JP7246752B2 - 測定装置、及び、評価方法 - Google Patents
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Description
そのため、例えば、特許文献2には、内視鏡の洗浄レベルを確実に確保し、十分な消毒効果を得ることを可能にすることを目的とする、内視鏡洗浄管理システム及び内視鏡洗浄管理方法が提案されている。
内視鏡等の医療機器に関しては、洗浄効果の確認方法として、従来、培養法、ATP(アデノシン三リン酸)測定法等が知られているが、培養法の場合、結果を得るまでに多くの時間と手間を要する。また、特許文献2において好ましいとされるATP測定法では、有機物(生物学的物質)全般が検出対象であるため、病原微生物の存在を評価することは困難であった。さらに、内視鏡等の医療機器の洗浄効果を高めるために、依然として、洗浄装置、洗浄治具、洗浄用ブラシ等について、様々な改良の試みがなされている(例えば、特開2015-150224号公報、特開2015-177914号公報、特開2018-130473号公報、特開2017-202128号公報等参照)が、これらの技術を適用した洗浄処理の効果の確認方法として、病原微生物の存在を評価することができる手法の開発が望まれていた。
また、本発明は、医療機器等、ヒトを含む動物の感染症を引き起こす微生物が存在する可能性のある対象物における病原微生物の存在を簡便に検知することができる測定装置を提供することを課題とする。また、本発明は、医療機器の清浄度の評価方法を提供することも課題とする。
[2] 上記バイオセンサは、第1基板と、上記第1基板上に配置された上記固体電解質とを有する固体電極付き基板、及び、第2基板と、上記第2基板上に配置された少なくとも2つの上記電極と、を有する電極付き基板を、上記固体電解質と上記電極とが接触するよう積層された積層体である、[1]に記載の測定装置。
[3] 上記固体電解質がヒドロゲルである、[1]又は[2]に記載の測定装置。
[4] 上記電極の間の最短距離が、50nm~10μmである、[1]~[3]のいずれかに記載の測定装置。
[5] 上記電極の少なくとも1つが、くし歯形状を有するくし型電極である、[1]~[4]のいずれかに記載の測定装置。
[6] 上記微生物に起因する情報が、上記微生物を原因とする植物における病害の発生リスクを評価するための情報である、[1]~[5]のいずれかに記載の測定装置。
[7] 上記生物粒子が、フィトフトラ属菌、ボトリチス属菌、プラスモパラ属菌、スファエロテカ属菌、アルテルナリア属菌、ウロミセス属菌、ウスチラゴ属菌、ファコプソラ属菌、バークホルデリア属菌、キサントモナス属菌、キシレラ属菌、シュードモナス属菌、エルウィニア属菌、ストレプトマイセス属菌、柑橘類におけるカンジダツス・リベリバクテル属菌、及び、イチゴにおけるカンジダツス・フロモバクター属菌からなる群より選択される少なくとも1種の微生物に由来する、[1]~[6]のいずれかに記載の測定装置。
[8] 上記植物における病害が、うどんこ病、さび病、斑点病、萎凋病、根及び茎の病害、穂の病害、果実の腐敗、苗立ち枯れ性の病害、こぶ病、天狗巣病、及び、縮葉病からなる群より選択される少なくとも1種である、[6]又は[7]に記載の測定装置。
[9] 上記記微生物に起因する情報が、医療機器の清浄度を評価するための情報である、[1]~[5]のいずれかに記載の測定装置。
[10] 上記医療機器が内視鏡である、[9]に記載の測定装置。
[11] 固体電解質を検査対象物と接触させ、上記検査対象物が有する微生物、及び、上記微生物に由来する粒子からなる群より選択される少なくとも1種の生物粒子を上記固体電解質に捕捉する工程と、基板と、基板上に配置されたすくなくとも2つの電極とを有する電極付き基板を準備し、接触後の上記固体電解質を上記電極のいずれとも接触するように、上記電極付き基板上に配置し、バイオセンサを形成する工程と、上記電極の間に電圧を印加し、得られる電流値を測定する工程と、
上記電流値と、予め記憶された電流値と上記生物粒子の存否、上記微生物の増殖状態、及び、上記微生物の病原性の発現の有無からなる群より選択される少なくとも1種の要因とを定義した基準値と、を比較することにより、上記微生物に起因する情報を得る工程と、を有する評価方法。
[12] 上記微生物に起因する情報が、上記微生物を原因とする植物における病害の発生リスクを評価するための情報である、[11]に記載の評価方法。
[13] 上記微生物に起因する情報が、医療機器の清浄度を評価するための情報である、[11]に記載の評価方法。
[14] 上記医療機器が内視鏡である、[13]に記載の評価方法。
[15] 複数の区画に区分けされた農作地において、上記区画ごとに配置された、[1]~[8]のいずれかに記載の測定装置と、上記測定装置との遠隔通信接続により、微生物を原因とする検査対象物における病害の発生リスクを評価するための情報を上記測定装置から取得する端末と、を有する農作地管理システムであって、上記区画ごとの上記情報を、上記端末に表示可能に構成してなる、農作地管理システム。
また、本発明の別の側面によれば、医療機器等、ヒトを含む動物の感染症を引き起こす微生物が存在する可能性のある対象物における病原微生物の存在を簡便に検知することができる測定装置が提供できる。また、医療機器の清浄度の評価方法も提供できる。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に制限されるものではない。特に、検査対象物が植物(より具体的には、植物の器官)である態様についての説明は、検査対象物が医療機器(より具体的には、内視鏡)である態様についても同様に当てはまり、その逆もまた然りである。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本発明の実施形態に係る測定装置は、検査対象物と接触させ、上記検査対象物が有する微生物、及び、上記微生物に由来する粒子からなる群より選択される少なくとも1種の生物粒子を捕捉するための固体電解質と、少なくとも2つの電極とを有し、上記固体電解質と上記電極とが接触するよう配置されたバイオセンサの、上記電極の間に電圧を印加するための電圧印加部と、上記電圧が印加された際に、上記電極の間に流れる電流値を測定するための検出部と、予め記憶された電流値と前記生物粒子の存否、前記微生物の増殖状態、及び、前記微生物の病原性の発現の有無からなる群より選択される少なくとも1種の要因とを定義した基準値と、上記電流値とを比較することにより、上記微生物に起因する情報を提供するための演算部と、を有する測定装置である。以下では、本発明の実施形態に係る測定装置の一例の構成を、図を用いて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る測定装置において使用することができるバイオセンサの分解斜視図である。図1に示すように、バイオセンサ100は、第1基板101と、第1基板上に配置され後述する電極に接触するように配置された固体電解質102(図1においては、第1基板101の裏側主面に配置されている)と、を有する固体電解質付き基板103;スペーサ104;第2基板105と、第2基板105上に配置された第1電極106と、第2電極107と、を有する電極付き基板108;とを有している。
さらに、後述するように、固体電解質102が、電子源となる物質、及び/又は、電子伝達物質等を含有する態様では、固体電解質は、電極付き基板の第2基板上に配置された第1電極及び第2電極に接触するように配置されてもよい。すなわち、この形態では、バイオセンサは、スペーサ及び第1基板を有しない構成であり、そのようなバイオセンサであっても、本発明の実施形態に係る測定装置に適用可能である。
なお、本明細書において、絶縁体としては、電気抵抗率が106(Ω・m)以上である物質が好ましい。
無機材料としては特に制限されないが、ガラス等が挙げられる。
第1電極106及び第2電極107は、固体電解質上に捕捉された生物粒子を電気化学的に検知するための電極であり、公知の電極材料を使用でき、例えば、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、及び、パラジウム(Pd)等の金属材料等であればよい。
なお、図2においては、第1電極106が4本のくし歯を有し、第2電極107が3本のくし歯を有しているが、上記に制限されず、くし歯の本数は適宜選択可能である。
上記2つの電極によれば、第1電極106と第2電極107との最短の距離に応じたサイズの生物粒子が検出可能である。具体的には、図2の形態においては、W1とW2のより小さい方の距離以上のサイズを有する生物粒子が検出可能である。
なお、両電極間の最短の距離としては特に制限されないが、一般に50nm~10μmが好ましい。
検出対象の生物粒子としては、特に制限されないが、検査対象物が植物である場合、フィトフトラ属菌、ボトリチス属菌、プラスモパラ属菌、スファエロテカ属菌、アルテルナリア属菌、ウロミセス属菌、ウスチラゴ属菌、ファコプソラ属菌、バークホルデリア属菌、キサントモナス属菌、キシレラ属菌、シュードモナス属菌、エルウィニア属菌、ストレプトマイセス属菌、柑橘類におけるカンジダツス・リベリバクテル属菌、及び、イチゴにおけるカンジダツス・フロモバクター属菌からなる群より選択される少なくとも1種の微生物、及び/又は、これらの微生物に由来する粒子が好ましい。
このとき、第1電極106と第2電極107との最短の距離が上記範囲内であると、電位差のある両電極間を、電子伝達機能を有する生物粒子がブリッジすることにより、両電極間に電流が流れる。つまり、上記電流値を測定することにより、即時にそれらの生物粒子を検出することができる。
具体的には、50mVの電位差のある電極間を、上記の生物粒子の1個がブリッジすることで、100pA程度の電流値が測定できると推測される。
一方で、このとき固体電解質上に一般的な細菌が存在していたとしても、細菌のサイズは一般に上記電極間の距離より十分に小さく、結果として細菌は電極間をブリッジできないため、シグナルとしては検出されない。電極間の最短距離を検出対象の生物粒子のサイズに合わせて調整することにより、検出対象の生物粒子を特異的に検出することが可能である。
なお、本発明の実施形態に係る測定装置において使用される二電極式のバイオセンサとしては、第1電極、及び、第2電極からなる群より選択される少なくとも1つがくし形電極であることが好ましい。2つの電極の少なくとも1つがくし形電極であると、より大きな電流値が得られやすく、結果として、より迅速に、及び/又は、より正確に測定が可能である。
第1基板101の材料としては特に制限されないが、絶縁体が好ましく、第1基板の材質としては、例えば、有機材料、及び、無機材料等が挙げられる。有機材料としては、紙、及び、高分子等が挙げられる。無機材料としては、ガラス等が挙げられる。
なお、第1基板の厚みとしては特に制限されず、適宜選択可能であるが、取り扱いが容易である観点から、典型的には0.1μm~10mmが好ましい。
検査対象物としては特に制限されず、例えば、植物における病害の防除において必要な媒体、及び、ヒトを含む動物における微生物による感染症の予防において必要な媒体等を検査対象物とすることができる。
検査対象物としては、例えば、植物の器官(例えば、葉、茎、花弁、及び、根等)、植物の生育環境中の土壌、空気(例えば、露地圃場、及び/又は、ハウス圃場の大気)、及び、水(散水用の水、及び、エアロゾル等)等が挙げられる。
また、検査対象物としては、例えば、医療機器が挙げられ、より具体的には、医療機器の構成部材であって、使用中に被検体の生体粘膜等に触れるもの等が挙げられる。例えば、内視鏡の場合、被検体内に挿入される挿入部(先端部、湾曲部、受動湾曲部、可撓管部等)、上記挿入部に接続された操作部(アングルノブ、送気/送水用シリンダ、送気/送水ボタン等)、上記操作部から延びるユニバーサルコードの先端に接続された内視鏡コネクタ(送水管、副送水口金等)、並びに、これらの部材の洗浄用ブラシ、及び、洗浄/消毒廃液等が挙げられる。なお、内視鏡の構成部材及び構造等については公知であるが、必要であれば、特開2018-130473号公報等を参照されたい。
固体電解質102を検査対象物と接触させる方法としては特に制限されず、検査対象物の形態に応じて適宜選択すればよい。
上記ヒドロゲルは、より優れたイオン電導性を有する点で、硫酸塩等を含有していてもよい。
また、固体電解質は、検出対象の生物粒子が有する電子伝達機能を補助又は促進する目的で、電子源となる物質、及び/又は、電子伝達物質等を含有してもよい。電子源となる物質としては、有機化合物が好ましく、例えば、グルコース、酢酸、及び、乳酸等が挙げられる。電子伝達物質としては、例えば、リボフラビン等が挙げられる。
以下では、検査対象物が植物の器官である場合を例に、固体電解質との接触方法について説明する。
図4は、固体電解質を植物の器官と接触させる様子を表す模式図である。植物400の葉401に、固体電解質102を接触させる。固体電解質102を葉401に接触させる方法としては特に制限されず、葉401の表面の少なくとも1か所に固体電解質102を接触させればよい。上記の様にすることで、固体電解質102上には、葉401上に存在する生物粒子の少なくとも一部が捕捉される。
本発明の実施形態に係る測定装置における検査対象物とする植物は特に制限されず、例えば、野菜、穀物、果物、及び、藻類等が挙げられる。
なお、図5は、固体電解質付き基板103と、電極付き基板108とを、スペーサ104を介して接合して形成されたバイオセンサ100の斜視図を示している。バイオセンサ100においては、電極付き基板108の2つの電極と、固体電解質付き基板103の固体電解質とが接触している。
言い換えれば、バイオセンサは、第1基板と、第1基板上に配置された固体電解質とを有する固体電極付き基板、及び、第2基板と、第2基板上に配置された2つの電極と、を有する電極付き基板を、固体電解質と2つ以上の電極とが接触するよう積層された積層体である。
上記の様な構成を有するバイオセンサを使用して、植物における病害の発生リスクを評価するための情報、又は、後述するように医療機器の清浄度を評価するための情報を得るというアプローチは、同様の検査対象物に対する従来の生化学的アプローチとは全く異なり、電気化学測定をベースとした物理化学的手法を駆使するものであり、同種のバイオセンサの用途の点からも、微生物が有する電子伝達機能を利用した全く新しいアプローチであると言える。
本体600は、本発明の実施形態に係る測定装置の所定の動作(例えば、電圧の印加、及び、外部との通信等)に必要なCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等の電子部品が搭載された回路基板を有している。
複数の操作ボタン603は、各種の設定(測定条件の設定、及び、試料のID入力等)、測定の開始、測定の終了等の動作を行うために使用される。複数の操作ボタン603は、接触式のタッチパネルであってもよい。その場合、ディスプレイ602と、操作ボタン603とが一体化されていてもよい。
図7及び図8に示すように、バイオセンサ100がセンサ挿入口604に挿入されると、バイオセンサの電極とコネクタ801とが電気的に接続される。
また、挿入されたバイオセンサ100は、プレート802と、プレート802に接続された伸縮ロッド803と、シリンダ804とからなる電動シリンダ(アクチュエータ)によって押圧されて、固体電解質102と電極とが密着する。本発明の実施形態に係る測定装置は、内部に上記電動シリンダを有し、バイオセンサにおける固体電解質と電極とが所定の圧力で押圧され密着するため、測定条件をバイオセンサ毎に均一にしやすく、結果として測定結果のばらつきがより少なくなりやすい。
制御コンピュータ918は、ハードウェア的には、CPU(中央演算処理装置)のようなプロセッサと、メモリ(RAM(Random Access Memory)、及び、ROM(Read Only Memory))等の記録媒体と、通信ユニットを含んでおり、プロセッサが記録媒体に記憶されたプログラムをRAMにロードして実行することによって、出力部910、制御部912、演算部913及び検出部914を備えた装置として機能する。なお、制御コンピュータ918は、更に半導体メモリ(例えば、フラッシュメモリ)、及び、ハードディスク等のような、補助記憶装置を有していてもよい。
この基準値は、生物粒子の存否、微生物の増殖状態、及び、微生物の病原性の発現の有無からなる群より選択される少なくとも1種の要因と電流値とを定義したものである。
図10における基準値は、所定の測定時間における電流値の大きさであり、固体電解質上における検出対象の生物粒子(検出対象は、2つの電極間の距離によって選択される)の存在の有無、及び、病原性の発現状況との関連で機械学習等により予め定められた基準値ICAとして記憶されている。
なお、出力内容としては、例えば、I1とICAの差の値そのものであってもよいし、差の値、及び、植物における病害の発生の可能性に関する情報の両方であってもよい。また、I1及び/又はI1とICAとの差の値は、植物における病害の発生リスク評価マーカとして利用可能である。
ここで、試料D3について測定したところ、掃引電圧に対して検出された電流値の最大値I3であった場合、演算部は、この値を基準値ICBと比較し、検査対象物である植物において所定の病害が発生している可能性がある旨の出力を行う。
なお、出力内容としては、例えば、I3とICBの差の値そのものであってもよいし、差の値、及び、植物における病害の発生の可能性に関する情報の両方であってもよい。I3及び/又はI3とICBとの差の値は、植物における病害の発生リスク評価マーカとして利用可能である。
制御コンピュータ918のCPU(制御部912)は、測定の開始指示を受け付けると、ポテンショスタット919を制御して、2電極間に所定の電圧を印加し、又は、掃引電圧を印加し、応答電流の測定を開始する(ステップS01)。なお、測定装置へのバイオセンサ917の装着の検知を、測定開始指示としてもよい。なお、制御部は、測定開始前に電動シリンダを制御して固体電解質と電極とを接触させてもよい。
基板と、基板上に配置された少なくとも2つの電極とを有する電極付き基板を準備し、接触後の固体電解質を電極のいずれとも接触するように、電極付き基板上に配置し、バイオセンサを形成する工程(工程B)と、
電極の間に電圧を印加し、得られる電流値を測定する工程(工程C)と、
電流値と、予め記憶された電流値と生物粒子の存否、微生物の増殖状態、及び、微生物の病原性の発現の有無からなる群より選択される少なくとも1種の要因とを定義した基準値と、を比較することにより、微生物を原因とする病害の発生リスクを評価するための情報を得る工程(工程D)と、を有する評価方法である。
工程Aは、例えば、植物が生育している環境にすでに説明した固体電解質付き基板を持ち込み、実施することができる。
更に、工程Bにおいて使用する電極付き基板における電極間の最短距離を調整することで、目的の生物粒子を検出できる。電極付き基板は使い捨てとすることができ、電極間の最短距離を変えて測定すれば、複数種類(複数の微生物に由来する)生物粒子を検出可能である。
また、工程C及び工程Dは、形成したバイオセンサをすでに説明した本体に挿入し、ディスプレイに表示される指示に従って操作ボタンを操作することによって実施されるため、本体を持ち込めば、工程Aを実施した場所においてそのまま実施することもでき、また、特殊な前処理、機器操作を必要としないため、専門知識がないオペレータであっても簡単に病害の発生リスクを評価するための情報を得ることができる。
検査対象物が植物の器官である形態に関し、本発明の第2実施形態に係る測定装置は、植物の器官と接触させ、上記器官の少なくとも表面上の生物粒子を捕捉するための固体電解質と、2つの電極と、更に上記2つの電極とは異なる第3電極と、を有し、固体電解質と、上記2つの電極及び上記第3電極とが接触するよう配置されたバイオセンサの、上記2つの電極の間に電圧を印加するための電圧印加部と、
上記電圧が印加された際に、上記2つの電極の間に流れる電流値を測定するための検出部と、
上記電流値と、予め記憶された電流値と病害の発生リスクとを定義した基準値と、を比較することにより、上記植物における病害の発生リスクを判断するための情報を提供するための演算部と、を有する測定装置である。
図13は、上記バイオセンサが有する電極付き基板の斜視図を表す。電極付き基板1300は、第2基板105上に形成された第1電極106と第2電極107を有する。これらの形態はすでに説明したバイオセンサと同様である。
また、上記のように構成することにより、インピーダンス測定を行うこともでき、固体電解質上の微生物の総数に係る情報を得ることもできる。
本発明の実施形態に係る農作地管理システムは、複数の区画に区分けされた農作地において、上記区画ごとに配置された上記測定装置と、上記測定装置との遠隔通信接続により、微生物を原因とする検査対象物における病害の発生リスクを評価するための情報を前記測定装置から取得する端末と、を有する農作地管理システムであって、上記区画ごとの上記情報を、上記端末に表示可能に構成してなる、農作地管理システムである。
上記農作地管理システムによれば、各区画の検査対象物における病害の発生リスクを評価するための情報が得られる。これにより、オペレータは区画ごとに農薬散布計画の作成、及び、区画ごとの農作物の滅却の判断等を行うことができる。
以下、本発明の実施形態に係る農作地管理システムを図面を参照しつつ説明する。
この際、測定装置におけるバイオセンサは、測定の都度オペレータが交換してもよいし、装置外のアクチュエータ機構により、連続的、又は、断続的に固体電解質と電極とを着脱させ、連続的、又は、断続的に検査対象物を固体電解質、及び/又は、電極上に取得して自動測定するように構成してもよい。
本発明の実施形態に係る農作地管理システム1400において、端末1404は、入出力用のタッチパネルディスプレーを備える通信機能付きの携帯型情報端末であるが、上記に制限されない。
以下では、検査対象物が医療機器である場合について説明する。なお、以下に説明のない事項は、上記の実施形態、及び、検査対象物が植物の器官である態様について説明した事項と同様である。
チューブ1500は、内視鏡の使用後、洗浄液によって洗浄される。洗浄後、チューブ本体1501、及び/又は、継手部1502の外面に、固体電解質を接触させる。また、チューブ本体1501、及び/又は、継手部1502の内面を、ブラシ等を用いて洗浄した場合には、上記ブラシ等に、固体電解質を接触させてもよい。あるいは、洗浄後の廃液に、固体電解質を接触させてもよく、この場合、必要に応じて、上記廃液を、予め濃縮等の処理を行ってもよい。
固体電解質を上記の媒体に接触させる方法としては特に制限されず、媒体の表面(液体の場合には液面)の少なくとも1か所に固体電解質を接触させればよい。上記の様にすることで、固体電解質上には、上記の媒体に存在する生物粒子の少なくとも一部が捕捉される。
このようなチューブ1510についても、図15(A)に示すチューブ1500と同様にして、任意の媒体に固体電解質を接触させることによって、固体電解質上に、上記媒体に存在する生物粒子の少なくとも一部を捕捉することができる。
本発明の実施形態に係る測定装置において使用されるバイオセンサを用いて、以下の手順に従って電気化学測定を行った。
シュワネラ・オネイデンシス(S. oneidensis)等のシュワネラ属細菌に代表される鉄還元菌は、自然界に存在する細菌(environmental bacteria)であり、細胞外電子移動(EET:Extracellular Electron Transport)によってNAD+の再生を行うことが知られている。これらの細菌は、菌体内での電子供与体(有機物)の分解(代謝)によって発生した電子を、細胞外膜に発現した電子伝達酵素(シトクロムc)を介して、菌体外の電子受容体(金属等)に伝達する能力を有することから、「電流発生菌」とも呼ばれている。
また、近年、シュワネラ属細菌等の電流発生菌として知られている細菌だけでなく、病原微生物にも電子伝達機能が存在することが明らかになってきている。
従って、電流発生菌であるMR-1を用いた試験によって、検出対象の生物粒子が捕捉された固体電解質を用いた電気化学測定の有効性に関する実証データの取得及び考察が可能である。
なお、この培養液には、10mMの乳酸を含む合成培地が含まれており、MR-1は、嫌気条件下で乳酸やLB寒天培地に含まれる有機物を代謝することによって電子伝達機能を発揮し、電流が発生する。
なお、本試験例で用いた三電極式のバイオセンサの電極は、くし歯形状を有するくし型電極ではない点に留意されたい。
LB寒天培地に塗抹する培養液として、波長600nmにおける吸光度(OD600)が、0(MR-1を含まないコントロール)、0.01(7.5×105細胞)、0.05(3.75×106細胞)、0.1(7.5×106細胞)、0.4(3×107細胞)、0.8(6×107細胞)のものを用いて、測定開始(バイオセンサの電極に電圧を印加した時点)から24時間の電流値(μA)を測定した(結果は図示せず)。
なお、MR-1の培養液に関し、これまでに報告された文献(PLoS ONE 2015, 10(6):e0131249)では、OD600値が0.1のとき、培養液1mLあたり、約5×108細胞とされており本試験例で用いたMR-1の培養液と同程度であった。
図16から、MR-1の濃度を表すOD600値と、上記曲線の傾きとが、線形関係にあることが示された。
次に、LB寒天培地にリボフラビンを0.004g/mLの濃度で添加したものを用いて、同様の試験を行った。
図17は、リボフラビン含有LB寒天培地に塗抹する培養液として、OD600値が、(a)0.8(6×107細胞)、(b)0.4(3×107細胞)、(c)0.1(7.5×106細胞)、(d)0.01(7.5×105細胞)、(e)0.001(7.5×104細胞)、(f)0.0001(7.5×103細胞)、(g)0.00001(750細胞)のものを用いて、測定開始から24時間の電流値(μA)を測定した結果を示すグラフである。
また、MR-1の濃度が同じ場合(OD600=0.1)、リボフラビンを含有するLB寒天培地とリボフラビンを含有しないLB寒天培地とでは、リボフラビン含有LB寒天培地の方が、測定開始から電流値の立ち上がりまでの時間が短いことが分かった。
このことは、固体電解質に、検出対象の生物粒子(微生物)の電子伝達機能を促進する物質を含めることによって、バイオセンサの応答性が向上し、本発明の実施形態に係る測定装置による電流値の測定をより迅速に行うことができることを示唆している。
図18に示すグラフが線形関係にあることから、本発明の実施形態に係る測定装置によって測定される電流値は、検出対象の生物粒子の増加(微生物の増殖挙動)とも相関関係にあることが示唆された。
次に、LB寒天培地に添加するリボフラビンの濃度を、0.014g/mL、0.004g/mL、0.001g/mLの三通りとして、同様の試験を行った。MR-1の培養液は、OD600値が、0.8(6×107細胞)のものを用いた。
その結果、リボフラビンの濃度にかかわらず測定開始直後に、電流値の鋭い立ち上がりが見られ、リボフラビン濃度が高いことによる、電流値の最大値の違い等の変化は特に認められなかった。本試験例で試した濃度範囲では、いずれの場合においても十分な効果が確認された。
図19は、図17の(a)で示した、MR-1の培養液としてOD600値が0.8(6×107細胞)のものを用いた場合の、測定開始から2時間、3.5時間、及び、4.5時間の時点における、電位(標準水素電極(SHE)に対する電圧値)と、測定電流(ΔI、単位:μA)との関係を示すグラフである。
図19に示すように、上記3つの時点について得られた曲線は類似性が高く、目立った違いは見られなかった。
図19において、(X)、(Y)及び(Z)の符号で示したピークは、それぞれ、固体電解質に捕捉されたMR-1から、バイオセンサの電極に対して、以下の三通りの態様で電子が伝達されていることを示すと考えられる:
(X)MR-1から電極への電子伝達が、固体電解質に含まれるリボフラビンによって媒介される態様、
(Y)MR-1の表面の膜タンパク質に、固体電解質に含まれるリボフラビンが吸着することによって、MR-1から電極への電子伝達が促進される態様、
(Z)固体電解質に含まれるリボフラビンを介さずに、MR-1から電極へ電子が伝達される態様。
101 :第1基板
101 :第1基板上
102 :固体電解質
103 :固体電解質付き基板
104 :スペーサ
105 :第2基板
106 :第1電極
107 :第2電極
108 :電極付き基板
213 :演算部
400 :植物
401 :葉
600 :本体
601 :筐体
602 :ディスプレイ
603 :操作ボタン
604 :センサ挿入口
801 :コネクタ
802 :プレート
803 :伸縮ロッド
804 :シリンダ
900 :測定装置
901 :基板
910 :出力部
911 :電力供給装置
912 :制御部
913 :演算部
914 :検出部
915 :表示部ユニット
915 :表示部
916 :バッテリ
917 :バイオセンサ
918 :制御コンピュータ
919 :ポテンショスタット(電圧印加部)
1300 :電極付き基板
1301 :第3電極
1400 :農作地管理システム
1401 :農作地
1402 :区画
1403 :測定装置
1404 :端末
1500、1510 :チューブ
1501、1511 :チューブ本体
1502 :継手部
1512 :口金部
Claims (15)
- 検査対象物と接触させ、前記検査対象物が有する微生物、及び、前記微生物に由来する粒子からなる群より選択される少なくとも1種の電子伝達機能を有する生物粒子を捕捉するための固体電解質と、少なくとも2つの電極とを有し、前記電極の間の最短距離が前記生物粒子のサイズ以下であり、前記固体電解質と前記電極とが接触するよう配置されたバイオセンサの、前記電極の間に電圧を印加するための電圧印加部と、
前記電圧が印加された際に、前記電極の間をブリッジする前記生物粒子が有する電子伝達機能によって前記電極の間に流れる電流値を測定するための検出部と、
前記電流値と、予め記憶された電流値と前記生物粒子の存否、前記微生物の増殖状態、及び、前記微生物の病原性の発現の有無からなる群より選択される少なくとも1種の要因とを定義した基準値と、を比較することにより、前記微生物に起因する情報を提供するための演算部と、を有する測定装置。 - 前記バイオセンサは、
第1基板と、前記第1基板上に配置された前記固体電解質とを有する固体電極付き基板、及び、
第2基板と、前記第2基板上に配置された少なくとも2つの前記電極と、を有する電極付き基板を、前記固体電解質と前記電極とが接触するよう積層された積層体である、請求項1に記載の測定装置。 - 前記固体電解質がヒドロゲルである、請求項1又は2に記載の測定装置。
- 前記電極の間の最短距離が、50nm~10μmである、請求項1~3のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記電極の少なくとも1つが、くし歯形状を有するくし型電極である、請求項1~4のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記微生物に起因する情報が、前記微生物を原因とする植物における病害の発生リスクを評価するための情報である、請求項1~5のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記生物粒子が、フィトフトラ属菌、ボトリチス属菌、プラスモパラ属菌、スファエロテカ属菌、アルテルナリア属菌、ウロミセス属菌、ウスチラゴ属菌、ファコプソラ属菌、バークホルデリア属菌、キサントモナス属菌、キシレラ属菌、シュードモナス属菌、エルウィニア属菌、ストレプトマイセス属菌、柑橘類におけるカンジダツス・リベリバクテル属菌、及び、イチゴにおけるカンジダツス・フロモバクター属菌からなる群より選択される少なくとも1種の微生物に由来する、請求項1~6のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記植物における病害が、うどんこ病、さび病、斑点病、萎凋病、根及び茎の病害、穂の病害、果実の腐敗、苗立ち枯れ性の病害、こぶ病、天狗巣病、及び、縮葉病からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項6又は7に記載の測定装置。
- 前記微生物に起因する情報が、医療機器の清浄度を評価するための情報である、請求項1~5のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記医療機器が内視鏡である、請求項9に記載の測定装置。
- 固体電解質を検査対象物と接触させ、前記検査対象物が有する微生物、及び、前記微生物に由来する粒子からなる群より選択される少なくとも1種の電子伝達機能を有する生物粒子を前記固体電解質に捕捉する工程と、
基板と、基板上に配置された少なくとも2つの電極とを有し、前記電極の間の最短距離が前記生物粒子のサイズ以下である電極付き基板を準備し、接触後の前記固体電解質を前記電極のいずれとも接触するように、前記電極付き基板上に配置し、バイオセンサを形成する工程と、
前記電極の間に電圧を印加し、前記電極の間をブリッジする前記生物粒子が有する電子伝達機能によって得られる電流値を測定する工程と、
前記電流値と、予め記憶された電流値と前記生物粒子の存否、前記微生物の増殖状態、及び、前記微生物の病原性の発現の有無からなる群より選択される少なくとも1種の要因とを定義した基準値と、を比較することにより、前記微生物に起因する情報を得る工程と、を有する評価方法。 - 前記微生物に起因する情報が、前記微生物を原因とする植物における病害の発生リスクを評価するための情報である、請求項11に記載の評価方法。
- 前記微生物に起因する情報が、医療機器の清浄度を評価するための情報である、請求項11に記載の評価方法。
- 前記医療機器が内視鏡である、請求項13に記載の評価方法。
- 複数の区画に区分けされた農作地において、前記区画ごとに配置された、請求項1~8のいずれか1項に記載の測定装置と、
前記測定装置との遠隔通信接続により、微生物を原因とする検査対象物における病害の発生リスクを評価するための情報を前記測定装置から取得する端末と、
を有する農作地管理システムであって、
前記区画ごとの前記情報を、前記端末に表示可能に構成してなる、農作地管理システム。
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