本実施例では伸長反応により表面電位が増加するが，洗浄液内の還元物質によって表面電位が減少し，再び伸長反応を測定できるようになる。洗浄液としては上記の物質以外に，チオール化合物などの還元物質を含む溶液を用いることもできる。また，反応液内の酸化還元物質と酵素の組み合わせによっては，伸長反応により表面電位が減少する場合もある。その場合には，洗浄液として，過酸化水素水，フェロシアン化カリウムなどの酸化物質を含む溶液を用いることもできる。プライマーＤＮＡは，測定セル１０１６の各槽に固定化してもよいし，測定電極１０１９に固定化しても良い。プライマーＤＮＡを固定化する代わりに，サンプルＤＮＡを固定化し，固定化したサンプルＤＮＡにプライマーＤＮＡをハイブリダイズさせても良い。サンプルＤＮＡとプライマーＤＮＡをハイブリダイズさせてから固定化しても良い。
媒体に水と非混和の液体を用いて各槽内の反応溶液を分離することで，反応溶液間の混和を防止することができる。媒体を用いない場合，各槽内の溶液が槽外へ拡散することで，隣接する槽に混和し，隣接する槽内の電極に誤った信号を生じさせる。媒体の部分を空気で置き換えると，反応溶液間の混和は防止できるが，図１０の構成では参照電極からの電圧が反応溶液に伝わらず，正しい界面電位を計測することができない。これを解決する別の手段として，槽内に小型の参照電極を設けることが考えられる。しかし，耐久性と安定性を得ることは困難であり，そもそも100μm程度かそれ以下の部位に参照電極を構築することは大変困難である。本実施例のように媒体を介して参照電極から各槽に電圧を印加することで，従来の参照電極を用いたまま，各反応溶液間の混和を防止することができる。
図１３は，本発明の他の実施例で用いる電界効果トランジスタと電極を有する基板の一例を示す図である。図１３（Ａ），（Ｂ）は，各々断面構造及び平面構造を表わしている。電界効果トランジスタは，シリコン基板１３０１の表面にソース１３０２，ドレイン１３０３，及びゲート絶縁膜１３０４を形成し，導電性配線１３０５を介してゲート部と電極１３０７が接続されている。基板の表面は，電極１３０７以外は窒化膜１３０６で覆われている。電極１３０７の周りはプラズマ処理にて親水性表面１３０８になっている。
図１４は，本発明による小型分析装置を用いて３種類の異なる試料を測定した結果を示す図である。測定には，図１の装置を用いた。各槽は，直径2mm，深さ3.5mmとした。媒体１０５には，１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニルイミド50μlを用いた。測定溶液１０６には，ＰＢＳ（10mM Na2HPO4, 1.8mM KH2PO4, 137mM NaCl, 2.7mM KCl, pH7.4）に下記の比率で溶解したフェリシアン化カリウム／フェロシアン化カリウム溶液（それぞれ，１：９，５：５，９：１）を，各々9μlずつ用いた。
１：９ 10mMフェリシアン化カリウム,90mMフェロシアン化カリウム
５：５ 50mMフェリシアン化カリウム,50mMフェロシアン化カリウム
９：１ 90mMフェリシアン化カリウム,10mMフェロシアン化カリウム
１：９ 10mMフェリシアン化カリウム,90mMフェロシアン化カリウム
５：５ 50mMフェリシアン化カリウム,50mMフェロシアン化カリウム
９：１ 90mMフェリシアン化カリウム,10mMフェロシアン化カリウム
電極１０７には金を，参照電極１０９には内部液に飽和塩化カリウム溶液を有する銀塩化銀参照電極を用いた。測定温度は２４℃であった。図１４（Ａ）は測定開始後の電位の時間変化である。測定開始後２００秒後あたりまで電位のドリフトが見られるが，１：９と５：５と９：１の電位の差はほぼ一定の値を保っている。図１４（Ｂ）は測定終了時の電位を，横軸をlog[Ox]/[Red]としてプロットしたものである。ここで，[Ox]は酸化物質であるフェリシアン化カリウム濃度，[Red]は還元物質であるフェロシアン化カリウム濃度である。ネルンストの式によると，電極にはlog[Ox]/[Red]に比例した電位が発生し，その傾き（スロープ感度）は２５℃において５９ｍＶである。実験では，理論値と等しい５９ｍＶのスロープ感度が観測された。
図１５は，本発明による小型分析装置を用いて３種類の異なる試料を測定した結果を示す図である。測定には，図１の装置を用いた。各槽は，直径2mm，深さ3.5mmとした。媒体１０５には，10mg/ml テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボーレートを含有するニトロフェニルオクチルエーテル50μlを用いた。測定溶液１０６には，ＰＢＳ（10mM Na2HPO4, 1.8mM KH2PO4, 137mM NaCl, 2.7mM KCl, pH7.4）に下記の比率で溶解したフェリシアン化カリウム／フェロシアン化カリウム溶液（それぞれ，１：９，５：５，９：１）を，各々9μlずつ用いた。
１：９ 10mMフェリシアン化カリウム,90mMフェロシアン化カリウム
５：５ 50mMフェリシアン化カリウム,50mMフェロシアン化カリウム
９：１ 90mMフェリシアン化カリウム,10mMフェロシアン化カリウム
１：９ 10mMフェリシアン化カリウム,90mMフェロシアン化カリウム
５：５ 50mMフェリシアン化カリウム,50mMフェロシアン化カリウム
９：１ 90mMフェリシアン化カリウム,10mMフェロシアン化カリウム
電極１０７には金を，参照電極１０９には内部液に飽和塩化カリウム溶液を有する銀塩化銀参照電極を用いた。測定温度は２４℃であった。図１５（Ａ）は測定開始後の電位の時間変化である。測定開始後８００秒後あたりまで電位のドリフトが見られるが，１：９と５：５と９：１の電位の差はほぼ一定の値を保っている。図１５（Ｂ）は測定終了時の電位を，横軸をlog[Ox]/[Red]としてプロットしたものである。ここで，[Ox]は酸化物質であるフェリシアン化カリウム濃度，[Red]は還元物質であるフェロシアン化カリウム濃度である。ネルンストの式によると，電極にはlog[Ox]/[Red]に比例した電位が発生し，その傾き（スロープ感度）は２５℃において５９ｍＶである。実験では，理論値とほぼ等しい５８ｍＶのスロープ感度が観測された。
１０１，２０１，５０１，６０１，９０１，１００１…測定部
１０２，２０２，５０２，６０２，９０２，１００２…信号処理回路
１０３，２０３，５０３，６０３，９０３，１００３…データ処理装置
１０４，２０４，３０１，４０１，５０４，６０４，７０１，１０１６…測定容器
１０５，２０５，３０５，４０８，５０５，６０５，７０８，８１１…媒体
１０６，２０６，３０６，４０９，５０６，６０６，７０９，８０１，８１２…測定溶液
１０７，３０４，４０４，５１１，６１１，７０６，８０６，１０１９，１３０７…電極
１０８，２０８…電位計
１０９，２１０，５０８，６１２，７０７，８０７，１０２１…参照電極
２０７…測定電極
２０９，６０８，７１０，８１３…参照電極内部液
３０２，４０２，４０６，７０２，８０２，８０９…疎水性表面
３０３，４０３，４０７，７０３，８０３，８１０，１３０８…親水性表面
４０５，８０８…容器蓋
５０７，６０７，７０４，８０４…基板
５０９，６０９…電源
５１０，６１０，７０５，８０５，１０２０…電界効果トランジスタ
９０４…電位測定部
９０５…試料
９０６…試薬
９０７…分注器
９０８…媒体注入部
１００４…洗浄液容器
１００５…反応溶液容器
１００６…ｄＡＴＰ溶液容器
１００７…ｄＴＴＰ溶液容器
１００８…ｄＧＴＰ溶液容器
１００９…ｄＣＴＰ溶液容器
１０１０…洗浄液供給バルブ
１０１１…反応溶液供給バルブ
１０１２…ｄＡＴＰ溶液供給バルブ
１０１３…ｄＴＴＰ溶液供給バルブ
１０１４…ｄＧＴＰ溶液供給バルブ
１０１５…ｄＣＴＰ溶液供給バルブ
１０１７…メッシュ
１０１８…ビーズ
１０２２…廃液容器
１０２３…媒体容器
１０２４…媒体供給バルブ
１３０１…シリコン基板
１３０２…ソース
１３０３…ドレイン
１３０４…ゲート絶縁膜
１３０５…導電性配線
１３０６…窒化膜
１０２，２０２，５０２，６０２，９０２，１００２…信号処理回路
１０３，２０３，５０３，６０３，９０３，１００３…データ処理装置
１０４，２０４，３０１，４０１，５０４，６０４，７０１，１０１６…測定容器
１０５，２０５，３０５，４０８，５０５，６０５，７０８，８１１…媒体
１０６，２０６，３０６，４０９，５０６，６０６，７０９，８０１，８１２…測定溶液
１０７，３０４，４０４，５１１，６１１，７０６，８０６，１０１９，１３０７…電極
１０８，２０８…電位計
１０９，２１０，５０８，６１２，７０７，８０７，１０２１…参照電極
２０７…測定電極
２０９，６０８，７１０，８１３…参照電極内部液
３０２，４０２，４０６，７０２，８０２，８０９…疎水性表面
３０３，４０３，４０７，７０３，８０３，８１０，１３０８…親水性表面
４０５，８０８…容器蓋
５０７，６０７，７０４，８０４…基板
５０９，６０９…電源
５１０，６１０，７０５，８０５，１０２０…電界効果トランジスタ
９０４…電位測定部
９０５…試料
９０６…試薬
９０７…分注器
９０８…媒体注入部
１００４…洗浄液容器
１００５…反応溶液容器
１００６…ｄＡＴＰ溶液容器
１００７…ｄＴＴＰ溶液容器
１００８…ｄＧＴＰ溶液容器
１００９…ｄＣＴＰ溶液容器
１０１０…洗浄液供給バルブ
１０１１…反応溶液供給バルブ
１０１２…ｄＡＴＰ溶液供給バルブ
１０１３…ｄＴＴＰ溶液供給バルブ
１０１４…ｄＧＴＰ溶液供給バルブ
１０１５…ｄＣＴＰ溶液供給バルブ
１０１７…メッシュ
１０１８…ビーズ
１０２２…廃液容器
１０２３…媒体容器
１０２４…媒体供給バルブ
１３０１…シリコン基板
１３０２…ソース
１３０３…ドレイン
１３０４…ゲート絶縁膜
１３０５…導電性配線
１３０６…窒化膜
Claims (10)
- 複数の試料配置部が設けられた容器と，
前記複数の試料配置部にそれぞれ設置された複数の測定電極と，
前記複数の試料配置部に配置された複数の試料溶液の全てに接するように導入された媒体と，
内部液を収める内部液収容部を備え，前記媒体に接触するように配置された１つの参照電極と，
前記複数の測定電極と前記参照電極の間の電位差を測定する手段とを有し，
前記媒体は有機塩を含み水と非混和性の液体，もしくは水と非混和性の液状の有機塩であることを特徴とする分析装置。 - 請求項１記載の分析装置において，前記測定電極は貴金属，カーボンもしくはイオン感応膜であることを特徴とする分析装置。
- 請求項１記載の分析装置において，前記内部液収容部の容量が前記試料配置部に配置された試料溶液の容量よりも大きいことを特徴とする分析装置。
- 請求項１記載の分析装置において，前記電位差を測定する手段は電界効果トランジスタを有することを特徴とする分析装置。
- 請求項１記載の分析装置において，前記媒体を前記容器に導入する媒体導入部を有することを特徴とする分析装置。
- 請求項１記載の分析装置において，前記複数の試料配置部は各々隔壁によって区切られていることを特徴とする分析装置。
- 請求項１記載の分析装置において，前記容器は底面に，それぞれ孤立して設けられた，前記複数の試料配置部となる複数の親水性領域を有し，前記複数の親水性領域の間の領域は疎水性であることを特徴とする分析装置。
- 請求項１記載の分析装置において，前記電位差を測定する手段によって計測される電位差は，前記測定電極と前記試料溶液との界面，前記試料溶液と前記媒体との界面，及び前記媒体と前記内部液との界面を跨る電位差であることを特徴とする分析装置。
- 複数の試料配置部と１つの参照電極配置部とが設けられた容器と，
前記複数の試料配置部にそれぞれ設置された複数の測定電極と，
前記参照電極配置部に設置された参照電極と，
前記参照電極と接触するように配置された参照電極内部液と，
前記複数の試料配置部に配置された複数の試料溶液の全て及び前記参照電極内部液と液絡するように導入された，有機塩を含み水と非混和性の液体，もしくは水と非混和性の液状の有機塩からなる媒体と，
前記複数の測定電極と前記参照電極の間の電位差を測定する手段と
を有することを特徴とする分析装置。 - それぞれが隔壁によって区画され，核酸が固定されており，もしくは核酸が固定された部材が内部に配置された複数の反応槽を有する容器と，
前複数の反応槽にそれぞれ配置された複数の測定電極と，
内部液を収める内部液収容部を備え，前記容器に導入された溶液と接触するように配置された１つの参照電極と，
前記複数の測定電極と前記参照電極の間の電位差を測定する複数の電界効果トランジスタを含む測定部と，
ｄＡＴＰもしくはそのアナログ体を前記容器に供給する第１供給部と，
ｄＧＴＰもしくはそのアナログ体を前記容器に供給する第２供給部と，
ｄＣＴＰもしくはそのアナログ体を前記容器に供給する第３供給部と，
ｄＴＴＰもしくはそのアナログ体を前記容器に供給する第４供給部と，
反応液を前記容器に供給する第５供給部と，
洗浄液を前記容器に供給する第６供給部と，
有機塩を含み水と非混和性の液体，もしくは水と非混和性の液状の有機塩からなる媒体を前記容器に供給する第７供給部と，
前記容器への前記第１供給部，第２供給部，第３供給部，第４供給部，第５供給部，第６供給部及び第７供給部からの溶液の供給を制御し，前記第５供給部からの反応液の供給及び前記第７供給部からの媒体の供給に同期して前記測定部による電位差測定を行う制御部と
を備えることを特徴とする分析装置。
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