JP6694627B1 - 電気化学センサユニット - Google Patents
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Abstract
Description
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第1センサ電極と、
前記第1センサ電極を覆うように配置されたシートと、を備え、
前記シートは、液状の被験試料を保持する第1吸収領域を、前記第1センサ電極に対応する位置に有しており、
被験試料を前記シートに付着させると、前記第1吸収領域で被験試料が吸収され、前記第1センサ電極に被験試料が接触するように構成されている、
電気化学センサユニットが提供される。
以下、本発明の第1実施形態として、液状の被験試料中の所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について、図1〜図4を参照しながら説明する。本実施形態では、尿中の尿酸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。
図1は、本実施形態に係る電気化学センサユニットの分解斜視図である。図4は、本実施形態に係る電気化学センサユニットを図1の矢印A方向から見た側面図である。以下に説明するように、基材10とシート30は一部で接着されているが、図1と図4では便宜上これらを分離させて示している。また、配線11〜13は絶縁層Zに被覆されているが、図1と図2では便宜上これらを透視させて示している。また、図1では、本実施形態に係る電気化学センサユニットとは別体の計測機構80の斜視図も示している。また、図3(b)と図4では、接着剤Bと絶縁層Zとを省略して示している。
上述のセンサユニット100を用い、電気化学測定を行って尿酸濃度を測定する方法を説明する。
被験者は、センサユニット100を把持し、基材10を覆っているシート30の一部をめくって接続端子5を露出させ、センサユニット100を計測機構80に装着する。計測機構80は、プラスチック等から構成された箱状の筐体(ハウジング)75を備えている。筐体75の一面には、挿入口(スロット)Sが開設されており、挿入口S内に基材10の一端部(接続端子5が設けられた部分)を挿入するだけで、計測機構80と、センサユニット100が備える第1センサ電極20と、を電気的に接続できるように構成されている。このときの挿入長(挿入深さ)は、上述のストッパ構造4によって適正な長さ(深さ)に制限される。
被験者は計測機構80を把持し、被験試料である尿をシート30に付着させる。開口部50内に浸入して吸水紙40に吸収された尿は、吸水紙40を透過して第1センサ電極20の表面に到達する。第1センサ電極20の表面に到達した尿は、吸水紙40により第1センサ電極20に接触した状態で保持される。
第1センサ電極20に尿を接触させた状態で、電圧印加部から作用電極21と対向電極22との間に電圧を印加することで、作用電極21と対向電極22で酸化還元反応を生じさせる。酸化還元反応が生じることにより、作用電極21と対向電極22との間で電流が流れる。電位調整部により参照電極23に対する作用電極21の電位を特定の範囲で掃引し、それに応じて変化する電流値(応答電流値)を、電流測定部で測定する。
尿酸濃度算出部は、ステップ3における電流値と電位から電流−電位曲線(サイクリックボルタモグラム)を作成し、作成したサイクリックボルタモグラムからピーク電流値を取得し、取得したピーク電流値に基づいて尿酸濃度を算出する。ピーク電流値と尿酸濃度は相関するので、作成済みのピーク電流値と尿酸濃度の相対データに基づいて取得したピーク反応電流値から尿酸濃度を定量することができる。
本実施形態によれば、以下に述べる一つまたは複数の効果を奏する。
以下、本発明の第2実施形態として、液状の被験試料中の所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について、図5〜図8を参照しながら説明する。本実施形態では、複数種類の特定成分の濃度を測定する一例として、尿中の尿酸の濃度に加えてクレアチニンの濃度も三電極法により測定する電気化学センサユニットの構成を説明する。なお、以下では、第1実施形態と重複する内容については詳細な説明を省略し、主に第1実施形態と異なる点について説明する。
図5は、本実施形態に係る電気化学センサユニットの分解斜視図である。図8は、本実施形態に係る電気化学センサユニットを図5の矢印F方向から見た側面図である。配線11〜13と配線31、32、33とは絶縁層Zにより被覆されているが、図5と図6では、便宜上これらを透視させて示している。また、図7(b)、図8および図10、図11では、接着剤Bと絶縁層Zとを省略して示している。
上述のセンサユニット100を用い、電気化学測定を行って尿中の尿酸濃度とクレアチニン濃度とをそれぞれ測定する方法を説明する。なお、以下では、第1実施形態と重複する内容については詳細な説明を省略し、主に第1実施形態と異なる点について説明する。
第1実施形態のステップ1と同様に、被験者は、センサユニット100を把持し、基材10を覆っているシート30の一部をめくって接続端子5,6のそれぞれを露出させ、筐体に75に開設された挿入口S内に基材10の一端部(接続端子5,6が設けられた部分)を挿入する。これにより、計測機構80と、センサユニット100が備える第1センサ電極20および第2センサ電極25のそれぞれとを、電気的に接続することができる。
第1実施形態のステップ2と同様に、被験試料である尿をシート30に付着させる。開口部50内に浸入して吸水紙40に吸収された尿は、吸水紙40を透過して第1センサ電極20の表面に到達する。第1センサ電極20の表面に到達した尿は、吸水紙40により第1センサ電極20に接触した状態を保持している。また、第2開口部60に注入され第2吸水紙45に吸収された尿は、第2吸水紙45を透過して第2センサ電極25の表面に到達する。第2センサ電極25の表面に到達した尿は、第2吸水紙45により第2センサ電極25に接触した状態を保持している。
第1センサ電極20および第2センサ電極25のそれぞれに尿を接触させた状態で、電圧印加部から、作用電極21と対向電極22との間、および、作用電極41と対向電極42との間のそれぞれに所定の電圧を印加することで、作用電極21と対向電極22で酸化還元反応を生じさせるとともに、作用電極41と対向電極42で酸化還元反応を生じさせる。これらで酸化還元反応が生じることにより、作用電極21と対向電極22との間、および、作用電極41と対向電極42との間のそれぞれで電流が流れる。このとき、電位調整部により、参照電極23に対する作用電極21の電位、および、参照電極43に対する作用電極41の電位のそれぞれを特定の範囲で掃引し、それらに応じて変化する電流値(応答電流値)を電流測定部でそれぞれ測定する。
尿酸濃度算出部およびクレアチニン濃度算出部は、それぞれ、ステップ3における電流値と電位から電流−電位曲線(サイクリックボルタモグラム)を作成し、作成したサイクリックボルタモグラムからピーク電流値を取得し、取得したピーク電流値に基づいて尿酸濃度やクレアチニン濃度を算出する。ピーク電流値と各種物質の濃度とは相関するので、作成済みのピーク電流値と各種物質の濃度の相対データに基づいて取得したピーク反応電流値から尿酸濃度やクレアチニン濃度を定量することができる。
本実施形態によれば、以下に述べる一つまたは複数の効果を奏する。
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。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
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第1センサ電極と、
前記第1センサ電極を覆うように配置されたシートと、を備え、
前記シートは、液状の被験試料を保持する第1吸収領域を、前記第1センサ電極に対応する位置に有しており、
被験試料を前記シートに付着させると、前記第1吸収領域で被験試料が吸収され、前記第1センサ電極に被験試料が接触するように構成されている、
電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記シートには、被験試料を吸収しない非吸収領域が、前記第1吸収領域を囲むように設けられている、
付記1に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記基材は、前記第1センサ電極とは異なる第2センサ電極を、前記第1センサ電極が設けられた側の面上に有している、
付記2に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記シートは、液状の被験試料を保持する第2吸収領域を、前記第2センサ電極に対応する位置に有しており、
前記第1吸収領域と前記第2吸収領域との間は、前記非吸収領域によって互いに分離されている、
付記3に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記基材は、前記第1センサ電極と前記第2センサ電極との間に絶縁部を有しており、
前記第1センサ電極に付着した被験試料と、前記第2センサ電極に付着した被験試料とは、前記基材の主面上で前記絶縁部により分離される、
付記3または付記4に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
平面視において、前記絶縁部は、前記第1センサ電極と前記第2センサ電極とを結ぶ線分に交差するように配置され、その長さは、前記絶縁部に沿うこれらのセンサ電極の長さ以上である、
付記5に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
側面視において、前記基材から前記絶縁部の上端までの高さは、前記基材から前記第1センサ電極および前記第2センサ電極それぞれの上端までの高さ以上である、
付記5または付記6に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記絶縁部は、互いに向かい合う第1傾斜面と第2傾斜面とを有し、これらの傾斜面の交差部を頂点とする山型形状に形成されている、
付記5から付記7のいずれか1つに記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記絶縁部は、撥水材料で構成されている、
付記5から付記8のいずれか1つに記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記シートは、撥水紙と吸水紙とを有し、
前記撥水紙には、前記第1センサ電極および前記第2センサ電極に対応する位置に開口部がそれぞれ設けられており、
前記吸水紙は、前記第1センサ電極側および前記第2センサ電極側から前記開口部を塞ぐように、配置されている、
付記4から付記9のいずれか1つに記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記吸水紙は、被験試料を前記第1センサ電極および前記第2センサ電極の各表面へ供給しつつ、被験試料の前記開口部側への逆流を抑制するように構成されている、
付記10に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
1の前記吸水紙が吸収可能な被験試料の容量は、1の前記開口部の容積より大きい、
付記10または付記11に記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記吸水紙は、短冊形状に形成されており、前記開口部から離間した位置に塗布された接着剤を介して前記撥水紙に接着されている、
付記10から付記12のいずれか1つに記載の電気化学センサユニットが提供される。
好ましくは、
前記吸水紙は、前記撥水紙に設けられた挟持構造により挟持されることで、前記撥水紙に固定されている、
付記10から付記12のいずれか1つに記載の電気化学センサユニット。
好ましくは、
前記挟持構造は、撥水紙の一部を切り込んだ構造を備える切り込み部を有している、
付記14に記載の電気化学センサユニット。
好ましくは、
前記電気化学センサユニットは、前記被験試料を計測する計測機構に接続されて用いられ、
前記基材は、接続端子とストッパ構造とを有しており、
前記計測機構は、挿入口が開設された筐体を有しており、
前記接続端子を前記挿入口内に挿入すると、前記ストッパ構造が前記筐体に干渉することで前記基材の挿入長を制限するように構成されている、
付記1から付記15のいずれか1つに記載の電気化学センサユニット。
Claims (8)
- 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、
前記センサ電極を覆うように配置されるシートと、を備え、
前記シートは、前記センサ電極に対応する位置に開口部が設けられ、液状の被験試料を吸収しない撥水紙と、前記センサ電極側から前記開口部を塞ぐように配置され、液状の被験試料を吸収する吸水紙と、を有し、被験試料が付着した際、前記吸水紙に被験試料を吸収させて前記センサ電極の表面まで透過させることで被験試料を前記センサ電極に接触させるように構成されている電気化学センサユニット。 - 前記吸水紙は、被験試料を前記センサ電極の表面へ供給しつつ、被験試料の前記開口部側への逆流を抑制するように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。
- 前記吸水紙が吸収可能な被験試料の容量は、前記開口部の容積よりも大きい請求項2に記載の電気化学センサユニット。
- 前記吸水紙は、吸水性ポリマ粒子を含む請求項2または3に記載の電気化学センサユニット。
- 前記吸水紙は短冊形状に形成されており、前記開口部から離間した位置に塗布された接着剤を介して前記撥水紙に接着されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気化学センサユニット。
- 前記吸水紙は、前記撥水紙に設けられた挟持構造により挟持されることで、前記撥水紙に固定されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気化学センサユニット。
- 前記挟持構造は、撥水紙の一部を切り込んだ構造を備える切り込み部を有している請求項6に記載の電気化学センサユニット。
- 前記電気化学センサユニットは、前記被験試料を計測する計測機構に接続されて用いられ、
前記基材は、接続端子とストッパ構造とを有しており、
前記計測機構は、挿入口が開設された筐体を有しており、
前記接続端子を前記挿入口内に挿入すると、前記ストッパ構造が前記筐体に干渉することで前記基材の挿入長を制限するように構成されている、
請求項1〜7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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