JPH0428343A

JPH0428343A - 汗中物質の測定装置

Info

Publication number: JPH0428343A
Application number: JP11245690A
Authority: JP
Inventors: Koji Mitsuhayashi; 浩二三林; Masao Karube; 征夫軽部; Eiichi Tamiya; 栄一民谷
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は汗中物質の測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、人体の皮膚表面から発せられる汗中物質は人体の
様々な状態を表すものとして知られており、該汗中物質
の濃度測定により人体の体調を把握することが試みられ
ている。

〔従来の解決すべき課題〕

従来より、汗中物質の測定方法としては、人体の皮膚か
らまず汗を採取し、次に該汗を分析装置にて分析する方
法が一般的である。かかる方法によれば、人体からの汗
中物質をリアルタイムで、かつ連続的に測定することは
できない。

本発明は汗中物質をリアルタイムで、かつ連続的に測定
でき、更には皮膚を傷つけることなく非侵襲測定ができ
る汗中物質の測定装置を提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、皮膚表面に装着さ
れ、該皮膚表面の汗中物質に対して選択的に感応し、該
汗中物質に対する感応により化学量または物理量を生じ
る感応部を備え、該感応部にて生じる化学量または物理
量により前記汗中物質の濃度を測定するという技術的手
段を採用したものである。

また、本発明では、皮膚表面の汗中物質に対して選択的
に反応する反応部と、該反応部での汗中物質の反応によ
り生成する特定成分の電気化学的反応により生じる物理
量を測定する一対の電極と、前記一対の電極間に位置し
て前記電気化学的反応を惹起せしめる電解質と、を具備
したという技術的手段によっても上記目的を達成するこ
とができる。

また、本発明では、皮膚表面の汗中乳酸を選択的に酸化
せしめる酸化剤と、該酸化剤での乳酸の酸化反応により
生成する特定成分の電気化学的反応により生じる酸化還
元電流を測定する一対の電極と、前記一対の電極間に位
置して前記電気化学的反応を惹起せしめる電解質と、を
具備したという技術的手段によっても上記目的を達成す
ることができる。

本発明では、乳酸を選択的に酸化せしめる酸化剤として
は乳酸オキシダーゼがあり、この乳酸オキシダーゼを用
いる場合には電極の先端に固定すればよい。

本発明では、上記電気化学的反応を惹起するために、電
極間に特定の電圧を印加する電圧源を接続することが必
要である。

また、本発明では、人体の皮膚に対して装着が容易な構
成とするため、取り付け部材を有していてもよい。

〔作用〕

本発明では、感応部にて皮膚表面の汗中物質が選択的に
感応され、かかる感応部にて汗中物質に対応した化学量
または物理量が生じることになる。

該物理量または化学量で汗中物質の濃度を測定すること
ができる。

また、本発明では、汗中物質が反応部と反応して特定成
分を生成し、該特定成分が電解質内部で電気化学的反応
を生成し、かかる電気化学的反応により発生ずる物理量
を一対の電極で測定するのである。

〔発明の効果〕

以上要するに、本発明によれば、皮膚表面の汗中物質を
リアルタイムで、かつ連続的に測定することができる。

また、その測定に際しては皮膚を傷付けることがないた
め、測定対象としては万人向けであり、不快感の低減に
大きく寄与する。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図〜第４図において、測定部の構成について説明す
る。

１は反応電極で、該反応電極１は断面円形の例えば直径
１　ｍｍの金線よりなる。２は補助電極で、該補助電極
２は断面円形の例えば直径０．　５１１１１１１の銀線
よりなる。

３は硬質プラスチ・ツクよりなる円筒形かつ断面凹状の
支持体である。該支持体３の中心には例えば直径３朧の
雌ねじ部３ａが設けである。

上記反応電極１の表面には該反応電極１の反応表面積を
一定とするために直径２髄の熱収縮チュブ４が該電極１
の２／３程度まで被せてあり、またそのチューブ４の表
面の２／３程度までには、反応電極１の支持体３への固
定とシールのために肉厚０．　１ｍｍ、幅１３胴の伸縮
性の四フッ化エチレン樹脂よりなるシールテープ５が巻
付けである。

なお、該テープ５としては例えば商品名ハルカーテープ
シール（ｍ１本ハルカー工業株式会社）がある。

かかる構成の反応電極１の一端側は、そのテープ５の部
分を介して支持体３の雌ねじ部３ａにシール固定化され
ている。なお、電極の一端面は支持体３の外部に露出し
ている。

Ｇは硬質プラスチックよりなる反応槽であり、該反応槽
６は断面逆り字状の全体として円筒形の形態を有してお
り、該反応槽６は支持体３に対して例えばエポキシ樹脂
系の樹脂接着剤７によりシ−小接合しである。

８は支持体３と反応槽６との間に形成されたリング状の
空間部９に注入された液状の電解質であり、該電解質は
例えばリン酸水素すトリウム（Ｎ−２１１ＰＯ４）を水
中に例えば１／１５モル／ｆ溶解したものよりなる。ま
た、該リン酸水素ナトリウム溶液は使用する酵素の至適
ｐ１１を維持し、酵素活性を保持する。

上記補助電極２の一端は直線部として反応槽６の例えば
０．７ｍｍの穴６ａを貫通して外部に露出している。な
お、反応槽６の穴６ａと電極２との間は例えばエポキシ
樹脂系の樹脂接着剤１０によりシール接合しである。該
接着剤１０ならびに上記接着剤７は例えば商品名セメダ
インハイス−パー５（セメダイン株式会社）がある。

補助電極２の他端側は反応表面積が広くなるよう、即ち
該電極２側での反応が充分行えるように、電極面積（反
応電極１に対して約２０倍以上）を増加するためにコイ
ル状に巻回しである。このような電極面積の増大は反応
電極１の反応を常に律速させるためである。

該巻回部２ａは上記空間部９、つまり電解質８内に浸漬
しである。

従って、外観上は一本の反応電極１と一本の補助電極２
とが各々支持体３、反応槽６から突出した態様となって
いる。

１１は乳酸を酸化させるための乳酸オキシダーゼよりな
る酵素固定化膜である。該酵素固定化膜１１は例えば、
東洋醸造株式会社製のＰｅｄｉｏｃｏｃｕｓｓｐ由来（
酵素活性３３．０ｕｎｉｔ／ｍｇ）　４　、　５　ｍ　
ｇを東洋合成株式会社製の光硬化性樹脂ＰＶＡ−３ｂＱ
５０．３ｍｇ、蒸留水３０ＩＣと混合し、該混合物を上
記電極１の露出端に塗布し、１時間の暗所風乾後、１５
分間蛍光灯照射することで構成されている。なお、該酵
素固定化膜１１は親水性であり、電解質８は該酵素固定
化膜１１を経て該酵素固定化膜１１と電極１との界面に
まで達することができる。

ところで、反応性を向上するために、支持体３皮膚側の
端面、反応槽６の開口端（空間部９の開口端）、および
酵素固定化膜１１の皮膚側表面は同一平面上に揃えであ
る。次に、上記測定部を組み込んだアームバンド型の取
り付け部材の構成に関して説明する。

第５図〜第７図において、第５図は取り付け部材の平面
（表）を、第６図は側面を、第７図は裏面を示している
。

即ち、腕時計の時計装着部に、時計の代わりに上記測定
部１２がカートリッジ方式で取り付けられるものである
。その取り付け構成は測定部１２の反応槽６の外周を、
断面凹状（図示なし）の時旧装着部１３の内側に、所謂
しまりばめ状態を利用して着脱自在に固定しである。な
お、図中、１４．１５は人体の腕部に巻付け固定される
一対のアームバンドを示している。

次に、上記構成の所謂アームバンド型ノ＼イオセンリ・
を用いた測定装置の全体構成について説明する。

第８図において、１６は上記構成からなるアムバンド型
バイオセンサ、１７は被測定者、１８】　３は測定補助装置、１９は遠隔測定用送信機、２０は受信
機、２１は記録計、２２は分析計、２３はリード線をそ
れぞれ示している。なお、測定補助袋Ｗ１　Ｂと遠隔測
定用送信機１９はそれぞれ被測定者に保持されている。

また、測定補助装置１８はボテンシオスタッ１−と称さ
れるもので、該測定補助装置１８からはリード線２３を
介して反応電極１と補助電極２との間に一定電圧、例え
ば７００ｍＶが印加されており、その結果として得られ
る電流を測定補助装置１８で測定する。

上記構成において、次に作動を説明する。

被測定者１７の腕部に対してバイオセンサ１６を取り付
ける。その取り付け方法は、反応槽６内部の電解質８が
溢れないようにした状態、つまり反応槽６の空間部９の
開口端を上にした状態として腕にバイオセンサ１６をア
ームバンド１４．１５を介して取り付ける。

そして、反応槽６をアームバンドを使い、皮膚の弾性変
形を利用して該皮膚表面に密着させる。

この際、反応槽６と皮膚とは密着状態にあり、電解質８
は漏れない。また、反応槽６を皮膚に密着させることに
より、皮膚の表面と酵素固定化膜１１との間に電解質８
が薄膜状に介在することになる。このため、見掛は上の
反応槽６の容積を極少とした状態となり、その分皮膚表
面Ｓからの汗中の乳酸を直接的かつ効率よく電極反応せ
しめることができる。

バイオセンサ１６を上記のようにして腕に装着後、被測
定者の腕に、バイオセンサ１６の外面を覆うようにして
手袋を被着し、かつ被測定者に厚着させ、そして電気ス
トーブを利用して被測定者の発汗を促した。なお、バイ
オセンサ１６部の温度は３８°Ｃであった。

被測定者の腕の表面に発生した汗中の乳酸は反応電極１
の先端に固定した酵素固定膜１１の乳酸オキシダーゼに
より酸化され、下記の反応を生成する。

Ｃ，、Ｉｔ６０：ｌ＋Ｏ□　−＞　Ｃ：＋　１１４０　
ｚ　＋ＩＩ□０□該反応で生酸反応Ｈ２０□は電解質８
の内部にて電極１．２の間で次の電気化学的反応を引き
起こす。

＋＋　２０２　　→２ｔｌ’ｌＯｚ＋２ｅＨ，Ｏｚ　　
→２Ｈ”＋Ｏｚ＋２ｅ２Ｈ’＋Ｐ０．３−→Ｈ２ＰＯ４１１□ＰＯ４−→２１１＋＋ＰＯ４３０゜＋２Ｈ”＋２ｅ−−＋）Ｉ２ｏ□ 八ｇ２へ＋２Ｈ”＋２ｅ−−＋２Ａｇ＋Ｉ（ｚ。

かかる電気化学的反応により、両電極間１．２で物理量
としての酸化還元電流が発生し、該電流はり一ド線２３
を経て測定補助装置１８に導かれる。該測定補助装置１
８で測定された電流は遠隔測定用送信機１９を介して受
信機２０に受信され、記録計２１にて記録され、分析計
２２でその結果が分析される。

その電流測定結果を第９図に示す。横軸に出力応答（μ
Ａ）を、縦軸に測定時間（分）を示す。

ところで、汗中の乳酸は疲労度と相関関係を有しており
、例えば高温発汗と、運動発汗とでは汗中の乳酸の濃度
が異なることがわかった。このことを第１０図で示す。

第１０図は４人の成人男子に関して高温発汗と運動発汗
との汗中の乳酸の濃度を測定した結果を示す。高温発汗
とは４５°Ｃの温水への５分間の入浴後の発汗を意味し
、運動発汗とは階段昇降運動（酸素過少運動）後の発汗
を意味している。そして、測定方法としては人体の皮膚
表面より採取した汗を緩衝液が循環している反応セル（
乳酸オキシダーゼ、電極等を有する）中に導き、ここで
の電気化学的反応により生じる酸化還元電流を測定した
ものである。

第１０図のハーグラフの上は高温発汗、下は運動発汗を
示している。第１０圀から理解されるように、運動発汗
中の乳酸濃度の方が高いことがわかる。

従って、汗中の乳酸の濃度の測定により、人体の肉体疲
労度を客観的に把握することができるのである。

本発明では人体の汗中の乳酸を人体を傷付Ｃノることな
く、非侵襲で測定できる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、次の
ように種々の変形が可能である。

（１）バイオセンサの皮膚側の面に、汗ならびに電解質
８が透過可能な透過膜を設置しても勿論よい。

該透過膜は反応（汗中の乳酸と酵素固定化膜１１の乳酸
オキシダーゼとの反応）の緩衝化と、電解質８の漏洩防
止とに寄与することができる。

該透過膜の材質は例えばＳａｍｅｌｅｓｓ　ｃｅｌｌｕ
ｌｏｓｅｔｕｂｉｎｇ（孔径２４人、膜厚２０　ｕ　ｍ
：ＶＩｓＫＡｓＥ　５ＡＬＥＳＣＯＲＰ、）、　５ＴＡ
ＮＤＡＲＤ　　Ｄｒ八へＹＺＩＮＧ　　ＭＥＭＢＩ？Ａ
ＮＥ（孔径２４人、膜厚１５μｍ：ＴＥＣＨＮＩＣＯＮ
　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　Ｃｏ　Ｓ、Ａ）、ニュークリポア
ーメンブレン　ポリカーボネイト膜（孔径０．０１５〜
１２μｍ＝奥村マイクロ・ザイエンス株式会社）等を使
用することができる。

（２）上記反応式から理解されるように、乳酸が乳酸オ
キシダーゼにより酸化されるとピルビン酸が生成される
。これは一種の妨害物質となり、該妨害物質の影響を排
除するために、上記実施例において、」二記反応電極の
他に乳酸オキシダーゼを固定化していない別の反応電極
を設置し、該反応電極にてピルビン酸に係わる電流を測
定し、乳酸に係わる電流とピルビン酸に係わる電流との
差を検出し、乳酸による酵素反応分だけをモニタリング
するようにすればよい。

（３）酵素反応は温度に対してその反応速度が変化する
ので、その反応を一定にするためにも温度補償を行って
もよい。

（４）反応槽６の内部には未酵素反応の乳酸、反応生成
物たるピルビン酸、過酸化水素が溜まることが考えられ
るので、これら物質を反応槽６内から排除するために反
応槽６内の電解質８の循環を行うようにしてもよい。こ
のような循環により、電解質８中において乳酸が飽和す
ることがなく連続的に測定が可能となる。

（５）電解質８は液状に限らず、ゲル状としてもよいし
、またその成分もリン酸水素ナトリウムに限らず、要は
イオン導電体を生成するものであればよい。

（６）汗中物質としては乳酸に限らず、グルコース、ピ
ルビン酸、フェノール、脂質、尿酸、グルタミン酸、尿
素、アルギニン、リジン、フェニルアラニン、クレアチ
ニン、アミノ酸、あるいはナトリウム、アンモニウム、
塩素、カルシウム、マグネシウム、銅、ビタミンＢ６、
臭素、フッ素、沃素、亜鉛等のイオンが知られている。

本発明はかかる汗中物質の濃度を測定するものにも適用
できることは言うまでもない。そして、惑応部、酵素セ
ンサとしては、例えばグルコースに対してはグルコース
オキシクーゼ、ピルビン酸に対してはピルビン酸オギシ
ターゼ、フェノールに対してはチロシナーゼ、脂質に対
してはコレステロールオキシターゼ、尿酸に対してはウ
リカーゼ、等々、各汗中物質を酸化せしめる酵素を用い
ればよい。

また、例えば上記イオンに対しては公知のイオン選択膜
にて汗中のイオンを選択的に検出し、そのイオン濃度に
より発生ずる一対の電極間の電位差を物理量として検知
すればよく、例えばナトリウムイオンに対してはイオン
選択膜として公知のＮａｚＯ−ＣａＯ−５ｔＯｚ−Ｌｔ
Ｊ−ＣｓｚＯ−ＬｚＯ３−Ｓ；Ｏｚを用いればよい。

なお、汗中のアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）は、本実
施例における乳酸と同様、疲労度と相関関係を有してお
り、高温発汗と運動発汗とでは運動発汗の方がアンモニ
ウムイオンの濃度が高いことを確認している。

（７）本発明の用途としては、運動生理学、医療分野、
日常生活における高齢者管理等に適用することができる
他、自動車の運転者の体調把握にも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

２入団平面図、第３図は第２図の底面図、第４図は外観斜視図
、第５図〜第７図は第１図〜第４図のものをアームバン
ド型構成とした例を示すもので、第５図は平面図、第６
図は側面図、第７図は底面図、第８図は本発明の実施に
用いた計測装置の概要を模式的に示す図、第９図は第８
図の計測装置による計測結果を示す特性図、第１０図は
人体の疲労度による乳酸濃度の関係を示す特性図である
。１・・・反応電極、２・・・補助電極、３・・・支持体
、６・・・反応槽、８・・・電解質、９・・・空間部、
１１・・・酵素固定化膜、１２・・・測定部、１４．１
５・・・アームノ＼゛ンド、１６・・・バイオセンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）皮膚表面に装着され、該皮膚表面の汗中物質に対
して選択的に感応し、該汗中物質に対する感応により化
学量または物理量を生じる感応部を備え、該感応部にて
生じる化学量または物理量により前記汗中物質の濃度を
測定することを特徴とする汗中物質の測定装置。
（２）皮膚表面に設定され、該皮膚表面の汗中物質に対
して選択的に感応する感応部と、該感応部での汗中物質の反応により生成する特定成分の
電気化学的反応により生じる物理量を測定する一対の電
極と、前記一対の電極間に位置して前記電気化学的反応を惹起
せしめる電解質と、を具備したことを特徴とする汗中物質の測定装置。
（３）第１の電極と、該第１の電極との間にて外部より電圧が印加される第２
の電極と、前記第１の電極の先端に形成され、皮膚表面の汗中乳酸
を選択的に酸化せしめる乳酸オキシダーゼを固定化した
酵素固定化膜と、該酵素固定化膜、前記第１、第２の電極に接触した電解
質と、を具備し、前記酵素固定化膜での乳酸の酸化反応により
生成される特定成分の前記電解質内部での電気化学的反
応により生じる酸化還元電流を前記第１の電極と第２の
電極との間で測定することを特徴とする汗中物質の測定
装置。
（４）皮膚表面の汗中乳酸を選択的に酸化する乳酸セン
サを有する反応電極と、該反応電極と隔てて配置した補助電極と、前記反応電極での乳酸の酸化反応により生成される特定
成分による電気化学的反応を惹起せしめるよう前記反応
電極と前記補助電極の間に配置された電解質と、を具備
し、前記反応電極と前記補助電極とは、その間に電圧が印加
されるよう構成されていることを特徴とする汗中物質の
測定装置。
（５）皮膚表面の汗中乳酸を選択的に酸化する乳酸セン
サを有する反応電極と、該反応電極と隔てて配置した補助電極と、前記反応電極での乳酸の酸化反応により生成される特定
成分による電気化学的反応を惹起せしめるよう前記反応
電極と前記補助電極の間に配置された電解質と、前記両電極の間に特定の電圧を印加する電圧源と、を具
備したことを特徴とする汗中物質の測定装置。
（６）円筒状の支持体と、該支持体の外周に配置、固定され、該支持体との間に空
間部を形成した円筒状の反応槽と、前記空間部に充填され、イオン導電体を有する液状の電
解質と、前記支持体に固定され、端部が該支持体の表面に露出す
る電極と、前記反応槽に固定され、端部が前記電解質内に挿入され
た電極と、前記支持体に固定された前記電極の前記露出端の表面に
形成され、皮膚表面の汗中乳酸を選択的に酸化せしめる
酵素オキシダーゼを固定化した酵素固定化膜と、前記反応槽の外周部に配置、固定され、人体の皮膚表面
に前記支持体および前記反応槽を取り付ける取り付け部
材と、を具備し、前記取り付け部材を介して人体の皮膚表面に前記支持体
および前記反応槽を取り付けた際には、前記電極を介し
て前記酵素固定化膜が人体の皮膚表面に接触し、かつ前
記両電極に前記電解質が介在することを特徴とする汗中
物質の測定装置。
（７）皮膚表面の汗中乳酸を選択的に酸化せしめる酸化
剤と、該酸化剤での乳酸の酸化反応により生成する特定成分の
電気化学的反応により生じる酸化還元電流を測定する一
対の電極と、前記一対の電極間に位置して前記電気化学的反応を惹起
せしめる電解質と、を具備したことを特徴とする汗中物質の測定装置。
（８）前記取り付け部材は人体の腕部に取り付け可能な
バンド型を有していることを特徴とする請求項（６）記
載の汗中物質の測定装置。
（９）前記特定成分は過酸化水素であることを特徴とす
る請求項（３）〜（８）何れか一つに記載の汗中物質の
測定装置。