JPH0570102B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、例えば血液中のグルコースやコレ
ステロールや尿酸などの被検物質の定量を、これ
ら被検物質の定量の誤差となる妨害物質の影響を
除去した状態で行う物質定量装置に関するもので
ある。

〔背景技術〕

バイオセンサの一つである酵素センサは、一般
に、導電性の基板上に酵素膜を設けてなる酵素電
極とその対極を備え、電気化学的デバイスに固定
化酵素を組み合わせるようにしたもので、固定化
した酵素が反応により消費あるいは生成される物
質を、電気化学デバイスにより、電圧あるいは電
流の増減として検知する。

この酵素センサを体液成分の分析等に用いる場
合には、測定対象物質以外で電極と反応する物
質、すなわち妨害物質をどのように除去するかが
問題となる。

従来、生体触媒電極を用いて電気量を測定する
ことにより特定の物質の定量を行う物質定量法が
知られている。これは、前記生体触媒電極のほか
に妨害物質検知用の電極を使用し、生体触媒電極
から得られる測定値を妨害物質検知用の電極から
得られる測定値により補正するものである。

生体触媒電極としては、生体触媒膜を持つ導電
性の基板を備えたものが使用され、妨害物質検知
用電極としては、生体触媒質と同程度の透過性を
有するアルプミン等からなる膜を持つ基板を備え
たものが使用される。

従来のこの種の物質定量装置の具体例を第１図
および第２図に基いて説明する。

この装置は、緩衝液１が入れられる容器２を持
つ。この容器２からは、パイプ３が延び、ポンプ
４、注入器５、フローセル（液体試料用セル）６
が、この順でパイプ３により接続されている。フ
ローセル６は電解液７を収容する容器８、２極の
バイオセンサ９，１０、各バイオセンサ９，１０
の対極１１，１２、参照電極１３をもつ。バイオ
センサ９，１０にはポテンシオスタツト等の両極
間に電位差を生じさせる手段および電流計が接続
されているが、図では省略した。

この装置はつぎのようにして使用される。容器
２に入れられた緩衝液１をポンプ４を用いて常に
一定の流速となるようパイプ３に流す。つぎに、
試料を注入器５を用いてパイプ３中に注入する。
バイオセンサ９，１０の両極には電位差を生じさ
せておき、両極間に流れる電流を測定する。

この方式では、電解液７が流路系（パイプ３）
中にはなく、容器８に収容されており、バイオセ
ンサ９，１０が常時、PH約7.5の電解液７に浸さ
れているので、バイオセンサ９，１０が劣化し寿
命が短いという問題があつた。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、バイオセンサすなわち被検
物質検知用電極と妨害物質検知用電極の劣化を防
止し、その寿命を長く保つことのできる物質定量
装置を提供することである。

〔発明の開示〕

この発明は、基準液を流路系に流し、その次に
被検物質を流すように構成したことを特徴とす
る。すなわち、この発明の物質定量装置は、被検
物質のキヤリア液を流す流路と、この流路に対す
る妨害物質の注入口と、前記流路に対する被検物
質の注入口と、前記妨害物質注入口より下流側で
前記流路内に挿入した妨害物質検知用電極と、前
記被検物質注入口より下流側で前記流路内に挿入
した被検物質検知用電極と、この被検物質検知用
電極の出力電気量を前記妨害物質検知用電極の出
力電気量に基き補正する演算部と、この演算部に
よる演算結果の表示部とを備え、前記流路を、内
部に前記妨害物質検知用電極および被検物質検知
用電極を配設した単一の筒体とこの単一の筒体の
入口と出口に連通する上流側チユーブおよび下流
側チユーブとで構成し、前記筒体をその入口、出
口両側から挟んだ状態に前記筒体に圧接する筒体
保持用の弾性ホルダを設け、この弾性ホルダの筒
体受け凹部に前記上流側チユーブおよび下流側チ
ユーブの開口端を臨ませた状態で前記弾性ホルダ
に前記上流側チユーブおよび下流側チユーブをそ
れぞれ取り付けたことを特徴とする。

ここで注意すべきことは、妨害物質つまり基準
液（測定しようとする成分の既知濃度の溶液）を
キヤリア液流路に流すようにしたことに伴つて、
前記両電極をその流路内に挿入したことである。
また、妨害物質注入口と被検物質注入口という表
現をとつたが、これは、それらの注入口が２つあ
る場合はもちろん、共通単一の注入口である場合
も含んでいるということである。

上記発明構成によれば、定量を行わないとき
は、流路には液が存在せず、したがつて電極は液
に触れないのでその劣化が防止されるのである。

この発明の一実施例を第３図ないし第８図に基
いて説明する。

第３図は被検物質の検出、演算、表示について
のブロツク図である。２０は定電圧発生回路、２
１は被検物質検知用電極についての電流検出部、
２２は妨害物質検知用電極についての電流検出
部、２３Ａ，２３Ｂは電流／電圧変換回路、２４
Ａ，２４Ｂは増幅回路、２５Ａ，２５Ｂはフイル
タ回路、２６Ａ，２６ＢはＡ／Ｄ変換回路、２７
は演算回路（演算部）、２８は表示部である。演
算回路２７は、被検物質の検出電気量（デジタル
量）ａと妨害物質の検出電気量（デジタル量）ｂ
とに基づいて演算Ｓ＝ａ−ｂを行い、表示部２８
はその演算値Ｓをデジタル表示する。

第４図は物質定量装置の全体構成図である。こ
の装置は、キヤリア液（緩衝液）２９の収容タン
ク３０、定量ポンプ３１、インジエクタ３２、チ
ユーブをコイル状に巻回してなる液流ダンパ３
３、センサ部３４、廃液タンク３５およびこれら
を順に接続する流路３６から構成されている。セ
ンサ部３４は、被検物質検知用電極３７、妨害物
質検知用電極３８およびこれらの対極３９を有し
ており、各別に定電圧発生回路（電池）２０，２
０に電流計４０，４０を介して接続されている。
また、検出電流であるアナログデータを入力する
アナログデータ入力部４１各別の感度二段切換回
路４２，４２をもち、これらはＡ／Ｄ変換回路２
６（第３図の２６Ａ，２６Ｂ）を介し８ビツトマ
イクコンピユータの中央処理装置（CPU）２７
（第３図の演算回路２７）に接続され、さらに
LED（発光ダイオード）ドライバ４３を介してデ
ジタル表示部２８および各種パイロツト表示部４
４に接続されている。４５はインジエクタ３２へ
の注入器である。

第５図は装置本体の前面パネル５１を示す。こ
の前面パネルにはデジタル表示部２８、各種パイ
ロツト表示部４４、妨害物質が存在せず被検物質
のみの溶液（第１基準液）、妨害物質のみの溶液
（第２基準液。被検物質０％）および被検物質の
溶液（試料溶液）の共通の注入口４６（これはイ
ンジエクタ３２にある）、キヤリア液吸入チユー
ブ５７の接続口４７、廃液チユーブ５８の接続口
４８、電源スイツチ４９およびポンプスイツチ５
０が設けられている。パイロツト表示部４４に
は、それぞれLEDである注入待ち指示４４ａ、
測定中４４ｂ、第１基準液注入指示４４ｃ、第２
基準液注入指示４４ｄ、試料溶液注入指示４４
ｅ、センサ交換指示４４ｆの各表示部が設けられ
ている。

次に、この装置を用いて血糖値すなわちグルコ
ースの定量を行う場合の動作を説明する。

電源スイツチ４９をオンすると定量ポンプ３
１が作動し、PH約7.5のキヤリア液２９が流路
３６に流れる。流量は３ml／分である。キヤリ
ア液２９がセンサ部３４に達するまで注入待ち
指示のLED４４ａが点滅する（約２分間）。

キヤリア液２９がセンサ部３４に達すると、
第１基準液注入指示のLED４４ｃが点滅する。
これに従つて注入口４６に第１基準液であるグ
ルコースのみの溶液を注入する。これによつて
測定中のLED４４ｂが点灯する。被検物質検
知用電極（すなわち固定化酵素電極）３７の出
力が得られ、デジタル表示部２８に例えば250
の如く表示される（ａ＝250〔mg／dl〕）。妨害物
質検知用電極３８での出力はない。このときの
グルコースに対する電極３７の感度がマイクロ
コンピユータのメモリに記憶される。

なお、電極３７の感度が低いとLED４４ｃ
が点滅するので再度グルコースのみの溶液を注
入する。このLED４４ｃの点滅とともにアナ
ログ回路は感度二段切換回路４２，４２におい
て自動的に増幅度の大きい回路に切換わつてい
る。また、感度が非常に低いときにはセンサ交
換指示のLED４４ｆが点滅するので、これに
従つてセンサ部３４の交換を行う。

電極３７の感度が適正であると、LED４４
ｃは点滅せず、第２基準液注入指示のLED４
４ｄが点滅する。これに従つて第２基準液であ
る妨害物質（例えばアスコルビン酸または尿
酸）100％の溶液を注入口４６に注入する。こ
れによつて測定中のLED４４ｂが点灯する。
固定化酵素電極３７および妨害物質検知用電極
３８の双方での出力が得られる。

２つの電極３７，３８の感度が同じであれば
出力は同じであり、デジタル表示部２８に例え
ば70の如く表示される（ｂ＝70〔mg／dl〕）。し
かし通常は２つの感度は相違し、感度の調整が
行われる。このときの妨害物質に対する各電極
３７，３８の感度がマイクロコンピユータのメ
モリに記憶される。

以上により第１、第２両基準液による両電極
３７，３８の感度の較正が終了する。そして、
較正された数値がデジタル表示部２８に例えば
70の如く表示される（ｂ＝70〔mg／dl〕）。

前記の表示の後、試料溶液注入指示のLED
４４ｅが点滅する。これに従つて試料溶液（被
検物質）である血液を注入口４６から注入す
る。これにより２つの電極３７，３８に出力が
得られマイクロコンピユータのCPU（演算回
路、演算部）２７でＳ＝ａ−ｂの演算が行わ
れ、その結果Ｓすなわちグルコース％（１dl中
の血糖値mg）がデジタル表示部２８に表示され
る。ただし、このときのａ、ｂの値は、で
のａ（＝250）、ｂ（＝70）とは一致するとは限ら
ない。なぜなら血液によつて組成が異なるから
である。

なお、２つの電極３７，３８の妨害物質に対す
る感度が相違している場合、その感度調整がで
記憶していた感度に基づいて行われている。

次に物質定量装置の具体構造について説明す
る。

第６図は装置全体の外観を示し、第７図は上カ
バー５３を外した状態を示し、第８図は前面パネ
ル５１および中板６１を外した状態を示す。５２
はケース、５３は上カバー、５４，５５は上カバ
ー５３に設けられたキヤリア液タンク３０、廃液
タンク３５の収容室、５６はケース５２に回動自
在に取付けたスタンド兼用の把手、５７はキヤリ
ア液吸入チユーブ、５８は廃液チユーブである。

ケース５２は、定量ポンプ３１、センサ部３
４、このセンサ部３４に対する一対の弾性ホルダ
５９、インジエク３２、液流ダンパ３３、ポンプ
３１の駆動モータ６０などを取付けた中板６１お
よび回路部６２を内蔵している。６３は補強板、
６４は電源リード線、６５は上カバー５３の取付
穴、６６は中板６１の取付ボス、６７はポンプ押
え板、６８はその取付ねじ、６９は接続口４７か
らポンプ３１を通りインジエクタ３２に至るチユ
ーブ、７０はインジエクタ３２からダンパ３３を
通り上流側の弾性ホルダ５９に至るチユーブ、７
１は下流側の弾性ホルダ５９から接続口４８に至
るチユーブ、７２はタンク収容室５４，５５を入
れる空間部、７３は中板６１に固定されたセンサ
部３４のばね式結合の外部端子である。

第９図はセンサ部３４の縦断正面図、第１０図
はその分解斜視図、第１１図はその縦断側面図で
ある。７４は、その流路７５に固定化酵素電極３
７、妨害物質検知用電極３８およびそれらの対極
３９の３つの電極を挿入した単一の筒体で、その
両端部７６，７６は先すぼまりとなつている。各
電極３７，３８，３９は筒体７４を液密的に貫通
するリード線７７と筒体７４に外嵌される接触リ
ング７８とからなるリード部７９を有している。
また、筒体７４は２つ割りとなつており両部を液
密的に接着している。

第１２図はセンサ部３４の弾性ホルダ５９，５
９を示し、第１３図はその要部を示す。８０は弾
性ホルダ５９の基部、８１はその取付ねじ、８２
は基部８０から延出の板ばね、８３は板ばね８２
の先端に固定したセンサ部挟持部、８４は挟持部
８３から突設したチユーブ接続口、８５はセンサ
部３４（筒体７４）の端部７６を嵌入する円錐状
の凹部、８６は接続口８４と凹部８５とをつなぐ
流路である。センサ部３４は、一対の弾性ホルダ
５９，５９の挟持作用および先すぼまり端部７６
と円錐状凹部の嵌入により確実な液密状態でチユ
ーブ７０，７１と接続され、またその接続操作は
ワンタツチに行える。

第１４図は、センサ部３４の３つのリード部７
９とそれらに対応して中板６１に取付けたばね式
結合の外部端子７３を示し、第１５図はそれらの
結合状態を示す。センサ部３４の上からの押え込
みにより外部端子７３を押し拡げながら弾性的に
嵌着するので、その操作はワンタツチで行えると
ともに、リード部７９と外部端子７３の電気的接
続を確実なものとできる。

第１６図はインジエクタ３２を示し、第１７図
はその断面を示す。インジエクタ３２は、軸心部
の流路８７をもつ本体８８と、チユーブ６９，７
０の接続口８９，９０と、ねじ部９１とからな
り、流路８７の拡大入口部８７ａにゴムパツキン
９２を嵌入した状態でねじ部９１を前面パネル５
１の穴９３に通し、注入口４６を有するナツト９
４をねじ部９１に螺締することにより前面パネル
５１に固定してある。注入器４５からの注入は注
入針４５ａをゴムパツキン９２に突き刺した状態
で行う。

第１８図は定量ポンプ３１を示す。定量ポンプ
３１は、モータ出力軸９５に固着の太陽歯車９
６、これに噛合する複数の遊星歯車９７、遊星歯
車９７群に噛合する固定の内歯歯車９８を有し、
遊星歯車９７群の半周分にチユーブ６９を巻回
し、その外側から押圧体９９によつてチユーブ６
９を遊星歯車９７に押圧することにより、チユー
ブ６９の巻回部分を押しつぶしている。１００は
押圧体９９の締付ねじ、１０１はポンプ押え板取
付ねじ穴である。チユーブ６９を流れる液は、遊
星歯車９７の公転に伴い歯車と歯車との間のチユ
ーブ内の液を矢印方向に定量ずつ送り出す。

この定量ポンプ３１によるキヤリア液２９の定
量送出作用と液流ダンパ３３による整流作用とに
より、液２９の流れの均一性高めることができ、
液２９はセンサ部３４に安定流となつて到達す
る。これにより検出精度を高いものとできる。ま
た、流路を、内部に妨害物質検知用電極３８およ
び被検物質検知用電極（固定化酵素電極）３７を
配設した単一の筒体７４とこの単一の筒体７４の
入口と出口に連通する上流側のチユーブ７０およ
び下流側のチユーブ７１とで構成し、筒体７４を
その入口、出口両側から挟んだ状態に筒体７４に
圧接する筒体保持用の弾性ホルダ５９を設け、こ
の弾性ホルダ５９の筒体受け凹部８５に上流側の
チユーブ７０および下流側チユーブ７１の開口端
を臨ませた状態で弾性ホルダ５９に上流側のチユ
ーブ７０および下流側のチユーブ７１をそれぞれ
取り付けたので、妨害物質検知用電極３８および
被検物質検知用電極３７の交換を容易に行うこと
ができる。

センサ部３４の別態様として第１９図および第
２０図に示すものは全長を短くできて装置の小型
化に有利である。これは、流路７５において固定
化酵素電極３７、妨害物質検知用電極３８および
それらの対極３９を、流れ方向に対する直角方向
で対面させたものである。この場合、２つの電極
３７，３８のリード部３９が流れ方向で同一箇所
に分離して存在するため、外部端子７３は中央で
絶縁化されたものを使うのが好ましい。

上記実施例の場合、第１基準液、第２基準液お
よび試料溶液の流路３６に対する注入を共通単一
の注入口４６から行うので、これらを別々の注入
口から注入するものに比べて小型化が図れるとい
う利点がある。また、フロー式に測定するのでバ
ツチ式に比べて短時間に数多くの被検物質（血液
中のグルコール等）を測定できる利点がある。

なお、他の実施例として次に列記するものがあ
る。

(イ) 定量ポンプ３１をインジエクタ３２と液流ダ
ンパ３３との間に設けたもの。

(ロ) 定量ポンプ３１を省略したもの。液流ダンパ
３３を省略したもの。これらの双方を省略した
もの。定量ポンプ省略については、通常の簡易
なポンプを用いたもの。あるいは、ポンプを全
く用いず落差で流すようにしたもの。

(ハ) ３つの電極３７，３８，３９を各別の筒体に
設けたもの。

なお、生体触媒電極としてグルコースオキシダ
ーゼの膜が固定された白金基板を備えたもの、妨
害物質検知用電極としてアルブミンまたはアルコ
ールオキシターゼの膜が固定された白金基板を備
えたもの、対極として白金または銀電極をそれぞ
れ用いるのが好ましい。

〔発明の効果〕

この発明の物質定量装置によれば、妨害物質検
知用電極および被検物質検知用電極の劣化を防止
してその寿命を長く保つことができ、しかも劣化
した場合にもそれらの交換を容易に行うことがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成図、第２図はそのセンサ
部の構成図、第３図ないし第１８図はこの発明の
一実施例に係り、第３図はブロツク図、第４図は
構成概念図、第５図は正面図、第６図は斜視図、
第７図、第８図はそれぞれ分解斜視図、第９図は
センサ部の縦断正面図、第１０図はその分解斜視
図、第１１図はその縦断側面図、第１２図は弾性
ホルダの斜視図、第１３図はその要部平面図、第
１４図は外部端子の斜視図、第１５図はその断面
図、第１６図はインジエクタの斜視図、第１７図
はその要部の横断面図、第１８図はポンプの平面
図、第１９図はセンサ部の別態様の断面図、第２
０図はその斜視図である。 ２７……演算部、２８……表示部、２９……キ
ヤリア液、３１……ポンプ、３３……液流ダン
パ、３６……流路、３７……被検物質検知用電
極、３８……妨害物質検知用電極、４６……注入
口、５９……弾性ホルダ、７３……外部端子、７
４……筒体、７５……流路、７９……リード部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検物質のキヤリア液を流す流路と、この流
   路に対する妨害物質の注入口と、前記流路に対す
   る被検物質の注入口と、前記妨害物質注入口より
   下流側で前記流路内に挿入した妨害物質検知用電
   極と、前記被検物質注入口より下流側で前記流路
   内に挿入した被検物質検知用電極と、この被検物
   質検知用電極の出力電気量を前記妨害物質検知用
   電極の出力電気量に基づき補正する演算部と、こ
   の演算部による演算結果の表示部とを備え、 前記流路を、内部に前記妨害物質検知用電極お
   よび被検物質検知用電極を配設した単一の筒体と
   この単一の筒体の入口と出口に連通する上流側チ
   ユーブおよび下流側チユーブとで構成し、 前記筒体をその入口、出口両側から挟んだ状態
   に前記筒体に圧接する筒体保持用の弾性ホルダを
   設け、この弾性ホルダの筒体受け凹部に前記上流
   側チユーブおよび下流側チユーブの開口端を臨ま
   せた状態で前記弾性ホルダに前記上流側チユーブ
   および下流側チユーブをそれぞれ取り付けたこと
   を特徴とする物質定量装置。 ２ 前記妨害物質注入口と前記被検物質注入口と
   が共通の単一口である特許請求の範囲第１項記載
   の物質定量装置。 ３ 前記上流側チユーブにポンプを介在し、前記
   上流側チユーブにおける前記ポンプ介在位置より
   下流側で前記上流側チユーブをコイル状に巻回し
   て液流ダンパを形成した特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の物質定量装置。 ４ 前記妨害物質検知用電極および被検物質検知
   用電極のリード部を前記筒体外に設け、これら各
   リード部に接続する外部端子をばね式結合端子に
   構成した特許請求の範囲第１項記載の物質定量装
   置。 ５ 前記妨害物質検知用電極および被検物質検知
   用電極を前記筒体における流れ方向に対して直角
   方向に対面させた特許請求の範囲第１項記載の物
   質定量装置。 ６ 前記被検物質が血液中のグルコースであり、
   前記被検物質注入口をグルコースのみの基準液の
   注入口に兼用構成し、前記妨害物質注入口をアス
   コルビン酸100％の基準液の注入口に構成した特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の物質定量
   装置。