(57)【要約】【課題】  バイオセンサ装置のメンテナンスを確実かつ容易に行うことができ、作業時間の大幅な短縮が可能なバイオセンサ装置のメンテナンス方法、及び該メンテナンス方法に用いられるバイオセンサ装置の交換ユニットを提供する。【解決手段】  試料液の流路とその流出入口を有するフローセルと、前記流路を流れる試料液に接触できるように配置された、微生物又は酵素を固定化した固定化膜と、前記固定化膜と前記試料液との反応による変化を検出できるように配置された電気化学的トランスデューサとをユニット化し、前記固定化膜の交換時に前記ユニット毎交換するようにする。前記固定化膜が微生物を固定化した膜であり、前記電気化学的トランスデューサが溶存酸素電極であることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物又は酵素を固定化した固定化膜に試料液を接触させて、試料液中の成分が固定化膜と反応して形成される変化を、電気化学的トランスデューサにより検出するようにしたバイオセンサ装置のメンテナンス方法において、試料液の流路とその流出入口を有するフローセルと、前記流路を流れる試料液に接触できるように配置された前記固定化膜と、前記固定化膜と前記試料液との反応による変化を検出できるように配置された電気化学的トランスデューサとをユニット化し、前記固定化膜の交換時に前記ユニット毎交換するようにしたことを特徴とするバイオセンサ装置のメンテナンス方法。
【請求項２】
前記固定化膜が微生物を固定化した膜であり、前記電気化学的トランスデューサが溶存酸素電極である請求項１記載のバイオセンサ装置のメンテナンス方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のメンテナンス方法に用いられるバイオセンサ装置の交換ユニットであって、試料液の流路とその流出入口を有するフローセルと、前記流路を流れる試料液に接触できるように配置された前記固定化膜と、前記固定化膜と前記試料液との反応による変化を検出できるように配置された電気化学的トランスデューサとを備えていることを特徴とするバイオセンサ装置の交換ユニット。
【請求項４】
前記試料液の流路に固定化膜を活性に保つ保存液が充填され、該流路の流出入口が連結管によって連結されて、前記保存液が封入されている請求項３記載のバイオセンサ装置の交換ユニット。
【請求項５】
前記固定化膜が微生物を固定化した膜であり、前記電気化学的トランスデューサが溶存酸素電極である請求項３又は４記載のバイオセンサ装置の交換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境計測や医療計測又は発酵・食品工業計測等の分野に応用されるバイオセンサ装置のメンテナンス方法とセンサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオセンサは、試料液中の測定対象化学物質を認識する分子識別素子として、酵素や抗体等の生体機能性材料や微生物、細胞等の生体そのものを利用し、これらの生物材料を多孔性高分子膜に化学的に包括又は共有結合させることにより固定化した膜（以下、固定化膜という）と、電気化学的検出器等のトランスデューサと組み合せたバイオセンサユニットにより、前記生物材料の分子識別信号を電気信号に変換して試料水中の化学物質の測定を行うセンサである。
【０００３】
すなわち、バイオセンサは、試料液を上記生体材料の固定化膜に接触させ、これによって生ずる生化学反応により生成又は消費される物質の濃度変化を検出器で電流や電圧等の電気的な出力（本発明において、センサ出力という）の変化に変換して測定するものである。
【０００４】
図３にバイオセンサユニットの構成の一例を示す。バイオセンサユニット１は、酵素や微生物等を固定化した固定化膜２と、該固定化膜中の酵素や微生物等が試料液中の生体活物質と反応して生成する電極活物質等を測定する電気化学的トランスデューサ３と、フローセル４とから構成されており、前記フローセル４には、試料液（試薬と検査水）と空気を固定化膜２に供給し、排出する流路５と、試料液と空気を滞留させて試料液の溶存酸素を過飽和にする混合室６と、固定化膜２及び電気化学的トランスデューサ３を設置するスペースが設けられている。前記フローセル４はバイオセンサ装置に傾斜させて設置することにより、前記混合室６での試料液の滞留時間を取り、かつ空気で試料液を液滴にして固定化膜２に供給するようにして、試料液中の生体活性物質を測定できるようになっている。
【０００５】
しかしながら、上記固定化膜は測定を繰り返すうちに経時的に劣化してしまうため定期的な交換が必要であり、従来は、図４に示すように固定化膜のみを交換していた。図４において、新規に製作した固定化膜８は固定化膜の活性を維持するために保存液を充填した樹脂製袋９に入れて密封し、温度を５〜１０℃に保持して輸送される。そして、固定化膜を交換する際には、バイオセンサ装置本体１０からバイオセンサユニット１を取外し、電気化学的トランスデューサ３をフローセル４から取外して、使用済みの固定化膜８ａを取り出して廃棄し、フローセル４が析出物等で汚れている場合は、物理的、化学的処理により汚れを除去する。その後、新しい固定化膜８と電気化学的トランスデューサ３をフローセル４に設置してバイオセンサユニット１を構築してからバイオセンサ装置本体１０に装着し、バイオセンサ出力が安定するまで、あるいはしきい値以下になることを確認してから測定を開始していた。
【０００６】
そのため、例えば、下記特許文献１には、微生物を多孔性膜に固定化した固定化微生物膜と電気化学的検出器とを組み合わせて、試料液の成分分析を行なうバイオセンサの前記固定化微生物膜を保存する方法であって、密封容器内の液中に浸漬し低温で湿式保存することを特徴とする固定化微生物膜の保存方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のような固定化膜のみを交換する方法では、交換作業が煩雑で時間がかかる、装置本体にバイオセンサユニットを設置した後のセンサ出力の安定性の確認や調整に時間がかかる、といった問題があった。
【０００８】
また、交換作業中における固定化膜の損傷や、電気化学的トランスデューサと固定化膜の間に空気が入り込んでセンサとして機能しなくなる等の電気化学的トランスデューサの不具合が発生しやすいといった問題もあり、交換作業には細心の注意が必要であった。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、バイオセンサ装置のメンテナンスを確実かつ容易に行うことができ、作業時間の大幅な短縮が可能なバイオセンサ装置のメンテナンス方法、及び該メンテナンス方法に用いられるバイオセンサ装置の交換ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のバイオセンサ装置のメンテナンス方法は、微生物又は酵素を固定化した固定化膜に試料液を接触させて、試料液中の成分が固定化膜と反応して形成される変化を、電気化学的トランスデューサにより検出するようにしたバイオセンサ装置のメンテナンス方法において、試料液の流路とその流出入口を有するフローセルと、前記流路を流れる試料液に接触できるように配置された前記固定化膜と、前記固定化膜と前記試料液との反応による変化を検出できるように配置された電気化学的トランスデューサとをユニット化し、前記固定化膜の交換時に前記ユニット毎交換するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のバイオセンサ装置のメンテナンス方法においては、前記固定化膜が微生物を固定化した膜であり、前記電気化学的トランスデューサが溶存酸素電極であることが好ましい。
【００１２】
上記発明によれば、フローセルと固定化膜と電気化学的トランスデューサとをユニット化し、該ユニットごと交換するようにしたので、交換作業を容易に行うことができ、作業時間を大幅に短縮することができる。また、交換作業による固定化膜の損傷や電気化学的トランスデューサの不具合の発生等も防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明のバイオセンサ装置の交換ユニットは、前記メンテナンス方法に用いられるバイオセンサ装置の交換ユニットであって、試料液の流路とその流出入口を有するフローセルと、前記流路を流れる試料液に接触できるように配置された前記固定化膜と、前記固定化膜と前記試料液との反応による変化を検出できるように配置された電気化学的トランスデューサとを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のバイオセンサ装置の交換ユニットにおいては、前記試料液の流路に固定化膜を活性に保つ保存液が充填され、該流路の流出入口が連結管によって連結されて、前記保存液が封入されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記固定化膜が微生物を固定化した膜であり、前記電気化学的トランスデューサが溶存酸素電極であることが好ましい。
【００１６】
上記発明によれば、製品の出荷前に交換ユニットの動作確認を行うことが可能となり、固定化膜や電気化学的トランスデューサの不具合、液漏れ等をチェックすることができるので、より信頼性の高いバイオセンサユニットを提供することができる。また、ユニット交換後に簡単な動作確認作業を行うだけでよく、短時間での立ち上げが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フローセルと固定化膜と電気化学的トランスデューサとをユニット化し、該ユニットごと交換することにより、固定化膜の交換等といったバイオセンサ装置のメンテナンスを確実かつ容易に行うことができ、作業時間を大幅に短縮することが可能となる。また、製品の出荷前に交換ユニットの動作確認を行うことができるので、より信頼性の高いバイオセンサユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１には、本発明の交換ユニット（バイオセンサユニット）の保存、輸送時の一実施形態が示されている。この交換ユニット（バイオセンサユニット）２０は、固定化膜１１と、電気化学的トランスデューサ１２と、流路１４を有するフローセル１３とから構成されている。
【００１９】
前記固定化膜１１は、前記流路１４の途中に設けられた混合室１５に接するように前記フローセル１３内に配置されており、前記電気化学的トランスデューサ１２は、該固定化膜１１の反対側の面に接するように配置されている。すなわち、試薬及び空気と共に流入口１４ａから前記流路１４内に供給された検査水は、前記混合室１５において滞留することにより溶存酸素を過飽和にした状態で前記固定化膜１１と接触した後、排出口１４ｂから排出される。そして、検査水と固定化膜１１との反応による変化を電気化学的トランスデューサ１２で検出・測定できるようになっている。
【００２０】
また、前記流路１４内には固定化膜１１の活性を維持するための保存液が充填されており、流入口１４ａと排出口１４ｂを、前記保存液又は空気を充填した連結管１６で連結することにより、保存液の液漏れを防ぐと共に雑菌の繁殖を防ぐことができるようになっている。なお、前記配管部材１６は交換ユニット２０と着脱可能に取り付けられており、交換ユニット使用時には容易に取り外せるようになっている。
【００２１】
本発明で用いられる固定化膜としては、アンモニア酸化細菌（ニトロソモナス）、亜硝酸酸化細菌（ニトロバクター）、鉄酸化細菌、トリコスポン、発光細菌等の微生物、あるいはグルコースオキシダーゼ、ペルオキシダーゼ等の酵素を公知の方法にしたがって固定化した膜を用いることができる。本発明においては、微生物を固定化した膜（固定化微生物膜）が好ましく用いられ、特に、アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌を固定化した膜が好ましく用いられる。固定化微生物膜は、例えば、微生物をアルギン酸ナトリウム水溶液に懸濁し、この懸濁液を多孔質のセルロース膜上に滴下してからもう１枚のセルロース膜で挟み、塩化カルシウム水溶液でアルギン酸ナトリウムをゲル化させて菌体を固定化することにより作製できる。
【００２２】
また、電気化学的トランスデューサは、固定化膜中の微生物や酵素が検査水中の生体活物質と反応して生成する電極活物質等の変化を測定することができるものであればよく、具体的には、溶存酸素電極、フォトマル、フォトダイオード、ｐＨ計等が例示できる。なお、電気化学的トランスデューサは、前記固定化膜の種類によって最も適したものを選択して用いることができる。本発明においては、溶存酸素電極を用いることが好ましい。
【００２３】
また、前記連結管１６の材質は、保存液に対して耐薬品性を有する材質であればよく、具体的には、酸素透過性の良いシリコン、フッ素樹脂等の樹脂、ＳＵＳ等の金属、セラミック等が例示できる。
【００２４】
また、フローセル１３の流路１４内に充填する保存液としては、例えば、アンモニア酸化細菌の固定化微生物膜を用いた場合はｐＨ８〜９に緩衝能を持つホウ酸緩衝溶液に餌となるアンモニアを添加したもの等が挙げられる。
【００２５】
次に、本発明のバイオセンサ装置のメンテナンス方法について説明する。      
図２には、本発明のバイオセンサ装置のメンテナンス方法の概略が示されている。なお、図２において、図１と同一の構成部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
図２において、製造・供給元において、新規に製作した固定化膜１１と電気化学的トランスデューサ１２を、フローセル１３内の所定の位置にセットし、新しい交換ユニット（バイオセンサユニット）２０を構築する（工程Ａ）。
【００２７】
この新しい交換ユニット（バイオセンサユニット）２０は、固定化膜や電気化学的トランスデューサの不具合等をチェックするために、立上げ装置２１にセットして、バイオセンサ出力が安定するまで、あるいはしきい値以下になることを確認する（工程Ｂ）。なお、前記立上げ装置２１は、バイオセンサ装置本体と同様に、バイオセンサユニットの温度をコントロールする恒温槽と、バイオセンサユニットにフィード液（微生物のエサを含むｐＨ緩衝液）あるいはｐＨ緩衝液と純水を送液する送液ポンプと、バイオセンサユニットに空気を供給するエアポンプと、前記フィード液や空気等の温度をコントロールする熱交換器等を備えており、交換ユニットの動作確認を行うことができるようになっている。
【００２８】
その後、フローセル１３の流路に保存液２２を充填して固定化膜１１に保存液２２が接液し、かつ保存液２２が漏れないように流路の出入口を連結管で連結して保存・輸送する。なお、保存・輸送時は、交換ユニットの固定化膜の微生物や酵素が死滅あるいは失活しないように、５〜３５℃に保つことが好ましい。
【００２９】
そして、バイオセンサ使用場所においては、バイオセンサ装置本体３０から使用済のバイオセンサユニット２０ａを取り外して、連結管を取り外した新しい交換ユニット（バイオセンサユニット）２０を装置本体３０に装着し、バイオセンサ出力が安定するまで、あるいはしきい値以下になることを確認する（工程Ｄ）。このとき、出荷時に交換ユニット（バイオセンサユニット）２０のバイオセンサ出力を安定させているので、従来に比べてバイオセンサ出力が安定化する時間を短縮することができる。更に、バイオセンサユニットを分解することなく、ユニットごと装置本体に装着するので、メンテナンス時間が大幅に低減され、固定化膜や電気化学的トランスデューサの不具合発生のリスクを低減できる。
【００３０】
一方、使用済のバイオセンサユニット２０ａは、製造・供給元に返送することにより、リサイクルされる。すなわち、返送された使用済のバイオセンサユニット２０ａは、分解されて、使用済の固定化膜１１ａは廃棄され（工程Ｅ）、電気化学的トランスデューサ１２及びフローセル１３は、適宜必要なメンテナンス等が行われた後（工程Ｆ）、新しい固定化膜を用いて新しい交換ユニット（バイオセンサユニット）が構築される。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の方法は、環境計測や医療計測又は発酵・食品工業計測等の分野に応用されるバイオセンサ装置のメンテナンス方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の交換ユニット（センサユニット）の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明のバイオセンサ装置のメンテナンス方法の概略を示す説明図である。
【図３】バイオセンサユニットの構成の一例を示す模式図である。
【図４】従来のバイオセンサ装置のメンテナンス方法の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１．固定化膜
１２．電気化学的トランスデューサ
１３．フローセル
１４．流路
１５．混合室
２０．交換ユニット（バイオセンサユニット）
２１．立上げ装置
２２．保存液
３０．バイオセンサ装置本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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