(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質を検出する酵素センサを備えるセンサシステムにおいて、
前記酵素センサは、複数の同一構成のセンサ部を備え、当該複数のセンサ部のうちの一部が前記試料に接触させない基準センサ部であるとともに、残りが前記試料に接触させる検出センサ部であり、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる前における、前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づき算出された第１応答比を記憶する記憶手段と、
前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とを取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後における前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づいて、第２応答比を算出する応答比算出手段と、
前記記憶手段に記憶されている第１応答比と、前記応答比算出手段によって算出された第２応答比と、の比率に基づいて、前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段と、を備え、
前記第１応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に前記基準センサ部から取得した第１基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第１検出側応答値と、の比率であり、
前記第１基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が所定の第１応答検出閾値を超えてから所定の第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第１検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が所定の第２応答検出閾値を超えてから所定の第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であり、
前記第２応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に前記基準センサ部から取得した第２基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第２検出側応答値と、の比率であり、
前記第２基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第１応答検出閾値を超えてから前記第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第２検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第２応答検出閾値を超えてから前記第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であることを特徴とするセンサシステム。
【請求項２】
前記第１基準側応答値及び前記第２基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第１応答検出閾値を超えてから前記第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値の所定期間の平均値であり、
前記第１検出側応答値及び前記第２検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第２応答検出閾値を超えてから前記第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値の所定期間の平均値であることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記濃度判定手段によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサシステム。
【請求項４】
ユーザ操作に応じて、前記検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段を備え、
前記濃度判定手段は、前記指定手段によって指定された複数の物質のうちの一つのみが前記試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定し、
前記警告手段は、前記濃度判定手段によって判定された各濃度のうちの一つでも前記警告閾値を超えた場合に警告を行うことを特徴とする請求項３に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記酵素センサを着脱自在に支持する支持部を備え、
前記酵素センサは、使い捨て型のセンサであることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記試料は液体であり、
前記酵素センサは、前記複数のセンサ部それぞれの周りに液溜部を有することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のセンサシステム。
【請求項７】
酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度を請求項１から６の何れか一項に記載のセンサシステムを用いて測定する検出対象物質測定方法において、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる第１接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を前記酵素の基質に接触させる第２接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、前記取得手段によって当該基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とを取得する取得ステップと、
次いで、前記応答比算出手段によって、前記取得ステップで取得された前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とに基づき前記第２応答比を算出する応答比算出ステップと、
次いで、前記濃度判定手段によって、前記記憶手段に記憶されている第１応答比と、前記応答比算出ステップで算出された第２応答比と、の比率に基づき前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定ステップと、を有することを特徴とする検出対象物質測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサシステム及び当該センサシステムを用いた検出対象物質測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の検出対象物質を検出するバイオセンサが知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。具体的には、このようなセンサとしては、例えば、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等がコリンエステラーゼ等の酵素の活性を阻害することを利用して、食品中の有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を検出する酵素センサが知られている。
【０００３】
酵素センサは、感度や選択性には優れているものの、温度やｐＨ等の外部環境の変化の影響を受け易い。
そのため、例えば、検出結果に影響を与える雰囲気状態の変動を検知して補正用電気信号を出力する補正用電極（基質濃度検知電極、ｐＨ電極、温度センサ、電気伝導度計測用電極）を設けることにより検出結果を補正することのできる被検知物質測定装置が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０２６９９４号公報
【特許文献２】特表２００２−５２４０２１号公報
【特許文献３】特表２０００−５００３８０号公報
【特許文献４】特開２００６−０８７３０３号公報
【特許文献５】特開２００５−３０８７２０号公報
【特許文献６】特開２００５−２４１５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献６に記載の装置において、検出結果をより正確に補正するためには、検出結果に影響を与える雰囲気状態の変動に関する情報として温度やｐＨ等の複数種類の情報を得る必要がある。そして、そのためには、温度センサやｐＨ電極等の複数種類の補正用電極を備えなければならず、煩わしいという問題がある。
また、食品の産地・種類の多様化を背景に、食の安全・安心に対する関心が非常に高まっている。特に、残留農薬の問題は特に大きな関心を集めており、食品中の残留農薬の有無に関する安全性の確保が求められている。
現在、残留農薬検査は主に公定法であるGC/MS法、ELISA法などの高度分析装置を用いた検出・定量が行われているが、これらの方法は複雑な前処理や操作技術に対する専門的な知識や技術が必要であり、また、装置も高価で、前処理や計測に長い時間を要するため、コストと迅速性、汎用性が要求される現場でのスクリーニングには適していない。そこで、簡便な方法でありながら、極微量の農薬でも迅速に検出できる高性能な残留農薬等の一次スクリーニングの実現が必要である。
【０００６】
本発明の課題は、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能なセンサシステム及び当該センサシステムを用いた検出対象物質測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質を検出する酵素センサを備えるセンサシステムにおいて、
前記酵素センサは、複数の同一構成のセンサ部を備え、当該複数のセンサ部のうちの一部が前記試料に接触させない基準センサ部であるとともに、残りが前記試料に接触させる検出センサ部であり、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる前における、前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づき算出された第１応答比を記憶する記憶手段と、
前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とを取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後における前記基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づいて、第２応答比を算出する応答比算出手段と、
前記記憶手段に記憶されている第１応答比と、前記応答比算出手段によって算出された第２応答比と、の比率に基づいて、前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段と、を備え、
前記第１応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に前記基準センサ部から取得した第１基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第１検出側応答値と、の比率であり、
前記第１基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が所定の第１応答検出閾値を超えてから所定の第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第１検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が所定の第２応答検出閾値を超えてから所定の第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であり、
前記第２応答比は、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に前記基準センサ部から取得した第２基準側応答値と、前記検出センサ部を前記試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第２検出側応答値と、の比率であり、
前記第２基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第１応答検出閾値を超えてから前記第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、
前記第２検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第２応答検出閾値を超えてから前記第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサシステムにおいて、
前記第１基準側応答値及び前記第２基準側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記基準センサ部の出力値が前記第１応答検出閾値を超えてから前記第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値の所定期間の平均値であり、
前記第１検出側応答値及び前記第２検出側応答値は、前記酵素の基質との接触によって前記検出センサ部の出力値が前記第２応答検出閾値を超えてから前記第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値の所定期間の平均値であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のセンサシステムにおいて、
前記濃度判定手段によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のセンサシステムにおいて、
ユーザ操作に応じて、前記検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段を備え、
前記濃度判定手段は、前記指定手段によって指定された複数の物質のうちの一つのみが前記試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定し、
前記警告手段は、前記濃度判定手段によって判定された各濃度のうちの一つでも前記警告閾値を超えた場合に警告を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載のセンサシステムにおいて、
前記酵素センサを着脱自在に支持する支持部を備え、
前記酵素センサは、使い捨て型のセンサであることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか一項に記載のセンサシステムにおいて、
前記試料は液体であり、
前記酵素センサは、前記複数のセンサ部それぞれの周りに液溜部を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、
酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度を請求項１から６の何れか一項に記載のセンサシステムを用いて測定する検出対象物質測定方法において、
前記検出センサ部を前記試料に接触させる第１接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を前記酵素の基質に接触させる第２接触ステップと、
次いで、前記基準センサ部及び前記検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、前記取得手段によって当該基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とを取得する取得ステップと、
次いで、前記応答比算出手段によって、前記取得ステップで取得された前記基準センサ部の出力値と前記検出センサ部の出力値とに基づき前記第２応答比を算出する応答比算出ステップと、
次いで、前記濃度判定手段によって、前記記憶手段に記憶されている第１応答比と、前記応答比算出ステップで算出された第２応答比と、の比率に基づき前記試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度やｐＨ等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
したがって、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態のセンサシステムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施形態の酵素センサの構成の一例を示す斜視図である。
【図３】実施形態のセンサ部によって検出対象物質を電気化学的に検出する原理の一例を説明するための図である。
【図４】支持部に装着された酵素センサを示す図である。
【図５】応答検出閾値（第１応答検出閾値、第２応答検出閾値）、待機時間（第１待機時間、第２待機時間）、基準側応答値（第１基準側応答値、第２基準側応答値）、検出側応答値（第１検出側応答値、第２検出側応答値）を説明するための図である。
【図６】検量線の一例を示す図である。
【図７】実施例で構成したセンサシステムの評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１７】
［センサシステムの構成］
まず、本実施形態のセンサシステム１の構成について説明する。
センサシステム１は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を検出するための酵素センサ１０を使用して、試料に含まれる検出対象物質を検出又は定量するシステムである。
【００１８】
図１は、センサシステム１の構成の一例を示すブロック図である。
センサシステム１は、図１に示すように、主に、複数の同一構成のセンサ部Ｓｅを有する酵素センサ１０と、センサ部Ｓｅと接続する取得部２０と、キー群やタッチパネルを備える操作部３０と、ディスプレイを備える表示部４０と、取得部２０、操作部３０及び表示部４０と接続する制御部５０と、を備えて構成される。
【００１９】
本実施形態のセンサシステム１が備える酵素センサ１０は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を、当該検出対象物質がコリンエステラーゼ等の酵素の活性を阻害することを利用して電気化学的に検出するためのセンサである。
図２は、酵素センサ１０の構成の一例を示す斜視図である。
酵素センサ１０は、図２に示すように、主に、基板１１と、基板１１上に形成された電極１２（作用電極１２１、対電極１２２及び参照電極１２３）と作用電極１２１上に形成された電子伝達体層１３と当該電子伝達体層１３上に形成された酵素層１４とからなるセンサ部Ｓｅと、センサ部Ｓｅの酵素層１４の周囲に液溜を形成するための液溜形成部１５と、センサ部Ｓｅの電極１２からの配線を保護するための絶縁膜１６と、を備えて構成される。
なお、本実施形態において、酵素センサ１０は、２つのセンサ部Ｓｅを備えているが、これに限定されるものではなく、酵素センサ１０が備えるセンサ部Ｓｅの個数は複数であれば適宜任意に変更可能である。
【００２０】
基板１１は、例えば、シリコン、セラミックス、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料（例えば、微生物生産ポリエステル等）等からなる絶縁性基板である。
【００２１】
センサ部Ｓｅの電極１２は、例えば、スクリーン印刷法によって基板１１上に形成された導電層である。
作用電極１２１としては、例えば、金、白金、銅、アルミニウム等の貴金属や、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、ＴｉＯ２、グラファイト、グラフェン、グラッシカーボンなどを用いることができる。
対電極１２２としては、例えば、二極方式の場合は銀、三極方式の場合は銀やその他の金属を用いることができる。
参照電極１２３としては、例えば、カロメル電極、銀/塩化銀等を用いることができる。
【００２２】
なお、酵素センサ１０の電極方式は、作用電極と対電極と参照電極との三極方式に限定されるものではなく、作用電極と対電極との二極方式であっても良い。
また、電極１２は、スクリーン印刷法によって形成されたものに限定されるものではなく、電極１２の形成方法は適宜任意に変更可能である。具体的には、電極１２は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等によって形成することも可能である。
【００２３】
また、作用電極１２１、対電極１２２及び参照電極１２３の大きさ、形状、構成には、特に制限はない。
具体的には、例えば、これらの電極は、市販の電解セル、測定セル等で使用する大きな電極であっても良いし、ディスク電極、回転リングディスク電極、ファイバー電極等であっても良いし、例えば、フォトリソグラフィー等の公知の微細加工技術により作製した微小電極（円盤電極、円筒電極、帯状電極、配列帯状電極、配列円盤電極、リング電極、球状電極、櫛型電極、ペア電極等）であっても良い。また、作用電極１２１、対電極１２２及び参照電極１２３はそれぞれ同じ大きさ、形状、構成であっても良いし、異なる大きさ、形状、構成であっても良い。
【００２４】
センサ部Ｓｅの酵素層１４は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質によって活性が阻害される酵素（具体的には、アセチルコリンエステラーゼ（ＡＣｈＥ）やブチリルコリンエステラーゼ（ＢＣｈＥ）等のコリンエステラーゼ）を含む層である。
なお、酵素層１４には、一種類の酵素のみが含まれていても良いし、複数種類の酵素が含まれていても良い。
また、酵素層１４には、酵素の活性の発現を触媒するための補酵素等が含まれていても良い。
【００２５】
ここで、本実施形態において、酵素は、メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された状態で酵素層１４に含まれていることとする。
すなわち、本実施形態の酵素層１４は、メソ多孔性シリカと、当該メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された酵素と、からなる層である。
なお、本実施形態では、細孔の内部に酵素が固定された粉末状のメソ多孔性シリカとバインダーとを混合したものを電子伝達体層１３上に塗布することによって酵素層１４を形成するようにしたが、酵素層１４の形成方法は、これに限定されるものではない。例えば、細孔の内部に酵素が固定されていない粉末状のメソ多孔性シリカとバインダーとを混合したものを電子伝達体層１３上に塗布してメソ多孔性シリカ層を形成し、当該メソ多孔性シリカ層の細孔の内部に酵素を固定することによって酵素層１４を形成することも可能である。
また、メソ多孔性シリカの形状は、粉末状に限定されるものではなく、適宜任意に変更可能であり、顆粒状、シート状、バルク状、膜状等であっても良い。
【００２６】
本実施形態において、酵素層１４に含まれるメソ多孔性シリカは、粉末状であり、例えば、ケイ酸やアルミナなどの各種金属酸化物、ケイ酸と他種の金属との複合酸化物等によって構成することができる。
例えば、ケイ酸により構成されるメソ多孔性シリカの作製においては、例えば、カネマイトのような層状シリケート、アルコキシシラン、シリカゲル、水ガラス、ケイ酸ソーダ等を好ましく用いることができる。
具体的には、メソ多孔性シリカは、例えば、無機材料を界面活性剤と混合反応させて、界面活性剤のミセルの周りに無機の骨格が形成された界面活性剤／無機複合体を形成させた後、例えば、４００℃〜６００℃で焼成したり有機溶剤で抽出したりする等して界面活性剤を除去することにより作製される。これにより、メソ多孔性シリカは、無機骨格中に、界面活性剤のミセルと同じ形状のメソポア細孔を有するものとなる。
【００２７】
メソ多孔性シリカの作製において、ケイ酸等のケイ素含有化合物を出発材料とする場合には、例えば、カネマイトのような層状シリケートを形成して、この層間にミセルを挿入し、そして、ミセルが存在しない層間をシリケート分子でつなぎ、その後、ミセルを除去することによって細孔を形成することができる。
また、メソ多孔性シリカの作製において、水ガラス等のケイ素含有物質を出発材料とする場合には、例えば、ミセルの周囲にシリケート分子を集合させて重合させることによりシリカを形成し、その後、ミセルを除去することによって細孔を形成することができる。この場合、通常、ミセルの形状は柱状となり、その結果、メソ多孔性シリカに、柱状の細孔が形成されることになる。
メソ多孔性シリカは、作製段階で、界面活性剤のアルキル鎖の長さを変えてミセルの径を変化させることによって、細孔の内径を制御することができる。また、界面活性剤と併せて、トリメチルベンゼン、トリプロピルベンゼン等の比較的疎水性の分子を添加することによって、ミセルを膨潤させ、さらに大きな内径の細孔を形成することもできる。
【００２８】
メソ多孔性シリカにおける細孔の配向は、ランダムであっても、一次元シリカナノチャンネルの集合体のように方向性が制御されたものであってもよい。
メソ多孔性シリカの種類としては、細孔のサイズが均一であり、且つ、大きな空隙率を持つという特徴を有する、例えば、ＫＳＷ、ＦＳＭ、ＳＢＡ、ＭＣＭ、ＨＯＭ等の公知の種類を採用することができる。
【００２９】
メソ多孔性シリカの細孔のサイズは、当該メソ多孔性シリカに固定する酵素の立体構造の変化を防止可能な程度に設定されていることが好ましい。これにより、酵素の立体構造を維持することができ、メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された酵素（すなわち、酵素層１４に含まれる酵素）を安定化することができる。
具体的には、メソ多孔性シリカの細孔のサイズは、酵素（酵素分子又は活性部位を含む酵素の断片）のサイズの０．５〜２．０倍程度であることが好ましく、酵素のサイズの０．７〜１．４倍程度であることがより好ましく、酵素のサイズとほぼ同等であることが最も好ましい。すなわち、メソ多孔性シリカの細孔の直径（中心細孔直径）は、酵素の直径の０．５〜２．０倍程度であることが好ましく、酵素の直径の０．７〜１．４倍程度であることがより好ましく、酵素の直径とほぼ同等であることが最も好ましい。なお、具体的な中心細孔直径の値は、酵素の直径との関係で決定されるので一律には規定できないが、例えば、１〜５０ｎｍ程度とすることができる。
【００３０】
ここで、酵素が多量体を形成する場合には、酵素のサイズ（径）は、多量体のサイズ（径）とすることができる。ここで、多量体とは、２以上の酵素（タンパク質）が、直接に、又は水などの低分子を介して結合してなる化合物をいい、結合には、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合が含まれる。しかし、これらの結合の種類は、特に制限されない。
【００３１】
メソ多孔性シリカの比表面積は、例えば、２００〜１５００ｍ２程度である。
メソ多孔性シリカの細孔の深さは、２ｎｍ以上である。具体的には、好ましい深さの範囲は２０〜１０００ｎｍであり、より好ましい深さの範囲は５０〜５００ｎｍであり、最も好ましい深さの範囲は５０〜１５０ｎｍである。
メソ多孔性シリカの細孔のピッチは、細孔のピッチを細孔の中心間の距離と定義すると、好ましいピッチは２〜５００ｎｍであり、より好ましいピッチは２〜１００ｎｍであり、最も好ましいピッチは２〜５０ｎｍである。
【００３２】
このように、本実施形態において、酵素層１４は、メソ多孔性シリカと、当該メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定された酵素と、からなり、当該メソ多孔性シリカの細孔のサイズは、酵素のサイズの０．５〜２．０倍に設定されている。
したがって、メソ多孔性シリカの細孔の内部に、酵素をしっかりと固定することができるので、酵素の立体構造の変化が防止され、優れた安定性を有し、且つ、長寿命の酵素センサ１０を実現することが可能である。
また、メソ多孔性シリカは多孔質であり、比表面積が非常に大きい。したがって、メソ多孔性シリカを担体として用いると、高濃度に酵素を固定することができる。さらに、メソ多孔性シリカの細孔の内部に酵素をしっかりと固定することで、酵素は適度に分散された状態に維持されるため、酵素が凝集を起こして失活する等を回避することができる。すなわち、細孔のサイズが、酵素のサイズの０．５〜２．０倍に設定されているメソ多孔性シリカを担体として用いることで、高濃度に酵素を固定することができるとともに、酵素が凝集を起こして失活する等を避けることができるため、優れた感度を有する酵素センサ１０を実現することが可能となる。
【００３３】
なお、酵素層１４は、メソ多孔性シリカ以外の多孔質体と、当該多孔質体の細孔の内部に固定された酵素と、からなる層であっても良い。この場合、当該多孔質体の細孔のサイズは、酵素のサイズの０．５〜２．０倍程度であることが好ましく、酵素のサイズの０．７〜１．４倍程度であることがより好ましく、酵素のサイズとほぼ同等であることが最も好ましい。
また、酵素は多孔質体の細孔の内部に固定されていなくても良く、例えば、酵素層１４は、ポリビニルアルコール樹脂等の所定の樹脂と、当該樹脂に混合された酵素と、からなる層であっても良い。
【００３４】
センサ部Ｓｅの電子伝達体層１３は、酵素層１４に含まれる酵素と電極１２（具体的には、作用電極１２１）との間の電子の受け渡しを促進するための電子伝達体を含む層である。
なお、本実施形態では、電子伝達体層１３に含まれる電子伝達体として、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）を用いるが、これに限定されるものではなく、電子伝達体層１３に含まれる電子伝達体は、例えば、金属フタロシアニン、プルシアンブルー、メルドラブルー、カリウムフェロシアニド、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、ＨＢＴ、ＡＢＴＳ、ビオルリン酸（violuric acid、Ｖｉｏ）、ＮＮＳ、３−ヒドロキシアントラニル酸（３−ＨＡＡ）、４−アミノアンチピリン、ＨＯＢｔ等であっても良い。
また、電子伝達体層１３には、一種類の電子伝達体のみが含まれていても良いし、複数種類の電子伝達体が含まれていても良い。
【００３５】
液溜形成部１５は、基板１１上に形成されたセンサ部Ｓｅを取り囲む円筒状の部材である。基板１１のセンサ部Ｓｅが形成された側の面上に液溜形成部１５を配置すると、液溜形成部１５の一方の開口端（下端）側が閉塞されるため、液溜形成部１５内に液体（例えば、検出対象物質を含む試料液）を溜めることができる。
すなわち、酵素センサ１０は、複数のセンサ部Ｓｅそれぞれの周りに液溜部を有している。
【００３６】
ここで、本実施形態のセンサ部Ｓｅによって、検出対象物質を電気化学的に検出する原理の一例について、図３を参照して説明する。
センサ部Ｓｅを取り囲む液溜形成部１５内に基質（アセチルチオコリン（或いは、ブチリルチオコリン））を含む基質溶液を滴下して、センサ部Ｓｅを基質に接触させると、図３に示すように、センサ部Ｓｅの酵素（コリンエステラーゼ）は、選択的触媒作用により基質を分解して、チオコリンを生成する。
次いで、作用電極１２１を正にして、作用電極１２１と参照電極１２３との間に電圧を印加することにより液溜形成部１５内の基質溶液に対して電圧を印加すると、チオコリンは、電子伝達体（ＴＣＮＱ）を介して間接的に電子（ｅ−）を作用電極１２１に渡し、ジチオビスコリンになる。この際、作用電極１２１と対電極１２２との間には、還元型の電子伝達体を再酸化する電流が流れる。当該電流の値（以下「応答電流値」と称する。）は、酵素の活性に比例するため、応答電流値を測定することにより、その測定された応答電流値から酵素の活性を求めることができる。
【００３７】
有機リン系農薬は、コリンエステラーゼ等の酵素に不可逆的に、また、カーバメート系農薬は、コリンエステラーゼ等の酵素に可逆的に結合して、触媒作用（活性）を阻害する。
そのため、検出対象物質に接触させる前のセンサ部Ｓｅにおける酵素の活性と、検出対象物質に接触させた後のセンサ部Ｓｅにおける酵素の活性と、を比較して、検出対象物質によって酵素の活性が阻害されることに伴い生じる酵素の活性の低下度合いから、試料中の検出対象物質の濃度を測定することができる。
【００３８】
センサシステム１は、酵素センサ１０が有するセンサ部Ｓｅの個数と同数の取得部２０（本実施形態の場合、２つの取得部２０）を備えている。
取得部２０は、図１に示すように、電圧印加部２１と電流測定部２２とを備えており、接続手段２０ａを介して対応するセンサ部Ｓｅに接続される。
電圧印加部２１は、センサ部Ｓｅの電極１２に所定の電圧値の電圧を印加する。具体的には、電圧印加部２１は、作用電極１２１と参照電極１２３との間に電圧を印加するよう構成されている。
また、電流測定部２２は、電圧印加部２１による電圧印加時にセンサ部Ｓｅの電極１２に流れる電流値を応答電流値として測定するよう構成されている。
【００３９】
本実施形態において、酵素センサ１０は、使い捨て型のセンサである。
そして、センサシステム１は、酵素センサ１０を着脱自在に支持する支持部（センサヘッド）１ａ（図４参照）を備えており、この支持部１ａに酵素センサ１０を装着すると、当該酵素センサ１０が備える各センサ部Ｓｅが接続手段２０ａと接続するよう構成されている。また、この支持部１ａは、配線１ｂを介して取得部２０に接続されている。
【００４０】
操作部３０は、キー群やタッチパネルを備えており、押下されたキーの種類やタッチパネルの位置に対応する信号を制御部５０に出力するよう構成されている。
【００４１】
表示部４０は、液晶ディスプレイ等のディスプレイを備えており、制御部５０から入力される表示信号に基づいて各種情報をディスプレイに表示するよう構成されている。ここで、本実施形態において、表示部４０のディスプレイは、操作部３０のタッチパネルと一体的に形成されており、ユーザによるタッチ操作を受け付け可能となっている。
【００４２】
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えて構成されており、センサシステム１を統括的に制御するよう構成されている。
【００４３】
［検出対象物質測定方法］
次に、試料に含まれる検出対象物質の濃度を、センサシステム１を用いて測定する検出対象物質測定方法の一例について説明する。
【００４４】
酵素センサ１０が備える複数のセンサ部Ｓｅのうちの一部を試料に接触させない基準センサ部とするとともに、残りを試料に接触させる検出センサ部とする。本実施形態の場合、酵素センサ１０が備える左右に並ぶ２つのセンサ部Ｓｅのうち、一方（例えば、左側のセンサ部Ｓｅ）を基準センサとするとともに、他方（例えば、右側のセンサ部Ｓｅ）を検出センサとする。
また、制御部５０は、当該制御部５０内の記憶領域に、検出センサ部を試料に接触させる前における、基準センサ部の出力値（応答電流値）と当該検出センサ部の出力値（応答電流値）とに基づき算出された第１応答比を記憶している。すなわち、制御部５０が、検出センサ部を試料に接触させる前における、基準センサ部の出力値（応答電流値）と当該検出センサ部の出力値（応答電流値）とに基づき算出された第１応答比を記憶する記憶手段として機能する。
【００４５】
ここで、第１応答比は、検出センサ部を試料に接触させる前に基準センサ部から取得した第１基準側応答値と、検出センサ部を試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第１検出側応答値と、の比率である。
第１基準側応答値及び第１検出側応答値は、例えば図５（ａ）に示すようにして求めることができる。
具体的には、第１基準側応答値は、基準センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値（応答電流値）が予め定められた所定の第１応答検出閾値を超えてから予め定められた所定の第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値（応答電流値）である。
また、第１検出側応答値は、検出センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値（応答電流値）が予め定められた所定の第２応答検出閾値を超えてから予め定められた所定の第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値（応答電流値）である。
したがって、本実施形態の場合、検出センサ部を試料に接触させる前に、基準センサ部を取り囲む液溜形成部１５と、検出センサ部を取り囲む液溜形成部１５と、の双方に基質溶液を滴下して基準センサ部及び検出センサ部からそれぞれ第１基準側応答値及び第１検出側応答値を取得し、第１応答比を算出して制御部５０に記憶しておく必要がある。
【００４６】
なお、第１応答検出閾値と第２応答検出閾値は、同一の値であってもよいし、異なる値であっても良い。
また、第１待機時間の長さと第２待機時間の長さは、同一であってもよいし、異なっても良い。
【００４７】
また、第１基準側応答値及び第１検出側応答値は、例えば図５（ｂ）に示すように、応答電流値の所定期間の平均値であっても良い。
具体的には、第１基準側応答値は、基準センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値（応答電流値）が第１応答検出閾値を超えてから第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値（応答電流値）の所定期間の平均値であっても良い。
同様に、第１検出側応答値は、検出センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値（応答電流値）が第２応答検出閾値を超えてから第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値（応答電流値）の所定期間の平均値であっても良い。
【００４８】
そして、まず、ユーザは、試料を作製する。本実施形態では、農作物に付着している残留農薬を測定するための試料を作製することとする。
具体的には、例えば、所定量（例えば、約１００ｇ）の農作物をポリ袋に入れる。この際、農作物の大きさや重さが問題となる場合には、適当な大きさに切ってからポリ袋に入れる。
次いで、農作物と等量の有機溶媒溶液（例えば、５％アセトニトリル溶液）を当該ポリ袋に入れる。
次いで、当該ポリ袋の口を閉じて、当該ポリ袋を所定時間（例えば、３０秒間）強く振り、農作物に付着している残留農薬を有機溶媒溶液で抽出する。
次いで、当該ポリ袋内の有機溶媒溶液（残留農薬を含む有機溶媒溶液）をろ過して土等を取り除く。これにより、試料（試料液）を作製することができる。
なお、試料の作製手順は、ここに示した手順に限定されるものではなく、適宜任意に変更可能である。また、試料の種類は、農作物に付着している残留農薬を測定するための試料に限定されるものではなく、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の検出対象物質を含む試料であれば適宜任意に変更可能である。
【００４９】
次いで、ユーザは、検出センサ部を試料に接触させる（第１接触ステップ）。
具体的には、例えば、検出センサ部を取り囲む液溜形成部１５内に、作製した試料（試料液）を滴下することによって、当該検出センサ部を試料に接触させる。
【００５０】
次いで、ユーザは、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を酵素層１４が備える酵素の基質に接触させる（第２接触ステップ）。
具体的には、例えば、ユーザが、操作部３０を操作して、検出対象物質（例えば、農作物に残留する可能性のある農薬）を指定するとともに、測定の開始を指示すると、制御部５０は、基準センサ部と接続する取得部２０による電流値の測定及び検出センサ部と接続する取得部２０による電流値の測定を開始するとともに、測定された基準センサ部の電流値及び検出センサ部の電流値の経時変化を表示部４０に表示する。そして、ユーザは、一定時間経過後（この時、基準センサ部のベース電流値及び検出センサ部のベース電流値は一定の電流値以下で安定していることが表示部４０からも確認できる）、基準センサ部を取り囲む液溜形成部１５内と検出センサ部を取り囲む液溜形成部１５内との双方に基質溶液を滴下することによって、基準センサ部及び検出センサ部を基質に接触させる。
【００５１】
ここで、基準センサ部と検出センサ部とが別体である場合、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置するには、そのための作業（例えば、基準センサ部と検出センサ部とを近接して配置する作業等）を行う必要がある。これに対し、本実施形態の場合、同一基板上に基準センサ部及び検出センサ部が配置されて、基準センサ部と検出センサ部とが一体化している。したがって、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置するための作業をわざわざ行わなくても、基準センサ部及び検出センサ部が同一環境下に配置されるので、使い勝手が良い。
【００５２】
次いで、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、制御部５０は、取得部２０によって当該基準センサ部の出力値（応答電流値）と当該検出センサ部の出力値（応答電流値）とを取得する（取得ステップ）。
すなわち、取得部２０が、基準センサ部の出力値（応答電流値）と検出センサ部の出力値（応答電流値）とを取得する取得手段として機能する。
【００５３】
次いで、制御部５０は、取得ステップで取得された基準センサ部の出力値（応答電流値）と検出センサ部の出力値（応答電流値）とに基づき第２応答比を算出する（応答比算出ステップ）。
すなわち、制御部５０が、取得手段（取得部２０）によって取得された、検出センサ部を試料に接触させた後における基準センサ部の出力値（応答電流値）と当該検出センサ部の出力値（応答電流値）とに基づいて、第２応答比を算出する応答比算出手段として機能する。
【００５４】
ここで、第２応答比は、検出センサ部を試料に接触させた後に基準センサ部から取得した第２基準側応答値と、検出センサ部を試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第２検出側応答値と、の比率である。
第２基準側応答値及び第２検出側応答値は、第１基準側応答値及び第２検出側応答値と同様、例えば図５（ａ）に示すようにして求めることができる。
具体的には、第２基準側応答値は、基準センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値（応答電流値）が第１応答検出閾値を超えてから第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値（応答電流値）である。
また、第２検出側応答値は、検出センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値（応答電流値）が第２応答検出閾値を超えてから第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値（応答電流値）である。
【００５５】
なお、第２基準側応答値及び第２検出側応答値は、第１基準側応答値及び第２検出側応答値と同様、例えば図５（ｂ）に示すように、応答電流値の所定期間の平均値であっても良い。
具体的には、第２基準側応答値は、基準センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該基準センサ部の出力値（応答電流値）が第１応答検出閾値を超えてから第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値（応答電流値）の所定期間の平均値であっても良い。
同様に、第２検出側応答値は、検出センサ部と酵素層１４に含まれる酵素の基質との接触によって当該検出センサ部の出力値（応答電流値）が第２応答検出閾値を超えてから第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値（応答電流値）の所定期間の平均値であっても良い。
【００５６】
次いで、制御部５０は、当該制御部５０に記憶されている第１応答比と、応答比算出ステップで算出された第２応答比と、の比率に基づき試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する（濃度判定ステップ）。
すなわち、制御部５０が、記憶手段（制御部５０）に記憶されている第１応答比（＝（第１検出側応答値）／（第１基準側応答値））と、応答比算出手段（制御部５０）によって算出された第２応答比（＝（第２検出側応答値）／（第２基準側応答値））と、の比率に基づいて、試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段として機能する。
具体的には、検出対象物質の濃度［Ｉ］は、
ＲＡ（相対活性）＝（第２応答比）／（第１応答比）
阻害率＝１−ＲＡ＝１／（１＋（Ｋｉ／［Ｉ］）×（１＋［Ｓ］／Ｋｍ））
によって判定（算出）することができる。
ただし、Ｋｉはユーザが操作部３０を操作して指定した検出対象物質の阻害定数、［Ｓ］は基質濃度（ユーザが操作部３０を操作して滴下する基質溶液の濃度を入力しても良いし、滴下する基質溶液の濃度が予め定まっていても良い。）、Ｋｍはミカエリス定数である。
【００５７】
次いで、制御部５０は、濃度判定ステップで判定された濃度を表示部４０に表示する。また、制御部５０は、濃度判定ステップで判定された濃度が予め定められた所定の警告閾値を超えるか否か判定し、超えた場合に所定の警告表示を表示部４０に表示する。
すなわち、表示部４０及び制御部５０が、濃度判定手段（制御部５０）によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段として機能する。
【００５８】
ここで、本実施形態において、ユーザは、操作部３０を操作して、検出対象物質として複数の物質（例えば、農作物に残留する可能性のある複数の農薬）を指定することができる。
すなわち、操作部３０が、ユーザ操作に応じて、検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段として機能する。
【００５９】
そして、制御部５０は、検出対象物質として複数の物質が指定された場合には、当該指定された複数の物質のうちの一つのみが試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定するよう構成されている。
具体的には、例えば、検出対象物質として物質Ａと物質Ｂと物質Ｃとが指定されたとする。この場合、制御部５０は、試料に物質Ａのみが含まれていたと仮定し、Ｋｉ＝物質Ａの阻害定数として、物質Ａの濃度［ＩＡ］を判定（算出）する。また、試料に物質Ｂのみが含まれていたと仮定し、Ｋｉ＝物質Ｂの阻害定数として、物質Ｂの濃度［ＩＢ］を判定（算出）する。また、試料に物質Ｃのみが含まれていたと仮定し、Ｋｉ＝物質Ｃの阻害定数として、物質Ｃの濃度［ＩＣ］を判定（算出）する。
【００６０】
その後、制御部５０は、判定した各濃度（この例の場合、［ＩＡ］、［ＩＢ］及び［ＩＣ］）を表示部４０に表示し、判定した各濃度のうちの一つでも予め定められた警告閾値を超えた場合に警告を行うよう構成されている。
具体的には、例えば、この例の場合、
［ＩＡ］∧［ＩＢ］∧［ＩＣ］≧警告閾値ならば「極めて危険」等の警告表示を表示部４０に表示し、
［ＩＡ］∨［ＩＢ］∨［ＩＣ］≧警告閾値ならば「危険」、「グレー」、「危険の可能性有」等の警告表示を表示部４０に表示し、
［ＩＡ］∧［ＩＢ］∧［ＩＣ］＜警告閾値ならば「安全」等の表示を表示部４０に表示する。
【００６１】
なお、本実施形態において、制御部５０は、検出対象物質の濃度［Ｉ］を数式（阻害率＝１−ＲＡ＝１／（１＋（Ｋｉ／［Ｉ］）×（１＋［Ｓ］／Ｋｍ）））を用いて判定（算出）するよう構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、制御部５０内の記憶領域に、検出対象物質の濃度と阻害率との関係を示す検量線（図６参照）等の検量線に関する検量線データを記憶しておき、当該検量線データに基づいて、検出対象物質の濃度［Ｉ］を判定するよう構成することも可能である。
ここで、図６には、阻害定数（Ｋｉａ）が１０−６である物質の検量線と、阻害定数（Ｋｉｂ）が１０−７である物質の検量線と、阻害定数（Ｋｉｃ）が１０−８である物質の検量線と、を示す。
図６によれば、横軸が濃度［Ｉ］（ｍｏｌ／Ｌ）の対数、縦軸が阻害率（％）なので、阻害率（＝１００×（１−ＲＡ））が分かれば、検量線から濃度［Ｉ］を判定（取得）することができる。
【００６２】
ここで、酵素センサは、酵素活性の低下等の劣化が生じ易い。
そこで、本実施形態では、劣化等に伴うセンサ間のばらつきの影響を抑えるために、同一のセンサ部Ｓｅを用いて検出対象物質との接触前後における応答電流値を測定することとしている。
【００６３】
また、酵素センサは、感度や選択性には優れているものの、温度やｐＨ等の外部環境の変化の影響を受け易い。
したがって、従来は、温度やｐＨ等の外部環境の変化の影響を抑えるために、ペルチェ素子等を用いて周囲の温度を一定に保ったり緩衝液等でｐＨを一定に保ったりしながら応答電流値を測定していた。
さらに、本実施形態のように、同一のセンサ部Ｓｅを用いて検出対象物質との接触前後における応答電流値を測定する場合には、接触前における測定と、接触後における測定と、を同一の外部環境下で行う必要がある。
しかしながら、ペルチェ素子等を用いて周囲の温度を一定に保ったり緩衝液等でｐＨを一定に保ったりしながら応答電流値を測定したり、検出対象物質との接触前後における測定で外部環境を同一にするには、高価で複雑な機構やシステムが必要であり、また、測定のための複雑な調整等が必要であるという問題がある。
【００６４】
そこで、本実施形態では、基準センサ部、すなわち検出対象物質に接触させないセンサ部Ｓｅと、検出センサ部、すなわち検出対象物質に接触させるセンサ部Ｓｅと、を用意して、基準センサ部の応答電流値と検出センサ部の応答電流値とを同一環境下で測定する。そして、基準センサ部の応答電流値に対する検出センサ部の応答電流値の比率を応答比として算出し、当該算出した応答比に基づいて検出対象物質の濃度を判定することとしている。
これにより、温度やｐＨ等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要や、検出対象物質との接触前後における測定で外部環境を同一にする必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
【００６５】
また、従来は、センサ部と基質とが接触した時点から所定時間が経過した後における当該センサ部の応答電流値を、応答値（検出対象物質の検出又は定量のために使用する値）としていた。
したがって、ユーザがセンサ部に基質溶液を滴下する構成では、センサシステムの制御部はセンサ部と基質とが接触したタイミングを判定できないので、従来のセンサシステムにおいては、制御部がセンサ部と基質とが接触したタイミングを判定できるよう、制御部によって制御可能なシリンジやポンプ等を用いてセンサ部に基質溶液を滴下していた。
しかしながら、シリンジやポンプ等を用いてセンサ部に基質溶液を滴下するには、高価で複雑な機構やシステムが必要であり、また、滴下のための複雑な調整等が必要であるという問題がある。
【００６６】
そこで、本実施形態では、センサ部Ｓｅと基質との接触によって当該センサ部Ｓｅの応答電流値が所定の応答検出閾値を超えてから所定の待機時間が経過した後における当該センサ部Ｓｅの応答電流値を、応答値（検出対象物質の検出又は定量のために使用する値。第１基準側応答値、第１検出側応答値、第２基準側応答値及び第２検出側応答値）とすることとしている。
これにより、センサ部Ｓｅと基質とが接触したタイミングが不明でも、制御部５０によって、センサ部Ｓｅの応答電流値が応答検出閾値を超えたか否か判定し、センサ部Ｓｅの応答電流値が応答検出閾値を超えた場合には待機時間が経過したか否かを判定するだけで、正確な応答値を得ることができるので、高価で複雑な機構やシステムを用いてセンサ部Ｓｅと基質とが接触したタイミングを計る必要がなく、また、滴下のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
【００６７】
以下、具体的な実施例によって発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。
【００６８】
最初に、酵素としてコリンエステラーゼを用い、試料に含まれる有機リン系農薬（具体的には、メタミドホス）を電気化学的に検出する酵素センサ１０を作製した。
まず、スクリーン印刷法によってガラスエポキシ基板（基板１１）上にカーボンインクを塗布した後、乾燥させることにより、作用電極１２１及び対電極１２２を形成するとともに、スクリーン印刷法によってガラスエポキシ基板（基板１１）上に銀／塩化銀インクを塗布した後、乾燥させることにより、参照電極１２３を形成した。
【００６９】
次いで、カーボンインクにＴＣＮＱ（電子伝達体）を添加して電子伝達体含有インクを作製し、当該電子伝達体含有インクをスクリーン印刷法によって作用電極１２１上に塗布した後、乾燥させることにより、電子伝達体層１３を形成した。
次いで、基板１１の電極１２が形成された側の面のうち、センサ部Ｓｅとなる領域を除く部分に、絶縁性インクをスクリーン印刷法によって塗布した後、乾燥させることにより、絶縁膜１６を形成した。
次いで、絶縁膜１６上の、絶縁膜１６に形成された開口（センサ部Ｓｅを露出するための開口）の縁部に、アクリル製の円筒状の液溜形成部１５を固定した。
【００７０】
次いで、コリンエステラーゼを含む酵素溶液を作製し、当該酵素溶液に粉末状のメソ多孔性シリカを添加してシリカ含有酵素溶液を作製した。そして、当該シリカ含有酵素溶液をローテーターにて攪拌して、メソ多孔性シリカの細孔の内部に酵素が固定された酵素−シリカ複合体を作製した。
次いで、酵素−シリカ複合体を含むシリカ含有酵素溶液に、変性ポバール溶液とその架橋剤であるアジピン酸ジヒドラジドを含むバインダー溶液を加えて攪拌して、シリカ・バインダー含有酵素溶液を作製した。そして、当該シリカ・バインダー含有酵素溶液を電子伝達体層１３上に滴下し、スピンコーターで塗布して乾燥させることにより、酵素層１４を形成した。その後、酵素層１４の表面を蒸留水で洗浄することによって、メソ多孔性シリカの外表面に吸着している酵素（すなわち、メソ多孔性シリカの細孔の内部に固定されていない酵素）を洗い流した。
【００７１】
そして、作製した酵素センサ１０を、支持部１ａ（サイズ：縦５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み１ｃｍ）に装着することによって、センサシステム１を構成した。
次いで、酵素センサ１０の基準センサ部を取り囲む液溜形成部１５内と、酵素センサ１０の検出センサ部を取り囲む液溜形成部１５内と、の双方に５％アセトニトリル溶液をスポイトにより２滴ずつ滴下し、当該基準センサ部と当該検出センサ部との双方に＋１００ｍＶの電圧を印加して、当該基準センサ部の応答電流値及び当該検出センサ部の応答電流値が安定するまで待機した。
次いで、応答電流値が安定したことを確認した後、当該基準センサ部を取り囲む液溜形成部１５内と、検出センサ部を取り囲む液溜形成部１５内と、の双方に基質（アセチルチオコリン）を含む基質溶液をスポイトにより１滴ずつ滴下して第１基準側応答値及び第１検出側応答値を取得し、当該第１基準側応答値及び当該第１検出側応答値に基づき算出した第１応答比を制御部５０内の記憶領域に記憶させた。ここで、第１応答検出閾値及び第２応答検出閾値を１０ｎＡ、第１待機時間及び第２待機時間を２００秒とし、約１０秒間の応答電流値の平均値を第１基準側応答値、第１検出側応答値とした。
【００７２】
次に、試料を作製した。
まず、農作物としてほうれん草とピーマンを用意し、５％アセトニトリル溶液にメタミドホスを添加して濃度が異なる３種類の農薬溶液（０．０１ｐｐｍのメタミドホス溶液、１ｐｐｍのメタミドホス溶液、１００ｐｐｍのメタミドホス溶液）を作製し、それぞれをほうれん草とピーマンに振りかけてシュミレーションサンプルを作製した。
次いで、０．０１ｐｐｍのメタミドホス溶液が付着したほうれん草１００ｇをポリ袋に入れて、当該ポリ袋に１００ｍＬの５％アセトニトリル溶液を入れた。
次いで、当該ポリ袋の口を閉じて、当該ポリ袋を３０秒間強く振り、ほうれん草に付着しているメタミドホスをアセトニトリル溶液で抽出した。
次いで、当該ポリ袋内のアセトニトリル溶液（メタミドホスを含むアセトニトリル溶液）をろ過して土などを取り除き、試料Ａ１を作製した。
同様にして、０．０１ｐｐｍのメタミドホス溶液が付着したピーマンを用いて試料Ａ２を、１ｐｐｍのメタミドホス溶液が付着したほうれん草を用いて試料Ｂ１を、１ｐｐｍのメタミドホス溶液が付着したピーマンを用いて試料Ｂ２を、１００ｐｐｍのメタミドホス溶液が付着したほうれん草を用いて試料Ｃ１を、１００ｐｐｍのメタミドホス溶液が付着したピーマンを用いて試料Ｃ２をそれぞれ作製した。
【００７３】
次に、第１接触ステップを行った。具体的には、基準センサ部を取り囲む液溜形成部１５内に５％アセトニトリル溶液をスポイトにより２滴滴下するとともに、検出センサ部を取り囲む液溜形成部１５内に試料Ａ１をスポイトにより２滴滴下し、当該基準センサ部と当該検出センサ部との双方に＋１００ｍＶの電圧を印加して、５分間インキュベーションした。
次いで、第２接触ステップを行った。具体的には、当該基準センサ部を取り囲む液溜形成部１５内と、当該検出センサ部を取り囲む液溜形成部１５内と、の双方に基質（アセチルチオコリン）を含む基質溶液をスポイトにより１滴ずつ滴下した。
【００７４】
次いで、取得ステップを行った。具体的には、当該基準センサ部から第２基準側応答値を取得するとともに、当該検出センサ部から第２検出側応答値を取得した。ここで、約１０秒間の応答電流値の平均値を第２基準側応答値、第２検出側応答値とした。
次いで、応答比算出ステップを行った。具体的には、取得した第２基準側応答値及び第２検出側応答値に基づいて第２応答比を算出した。
次いで、濃度判定ステップを行った。具体的には、記憶しておいた第１応答比と、算出した第２応答比と、の比率に基づいて、試料Ａ１に含まれるメタミドホスの濃度を判定した。
【００７５】
同様にして、試料Ａ２に含まれるメタミドホスの濃度、試料Ｂ１に含まれるメタミドホスの濃度、試料Ｂ２に含まれるメタミドホスの濃度、試料Ｃ１に含まれるメタミドホスの濃度、試料Ｃ２に含まれるメタミドホスの濃度をそれぞれ判定した。その結果を図７に示す。
なお、比較例として、試料Ａ１、試料Ａ２、試料Ｂ１、試料Ｂ２、試料Ｃ１及び試料Ｃ２に含まれるメタミドホスの濃度を、ガスクロマトグラフィ／質量分析法（ＧＣ／ＭＳ）を用いて判定した。その結果も図７に示す。
【００７６】
図７に示すように、本実施例のセンサシステム１は、前処理がＧＣ／ＭＳよりも簡単であるにもかかわらず、ＧＣ／ＭＳと同等の迅速かつ高感度な農薬濃度測定が可能であることが分かった。
また、農作物の場合は、予め使用した農薬が分かっている場合が多く、使用した農薬が複数である場合でも、残留農薬の一次スクリーニングにセンサシステム１を用いることは極めて有効であると考えられる。
【００７７】
以上説明した本実施形態のセンサシステム１によれば、酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質を検出する酵素センサ１０を備えるセンサシステム１であって、酵素センサ１０は、複数の同一構成のセンサ部Ｓｅを備え、当該複数のセンサ部Ｓｅのうちの一部が試料に接触させない基準センサ部であるとともに、残りが試料に接触させる検出センサ部であり、検出センサ部を試料に接触させる前における、基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づき算出された第１応答比を記憶する記憶手段（制御部５０）と、基準センサ部の出力値と検出センサ部の出力値とを取得する取得手段（取得部２０）と、取得手段によって取得された、検出センサ部を試料に接触させた後における基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とに基づいて、第２応答比を算出する応答比算出手段（制御部５０）と、記憶手段に記憶されている第１応答比と、応答比算出手段によって算出された第２応答比と、の比率に基づいて、試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定手段（制御部５０）と、を備え、第１応答比は、検出センサ部を試料に接触させる前に基準センサ部から取得した第１基準側応答値と、検出センサ部を試料に接触させる前に当該検出センサ部から取得した第１検出側応答値と、の比率であり、第１基準側応答値は、酵素の基質との接触によって基準センサ部の出力値が所定の第１応答検出閾値を超えてから所定の第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、第１検出側応答値は、酵素の基質との接触によって検出センサ部の出力値が所定の第２応答検出閾値を超えてから所定の第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値であり、第２応答比は、検出センサ部を試料に接触させた後に基準センサ部から取得した第２基準側応答値と、検出センサ部を前記試料に接触させた後に当該検出センサ部から取得した第２検出側応答値と、の比率であり、第２基準側応答値は、酵素の基質との接触によって基準センサ部の出力値が第１応答検出閾値を超えてから第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値であり、第２検出側応答値は、酵素の基質との接触によって検出センサ部の出力値が第２応答検出閾値を超えてから第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値である。
【００７８】
このように構成することで、温度やｐＨ等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
また、センサ部Ｓｅと基質とが接触したタイミングが不明でも、制御部５０によって、センサ部Ｓｅの出力値が応答検出閾値を超えたか否か判定し、センサ部Ｓｅの出力値が応答検出閾値を超えた場合には待機時間が経過したか否かを判定するだけで、正確な応答値を得ることができるので、高価で複雑な機構やシステムを用いてセンサ部Ｓｅと基質とが接触したタイミングを計る必要がなく、また、滴下のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
したがって、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能となる。すなわち、低コストで信頼性のある測定が可能となる。これにより、簡便な方法でありながら、迅速・高感度に残留農薬スクリーニングを行うことのできるセンシングシステムを提供することが可能となる。
【００７９】
また、以上説明した本実施形態のセンサシステム１によれば、第１基準側応答値及び第２基準側応答値を、酵素の基質との接触によって基準センサ部の出力値が第１応答検出閾値を超えてから第１待機時間が経過した後における当該基準センサ部の出力値の所定期間の平均値とし、第１検出側応答値及び第２検出側応答値を、酵素の基質との接触によって検出センサ部の出力値が第２応答検出閾値を超えてから第２待機時間が経過した後における当該検出センサ部の出力値の所定期間の平均値とすることも可能である。
したがって、応答値（第１基準側応答値、第２基準側応答値、第１検出側応答値、第２検出側応答値）として、より正確な値を取得することが可能となる。
【００８０】
また、以上説明した本実施形態のセンサシステム１によれば、濃度判定手段（制御部５０）によって判定された濃度が所定の警告閾値を超えた場合に警告を行う警告手段（表示部４０及び制御部５０）を備えている。
したがって、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度が高いことを、ユーザに確実に認識させることが可能となる。
なお、本実施形態では、判定された濃度が警告閾値を超えた場合に、所定の警告表示を表示部４０に表示するよう構成したが、これに限定されることはなく、例えば、センサシステム１にスピーカを備え、判定された濃度が警告閾値を超えた場合に、所定の警告音をスピーカから出力するよう構成することも可能である。この場合、スピーカ及び制御部５０が、警告手段として機能する。
【００８１】
また、以上説明した本実施形態のセンサシステム１によれば、ユーザ操作に応じて、検出対象物質として複数の物質を指定する指定手段（操作部３０）を備え、濃度判定手段（制御部５０）は、指定手段によって指定された複数の物質のうちの一つのみが試料に含まれていたと仮定して、当該複数の物質それぞれの濃度を判定し、警告手段（表示部４０及び制御部５０）は、濃度判定手段によって判定された各濃度のうちの一つでも警告閾値を超えた場合に警告を行うよう構成されている。
すなわち、検出対象物質となる可能性のある物質が複数ある場合には、それぞれの濃度を判定し、判定した各濃度のうちの一つでも警告閾値を超えた場合には警告するので、本実施形態のセンサシステム１は、残留農薬等の一次スクリーニング等にも有効に使用することができる。
【００８２】
また、以上説明した本実施形態のセンサシステム１によれば、酵素センサ１０を着脱自在に支持する支持部１ａを備え、酵素センサ１０は、使い捨て型のセンサである。
したがって、酵素センサ１０を取り替えるだけで、新たな測定を行うことができるので、更なる低コスト化が可能となる。
【００８３】
また、以上説明した本実施形態のセンサシステム１によれば、試料は液体であり、酵素センサ１０は、複数のセンサ部Ｓｅそれぞれの周りに液溜部を有している。
したがって、センサ部Ｓｅの周りの液溜部に試料（試料体）を滴下すれば、試料に含まれる検出対象物質を検出又は定量できるので、試料が少量であっても高速かつ高感度な測定が可能となる。
なお、測定対象は固体でも構わないが、それを洗浄或いは溶媒により希釈して測定用の試料とする。
【００８４】
以上説明した本実施形態の検出対象物質測定方法によれば、酵素の活性を阻害する物質を検出対象物質として、所定の試料に含まれる検出対象物質の濃度を本実施形態のセンサシステム１を用いて測定する検出対象物質測定方法であって、検出センサ部を試料に接触させる第１接触ステップと、次いで、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態で、当該基準センサ部及び当該検出センサ部を酵素の基質に接触させる第２接触ステップと、次いで、基準センサ部及び検出センサ部を同一環境下に配置した状態のまま、取得手段によって当該基準センサ部の出力値と当該検出センサ部の出力値とを取得する取得ステップと、次いで、応答比算出手段によって、取得ステップで取得された基準センサ部の出力値と検出センサ部の出力値とに基づき第２応答比を算出する応答比算出ステップと、次いで、濃度判定手段によって、記憶手段に記憶されている第１応答比と、応答比算出ステップで算出された第２応答比と、の比率に基づき試料に含まれる検出対象物質の濃度を判定する濃度判定ステップと、を有している。
【００８５】
このように構成することで、温度やｐＨ等の外部環境の変化の影響を吸収できるので、高価で複雑な機構やシステムを用いて外部環境を一定に保つ必要がなく、また、測定のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
また、センサ部Ｓｅと基質とが接触したタイミングが不明でも、制御部５０によって、センサ部Ｓｅの出力値が応答検出閾値を超えたか否か判定し、センサ部Ｓｅの出力値が応答検出閾値を超えた場合には待機時間が経過したか否かを判定するだけで、正確な応答値を得ることができるので、高価で複雑な機構やシステムを用いてセンサ部Ｓｅと基質とが接触したタイミングを計る必要がなく、また、滴下のための複雑な調整等も必要ないので、簡易な測定が可能となる。
したがって、簡易な構成で、高速かつ高感度な測定が可能となる。すなわち、低コストで信頼性のある測定が可能となる。
【００８６】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８７】
なお、検出対象物質は、有機リン系農薬やカーバメート系農薬等の農薬に限ることはなく、酵素の活性を阻害する物質であれば適宜任意に変更可能である。また、酵素も、検出対象物質に合わせて適宜任意に変更可能である。また、検出対象物質や酵素に合わせて、基質等も適宜任意に変更可能である。
酵素センサ１０において、基準センサ部と検出センサ部とは一体的に構成されていなくても良く、別体に構成されていても良い。
【符号の説明】
【００８８】
１  センサシステム
１ａ  支持部
１０  酵素センサ
２０  取得部（取得手段）
４０  表示部（警告手段）
５０  制御部（記憶手段、応答比算出手段、濃度判定手段、警告手段）
Ｓｅ  センサ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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