JPH04143649A - Apparatus for measuring concentration of component of solution - Google Patents
Apparatus for measuring concentration of component of solutionInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は溶液成分の濃度測定装置に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to an apparatus for measuring the concentration of solution components.
（従来の技術）
従来より、溶液成分の濃度を測定する溶液センサとして
、種々のものが知られている。例えば、イオン感応性Ｆ
ＥＴ （Ｉ ５ＦＥＴ）は、シリコン基板を微細加工し
てｐＨに感応し得るようにしたものである。このｌ５Ｆ
ＥＴをベースとして、シリコン基板表面に形成された感
応部に、酵素や微生物などの生理活性物質や生体材料、
あるいはイオン官能物質を固定化することにより、グル
コース、しょ糖、尿素などのバイオセンサ、ＣＯ２、Ｎ
Ｈ，などのガスセンサ、Ｎａ、になどのイオンセンサと
して利用することができる。このような構造を有するセ
ンサ自体は、数百ミクロン程度の微小サイズに作製する
ことができる。(Prior Art) Various types of solution sensors have been known to measure the concentration of solution components. For example, the ion-sensitive F
ET (I 5FET) is a silicon substrate microfabricated to be sensitive to pH. This l5F
Based on ET, physiologically active substances such as enzymes and microorganisms, biomaterials,
Alternatively, by immobilizing ionic functional substances, biosensors such as glucose, sucrose, urea, CO2, N
It can be used as a gas sensor for H, etc., and an ion sensor for Na, etc. The sensor itself having such a structure can be manufactured to a minute size of about several hundred microns.
これらの溶液センサでは、感度を補正するために、セン
サの感応部に一定濃度の標準液、−船釣にはセンサの応
答信号の最大値を与える校正液及びセンサの応答信号の
最小値を与える洗浄液を接触させる必要がある。従来、
その手段としては、送液バイブなどの単純な機構が用い
られている。In these solution sensors, in order to correct the sensitivity, a standard solution with a constant concentration is applied to the sensitive part of the sensor, a calibration solution that provides the maximum value of the sensor response signal for boat fishing, and a calibration solution that provides the minimum value of the sensor response signal. It is necessary to contact the cleaning liquid. Conventionally,
As a means for this, a simple mechanism such as a liquid-feeding vibrator is used.
このため、センサを微小化しても、装置全体を小形化す
ることは困難であり、センサのみを小形化しても大きな
メリットは得られなかった。For this reason, even if the sensor is miniaturized, it is difficult to miniaturize the entire device, and even if only the sensor is miniaturized, no great advantage can be obtained.
特に、人工すい臓の制御など、生体内に直接センサを挿
入して測定することが要求されている分野では、送液バ
イブなどは挿入することかできないため、外部から大量
の標準液を供給してセンサの感度を補正することができ
ず、実用化が困難である。Particularly in fields such as artificial pancreatic control, where sensors are required to be directly inserted into the living body for measurement, it is not possible to insert a liquid-feeding vibrator, so a large amount of standard solution must be supplied externally. It is difficult to put this into practical use because the sensitivity of the sensor cannot be corrected.
（発明が解決しようとする課題）
本発明の目的は、全体的に小形化することかでき、しか
も精度の高い測定結果を得ることができる溶液成分の濃
度測定装置を提供することにある。(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to provide a solution component concentration measuring device that can be downsized as a whole and can obtain highly accurate measurement results.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明の溶液成分の濃度測定装置は、基板表面に形成さ
れ、活性物質を備えたセンサを有する溶液成分の濃度測
定装置において、前記基板と一体的に、センサの応答信
号の最大値を与える校正液及びセンサの応答信号の最小
値を与える洗浄液をそれぞれ単独にセンサの感応部へ送
液する手段を設けたことを特徴とするものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The solution component concentration measuring device of the present invention is a solution component concentration measuring device having a sensor formed on the surface of a substrate and provided with an active substance. The present invention is characterized in that it is provided with a means for individually delivering a calibration liquid that gives the maximum value of the sensor response signal and a cleaning liquid that gives the minimum value of the sensor response signal to the sensitive part of the sensor. .
本発明において、送液手段は駆動源、ポンプ、弁、送液
路などから構成される。駆動源とポンプとの組み合わせ
としては、例えば圧電バイモルフ形アクチュエータとダ
イヤフラム式ポンプとの組み合わせ、静電型モータとギ
アポンプ又はロータリーポンプとの組み合わせが挙げら
れる。これらの機構は、基板上への薄膜形成とフォトリ
ソグラフィを利用した微細加工により形成することかで
きる。In the present invention, the liquid feeding means includes a driving source, a pump, a valve, a liquid feeding path, and the like. Examples of the combination of the drive source and the pump include a combination of a piezoelectric bimorph actuator and a diaphragm pump, and a combination of an electrostatic motor and a gear pump or rotary pump. These mechanisms can be formed by forming a thin film on a substrate and microfabrication using photolithography.
（作 用）
本発明の溶液成分の濃度測定装置測定では、送液手段を
構成する駆動源、ポンプ、弁などを基板上での微細加工
により形成することかできるので、装置全体を小形化す
ることができる。したがって、この装置を生体内や植物
培養培地などに直接設置することも可能となる。しかも
、校正液及び洗浄液の供給を容易に制御することができ
るので、精度の高い測定結果を得ることができる。(Function) In the concentration measurement device of the present invention, the drive source, pump, valve, etc. that constitute the liquid feeding means can be formed by microfabrication on the substrate, so the entire device can be miniaturized. be able to. Therefore, it is also possible to install this device directly in a living body or in a plant culture medium. Moreover, since the supply of the calibration liquid and the cleaning liquid can be easily controlled, highly accurate measurement results can be obtained.
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図〜第３図は本発明に係る溶液成分の濃度測定装置
を示す斜視図である。第１図に示すように、シリコン基
板１上には、シリコンのエツチング、不純物のイオン注
入、絶縁膜の形成、電極の形成、レファレンス膜の形成
、感応膜の形成などの工程を経て、レファレンス膜２を
有するレファレンスＩ ５ＦＥＴ （ｐＨセンサ）３、
感応膜４を有するセンシングｌ５ＦＥＴ５、擬似参照電
極（Ａｕ／Ｔｉ）６が形成されている。これらの感応部
は、センサの応答信号を計測する手段、演算手段、演算
結果を出力する手段に接続されている。1 to 3 are perspective views showing an apparatus for measuring the concentration of solution components according to the present invention. As shown in FIG. 1, a reference film is formed on a silicon substrate 1 through processes such as silicon etching, impurity ion implantation, insulating film formation, electrode formation, reference film formation, and sensitive film formation. Reference I 5FET (pH sensor) with 2,
A sensing 15FET 5 having a sensitive film 4 and a pseudo reference electrode (Au/Ti) 6 are formed. These sensing units are connected to means for measuring response signals of the sensors, calculating means, and means for outputting calculation results.
また、シリコン基板１上にはマイクロポンプ１１、及び
後述する標準液（校正液又は洗浄液）の供給系が一体的
に形成されている。これらの送液手段は、送液路２２が
形成された筐体２１で覆われている。Furthermore, a micropump 11 and a supply system for a standard solution (calibration solution or cleaning solution), which will be described later, are integrally formed on the silicon substrate 1. These liquid feeding means are covered with a housing 21 in which a liquid feeding path 22 is formed.
マイクロポンプ１１の一例として第２図に示すダイヤフ
ラムポンプについて説明する。このマイクロポンプ１１
は、標準液供給系側の逆止弁１２、感応部側の逆止弁１
３、これら２つの逆止弁間に空間を隔てて形成されたダ
イヤフラム１４、ダイヤフラム１４上に形成された圧電
バイモルフ形アクチュエータ１５からなるものである。A diaphragm pump shown in FIG. 2 will be described as an example of the micro pump 11. This micro pump 11
are the check valve 12 on the standard solution supply system side and the check valve 1 on the sensitive part side.
3. It consists of a diaphragm 14 formed with a space between these two check valves, and a piezoelectric bimorph actuator 15 formed on the diaphragm 14.
これらの機構は、シリコン薄膜の形成、エツチング、シ
リコンの接着などの微細加工により形成される。第３図
に示すように、マイクロポンプ１１の上流側には、分岐
した送液路が形成され、それぞれの送液路に前述した逆
止弁と同様の構造を有するマイクロバルブ１６．１７が
形成されている。これらの機構もシリコンの微細加工に
より形成される。These mechanisms are formed by microfabrication such as formation of a silicon thin film, etching, and silicon adhesion. As shown in FIG. 3, on the upstream side of the micropump 11, branched liquid feeding paths are formed, and microvalves 16 and 17 having the same structure as the above-mentioned check valve are formed in each liquid feeding path. has been done. These mechanisms are also formed by microfabrication of silicon.
センサの応答信号の最大値を与える校正液はマイクロバ
ルブ１６を介して供給され、センサの応答信号の最小値
を与える洗浄液はマイクロバルブ１７を介して供給され
る。マイクロバルブ１６．１７の開閉は各標準液の圧力
によって制御される。マイクロポンプ１１では、圧電バ
イモルフ形アクチュエータ１５に方形波電圧を印加する
ことによってダイヤフラム１４を変形させて液の圧力変
化を起こし、標準液（校正液又は洗浄液）の吸引・吐出
を繰り返す。すなわち、ダイヤフラム１４が上方へ変形
すると、逆止弁１２が開くとともに逆止弁１３が閉じて
標重液が吸引される。次に、ダイヤフラム１４か下方へ
変形すると、逆止弁１２が閉しるとともに逆止弁１３が
開いて標準液が吐出される。このようなマイクロポンプ
１１の動作に従って、標準液が筐体２１内の送液路２２
を通って感応部へ供給される。The calibration liquid that gives the maximum value of the sensor response signal is supplied through the microvalve 16, and the cleaning liquid that gives the minimum value of the sensor response signal is supplied through the microvalve 17. The opening and closing of the microvalves 16 and 17 is controlled by the pressure of each standard solution. In the micropump 11, a square wave voltage is applied to the piezoelectric bimorph actuator 15 to deform the diaphragm 14 and cause a change in the pressure of the liquid, thereby repeatedly sucking and discharging the standard liquid (calibration liquid or cleaning liquid). That is, when the diaphragm 14 deforms upward, the check valve 12 opens and the check valve 13 closes to suck the standard liquid. Next, when the diaphragm 14 deforms downward, the check valve 12 closes and the check valve 13 opens to discharge the standard solution. According to the operation of the micro pump 11, the standard solution flows through the liquid feeding path 22 in the housing 21.
It is supplied to the sensitive part through.
感応膜４としてグルコースオキシダーゼを固定化した高
分子膜を形成し、センシングｌ５ＦＥＴ５をグルコース
センサとして用いた。内蔵のマイクロポンプ１１で約２
μｇの標準液（校正液及び洗浄液）を注入したところ、
グルコースセンサの信号変化量は一定の値を示した。こ
の溶液センサを植物細胞培養培地中のグルコースの測定
に用いたところ、標準液で校正しながら１週間以上にわ
たり連続的に測定することができた。A polymer membrane on which glucose oxidase was immobilized was formed as the sensitive membrane 4, and the sensing l5FET5 was used as a glucose sensor. Approximately 2 with built-in micro pump 11
When μg of standard solution (calibration solution and cleaning solution) was injected,
The amount of signal change of the glucose sensor showed a constant value. When this solution sensor was used to measure glucose in a plant cell culture medium, it was possible to measure continuously for over a week while calibrating with a standard solution.
なお、マイクロポンプ１１としては、圧電リニアアクチ
ュエータを利用したシリンジポンプ、マイクロヒータの
熱でガスを膨張・収縮させる気泡型アクチュエータを利
用したダイヤフラムポンプを用いることもできる。Note that as the micropump 11, a syringe pump using a piezoelectric linear actuator or a diaphragm pump using a bubble-type actuator that expands and contracts gas using the heat of a microheater can also be used.
また、第４図（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロ
ポンプ１１としてシリコンウェハの一方の面に静電形マ
イクロモータ３１を、他方の面にギアポンプ３２をそれ
ぞれ形成したものを用いることもてきる。静電形マイク
ロモータ３１は、ロータ３３とステツ３４とを有し、ス
テータ３４を構成する３対の電極に順次電圧を切り替え
ることによりロータ３３を駆動させるものである。ギア
ポンプ３２は、静電型マイクロモータ３１のロータ３３
と同軸のギア３５とこのギア３５に従動するギア３６か
らなっている。なお、ギアポンプの代わりに、ロータリ
ーポンプを形成してもよい。Furthermore, as shown in FIGS. 4(a) and 4(b), a silicon wafer having an electrostatic micromotor 31 formed on one side and a gear pump 32 formed on the other side may be used as the micropump 11. I can bring it. The electrostatic micromotor 31 has a rotor 33 and a stator 34, and drives the rotor 33 by sequentially switching voltages to three pairs of electrodes forming the stator 34. The gear pump 32 is a rotor 33 of an electrostatic micromotor 31.
It consists of a gear 35 coaxial with the gear 35 and a gear 36 driven by the gear 35. Note that a rotary pump may be formed instead of the gear pump.
［発明の効果コ
以上詳述したように本発明の溶液成分の濃度測定装置は
、全体的に小形化することができるので例えば生体内や
植物培養培地などに直接設置することも可能となり、し
かも精度の高い測定結果を得ることができる。[Effects of the Invention] As detailed above, the solution component concentration measuring device of the present invention can be miniaturized as a whole, so it can be installed directly in a living body or in a plant culture medium, and Highly accurate measurement results can be obtained.
第１図は本発明の実施例における溶液成分の濃度測定装
置の斜視図、第２図は同装置に用いられるダイヤフラム
ポンプの断面図、第３図は同装置の送液手段を示す平面
図、第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施例にお
ける溶液成分の濃度測定装置に用いられるマイクロポン
プを構成する静電形マイクロモータ及びギアポンプの平
面図である。
１・・・シリコン基板、２・・レファレンス膜、３・・
・レファレンスｌ５ＦＥＴ、４・・・感応膜、５・・・
センシングｌ５ＦＥＴ、６・・・擬似参照電極（Ａｕ／
Ｔｉ）、１１・・・マイクロポンプ、１２．１３・・・
逆止弁、１４・・・ダイヤフラム、１５・・・圧電バイ
モルフ形アクチュエータ、１Ｂ、１７・・・マイクロバ
ルブ、２１・・筐体、２２・・・送液路、３Ｉ・・・静
電形マイクロモータ、３２・・・ギアポンプ、３３・・
・ロータ、３４・・・ステータ、３５．３６・・ギア。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
第
図
３６ギア
（ａ）
（ｂ）
第
図FIG. 1 is a perspective view of a solution component concentration measuring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a diaphragm pump used in the device, and FIG. 3 is a plan view showing a liquid feeding means of the device. FIGS. 4(a) and 4(b) are plan views of an electrostatic micromotor and a gear pump constituting a micropump used in an apparatus for measuring the concentration of solution components in another embodiment of the present invention. 1...Silicon substrate, 2...Reference film, 3...
・Reference l5FET, 4...Sensitive film, 5...
Sensing l5FET, 6...pseudo reference electrode (Au/
Ti), 11... micro pump, 12.13...
Check valve, 14... Diaphragm, 15... Piezoelectric bimorph actuator, 1B, 17... Micro valve, 21... Housing, 22... Liquid feeding path, 3I... Electrostatic type micro Motor, 32... Gear pump, 33...
・Rotor, 34... Stator, 35.36... Gear. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue Figure 36 Gear (a) (b) Figure
Claims (1)
る溶液成分の濃度測定装置において、前記基板と一体的
に、センサの応答信号の最大値を与える校正液及びセン
サの応答信号の最小値を与える洗浄液をそれぞれ単独に
センサの感応部へ送液する手段を設けたことを特徴とす
る溶液成分の濃度測定装置。In an apparatus for measuring the concentration of solution components having a sensor formed on the surface of a substrate and provided with an active substance, the calibration liquid provides a maximum value of the response signal of the sensor and a calibration solution that provides the minimum value of the response signal of the sensor, integrally with the substrate. 1. A concentration measuring device for solution components, characterized in that the device is provided with a means for individually sending each cleaning liquid to a sensitive part of a sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2266286A JPH04143649A (en) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | Apparatus for measuring concentration of component of solution |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2266286A JPH04143649A (en) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | Apparatus for measuring concentration of component of solution |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04143649A true JPH04143649A (en) | 1992-05-18 |
Family
ID=17428843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2266286A Pending JPH04143649A (en) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | Apparatus for measuring concentration of component of solution |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04143649A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009045092A2 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-09 | Mimos Berhad | Fully integrated isfet- valveless micropump |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP2266286A patent/JPH04143649A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009045092A2 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-09 | Mimos Berhad | Fully integrated isfet- valveless micropump |
| WO2009045092A3 (en) * | 2007-10-01 | 2009-06-11 | Mimos Berhad | Fully integrated isfet- valveless micropump |
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