JPWO2017068778A1 - 電気化学測定デバイスおよび電気化学測定システム - Google Patents

Abstract

電気化学測定デバイスは、導電性を有する測定液を用いて生体試料の活動を測定する。この電気化学測定デバイスは、第一と第二のウェルが設けられているプレートと、第一のウェル内に配置された測定電極と、第一のウェルの底面に設けられて、生体試料が載置されるように構成された第一の載置部とを備える。プレートの上面には第一のウェルが設けられてかつ上面に第一のウェルと異なる位置に第二のウェルが設けられている。プレートは、第一のウェルの底面を第二のウェルの底面から分離する壁を有する。測定電極は第一のウェルの底面上で第一の載置部の周囲に設けられている。第二のウェル内には対向電極が配置されるように構成されている。第一のウェルと第二のウェルとには測定液が入れられるように構成されている。測定液の第一のウェルに入れられた部分は、測定液の第二のウェルに入れられた部分と導通するように構成されている。この電気化学測定デバイスは、複数のウェルにおける電気化学測定を短時間で行うことができる。

Description

本開示は、細胞等の生体試料の電気化学測定を行う電気化学測定デバイスおよび電気化学測定システムに関する。

受精卵などの生体試料の活動状態を調べる方法として、電気化学測定による呼吸活性測定方法が知られている。

例えば、胚の呼吸活性を測定する呼吸活性測定装置は、呼吸測定用チップと解析部とを備える。呼吸測定用チップは、電極が配置された基板と、胚を導入するための複数のウェルおよびマイクロ流路を有する。胚は、複数のウェルのそれぞれに１つずつ導入される。対向電極および参照電極は、胚が導入されたウェルの内部に挿入される。電気化学測定において、呼吸測定用チップの作用電極、対向電極および参照電極には、測定電位が印加される。解析部は、呼吸測定用チップに電位を印加した状態で胚の導入前後に測定される電流値から、胚の酸素消費量を算出する。呼吸活性測定装置は、算出された胚の酸素消費量から、胚の呼吸活性および活動状態を導出する。

特許文献１は上述の呼吸活性測定装置に類似の呼吸活性測定装置を開示している。

特開２０１０−１２１９４８号公報

電気化学測定デバイスは、導電性を有する測定液を用いて生体試料の活動を測定する。この電気化学測定デバイスは、第一と第二のウェルが設けられているプレートと、第一のウェル内に配置された測定電極と、第一のウェルの底面に設けられて、生体試料が載置されるように構成された第一の載置部とを備える。プレートの上面には第一のウェルが設けられてかつ上面に第一のウェルと異なる位置に第二のウェルが設けられている。プレートは、第一のウェルの底面を第二のウェルの底面から分離する壁を有する。測定電極は第一のウェルの底面上で第一の載置部の周囲に設けられている。第二のウェル内には対向電極が配置されるように構成されている。第一のウェルと第二のウェルとには測定液が入れられるように構成されている。測定液の第一のウェルに入れられた部分は、測定液の第二のウェルに入れられた部分と導通するように構成されている。

この電気化学測定デバイスは、複数のウェルにおける電気化学測定を短時間で行うことができる。

図１は実施の形態における電気化学測定デバイスの斜視図である。 図２は実施の形態における電気化学測定デバイスの上面図である。 図３は図２に示す電気化学測定デバイスの線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 図４は図２に示す電気化学測定デバイスの線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。 図５は図４に示す電気化学測定デバイスの拡大断面図である。 図６は実施の形態における電気化学測定デバイスのウェルの上面図である。 図７は実施の形態における電気化学測定システムの概要図である。 図８は実施の形態における他の電気化学測定デバイスの上面図である。 図９は実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイスの上面図である。 図１０は実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイスの斜視図である。 図１１は実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイスの上面図である。 図１２は実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイスの上面図である。 図１３は実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイスの拡大断面図である。 図１４は実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイスの断面図である。 図１５は実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイスの断面図である。

以下では、本開示の実施の形態に係る電気化学測定デバイスおよび電気化学測定システムについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。

図１と図２はそれぞれ実施の形態における電気化学測定デバイス３０の斜視図と上面図である。図３は図２に示す電気化学測定デバイス３０の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。図４は図２に示す電気化学測定デバイス３０の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図５は図４に示す電気化学測定デバイス３０の拡大断面図である。図６は電気化学測定デバイス３０の拡大上面図である。

電気化学測定デバイス３０は、生体試料を含む測定対象物の電気化学測定に用いられる。生体試料は、例えば、生体から採取した胚などの細胞や組織などである。電気化学測定デバイス３０は、例えば、胚の呼吸活性の測定に用いられる。

電気化学測定デバイス３０は、上面２２を有するプレート２１と、プレート２１の上面２２に形成されるウェル２４と、プレート２１の上面２２にウェル２４と異なる位置に形成されたウェル２５と、ウェル２４とウェル２５とを区画する壁１９と、ウェル２４の底面２４Ｂに設けられた載置部３３と、ウェル２４の底面２４Ｂに設けられた測定電極３４とを備える。プレート２１には、ウェル２４の外縁の最上端部３６とウェル２４の底面２４Ｂとの間に設けられた連通路３５が設けられている。連通路３５は、ウェル２４およびウェル２５を空間的につなげる。ウェル２５内に対向電極が配置されるように構成されている。

プレート２１は上面２２の反対側の下面２３をさらに有する。プレート２１の上面２２には、ウェル２４およびウェル２５を含む複数のウェル２６が形成されている。図１においては、６つのウェル２６が形成されている。プレート２１は、例えば、ガラス、樹脂、シリコンまたはセラミックス等で構成される。

プレート２１は、ウェル２４およびウェル２５との間に設けられた壁１９を有する。壁１９は、ウェル２４およびウェル２５を、区画する。詳細には、壁１９は、ウェル２４の底面２４Ｂをウェル２５の底面２５Ｂから分離する。壁１９は、ウェル２４に導入された生体試料がウェル２５に移動することを抑制することができる。また、壁１９は、ウェル２４、２５に入れられた測定液をウェル２４に入れられる部分とウェル２５に入れられる部分とに分けることができる。そのため、ウェル２４に入れられた生体試料による代謝物等がウェル２５での測定に及ぼす影響を抑制できる。

プレート２１の上面２２の外周部には、枠体２７が設けられている。枠体２７は、例えば、プレート２１と一体成型や切削加工などで形成される。複数のウェル２６の上部には、枠体２７で囲まれた貯留部２８が設けられる。なお、電気化学測定デバイス３０は、枠体２７および貯留部２８を必ずしも備える必要はない。

プレート２１の下面２３の下方には、底面プレート２９が設けられている。底面プレート２９は、例えば、ガラス、樹脂、シリコンまたはセラミックス等で構成される。底面プレート２９の上部には、回路基板３１および電極チップ３２が設けられる。なお、プレート２１および底面プレート２９は、一体成型で形成された一体の構成でもよい。

電極チップ３２はウェル２６の下方に設けられている。電極チップ３２の上面３２Ａはウェル２６の底面２６Ｂを構成する。電極チップ３２の上面３２Ａには、載置部３３及び複数の測定電極３４が配置される。載置部３３には生体試料が載置されるように構成されている。

載置部３３は、例えば、電極チップ３２の上面３２Ａに設けられる凹部で構成される。なお、載置部３３の形状は、測定に用いる生体試料に応じて適宜決定される。載置部３３は、例えば、電極チップ３２の上面３２Ａの平らな部分であってもよい。

複数の測定電極３４は載置部３３の周囲に設けられる。複数の測定電極３４は、載置部３３から互いに異なる距離だけ離れている。測定電極３４は、例えば、白金、金または銀などの金属で構成される。また、測定電極３４は、炭素やコバルト酸リチウムなどの導電性の材料で構成されてもよい。測定電極３４の材料は、測定液の組成や測定に必要な電圧、生体試料への影響等を考慮して選択することができる。

ウェル２６は、プレート２１に形成された窪みと電極チップ３２で形成されている。

ウェル２４を含む複数のウェル２６は、例えば、ウェル２６の外縁から中心に向けて下向きにプレート２１の上面２２に対して傾斜する内壁面２６Ｃを有する。内壁面２６Ｃはウェル２６の外縁２６Ａと底面２６Ｂとに繋がっている。ウェル２４は、プレート２１の上面２２に位置する外縁２４Ａと、底面２４Ｂと、外縁２４Ａと底面２４Ｂとに繋がる内壁面２４Ｃとを有する。ウェル２５は、プレート２１の上面２２に位置する外縁２５Ａと、底面２５Ｂと、外縁２５Ａと底面２５Ｂとに繋がる内壁面２５Ｃとを有する。

ウェル２６の底には貫通孔が設けられている。電極チップ３２の載置部３３および測定電極３４は、貫通孔から露出するように配置されている。つまり、ウェル２６の底面２６Ｂは電極チップ３２の上面で構成されている。測定電極３４は、ウェル２６に入れられる測定液と接触する。ウェル２６に入れられた生体試料は、電気化学測定デバイス３０の上方から載置部３３に導入される。

回路基板３１は、配線を有する。測定電極３４は、回路基板３１の配線と電気的に接続されている。回路基板３１を用いることで、電気化学測定デバイス３０の配線を容易に設計することができる。

電気化学測定デバイス３０は、電気化学測定装置等の外部機器と接続する接続部を有する。接続部は、例えば、電気化学測定デバイス３０の周囲または底面などに設けられている。

電気化学測定デバイス３０は、複数のウェル２６を互いに空間的につなぐ連通路３５を有する。連通路３５が設けられる位置は、高さ方向において複数のウェル２６が設けられている領域Ｒ２６内に形成されている。

以下、連通路３５について、具体的に説明する。

ウェル２４およびウェル２５は、連通路３５を介して互いに空間的に繋がっている。連通路３５は、高さ方向において試料が導入されるウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６とウェル２４の底面２４Ｂとの間の領域Ｒ２６に設けられる。ここで、ウェル２４とウェル２５とが空間的に繋がっているとは、測定液が連通路３５を通して、ウェル２４とウェル２５との間を移動できる。

電気化学測定デバイス３０において、壁１９の上面１９Ａは、プレート２１の上面２２よりも下方に位置している。つまり、連通路３５は、壁１９の上方に形成されており、壁１９の上面１９Ａは連通路３５に面している。これにより、電気化学測定デバイス３０は、ウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６よりも下方の領域で、導電性を有する測定液によりウェル２４およびウェル２５の間の導通を確保することができる。ウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６は、プレート２１の上面２２とウェル２４との境界である。

連通路３５の下面３５Ａとプレート２１の上面２２との間の距離ｈ３５は、プレート２１の上面２２とウェル２４の底面２４Ｂとの距離Ｈ２４の３分の１以内である。

連通路３５は、ウェル２４およびウェル２５との間の生体試料の移動が生じにくい位置に設けることが好ましい。

次に、電気化学測定デバイス３０の動作について説明する。

実施の形態では、生体試料は胚である。

図７は、電気化学測定デバイス３０の動作を模式的に示す電気化学測定システム６０の構成図である。

電気化学測定システム６０は、電気化学測定デバイス３０および電気化学測定装置４０を有する。電気化学測定デバイス３０は、接続部を介して電気化学測定装置４０に接続されている。

電気化学測定デバイス３０の上方から測定液５１を注入する。測定液５１は、測定液５１の液面５１Ｓが電気化学測定デバイス３０のウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６よりも下方である壁１９の上面１９Ａより上方になるように入れられる。これにより、導電性を有する測定液５１のウェル２４に入れられた部分５１Ａは、測定液５１のウェル２５に入れられた部分５１Ｂと導通するように構成されている。

次に、胚である生体試料５２を複数のウェル２６のそれぞれの載置部３３に導入する。一つのウェル２６には一つの生体試料５２が導入される。ウェル２６（２４、２５）の底面２６Ｂ（２４Ｂ、２５Ｂ）は生体試料５２が配置されるように構成された載置部３３をそれぞれ有する。

その後、対向電極５０をウェル２５に、測定液と接触するように挿入する。対向電極５０は、例えば白金や、金や、銀などの貴金属で構成される。対向電極５０の材料は、測定時の測定液５１の組成、必要な電圧、電流等を考慮して選べばよい。

なお、測定電極３４の電位をより正確に把握するため、測定液５１と接触するように参照電極５０Ａが設けられてもよい。参照電極５０Ａは、例えば白金や、金や、銀などの貴金属で構成される。参照電極５０Ａの材料は、測定時の測定液５１の組成、必要な電圧、電流等を考慮して選べばよい。なお、電気化学測定システム６０は参照電極５０Ａを備えていなくてもよく、その場合には対向電極５０は参照電極５０Ａとして機能してもよい。

電気化学測定装置４０は、制御部４１と、測定部４２と、算出部４３とを有する。

制御部４１は、測定電極３４および対向電極５０に測定電位を印加する。

例えば、ウェル２４における電気化学測定は、ウェル２４および対向電極５０の間に測定電位を印加する。これにより、ウェル２４の測定電極３４とウェル２５に配置された対向電極５０との間には、酸化還元電流が流れる。

測定部４２は、ウェル２４の測定電極３４と対向電極５０との間に流れる酸化還元電流を測定する。

算出部４３は、測定した酸化還元電流から、生体試料５２の呼吸活性値を算出する。

同様にして、ウェル２５における電気化学測定は、ウェル２５の測定電極３４と対向電極５０との間に流れる酸化還元電流を測定することにより行うことができる。

制御部４１、測定部４２および算出部４３は、センサや半導体からなる回路などで構成される。制御部４１、測定部４２および算出部４３はそれぞれが独立した構成であっても、一つの構成であってもよい。

電気化学測定装置４０は、測定した電流値や算出結果等の情報を表示する表示部４４や、記憶する記憶部４５等を備えていてもよい。

以上のように、電気化学測定デバイス３０は、少ない測定液５１でも、一つの対向電極５０を用いて、複数のウェル２６内で電気化学測定を行うことができる。そのため、電気化学測定デバイス３０は、ウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６の上方まで測定液５１を入れる必要がない。

上述の従来の呼吸測定用チップにおいて、複数のウェルのそれぞれで電気化学測定を行う場合、測定に必要な対向電極および参照電極は、それぞれのウェルの内部に挿入される。ここで、生体試料が導入されたウェルの内部に対向電極および参照電極を入れる操作は、生体試料との位置を考慮しながら慎重に行う必要がある。そのため、複数のウェルに導入された生体試料を順に測定する場合、測定者は、それぞれのウェル毎に対向電極および作用電極の挿入と取り出しを行わなければならない。測定者は、煩雑な操作を繰り返し行う必要がある。したがって、この呼吸測定用チップは、電気化学測定にかかる時間が長くなる。

実施の形態における電気化学測定デバイス３０では、複数のウェル２６に導入される生体試料５２の測定において、対向電極５０をそれぞれのウェル２６での測定ごとに移動させる必要がない。そのため、測定者の操作負担を減らすことができる。これにより、電気化学測定デバイス３０は、電気化学測定を短時間で行うことができる。

なお、測定において、対向電極５０は操作の邪魔になる。そのため、対向電極５０が配置されるウェル２５は、ウェル２４の外側に位置することが好ましい。これにより、測定者の操作負担は、小さくなる。

図２に示すように、ウェル２４はウェル２５から所定の方向Ｄ３０に配置されている。壁１９とプレート２１の所定の方向Ｄ３０の端１６との間の距離Ｌ１は、壁１９とプレート２１の所定の方向Ｄ３０の端１６の反対側の端１７との間の距離Ｌ２よりも大きい。

ただし、プレート２１の上面２２に枠体２７が設けられている場合、プレート２１の端部は、枠体２７の内面と上面２２との境である。

図８は、本実施の形態における他の電気化学測定デバイス３０１の上面図である。図８において、図１から図７に示す電気化学測定デバイス３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。図８に示す電気化学測定デバイス３０１では、プレート２１にはウェル２５の代わりにウェル２５１が設けられている。電気化学測定デバイス３０１は、共にウェル２５１の底面に設けられた対向電極３７および参照電極３８を備える。対向電極３７は半円形状を有する。また、参照電極３８は半円形状を有する。

対向電極３７および参照電極３８は、ウェル２５１の下方に設けられた電極チップ３２１の上面上に形成されている。対向電極３７および参照電極３８は、プレート２１の窪みの底に形成された貫通孔から露出している。つまり、対向電極３７および参照電極３８は、測定液５１と接触する。

ウェル２５１は、測定電極および載置部を有しない。つまり、電気化学測定デバイス３０１は、ウェル２５１では生体試料の電気化学測定を行わない。

ウェル２４における電気化学測定において、電気化学測定デバイス３０１は、ウェル２４の測定電極３４と対向電極３７との間に流れる酸素還元電流を測定する。

以上のように、電気化学測定デバイス３０１は、ウェル２５１に設けられた対向電極３７を用いて、他の複数のウェル２６における電気化学測定を行うことができる。電気化学測定デバイス３０１は、測定において、対向電極５０を挿入する必要がない。

これにより、測定者の測定負担を軽減することができる。また、測定にかかる時間を短縮することができる。さらに、対向電極５０は、一般的に高価である。そのため、対向電極５０は、電気化学測定において繰返し使用される。一方で、繰返し使用される対向電極５０は、汚染の影響が懸念される。汚染された対向電極５０は、安定した測定を阻害する場合がある。本実施例の電気化学測定デバイス３０は、使い捨て可能な対向電極３７を使用するため、より安定した測定を行うことができる。

図９は、実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイス３１０の上面図である。図９において、図１から図７に示す電気化学測定デバイス３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。

電気化学測定デバイス３１０は、ウェル２４およびウェルの一部を覆う蓋体３１１をさらに備える。蓋体３１１は、ウェル２６に入れられた測定液５１が貯留部２８に漏れることを防止することができる。

電気化学測定デバイス３１０は、測定の途中で、生体試料５２を導入して取り出す。そのため、測定者の操作性を考えると蓋体３１１は、ウェル２６の一部を覆うことが好ましく、すなわちウェル２６の一部は蓋体３１１から露出していることが好ましい。実施の形態では、蓋体３１１は、ウェル２６の４〜５割程度を覆っている。

蓋体３１１は、プレート２１の上面２２上に固定されている。また、蓋体３１１は、上から見て複数のウェル２６の内部に設けられた載置部３３が露出するように設けられる。蓋体３１１が載置部３３と重ならないことにより、測定者は、上部より顕微鏡で観察しながら、生体試料５２を導入することができる。

なお、蓋体３１１が透明な材料で構成される場合は、ウェル２６の全部を蓋体３１１で覆ってもよい。この場合には、蓋体３１１を取り外すことにより、生体試料５２を導入し取り出す。

図１０は、本実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイス３２０の斜視図である。図１０において、図１から図７に示す電気化学測定デバイス３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。

電気化学測定デバイス３２０の上面３２２は、プレート２１の外周からウェル２４およびウェル２５に向かって下向きに傾斜している。

上面３２２を傾斜させることにより、ウェル２６から飛び出した測定液５１はウェル２６内に流れる。これにより、測定液５１の飛び出しによる測定液５１の減少を抑えることができる。

（変形例１）
図１１は、変形例１における電気化学測定デバイス３３０の上面図である。図１１において、図１から図７に示す電気化学測定デバイス３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。

電気化学測定デバイス３３０では、プレート２１の上面２２に溝３３１が形成されている。

溝３３１は、プレート２１の上面２２に形成されている。つまり、溝３３１の底面は、ウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６よりも下方に位置している。

また、溝３３１は、ウェル２４およびウェル２５を含む複数のウェル２６に接続されている。

溝３３１は、ウェル２４およびウェル２５の間を空間的に繋ぐ連通路３５として機能する。

溝３３１は、複数のウェル２６の間に設けられた壁１９とは重ならない位置に設けられている。つまり、ウェル２４とウェル２５との間の壁１９の上面１９Ａはウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６と同じ高さである。したがって、ウェル２４およびウェル２５の間の測定液５１および生体試料５２の移動を抑制することができる。ウェル２４とウェル２５との間に設けられる壁１９の上面１９Ａは、ウェル２４の外縁２４Ａの最上端部よりも上方に位置してもよい。これにより、ウェル２４およびウェル２５の間の測定液５１および生体試料５２の移動をさらに抑制することができる。

なお、図１２は変形例１における他の電気化学測定デバイス３３０Ａの上面図である。図１２において、図１１に示す電気化学測定デバイス３３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１２に示す電気化学測定デバイス３３０Ａでは、連通路３５である溝３３２は、ウェル２４とウェル２５とを区画する壁１９の上面１９Ａに形成されている。

このような構成とすることにより、電気化学測定デバイス３３０Ａは、少ない測定液５１でも、一つの対向電極５０を用いて、複数のウェル２６内で電気化学測定を行うことができる。

（変形例２）
図１３は、変形例２における電気化学測定デバイス３４０の断面図である。図１３において、図１から図７に示す電気化学測定デバイス３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。

電気化学測定デバイス３４０では、ウェル２４とウェル２５とを区画する壁１９に貫通孔３４１が形成されている。貫通孔３４１は、ウェル２４の内壁面２４Ｃからウェル２５の内壁面２５Ｃまで貫通している。すなわち、貫通孔３４１は、ウェル２６の内壁面２６Ｃから他のウェル２６の内壁面２６Ｃまで貫通している。

貫通孔３４１は、壁１９に形成されている。貫通孔３４１は、高さ方向においてウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６とウェル２４の底面２４Ｂとの間の領域Ｒ２６に設けられている。つまり、貫通孔３４１の上面は、ウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６よりも下方に位置する。また、貫通孔３４１の下面は、ウェル２４の底面２４Ｂよりも上方に位置する。

つまり、貫通孔３４１は、ウェル２４およびウェル２５の間を空間的に繋ぐ連通路３５である。

この構成により、電気化学測定デバイス３４０は、少ない測定液５１でも、一つの対向電極５０を用いて、複数のウェル２６内で電気化学測定を行うことができる。

なお、電気化学測定デバイスは、回路基板３１および電極チップ３２を用いなくてもよい、例えば、プレートに形成された貫通孔を有しない窪みをウェル２６としてもよい。この場合、載置部３３および測定電極３４は、その窪みの底面に形成される。また、載置部３３および測定電極３４は底面プレート２９に設けられていてもよい。

また、測定液５１は、電気化学測定デバイス３０の枠体２７で囲まれた貯留部２８の内部まで入れられてもよい。これにより、測定液５１を介して、対向電極５０と複数のウェル２６に配置される測定電極３４（作用電極）とを電気的に接続することができる。この構成により、電気化学測定デバイス３０は、１つの対向電極５０を用いて複数のウェル２６に導入された生体試料５２を測定することができる。この場合には対向電極５０は測定液５１に接触し、例えば、ウェル２６の内部または貯留部２８まで挿入される。

ただし、電気化学測定デバイス３０内の測定液５１は、電気化学測定デバイス３０の移動や振動により流動する。ウェル２６の外縁２６Ａの最上端部３６を越えて貯留部２８まで測定液５１を入れると、測定液５１の量が多くなるので、多くの測定液５１が複数のウェル２６間を流動する。測定液５１の流動により、生体試料５２は載置部３３から浮遊し移動する可能性がある。ここで、生体試料５２は小さいサイズを有し、例えば、生体試料５２は、５０μｍ〜３００μｍの大きさを有する。そのため、測定液５１の流動による生体試料５２の移動により生体試料５２が見失われる不具合が発生する可能性がある。

上記の不具合を無くすために、測定液５１は、ウェル２６の外縁２６Ａの最上端部３６を超えないことが好ましい。電気化学測定デバイス３０は、上述したように、ウェル２４とウェル２５とがウェル２４の外縁２４Ａの最上端部３６とウェル２４の底面２４Ｂとの間の領域Ｒ２６で空間的に繋がっている。そのため、測定液５１が少なくても、ウェル２５に配置された対向電極５０、３７と測定電極３４との間に電流を流すことができる。したがって、電気化学測定デバイス３０は、少ない測定液５１を用いて測定することにより、測定液５１の流動による生体試料５２の移動を抑制することができる。測定者は、少ない測定液５１で生体試料の電気化学測定を行うことができるので、生体試料５２を見失わずに測定を行うことができる。

図１４は、実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイス３５０の断面図である。図１４において、図１から図７に示す電気化学測定デバイス３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１４に示す電気化学測定デバイス３５０では、ウェル２６（２４、２５）の内壁面２６Ｃ（２４Ｃ、２５Ｃ）はウェル２６（２４、２５）の外方に向かって凹んでいる。

図１５は、実施の形態におけるさらに他の電気化学測定デバイス３６０の断面図である。図１５において図１から図７に示す電気化学測定デバイス３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。電気化学測定デバイス３６０は、ウェル２４とウェル２５との間の導通を確保するため、ウェル２４およびウェル２５を繋ぐ電極９１をさらに備える。電極９１は、ウェル２４の外縁２４Ａとウェル２４の底面２４Ｂとの間の内壁面２４Ｃに位置する端の部分９１Ａと、ウェル２５の外縁２５Ａとウェル２５の底面２５Ｂとの間の内壁面２５Ｃに位置する端の部分９１Ｂとを有する。電極９１はウェル２４、２５（２６）の底面２４Ｂ、２５Ｂ（２６Ｂ）から離れているが、ウェル２４、２５（２６）の底面２４Ｂ、２５Ｂ（２６Ｂ）に達していてもよい。電極９１の材料は、例えば、測定電極３４と同じ材料で形成されている。

電気化学デバイス３６０では、測定液のウェル２４、２５（２６）に入っている部分が互いに繋がっておらずに別れていてもよい。電極９１の部分９１Ａは測定液のウェル２４に入れられた部分に接触し、電極９１の部分９１Ｂは、測定液のウェル２５に入れられた部分と導通させる。この構成により、測定液のウェル２４に入れられた部分は、測定液のウェル２５に入れられた部分と電極９１を介して導通させることができる。

電気化学測定デバイス３０の連通路３５と、電気化学測定デバイス３３０の溝３３１と、電気化学測定デバイス３４０の貫通孔３４１と、電気化学測定デバイス３６０の電極９１のそれぞれは、測定液５１のウェル２４に入れられた部分５１Ａと測定液５１のウェル２５に入れられた部分５１Ｂとを導通させる導通部を構成する。

以上、一つまたは複数の態様に係る電気化学測定デバイスおよび電気化学システムについて、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態および変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

実施の形態において、「上面」「下面」「上方」「下方」等の方向を示す用語は電気化学測定デバイスの構成部材の相対的な位置関係でのみ決まる相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

本開示に係る電気化学測定デバイスおよび電気化学測定システムは、生体試料の活動状態を検査、解析するデバイスとして特に有用である。

１９ 壁
２１ プレート
２２，３２２ 上面
２３ 下面
２４ ウェル（第一のウェル）
２４Ａ 外縁
２４Ｂ 底面
２４Ｂ 内壁面
２５，２５１ ウェル（第二のウェル）
２５Ａ 外縁
２５Ｂ 底面
２６Ｂ 内壁面
２６ ウェル
２６Ａ 外縁
２６Ｂ 底面
２６Ｂ 内壁面
２７ 枠体
２８ 貯留部
２９ 底面プレート
３０，３０１，３１０，３２０，３３０，３４０ 電気化学測定デバイス
３１ 回路基板
３２，３２１ 電極チップ
３７ 対向電極
３８ 参照電極
４０ 電気化学測定装置
４１ 制御部
４２ 測定部
４３ 算出部
４４ 表示部
４５ 記憶部
５０ 対向電極
６０ 電気化学測定システム
３１１ 蓋体
３３１，３３２ 溝
３４１ 貫通孔

Claims (19)

1. 導電性を有する測定液を用いて生体試料の活動を測定する電気化学測定デバイスであって、
   上面を有し、前記上面に第一のウェルが設けられてかつ前記上面に前記第一のウェルと異なる位置に第二のウェルが設けられており、前記第一のウェルの底面を前記第二のウェルの底面から分離する壁を有するプレートと、
   前記第一のウェル内に配置された測定電極と、
   前記第一のウェルの底面に設けられて、前記生体試料が載置されるように構成された第一の載置部と、
   を備え、
   前記測定電極は前記第一のウェルの前記底面上で前記第一の載置部の周囲に設けられており、
   前記第二のウェル内には対向電極が配置されるように構成されており、
   前記第一のウェルと前記第二のウェルとには前記測定液が入れられるように構成されており、
   前記測定液の前記第一のウェルに入れられた部分は、前記測定液の前記第二のウェルに入れられた部分と導通するように構成されている、電気化学測定デバイス。
2. 前記第一のウェルは、外縁と、前記外縁と前記底面とに繋がる内壁面とをさらに有し、
   前記プレートには、前記第一のウェルの前記底面より上方で前記第一のウェルの前記内壁面に開口して前記第一のウェルを前記第二のウェルに連通させる連通路が設けられており、前記連通路には前記測定液が入ることで、前記測定液の前記第一のウェルに入れられた前記部分を前記測定液の前記第二のウェルに入れられた前記部分と導通させる、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
3. 前記連通路は前記壁の上方に設けられている、請求項２に記載の電気化学測定デバイス。
4. 前記連通路は前記壁に設けられた貫通孔である、請求項２に記載の電気化学測定デバイス。
5. 前記連通路は、前記プレートの前記上面に設けられてかつ前記第一のウェルを前記第二のウェルに接続する溝である、請求項２に記載の電気化学測定デバイス。
6. 前記溝は前記壁の上面に設けられている、請求項５に記載の電気化学測定デバイス。
7. 前記第二のウェルの前記底面に設けられた対向電極をさらに備えた、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
8. 前記第二のウェル内に設けられた作用電極をさらに備え、
   前記第二のウェルの前記底面は前記生体試料が載置されるように構成された第二の載置部を有し、
   前記作用電極は前記第二のウェルの前記底面で前記第二の載置部の周囲に設けられている、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
9. 前記プレートの前記上面は、前記プレートの前記上面の外側から前記第一のウェルおよび前記第二のウェルに向かって下方に傾斜している、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
10. 前記プレートの前記上面の外周に設けられた枠体をさらに備えた、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
11. 前記第一のウェルおよび前記第二のウェルを覆うように前記プレートの前記上面に設けられた蓋体をさらに備えた、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
12. 上方から見て前記第一のウェルの前記載置部は前記蓋体から露出している、請求項１１に記載の電気化学測定デバイス。
13. 前記第一のウェルは前記第一のウェルの外縁から前記第一のウェルの前記底面まで延びる内壁面をさらに有し、
    前記第一のウェルの前記内壁面は前記第一のウェルの外方に向かって凹んでいる、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
14. 前記第一のウェルは前記第一のウェルの外縁から前記第一のウェルの前記底面まで延びる内壁面をさらに有し、
    前記第一のウェルの前記内壁面は前記プレートの前記上面に対して傾斜している、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
15. 前記第二のウェルは前記第一のウェルから所定の方向に配置されており、
    前記壁と前記プレートの前記所定の方向の端との間の距離は、前記壁と前記プレートの前記所定の方向の前記端の反対側の端との間の距離よりも大きい、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
16. 前記連通路の底面と前記プレートの前記上面との間の距離は、前記第一のウェルの前記底面と前記プレートの前記上面との距離の３分の１以下である、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
17. 前記第一のウェル内に位置する第一の部分と、前記第二のウェル内に位置する第二の部分とを有する電極をさらに備え、
    前記電極の前記第一の部分が前記測定液の前記第一のウェルに入れられた前記部分に接触し、前記電極の前記第二の部分が前記測定液の前記第二のウェルに入れられた前記部分と接触することにより、前記測定液の前記第一のウェルに入れられた前記部分が前記測定液の前記第二のウェルに入れられた前記部分と導通するように構成されている、請求項１に記載の電気化学測定デバイス。
18. 導電性を有する測定液を用いて生体試料を電気化学的に測定する電気化学測定システムであって、
    電気化学測定デバイスと、
    電気化学測定装置と、
    を備え、
    前記電気化学測定デバイスは、
    上面を有し、前記上面に第一のウェルが設けられてかつ前記上面に前記第一のウェルと異なる位置に第二のウェルが設けられており、前記第一のウェルと前記第二のウェルの底面とを互いに分ける壁を有するプレートと、
    前記第一のウェル内に配置された測定電極と、
    前記第二のウェル内に配置された対向電極と、
    前記第一のウェルの底面に設けられて、前記生体試料が載置されるように構成された第一の載置部と、
    を有し、
    前記測定電極は前記第一のウェルの前記底面上で前記第一の載置部の周囲に設けられており、
    前記第一のウェルと前記第二のウェルとには前記測定液が入れられるように構成されており、
    前記測定液の前記第一のウェルに入れられた部分は、前記測定液の前記第二のウェルに入れられた部分と導通するように構成されており、
    前記電気化学測定装置は、
    前記測定電極に電位を印加する制御部と、
    前記測定電極に流れる電流を測定する測定部と、
    前記測定した電流に基づき前記生体試料の活動量を算出する算出部と、
    を有する、電気化学測定システム。
19. 前記プレートには、前記第一のウェルの前記底面より上方で前記第一のウェルに連通して前記第一のウェルを前記第二のウェルに連通させる連通路が設けられている、請求項１８に記載の電気化学測定システム。

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