(57)【要約】【課題】電気化学的な測定結果を高速で得られる装置を提供する。【解決手段】多数の生物学的又は微生物学的サンプルから電気化学的な測定結果を高速で得るための装置であって、電極のアレイと、前記電極のアレイのための電圧信号生成部と、前記電極から電気化学的な測定結果を収集する収集手段と、前記電極が前記多数の生物学的又は微生物学的なサンプルに接触したときに、前記電圧信号生成部は、前記電気化学的な測定結果を生成するために前記各電極に電圧を供給することを提供することを特徴とする電気化学的な測定結果を高速で得るための装置。前記収集手段は、前記各電極に接続され、前記電気化学的な測定結果を取得するための信号調整デバイスと、前記電気化学的な測定結果を統合するための一組のマルチピクサーと、前記各電気化学的な測定結果をデジタル信号に変換するための一組のAD変換器とを含んでいる。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の生物学的又は微生物学的サンプルから電気化学的な測定結果を高速で得るための装置であって、
電極のアレイと、
前記電極のアレイのための電圧信号生成部と、
前記電極から電気化学的な測定結果を収集する収集手段と、
前記電極が前記多数の生物学的又は微生物学的なサンプルに接触したときに、前記電圧信号生成部は、前記電気化学的な測定結果を生成するために前記各電極に電圧を供給することを提供することを特徴とする電気化学的な測定結果を高速で得るための装置。
【請求項２】
前記収集手段は、前記各電極に接続され、前記電気化学的な測定結果を取得するための信号調整デバイスと、前記電気化学的な測定結果を統合するための一組のマルチピクサーと、前記各電気化学的な測定結果をデジタル信号に変換するための一組のAD変換器とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電圧信号生成部と前記収集手段は、電気基板上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置
【請求項４】
前記信号調整デバイスは、少なくとも一つのゲイン又はフィルタを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記電極を前記サンプルに接触させ、前記サンプルへの前記電極の接触を解除するために、前記電極の一組のアレイを駆動する駆動手段を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記電気基板は、前記デジタル信号を受信するための中央演算処理装置（CPU）を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記デジタル信号を分析処理する分析修理手段を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記分析処理手段は、ソフトウェアであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ソフトウェアは、前記電気基板から離れたコンピュータ又は前記電気基板上のコンピュータに格納されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
電源を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記電気基板は、前記電気基板上の要素の動作および状態をモニタするための基板調整装置を有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１２】
前記コンピュータは、さらに、ユーザインタフェースと、前記CPUを介して前記電気基板に指示信号を供給する指示信号供給手段を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記電気基板は、前記電極に対する基準電圧を発生するためのDA変換器を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１４】
. 前記DA変換器は、所望の電圧に適合する前記電極への前記基準電圧を点検するためのフィードバックメカニズムを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記サンプルが前記電気化学的なセルに接触する前に、前記各サンプルにバッファを付加するバッファ付加手段を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記サンプルが前記電気化学的なセルに接触する前に、前記各サンプルに微生物を付加するための微生物付加手段を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記サンプルが前記電気化学的なセルに接触する前に、前記各サンプルに試薬を付加するための試薬付加手段を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
多数の生物学的又は微生物学的なサンプルから電気化学的な測定結果を取得する方法であって、
基準電圧を発生するステップと、
前記基準電圧を複数の電極に供給するステップと、
前記複数の電極が前記多数のサンプルに接触した後に前記電極から前記電気化学的な測定結果を回収するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記電気化学的な測定結果をデジタル信号に変換するステップを有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記デジタル信号を処理するステップを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記変換するステップの前に、前記電気化学的な測定結果を調整する信号を発生するステップを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記電気化学的な測定結果にゲインを付加するステップを有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電気化学的な測定結果をフィルタリングするステップを有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記変換するステップの前に、前記電気化学的な測定結果をマルチピクサーするステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記電圧を発生させるステップの前に、前記バッファに前記サンプルを加えるステップと、前記微生物を前記サンプルに付加するステップと、前記試薬を前記サンプルに付加するステップとを有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記微生物を付加するステップの後に、前記バッファ、前記微生物及び前記サンプルの前記混合物をインキュベートすることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
微生物を付加する前記ステップの後に、前記バッファ、前記微生物及び前記サンプルの前記混合物をインキュベートすることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、並列な電気化学的なテストの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの従来のシステムが、単一の測定システムを用いているテストを実行するために存在する一方で、電気化学的な技術が様々な科学分野で使用されている。
【０００３】
電気化学的な器具は、比較的安価であり、非常に敏感な分析技術として、一般的に認識されている。
【０００４】
電気化学的な分析方法は、分光法全体にわたって無色で、不透明な干渉がないという利点を有しているが、電気化学的に類似の測定システムは、科学業界において広く利用可能になっていない。
【０００５】
最後の10年間で、数個のマルチチャンネル分析システムは、多数の自家製電極がリレー板又はマルチピクサを介して商業的に利用可能なポテンショステイトである場所で使用される。
【０００６】
既存の器具を有するこれらの電極の接続は、連続した電気―分析システムを創造することを目的とする。
【０００７】
ＣＶ，ＤＶＰＶのような様々な電気化学的な分析技術の適用は、それらの複雑な構成、再現性の低い使い勝手の悪い分析設備、外部ノイズ干渉、電極の限定的な信頼性を含んだそれらのハイブリッド構成の制限を可能にした。
【０００８】
近年では、９６電極形式の電気化学的な酸素バイオセンサが、癌細胞についてのイソフラボノイドの細胞障害性の効果を調査した研究で適用された。そのシステムは、各基板に配置される８つの電気化学的なセルの1つのために３つのスクリーンで印刷された電極を含んでいる１２枚の使い捨て基板を備えていた。
【０００９】
そのシステムは、センサアレイに接続される複数のポテンショスタットを備えており、このセンサアレイは、８つの電気化学的なセルに対して三つのスクリーン印刷された基板を含んでいる１２枚の使い捨て基板からなり、これらの電気化学的なセルはそれぞれ、各基板に配置されている。使い捨て可能なスクリーン印刷されたマイクロ電極は、金メッキ手段を使用しながら変更される。
【００１０】
この構成の制限は、使い捨ての電極の可変性に応じた精度と再現性を含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この装置は、溶液内において溶在酸素を電流測定するために使用され、溶在酸素の消費を通じて微生物の呼吸活動をモニターするために適用されている。加えて、使い捨ての基板とエレクトロシステムに接続するためのコネクトとの間の接続部分で生じる腐食現象又は接続不良のようないくつも問題が、信号の全損失を引き起こす。
【００１２】
US特許No6,649,402には、各ウェルでの電極間で、電気抵抗又は電気容量又はこれらの両方を測定することによって急速な微生物の成長分析を可能にする装置が開示されている。この発明では、電気容量、電気抵抗又はインダクタンスを測定することが可能な商業的に有効なメータが、スイッチ／制御装置に接続される。
【００１３】
スイッチ／制御装置は、一つの選択されたウェルの電極にメータを連続的に接続する。この発明は、二つの電極システムに適用することができるが、そのアプリケーションをレンダリングする溶液中のイオンの移動を測定するので、制御された最新技術であると考えられていない。
【００１４】
インピーダンス測定を使用することは、溶液の総合的な構成への変化のみを検出し、そのテストサンプルにおいて一つの分析又は電気活性種を検出しません。
US特許No６２３５５２０には、テストサンプルの二つの電極全体のコンダクタンス変化を測定する高処理スクリーン方法及び装置が開示されている。
【００１５】
この装置は、それぞれのウェルに含まれる微生物セルの代謝活動又は成長のレベルをモニタするために使用される。
【００１６】
米国特許NO５３１２５９０には、シングル用の電流測定センサと多成分分析が記載されている。
【００１７】
この装置は、酸化還元媒体、固定化酵素層、この上の半透性の膜を組み込んでいるペルフルオロ化合物イオン交換ポリマフィルムでコーティングされた多数の検知要素を含んでいる。
【００１８】
本発明において提案されている技術は、生物学的な分野でブドウ糖とコレステロールの測定に適している。
【００１９】
その装置は、４つの対称的に配置されたセンサ要素からなり、このセンサ要素は、一つのテストサンプルを使用しながら他種の測定を可能にする。
【００２０】
各センサ要素は、特定の化学種に敏感に反応する特別な反応層で覆われている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために本願発明は、多数の生物学的又は微生物学的サンプルから電気化学的な測定結果を高速で得るための装置であって、電極のアレイと、前記電極のアレイのための電圧信号生成部と、前記電極から電気化学的な測定結果を収集する収集手段と、
前記電極が前記多数の生物学的又は微生物学的なサンプルに接触したときに、前記電圧信号生成部は、前記電気化学的な測定結果を生成するために前記各電極に電圧を供給することを提供することを特徴とする。
【００２２】
前記収集手段は、前記各電極に接続され、前記電気化学的な測定結果を取得するための信号調整デバイスと、前記電気化学的な測定結果を統合するための一組のマルチピクサーと、前記各電気化学的な測定結果をデジタル信号に変換するための一組のAD変換器とを含んでいる。前記電圧信号生成部と前記収集手段は、電気基板上に配置されている。
【００２３】
前記信号調整デバイスは、少なくとも一つのゲイン又はフィルタを含んでいる。
【００２４】
前記電極を前記サンプルに接触させ、前記サンプルへの前記電極の接触を解除するために、前記電極の一組のアレイを駆動する駆動手段を設けるとよい。
【００２５】
前記電気基板は、前記デジタル信号を受信するための中央演算処理装置（CPU）を含むのが好ましい。前記デジタル信号を分析処理する分析修理手段を有するのが好ましい。前記分析処理手段は、ソフトウェアとするのが好ましい。前記ソフトウェアは、前記電気基板から離れたコンピュータ又は前記電気基板上のコンピュータに格納するのが好ましい。
【００２６】
電源を設けるとよい。
【００２７】
前記電気基板は、前記電気基板上の要素の動作および状態をモニタするための基板調整装置を設けるとよい。
【００２８】
前記コンピュータは、さらに、ユーザインタフェースと、前記CPUを介して前記電気基板に指示信号を供給する指示信号供給手段を設けるとよい。
【００２９】
前記電気基板は、前記電極に対する基準電圧を発生するためのDA変換器を含むとよい。
. 前記DA変換器は、所望の電圧に適合する前記電極への前記基準電圧を点検するためのフィードバックメカニズムを含ませるとよい。
【００３０】
前記サンプルが前記電気化学的なセルに接触する前に、前記各サンプルにバッファを付加するバッファ付加手段を設けるとよい。
【００３１】
前記サンプルが前記電気化学的なセルに接触する前に、前記各サンプルに微生物を付加するための微生物付加手段を有するとよい。
【００３２】
前記サンプルが前記電気化学的なセルに接触する前に、前記各サンプルに試薬を付加するための試薬付加手段を有するとよい。
【００３３】
本願発明の多数の生物学的又は微生物学的なサンプルから電気化学的な測定結果を取得する方法は、基準電圧を発生するステップと、前記基準電圧を複数の電極に供給するステップと、前記複数の電極が前記多数のサンプルに接触した後に前記電極から前記電気化学的な測定結果を回収するステップとを有することを特徴とする。
【００３４】
前記電気化学的な測定結果をデジタル信号に変換するステップを設けるとよい。
【００３５】
前記デジタル信号を処理するステップを設けるとよい。
【００３６】
前記変換するステップの前に、前記電気化学的な測定結果を調整する信号を発生するステップを設けるとよい。
【００３７】
前記電気化学的な測定結果にゲインを付加するステップを設けるとよい。前記電気化学的な測定結果をフィルタリングするステップを設けるとよい。
【００３８】
前記変換するステップの前に、前記電気化学的な測定結果をマルチピクサーするステップを含むとよい。
【００３９】
前記電圧を発生させるステップの前に、前記バッファに前記サンプルを加えるステップと、前記微生物を前記サンプルに付加するステップと、前記試薬を前記サンプルに付加するステップとを設けるとよい。
【００４０】
前記微生物を付加するステップの後に、前記バッファ、前記微生物及び前記サンプルの前記混合物をインキュベートするとよい。
【００４１】
微生物を付加する前記ステップの後に、前記バッファ、前記微生物及び前記サンプルの前記混合物をインキュベートするとよい。
【発明の効果】
【００４２】
本願発明によれば、電気化学的な測定結果を高速で得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の概要は下記のとおりである。
【００４４】
本発明は、電気化学的に分析結果、特に高速データ取得システムを使用するマルチウェル分析をモニターし、器具において、使用が簡単で、柔軟性があり、便利な解決法を提供する。
【００４５】
この装置は、好ましくは、二つの電極電流測定法によって電極溶液又は液体検査液の電気化学的な分析のために使用される。一つの実施形態では、装置は多数のウェルプレーのウェル内に存在する４８サンプルについての同時実験を可能にする。
【００４６】
その装置は、各ウェルに浸される二つの電極間の定電圧に適用され、期間の間、二つの電極間の現在の電流値を測定する。
【００４７】
電流は、時間の機能として全てのチャージを与えるために統合することができる。
【００４８】
この装置は、化学サンプル要素（例えば、アスコルビン酸）、酵素（例えば、ブドウ糖酸化酵素又はペルオキシダーゼ類）、免疫学的検定法かビンディング分析評価ラベル(例えば、ビオチン分析評価におけるビオチンペルオキシダーゼ類ラベル)、生存細胞(微生物、植物細胞、動物細胞)の分析に適用することができる。
【００４９】
本発明は、低ノイズ、ハイスピード連続データ収集システムを使用する、高い信頼性、緻密性及び正確性を備えた分析システムを提供する。さらに、ロバストセンサ構造は、複数の測定結果間の高い再現性を許容する同じ電極のアレイを含んでいる。
【００５０】
要訳すると、本発明は、電流量を測定するような生物学的な分析技術を使用する分析測定を行う。
【００５１】
本発明は、センサアレイを再利用できる同時並行測定を有する電気化学的な検出の利点を結合する分析システムを提供する。特に、本発明は、多数のウェルテストパネルをテストする高速連続したデータ収集システムを提供する。加えて、下記の実施形態では、溶液内の電気活性な種の酸化又は減少の動力学的研究と終点検出とを実行する。
【００５２】
さらに、電気システムは、テストウェルにおける各酸化還元活性の化合物の濃縮についての正確で再生可能な情報を生成するために集積されたテストデータを分析する。
【００５３】
再利用可能なセンサ構造は、電気化学的なセルとデータ取得システム間の安定的で強固な電気接続を維持するのに最も適している。
本発明のロバスト構造は、それゆえに、簡単な計装と、状態、高感度、高い選択性及び高いSN比を測定することとを考慮している。ある実施形態では、本発明は、直接、個別にアドレス可能な電極に接続される多層のエレクトロニクス板を含む。
【００５４】
関連電子部品と電気化学的なセルを近接した結果、確実なデータ収集が低雑音環境で行われる。別の実施形態では、開発された再使用可能なセンサアレイは、制限されていないが、それぞれ同一の形状及びサイズの二つの固体プラチナ電極を含む４８個の電気化学的なセル（スタッド）を含んでいる。
その電極は、好ましくは、非ウェッテイング絶縁材料に埋め込まれており、測定中に最適な電気経路を確立するためにスタッドの先端の近傍に配置されている。立体的なスタッドは、流体浸透の間、気泡構成か罠を排除するようにさらに設計されます。
【００５５】
本発明の一つの観点は、多数の生物化学的又は微生物学的なサンプルからの電気化学的な測定値の高速収集のための装置を提供することにあり、その装置は、電極のアレイ、電極のアレイのための電圧信号生成部、電極から電気化学的な測定値を収集する収集手段とを有しており、ここで、電極が多数の生物学的又は微生物学的なサンプルに接触したとき、前記電圧信号生成部は、収集手段のための電気化学的な測定値を生成するために各電極に電圧を供給する。
【００５６】
別の観点として、電圧生成し、その電圧を複数の電極に供給し、複数の電極が多数のサンプルに接触した後に電気化学的な測定値を回収するステップを含む多数の生物化学的な又は微生物学的なサンプルから電気化学的な測定値を取得する方法を提供する。
【００５７】
図１ａを参照すると、多数の生物学的又は微生物学的なサンプルの電気化学的な測定結果の高速データ取得のための装置の概略図であり、その装置が、化学溶液の電気化学的な測定のため又は他のバイオ分析測定に使用されるということが理解されるであろう。
【００５８】
装置１０は電気基板１４を有するテストデバイス１２と、センサアレイ１６からなる。ここで、このテストデバイス１２は、信号を受信及び送信するためのハードウェアを含んでいる。電気基板１４のより詳細な図は、図１ｂに示されている。テストデバイス１２に内部電源を設けることができるし、また、外部電源２８からテストデバイス１２に電力を供給することもできる。電気基板１４は、センサアレイ１６とともにコンピュータ（PC）１８に接続される。
PC１８は、好ましくは、電気化学的測定結果としての電気基板１４から受信したデータ２２を処理するための手段（例えば、ソフトウェアモジュール）とともに、装置１０の動作を制御するために指示（信号で形成された）２０を伝送する手段（例えば、ソフトウェアモジュール）を含んでいる。。
【００５９】
ユーザは、ユーザーインタフェースモジュール４６を介してPC１８（そしてそれによって装置１０）に接続することができる。
【００６０】
センサアレイ１６は、ワイヤマネージメントプリント基板（PCB）２４と一対の電極２６を含んでいる。
【００６１】
本発明の実施形態では、テストデバイス１２は、バッファー１を加えるための手段、微生物２を加えるための手段、試薬３を加えるための手段とを含んでいる。
【００６２】
これらのバッファー１、微生物２及び試薬３を加えるための各手段は、テスト用にそのサンプルを準備するために、そのサンプルと混合するために使用される。
このプロセスを好ましくは自動化して、そのテストプロセスが高速データ収集の十分な利点を得るために加速されるということが理解されるであろう。
【００６３】
しかしながら、本発明の実施形態において、そのバッファ、微生物及び試薬が自動化されるよりむしろ手動でも加えることができるということが理解されるであろう。
【００６４】
センサアレイ１６は、好ましくは、電磁波からセンサアレイ１６を保護するためにシールド筐体の内部に収容される。
【００６５】
図１ａを参照すると、電気基板１４は、好ましくは、アレイ１６のＰＣＢ２４に接続される基準電圧３２をもたらしているＤＡ変換器（ＤＡＣ）３０（固定電圧又は任意の電圧波形を発生する）を含んでいる。
【００６６】
ＤＡＣ３０は、好ましくは、発生した電圧が目標電圧に達しているかを確認するためのフィードバック手段を含んでいる。
【００６７】
基準電圧３２は、センサアレイ１６内に全ての電極２６に電圧（又は電流）を供給する役割を有する。セルに供給された電圧（又は電流）は、所定の設定値に調整することができる。その電圧（電流）は、直流成分、交流成分、又はこれらの両方からなり、本発明の実施形態では、直流電圧が全ての電極に供給される。
【００６８】
基準電圧３２は、個々の電極に送られる正確で安定的な電圧レベルを保証する。
配電盤調整システム又は装置３４は、電気基板１４に配置される。
【００６９】
システム３４は、電気基板１４の他の部分に、クリーンで安定的なパワーを供給する役割を担う。パワー調整に加えて、そのシステムは、好ましくは、電気基板１４上の電子機器を保護するためにサージ保護を含む。
【００７０】
さらに、適切な冷却手段が、電気基板のオーバーヒートを防止するために供給される。
好ましい実施形態では、パワー調整システム３４は、機器電圧が安定的でかつ適切な電圧値を維持することを保証するために複数の電圧レギュレータを含んでいる。
【００７１】
信号調整手段、望ましくは増幅及び／又はフィルタリング、３６は、センサアレイ１６に接続され、一組のマルチプレクサ（MUX）３８及びアナログ信号をデジタル信号に変換するための手段を形成するために組み合わすことができるAD変換器（ADC）４０に接続される。
【００７２】
より好ましい実施形態では、マルチピクサー３８がADC４０の一つに選択された電流信号を接続するように、多重化はADC４０の数を減らすために付加される。
【００７３】
信号処理手段３６は、好ましくは、センサアレイ１６から測定された電流（又は電圧）信号を処理するとともに測定する役割を担う。
これは、増幅、フィルタリング及びデジタルサンプリングを含むことができる。本発明の実施形態では、電極から出力された電流信号は、増幅され、高いサンプリングレートで動作しているADC４０の一つによってデジタル的にサンプリングされる。
【００７４】
電極２６のそれぞれは、連続して測定されるが、サンプリング及びスイッチングは、信号と比較してあまりにも速く、これらの測定が同時に行われているということができる。
データ取得の方法は、下記の詳細な説明により明らかになる。
アナログ信号をデジタル信号に変換するための方法４２は、機器コントローラ（CPU）４４に接続されており、この機器コントローラ４４は、順に、PC１８に伝達のために接続される。
【００７５】
電気化学的な測定値を得るためにサンプルのテストに先立って、装置１０は電力が（本実施形態の電源２８を介して）電気基板１４に供給されるように作動する。
【００７６】
CPU４４はPC１８の器具制御機器２０からの指令を受信する（好ましくは、ユーザによってユーザインタフェース４６を介して入力される）。このPC１８は、そのとき、基準電圧中にユーザインタフェースを介して入力される基準電圧パラメータを変換するためにDAC３０に信号を伝達する。
【００７７】
DAC３０から発生した電圧信号は、電気化学的な測定に用いるセンサアレイ１６内の各電極２６のために基準電圧３２になる。
【００７８】
上述したように、配電盤調整システム３４は、好ましくは継続的に、全ての部品が使用できることを点検するために電気基板１４の全ての部品の電流及び電圧値をモニターする。
【００７９】
本実施形態では、PC１８内のユーザインタフェース４６は、ユーザが、取得されるデータが処理されるフォーマットを決定するとともにセンサアレイ１６に供給される電圧を決定し、制御することを許容する。
【００８０】
電圧／アナログ信号がセンサアレイ１６に伝送された後、センサアレイ１６は、下記に記述するように各電極２６から電流値のような分離された電気化学的な測定結果を得るために必要な信号を集める。
【００８１】
電気化学的な測定結果（アナログ方式である）は、もとの電気基板１４、より詳細には、受信した信号に対してゲイン及び／又はフィルタとして機能する信号調整手段３６に伝送される。
【００８２】
フィルタを通った信号は、そのとき一組のマルチピクサー（MUX）３８とAD変換器（ADC）４０に伝送され、そのとき、AD変換器４０は電気化学的な測定結果をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【００８３】
一組のMUX３８及び一組のADCの操作は、当業者によって理解されるであろう。さらに、わずか一組のMUX／ADCが示されているにもかかわらず、多数のセットが配置され、一つの電気基板１４に接続するための多数のセンサアレイを許容するということがわかった。
【００８４】
信号が変換された後に、それらはCPU４４に送信され、そのときCPU４４はPC１８に測定結果（デジタル方式で）を転送する。その測定結果を受け取った後に、PC１８のデータ処理モジュール２２は、ユーザから要求された情報を表示するためにその測定結果を処理する。
【００８５】
表示された情報は、好ましくは、電極によって得られたアナログ電流の関数として計算される。そのデータを処理した後（ユーザの指示にしたがって）、その情報はユーザに表示される。
【００８６】
図２には、電気化学的な測定結果の高速取得する方法についての第１の実施携帯が開示されている。
【００８７】
テストされる化学物質を受け取った（ステップ７０）後、一般的にプレート５２（図３に図示されているように）では、バッファが、好ましくは、開口部５８を介して各ウェル５６に加えられ（ステップ７２）、この開口部５８はバッファ１を加える手段を介して又は手動で機能する。  電極２６とウェル５６との組み合わせは、電気化学的なセルを形成する。理解されるように、ウェルの数はアレイ１６内の電極２６の数と等しい若しくは多くなるであろう。
【００８８】
微生物学のテストアプリケーションでは、バッファが加えられた後、微生物が、好ましくは、各ウェル５６に加えられる（ステップ７４）。この場合も先と同様に、手動で行うことができるが、好ましくは、微生物２を付加する手段によって自動的に行うとよい。
【００８９】
これら二つの成分がサンプルに追加された後に、バッファと微生物を接触させるためにそのサンプルを放置好ましく１０分間の培養時間が必要である。
【００９０】
１０分はベストモードであるが、培養時間は３０秒ぐらい低くもできるし、数時間よりも長くすることもできる。
この培養時間が経過すると、ヘキサシアノ鉄酸塩のような試薬はウェル５６に追加される（ステップ７８）。
【００９１】
他の試薬はヘキサシアノ鉄酸塩（１１１）、ジクロロフェノールーインドフェノール（DCIP）、フェロセン、フェロセン誘導体、メチレンブルー、ヤーヌスグリーン、トリス（ビピリジル）鉄（III）、キノン、フェナジンを含んでいる。
【００９２】
媒体がキノンである場合には、具体例は、ベンゾキノン、ナフトキノン、メナジオン、アントラキノン、又はこれらのいくつかの置換誘電体である。
媒体がフェナジンである場合には、具体例は、フェナジンメトサルフェート又はフェナジンエトサルフェートである。試薬とともに、試薬に影響を与えるエフェクタまたはエフェクタ化合物を使用することができる。
【００９３】
このような効果として、例えば、ブドウ糖、乳酸、アルギニン、ピルビン酸、硝酸エステル、D-マンノース、コハク酸エステル、L-トリプトファン、スクロース、D-フルクトース、D-ガラクトース、ぎ酸、L-リジン、D-ソルビット、D-ラクトース、ベータシクロデキストリン、アルファ-クトグルタル酸、クエン酸、D-キシロース、D-アラビノース、マロン酸、L-ラムノース、L-オルニチンまたはベータグリセロリン酸エステルである。
【００９４】
試薬が加えられた後、好ましくはもう一つの培養時間（この好ましく１０分間）であり（ステップ８０）、そのサンプルは試薬及び／又はエフェクタに接触される。その両方の培養時間において、培養が起こる温度は、好ましくは、摂氏２０〜５０℃であり、より好ましくは、摂氏３０〜４０℃である。
【００９５】
しかしながら、培養時間はより高い温度又はより低い温度で起こるということがわかる。その温度範囲は、サンプルの特性に応じて異なる。
【００９６】
二番目の培養時間が終了すると（ステップ８０）、プレート５２はそのときセンサアレイ１６に挿入される。電極２６は、各電極２６に適用される電圧とウェルに降下される。
【００９７】
電圧が供給された状態で、電極２６を介してウェル内の溶液に、電気化学的な測定結果（電流のようなもの）が所定の方法で各ウェルから取得される（ステップ８２）。これによって、実際には、測定値を並列に表示している。そして、電気基板１４に伝送し、それによって、測定結果がPC１８によって処理するためにデジタル信号に変換される。
【００９８】
図２ｂはステップ８２において行われた試験の一実施例である。二番目の培養時間が経過すると、DAC３０によって電圧が発生する（ステップ２００）。
【００９９】
その電圧が発生すると、その電圧は電極に伝達され供給される（ステップ２０２）。その電圧が供給されると、電極は試験のために溶液に接触し、電気化学的な測定結果が電極を介して取得される（ステップ２０４）。
【０１００】
これらの測定結果は、好ましくはPCB２４によって集計され、電気基板１４に伝達される（ステップ２０６）。その電気化学的な測定結果は、そのとき、好ましくは、測定結果にフィルタ及び／又はゲインを適用することなどによって調整された信号になる。
その測定結果は、そのとき、試験されたサンプルの数に応じて多重化（ステップ２１０）することができる。多重化した後に、その測定結果はアナログ信号からそれに対応したデジタル信号に変換される。
【０１０１】
その測定結果を変換した後に、そのデジタル信号は、電気化学的な測定結果を処理するためにCPU（例えば、機器コントローラ４４又はCPU１８）に伝送される（ステップ２１４）。
【０１０２】
テスト時間とテストサイクルは、好ましくは、電圧が予め設定された所定時間でその電極に供給されるようにユーザによって決定されるということがわかる。
電圧がセンサアレイに供給される限り、センサアレイ１６は各ウェル内の電流を継続的に測定しており、この情報を電気基板１４に伝送する。
測定が完了すると、その基板は取り除かれ、その電極は清掃及び／又は洗浄され（ステップ８４）、次の測定のためにセンサアレイ１６が準備される。
【０１０３】
別の実施例として、電極２６を一回の使用として、新しい一組の電極をセンサアレイ１６に配置してもよい。
【０１０４】
上で説明されたように、電気化学的な測定値を取得している間、読み取り（テストサイクル）間のタイミングはPC１８のユーザーインターフェース４６を介してユーザによって決定される。
【０１０５】
テスト装置１２から分離されるように示されているが、PC１８の内容はテスト装置１２の一部であるということが理解されるであろう。
【０１０６】
しかしながら、好ましい実施形態では、PC１８は、テスト装置１２が携帯可能であってかつ必要な指示プログラム、器具、コントローラ２０、データ処理モジュール２２およびユーザーインタフェース４６を含んでいるPCに接続されるように外部装置になっている。
図４はセンサアレイ１６の概略図であり、上述したように、センサアレイ１６はPCB２４と一組の電極２６を含んでいる。
【０１０７】
この実施形態では、センサアレイ１６の底には、テストするための生化学的な又微生物学的なサンプルを保持している分析板５２を支持するためのハウジング５０がある。
代わりに、そのプレートは、基盤上で簡単な保養する。この図では、サンプルをテストする準備を整えられるように、分析板５２がバッファ１を加える手段、微生物２を加えるための手段、試薬３を加えるための手段を既に済ませている。
【０１０８】
代わりに、バッファ、微生物及び試薬は、プレート５２が自動又は手動でハウジング５０内に配置された後に、加えられる。
【０１０９】
そのテストを開始するとき、電極２６は昇圧ポジションから降下し、プレートのウェル内の溶液に接触して配置される。
【０１１０】
電極の調整は、好ましくは、電極の調整を制御するスイッチ５４のような装置を活用することによって行われる。これに代えて、手動で行うこともできる。
【０１１１】
電極２６がサンプルに接触した後、電圧が電気基板１４を介して（PCB２４を介して）、各電極２６に供給される。電圧が供給された後に、電極は電気化学的な測定値（電流のようなもの）を検索し、この測定値は、電気基板（PCB２４を介して）内の信号調整装置３６に再び供給される。
【０１１２】
図５は、電気化学的な測定結果を取得するための装置の他の実施形態についての概略図である。装置１００は、上述したように、図示しない電気基板を含んでいる電気セクション１０２を含んでいる。
【０１１３】
電気セクション１０２は、センサアレイ１０４（ケーブル又はコネクタを介して）に接触しており、このセンサアレイ１０４はプリント回路基板１０６及び一組の電極１０８を含んでいる。
【０１１４】
生物化学的な及び／又は微生物学的なサンプルから離れてそし向かって電極１０９を駆動する方法を提供することができる。
【０１１５】
装置１００は、データ収集及びパラメータ処理を定義するために装置１００に接触するユーザに許容するユーザインタフェース（図示しない）と一緒に電源装置１１０を含んでおり、そのサンプルはその電圧レベル（又は波形）で試験される。
その代わりに、装置１００はコンピュータ１０１に接続され、このコンピュータ１０１は装置１００の動作を制御する（上述の方法に類似した方法で）。
【０１１６】
センサアレイ１６は、好ましくは、電磁波障害から読み出しを保護するためにシールド筐体１１２内に配置されている。
【０１１７】
図６a及び図６ｂは、電極及びPCBをセンサアレイに配置する二つの例を示している。
図６aでは、電極２６が、センサアレイ基板１１４と一体になっており、上下に延びるセンサ装置を形成している。
【０１１８】
PCB２４は、センサアレイ基板１１４内に配置されており、必要な電圧を供給するために各電極２６に電気的に接続されており、電極２６から電気化学的な測定結果を取得する。
この方法では、電極２６が必要であるときに早期に交換され、必要な電極全てが新しいとともにセンサアレイベース１１４を簡単に交換することである。
【０１１９】
図６ｂにおいて、電極２６はセンサアレイベース１１４内に個々に接続される。PCB２４は、必要な電圧を供給し、電極２６から電気化学的な測定結果を得るために電極２６とともに直接接触してセンサアレイベース１１４の頂部に配置される。
【０１２０】
この例では、電極に欠陥がある場合には、個々の電極は全体のアレイを交換せずとも簡単に交換することができる。
【０１２１】
これらの例の両方では、電極２６が指示電極（図示しない）を含むペン形状の電池であり、流体浸透している間に気泡が発生する確率を最小限にするために設計される。
図６a及び図６ｂには、わずか８つの電極が示されていないが、電極のアレイは図７及び図８に対して示されているような状態である。
【０１２２】
好適な実施形態では、センサアレイは９６電極からなるが、他に２の倍数とすることもできる。２の倍数としては、８、１６、１２８を例示することができる。図７a及び図７ｂに代わって、図６aに図示されるセンサアレイの概略図がある。
【０１２３】
図７a及び図７ｂは、小型で利用できる電極アレイデザインかｒなるセンサアレイの一部の組立図である。この実施形態では、"型"デザインは、４８電極を特徴としている堅固なブロックを含む小型センサアレイ１６を組み立てるために使用された。
【０１２４】
図７aは、ペン形状の電極２６及びPCB２４を有するセンサアレイの底の図である。PCBは、電気基板によって代替されるということわかるであろう。
この実施形態は、電極２６及びリード間の接触ポイントでの腐食現象の可能性を最小にするためにデザインされており、又は、PCB２４と同じような指示電極とし、より高い温度設定（蒸発問題）とするため又は腐食性のテストサンプルの検査のために構成されている。
図７ｂは、低抵抗リード１１３とPCB２４との接続ポイントを含んでいるセンサアレイ１６の組立図を示している。
【０１２５】
電極２６のサンプリングの最後は、好ましくは、Pｔ、指示電極である。この構成では、電気基板又はワイヤマネジメントボード２４は、センサアレイ基板の頂部に統合される。シリコン層のようなさらなる断熱物質を、電気基板／PCBとセンサアレイ基板１１４との間に設けることができる。
【０１２６】
図８a及び図８ｂに代わり、図６ｂにはセンサアレイの斜視図が示されている。この実施形態において、個々の生成された電極２６が、電気基板１４に直接又はワイヤマネジメントボード（PCB）２４を介して間接的に接続されている。
図８ｂに示されているように、各電極２６はそれぞれ、センサアレイ板１１４内に配置されており、二本のリード１１８を有する電極支持体１１６を介して、好ましくはPCB２４には半田付けされている。
【０１２７】
この実施形態で、電極２６は個々に取り外して、交換することができる。加えて、様々な電極材料を、同じセンサアレイ構造の所定数を電極に適用することができる。この構造は、同時に検討するか、又はそれとともに電極材料を考慮に入れている。
【０１２８】
本実施形態では、４８個の電極より少ない場所では、電極基板１４は、電極２６が直接電気基板１４に接続されるように、センサアレイ１６の中に配置することができる。しかしながら、センサアレイがたとえば４８よりも多い場合には、そのデータ取得電気基板は、好ましくは、電気基板と通信を行うためのセンサアレイの中に配置されるワイヤマネジメントボード（PCB）とともに分離したシールド筐体内に収容されている。
【０１２９】
図９は電極の実施形態のより詳細な図である。電極２６は、突出スタッド１３０、少なくとも一つの電極１３２、センサアレイ基板１１４内に収容される電極リード１３４（副数）を含んでいる。電極間の電気的な接触を得るために、センサアレイ１６は多数のテストサンプルの中に装入される。
【０１３０】
その電極は、テスト中に、気泡生成の可能性を最小限にするために設計される。その理由は、湿分がなく絶縁材料が電極を封止するために使用される。
【０１３１】
図９a及び図９ｂは、電極に用いられる様々なスタッド形状を提供する。これらのスタッド形状のそれぞれは、指示電極１３２（複数）で気泡の流入を減らしまたは阻止するのをアシストする。これらの実施形態のすべて（円錐、ドーム形状など）は、センサアレイの実施形態のいずれかに使用される。
【０１３２】
図１０a〜図１０ｆは、個々の指示電極構成の様々な形状及び寸法を示している。図１０aにおいて、予め定められた間隔を隔てて二つの電極が配置されており、さらに、最適な電極構成を容易にするために電極の先端近傍に配置されている。
【０１３３】
測定している間に設定された電気経路は、両方の電極132の近傍を通って保持される。
図１０aから図１０ｃは、様々な先端形状及び寸法の立体的な電極構造（球）の適用を例示している。
【０１３４】
このモジュールの電極構成は、拡径部を有する電極を特徴にしている電気化学的なセルを単純に適用することによって同じセンサアレイを使用している様々な電極サイズの適用を許容する。
【０１３５】
図１０ｄ〜図１０ｆにおいて、これらの電極の形状と頂部は、微泡の発生が結果の精度に影響を与えるため、長い測定時間の間、気泡生成を最小にし、気泡回避を最大にするために構成されている。
【０１３６】
この実施形態において、銅線リード１４４に電気的に接触させるためのステンレススチールスリーブ１４２に配置される電極２６は、球体のプラチナ指示電極１40からなる。
【０１３７】
その電極構造は、指示電極、スリーブ及び銅線を含んでおり、この銅線は、絶縁スタッド１４６のドリル開口部内に挿入される。別の実施形態として、そのスリーブは省略することができるし、絶縁スタッド内に挿入された電極でのリードワイヤ１４４は、電気基板又はPCBに直接接続される。
【０１３８】
図１２a及び図１２ｂは、試薬として濃度上昇をセンサアレイで取得された生データを示している。レドックスカップルヘキサシアノ鉄酸塩（酸化型）とヘキサシアノ鉄酸塩（還元型）を含んでいる溶液が準備され、４８ウェルに加えられる。
【０１３９】
ヘキサシアノ鉄酸塩濃度は、８つの電気化学的なセルを含む各コラムに付加されるヘキサシアノ鉄酸塩の濃度が上昇している間、４０ｍMに設定されている。
【０１４０】
各電気化学的セルは、２５０μLのテスト溶媒を含んでいた。また、１００ｍVの定電圧が、１２０秒以上、各ウェルに浸された二つの電極間に供給された。派生電流は、時間の関数として現在の総チャージ量に統合される（図１２aを参照）
この二つの電極構成では、両方の指示電極が同様の電極領域（約００３cm２）を有するプラチナから構成されている。グラフは、さらに、同時に処理される４０ｍMのフェリシアンの存在下でフェロシアン（５、１０、２０、４０、６０、８０μM）の集中増加についての８つの反復的な測定結果を示している。図１２ｂは、計算された傾きの平均値（μC/ min; n = 48 for each cone）又はより広い範囲のフェロシアン（５−５０−１００−２００−３００−４００−５００−１０００μM）のために消費されたチャージ量（ΛQ  ６０〜１２０秒の間）を示している。
【０１４１】
示されたセンサアレイは、直線的な範囲を示した。提示されたセンサアレイは<4%のRSD(n=384)の総精度に従った大きさにおける3つの命令の上に直線的な範囲を示しました。
【０１４２】
別の実施形態では、指示制御機器２０が、電圧（又は電流）の適用及び／又は適用解除のような電気基板の様々な操作を（CPU４４を介して）モニタリングし、制御する役割を担う。
【０１４３】
また、そのシステムモニタリング機能の一部として、ある不良が検出された場合には、その不良な測定データが収集されないように保障するために適切な処理が行われる。
【０１４４】
代わりに、データ処理モジュール２２は、測定データを収集し、格納し、分析する役割を担う。その代わりに、その装置は、センサアレイ１６とユーザインターフェース４６との間の通信を可能とする通信サブシステムを含むことができる。示すように、ユーザインターフェース４６は、さらなる分析のためのプラットフォームとして機能し、 "ブルートゥ−ス"又はユニバーサルシリアルバス（USB）のような無線、シリアル、TCP／IP、といったような通信プロトコルを介して接続する別々のコンピュータデバイスで実装することができる。
【０１４５】
好ましい実施形態では、シリアルコミュニケーションプロトコルが実行される。別の実施形態では、TCP／IPを使用するイーサネット（登録商標）を介した通信が熟慮されており、一つ以上の接続システム間における通信を可能にする。
【０１４６】
この構成は、リモートコンピュータからアクセスできる手段に拡張することができる。ユーザインタフェース４６は、ユーザに接続する役割を有しており、通信サブシステムに通信しており、データを処理するとともに格納している。また、それは、サンプリング率、ランタイム、出力電圧など様々な操作パラメータの取得を許容する。
【０１４７】
また別の実施形態では、電気基板１４は、一組のマルチピクサを含むことができない、それゆえに、信号調整手段３６は、直接、一組のＡＤＣ４０に接続される。電極は金、プラチナ、銀、それらのコンビネーションのような様々な材料から製造することができる。
各電極は、溶液の接触後直ちに気泡の発生する可能性を最小にするために設計される三つの立体的な突出部（スタッド）からなる。
【０１４８】
"気泡回避"設計は、電極及びテスト溶液間の電気的な接触を得るために有益である。結果的に、センサアレイとその電極は、高い安定性と、湿気のない絶縁材からなる。電極とデータ取得又はワイヤマネジメント板との接触は、プラチナ又は銅線（Ｐｔ又はＣｕ）のような低抵抗線を介して設置される。
【０１４９】
さらに、Ｓｉ層の絶縁と、非腐食材料の適用は、金属間接触における腐食の発生を制限するために適用される。理解されているように、生物学的測定方法は、発明の実用化と多用途製を説明するために使用される。要するに、生物学的電流測定法は、二つの同一の分極した電極を基本とした技術であり、簡単な計装レイアウト及び測定条件という利点、高い感度、高い選択性及び高いＳＮ比をもたらし、わずかな適用された電位差の結果であると思われる（通常、２００ｍＶよりも小さい）。
【０１５０】
本発明の上述した実施形態は、単なる実施例にすぎない。唯一、改善及び変化は、現在の発明の上で説明された具体化は例専用であることが意図されます。唯一この事に追加されたクレームで定義される発明の範囲から出発しないで、変更、変更、および変化は芸術における技能のものによって特定の実施例に作用されるかもしれません。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１ａ】高速データ取得システムを使用している電気化学的な測定値を得るための第１の実施形態の装置の概略図である。
【図１ｂ】図１aの装置の電気基板の実施形態の概略図である。
【図２ａ】第１の実施形態の電気化学的な測定値の高速取得方法を示したフローチャートである。
【図２ｂ】回収している測定値の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】テストするための溶液を含むプレートの斜視図である。
【図４】図１aの装置のセンサアレイの概略図である。
【図５】高速データ取得システムを使用する電気化学的な測定のための装置の第２実施形態の前方斜視図である
【図６ａ】センサアレイに装着される電気化学的なセルとプリンタ回路基板（PCB）の第１実施形態の概略図である。
【図６ｂ】PCBとセンサアレイに装着される電気化学的セルの第２実施形態である。
【図７ａ】図６aの実施形態を製造する方法の斜視図である。
【図７ｂ】図６aの実施形態を製造する方法の斜視図である。
【図８ａ】図６ｂの実施形態を製造する方法の斜視図である。
【図８ｂ】図６ｂの実施形態を製造する方法の斜視図である。
【図９ａ】電気化学的なセルの配置を示している。
【図９ｂ】電気化学的なセルの配置を示している。
【図９ｃ】電気化学的なセルの配置を示している。
【図９ｄ】電気化学的なセルの配置を示している。
【図９ｅ】電気化学的なセルの配置を示している。
【図１０ａ】電極チップの様々な形状及びサイズを示している。
【図１０ｂ】電極チップの様々な形状及びサイズを示している。
【図１０ｃ】電極チップの様々な形状及びサイズを示している。
【図１０ｄ】電極チップの様々な形状及びサイズを示している。
【図１０ｅ】電極チップの様々な形状及びサイズを示している。
【図１０ｆ】電極チップの様々な形状及びサイズを示している。
【図１１】再使用可能な電気化学的なセルの実施形態である。
【図１２ａ】フェリシアニド/フェロシアン化酸化還元の酸化と減少反応を使用するデータの統合を示している。
【図１２ｂ】フェリシアニド/フェロシアン化酸化還元の酸化と減少反応を使用するデータの統合を示している。
【符号の説明】
【０１５２】
１  バッファを加える手段
２  微生物を加える手段
３  試薬
１２  テスト装置
１４  電気基板
１６  センサアレイ
１８  コンピュータ
２０  機器／指示コントローラ
２２  データ処理モジュール
２４  ワイヤ管理PCB
２６  電極
２８  電源
３０  DA変換器
３２  基準電圧
３４  基板電力調整
３６  信号調整（ゲインフィルタ）
３８  マルチピクサ
４０  AD変換器
４４  機器搭載コントローラ（CPU）
７０  化学プレート受取
７２  バッファ付加
７４  微生物付加
７６  培養する
７８  試薬付加
８０  培養する
８２  溶液をテスト
８４  センサを洗浄及び／又は清掃
２００  基準電圧発生
２０２  電極に基準電圧供給
２０４  電極から測定結果を取得
２０６  電気基板に測定結果を転送
２０８  信号調整測定結果
２１０  マルチプレックス測定結果
２１２  デジタル信号に測定結果を変換
２１４  処理のためCPUにデジタル信号を転送
【図１ａ】
2008528976.tif 000003
【図１ｂ】
2008528976.tif 000004
【図２ａ】
2008528976.tif 000005
【図２ｂ】
2008528976.tif 000006
【図３】
2008528976.tif 000007
【図４】
2008528976.tif 000008
【図５】
2008528976.tif 000009
【図６ａ】
2008528976.tif 000010
【図６ｂ】
2008528976.tif 000011
【図７ａ】
2008528976.tif 000012
【図７ｂ】
2008528976.tif 000013
【図８ａ】
2008528976.tif 000014
【図８ｂ】
2008528976.tif 000015
【図９ａ】
2008528976.tif 000016
【図９ｂ】
2008528976.tif 000017
【図９ｃ】
2008528976.tif 000018
【図９ｄ】
2008528976.tif 000019
【図９ｅ】
2008528976.tif 000020
【図１０ａ】
2008528976.tif 000021
【図１０ｂ】
2008528976.tif 000022
【図１０ｃ】
2008528976.tif 000023
【図１０ｄ】
2008528976.tif 000024
【図１０ｅ】
2008528976.tif 000025
【図１０ｆ】
2008528976.tif 000026
【図１１】
2008528976.tif 000027
【図１２ａ】
2008528976.tif 000028
【図１２ｂ】
2008528976.tif 000029
【国際調査報告】
2008528976.tif 000030
2008528976.tif 000031
2008528976.tif 000032
2008528976.tif 000033
2008528976.tif 000034
2008528976.tif 000035
2008528976.tif 000036