JP6805070B2 - ヒドロキシ尿素の濃度測定装置及びヒドロキシ尿素の濃度測定方法 - Google Patents
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Description
本開示は、ヒドロキシ尿素の濃度測定装置及びヒドロキシ尿素の濃度測定方法に関する。
ヒドロキシ尿素は慢性骨髄性白血病などの骨髄増殖疾患の治療に用いられる薬物である。この薬物を投薬中の患者の血中におけるヒドロキシ尿素の濃度を知ることは、その投薬量の調整に非常に有益である。
ヒドロキシ尿素の濃度測定方法としては、比色測定法（例えば、非特許文献１参照）、液体クロマトグラフィー法（例えば、非特許文献２参照）、ガスクロマトグラフ質量分析計法（例えば、非特許文献３参照）などで測定されている。
Rev Eur Etud Clin Biol. 1971 Aug-Sep;16(7):679-683. Determination of hydroxyurea in mammalian tissues and blood. Fabricius E, Rajewsky F.
Journal of Chromatography, 1992 Dec 23;584(2):270-274. Determination by high-performance liquid chromatography of hydroxyurea in human plasma. Havard J, Grygiel J, Sampson D.
Journal of Chromatography B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2006 Feb 2;831(1-2):42-47. Epub 2005 Dec 27. Quantitative analysis of trimethylsilyl derivative of hydroxyurea in plasma by gas chromatography-mass spectrometry. James H, Nahavandi M, Wyche MQ, Taylor RE.
しかしながら、上記のヒドロキシ尿素の濃度測定方法では、測定装置に試料を導入する前に試料の前処理等が必要なため、測定結果が得られるまでに時間を要し即時検査が困難である。またその前処理には専門知識が必要であり、誰もが容易に測定することはできない。
本開示は、簡便にヒドロキシ尿素の濃度を測定できる濃度測定装置及びヒドロキシ尿素の濃度測定方法を提供することを課題とする。
本開示の一態様のヒドロキシ尿素の濃度測定装置は、試料を収容する収容槽と、前記試料を電気分解する電極と、前記電極を覆うヒドロキシ尿素透過膜と、を備える。
本開示の他の態様のヒドロキシ尿素の濃度測定方法は、試料を収容槽に導入する工程と、前記試料を、ヒドロキシ尿素透過膜を通じて電極に接触させる工程と、前記電極に電圧を印加して電流を測定する工程と、測定した前記電流に基づいて前記試料中のヒドロキシ尿素の濃度を算出する工程と、を有する。
本開示によれば、簡便にヒドロキシ尿素の濃度を測定できる濃度測定装置及びヒドロキシ尿素の濃度測定方法を提供することができる。
以下、本開示の一実施形態であるヒドロキシ尿素の濃度測定装置及びヒドロキシ尿素の濃度測定方法について説明する。
図１には、本実施形態のヒドロキシ尿素の濃度測定装置２０（以下、適宜「測定装置２０」と記載する。）の概略構成が示されている。測定装置２０は、試料調製部２２と測定部２４とを備えており、試料調製部２２において調整された試料を測定部２４において測定するように構成されている。
試料調製部２２は、濃度測定装置２０において検体から試料を調製するための部分である。この試料調製部２２は、ノズル２６、試薬ボトル２８及び調製槽３０を備えている。
ノズル２６は、試料調製部２２において調製槽３０に対して検体を供給する部材である。この検体としては、例えば、血液などの生化学的試料およびその希釈液が用いられる。なお、試料として血液を使用する場合には、全血および血漿あるいは血清のいずれを使用してもよい。
試薬ボトル２８は、試料調製部２２において検体を希釈し、あるいは調製槽３０を洗浄するための試薬を収容する部材である。この試薬ボトル２８は、配管３２を介して調製槽３０に接続されている。
配管３２の途中には、送液ポンプ３４が設けられている。この送液ポンプ３４の動力により、試薬ボトル２８の試薬が調製槽３０へ送られるように構成されている。試薬は、液中に電流を流しやすくするために電解質を含む。
配管３２の途中には、送液ポンプ３４が設けられている。この送液ポンプ３４の動力により、試薬ボトル２８の試薬が調製槽３０へ送られるように構成されている。試薬は、液中に電流を流しやすくするために電解質を含む。
試薬としては、例えば、緩衝液が用いられる。緩衝液としては、ヒドロキシ尿素の反応ｐＨを、目的とする範囲に調整できるものであれば特に限定されない。なお、ヒドロキシ尿素の反応ｐＨは、４〜１０に設定することが好ましく、さらに６〜８に設定することがより好ましい。また、ヒドロキシ尿素の反応ｐＨを、例えば、７に設定した場合、より好ましい結果が得られる。また、緩衝液として、例えば、リン酸塩類を使用してもよい。試薬における緩衝剤の濃度は、例えば、０．０００１Ｍ〜１．００００Ｍとされる。試薬としては、緩衝液の他、公知の溶血剤、アジド化合物などの防腐剤、あるいは塩化ナトリウムや塩化カリウムなどをさらに含有するものを使用してもよい。
調製槽３０は、槽内で試料を調製すための容器である。この調製槽３０には、ノズル２６から検体が供給されるように構成されている。また、調製槽３０には、試薬ボトル２８から試薬が供給されるように構成されている。この調製槽３０は、攪拌子３６を収容している。この攪拌子３６は、スターラ３８によって回転させられて調製槽３０内の検体と試薬とを混合する。
また、調製槽３０には、調製槽３０内の調製液を廃棄するためのドレイン用配管４０が接続されている。
また、調製槽３０は、配管４２を介して測定部２４の電極４４に接続されている。この配管４２の途中にはバルブ４６が設けられている。
このバルブ４６には、さらに、標準液タンク４８が接続されている。バルブ４６は、測定部２４の電極４４に対し、調製槽３０において調製された試料、試薬ボトル２８の試薬あるいは標準液タンク４８の標準液が供給される状態と供給されない状態とを選択できるように構成されている。
標準液としては、例えば、緩衝液に所定濃度のヒドロキシ尿素を添加した標準液もしくは高濃度標準液の希釈液（１０倍〜２００倍に希釈）を使用してもよい。
測定部２４は、電極４４、電源５０および電流値測定部５２を有している。
電極４４は、試料におけるヒドロキシ尿素との電子授受量に応じた電気的物理量を出力するものである。電極４４は、後述するヒドロキシ尿素透過膜５８を透過したヒドロキシ尿素を電気分解する。この電極４４は、本開示における収容槽の一例としての反応槽５３に取り付けられている。具体的には、電極４４は、略円柱状の本体部４４Ａと、本体部４４Ａよりも小径の先端部４４Ｂとを有しており、先端部４４Ｂが反応槽５３の周壁５３Ａに形成された貫通孔５３Ｂに挿入されて固定されている。
図３に示されるように、電極４４の先端部４４Ｂは、円柱状の陽極７０と、陽極７０の径方向外側に位置する円筒状の陰極７２と、陽極７０と陰極７２との間に配置される絶縁層７４と、陰極７２の外周を覆う樹脂層７６と、を含んで構成されている。なお、本実施形態では、電極４４の外面全体が樹脂層７６で形成されている。
また、陽極７０及び陰極７２の材質としては、例えば、金、白金、炭素、銀、ニッケルが挙げられる。なお、本実施形態では、陽極７０が白金で形成され、陰極７２が銀で形成されている。
また、電極４４の先端部４４Ｂには、図２及び図３に示されるように、カバー部材５４が着脱自在に装着されている。具体的には、カバー部材５４は、先端部４４Ｂが挿入される円環状のホルダ５６と、ホルダ５６の一端部（図２及び図３では右側の端部）に固定されたヒドロキシ尿素透過膜５８と、ヒドロキシ尿素透過膜５８に積層された外膜６０と、を備えている。これにより、容易にヒドロキシ尿素透過膜５８や外膜６０の交換を行うことができる。
カバー部材５４を電極４４の先端部４４Ｂに装着した状態では、図３に示されるように、先端面４４Ｃがヒドロキシ尿素透過膜５８に当接する。また、カバー部材５４の装着状態では、電極４４の先端部４４Ｂが覆われる。また、外膜６０は、ヒドロキシ尿素透過膜５８よりも外側に配置されている。試料は外膜６０及びヒドロキシ尿素透過膜５８を通じて、電極４４と接触するようになっている。
カバー部材５４を電極４４の先端部４４Ｂに装着した状態では、図３に示されるように、先端面４４Ｃがヒドロキシ尿素透過膜５８に当接する。また、カバー部材５４の装着状態では、電極４４の先端部４４Ｂが覆われる。また、外膜６０は、ヒドロキシ尿素透過膜５８よりも外側に配置されている。試料は外膜６０及びヒドロキシ尿素透過膜５８を通じて、電極４４と接触するようになっている。
ヒドロキシ尿素透過膜５８は、試料中のヒドロキシ尿素を選択的に透過可能な膜である。具体的には、ヒドロキシ尿素透過膜５８には、ヒドロキシ尿素が通過可能な孔径の貫通孔６２が形成されている。この貫通孔６２の孔径Ｄ１は、２オングストローム以上１０オングストローム以下に設定されている。なお、孔径Ｄ１は、４オングストローム以上６オングストローム以下に設定することがより好ましい。試料の性状や共存物質の種類に応じて、ヒドロキシ尿素透過膜５８および外膜６０の孔径のサイズは適宜決定することができる。
またヒドロキシ尿素透過膜５８の材質としては、例えば、酢酸セルロース、硝酸セルロース、セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールが挙げられる。
なお、本実施形態では、ヒドロキシ尿素透過膜５８の材質をセルロースアセテートとしている。
なお、本実施形態では、ヒドロキシ尿素透過膜５８の材質をセルロースアセテートとしている。
外膜６０は、ヒドロキシ尿素透過膜５８の外側に積層されている。この外膜６０には、ヒドロキシ尿素透過膜５８の貫通孔６２の孔径Ｄ１よりも大径の貫通孔６４が形成されている。この貫通孔６４の孔径Ｄ２は、５０オングストローム以上３００オングストローム以下に設定されている。このため、５０オングストローム以上のサイズの物質（例えば、タンパク質）を除去できるため、ヒドロキシ尿素透過膜５８の貫通孔６２の目詰まりを抑制することができる。試料の性状や共存物質の種類に応じて、外膜６０の孔径のサイズは適宜決定することができる。
外膜６０の材質としては、ヒドロキシ尿素透過膜５８と同様のものを用いてもよい。なお、本実施形態では、外膜６０の材質をポリカーボネートとしている。
図１に示されるように、電源５０は、電極４４に対して電圧を印加するためのものである。電源５０としては、例えば、直流電源を用いてもよい。また、電極４４に対する印加電圧は、０．１Ｖ〜１．２Ｖに設定することが好ましく、さらに０．４Ｖ〜０．９Ｖに設定することがより好ましい。また、印加電圧を、例えば、０．６５Ｖに設定した場合、より好ましい結果が得られる。
電流値測定部５２は、電極４４の陽極７０と陰極７２との間に一定の電圧を印加したときの電流値を測定するためのものである。電流値測定部５２における電流値の測定は、断続的に行なわれ、その測定間隔は、例えば、５０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃとされる。
図５に示されるように、測定装置２０は、制御部６６および演算部６８をさらに備えている。
制御部６６は、各部の動作を制御するためのものである。より具体的には、制御部６６は、ノズル２６、送液ポンプ３４、スターラ３８およびバルブ４６などの動作を制御する。この制御部６６はさらに、測定部２４の動作をも制御する。より具体的には、制御部６６は、電源５０を制御して電極４４に電圧が印加される状態と印加されない状態とを選択し、電流値測定部５２を制御して、電流値を測定するタイミングを制御する。電流値測定部５２は、例えば、５０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃの間隔で繰り返し電流値を測定するように制御部６６によって測定動作が制御される。
一方、演算部６８は、電流値測定部５２における測定結果に基づいて、検体中のヒドロキシ尿素の濃度を演算するためのものである。この演算部６８は、演算に必要なプログラムや電流値とヒドロキシ尿素の濃度との相関を示す検量線を記憶したものであり、その動作は制御部６６によって制御される。電流測定は、５秒〜２０秒程度行い、その後ヒドロキシ尿素の濃度が算出される。洗浄、試料の反応槽への導入、電流測定、洗浄などの一連のステップは２０秒〜３０秒で完了し、短時間でヒドロキシ尿素の濃度測定を行うことができる。
次に、測定装置２０の動作と共に測定装置２０を用いたヒドロキシ尿素の濃度測定方法について図７を参照しながら説明する。
測定装置２０では、反応槽５３に対して、試薬、調製液、試薬、標準液が繰り返し供給（導入）される。すなわち、測定装置２０では、試薬による洗浄、調製液によるヒドロキシ尿素の濃度測定、試薬による洗浄、標準液による電極４４の感度のモニタが繰り返し行なわれる。
試薬による洗浄は、試薬ボトル２８の試薬を、調製槽３０を介して反応槽５３に供給することにより行なわれる。
ヒドロキシ尿素の濃度測定は、図７に示されるように、まず、調製槽３０に対して全血などの検体および試薬を供給・混合して試料を調整し（調整ステップＳ２）、調製された試料を反応槽５３に導入し（導入ステップＳ４）、ヒドロキシ尿素透過膜５８を通じて電極４４に接触させ（接触ステップＳ６）、電極４４からの出力を検出（電流を測定）し（測定ステップＳ８）、その後、測定した電流値に基づいて試料中のヒドロキシ尿素の濃度を演算（算出）する（算出ステップＳ１０）、ことにより行なわれる。
調製槽３０に対する検体の供給は、ノズル２６を用いて行なわれ、その供給量は、例えば、全血を用いる場合には４μＬ〜５０μＬに設定される。一方、調製槽３０に対する試薬の供給は、送液ポンプ３４を利用して行なわれ、その供給量は、例えば、全血量の１００倍程度とされる。検体と試薬との混合は、スターラ３８によって攪拌子３６を回転させることにより行なわれる。
図４に示されるように、電極４４では、ヒドロキシ尿素が外膜６０を透過、すなわち貫通孔６４を通過し、その後、ヒドロキシ尿素透過膜５８を透過、すなわち貫通孔６２を通過して電極４４に供与される。すなわち、試料中のヒドロキシ尿素が電極４４と接触する。電極４４では、電源５０によって印加された電圧でヒドロキシ尿素が電気分解され、陽極７０あるいは陰極７２との間で電子授受が行われる。このとき、陽極７０あるいは陰極７２との電子授受によって陽極７０と陰極７２の間に電流が流れ、そのときの電流（測定用出力）が電流値測定部５２において測定される。
標準液による電極４４の感度のモニタは、電源５０により電極４４に電圧を印加した状態で、標準液タンク４８の標準液を反応槽５３に供給するとともに、そのときの電流（補正用出力）を電流値測定部５２において測定することにより行なわれる。
また、演算部６８では、反応槽５３に試料を供給したときの電極４４での測定用出力に加えて、反応槽５３に標準液を供給したときの電極４４での補正用出力を用いて、ヒドロキシ尿素の濃度が演算（算出）される。
また、演算部６８では、反応槽５３に試料を供給したときの電極４４での測定用出力に加えて、反応槽５３に標準液を供給したときの電極４４での補正用出力を用いて、ヒドロキシ尿素の濃度が演算（算出）される。
また、測定装置２０では、ヒドロキシ尿素を測定するために、標準液を用いて電極４４の感度がモニタされており、そのモニタ結果がヒドロキシ尿素の濃度演算に反映されている。
次に本実施形態の作用効果について説明する。
測定装置２０では、前述のように、電極４４の先端部４４Ｂをヒドロキシ尿素透過膜５８が覆っている。このため、ヒドロキシ尿素は、ヒドロキシ尿素透過膜５８を透過できるが、孔径Ｄ１よりもサイズの大きい物質は透過できない。このため、測定装置２０では、孔径Ｄ１よりも大きいサイズの物質が電極４４の先端面４４Ｃに接することを抑制できる。なお、ヒドロキシ尿素は、ヒドロキシ尿素透過膜５８を透過し、電極４４の先端面４４Ｃに接して電気分解される。このことから、測定装置２０は、従来からのヒドロキシ尿素の濃度測定方法に対し、簡便にヒドロキシ尿素の濃度を測定することができる。すなわち、調整槽３０に試料を導入する前に、特別な前処理を行わなくてもヒドロキシ尿素の濃度を測定することができる。これにより、測定装置２０は、従来からのヒドロキシ尿素の濃度測定方法を採用した濃度測定装置と比べて、より速くヒドロキシ尿素の濃度を測定することができる。
測定装置２０では、前述のように、電極４４の先端部４４Ｂをヒドロキシ尿素透過膜５８が覆っている。このため、ヒドロキシ尿素は、ヒドロキシ尿素透過膜５８を透過できるが、孔径Ｄ１よりもサイズの大きい物質は透過できない。このため、測定装置２０では、孔径Ｄ１よりも大きいサイズの物質が電極４４の先端面４４Ｃに接することを抑制できる。なお、ヒドロキシ尿素は、ヒドロキシ尿素透過膜５８を透過し、電極４４の先端面４４Ｃに接して電気分解される。このことから、測定装置２０は、従来からのヒドロキシ尿素の濃度測定方法に対し、簡便にヒドロキシ尿素の濃度を測定することができる。すなわち、調整槽３０に試料を導入する前に、特別な前処理を行わなくてもヒドロキシ尿素の濃度を測定することができる。これにより、測定装置２０は、従来からのヒドロキシ尿素の濃度測定方法を採用した濃度測定装置と比べて、より速くヒドロキシ尿素の濃度を測定することができる。
特に、ヒドロキシ尿素透過膜５８の貫通孔６２の孔径Ｄ１を４オングストローム以上６オングストローム以下としているため、例えば、試料中のアスコルビン酸、尿酸などの測定結果に影響を与える物質の透過を抑制できる。これにより、ヒドロキシ尿素の濃度測定の精度が向上する。
また、測定装置２０では、ヒドロキシ尿素透過膜５８の貫通孔６２の孔径Ｄ１よりも大径の貫通孔６４が形成された外膜６０をヒドロキシ尿素透過膜５８の外側に積層している。このため、例えば、貫通孔６４の孔径Ｄ２よりも大きい物質を外膜６０で除去することができる。特に、貫通孔６４の孔径Ｄ２は、５０オングストローム以上３００オングストローム以下に設定されているため、例えば、タンパク質などの物質を外膜６０で除去することができ、ヒドロキシ尿素透過膜５８の貫通孔６２の目詰まりを抑制することができる。
また、ヒドロキシ尿素透過膜５８をカバー部材５４に設けていることから、例えば、ヒドロキシ尿素透過膜５８に目詰まりが生じた際の交換作業が簡単になる。
前述の実施形態では、ヒドロキシ尿素透過膜５８の外側に外膜６０を積層する構成としているが、本開示はこの構成に限定されない。例えば、ヒドロキシ尿素透過膜５８の外側に外膜６０を積層しない、すなわち、カバー部材５４にヒドロキシ尿素透過膜５８のみを設ける構成としてもよい。また、ヒドロキシ尿素透過膜５８及び／または外膜６０は、カバー部材５４に設け、着脱が容易な構成しているが、それ以外の構成でもよい。例えば、電極４４もしくは反応槽５３に一体的に形成されていてもよい。
また、本開示は上述の実施の形態には限定されず、種々に変更可能である。例えば、電極４４を調製槽３０の周壁に取り付けた構成とし、バッチ式でヒドロキシ尿素の濃度を測定する構成としてもよい。また、調製槽を省略して、試薬ボトル２８の試薬を電極４４に連続的に供給するとともに、配管途中にインジェクションバルブを設けて、そのインジェクションバルブから検体や試料を注入するような構成としてもよい。
次に、本開示の実施例について説明する。なお、本開示は、下記の実施例により制限されない。
（実施例）
本開示の濃度測定装置により、ヒドロキシ尿素の濃度を測定できることを確認した。
本開示の濃度測定装置により、ヒドロキシ尿素の濃度を測定できることを確認した。
＜濃度測定装置＞
前述の実施形態の濃度測定装置を準備した。
また、ヒドロキシ尿素の反応ｐＨを７、印加電圧を０．６５Ｖに設定した。
このときの生食試料中におけるヒドロキシ尿素の濃度（２ｍｇ／ｄＬ〜２０ｍｇ／ｄＬ）と電流値（測定値）を図６に示す。
前述の実施形態の濃度測定装置を準備した。
また、ヒドロキシ尿素の反応ｐＨを７、印加電圧を０．６５Ｖに設定した。
このときの生食試料中におけるヒドロキシ尿素の濃度（２ｍｇ／ｄＬ〜２０ｍｇ／ｄＬ）と電流値（測定値）を図６に示す。
図６に示されるように、ヒドロキシ尿素の濃度が増すことで、電流値が上昇することから、本開示の濃度測定装置では、ヒドロキシ尿素の濃度を精度よく測定できることが分かる。
２０ 測定装置
４４ 電極
４４Ｂ 先端部
５３ 反応槽（収容槽）
５４ カバー部材
５８ ヒドロキシ尿素透過膜
６０ 外膜
６２ 貫通孔
６４ 貫通孔
７０ 陽極
７２ 陰極
Ｄ１ 孔径
Ｓ４ 導入ステップ（導入する工程）
Ｓ６ 接触ステップ（接触させる工程）
Ｓ８ 測定ステップ（測定する工程）
Ｓ１０ 算出ステップ（算出する工程）
４４ 電極
４４Ｂ 先端部
５３ 反応槽（収容槽）
５４ カバー部材
５８ ヒドロキシ尿素透過膜
６０ 外膜
６２ 貫通孔
６４ 貫通孔
７０ 陽極
７２ 陰極
Ｄ１ 孔径
Ｓ４ 導入ステップ（導入する工程）
Ｓ６ 接触ステップ（接触させる工程）
Ｓ８ 測定ステップ（測定する工程）
Ｓ１０ 算出ステップ（算出する工程）
Claims (7)
- 試料を収容する収容槽と、
前記試料を電気分解する電極と、
前記電極を覆うヒドロキシ尿素透過膜と、
を備えるヒドロキシ尿素の濃度測定装置。 - 前記ヒドロキシ尿素透過膜に形成された貫通孔の孔径が、２オングストローム以上１０オングストローム以下である、請求項１に記載のヒドロキシ尿素の濃度測定装置。
- 前記ヒドロキシ尿素透過膜に形成された貫通孔の孔径が、４オングストローム以上６オングストローム以下である、請求項１又は請求項２に記載のヒドロキシ尿素の濃度測定装置。
- 前記ヒドロキシ尿素透過膜は、前記電極の先端部に着脱可能に装着されるカバー部材に設けられている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のヒドロキシ尿素の濃度測定装置。
- 前記ヒドロキシ尿素透過膜の外側に積層され、前記ヒドロキシ尿素透過膜に形成された貫通孔の孔径よりも大径の貫通孔が形成された外膜をさらに備える、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のヒドロキシ尿素の濃度測定装置。
- 前記電極を構成する陽極が白金で形成され、陰極が銀で形成されている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のヒドロキシ尿素の濃度測定装置。
- 試料を収容槽に導入する工程と、
前記試料を、ヒドロキシ尿素透過膜を通じて電極に接触させる工程と、
前記電極に電圧を印加して電流を測定する工程と、
測定した前記電流に基づいて前記試料中のヒドロキシ尿素の濃度を算出する工程と、
を有するヒドロキシ尿素の濃度測定方法。
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