JPS6085359A

JPS6085359A - 物質定量装置

Info

Publication number: JPS6085359A
Application number: JP58193294A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Araki; 荒木　一弘; Yoshihiro Sakurai; 桜井　義弘
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1985-05-14
Also published as: JPH0570102B2

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】〔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を行う物
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ｉｄ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カニ知られている
。こｉ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
、生体触媒膜と同程度の透過性を有するγルブミン等か
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ｌ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は基準′ｆＬ７を
収容する容器８．２極のバイオセンサ９，１０、各ノく
イオセンサ９．１０の対極１１．１２．参照゛電極１３
をもつ。ノぐイオセンサ９．１０にはポテンシオスタッ
ト等の両極間に′ｒｄ位差を生じさせる手段および電流
計力５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２１／Ｃ
入ねられた緩衝液１をポンプ４を用いて常に一定の流速
となるようＸイブ３に流す。つぎに、試料全注入器４を
用いてノぐイブ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、基準液７が流路系（ツクイブ３）中には
なく、容器８に収容されており、ノくイオセン＋”９．
１０が常時、　ｐＨ約７．５の基準液７に浸されている
ので、バイオセンサ９．１０が劣化し寿命が短かいとい
う問題があ−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、被検物質のキャ
リア液金流す流路と、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１１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たものである。

ここで注意すべきことは、妨害物質つまり基準液をキャ
リア液流路に流すようにしたことに伴って、前記両ＭＷ
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ったが、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。さら
に、被検物質検知用電極と妨害物質検知用電極という表
現をとったが、これは、それらの電極力よ２つある場合
はもちろん、共通単一の電極である場合も含んでいると
いうことである。すなわち、被検物質検知用電極はそも
そも妨害物質にも感応するものだからである・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、したがっ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ッ
ク図である。２０は定電圧発生回路、２１は被検物質検
知用ｗＬ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、２４Ａ　、　２４Ｂは増
幅回路、２５Ａ　、　２５Ｂはフィルタ回路、２６Ａ　
、　２６Ｂはん巾変換回路、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５＝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める。この装置は
、キャリア液（緩衝液）２９の収容タンク３０．定量ポ
ンプ３１、インジェクタ３２、液流ダンパ３３、センサ
部３４　、ＱＱタンタ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（Ｗ
池）２ｏ。

２０に電流計４０．４０を介して接続されている。

マタ、検出７流であ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、これらはル巾変
換回路２６（第３図の２６Ａ　、　２６Ｂ　）を介し８
ビツトマイクロ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および各種パイロット表示部４４に接
続されている。４５はインジェクタ３２への注入器であ
る。

第５図は装置本体の前面／＜ネル５１を示す。この前面
パネルにはデジタル表示部２８、各種ノぐイロット表示
部４４、被検物質１００％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θ％）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
インジェクタ３２にある）、キャリア液吸入チューブ５
７の接続口４７、廃液チューブ５８の接続口４８、電源
スィッチ４９およびポンプスイッチ５０が設けられてい
る。ノぐイロノト表示部４４には、それぞれＩＪＤであ
る注入待ち指示４４几、測定中４４ｂ、第１基準液注入
指示４４Ｃ１第２基準液注入指示４４ｄ、試料溶液注入
指示４４ｅ、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。

■　電源スィッチ４９をオンすると定量ポンプ３１が作
動し、ｐＨ約７．５のキａｗ　’］了液液２９流路３６
に流れる。流量は３媚／分である。キャリア液２９がセ
ンサ部３４に達するまで注入待ち指示のＬ卯４４８が点
滅する（約２分間）、、。

■　キャリア液２９がセンサ部３４に達すると、第１基
準液注入指示のＩＪＤ　４４（ｔが点滅する。これに従
って注入口４６に第１基準液であるグルコース１００％
の溶液を注入する。これによって測定中のＬＥＤ　４４
ｂが点灯する。被物質検知用電極（すなわち固定化酵素
電極）３７での出力が得られ、デジタル表示部２８に例
えば２５０の如く表示される（−一２５０Ｃｔｐ／ｄｌ
ｌ〕）。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
ンピュータのメモリに記憶される。

なお、電極３７の感度が低いとＬＥＤ　４４ｃが点滅す
るので再度グルローフ１００％溶液を注入する。こ１７
）　ＩＪＤ　４４ｒ、の点滅とともに了り一ログ回路は
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っている。また、感度が非常に低い
ときにはセンサ交換指示のＬＥｌ、）　４４ｆが点滅す
乙ので、こね、に従−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、ＬＥＤ　４４（！
は廃滅せず、第２基準液注入指示のＬＥＤ　４４ｄが点
滅する。これに従９て第２基率液モめる妨害物質（例え
ばアスコルビン酸または尿酸）１００％の溶液全注入口
４６に注入する。これによって測定中のＩＪＤ　４４ｂ
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負、る。

２つの電極３７．３８の感度が同じであれは出力は同じ
であり、デジタル表示部２８に例えば７゜の如く表示さ
れる（　ｂ　＝７０　Ｃｑ／ｄ（４〕）。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
コンピュ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７ｏの如く表示される（　ｂ
　＝　７０　Ｃｑ／＋ｄ７？］　）。

■　前記の表示の後、試料溶液注入指示のＬＥＤ４４ｅ
が点滅する。これに従って試料溶液（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に出方が得られマイクロコンピュータのＣ
ＰＵ　（演算回路、演算部）２７で３　＝　ａ　−ｂの
演算が行われ、その結果Ｓすなわちグルコース％（ｌｄ
ｊ？中の血糖値ｗ）がデジタル表示部２８に表示される
。ただし、このときのＲ，ｂの値は■、■テノａ　（−
２５０）　、ｂ（＝　７０）とは一致するとは限らない
。なぜなら血液によって組成が異なるからである。

なお、２つのｆｉｉ３７．３８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に設けられたキャリア
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
キャリア液吸入チューブ、５８は廃液チューブである。

ケース５２は、定量ポンプ３１、センサ部３４、このセ
ンサ部３４に対する一対の弾性ホルダ５９、インジェク
タ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’＋［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４
７からポンプ３１を通りインジェクタ３２に至るチュー
ブ、７０はインジェクタ３２からダンパ３３を通り上流
側の弾性ホルダ５９に至るチューブ、７１′は下流側の
弾性ホルダ５９から接続口４８に至るチューブ、７２は
タンク収容室５４．５５を入れる空間部、７３は中板６
１に固定されたセンサ部３４のばね酸結合の外部端子で
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図に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３７゜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
っている。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−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５９．５９を示し
、第１３図はその要部を示す。８ｏは弾性ホルダ５９の
基部、８１はその取付ねじ、８２Ｆ′ｉ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から突設したチューブ接続
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と四部８５とをっ
なぐ流路である。センサ部３４は、一対の弾性ホルダ５
９．５９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ューブ７０゜７１
と接続され、またその接続操作はワンタッチに行える。

第１４図は、センサ部３４０３つの１ノ一ド部７９とそ
れらに対応して中板６１に取付けだＧｆ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エリ外部端子７３を
押し拡げながら弾性的に嵌ノｕするので、その操作はワ
ンタッチで行えるとともに、リード部７９と外部端子７
３の′に気的接続を確実なものとできる。

第１６図はインジェクタ３２を示し、第１７図は七の断
面を示す。インジェクタ３２は、軸心部の流路８７をも
つ本体８８と、チューブ６９．．７１０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
８７ｇにゴムノぐツキン９２を嵌入した状態でねじ部９
１を前面ノ（ネル５１の穴９３に通し、注入口４６を有
するナツト９４をねじ部９１に螺締することにより前面
パネル５１に固定しである。注入器４５からの注入は注
入針４５Ｒをゴムパツキン９２に裂き刺した状部で行う
。

第１８図は足姻ポツプ３１ｒ示ず。定格、ポンプ３１は
、モータ出力軸９５に固着の太陽歯車９６、こ九に噛合
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盆有し、遊星歯　。

車９７群の半月分にチューブ６９を巻回し、その外側か
ら抑圧体９９によ。てチューブ６９’＆ａ星歯車９７に
押圧することにより、チューブ６９０巻回部分を押しつ
ぶしている。１０１′ｉ押！−ｆ俸９９の締付ねじ、１
０１はポンプ押え板取付ねじ穴であるっチューブ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
間のチュ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によるキャリア液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
けセンサ部３４に安定流となって到達する。これにより
検出精度を高いものとできる。

センサ部３４の別態様として９ＪＡ１９１ｇ＋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′Ｎ、
極３７、妨害物質検知用電極３８およびそれらの対極３
９を、流れ方向Ｖこ対する直角方向で対面させたもので
あるうこの場合、２つの電極３７．３８のリード部７９
が流ｆＬ丈方向［６ｊ−箇Ｂ１に分離し−Ｃ存在するた
め、７１部端子７３は中央で絶縁化でれたものを使うの
が好ましい。

上記実施例の場合、第１基準液、第２基準液２よひ試料
溶液の流路３６に対する注入を共通単一の注入口４６か
し行うので、これらケ別々の江２（口から注入するもの
に比べ−〔小型化〃Ｉ図れるという利点がある。また、
フロ一式に測定するので）くッチ式に比べて短詩［（」
」に数多くの被検物質（血液中のグルコース等）を測定
できる利点がある。

なお・、他の笑施例として次に列記するものカニある。

（イ）定量ポンプ３１をインジェクタ３２と液カｔグン
バ３３との間に設けたもの。

（ロ）　定−歌ボンプ３１を省略したもｔｂｏｔｉ、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に落差で流
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
けたちのっ（ニ）先にも述べたが、妨害物質検知用電極３８をなく
し、これを被検物質検知用電極３７で共用したもの。こ
の場合、最初に妨害物質１００％を流して電極３７でｂ
の値をめ、次いで被検物質を流して同じ電極３７でａの
値をめ、ａ−ｂの演算を行う。

なお、生体触媒電極としてグルツ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り一ば、Ｎ極劣化を防止し
てその寿命を長く保つことができるという効果がある９

【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図はブロック図、第４図は構成概念図１、第５図
は正面図、第６図は斜視図、第７１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１
２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図はインジェク々の斜視図、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２０図はその斜視図であ
る。２７・・・演算部、２８・・・表示部、２９・・・キャ
リア液、３１・・・ポンプ、３３・・・液流ダンパ、３
６・・・流路、３７・・・被検物質検知用電極、３８・
・妨害物質検知用！極、４６・・・注入口、５９−・弾
性ホルダ、７３・・・外部端子、７４・・・筒体、７５
・・・流路、７９・・・リード部第１図第２図；イＹ９１ＬＩｌソ第１９図７８（７９）第２０１／１１　ラ４５第１１１４２Ｉ、１３１．゛ｉｂｌ第１５図第１７図手続補正書（帥）１．事件の表示昭和５８年特許願第１９３２９４号２、発明の名称物質定量装置３、補正をする者事件との関係　出願人４、代理人５、補正命令の日付自発補正６、補正の対象（１）　明細書第３頁第１０行、「した状態を」とある
を「した状態で」と訂正する。（２）明細書第９頁第５行、「被検物質１００％の溶液
」とあるを「妨害物質が存在せず被検物質のみの溶液」
と訂正する。（３）明細書第１０頁第８行、「被物質」とあるを「被
検物質」と訂正する。（４）明細書第１０頁第１１行、「妨害物質」とあるを
「妨害物質」と訂正する。（５）　明細書第１０頁第１６行、「１００％」とある
を「のみの」と訂正する。（６）明細書第１８頁第７行、「１００％」とあるを「
のみの溶液」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検物質のキャ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た物質定量
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−口である特許請求の範囲第（１）項記載の物
質定量装置。
（３）　前記被検物質検知用電極を前記妨害物質検知用
電極に兼用した特許請求の範囲第（１）項記載の物質定
量装置う
（４）前記両電極よりも上流側において前記流路にポン
プを介在し、このポンプと前記両電極との間に液流々゛
ンパ介在した特許請求の範囲第（１）項。第（２）項または第（３）項記載の物質定量装置。
（５）前記両電極を単一の筒体の流路に挿入し、各電極
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。
（６）前記両電極を前記流路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。
（７）前記両電極を単一の筒体の流路に挿入し、この筒
体の入口と出口に連通ずる上流側および下流側の各流路
を、前記筒体をその入口、出口両側から弾性的に圧接す
るだめの弾性ホルダにそれぞれ保持させた特許請求の範
囲第（１）項記載の物質定量装置。
（８）　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１００％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醒
１００％の基慈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仁（。