(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル本体と前記セル本体に支持又は収容された混合物とを具備する測定用セルであって、
前記混合物は、イオン液体を含む非水溶媒を含んだ媒体と１以上の酵素体とを含有し、
前記１以上の酵素体は、酵素、酵素と分散剤からなる分子集合体とを含んだ第１複合体、酵素を含む芯部と前記芯部を被覆した殻部とを備えたマイクロカプセル、酵素を含んだ細胞、酵素を含んだ微生物、および酵素とこれを固定化した支持体とを含んだ第２複合体からなる群より選ばれる、
測定用セル。
【請求項２】
前記セル本体は絶縁性材料からなる請求項１に記載の測定用セル。
【請求項３】
前記１以上の酵素体の少なくとも一部は、吸湿性であるか、もしくは、前記酵素と接触するように水を含んでいるか、または、前記１以上の酵素体の少なくとも一部が含んでいる前記酵素は、水を生成する反応を触媒するものであるか、もしくは、酸化還元反応により水と他の化合物へと分解される化合物を生成する反応を触媒するものである請求項１又は２に記載の測定用セル。
【請求項４】
前記セル本体の形状は容器型であり、前記混合物は前記セル本体に収容されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の測定用セル。
【請求項５】
前記セル本体は前記混合物を囲う請求項１乃至４の何れか１項に記載の測定用セル。
【請求項６】
前記セル本体は、前記混合物に隣接する空間が設けられる形状を有する請求項４又は５に記載の測定用セル。
【請求項７】
前記混合物は基質をさらに含み、前記基質は前記１以上の酵素体の少なくとも一部に含まれている前記酵素が触媒する反応の反応物である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項８】
前記基質は前記混合物において過飽和の状態で存在する請求項７に記載の測定用セル。
【請求項９】
前記混合物はゲルである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項１０】
前記１以上の酵素体は前記第１複合体を含み、前記分子集合体は、逆ミセル、逆紐状ミセル、リポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、両連続マイクロエマルション、単分散状のシングルエマルション、ダブルエマルション、および多重層エマルションの１以上を含んだ請求項１乃至９のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項１１】
前記１以上の酵素体は前記マイクロカプセルを含み、前記殻部はゲルまたは高分子材料からなり、前記芯部は、分散剤からなる分子集合体、細胞、または微生物を含む請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項１２】
前記１以上の酵素体は前記マイクロカプセルを含み、前記殻部は多孔性および親水性の壁膜からなる請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項１３】
前記１以上の酵素体は、前記第２複合体を含み、前記支持体は、吸水性材料、ヒドロゲル、シリカゲル、ポリマーゲル、分子ゲル、ナノファイバーゲル、ナノポーラス構造を有する無機材料、シクロデキストリン／ポリマー、ナノゲル、ナノファイバー、メソ孔を有する多孔質球状シリカ粒子、および高分子材料からなる群より選ばれる１以上からなる請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項１４】
前記１以上の酵素体の少なくとも一部が含んでいる前記酵素は、加水分解酵素、酸化還元酵素、合成酵素、転移酵素、脱離酵素、改変酵素、タンパク質架橋化酵素、変異化酵素、人工酵素、架橋酵素、抗体酵素、リアーゼ、リガーゼ、および結晶化された酵素からなる群より選ばれる１以上を含んだ請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項１５】
前記混合物と接するように設置された二つ以上の電極をさらに具備する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の測定用セル。
【請求項１６】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の測定用セルと、
前記混合物の電気的特性変化または電気化学的特性を測定する測定部とを具備し、前記測定用セルは、さらに前記混合物と接するように設置された１以上の電極を具備した検出装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の測定用セルと、
前記混合物の光学的特性を測定する測定部とを具備した検出装置。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の検出装置と、
被測定試料に含まれている測定対象物質をレーザー照射、気体噴射、超音波照射、加熱、または電圧印加により気化する気化部および前記測定対象物質をイオン化するイオン化源の少なくとも一方を含むサンプリング部とを具備する分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は測定用セル、検出装置および分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体試料や液体試料の検出には、電気化学式センサを備えた検出装置が用いられることがある。このような検出装置は、例えば、電解質溶液を備えており、被測定試料の導入前後で電解質溶液の電気化学的特性を電極により測定することによって、被測定試料が含んでいる測定対象物質を検出する。
【０００３】
酵素センサ型の検出装置は、電気化学式センサを備えた検出装置のうち、酵素が触媒する化学反応を利用するものである。酵素センサ型の検出装置では、酵素が触媒する反応、すなわち酵素反応によって生成される反応生成物が電解質溶液の電気化学的特性に関与する。
【０００４】
酵素には、特定の測定対象物質に対し、特異的な酵素活性を示すものが多い。このような酵素を用いることによって、特定の測定対象物質を選択的に検出することのできる酵素センサ型の検出装置を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許４５２５７０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
簡易な構造を有し、かつ測定対象物質の選択性および検出精度の高い検出装置及び分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る測定用セルは、セル本体と、前記セル本体に支持又は収容された混合物とを具備する測定用セルであって、前記混合物は、イオン液体を含む非水溶媒を含んだ媒体と１以上の酵素体とを含有し、前記１以上の酵素体は、酵素、酵素と分散剤からなる分子集合体とを含んだ第１複合体、酵素を含む芯部と前記芯部を被覆した殻部とを備えたマイクロカプセル、酵素を含んだ細胞、酵素を含んだ微生物、および酵素とこれを固定化した支持体とを含んだ第２複合体からなる群より選ばれる。
【０００８】
また、実施形態に係る検出装置は、前記測定用セルと、前記混合物における電気的特性変化または電気化学的特性を測定する測定部とを具備する。前記測定用セルは、さらに前記混合物と接するように設置された１以上の電極を具備する。
【０００９】
或いは、実施形態に係る検出装置は、前記測定用セルと、前記混合物の光学的特性を測定する測定部とを具備する。
【００１０】
実施形態に係る分析装置は、前記検出装置と、被測定試料に含まれている測定対象物質をレーザー照射、気体噴射、超音波照射、加熱、または電圧印加により気化する気化部および前記測定対象物質をイオン化するイオン化源の少なくとも一方を含むサンプリング部とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る検出装置の一例の概略図。
【図２】実施形態に係る電気的測定または電気化学的測定による測定モードの例を示すグラフ。
【図３】第１の実施形態に係る検出装置の別の一例の概略図。
【図４】第２の実施形態に係る検出装置の一例の概略図。
【図５】実施形態に係る検出装置による測定およびアラーム発信の手順を示すフローチャート。
【図６】第１の実施形態に係る検出装置の具体例の概略図。
【図７】第１の実施形態に係る測定用セルの具体例の概略図。
【図８】第１の実施形態に係る検出装置および測定用セルの別の具体例の概略図。
【図９】第１の実施形態に係る検出装置のさらに別の具体例の概略図。
【図１０】第１の実施形態に係る検出装置のまた別の具体例の概略図。
【図１１】第１の実施形態に係る検出装置のまた別の具体例の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参照して判断すべきものである。又、図面相互間においてもお互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１３】
（第１の実施形態）
実施形態に係る測定用セルは、セル本体と、前記セル本体に支持又は収容された混合物とを具備する。この混合物は、非水溶媒を含んだ媒体と１以上の酵素体とを含有する。酵素体は酵素を含んでおり、その詳細については後述する。
【００１４】
実施形態に係る測定用セルが具備する混合物に基質を導入すると、酵素体に含まれている酵素が触媒する反応、すなわち酵素反応が進行する。その結果、混合物の電気的特性、電気化学的特性、または光学的特性が変化する。本実施形態では、測定対象物質自体が酵素反応により反応する基質である。すなわち、測定対象物質の導入に伴う混合物における電気的、電気化学的、または光学的特性変化を測定することにより、被測定試料が含んでいる測定対象物質を検出することができる。
【００１５】
実施形態に係る検出装置は、上述した測定用セルと、測定用セルが具備する混合物における電気的、電気化学的、または光学的特性を測定する測定部とを具備する。測定用セルが具備する混合物の電気的特性または電気化学的特性を測定する場合、検出装置は、前記混合物と接するように設置された１以上の電極をさらに具備する。混合物の光学的特性を測定する場合、検出装置は、色素をさらに具備していてもよい。
【００１６】
図１に、実施形態に係る検出装置の一例の概略図を示す。
【００１７】
図１に示す検出装置１００は、非水溶媒を含んだ媒体２と酵素体３とを含んだ混合物１０２を具備する測定用セル１０１と測定部９とを具備する。さらに、図１に示す検出装置１００は、作用電極として検出用の電極１０と対比用の電極１１とを含む一対の電極を具備する。
【００１８】
図１には、一対の電極が図示されているが、後述するように電極の数は一つでも二つ以上でもよい。
【００１９】
また、測定用セル１０１は、検出装置１００に対し着脱可能であってもよい。この場合、検出装置１００への装着時には、測定用セル１０１が含む１以上の電極が測定部９に電気的に接続されるようにしてもよく、或いは測定用セル１０１と測定部９とが無線接続されていてもよい。
【００２０】
なお、図１に示す検出用の電極１０の近傍では、媒体２中に酵素体３が分散されている。これに対し、対比用の電極１１の近傍では、媒体２中に酵素体３が分散されていない。
【００２１】
図１に示す検出装置１００では、混合物１０２は、酵素体３と媒体２とを含んでいる。酵素体３は、ここでは一種のみであり、各酵素体３は一種の酵素５を含んでいる。この混合物１０２は、測定用セル１０１のセル本体１に支持または収容されている。酵素体３には水が含まれており、この水がウォータープール４を形成している。
【００２２】
図１において、酵素５を触媒とする酵素体３における酵素反応が、加水分解反応などの水を必要とする酵素反応である場合、酵素体３に含まれているウォータープール４の水を酵素反応に用いることができる。また、ウォータープール４が酵素反応の反応場となるため、酵素５は高い活性を示す。
【００２３】
混合物１０２における媒体２に含まれている非水溶媒は、それ自体が電解質として機能する非水溶媒、例えばイオン液体とすることができる。このような非水溶媒を用いた場合、媒体２に別途電解質を溶解させる必要がなく、また電解質溶液の濃度の変化や電解質の析出が発生しない。また、非水溶媒は蒸発しにくいため、混合物１０２を含んだ測定用セル１０１を長期間使用することができる。
【００２４】
なお、混合物１０２を構成する酵素体３および媒体２の詳細については後述する。
【００２５】
検出装置１００では、被測定試料が含んでいる測定対象物質６自体が基質である。測定対象物質６を測定用セル１０１の混合物１０２に導入すると、酵素体３における酵素５の働きにより、基質である測定対象物質６の酵素反応が進行し、１以上の生成物が生成される。ここでは、一例として、生成物７ａおよび７ｂが生成されることとする。そして、これに伴って生ずる混合物１０２における電気的特性または電気化学的特性の変化を、測定部９が検出用の電極１０を介して電気的信号として検出することによって、測定対象物質６を検出する。
【００２６】
生成物７ａおよび７ｂの少なくとも一方が、例えば酸化還元種のように電極の作用により反応する物質、すなわち電極活物質である場合、混合物１０２の電気化学的特性変化を測定することができる。ここでは、一例として、生成物７ａが電極活物質であるとする。
【００２７】
電気化学的特性変化の測定には、例えばボルタンメトリーを用いることができる。ボルタンメトリー法による電気化学的特性変化の測定を行う場合、例えばサイクリックボルタンメトリー（Cyclic Voltammetry； CV）、アンペロメトリー、クロノアンペロメトリー、交流ボルタンメトリー、電位ステップボルタンメトリー、階段波ボルタンメトリー、パルスボルタンメトリー、およびクロノポテンショメトリーなどのような電気化学的測定法を用いることができる。
【００２８】
検出装置１００が、作用電極として検出用の電極１０のみを具備する場合、例えば、クロノアンペロメトリー（chronoamperometry; CA）法を用いて、図２（ａ）に示すような測定モード（S1測定モード）により、酸化電流または還元電流の経時変化を測定する。
【００２９】
具体的には、S1測定モードでは、第１の時刻（tn)から第２の時刻(tn+1)までの一定の時間間隔(Δｔ＝tn+1−tn）において電極１０に流れる電流値の変化、すなわち第１の時刻（tn)での電流値（Itn）と第２の時刻(tn+1)での電流値（Itn+1）との差（ΔIn）を測定することによって、測定対象物質６を検出することができる(数１)。
【００３０】
【数１】
0006584821.tif 000002
【００３１】
なお、測定用セル１０１に被測定試料が導入されていない状態、すなわち定常状態において、第１の時刻（tn')および第２の時刻（tn'+1)でのそれぞれの電流値（Itn'、Itn'+1）を求め、これらの電流値の差（ΔIo＝｜Itn'+1−Itn'｜）をノイズレベルの電流変化値として事前に定義することができる。
【００３２】
また、図１のように、検出装置１００が、作用電極として検出用の電極１０だけではなく、対比用の電極１１も備えている場合、図２（ｂ）に示すような測定モードを用いることができる。ここで、この測定モードをS2測定モードと呼ぶ。S2測定モードでは、CA法による測定を、検出用の電極１０および対比用の電極１１の両電極を用いて同時に行う。そして、同じ時刻に得られた検出用の電極１０の電流値（I1）と対比用の電極１１の電流値（I2）との差（ΔIn＝｜I1−I2｜）に基づいて、被測定試料を検出する。なお、S2測定モードでは、測定用セル１０１に被測定試料を導入していない定常状態において、検出用の電極１０の電流値（I1）と対比用の電極１１の電流値（I2）との差（ΔIn＝｜I1−I2｜）を求め、これをノイズレベルの電流変化値（ΔIo）とすることができる。
【００３３】
図１の検出装置において、例えば、S2測定モードによる測定を行うと、混合物１０２における測定対象物質６の濃度が増大し、これとともに生成物７ａの濃度が増大する。検出用の電極１０は、生成物７ａの酸化電流または還元電流を検出するため、検出用の電極１０の電流値（I1）は増大する。一方、対比用の電極１１の付近には酵素体３が分散されていないため、対比用の電極１１では生成物７ａの酸化電流や還元電流が検出されない。すなわち、対比用の電極１１の電流値（I2）は、一定に保たれる。従って、生成物７ａの酸化または還元に伴う電流値差（ΔIn）は、ノイズレベルの電流変化値（ΔIo）より大きくなる。
【００３４】
上述した方法で被測定試料の定量測定を行う場合、電流の変化量と被測定試料濃度との関係を事前に調べておく。例えば、検量線を作成して構築したデータベースを、測定部９のデータ処理部に収納しておく。なお、測定部９はデータを演算・出力する機能を有するだけではなく、測定条件の制御、データの送受信、アラームの発信などの機能も備えることができる。また、測定用セル１０１と測定部９とは、有線接続されていてもよく、無線接続されていてもよい。
【００３５】
測定用セル１０１と測定部９とが無線接続されている場合、測定用セル１０１と測定部９とは、それぞれ無線による送受信の機能を備える。例えばRFID（Radio frequency identifier）のように電磁界や電波などによる無線通信を行う場合、受信機能を有する部位としてパッシブタグを測定用セル１０１側に取り付けることができる。また、測定部９には、送信機能を有する部位としてのリーダを取り付けることができる。RFIDに用いるパッシブタグは、リーダより発信される電波をエネルギー源として動作することができる。従って、パッシブタグを用いるRFIDを採用することにより、測定用セル１０１側に電池を内蔵させる必要がなくなる。パッシブタグが受信したリーダからの電波は、測定用セル１０１における測定やデータの送受信のための電気エネルギーとして使うことができる。
【００３６】
検出装置１００を用いた電気化学的測定による測定対象物質６の検出方法の一例として、CA測定による検出について説明したが、電気化学的測定方法はこれに限られない。また、採用する電気化学的測定方法に対応して、検出装置１００の設計が異なる場合がある。種々の電気化学的測定方法および採用する方法に伴う検出装置１００の設計の詳細については後述する。
【００３７】
図３に示す検出装置１００は、メディエーター１４が含まれていることを除き、図１の検出装置１００と同様の構成を有する。
【００３８】
図３の検出装置１００では、基質としての測定対象物質６およびメディエーター１４の双方が酵素体３における酵素反応に参加する。例えば、測定対象物質６が酵素反応によって酸化または還元されると、これに伴い、メディエーター１４は、酵素反応によって還元または酸化され、生成物７ａおよび７ｂを生成する。
【００３９】
生成物７ａおよび７ｂの生成によって生ずる混合物１０２における電気的特性または電気化学的特性の変化を測定部９が作用電極１０を介して電気的信号として検出することによって、測定対象物質６を検出する。例えば、生成物７ａは、検出用の電極１０において酸化または還元反応により酸化−還元生成物８を生成する。測定部９は、これによって生じる電流を、作用電極１０を介して検出する。このようにして、測定対象物質６を検出する。
【００４０】
なお、酸化−還元生成物８は、メディエーター１４と同じものである場合、酵素反応に再び参加することができる。
【００４１】
また、検出装置１００の測定用セル１０１が複数の電極を含んでいる場合、それらの電極上、例えば検出用の電極１０と対をなす電極上で水が生成されることがある。この電極上の反応は、水の自製に関わる反応の一つである。
【００４２】
この水は、酵素体３の反応場に戻ることができる。例えば、後述するように酵素体３は、その内部にウォータープール４を含んだ逆ミセルを含み得る。この場合、電極上の反応によって生じた水の少なくとも一部は、逆ミセル内のウォータープール４に入る。電極上で生じた水は、逆ミセルの含水限界量に達するまでウォータープール４に入ることができる。
【００４３】
混合物１０２における媒体２がイオン液体を含む場合、ウォータープール４内の水量が逆ミセルの含水限界量に達すると、余分な水は混合物１０２から外部へ排出される。イオン液体は水より比重が大きいため、水はイオン液体の上方へと移動する。このようにして相分離を生じる。水の相はイオン液体の相の上方に位置しているので、余分な水は蒸発によって除去される。
【００４４】
このように、電極上の反応によって生じる水を酵素体３のウォータープール４に補給する構成を採用することができる。この構成によれば、ウォータープール４の水が欠乏し難く、それゆえ、酵素５は常に高い活性を示す。また、酵素反応が加水分解反応である場合、水が欠乏することに起因して基質の加水分解反応が妨げられることがない。
【００４５】
上述した例では、混合物１０２における電気化学的特性の変化を電気化学的測定により検出して、測定対象物質６を検出する方法について説明した。しかし、実施例の測定用セル１０１および検出装置１００を用いる測定対象物質６の検出方法は、電気化学的測定方法に限られない。例えば、測定部９を分光光度計などの光学的特性を測定できる装置とすることによって、光学的測定方法による検出が可能になる。また、検出装置１００を電圧センサとすることもできる。
【００４６】
混合物１０２における光学的特性変化を測定して測定対象物質６を検出する場合も、上述したような測定用セル１０１を用いることができる。ただし、光学的測定方法を用いる場合は、検出用の電極１０や対比用の電極１１などの電極を省略してもよい。また、検出装置１００は、異なる方法で測定を行う複数の測定部９を含み、それら測定部９が単一の測定用セル１０１に対して測定を行うものであってもよい。このような検出装置１００では、例えば電気化学的測定による測定対象物質６の検出と、光学的測定による測定対象物質６の検出との両方を同一の測定用セル１０１に対して実施することができる。
【００４７】
混合物１０２の光学的特性の変化の測定は、例えば、特定の波長におけるその吸光度の変化を測定することによって行う。例えば、酵素５が触媒する酵素反応の生成物７ａについて吸光係数が既知である波長において、混合物１０２の吸光度を測定し、Lambert-Beerの法則などにより生成物７ａの濃度を算出することができる。このように、光学的測定により生成物７ａを検出することによって、測定対象物質６を検出することができる。
【００４８】
なお、Lambert-Beerの法則を用いる場合、測定用セル１０１のセル本体１において、混合物１０２を収容している部分が一定の厚みを有していることが望ましい。
【００４９】
また、必要に応じて混合物１０２は、色素等を含むことができる。例えば、メディエーター１４として色素を用いてもよい。或いは、生成物７ａとして色素を生成する酵素反応を利用することができる。メディエーター１４として色素を用いた場合は、酵素反応によって色素の濃度が減少するため、混合物１０２の吸光度が減少する。酵素反応により色素が生成される場合は、色素の濃度が増大するため、混合物１０２の吸光度が増大する。何れの場合も、混合物１０２の光学的特性変化、例えば吸光度の変化を検出することによって、測定対象物質６を検出することができる。
【００５０】
また、混合物１０２を撮影し、撮影画像から酵素反応により引き起こされた混合物１０２の色の変化を比色分析法に基づいて分析することにより、測定対象物質６を検出することができる。混合物１０２の撮影に用いる機器は特に限定されないが、例えば携帯型カメラでも十分である。
【００５１】
光学的測定を用いる検出装置１００において、測定部９としては、例えば試料の吸光度や色度などの光学的特性を測定可能である限り、如何なる光学的測定用の装置をも用いることができる。なお、測定用セル１０１が検出装置１００に対し着脱可能である場合、検出装置１００への装着時には、測定部９を用いてセル本体１における混合物１０２の光学的特性を測定できるように測定用セル１０１を検出装置１００に装着する。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施の形態に関わる検出装置を用いることにより、水溶媒電解液を用いることなく、被測定試料を選択的に且つ高感度で検出することができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る測定用セルは、セル本体に支持又は収用された混合物自体が基質を含むことを除き、第１の実施形態に係る測定用セルと同様の構成を有する。第２の実施形態では、被測定試料に含まれている測定対象物質は、酵素体の含む酵素に対する阻害剤である。
【００５４】
図４に、第２の実施形態に係る検出装置の一例の概略図を示す。
【００５５】
図４に示すように、第２の実施形態に係る検出装置２００は、混合物２０２が、媒体２と酵素体３とに加え、基質１５とをさらに含んでいる点を除き、第１の実施形態に係る検出装置１００と同様の構成を有する。
【００５６】
基質１５は、混合物２０２において、過飽和の状態で存在する。混合物２０２において、固体状の基質１５、例えば基質１５の粉末が媒体２内で分散されていることが好ましい。
【００５７】
第２の実施形態では、測定対象物質６が酵素５の阻害剤であるため、酵素体３を含有する混合物２０２に測定対象物質６を導入すると、酵素体３における酵素反応が阻害される。その結果、酵素反応により生成される生成物、例えば生成物７'ａおよび７'ｂの濃度が変化する。検出装置２００は、例えば生成物７'ａの濃度変化を検出することにより、測定対象物質６を検出する。第２の実施形態における測定対象物質６の検出では、第１の実施形態について説明したのと同様に、生成物７'ａの生成によって生ずる混合物２０２の電気的特性、電気化学的特性、または光学的特性の変化を検出することによって、測定対象物質６を検出する。
【００５８】
生成物７'ａが電極活物質である場合、混合物２０２の電気化学的特性変化を測定することができる。電気化学的特性変化の測定は、例えば、検出用の電極１０のみを用いてS1測定モードにより測定できる。
【００５９】
また、図４に示す検出装置２００では、検出用の電極１０と対比用の電極１１との一対の作用電極を用い、S2測定モードにより混合物２０２の電気化学的特性変化を測定することもできる。
【００６０】
図４の検出装置２００では、測定用セル２０１内の混合物２０２に導入する測定対象物質６の濃度が増大すると、酵素５が触媒する酵素反応がより大きく阻害され、生成物７'ａの生成がより大きく抑制される。生成物７'ａの濃度の減少は、酸化または還元電流値の減少として検出用の電極１０によって測定される。
【００６１】
次に、下記式に基づいて（数２）、阻害率（Inhibition rate、％）を算出し、それに基づいて測定対象物質６の濃度を推算する。
【００６２】
【数２】
0006584821.tif 000003
【００６３】
阻害率に基づいて測定対象物質６の定量測定を行う場合、阻害率と測定対象物質６の濃度の関係を事前に調べておく。例えば、検量線を作成して構築したデータベースを、測定部９のデータ処理部に収納する。
【００６４】
被測定試料に含まれる測定対象物質６が危険物質である場合、測定部９は、例えばアラーム発信の機能を備えた警報機として機能できるものであってもよい。測定部９は警報器として機能する場合、例えば、図５に示すクロノアンペロメトリー（CA）による測定のフローチャートに従って測定対象物質６の測定とアラームの発信を行うことができる。図５のフローチャートにおいて、ΔIoは、ノイズレベルの電流変化値として事前定義される定数であり、例えば第１の実施形態において説明したS1測定モードでの定常状態における第１の時刻での電流値と第２の時刻での電流値との差（ΔIo＝｜Itn'+1−Itn'｜）とすることができる。または、S2測定モードでの定常状態における検出用の電極１０の電流値と対比用の電極１１の電流値との差（ΔIn＝｜I1-I2｜）とすることができる。
【００６５】
S1測定モードまたはS2測定モードのいずれの測定モードを用いる場合でも、△Inの値に基づいて、適切な警告信号を発することができる。
【００６６】
例えば、△In＜△Ioの場合、すなわちΔIn＝｜Itn+1−Itn｜またはΔIn＝｜I1−I2｜により算出されたΔInが電流ノイズ由来の△Io以下である場合、例えば危険物質である測定対象物質６の濃度が検出レベル以下と判断される。このような場合は、例えば検出装置２００をセーフモードで運用する。セーフモードでは、例えば測定部９の指示により表示パネルなどにセーフモードとの表示をする。セーフモードでは、測定対象物質６の測定が繰り返される。
【００６７】
△In＞△Ioの場合、すなわちΔIn＝｜Itn+1−Itn｜により算出されたΔInが電流ノイズ由来の△Io以上であり、且つ測定対象物質６の許容曝露限界濃度（Acceptable Exposure Limit; AEL）に対応する電流変化値ΔIAEL以下である場合（△In＜△IAEL）、測定対象物質６の検出濃度が、例えばアラームレベル１に該当すると判断される。このような場合は、例えば測定部９はアラームレベル１の警告を発信する。アラームレベル１の警告の発信は、例えば表示パネル等にアラームレベル１との表示をして行う。または、ブザーなどにより警告を示す音声を発してもよい。測定部９は、アラームレベル１の警告を発信した後、或いは継続的に警告を発信しながら、測定対象物質６の測定を繰り返す。
【００６８】
なお、アラームレベル１の警告を発信した後の繰り返しの測定において、式ΔIn＝｜Itn+1−Itn｜におけるItnは、△In＜△Ioと最後に判定された時刻（tn）、すなわちセーフモードでのItnを用いる。また、Itn+1は繰り返しの測定において測定される電流値である。
【００６９】
△In＞△Ioの場合、すなわちΔIn＝｜Itn+1−Itn｜により算出されたΔInが電流ノイズ由来の△Io以上であり、さらに測定対象物質６の許容曝露限界濃度（AEL）に対応する電流変化値ΔIAEL以上である場合（△In＞△IAEL）、測定対象物質６の検出濃度が、例えばアラームレベル２に該当すると判断される。このような場合は、例えば測定部９はアラームレベル２の警告を発信するアラームレベル２の警告の発信は、例えば表示パネル等にアラームレベル２との表示をして行う。または、ブザーなどにより警告を示す音声を発してもよい。測定部９は、アラームレベル２の警告を発信した後、例えば中央管理システムへ危機通達信号を送信する。危機通達信号を受信した中央管理システムは、例えばネットワークを通して避難勧告および危機対策の信号を発信するなどして、危険物質に対する対策をさらに実行する。その後、測定を中断してもよく、或いは中断せずに測定を繰り返すこともできる。また、この際、警告を継続的に発信してもよい。測定を中断する場合は、例えば測定の停止の指示が入力される。
【００７０】
また、中央管理システムは、検出装置２００の外部にあってもよい。外部の中央管理システムとは、例えば無線により連絡してもよい。さらに、中央管理システムへ発信・連絡するモードが自動的に起動・実行されるように設定することもできる。
【００７１】
第２の実施形態に係る測定用セル２０１およびそれを含む検出装置２００と、第１の実施形態に係る測定用セルおよびそれを含む検出装置１００との主たる相違点は、酵素体３における酵素反応においての測定対象物質６の役割にある。第１の実施形態では測定対象物質６自体が酵素反応の基質であることに対し、第２の実施形態では、測定対象物質６は酵素５の阻害剤である。この点と、これに伴って酵素５などの酵素反応に係る物質として選択できるものが異なる点を除き、第１の実施形態と第２の実施形態とに実質的な相違点はない。従って、第１の実施例に係る測定用セル１０１および検出装置１００に適用することができる設計の変更等は、すべて第２の実施形態に係る測定用セル２０１および検出装置２００に適用することができる。
【００７２】
以上説明したように、第２の実施形態に関わる検出装置を用いることにより、水溶媒電解液を用いることなく、被測定試料を選択的に且つ高感度で検出することができる。
【００７３】
以下に、実施形態の測定用セルおよび検出装置の各部材について詳述する。
【００７４】
１．セル本体
測定用セルは、セル本体１を含む。セル本体１は、媒体２と酵素体３とを含む混合物を支持または収容する。
【００７５】
セル本体１は、例えば絶縁性の材料からなる。また、セル本体１は、測定部９に物理的に接続されていてもよく、あるいは、例えば無線接続されていてもよい。さらに、セル本体１は、測定部９に対し着脱可能であってもよい。
【００７６】
セル本体１の形状は、特に限定されず、例えば円形、正方形、長方形、楕円形などの形状の底面を有する容器であってもよい。このような容器型のセル本体１に、媒体２と酵素体３との混合物が収容され得る。また、セル本体１の形状は、例えば円形、正方形、長方形、楕円形などの形状の面を有する板状のものであってもよい。このような板状のセル本体１に、媒体２と酵素体３との混合物が支持され得る。
【００７７】
セル本体１は、混合物への測定対象物質６の導入が可能である限り、混合物が収容されている部分を完全に囲ってもよい。或いは、混合物を露出させても良い。
【００７８】
また、混合物に隣接する空間を設けるように、セル本体１を設計してもよい。このような空間を設ける場合、その空間を囲う部分が絶縁性の材料からなることが望ましい。空間を囲う部分には、開口部を設け、測定対象物質６を含んだ被測定試料の導入路とする。さらに、被測定試料が、例えば固体状のものである場合、開口部の周辺の材料をその被測定試料に対して密着性の高い材料とすることができる。例えば、測定対象物質６が揮発性の物質である場合、セル本体１を被測定試料に押し当てて、被測定試料の固体面によって開口部を塞ぐようにする。こうすることによって、混合物に隣接する空間が、その外壁の一部として被測定試料を含む密閉空間となり、測定対象物質６を効率よく採取することができる。また、このように、被測定試料に対して前処理を施す必要がなく、測定対象物質６の検出および測定が容易に行える。
【００７９】
なお、測定対象物質６を採取する際、混合物と被測定試料との接触を防ぐために、混合物に隣接する空間に、一定の空隙を有する充填剤、多孔性膜、またはスペーサーなどを設けてもよい。
【００８０】
上記のように採取できる揮発性の測定対象物質６は、例えば以下のものを含む。アルコールの代謝物であるアセトアルデヒドや発がん性物質であるホルムアルデヒドは、揮発性の測定対象物質６として、人体から採取できる。これらは、例えば、セル本体１の開口部を直接人体の皮膚表面に押し当てることにより採取できる。農作物に残存する農薬などは、被測定試料としての農作物から採取できる。セル本体１を農作物に貼り付けることによって、残存する農薬など、例えばジクロルボス、パラチオンやカルバリルを連続的に検出することができる。また、同様な方法により、食品の鮮度を評価することもできる。また、農作物そのものだけでなく、例えば農地の土壌に含まれている成分を評価することもできる。他にも、木材、塗料、または接着剤が用いられている建築材料を被測定試料とし、測定対象物質６としてのホルムアルデヒドを採取することができる。
【００８１】
また、測定対象物質６が非揮発性の物質である場合は、例えば液体の被測定試料を、媒体２と酵素体３との混合物に隣接する空間に入れても良い。測定対象物質６を含む被測定試料が混合物に接触すると、被測定試料中の測定対象物質６が液−液抽出により混合物へ選択的に抽出および濃縮される。こうして、測定対象物質６を高い感度で検出することができる。また、このように、被測定試料に対して前処理を施す必要がなく、測定対象物質６の検出および測定が容易に行える。
【００８２】
上記のように採取できる非揮発性の測定対象物質６を含んだ被測定試料は、例えば以下のものを含む。実施形態の測定用セルおよび検出装置を医学的用途や健康管理などに用いる場合は、例えば血液および唾液、涙、汗、尿などを被測定試料とすることができる。また、被測定試料は、液体でなくともよく、例えば、人の吐息をセル本体１に設けた空間に吹き込み、吐息に含まれているアルコール、またはバイオマーカーガスの一種であるアセトンガスを測定対象物質６として検出することもできる。その他、例えば被測定試料としての汚水に含まれている汚染物質を測定対象物質６として検出することができる。
【００８３】
実施形態の測定用セルおよび検出装置によって検出・測定できる測定対象物質６は以上のものに限られず、また被測定試料は以上のものに限られない。さらに、媒体２と酵素体３との混合物へ測定対象物質６を導入できる限り、実施形態の測定用セルおよび検出装置の利用形態は上記のものに限られない。
【００８４】
２．媒体
測定用セルのセル本体１に支持または収用される混合物は、媒体２を含む。媒体２は非水溶媒を含む。また、セル本体１に電極が設けられており、その電極を用いてセル本体１における混合物の電気的特性または電気化学的特性を測定する場合は、媒体２が電解質溶液として機能する。
【００８５】
電解質溶液としての媒体２は、水溶媒系の電解質溶液でないことが望ましい。水溶媒系の電解質溶液では、長期測定において、水溶媒や水溶媒系電解液の水分の蒸発や電解質の析出が起こり得る。そのため、長期間にわたる測定対象物質６濃度の正確な測定が困難となるおそれがある。従って、水溶媒系の電解質溶液を用いた場合、測定用セルおよび検出装置の寿命が短くなり、測定対象物質６の定量測定が難しくなり得る。
【００８６】
安全の面から、実施形態の媒体２に用いる非水溶媒としては、大豆油やオリーブオイル、パラフィン、イオン液体が望ましい。特に、実施形態の媒体２に含む非水溶媒としてイオン液体を用いることが望ましい。イオン液体を用いた場合、イオン液体自体が電解質として機能するため、別途電解質を溶解させる必要がない。すなわち、電解質の濃度調整が不要となる。さらに、イオン液体は水溶媒に比べて遥かに広い電位窓を有し、電気伝導性も優れている。また、低揮発性や難燃性の特性を有することもイオン液体の利点である。
【００８７】
さまざまな種類のイオン液体が存在するが、必要に応じて新たなイオン液体を合成することができる。また、イオン液体には、非プロトン性のイオン液体(Aprotic Ionic Liquid: AIL)とプロトン性のイオン液体（Protic Ionic Liquid: PIL）とがあるが、それぞれを必要に応じて使いわけることができる。または、AILとPILとを混合したものを用いることもできる。
【００８８】
イオン液体として、例えば、1-octyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide、[C8mIm+][TFSA-] (TFSA- = （CF3SO2)N-）、1-alkylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide、[CnImH+][TFSA-] (n = 4 and 8)、室温イオン液体（room temperature ionic liquid; RTIL）、triethyl sulfonoium bis(trifluromethyl sulfonyl)imide（TSBTSI）、1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate（[bmim][PF6]）、1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([bmim][Tf2N])、１−ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([emim][Tf2N])、octyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphate （[omim][PF6]）、1-decyl-3-methylimidazolium bis(trifluoro-methylsulfonyl)imide ([dmim][Tf2N])、1-butyl-3-Methylimidazolium tetrafluoroborate ([bmim][BF4])、1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride[dmim][Cl]、1-Methyl-3-octylimidazolium chloride(MOImCl)、ionic liquid[C2mim][NTf2]、1-butyl-3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide、[C4mim][NTf2]、IL[C8mim][Tf2N]（1-octyl-3-methylimidazolium bis(trifluromethylsulfonyl)amide）、IL 2(1-ethyl-3-methyl-imidazolium bromide, emimBr)、1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([emim][Tf])、1-ethyl-3-methylimidazolium tetra-fluoroborate ([emim][BF4])、1-butyl-3-methylpyridinium tetrafluoroborate ([bmpyri]BF4)、1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate ([bmpyrro]BF4)、[bmim]BF4、1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([emim][Cl])などを用いることができる。
【００８９】
３．酵素体
酵素体３は、1つ以上の酵素５を含む。酵素体３は、単独の酵素５であってもよい。或いは、酵素体３は、固定化された酵素５を含む。ここで、酵素の固定化とは、担体結合法により担体へ酵素を結合させること、包括法により高分子ゲルやマイクロカプセルなどに酵素を封じ込めること、および架橋法により酵素同士を結合させることを含む。酵素５を固定化して得られる酵素体３は、例えば分散剤により形成される分子集合体と酵素５とを含む複合体、酵素５を内包するマイクロカプセル、高分子材料等からなる支持体とこの支持体に担持または内包された酵素５とを含む複合体などを含む。さらに、酵素体３として、酵素５を含んだ細胞や微生物を用いることもできる。
【００９０】
ほとんどの場合、酵素反応は水を必要とする。これは、酵素が本来水の中で働く生体触媒であることに起因する。通常、酵素は、水中において、柔軟になるため高い酵素活性を示す。逆に、水のない系では酵素の活性が著しく低下してしまう。また、酵素反応において、例えば加水分解反応の場合は、水自体が反応種として酵素反応に参加する。
【００９１】
酵素体３は水を含むことができ、この水は、酵素５の酵素反応場として機能することができる。そのため、酵素体３において、酵素５は高い酵素活性を示す。
【００９２】
酵素体３は、非水溶媒を含んだ媒体２内に分散されて、混合物を構成する。
【００９３】
実施形態の測定用セルおよび検出装置において、混合物は、一種の酵素体３を含み、各酵素体３は二種以上の酵素５を含んでいてもよい。または、混合物は、酵素５の種類が異なる複数種の酵素体３を含んでいてもよい。この場合、各酵素体３は、酵素５を一種のみ含んでいてもよく、酵素５を二種以上含んでいてもよい。
【００９４】
また、混合物が、酵素５の種類が異なる複数種の酵素体３を含んでいる場合において、一方の酵素体３における酵素反応によって生成された生成物の一部が、他方の酵素体３における酵素反応の基質となる場合がある。同一の系に含まれている個別の酵素体３の間では、化学物質の交換が速やかに行われている。そのため、一方の酵素体３における酵素反応によって生成された生成物は、速やかに他方の酵素体３へ移動し、そこで基質として酵素反応に参加する。
【００９５】
また、混合物が、酵素５の種類が異なる複数種の酵素体３を含んでいる場合において、一方の酵素体３における酵素反応の生成物に水が含まれ、他方の酵素体３における酵素反応が反応種として水を必要とする場合がある。このような場合、一方の酵素体３で生成された水は、速やかに他方の酵素体３へ移動し、そこで酵素反応に用いることができる。
【００９６】
酵素
酵素体３に含む酵素５としては、例えば酸化還元酵素、改変酵素、加水分解酵素、合成酵素、転移酵素、脱離酵素、タンパク質架橋化酵素、変異化酵素、異性化酵素、架橋酵素、抗体酵素、リアーゼ（lyase）、リガーゼ(ligase)、および結晶化された酵素などを用いることができる。以下にこれらの種類を示すが、酵素体３の含むことのできる酵素５はこれらに限定されるものではない。
【００９７】
例えば、Parathion Hyrolase、organophosphorus hydrolase enzyme(OPH)、コリンエステラーゼ（Cholinesterase; ChE)、コリンオキシダーゼ (Choline Oxidase; ChO）、ブチリルコリンエステラーゼ(Butyrylcholinesterase; BChE)、β−ガラクトシダーゼ（β-galactosidase）、ペルオキシダーゼ（HRP) 、アセチルコリンエステラーゼ（Acetylcholinesterase; AChE)、ホルムアルデヒド脱水酵素（formaldehyde dehydrogenase）、コレステロールエステラーゼ（ChEt）、コレステロールオキシダーゼ（ChOx）、グルコースイソメラーゼ、グルコース−1−オキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、グルコース脱水素酵素、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ、インペルターゼ、ペニシリナーゼ、β−グルコシダーゼ、デカルボキシラーゼ、アンモニアリアーゼ、モノアミンオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ（Alcohol Dehydrogenase; ADH）、アスコルビン酸オキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、クレアチナーゼ、アデノシンデアミナーゼ、アシル−CoAオキシダーゼ、アシル−CoAシンセターゼ、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ、アスパラギン酸β−脱炭酸酵素、アスパルターゼ、アセテートキナーゼ、アミノアシラーゼ、アミノペプチダーゼ、アミラーゼ、アラニン脱水素酵素、アラバナーゼ、アラビノシダーゼ、ＲＮＡポリメラーゼ、アルカリキシラナーゼ、アルカリセルラーゼ、アルカリプロテアーゼ、アルカリリパーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アルドラーゼ、α−アセト乳酸脱炭酸酵素、α−キモトリプシン、イソアミラーゼ、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、インベルターゼ、ウリカーゼ、ウレアーゼ、ウロキナーゼ、エステラーゼ、N-アセチルノイラミン酸リアーゼ、エンド−β−グルカナーゼ、ω−ヒドロキシラーゼ、カタラーゼ、カルボキシルエステラーゼ、カルボキシペプチダーゼ、カルボニックアンヒドラーゼ、γ−グルタミントランスペプチダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、ギ酸デヒドロゲナーゼ、
キシラナーゼ、キシランアセチルエステラーゼ、キシロースイソメラーゼ、キモシン、グアノシン−5’−リン酸シンセターゼ、クエン酸シンセターゼ、グリセロールオキシダーゼ、グリセロールキナーゼ、グリセロール−3−リン酸オキシダーゼ、グルコアミラーゼ、グルコシルトランスフェラーゼ、グルタミン酸デカルボキシダーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチニンデイミナーゼ、クレチナーゼ、クロロペルオキシダーゼ、5’−アデニル酸デアミナーゼ、コリパーゼ、コレステロールオキシダーゼ、サーモライシン、ザルコシンオキシダーゼ、ザルコシンデヒドロゲナーゼ、3−α−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ、3−クロロ−D−アラニンクロリドリアーゼ、ジアホラーゼ、シアン酸アルドラーゼ、シクロデキストリングルコシルトランスフェラーゼ、ジヒドロピリミジナーゼ、ストレプトキナーゼ、スーパーオキシドジスムターゼ、スブチリシン、セファロスポリンアシラーゼ、セファロスポリンアミダーゼ、セルラーゼ、セロビオヒドロラーゼ、チトクロムC、チミディレートシンターゼ、DNAポリメラーゼ、デオキシリボース−5−リン酸アルドラーゼ、デキストラナーゼ、ドーパデカルボキシラーゼ、トランスグルタミナーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、トリプシン、トリプトファナーゼ、トリプトファンシンセターゼ、ナリンギナーゼ、ニトリルヒドラターゼ、乳酸脱水素酵素、ノイラミニダーゼ、ハロヒドリンエポキシダーゼ、ハロヒドリンハロゲンハライドリアーゼ、ハロペルオキシダーゼ、ヒスチジンアンモニアリアーゼ、ヒダントイナーゼ、ピラノース−2−オキシダーゼ、フェニルアラニンアンモニアリナーゼ、フェノールオキシダーゼ、プトレッシンオキシダーゼ、フラビン酵素、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ、プルラナーゼ、プロテアーゼ、プロウロキナーゼ、プロティナーゼ、プロリンイミノペプチダーゼ、ブロモペルオキシダーゼ、ヘキソキナーゼ、ペクチナーゼ、ペクチンエステラーゼ、ペクチントランスエリミナーゼ、β−エーテラーゼ、β−グルカナーゼ、β−グルコアミラーゼ、β−フルクトフラノシダーゼ、β−フラクトフラシノダーゼ、ペプチダーゼ、ヘミセルラーゼ、ペニシリンアミラーゼ、ペニシリンアミダーゼ、ペントサナーゼ、ホスホジエステラーゼ、ホスホリパーゼ、ホスホリラーゼ、ポリガラクツロナーゼ、マンナナーゼ、ムタナーゼ、ムタロターゼ、ラクターゼ、ラクトノヒドロラーゼ、ラクトペルオキシダーゼ、ラクマターゼ、ラセマーゼ、ラッカーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、リジルエンドペプチダーゼ、リジンオキシダーゼ、リジンデカルボキシラーゼ、リゾチーム、リパーゼ、リブロース−1,5−ビスホスフェイトカルボキシラーゼ、リポプロテインリパーゼ、リボヌクレアーゼA、リンゴ酸デヒドロキナーゼ、ルシフェラーゼ、ロイシンアミノペプチダーゼ、ロダナーゼなどの酵素を用いることができるが、これらに限定されるものではない。または、遺伝子組み替えで、新たに創出される、人工酵素を用いることもできる。
【００９８】
抗体酵素としては、例えばインフルエンザウィルス、エイズウィルス、ヘリコパクター・ピロリ菌、サイトカイン、IgEなどに存在する抗原に対して抗原特異性を持つ抗体酵素を用いることができる。
【００９９】
分散剤
分散剤として乳化剤を用いることができる。乳化剤は、親水基と疎水基とを有する両親媒性分子である。乳化剤を使用して安定な分子集合体を形成することができる限り、実施形態に用いられる乳化剤の種類と組み合わせは特に限定されない。乳化剤には、例えば、脂質と境界脂質、スフィンゴ脂質、蛍光脂質、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、合成高分子、タンパク質などの天然高分子等を適宜選択して使用することができる。
【０１００】
また、乳化剤として脂質を用いる場合には、例えばトリオレイン、モノオレイン、卵黄レシチン、リン脂質類、合成脂質類、リゾリン脂質類、グリコシルジアシルグリセロール類、プラズマローゲン類、スフィンゴミエリン類、ガングリオシド類、蛍光脂質、スフィンゴ脂質、スフィンゴ糖脂質、レシチン、ステロイド、ステロール類、コレステロール、酸化コレステロール、シヒドロコレステロール、グリセリルジステアレート、グリセリルモノオレエート、グリセリルジオレエート、イソソルベイトモノブラシデイド、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノパルミトレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノブラシデート、ドデシル酸リン酸塩、ジオクタデシルリン酸塩、トコフェノール、クロロフィル、キサントフィル、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、イノシトール、臭化へキサデシルトリメチルアンモニウム、ジグルコシルジグリセリド、ホスファチジルコリン、レチナール／酸化コレステロール／レクチン／ロドプシン、脳全脂質、ヒト赤血球全脂質等を使用することができる。
【０１０１】
また、分散剤として各種界面活性剤を用いる場合、例えば、アルキル四級アンモニウム塩（CTAB、TOMAC等）、アルキルピリジニウム塩（CPC等）、ジアルキルスルホコハク酸塩（AOT等）、ジアルキルリン酸塩、アルキル硫酸塩（SDS等）、アルキルスルホン酸塩、ポリオキシエチレン系界面活性剤（Tween系、Brij系、Triton系等）、アルキルソルビタン（Span系等）、レシチン系界面活性剤、プルロニック型ノニオン界面活性剤とカチオン界面活性剤、ベタイン系界面活性剤、蔗糖脂肪酸エステル等の界面活性剤を用いることができる。実施形態に用いられる分散剤としての界面活性剤はこれらに限定されない。
【０１０２】
分散剤としてイオン液体を用いる場合、例えば1-alkylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide, [CnImH+][TFSA-] (n = 4 and 8)のようなプロトン性イオン液体を用いることができる。
【０１０３】
また、分散剤として高分子を使用する場合、例えば、ポリソープ、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、プロピレングリコール、櫛形ポリエチレングリコール等を使用することができる。
【０１０４】
また、分散剤としてタンパク質を用いる場合、例えば、カゼイン等を使用することができる。
【０１０５】
また、分散剤としてプルロニックを用いることができる。
【０１０６】
分子集合体
媒体２において、分散剤によりほぼ球状の逆ミセルまたは紐状の逆紐状ミセル、またはリポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、両連続マイクロエマルション、単分散状のシングルエマルション、ダブルエマルション、多重層エマルションのいずれか一つ以上の分子集合体を形成させることができる。
【０１０７】
酵素体３は、このような分子集合体に酵素５を固定化して得られたものであってもよい。例えば分子集合体の一例として、媒体２において分散剤により形成されるほぼ球状の逆ミセルは、その中央にかなりの量の水をウォータープール４として保持することができる。逆ミセルのウォータープール４に酵素５を取り込ませることによって、酵素５を固定化することができる。このように酵素５を固定化することを、ウォータープール４への酵素５の可溶化ともいう。酵素体３では、ウォータープール４を酵素５が触媒する酵素反応の場として利用する。
【０１０８】
逆ミセルは例えば次のように形成される。非水溶媒に乳化剤を添加してゆき、乳化剤の濃度が臨界ミセル濃度（Critical Micelle Concentration; CMC）に達すると、乳化剤の親水基と疎水基がそれぞれ内側と外側に向き、水を囲んだほぼ球状の逆ミセルを形成することができる。
【０１０９】
また、乳化剤の濃度をさらに増やして、球状であった逆ミセルを成長させて紐状に伸びた逆紐状ミセルを形成することができる。逆紐状ミセルの中心部にある水は、逆ミセルと同様に酵素反応の反応場となる。また、逆紐状ミセルを酵素体３として用いることにより、媒体２とこの酵素体３とを含んだ混合物をゲル化させることができる。混合物のゲル化の詳細については後述する。
【０１１０】
また、乳化剤の代わりに、例えばAOTなどの界面活性剤を非水溶媒に添加して逆ミセルおよび逆紐状ミセルを作製できる。非水溶媒中において、AOTの濃度を増えさせると、逆紐状ミセルを形成させることができる。さらに、AOTの濃度を増やせ続けると、逆紐状ミセルがお互いに絡み合って混合物全体がゲル化する。
【０１１１】
また、その他の分子集合体として、例えば分散剤により形成されるリポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、両連続マイクロエマルション、油中水滴型エマルションなどの単分散状のシングルエマルション（Ｗ／Ｏ単分散状エマルション）、ダブルエマルション（Ｗ／Ｏ／Ｗ型ダブルエマルション）、または多重層エマルションを用いることができる。これらの分子集合体は、内部にウォータープール４として利用できる内水相または水相を含み得る。
【０１１２】
なお、ウォータープール４の中で、イオン−双極子相互作用により分子運動を束縛された状態の分散剤の分子またはプロトン性イオン液体（PIL）の分子の親水基周辺に存在する水を、結合水と称する。一方、ウォータープール４の中心部に存在する水は、バルク水とほぼ同様な状態の自由水である。自由水と結合水との間では、交換が迅速に行われている。自由水は、含水量ωoの増大とともに増大する。含水量ωoは下記式によって求められる。
【０１１３】
【数３】
0006584821.tif 000004
【０１１４】
ここで、[H2O]は水のモル濃度であり、[S]は分散剤（S）のモル濃度である。
【０１１５】
また、ウォータープールの半径（Rw）が下記式によって求められる。
【０１１６】
【数４】
0006584821.tif 000005
【０１１７】
イオン液体としてプロトン性イオン液体（PIL）も用いる場合、PILは補助界面活性剤としての役割も果たし、逆ミセルまたはマイクロエマルション（water-in-ionic liquid型; W/IL）の形成にも寄与することになる。そのため、逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）の形成に利用されるPILの量も考慮する必要がある。一般的に含水量ωoは、一定の界面活性剤の濃度[S]において、PIL量が増大すると、ωoはより大きくなる。
【０１１８】
含水量ωoを適切に調整することにより、ウォータープール４の大きさを適切に調整することができる。
【０１１９】
上述した逆ミセル、逆紐状ミセル、リポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、Ｗ／Ｏ単分散状エマルション、またはＷ／Ｏ／Ｗ型ダブルエマルション等の分子集合体は、さらにゲルまたは高分子材料でコートすることができる。
【０１２０】
なお、ゲルまたは高分子でコートした逆ミセル、リポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、Ｗ／Ｏ単分散状エマルション、またはＷ／Ｏ／Ｗ型ダブルエマルション等の分子集合体は、マイクロカプセルとみなすことができる。
【０１２１】
分子集合体の安定性や酵素反応の効率性、または酵素反応生成物の高効率検出を高める目的として、さらに酸化グラフェン、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホン、シリカナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子、半導体ナノ粒子、メソポーラス材料の一種類以上を分子集合体の内部、表面、また周辺に分散することができる。ここで、分子集合体の内部は、例えば逆ミセル等のウォータープール内、または逆紐状ミセルの中心部等である。これらのうち、酸化グラフェン、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホン、銀ナノ粒子、金ナノ粒子、パラジウムナノ粒子を分散させた場合は、高い電子伝導性とイオン伝導性、並びに分子集合体の安定性向上の効果を得ることができる。一方、シリカナノ粒子、半導体ナノ粒子、メソポーラス材料を分散させた場合、分子集合体の安定性の向上という効果を得ることができる。
【０１２２】
マイクロカプセル
実施形態に係るマイクロカプセルとは、例えば微小な核（固体・液体・気体）を含む芯部を多孔性の壁膜により包み込んで得られ、大きさがナノスケールからミリスケールの範囲のものを指す。酵素体３におけるマイクロカプセルは、酵素５の改変、非水溶媒からの隔離、保存、および隠蔽などの効果を有する。
【０１２３】
実施形態に係るマイクロカプセルの芯部は、酵素反応の場として利用される。さらに、マイクロカプセルは、芯部へ測定対象物質６、基質１５、メディエーター１４、水、生成物など酵素反応に係る成分を速やかに取り込むことができ、また、芯部から酵素反応の生成物を速やかに放出することができる。
【０１２４】
マイクロカプセルの壁膜、すなわち殻部の材料として、吸湿性高分子材料やその他の、例えば担体として用いることのできる高分子の材料を用いることができる。すなわち、マイクロカプセルの壁膜は、吸湿性高分子材料や高分子材料からなる有機の壁膜、無機の壁膜、無機・有機のハイブリッド壁膜の何れか一種類の壁膜であり得る。
【０１２５】
マイクロカプセルは、一般的に化学的技法および物理化学的技法、機械的かつ物理的技法の三大技法により作製することができる。これらの技法の中で、球状単核のマイクルカプセルを作製する技法として、化学的技法の界面重合法、in-situ重合法、液中硬化被覆法と、物理化学的技法の液中乾燥法などの方法がある。
【０１２６】
実施形態に係る関わるマイクロカプセルは、上述の方法で作製できるほか、例えば二段階乳化法や膜乳法、一段階乳化法により作製されたダブルエマルションを鋳型として作製することができる。特に一段階乳化法により作製されたダブルエマルションを鋳型として得られたマイクロカプセルは、芯物質内の不純物が少なく、粒径や芯の数、芯の粒径のバラツキが少なく、且つ酵素の高活性を保ったまま芯部に内包させることができるため、望ましい。
【０１２７】
または、反応性の分散剤により形成された逆ミセルまたはベシクル、ダブルエマルションを用いて、分散剤の光重合によりマイクロカプセルを作製することもできる。
【０１２８】
マイクロカプセル内に酵素５を保持させたものを酵素体３とすることができる。このような酵素体３は、例えば上述の方法によってマイクロカプセルを作製する際、作製されるマイクロカプセルに酵素５が内包されるようにしてマイクロカプセルを作製して得ることができる。また、酵素５の代わりに、後述する細胞や微生物をマイクロカプセル内に保持してもよい。こうして得られる酵素５を内包するマイクロカプセル（酵素体３）を媒体２に分散させる前に、水溶媒に浸漬して芯部または壁膜に水分を含ませてもよい。
【０１２９】
細胞および微生物
酵素体３として、酵素５を含んだ細胞や微生物を用いることができる。細胞や微生物は、単体で酵素体３として用いることができる。或いは、担体結合法や包括法などに固定化させた細胞または微生物を酵素体３とすることもできる。
【０１３０】
また、細胞や微生物をゲルまたは高分子材料でコートして、酵素体３としてもよい。細胞や微生物をコートするゲルや高分子材料の詳細は後述する。細胞や微生物をゲルでコートする場合、ゲルとともに、細胞外マトリックスタンパク質（Extracellular Matrix protein: ECM protein）または細胞外マトリックスであるフィブロネクチン（Fibronectin: FN）も併せてコートすることもできる。
【０１３１】
自然に存在する細胞や微生物には、さまざまな酵素が含まれており、実施形態の測定用セルおよび検出装置において有用な酵素または酵素の組み合わせを有するものもある。適当な組み合わせの酵素を有する細胞または微生物を選択することにより、実施形態の酵素体３として用いることができる。また、実施形態に用いることのできる細胞は、微生物以外の細胞、例えば動物細胞や植物細胞であり得る。
【０１３２】
細胞や微生物は、増殖を伴わない死滅した状態のものを用いることができる。なお、このように死滅状態にある微生物は、静止状態にあるといい、このような微生物を固定化したものを固定化静止菌体という。
【０１３３】
支持体
酵素を固定化する支持体は、例えば粉末状または多孔性ビーズ状のキチン、キトサン（例えば、富士紡績製のキトパールBCW3010）、キシラン、κ−カラギーナンなどの多糖類を用いることができる。また、支持体として、例えば多孔性のガラス、ポリ乳酸、アルミナ、シリカゲル、セライトを用いることができる。その他にも、例えばセルロース、デキストラン、アガロースなどの多糖類誘導体も支持体として用いることができる。なお、セルロースの場合は、不織布にして用いることができる。
【０１３４】
上記の支持体を担体として、担体結合法（物理的吸着法、イオン結合法、共有結合法）により担体を酵素５で修飾する、または担体上に酵素５を分散して複合体を作製する。或いは、例えば格子状の支持体を用い、包括法（格子型）により支持体を酵素で修飾し、支持体の網目構造において酵素を分散して複合体を作製する。こうして得られる複合体を酵素体３として用いることができる。
【０１３５】
また、酵素５を固定化する支持体を親水性または吸湿性のものとすることができる。支持体として、例えば吸湿性高分子を用いることによって、被測定試料または空気が含んでいる水を支持体に捕集することができる。こうしてセル本体１の外部からの水を酵素体３に取り込むことにより、酵素反応に必要な水を酵素体３に供給することができる。
【０１３６】
支持体として用いることのできる吸湿性高分子（高吸水性ポリマー）には、天然高分子または合成高分子を原料としたものがある。
【０１３７】
天然高分子を原料とした吸湿性高分子は、吸水速度が速い点において優れている。天然高分子として、例えば、デンプン系（デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト重合体、デンプン−スチレンスルホン酸グラフト重合体、デンプン−ビニルスルホン酸グラフト重合体、デンプン−アクリルアミドグラフト重合体など）、セルロース系（セルロース−アクリロニトリルグラフト重合体、セルロース−スチレンスルホン酸グラフト重合体、カルボキシメチルセルロースの架橋体）、その他の多糖類系（ヒアルロン酸、アガロース）、タンパク質系（コラーゲンなど）などを用いることができる。
【０１３８】
合成高分子を原料とした吸湿性高分子は、機械的強度および化学的安定性の面において優れている。合成高分子として、例えば、ポリビニルアルコール系（ポリビニルアルコール架橋重合体、PVA吸水ゲル凍結・解凍エラストマーなど）、アクリル系（ポリアクリル酸ナトリウム架橋体、アクリル酸ナトリウム−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル系重合体ケン化物など）、その他の付加重合体（無水マレイン酸系重合体、ビニルピロリドン系共重合体など）、ポリエーテル系（ポリエチレングリコール・ジアクリレート架橋重合体など）、縮合系ポリマー（エステル系ポリマー、アミド系ポリマー）などを用いることができる。
【０１３９】
上述の吸湿性高分子は用途に応じて、粉末状、ビーズ状、繊維状、フィルム状、不織布状などさまざまな形状に適宜に加工して使用することができる。
【０１４０】
上記の吸湿性高分子を担体として、担体結合法（物理的吸着法、イオン結合法、共有結合法）により担体を酵素で修飾し、担体上に酵素を分散して酵素体３を作製する。或いは、例えば格子状の支持体を用い、包括法（格子型）により支持体を酵素で修飾する、または支持体の網目構造において酵素を分散して酵素体３を作製する。
【０１４１】
酵素を固定化する支持体として、高分子ゲル（ポリマーゲル）を用いてもよい。このようなゲルとしては、例えば、トロポエラスチンというタンパク質で作られたMetrogel（MeTro Hydrogel）、gelatin methacrylate（GelMA）ヒドロゲル、ゼラチン、アルギン酸ヒドロゲル、ポリアクリル酸ナトリウムゲル、メビオールジェル（池田化学社製の登録商標； Mebiolgel）、常温固化型・伸縮性ハイドロゲルAQUAJOINT（日産化学工業株式会社製の商品名）、シリカゲル、寒天、κ−カラギーナン、ポリアクリルアミドゲルを用いることができる。
【０１４２】
上記のゲルに、結合法（物理的吸着法、イオン結合法、共有結合法）により酵素を分散・修飾して、或いは、包括法により酵素をゲルで包括することにより酵素体３を作製することができる。
【０１４３】
なお、ゲルとしては、主の溶媒が水であるヒドロゲルを用いてもよく、主の溶媒が非水溶媒であるオルガノゲルを用いてもよい。
【０１４４】
媒体２と酵素体３との光学的特性を測定して測定対象物質６を検出する場合は、混合物の透光性を妨げないように支持体を選択することが望ましい。このような支持体としては、例えばセルロースパウダー、セルロースナノファイバー（CNF）、セルロースナノクリスタル（CNC）、キチンナノファイバー、またはキトサンナノファイバーなどを用いることができる。なお、典型的なCNFは４〜100nm程度の幅および5μm程度の長さを有し、典型的なCNCは、幅１０〜50nm程度の幅および100〜500nm程度の長さを有する。また、例えばスギノマシン社製のセルロース・キチン・キトサン由来のナノファイバーである[BiNFi-s]を用いてもよい。なお、「BiNFi-s」は約20nmの直径および数μmの長さを有する。
【０１４５】
３．メディエーター
実施形態に係るメディエーター１４は、酵素５が触媒する酵素反応のメディエーターとなる物質であれば、その種類は特に限定されない。
【０１４６】
酵素体３の作製の際、メディエーター１４が予め酵素体３の酵素反応場に分散されるように酵素体３を作製することができる。または、酸素のようなメディエーター１４は、ブリージング（breathing）によって大気から媒体２と酵素体３とを含む混合物を経て酵素体３の酵素反応場に供給することもできる。
【０１４７】
また、メディエーター１４を過飽和となるように、例えば媒体２またはウォータープール４に溶解可能な粉末状の固体として混合物に分散させることができる。混合物において過飽和に分散されたメディエーター１４は、固−液抽出法によって、酵素体３の酵素反応場へ移動し、酵素反応に参加する。過飽和となるようにメディエーター１４を媒体２内で分散させる場合、常に一定濃度のメディエーター１４を酵素反応場へ提供できるメリットがある。
【０１４８】
さらに、電極上の反応、例えば酸化−還元反応により生じた生成物も、再び酵素体３の酵素反応場へ移動し、メディエーター１４として使うことができる。
【０１４９】
１つの測定セルにおいて複数種のメディエーター１４を用いてもよい。１以上の酵素体３に複数種の酵素５が含まれている場合、異なる種類のメディエーター１４のそれぞれを、異なる酵素反応に対応させてもよい。或いは、種類の異なる２以上のメディエーター１４を、同一の酵素反応に対応させてもよい。
【０１５０】
メディエーター１４として、例えば、フェロセン／フェリシニウムイオン、フェリシアン化カリウム／フェロシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン／ヒドロキノン、p−クレゾール、Pryogallol／Purpurogallin、ヨウ素、p−ニトロフェノール、フェノール、芳香族アミン、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）（還元体）／ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD+）（酸化体）、3,3',5,5'-テトラメチルベンジジン（3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine; TMB）／3,3',5,5'-tetramethylbenzidine diimineなどを用いることができる。
【０１５１】
４．基質
第１の実施形態のように、基質が測定対象物質６自体である場合、酵素体３の内外において基質を予め分散させる必要がない。一方、第２の実施形態のように測定対象物質６が酵素反応の基質ではない場合は、基質１５を予め酵素体３の酵素反応場に分散させることができる。
【０１５２】
また、基質１５を過飽和の状態となるように、例えば媒体２またはウォータープール４に溶解可能な粉末状の固体として媒体２に分散し、固−液抽出法によって、酵素体３の酵素反応場へ移動させることができる。過飽和となるように基質１５を媒体２に分散する場合、長期間にわたり酵素反応に必要とされる基質１５を提供することができる。
【０１５３】
基質１５が測定対象物質６自体ではない場合、例えば、acetylthiocholine (ATCh)、アセチルコリンクロライド（Acetylcholine chloride：ACh）、S-Butyrylthiocholine chloride（BTChCl）、Choline(Ch)、アセチルチオコリンクロライド（Acetylthiocholine chloride： ATChCl)、Acetylthiocholine perchlorateなどを基質１５として用いることができる。
【０１５４】
５．混合物
混合物は、媒体２と酵素体３とを含む。また、酵素体３における酵素反応にメディエーター１４が参加する場合は、混合物はメディエーター１４をさらに含み得る。さらに、第２の実施形態では、混合物は、基質１５をさらに含む。
【０１５５】
混合物は、セル本体１に支持または収納される。
【０１５６】
混合物は、例えば支持体に含浸させることにより、セル本体１に収納させることができる。例えば、不織布に酵素体３を含む媒体２を含浸させることにより、混合物を収納することができる。
【０１５７】
また、混合物はゲル化されていてもよい。例えば、非水溶媒を含んだ媒体２と酵素体３とを含む混合物をオルガノゲル状とすることができる。
【０１５８】
混合物をオルガノゲル状とするには、例えば媒体２に含まれている非水溶媒に逆紐状ミセルまたはナノファイバーを分散させることができる。ここで、逆紐状ミセルやナノファイバーは、酵素体３の一部であり得る。また、例えば、内径が10nm程度の有機ナノチューブを非水溶媒中に分散させることにより混合物をゲル化することができる。さらに、非水溶媒分子を架橋することによりゲル化させることもできる。酵素体３が逆ミセルや逆紐状ミセルを含む場合、逆ミセルまたは逆紐状ミセル内のウォータープール４にゼラチンまたはレシチンを含ませてウォータープ−ル４をゲル化することによってオルガノゲルを作製することもできる。
【０１５９】
混合物をゲル化することによって、セル本体１上に混合物を支持することがより容易になる。また、ゲル化した混合物は、液体の場合よりも安定性が高い。例えば、混合物をゲル化することによって、セル本体１の外部からの衝撃などの影響による媒体２中に分散された酵素体３の分布の偏りが生じにくくなる。
【０１６０】
また、混合物は、インクジェット法、ディップコーティング法、スピンコート法、スプレーコート法、キャスト法などの手法を用いて、例えば検出用の電極１０などの電極上にコートさせることによって、セル本体１上に支持させることができる。混合物をコートする場合、対比用の電極１１の付近のように、媒体２に酵素体３が分散されていない部分については、例えば媒体２のみを対比用の電極１１上にコートさせることができる。または、酵素体３から酵素５を省略したもの、例えばウォータープール４に酵素５を可溶化させていない逆ミセルなどを含んだ媒体２を対比用の電極１１にコートさせることができる。
【０１６１】
一方、コスト削減の視点から、電極上に混合物をコートする工程を省略するために、検出用の電極１０およびその対極や参照電極などの上に同じ混合物をコートしても構わない。
【０１６２】
その後、電極上にコートした混合物をゲル化させることにより、ゲル化した混合物を得ることができる。
【０１６３】
６．電気化学的測定
セル本体１において、混合物の電気的または電気化学的特性の変化を測定して測定対象物質６を検出する場合、１以上の電極を混合物と接触するように設置する。１以上の電極のうち、少なくとも一つは検出用の電極１０である。後述するように、検出用の電極１０は、測定方法によって電極としての定義が異なる。
【０１６４】
図６に、例えば基質の酵素反応に由来する生成物を電気化学的測定法（ボルタンメトリーなどの方法)で検出することにより、測定対象物質６を検出する検出装置１００の基本構造を示す。
【０１６５】
図６の検出装置１００では、測定方法をボルタンメトリー法の電気化学的測定法とし、上述したS1測定モードにより電極上の酸化−還元反応を測定することにより、測定対象物質６を検出することができる。この検出装置１００では、ポテンショスタット装置の作用電極を検出用の電極１０とする。なお、図６に示す検出装置１００は、電極として、ポテンショスタット装置の参照電極１２および対極１３も含む。
【０１６６】
酵素体３における酵素反応に由来する生成物７ａをクロノアンペロメトリーで測定することができる。この場合、参照電極１２に対して一定の電圧を検出用の電極１０に印加して、電流の経時変化を測定部９としてのポテンショスタットで計測する（図２（ａ））。さらに、得られた電流の変化挙動を上述した方法に基づいて計算することにより、測定対象物質６を検出することができる。クロノアンペロメトリーは、長期に亘って測定対象物質６の有無を検出する場合や測定対象物質６の経時的変化を測定する場合、またはフロー系における測定対象物質６を検出する場合において望ましい。
【０１６７】
一方、バッチ式で測定対象物質６を測定する場合は、サイクリックボルタンメトリーによる測定を用いることができる。サイクリックボルタンメトリーで得られた電流−電位曲線から、酵素反応に由来する生成物の酸化または還元のピーク電流値を得ることができる。電極活物質の酸化または還元のピーク電流値に基づいて、測定対象物質６を測定することができる。
【０１６８】
一方、S2測定モードで電極活物質を測定する場合は、測定用セル１０１は、検出用の電極１０に加え、対比用の電極１１を含む。図７に、電気化学的測定法によるS2測定モードを用いる測定用セル１０１の一例を示す。図７の測定用セル１０１は、基板１６の両面に電極を印刷して得られた印刷電極において、その両面に単独の媒体２または媒体２と酵素体３とを含む混合物をさらにコートしたものである。なお、この測定用セル１０１は、さらに電気的絶縁層１７を含む。図７（ａ）は、測定用セル１０１の一方の面の概略を示し、図７（ｂ）は、測定用セル１０１の他方の面の概略を示す。図７（ｃ）は、図７（ａ）の破線VIIcに沿って得られた測定用セル１０１の断面図である。図７（ｄ）は、図７（ｂ）の破線VIIdに沿って得られた測定用セル１０１の断面図である。
【０１６９】
図７の測定用セル１０１では、検出用の電極１０と対比用の電極１１は、両者とも作用電極であり、同じ参照電極１２および対極１３を使用する。測定用セル１０１の一方の面（例えば図７（ａ）に示す面）にコートされている混合物１０２において、検出用の電極１０の付近には酵素体３が分散されている。また、測定用セル１０１の他方の面（例えば図７（ｂ）に示す面）においても、検出用の電極１０の付近に酵素体３が分散されている。これらの、測定用セル１０１の一方の面で分散されている酵素体３と、他方の面で分散されている酵素体３とは、種類が同じでも、または異なっていてもよい。一方、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｄ）に示すように、測定用セルのどちらの面においても、対比用の電極１１部分の付近には、酵素体３が分散されていない。
【０１７０】
図７では、検出用の電極１０としての作用電極が１つ図示されているが、検出用の電極１０としての作用電極を複数本配置してもよく、これらの複数の作用電極に対し、１本の参照電極１２および１本の対極１３を使用することができる（図示省略）。
【０１７１】
また、検出用の電極１０と対比用の電極１１とで、異なる参照電極および対極を使用することもできる。すなわち、測定用セル１０１は、検出用の電極１０に対応する第１の参照電極と第１の対極とを含み、さらに、対比用の電極１１に対応する第２の参照電極と第２の対極とを含んでもよい（図示省略）。この場合、非水溶媒を含む媒体２のうち、対比用の電極１１および第２の参照電極の付近には酵素体３が分散されていない。
【０１７２】
このような測定用セル１０１と測定部９としてのバイポテンショスタットとを用いることにより、S2測定モードで酵素反応に由来する生成物を測定することができる。クロノアンペロメトリーを用いて電気化学的測定を実施する場合、測定用セル１０１において、一定の電圧（参照電極１２に対する電圧）を検出用の電極１０と対比用の電極１１のそれぞれに印加して、両電極における電流の経時変化をバイポテンショスタットで計測することができる。測定対象物質６が存在する場合、図２（ｂ）に示すような電流と時間との関係を示す時間変化曲線が得られる。
【０１７３】
なお、図６の検出装置１００および図７の測定用セル１０１では、作用電極、参照電極、および対極を用いる３電極方式の電気化学的測定法を用いる場合を示したが、例えば２電極方式または４電極方式の電気化学的測定法を用いることもできる。
【０１７４】
図８（ａ）に２電極方式の電気化学的測定法を用いる検出装置１００の一例の概略を示す。図８（ａ）の検出装置１００は、網状の検出用の電極１０とこの検出用の電極１０と対になる電極２０とを含む。また、網状の検出用の電極１０のみ、媒体２と酵素体３とを含む混合物１０２と接触する。検出用の電極１０の上で酸化反応が行われる場合は、検出用の電極１０はアノードと呼ばれる。この場合、検出用の電極１０と対になる電極２０はカソードとなる。一方、検出用の電極１０の上で酸化反応が行われる場合は、検出用の電極１０はカソードと呼ばれる。この場合、検出用の電極１０と対になる電極２０はアノードとなる。
【０１７５】
なお、例えばカーボンクロス電極やポーラス構造を有するグラフェン電極を検出用の電極１０として用いることができる。
【０１７６】
また、図８（ｂ）に示すように、非水溶媒を含む媒体２と酵素体３とを含む混合物１０２と接触するように電極２０を設置してもよい。
【０１７７】
検出用の電極１０は、例えば白金または金、チタンの電極を用いることができる。検出用の電極１０と対になる電極２０は測定条件に応じて選択することができ、例えば銀、白金、パラジウム、または銀−塩化銀（Ag/AgCl）等を用いることができる。
【０１７８】
また、参照電極１２としては、擬似参照電極を用いることができる。擬似参照電極は、一定な電位を保つことができない。ただし、擬似参照電極の電位は測定条件に対し明確な依存性を示す。そのため、測定条件が分かれば、電位を計算することができるので、擬似参照電極を参照電極１２として用いることができる。
【０１７９】
参照電極１２および擬似参照電極として、例えば白金、白金黒、パラジウム、銀、銀−塩化銀（Ag/AgCl）電極、金、カーボン電極などの電極を用いることができる。
【０１８０】
検出用の電極１０または対比用の電極１１の電極を構成する物質としては、化学的な安定性及び表面における反応活性の点から一般的に用いられる白金、金、カーボンの電極等を用いることができる。また、媒体２に含まれる非水溶媒や、被測定試料によっては、例えば白金−カーボン電極、金−カーボン電極、タングステン電極、チタン電極、銀電極、パラジウム電極、グラフェン電極、酸化グラフェン電極、グラッシーカーボン電極、炭素クロス電極、カーボンペースト電極、半導体電極（例：二酸化チタン）など、有機導電体、ダイヤモンド電極等を用いることもできる。
【０１８１】
また、検出用の電極１０または対比用の電極１１は、用途に応じて、平板、棒、網状、ワイヤー、クロスなどの形状に適宜に加工して使用することもできる。
【０１８２】
測定方法をポテンシオメトリー法とし、S1測定モードを用いる検出装置１００の一例の概略を図９（ａ）に示す。この検出装置１００では、例えば測定部９としてエレクトロメータを用い、エレクトロメータのイオンセンサを検出用の電極１０として使用する。また、検出装置１００は、参照電極１２を含む。
【０１８３】
一方、S2測定モードを用いる場合は、測定用セル１０１および検出装置１００は、さらに対比用の電極１１として第２のイオンセンサを含む。図９（ｂ）に、ポテンシオメトリー法によるS2測定モードを用いる測定用セル１０１の一例の概略を示す。図９（ｂ）に示すように、混合物１０２において、検出用の電極１０の付近には、酵素体３が分散されている。一方、媒体２において、対比用の電極１１および参照電極１２の付近には酵素体３が分散されていないことが望ましい。
【０１８４】
また、図９（ｂ）では、検出用の電極１０として一本のイオンセンサが図示されているが、同じセル内に検出用の電極１０としてのイオンセンサを複数本配置してもよい。
【０１８５】
さらに、検出用の電極１０とは異なるセルに、異なる（第２の）参照電極を設置してもよい。この場合、第２の参照電極のセルに設置されているイオンセンサを対比用の電極１１として用いることができる。対比用の電極１１および第２の参照電極が設置されているセルでは、媒体２に酵素体３を分散しない。
【０１８６】
ポテンシオメトリー法により、酵素反応由来の混合物１０２の変化を膜電位として捉えることができる。図２（ａ）に示す電流の時間変化曲線と同様に、まず、膜電位の経時変化を測定し、膜電位と時間との関係を示す時間変化曲線を得る。次に、膜電位の変化挙動に基づいて測定対象物質６の定量測定を行うことができる。なお、測定対象物質６の定量測定に関しては、事前に、膜電位と測定対象物質６の濃度との関係を調べておく。例えば、事前の測定に基づいてデータベースを構築し、このデータベースを測定部９のデータベース処理部に収納する。
【０１８７】
また、測定部９を、例えば水素イオン（pH）を測るpHセンサとすることもできる。また、測定部９を、例えばアンモニウムイオンを測るアンモニウムイオンセンサとしてもよい。この場合、参照電極１２を必ずしも混合物１０２に接するように設置しなくともよい。なお、検出用の電極１０と対比用の電極１１が同じ測定用セル１０１内に設置される場合、検出用の電極１０と対比用の電極１１との両電極に対し、一つの参照電極１２を兼用できる。
【０１８８】
図１０に、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor: FET)を含んだ検出装置１００を示す。FETを含んだ検出装置１００においては、ゲート電極（Ｇ）を検出用の電極１０として使用する。
【０１８９】
図１０（ａ）は、S1測定モードを用いる場合のFETを含んだ検出装置１００の基本構造を示す。また、図１０（ｂ）は、S1測定モードを用いる場合の分離ゲート型FETを含んだ検出装置１００を示す。
【０１９０】
FETを含んだ検出装置１００では、ゲート電極（検出用の電極１０）の界面電位変化に起因するドレイン電流の変調原理を利用して、酵素反応の生成物の検出を行っている。
【０１９１】
また、ゲート電極にさらに、酵素反応の生成物を検出できる感知部（イオン感応膜）または抗体、アプタマーなどのレセプター分子を設けることができる。こうすることにより、検出装置１００が検出する測定対象物質６について、選択性を持たせることができる。また、ゲート電極にイオン選択性膜を設けることにより、イオン選択性電界効果トランジスタ（Ion selective field effect transistor: ISFET）とすることができる。例えば、イオン感応膜をゲート電極に設けることができる。ここで、ゲート電極にイオン感応膜を設けた部分を検知部と呼ぶ。また、感応膜を設けていない部分をゲート電極部と呼ぶ。検知部において、この検知部と酵素反応の生成物との間で相互作用が生じた場合、感知用ゲートとしてのゲート電極部の電位の変化、すなわちゲート電位変化が引き起こされる。続いて、ゲート電極のゲート電位が変化することによりドレイン電流が変調される。そこで、ドレイン電極（Ｄ）およびソース電極（Ｓ）間の電圧VDSとドレイン電流IDとが一定となるように設定した条件にて、ゲート電極の界面電位の変化を、メータの出力電圧（VGS）の変化として直接計測する。生成物の濃度と出力電圧（VGS）との関係を事前に調べておけば、その関係に基づいて生成物の定量測定もできる。生成物の濃度と出力電圧との関係は、例えば事前の測定に基づいて作成した検量線を含む。生成物の濃度と出力電圧との関係は、データベースとして検出器９に収納することができる。
【０１９２】
図１０（ｃ）は、S2測定モードを用いる場合のFETを含んだ検出装置１００の基本構造を示す。また、図１０（ｄ）は、S2測定モードを用いる場合の多チャンネンル型FET含んだ検出装置１００を示す。
【０１９３】
図１０（ｃ）に示すように、検出用の電極１０としての第１のゲート電極（Ｇ１）と同一のセルに、対比用の電極１１としての第２のゲート電極（Ｇ２）を設置することができる。図１０（ｃ）の検出装置１００では、検出用の電極１０と対比用の電極１１とが（Ｇ１、Ｇ２）、同一の参照電極１２を使用する。また、この場合は、図１０（ｃ）に示すように、非水溶媒を含む媒体２において、対比用の電極１１（Ｇ２）および参照電極１２に接する部分には、酵素体３が分散されていない。このような検出装置１００では、S2測定モードで酵素反応の生成物を測定できる。
【０１９４】
さらに、同じセル内に検出用の電極１０としてのゲート電極を複数本配置し、多チャンネル型FETとすることができる。図１０（ｄ）に示すように、三つのゲート電極（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）の内、一つのゲート電極（Ｇ２）を対比用の電極１１として使用し、残り二つのゲート電極（Ｇ１、Ｇ３）を検出用の電極１０として用いることができる。混合物１０２おいて、検出用の電極１０としてのゲート電極（Ｇ１、Ｇ３）の付近には酵素体３が分散されており、対比用の電極１１としてのゲート電極（Ｇ２）および参照電極１２の付近には酵素体３が分散されていない。検出用の電極１０としてのゲート電極（Ｇ１、Ｇ３）のそれぞれの付近に分散する酵素体３は、それぞれの種類が異なっていてもよい。種類の異なる酵素体３を用いる場合、酵素体３が拡散して互いに混じり合うことを防ぐために、図１０（ｄ）に示すように、ゲート電極（Ｇ１）とゲート電極（Ｇ3）との間に仕切り２１を設けてもよい。
【０１９５】
また、検出用の電極１０と対比用の電極１１とは、それぞれが異なるセルに設置されたゲート電極であってもよい。
【０１９６】
図１０（ｄ）の検出装置１００では、複数本のゲート電極を検出用の電極１０として用いることにより、複数種の測定対象物質６を同時に測定することができる。
【０１９７】
また、図１０（ａ）−（ｄ）に示す検出装置１００には、参照電極１２が図示されているが、参照電極は省略してもよい。
【０１９８】
ゲート電極の材料にグラフェンを用いる場合は、検出装置はグラフェンFET（Graphene Field Effect Transistor: GFET）となる。GFETは、通常のFETよりも検出感度を１０〜１０００以上に向上させることができる。そのため、GFETを含んだ検出装置が望ましい。
【０１９９】
また、n-G／G／p-Gからなるグラフェンダイオードを用いることができる。こここで、ｎ−Gは、ｎ型不純物、例えば窒素（N）をドープして得られるｎ型グラフェンである。ｐ−Gは、ｐ型不純物、例えばホウ素（B）をドープして得られるｐ型グラフェン（p-G）である。Gは不純物をドープしていないグラフェン（G）である。グラフェンダイオードは、ｐ型半導体であるｐ−Gとｎ型半導体であるｎ−Gの間にグラフェンを介在させて接合させ、ｐ型半導体とｎ型半導体とのそれぞれを外部電気回路に接続することにより作製することができる。グラフェンダイオードを使用する場合、グラフェン（G）の部分を検出用の電極１０として用いることができる。
【０２００】
図１１に、酵素反応の生成物の変化挙動を導電率や膜抵抗として検出することにより、被測定試料を検出する検出装置１００の基本構造を示す。
【０２０１】
S1測定モードで酵素反応の生成物の変化挙動を導電率または膜抵抗として検出する場合、以下に示す二通りの測定方法で測定することができる。
【０２０２】
例えば、図１１（ａ）に示すような検出装置１００を用いて、２端子法で導電率を測定することができる。２端子法で導電率を測定する場合、1対の電極が1セットとなり、検出用の電極１０として用いる。
【０２０３】
一対の電極の間の混合物１０２に、電流を流し、その際の混合物１０２の電圧降下を測定して、導電率を求める。なお、２端子法により測定される電圧は、混合物１０２に含まれている非水溶媒と検出用の電極１０との界面における、さまざまな要因に起因する電圧降下の結果を含む。
【０２０４】
また、導電率の測定において、直流または交流の何れを用いてもよい。ただし、界面における電圧降下を考慮すると、交流による導電率測定が望ましい。高周波数の交流による導電率測定がさらに望ましい。
【０２０５】
または、例えば図１１（ｂ）に示すような検出装置１００を用いて、４端子法で導電率を測定することができる。４端子法で導電率を測定する場合、２対の電極、すなわち１対の検出用の電極および１対の電流電極が１セットとなり、検出用の電極１０として使用される。図１１（ｂ）では、１対の検出電極が内側に設置されており、１対の電流電極が外側に設置されている。
【０２０６】
４端子法の場合、外側の電流電極の間に電流を流して、内側の検出電極間の電位差を測定して、導電率を求める。なお、内側の検出電極間の電位差測定には、内部抵抗の高い検出器を用いることが望ましい。さらに、外側の電流電極の不可逆性によって生じる誤差を回避するために、高い周波数で測定することが望ましい。
【０２０７】
また、S2測定モードを用いて酵素反応の生成物の変化挙動を導電率として検出することもできる。
【０２０８】
また、検出用の電極１０として、グラフェンを用いることにより、検出装置１００をグラフェン導電率型センサとすることができる。グラフェン導電率型センサは、電気抵抗式センサであり、センサ部としてのグラフェン表面に検出対象の分子やイオンが吸着すると、グラフェンの抵抗が変化することを利用するセンサである。グラフェン導電率型センサは、分子やイオンがグラフェンに吸着されるとキャリア密度とキャリア移動度の変化を引き起こす原理を利用する。
【０２０９】
検出装置１００をグラフェン導電率型センサとする場合、検出用の電極１０として、グラフェン電極を用いてもよく、酸化グラフェン電極を用いてもよい。グラフェン電極および酸化グラフェン電極はそれぞれ、例えば炭素印刷電極の表面上にグラフェンまたは酸化グラフェンの薄片をコートすることにより作製することができる。
【０２１０】
以上、セル本体１に収容されている混合物の電気的特性または電気化学的特性の変化を測定して測定対象物質６を検出する検出装置の詳細について、第１の実施形態に係る検出装置１００を例として説明した。これらの詳細は、第１の実施形態に係る検出装置１００に限られず、第２の実施形態に係る検出装置２００に適用することができる。
【０２１１】
電極としては、例えばセルロース、紙、高分子の不織布、多孔性薄膜、高分子薄膜にコーティングされたPt、Au、Ag、カーボン、グラフェン、酸化グラフェン、カーボンナノチューブなどの電極、基板などに印刷された印刷電極などを用いることができる。また、金属繊維を電極として用いることもできる。印刷電極を印刷する基板としては、ガラス基板、金属基板、セラミックス基板、高分子の基板などを用いることできるが、基板の種類を特に限定するものではない。また、基板としては、例えば紙や不織布、多孔性薄膜、を用いてもよい。
【０２１２】
７．光学的測定
セル本体１に収容されている混合物の光学的特性の変化を測定して測定対象物質６を検出する場合、セル本体１の少なくとも１部が透光性の部材で構成されていることが望ましい。また、セル本体１において、混合物も透光性を有するように調整されていることが望ましい。
【０２１３】
酵素体３における酵素反応に係る反応種または生成物のいずれかが混合物の光学的特性を変化させる物質である場合は、その物質を光学的に測定することにより測定対象物質６を検出することができる。セル本体１の混合物は、必要に応じて色素等を含んでもよい。色素は、酵素反応に参加するメディエーター１４であってもよく、あるいは、酵素反応に係る反応種や生成物と反応することによって混合物の光学的特性を変化させるものでもよい。
【０２１４】
実施形態の測定用セルおよび検出装置に用いることのできる色素としては、例えば、DCIP（2,6-ジクロロフェノルインドフェノール ナトリウム塩）,ローダミンB（RhB）、クロロフィル、メチレンブルー、ローズベンガル、クリプトシアニン、キノシアニンなどがある。色素の他、可視光から紫外光の範囲において吸収スペクトルを持つ分子、または蛍光色素も色素分子と同様な機能を果たすことができる。可視光から紫外光の範囲において吸収スペクトルを持つ分子としては、例えば、NADH、NAD+、pyrogellol、purpurogallin、フェリシアン塩などがある。蛍光色素としては、例えば、ローダミン１２３などがある。
【０２１５】
色素は、混合物において媒体２に含まれていてもよく、または酵素体３に含まれていてもよい。
【０２１６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る分析装置は、第１の実施形態に係る検出装置１００または第２の実施形態に係る検出装置２００と、測定対象物質６を気化またはイオン化するサンプリング部とを具備する。実施形態の分析装置のサンプリング部は、測定対象物質６を気化する気化部および測定対象物質６をイオン化するイオン化源の少なくとも一方を含む。
【０２１７】
実施形態の分析装置は、サンプリング部において測定対象物質６を気化またはイオン化させてから測定用セルへと導入する。実施形態の分析装置では、測定対象物質６を気化またはイオン化させるサンプリング部を備えることにより、被測定試料から測定対象物質６を効率よく採取することができる。そのため、より高い精度で測定対象物質６を検出および測定することができる。また、サンプリング部において測定対象物質６が気化またはイオン化されるため、被測定試料が気体や液体である場合に加え、固体の被測定試料においても測定対象物質６を迅速に検出することが可能である。
【０２１８】
測定対象物質６の気化には、例えばレーザー照射または気体噴射、超音波照射、加熱、電圧の印加などを用いることができる。これらの方法のいずれかを用いて固体および液体の試料を気化することにより、気体試料としてサンプリングすることができる。
【０２１９】
測定対象物質６のイオン化には、例えばイオン化源を用いて分子をイオン化させる手法を用いることができる。分子のイオン化に際して、測定対象物質６の分子の状態や分子量、極性、揮発性、分子のイオン化エネルギーなどの条件に応じて、イオン化法を選択する必要がある。分子の状態とは、例えば測定対象物質６が固体、液体、或いは気体であるかである。
【０２２０】
イオン化法は、ハードイオン化法とソフトイオン化法とに大きく分けることができる。
【０２２１】
ハードイオン化法では、試料分子のフラグメンテーション反応が激しく、試料分子が加熱分解してしまう、または官能基を脱落してしまうことが多い。そのため、ハードイオン化法では、分子がイオン化されると同時に短く切断される。また、ハードイオン化法に分類されるイオン化法は、通常高真空などの過酷な環境下で分子のイオン化を行う必要がある。
【０２２２】
ハードイオン化法において分子をイオン化させる代表的な方法は、例えばコロナ放電、強い静電場への分子の導入、分子に対する熱電子の衝突などの方法によって分子のイオン化を行う。
【０２２３】
ソフトイオン化法は、よりマイルドなイオン化法である。ソフトイオン化法では、難揮発性の試料の分子構造を維持したまま気体状イオンにすることができ、フラグメントイオンの生成が少ない。また、ソフトイオン化法に分類される多くのイオン化法では、大気圧下で試料をイオン化させることができ、さらに試料の前処理や分離を必要としない。
【０２２４】
ソフトイオン化法において分子をイオン化させる代表的な方法では、例えばイオン化反応、酸化還元反応、イオン付加、または試料分子への分子のイオン化エネルギーを超える光子エネルギーなどの付与によって分子のイオン化を行う。
【０２２５】
サンプリング部においてイオン化源によって実施するイオン化法としては、被測定試料の前処理を必要とせず、フラグメントイオンの生成が少なく、且つ真空環境下などの特別な環境を必要としないため測定の現場での分子のイオン化が可能であるソフトイオン化法が望ましい。その中でも、環境イオン化法がさらに望ましい。
【０２２６】
特に、低温プラズマ法（low temperature plasma probe ionization; LTP）が好ましい。LTPは、非侵襲・非接触のサンプリング法としてのイオン化法である。LTPは低温で運用でき、消費電力も低く、さらにイオン化源としてのプラズマ源におけるディスチャ−ジガスとしてエア（空気）の使用が可能であるため好ましい。また、LTPでは、気体、液体、固体の試料のサンプリングが可能である。そのため、化学兵器用剤である神経ガス（気体）や爆薬（固体）を測定対象物質とする場合、測定の現場にてこれらの分子をイオン化できるため、有力なイオン化法としてLTPを運用することができる。
【０２２７】
また、イオン化法として、大気圧レーザーイオン化法（atmospheric pressure laser ionization; APLI）を用いることもできる。特に、イオン化源として小型のレーザー光源（LD励起固体レーザー：Diode Pumped Solid State Laser: DPSS）を使用した場合は、携帯可能な小型分析装置を実現できるため好ましい。
【０２２８】
さらに、例えば化学兵器用剤に曝されて、化学兵器用剤に対し中毒となった患者の血液を被測定試料とし、その血液に含まれている化学兵器用剤を測定対象物質６としてサンプリングする場合、例えばペーパースプレーイオン化法(paper spray ionization; PSI)を用いることができる。PSIでは、血液試料から測定対象物質６の分子を直接イオン化することができる。
【０２２９】
実施形態の分析装置では、サンプリング部において被測定試料に含まれている測定対象物質６を気化またはイオン化し、測定用セルに導入する。気化またはイオン化された測定対象物質６は、第１の実施形態および第２の実施形態の検出装置について説明したとおりに測定部により測定および検出される。このようにして、被測定試料を分析して、測定対象物質６を検出することができる。
【０２３０】
サンプリング部では、例えば被測定試料に含まれている測定対象物質６を気化部により気化することができる。または、被測定試料に含まれている測定対象物質６を、イオン化源を用いて直接イオン化することができる。或いは、測定対象物質６を気化部により気化してからイオン化源を用いてイオン化することができる。
【０２３１】
気化部として、例えばレーザー照射装置または気体噴射ノズル、超音波照射装置、加熱装置などの装置を用いることができる。気化部として用いることのできる装置は、試料を気化する手段を備えればよく、特に限定されない。
【０２３２】
イオン化の方法として、例えば低温プラズマプローブ法（LTP）を用いる場合は、イオン化源としてプラズマ源を用いることができる。また、イオン化の方法として、例えば大気圧レーザーイオン化法（APLI）を用いる場合は、イオン化源としてレーザー光源を用いることができる。イオン化源は、測定対象物質６を直接イオン化する、または気化した測定対象物質６をイオン化することが可能であれば、特に限定されない。
【０２３３】
実施形態の分析装置は、上記サンプリング部において測定対象物質６を気化またはイオン化するため、被測定試料から測定対象物質６を迅速にサンプリングすることが可能である。さらに、測定対象物質６を含んだ被測定試料をサンプリング部に入れればよく、被測定試料に対する特別な前処理が必要ないため、分析が容易に行える。また、第１および第２の実施形態の検出装置を備えているため、高選択的な試料分析が可能であり、さらに簡単に操作することができる。加えて、第１および第２の実施形態の検出装置が簡易な構造を有しているため、低価格化および小型化が容易である。
【０２３４】
実施例の分析装置によれば、さまざまな被測定試料を対象に非侵襲および非接触に測定対象物質６をサンプリングして、分析を行うことができる。例えば、農業への応用の例として、果物から農薬（ジクロルボス）を検出することができる。また、果物または野菜、土壌などの被測定試料から、他の農薬、例えば、パラチオンやカルバリルなども検出することができる。農業以外の応用例として、例えばトリニトロトルエン（trinitrotoluene; TNT）などの爆薬を検出することもできる。
【０２３５】
実施例の分析装置によって分析することのできる被測定試料および検出できる測定対象物質６は、上記例に限られない。
【０２３６】
［実施例］
以下、第１の実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
【０２３７】
（実施例１）
実施例１の検出装置は、第１の実施形態に基づき、農薬パラチオン(parathion)を検出できる検出装置である。
【０２３８】
実施例１の検出装置１００は１種類の酵素５を含む酵素体３を１種類含む。実施例１の検出装置１００では、酵素５はパラチオン加水分解酵素（Parathion Hydrolase：PH）であり、測定対象物質６でもあるパラチオンを基質とする酵素反応を触媒する。
【０２３９】
実施例１では、非プロトン性のイオン液体(AIL)である[C8mIm+][TFSA-]とプロトン性のイオン液体（PIL）である[C4ImH+][TFSA-]との混合液(χPIL＝AIL/PIL=0.4)を媒体２として用いる。なお、[C8mIm+][TFSA-]は疎水性イオン液体であり、[C4ImH+][TFSA-]は親水性イオン液体である。また、[C4ImH+][TFSA-]は補助界面活性剤としての役割も果たす。
【０２４０】
この混合液にアニオン性界面活性剤1，2-ビス(2-エチルヘキシルカルボニル）-1-エタンスルホン酸ナトリウム（Aerosol OT: AOT）を加え、20時間撹拌することによってAOT（０．０７M）を分散させる。続いて、水溶液として、酵素５としてのパラチオン加水分解酵素（PH）を含む希薄な緩衝液[0.02 M リン酸／ホウ酸塩／酢酸塩、pH=７]（0.02M PBS）を加え、1時間撹拌することにより、媒体２としての[C8mIm+][TFSA-]と[C4ImH+][TFSA-]との混合液の中にAOTと[C4ImH+][TFSA-]とからなり酵素体３を含むウォータープール４を含む逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）を形成させる。
【０２４１】
上記のインジェクション法により、酵素体３としてPHをウォータープール４に可溶化した逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）を形成する。このようにして、この酵素体３と上述した媒体２とを含む混合物１０２が得られる。
【０２４２】
実施例１の検出装置１００において、測定対象物質６としてのパラチオンを混合物１０２に導入すると、パラチオンは酵素体３に入り、PHによって加水分解され、p−ニトロフェノール（PNP）を生成する（化１）。PNPは、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用いて、S1測定モードまたはS2測定モードにより検出することができる。なお、作用電極は、白金に限られない。
【０２４３】
【化１】
0006584821.tif 000006
【０２４４】
S1測定モードを実施する場合、例えば対極と参照電極としてそれぞれ白金電極と白金擬似参照電極を用いる。実施例１の検出装置では、例えば測定部９としてポテンショスタット（EG＆G社製、Potentiostat/Galvanostat model 283）を用い、白金からなる作用電極（検出用の電極１０）にPNPの酸化電位より貴の範囲に含まれる定電位を印加し、パラチオンの加水分解物であるPNPを測定することによりパラチオンを検出することができる。
【０２４５】
S2測定モードを実施して、パラチオンを検出する場合、例えば検出用の電極１０および対比用の電極１１として、共に白金電極を用いることができる。この場合、媒体２において、検出用の電極１０の付近には酵素体３が分散されているが、対比用の電極１１の付近には酵素体３が分散されていない。セル本体１中の系では、検出用の電極１０と対比用の電極１１との両方の作用電極が同一の混合物１０２と接するように設置されているため、一本の対極および一本の参照電極を両方の作用電極の間で兼用することができる。それぞれの作用電極に、PNPの酸化電位より貴の範囲に含まれる定電位（参照電極に対する電位）を印加する。
【０２４６】
なお、S１測定モードまたはS２測定モードの詳細は、上述したとおりである。
【０２４７】
実施例１の検出装置１００が含む測定用セル１０１において、混合物１０２に導入されるパラチオンの濃度が増大するとPNPの酸化電流も増大する。予めPNPの濃度とPNPの酸化電流との関係の検量線を準備し、これをデータベースとして測定部９のデータ処理部に収納することができる。検量線を用いれば、検出されるPNPの酸化電流値に基づいて、パラチオンの定量測定を行うことができる。
【０２４８】
（実施例２）
実施例２の検出装置は、第１の実施形態に基づき、有機過酸化物、例えば2-butanone peroxideを検出できる検出装置である。
【０２４９】
実施例２の検出装置１００は、１種類の酵素５を含む酵素体３を１種類含む。実施例２では、酵素５はペルオキシダーゼ（HRP）であり、測定対象物質６でもある有機過酸化物（ROOH)を基質とする酵素反応を触媒する。また、実施例１２の検出装置１００は、有機過酸化物を基質とする酵素反応におけるメディエーター１４としてフェロセンFe(C5H5)2を用いる。
【０２５０】
実施例２の検出装置１００は、酵素５がHRPであること、メディエーター１４としてのフェロセンが用いられていることおよび混合物１０２を作製する際、水溶液として酵素５であるHRPを含む0.05Mリン酸バッファー（0.05M PBS, pH=7.4）を用いて逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）を形成させたことを除き、実施例１の検出装置１００と同様の構成を有する。
【０２５１】
実施例２の検出装置１００では、測定対象物質６としての有機過酸化物を混合物１０２に導入すると、酵素体３の酵素５であるHRPが触媒する酵素反応により、有機過酸化物が還元されるとともに、メディエーター１４であるフェロセンFe(C5H5)2をフェリシニウムイオン[Fe(C5H5)2]+に酸化する（化２）。
【０２５２】
【化２】
0006584821.tif 000007
【０２５３】
実施例２の検出装置１００において、実施例１と同様に、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、この作用電極に定電位を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードを実施して、フェリシニウムイオンを検出することができる。白金からなる作用電極を用いてS1測定モードを実施する場合、対極と参照電極として、それぞれ白金電極と白金擬似参照電極を用いる。検出用の電極１０の上では、フェリシニウムイオンが還元されてフェロセンになる（化３）。こうしてフェリシニウムイオンの還元電流を測定することにより、有機酸化物を検出することができる。
【０２５４】
【化３】
0006584821.tif 000008
【０２５５】
なお、作用電極上（検出用の電極１０上）でのフェリシニウムイオンの還元により生じるフェロセンは再び酵素体３に入り、メディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０２５６】
（実施例３）
実施例３の検出装置は、第１の実施形態に基づき、シックハウス症候群の原因物質の一つであるホルムアルデヒドを検出できる検出装置である。
【０２５７】
実施例３の検出装置１００は、１種類の酵素５を含む酵素体３を１種類含む。実施例３の検出装置１００では、酵素５はホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼであり、測定対象物質６でもあるホルムアルデヒドを基質とする酵素反応を触媒する。また、実施例３の検出装置１００では、ホルムアルデヒドを基質とする酵素反応におけるもう一方の基質となるメディエーター１４としてNAD+を用いる。
【０２５８】
実施例３の検出装置１００では、AILである[C8mIm+][TFSA-]とPILである[C8ImH+][TFSA-]との混合液(χPIL＝AIL/PIL=0.6)を媒体２として用いる。[C8mIm+][TFSA-]は疎水性イオン液体であり、[C8ImH+][TFSA-]は親水性イオン液体である。また、[C8ImH+][TFSA-]は補助界面活性剤としての役割も果たす。
【０２５９】
この混合液にAOTを加え、20時間撹拌することによってAOT（０．０７M）を分散させる。続いて、水溶液として、酵素５としてのホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼを含む希薄な緩衝液[0.1Mリン酸バッファー、pH=7.4]を加え、1時間撹拌することにより、媒体２としての[C8mIm+][TFSA-]と[C8ImH+][TFSA-]との混合液の中にAOTと[C8ImH+][TFSA-]とからなり、ウォータープール４を含む逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）を形成させる。
【０２６０】
上記のインジェクション法により、酵素体３としてホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼをウォータープール４に可溶化させた逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）を形成する。このようにして、酵素体３と媒体２とを含む混合物１０２が得られる。
【０２６１】
実施例３の検出装置１００において、測定対象物質６としてのホルムアルデヒドを混合物１０２に導入すると、酵素体３の酵素５であるホルムアルデヒドロゲナーゼが触媒する酵素反応により、ホルムアルデヒドが酸化されてギ酸が生成されるとともに、メディエーター１４であるNAD+がNADHに還元される（化４）。
【０２６２】
【化４】
0006584821.tif 000009
【０２６３】
実施例３の検出装置１００において、例えば酸化グラフェンからなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、この作用電極にNADHの酸化電位より貴の範囲に含まれる定電位を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードによりNADHを検出することができる。検出用の電極１０上では、NADHが酸化されてNAD+になる（化５）。こうしてNADHの酸化電流を測定することによりホルムアルデヒドを検出することができる。
【０２６４】
【化５】
0006584821.tif 000010
【０２６５】
また、作用電極は、酸化グラフェンに限られない。例えば、作用電極として酸化グラフェンと白金ナノ粒子とのハイブリッド材料からなる電極を用いることができる。
【０２６６】
S1測定モードを実施する場合、例えば対極と参照電極としてそれぞれカーボンインクで作製された炭素電極と白金擬似参照電極を用いる。
【０２６７】
S1測定モードおよびS2測定モードの詳細は、上述したとおりである。
【０２６８】
実施例３の検出装置１００の混合物１０２に導入されるホルムアルデヒドの濃度が増大すると、NADHの酸化電流も増大する。予めNADHの濃度とNADHの酸化電流との関係の検量線を準備し、これをデータベースとして測定部９のデータ処理部に収納することができる。検量線を用いれば、検出されるNADHの酸化電流値に基づいて、ホルムアルデヒドの定量測定を行うことができる。
【０２６９】
また、作用電極上（検出用の電極１０上）でのNADHの酸化により生じるNAD+は、酵素体３に再び入り、酵素５における酵素反応のメディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０２７０】
（実施例４）
実施例４の検出装置は、第１の実施形態に基づき、アルコール（エタノール）を検出できる検出装置である。
【０２７１】
実施例４の検出装置１００は、アルコールデヒドロゲナーゼ（Alcohol Dehydrogenase; ADH）が酵素５であることを除き、実施例３の検出装置１００と同一の構成を有する。
【０２７２】
実施例４の検出装置１００では、測定対象物質６としてのエタノールを混合物１０２に導入すると、酵素体３の酵素５であるアルコールデヒドロゲナーゼが触媒する酵素反応により、エタノールが酸化されてアセトアルデヒドが生成するとともに、メディエーター１４であるNAD+がNADHに還元される（化６）。
【０２７３】
【化６】
0006584821.tif 000011
【０２７４】
実施例４の検出装置１００において、実施例３と同様に作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、作用電極に定電位を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードを実施してNADHの酸化電流を測定することにより、エタノールを検出することができる。
【０２７５】
なお、実施例４の検出装置１００においても、実施例３と同様に、NAD+をメディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０２７６】
（実施例５）
実施例５の検出装置は、第１の実施形態に基づき、グルコースを検出できる検出装置である。
【０２７７】
実施例５の検出装置１００は、グルコースオキシダーゼ（glucose oxidase; GOD）が酵素５であり、フェリシアン塩（Fe(CN)6）がメディエーター１４であることを除き、実施例３の検出装置１００と同一の構成を有する。
【０２７８】
実施例５の検出装置１００では、測定対象物質６としてのグルコースを混合物１０２に導入すると、酵素体３の酵素５であるGODが触媒する酵素反応により、グルコースが酸化されてグルコノラクトンが生成するとともに、メディエーター１４である[Fe(CN)6]3-が[Fe(CN)6]4-に還元される（化７）。
【０２７９】
【化７】
0006584821.tif 000012
【０２８０】
実施例５の検出装置１００において、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、この作用電極に定電位を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードにより[Fe(CN)6]4-を検出することができる。検出用の電極１０上では、[Fe(CN)6]4-が酸化されて[Fe(CN)6]3-になる（化８）。こうして[Fe(CN)6]4-の酸化電流を測定することによりグルコースを検出することができる。白金からなる作用電極（検出用の電極１０）を用いてS1測定モードを実施する場合、対極と参照電極として、それぞれ白金電極と白金擬似参照電極を用いる。
【０２８１】
【化８】
0006584821.tif 000013
【０２８２】
なお、作用電極上（検出用の電極１０上）での[Fe(CN)6]4-の酸化により生じる[Fe(CN)6]3-は再び酵素体３に入り、メディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０２８３】
また、実施例５の変形例として、メディエーター１４としてのフェリシアン塩を省略した検出装置１００について説明する。
【０２８４】
混合物１０２に[Fe(CN)6]3-を含まない場合、非水溶媒に存在する溶存酸素をメディエーター１４として用いることができる。また、メディエーター１４としての酸素は、ブリージングにより大気から補給することができる。
【０２８５】
実施例５の変形例では、酵素５であるGODが触媒する酵素反応により、グルコースが酸化されてグルコノラクトンが生成するとともに、メディエーター１４としての酸素が過酸化水素に還元される（化９）。
【０２８６】
【化９】
0006584821.tif 000014
【０２８７】
実施例５の変形例の検出装置１００において、酵素反応により生成される過酸化水素は、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用いて、S1測定モードまたはS2測定モードにより検出することができる。陽極としての検出用の電極１０に定電位（640mV）を印加すると、検出用の電極１０の上で過酸化水素が酸化されて酸素および水素イオンが生成される（化１０）。この酸素および水素イオンは、陰極（対極）としての、例えば銀電極上で還元されて、水が生成される（化１１）。こうして、酵素反応により生成された過酸化水素を検出用の電極１０で直接検出するによりグルコースを検出することができる。
【０２８８】
【化１０】
0006584821.tif 000015
【０２８９】
【化１１】
0006584821.tif 000016
【０２９０】
上述のとおり、酵素反応により生成した過酸化水素は、陽極としての検出用の電極１０および対極の表面上で起こる全反応により水を生成する（化１２）。
【０２９１】
【化１２】
0006584821.tif 000017
【０２９２】
このように生成された水が、再び酵素体３に入ることでウォータープール４に水が補給される。また、酵素体３は、逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）であるため、ウォータープール４への水の補給量が自動的に制御される。すなわち、ウォータープール４内の水量が逆ミセルまたはマイクロエマルションの含水限界量に達すると、酸化−還元反応で生成された余分な水は混合物１０２から外部へ自動的に排出される。
【０２９３】
また、実施例５の変形例と同様に、過酸化水素を生成する酵素反応を触媒する他の種類の酵素５を用いた場合でも、過酸化水素の検出により、測定対象物を検出することができる。過酸化水素を生成する酵素反応としては、例えばコレステロールオキシダーゼの触媒するコレステロールの酸化反応、ウリカーゼの触媒する尿酸の酸化反応、乳酸オキシダーゼの触媒する乳酸の酸化反応などがある。
【０２９４】
このような酵素反応を用いる検出装置１００では、生成された過酸化水素の電極上での酸化−還元反応により水が生成され、酵素体３のウォータープール４の水を補給することができる。
【０２９５】
（実施例６）
実施例６の検出装置は、第１の実施形態に基づき、グルコースを検出できる検出装置である。
【０２９６】
実施例６の検出装置１００は、１種類の酵素５を含む酵素体３を１種類含む。実施例６の検出装置１００では、酵素５はグルコースオキシダーゼ（GOD）であり、測定対象物質６としてのグルコースを基質とする酵素反応を触媒する。また、実施例６の検出装置１００では、グルコースを基質とする酵素反応におけるもう一方の基質となるメディエーター１４としてフェリシニウムイオン[Fe(C5H5)2]+を用いる。
【０２９７】
実施例６の酵素体３は、GODとポリビニルアルコール（PVA)の粉末を均一になるまで混合した後、希薄なリン酸・クエン酸バッファー（pH=5）を加えて、GODをPVAで包括することにより固定化して作製する。
【０２９８】
こうして作製した酵素体３を、媒体２としての非水溶媒であるトリエチルスルホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドに分散させて、媒体２と酵素体３との混合物１０２とする。実施例６の検出装置１００は、このようにして得られた混合物１０２を用いて製造される。
【０２９９】
実施例６の検出装置１００において、測定対象物質６としてのグルコースを混合物１０２に導入すると、酵素体３の酵素５であるGODが触媒する酵素反応により、グルコースが酸化されてグルコノラクトンが生成されるとともに、メディエーター１４であるフェリシニウムイオンがフェロセンFe(C5H5)2に還元される（化１３）。
【０３００】
【化１３】
0006584821.tif 000018
【０３０１】
実施例６の検出装置１００において、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、この作用電極に定電位（350mV vs. Pt）を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードによりフェロセンを検出することができる。検出用の電極１０の上では、フェロセンが酸化されてフェリシニウムイオンになる（化３）。こうしてフェロセンの酸化電流を測定することによりグルコースを検出することができる。白金からなる作用電極（検出用の電極１０）を用いてS1測定モードを実施する場合、対極と参照電極として、それぞれ白金電極と白金擬似参照電極を用いる。
【０３０２】
なお、作用電極上（検出用の電極１０上）でのフェロセンの酸化により生じるフェリシニウムイオンは、酵素体３に再び入り、酵素５における酵素反応のメディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０３０３】
（実施例７）
実施例７の検出装置は、第１の実施形態に基づき、グルコースを検出できる検出装置である。
【０３０４】
実施例７の検出装置１００は、ｐ−ベンゾキノンがメディエーター１４であり、酵素体３を以下のようにして作製することを除き、実施例６の検出装置１００と同一の構成を有する。
【０３０５】
実施例７の酵素体３は、以下のようにしてグルコースオキシダーゼを分子ヒドロゲルへ修飾（包括固定化）することにより作製される。
【０３０６】
まず、Fmoc-L-lysine（36mg）と、Fmoc-L-phenylalanine(38mg)と、炭酸ナトリウム（20g）とを混ぜて（約1:1:1.9の混合割合）、その中へリン酸バッファー（PBS）（pH=7.4）（104mg/ｍL）を0.9mL加え、撹拌して懸濁液を作る。次に、懸濁液を撹拌しながら、60℃でまで加熱する。60℃において懸濁液がゲル化され、透明な分子ヒドロゲルになるため、懸濁液が完全に透明になるまで加熱し続け、分子ヒドロゲルを作る。
【０３０７】
次に、分子ヒドロゲルを35〜40℃まで冷やし、冷やした分子ヒドロゲルへグルコースオキシダーゼを加えて、撹拌した後、室温まで冷やす。こうして、分子ヒドロゲルに包括することによりグルコースオキシダーゼを固定化し、実施例７の酵素体３が得られる。
【０３０８】
このようにして得られた酵素体３を、媒体２としての非水溶媒であるトリエチルスルホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドに分散させて、媒体２と酵素体３との混合物１０２を作製する。
【０３０９】
実施例５の検出装置１００では、測定対象物質６としてのグルコースを混合物１０２に導入すると、酵素体３の酵素５であるグルコースオキシダーゼが触媒する酵素反応により、グルコースが酸化されてグルコノラクトンを生成するとともに、メディエーター１４であるｐ−ベンゾキノンがヒドロキノンに還元される（化１４）。
【０３１０】
【化１４】
0006584821.tif 000019
【０３１１】
実施例７の検出装置１００において、実施例６と同様に、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、この作用電極にヒドロキノンの酸化電位より貴の範囲に含まれる定電位を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードによりヒドロキノンを検出することができる。検出用の電極１０の上では、ヒドロキノンが酸化されてｐ−ベンゾキノンになる（化１５）。こうしてヒドロキノンの酸化電流を測定することによりグルコースを検出することができる。白金からなる作用電極（検出用の電極１０）を用いてS1測定モードを実施する場合、対極と参照電極として、それぞれ白金電極と白金擬似参照電極を用いる。
【０３１２】
【化１５】
0006584821.tif 000020
【０３１３】
なお、作用電極上（検出用の電極１０上）でのヒドロキノンの酸化により生じるｐ−ベンゾキノンは再び酵素体３に入り、メディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０３１４】
（実施例８）
実施例８の検出装置は、第１の実施形態に基づき、グルコースを検出できる検出装置である。
【０３１５】
実施例８の検出装置は、２種類の酵素５（第１の酵素および第２の酵素）を含む1種類の酵素体３を含む。また、実施例８の検出装置の酵素体３では、２種類のメディエーター（第１のメディエーターおよび第２のメディエーター）が用いられる。
【０３１６】
実施例８の検出装置１００では、第１の酵素はグルコースオキシダーゼ（GOD）であり、測定対象物質６としてのグルコースを基質とする酵素反応（第１の酵素反応）を触媒する。
【０３１７】
第１のメディエーターとして、酸素が用いられる。第１のメディエーターとしての酸素は非水溶媒に存在する溶存酸素であり、ブリージングにより大気から補給することができる。第１の酵素反応によってグルコースが酸化されてグルコノラクトン（C6H10O6）が生成すると同時に、第１のメディエーターとしての酸素は過酸化水素に還元される（化９）。
【０３１８】
第１の酵素反応により生成された過酸化水素は、第２の酵素であるHRPが触媒する酵素反応（第２の酵素反応）の基質となる。また、第２の酵素反応には、第２のメディエーターとしてヒドロキノンが参加する。第２の酵素反応において、過酸化水素が水に還元されるとともに、第２のメディエーターとしてのヒドロキノンはｐ−ベンゾキノンに酸化される（化１６）。
【０３１９】
【化１６】
0006584821.tif 000021
【０３２０】
実施例８の媒体２として、AILである[C8mIm+][TFSA-]とPILである[C8ImH+][TFSA-]との混合液(χPIL＝AIL/PIL=0.7)を用いる。[C8mIm+][TFSA-]は疎水性イオン液体であり、[C8ImH+][TFSA-]は親水性イオン液体である。また、[C8ImH+][TFSA-]は補助界面活性剤としての役割も果たす。
【０３２１】
この混合液にAOTを加え、20時間撹拌することによってAOT（０．０７M）を分散させる。続いて、水溶媒として第１の酵素としてのGODおよび第２の酵素としてのHRPを含む希薄な緩衝液[0.02 M phosphate/borate/acetate, pH=7.0]を加え、1時間撹拌することにより、媒体２としての[C8mIm+][TFSA-]と[C8ImH+][TFSA-]との混合液の中にAOTと[C8ImH+][TFSA-]とからなり、ウォータープール４を含む逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）を形成させる。
【０３２２】
こうして得られた逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）のウォータープール４に、酵素５としてGOD（第１の酵素）とHRP（第２の酵素）が可溶化されている。
【０３２３】
上述したとおり、実施例８の検出装置において、測定対象物質６としてのグルコースを混合物１０２に導入すると、酵素体３の第１の酵素であるGODが触媒する第１の酵素反応により、第１のメディエーターである酸素が過酸化水素に還元される（化９）。第２の酵素であるHRPが触媒する第２の酵素反応により、過酸化水素が還元されて水となり、第２のメディエーターであるヒドロキノンがｐ−ベンゾキノンに酸化される（化１６）。なお、水の量が逆ミセルのウォータープール４の含水限界値以上に達すると、余分な水は逆ミセルのウォータープール４から排出される。
【０３２４】
一方で、ｐ−ベンゾキノンは、実施例７と同様に例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用いて、S1測定モードまたはS2測定モードにより検出することができる。白金からなる作用電極（検出用の電極１０）を用いてS1測定モードを実施する場合、対極と参照電極として、それぞれ白金電極と白金擬似参照電極を用いる。
【０３２５】
なお、実施例８の検出装置１００においても、実施例７と同様に、ヒドロキノンをメディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０３２６】
（実施例９）
実施例９の検出装置１００は、第２のメディエーターとしてフェロセンFe(C5H5)2を用いる点を除き、実施例８の検出装置１００と同一の構成を有する。
【０３２７】
実施例９の検出装置１００では、測定対象物質６としてのグルコースを混合物１０２に導入する結果、第２の酵素反応によって過酸化水素が水に還元されるとともに、第２のメディエーターであるフェロセンがフェリシニウムイオン[Fe(C5H5)2]+に酸化される（化１７）。
【０３２８】
【化１７】
0006584821.tif 000022
【０３２９】
実施例９の検出装置１００では、実施例２と同様に作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用いてフェリシニウムイオンの還元電流を測定してS1測定モードまたはS2測定モードを実施することにより、グルコースを定量測定することができる。
【０３３０】
（実施例１０）
実施例１０の検出装置は、第１の実施形態に基づき、コレステロールエステルおよびコレステロールを検出できる検出装置である。
【０３３１】
実施例１０の検出装置１００は、３種類の酵素５（第１の酵素、第２の酵素、第３の酵素）を含む１種類の酵素体３を含む。また、実施例１０の検出装置の酵素体３では、２種類のメディエーター（第１のメディエーターおよび第２のメディエーター）が用いられる。
【０３３２】
実施例１０の検出装置１００では、第１の酵素はコレステロールエステラーゼ（ChEt）であり、測定対象物質６としてのコレステロールエステルを基質とする酵素反応（第１の酵素反応）を触媒する。なお、第１の酵素反応は、加水分解反応であり、水を必要とする。コレステロールエステルは、第１の酵素反応により加水分解されて、コレステロールおよび脂肪酸（fatty acid）を生成する（化１８）。
【０３３３】
【化１８】
0006584821.tif 000023
【０３３４】
第１の酵素反応により生成されたコレステロールは、第２の酵素であるコレステロールオキシダーゼ（ChOx）が触媒する第２の酵素反応の基質となる。第２の酵素反応において、コレステロールが酸化されてコレステノンが生成されるとともに、第１のメディエーターとしての酸素が還元されて過酸化水素が生成される（化１９）。第１のメディエーターとしての酸素は、実施例８と同様に、非水溶媒に存在する溶存酸素であり、ブリージングにより大気から補給することができる。
【０３３５】
【化１９】
0006584821.tif 000024
【０３３６】
第２の酵素反応により生成された過酸化水素は、さらに第３の酵素であるHRPが触媒する第３の酵素反応により水に還元される。それと同時に、第２のメディエーターとしてのヒドロキノンがｐ−ベンゾキノンに酸化される（化１６）。
【０３３７】
実施例１０の検出装置１００では、実施例８と同様にｐ−ベンゾキノンの還元電流を測定することによって、コレステロールエステルを検出することができる。
【０３３８】
また、実施例１０の検出装置１００では、コレステロールが第２の酵素反応の基質であるため、コレステロール自体を測定対象物質６として検出することもできる。また、コレステロールエステルおよびコレステロールの総量を測定することもできる。
【０３３９】
実施例１０では、混合物１０２は、実施例８と異なり、以下の方法で作製するゲル状の混合物１０２である。
【０３４０】
まず、実施例８と類似する方法により、第１の酵素としてのコレステロールエステラーゼ（ChEt）と、第２の酵素としてのコレステロールオキシダーゼ（ChOx）と、第３の酵素としてのHRPとを可溶化した逆ミセルまたはマイクロエマルションを作製し、酵素体３とする。
【０３４１】
次に、酵素体３の作製に用いたイオン液体の混合液を、40〜50℃の温度で酵素体３を分散させたままの状態にし、ここにゼラチンのパウダーを適量加え、30分間程強く撹拌する。続いて、混合液を撹拌しながら30℃まで冷やし、さらに溶液が非常に濃厚、且つ均一になるまで撹拌し続ける。得られた混濁液を室温において透明なゲルになるまで放置する。
【０３４２】
上記の処理過程によって、ゼラチンが酵素体３（逆ミセルまたはマイクロエマルション）のウォータープール４に入った後、そこでゲル化する。さらに、ウォータープール４内でゲル化したゼラチンにより分子間ネットワークが形成されるため、この酵素体３を含む混合物１０２全体がゲル化する。さらに、混濁液を室温で放置することにより、加熱で熱変性してしまった蛋白質（ゼラチン、グルコースオキシダーゼ、およびHRP）のリフォールディング（refolding）を行うことができる。
【０３４３】
なお、S2測定モードを実施して、コレステロールエステルおよびコレステロールの総量を測定する場合、対比用の電極１１に接するように設置する媒体２として、第１乃至第３の酵素であるコレステロールエステラーゼ（ChEt）、コレステロールオキシダーゼ（ChOx）、およびHRPを可溶化していないイオン液体ゲルを用いる。このイオン液体ゲルは、検出用の電極１０に接するイオン液体ゲルと同様に、AILである[C8mIm+][TFSA-]とPILである[C8ImH+][TFSA-]との混合液、およびアニオン性界面活性剤であるAOT、緩衝液[0.1M リン酸バッファー, pH=7.4]、並びにゼラチンから作製される。
【０３４４】
（実施例１１）
実施例１１の検出装置は、第１の実施形態に基づき、コレステロールエステルおよびコレステロールを検出できる検出装置である。
【０３４５】
実施例１１の検出装置１００は、２種類の酵素体３（第１の酵素体および第２の酵素体）を含み、各々の種類の酵素体が種類の異なる酵素５（第１の酵素および第２の酵素）を１種ずつ含む。また、実施例１１の検出装置の第１の酵素体では、そこに含まれる第１の酵素が触媒する酵素反応の基質となるメディエーター１４（第１のメディエーター）が用いられる。さらに、第２の酵素体では、そこに含まれる第２の酵素が触媒する酵素反応の基質となるメディエーター１４（第２のメディエーター）が用いられる。後述するように、第１のメディエーターと第２のメディエーターとは種類が異なる。
【０３４６】
実施例１１の検出装置１００の構成は、以下のとおり、第１の酵素反応の反応場と第２の酵素反応の反応場とを第１の酵素体と第２の酵素体とに分けたことを除き、実施例８の検出装置１００の構成と実質的に同じである。
【０３４７】
実施例１１の検出装置１００では、実施例８と同様に、第１の酵素はグルコースオキシダーゼ(GOD)であり、測定対象物質６としてのグルコースを基質（第１の基質）とする酵素反応（第１の酵素反応）を触媒する。
【０３４８】
また、実施例８と同様に、第１のメディエーターとして酸素が用いられる。
【０３４９】
実施例１１の検出装置１００において、実施例８と同様に、第２の酵素はHRPである。従って、実施例１１の検出装置１００における第２の酵素反応は、実施例８における第２の酵素反応と同様のものである。
【０３５０】
媒体２としてのAILとPILの混合液において、PILに対するAILの割合を、χPIL＝AIL/PIL=0.6となるように調整することを除き、実施例８と同様の方法で実施例１１の媒体２を調整する。
【０３５１】
この媒体２を用い、水溶媒として、第１の酵素としてのグルコースオキシダーゼ（GOD）を含む希薄な緩衝液[0.1Mリン酸バッファー、pH=7.4]を用いることを除き、実施例８と同様の方法で、実施例１１の媒体２に分散されたAOTと[C8ImH+][TFSA-]とからなり、ウォータープール４に第１の酵素としてGODを可溶化した逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）、すなわち第１の酵素体を形成する。
【０３５２】
さらに、別途、水溶媒として、第２の酵素としてのHRPを含む希薄な緩衝液[0.1Mリン酸バッファー、pH=7.4]を用いることを除き、第１の酵素体の形成と同様の方法で、実施例１１の媒体２に分散されたAOTと[C8ImH+][TFSA-]とからなり、ウォータープール４に第２の酵素としてのHRPを可溶化した逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）、すなわち第２の酵素体を形成する。
【０３５３】
これらの第１の酵素体が分散された媒体２と第２の酵素体が分散された媒体２とを混合して、実施例１１の混合物１０２を作製する。
【０３５４】
実施例１１の検出装置１００において、測定対象物質６としてのグルコースを混合物１０２に導入すると、実施例８と同様の酵素反応（第１の酵素反応および第２の酵素反応）が進行してｐ−ベンゾキノンが生成する。ただし、実施例８と異なり、実施例１１では第１の酵素反応と第２の酵素反応とがそれぞれ第１の酵素体と第２の酵素体とで進行する。つまり、第１の酵素反応により生成した過酸化水素は、第１の酵素体から出て、第２の酵素体に入り、そこで第２の酵素反応により還元される。
【０３５５】
上記を除き、実施例１１の検出装置１００は、実施例８の検出装置１００と同様の構成を有し、実施例８の検出装置１００と同様にグルコースを検出することができる。
【０３５６】
（実施例１２）
実施例１２の検出装置１００は、第２のメディエーターとしてフェロセンFe(C5H5)2を用いる点を除き、実施例１１の検出装置１００と同一の構成を有する。
【０３５７】
実施例１２の検出装置１００では、実施例２と同様に作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用いてフェリシニウムイオン[Fe(C5H5)2]+の還元電流を測定してS1測定モードまたはS2測定モードを実施することにより、グルコースを定量測定することができる。
【０３５８】
（実施例１３）
実施例１３の検出装置は、第１の実施形態に基づき、アセトンを検出できる検出装置である。
【０３５９】
実施例１３の検出装置１００は、１種類の酵素５を含む酵素体３を１種類含む。実施例１３の検出装置１００では、酵素５は二級アルコール脱水素酵素（Secondary alcohol dehydrogenase：S-ADH）であり、測定対象物質６としてのアセトンを基質とする酵素反応を触媒する。また、実施例１３の検出装置１００では、アセトンを基質とする酵素反応におけるメディエーター１４としてNADHを用いる。
【０３６０】
実施例１３では、イオン液体である1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim][PF6])を媒体２として用いる。
【０３６１】
界面活性剤であるBrij-35を[bmim][PF6]に加えて撹拌することにより、Brij-35を[bmim][PF6]に分散させ、逆ミセルを形成する。次に、水溶液としての緩衝液として100mMリン酸バッファー（100mM PBS, pH=7.8）を適量加えて撹拌し、ウォータープール４を含み、Brij-35と[bmim][PF6]とからなる逆ミセルまたはマイクロエマルション（Water/Briji-35(0.5M)/[bmim][PF6]）を作製する。
【０３６２】
こうして得られたWater/Briji-35(0.5M)/[bmim][PF6]のウォータープール４に、酵素５としてのS-ADHを可溶化させることにより酵素体３を作製する。また、実施例１３では、ウォータープール４における水の含有量を、例えばωo＝１７となるように水の量を調製する。
【０３６３】
或いは、媒体２としての[bmim][PF6]に界面活性剤であるBrij-3を加えて撹拌する際、撹拌しながら適量のS-ADHを含む100mMリン酸バッファー（100mM PBS, pH=7.8）を加え、十分に撹拌することにより、S-ADHを可溶化した逆ミセル（Water/Briji-35(0.5M)/[bmim][PF6]）を製造することができる。
【０３６４】
実施例１３の検出装置１００において、測定対象物質６としてのアセトンを混合物１０２に導入すると、酵素体３の酵素５であるS-ADHが触媒する酵素反応によりアセトンが還元されてイソプロパノールが生成されるとともに、メディエーター１４であるNADHがNAD+に酸化される（化２０）。
【０３６５】
【化２０】
0006584821.tif 000025
【０３６６】
実施例１３の検出装置１００では、例えば酸化グラフェンからなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、この作用電極に定電位を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードによりNAD+を検出することができる。検出用の電極１０の上では、NAD+が還元されてNADHになる（化５）。こうしてNAD+の還元電流を測定することによりアセトンを検出することができる。
【０３６７】
実施例１３におけるS1測定モードおよびS2測定モードの詳細は、作用電極に印加する電位が異なる点およびNAD+の還元電流を測定する点を除き、実施例２と同様である。
【０３６８】
なお、作用電極上（検出用の電極１０上）でのNAD+の還元により生じるNADHは、酵素体３に再び入り、酵素５における酵素反応のメディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０３６９】
また、微小電極を用いてNADHの定電位電界（クロノアンペロメトリー; CA）測定を実施することもできる。微小電極によるNADHのCA測定は、NADHの酸化により生じた定常電流を測定する方法である。微小電極の直径は、例えば50μmであり、実施例３と同様の酸化グラフェンでコートした炭素印刷電極を酸化グラフェン微小電極として用いることができる。この場合、参照電極も実施例２と同様に銀電極を用いる。また、対極として炭素電極を用いることができる。
【０３７０】
さらに、微小電極を用いてNADHのサイクリックボルタンメトリー（CV）測定を行うこともできる。
【０３７１】
実施例１３の検出装置１００では、光学的測定方法によりNADHを測定することによって、アセトンを検出することもできる。
【０３７２】
実施例１３の測定用セル１０１に収容されている混合物１０２について、例えば波長340nmにおける吸光度を測定することによって、Lambert-Beerの法則に基づいて混合物１０２におけるNADHの濃度を測定することができる。
【０３７３】
上述したように、混合物１０２にアセトンが導入されると、酵素反応によってNADHがNAD+に酸化される。波長340nmにおける混合物１０２の吸光度を測定することによって、酵素反応に伴うNADHの濃度の減少を検出できる。混合物１０２におけるNADH濃度の減少に基づいて、アセトンを検出および測定することができる。
【０３７４】
（実施例１４）
実施例１４の検出装置１００は、第１の実施形態に基づき、光学的測定法によりアルコール（エタノール）を検出できる検出装置である。
【０３７５】
実施例１４の測定用セル１０１は、酵素５としてのアルコールオキシダーゼとペルオキシダーゼ（HRP）とを含んだ酵素体３と、媒体２としての非水溶媒である1-butyl-3-methylimidazolium chloride（bmimCl）と、色素としての2,6-ジクロロインドフェノールナトリウム塩水和物（2,6-Dichloroindophenol sodium salt hydrate; DCIP）とを含む混合物１０２を収容する。
【０３７６】
実施例１４の測定用セルは、以下のように作製する。
【０３７７】
3mg/mLのアルコールオキシダーゼと0.02mg/mLのHRP、7mMのDCIPを含む0.01Mリン酸緩衝液(1mL)に1gのavicel（登録商標；FMC社製のセルロースパウダー）を加えて混合液を得る。次に、室温にて、混合液に対して水分の含有量が36%になるまでエアを流すことによって、酵素体３を形成させる。このようにして得られた酵素体３とbmimClとを一定の混合比で混合して混合物１０２を得る。この混合物１０２をセル本体１に入れることによって、測定用セル１０１を作製する。
【０３７８】
実施例１４の測定用セル１０１に収容されている混合物１０２について、例えば波長605nmにおける吸光度を測定することによって、Lambert-Beerの法則に基づいて混合物におけるDCIPの濃度を測定することができる。
【０３７９】
実施例１４の測定用セル１０１に測定対象物質６としてのアルコール（エタノール）を導入すると、酵素５としてのアルコールオキシダーゼとHRPとが触媒する酵素反応により酸化体のDCIPoxが分解されて、分解物（DCIPdecomp）となる。具体的には、アルコールオキシダーゼが触媒する酵素反応によりエタノールがアセトアルデヒドに酸化されるとともに、過酸化水素が生成する（化２１）。過酸化水素は、HRPが触媒する酵素反応によってDCIPoxを分解する（化２２）。
【０３８０】
【化２１】
0006584821.tif 000026
【０３８１】
【化２２】
0006584821.tif 000027
【０３８２】
波長605nmにおける混合物１０２の吸光度を測定することによって、酵素反応に伴うDCIPoxの濃度の減少を検出できる。このように、DCIPoxの吸光度の変化を測定することによって、アルコール（エタノール）を検出することができる。
【０３８３】
なお、実施例１４における媒体２として、非水溶媒である1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim][PF6])を用いることもできる。
【０３８４】
以下、第２の実施の形態に係る具体的な実施例について説明する。
【０３８５】
（実施例１５）
実施例１５の検出装置２００は、第２の実施形態に基づき、神経剤ガス（サリン、VX）を検出できる検出装置である。
【０３８６】
実施例１５の検出装置２００は、１種類の酵素５を含む酵素体３を１種類含み、さらに基質１５を含む。実施例１５の検出装置２００では、酵素５はアセチルコリンエステラーゼ（Acetylcholinesterase; AChE）であり、基質１５はアセチルチオコリンクロライド（Acetylthiocholine chloride; ATChCl）である。また、実施例１５の検出装置２００が検出する測定対象物質６は神経剤ガス（サリン、VX）であるが、これはAChEが触媒するATChClを基質とする酵素反応の阻害剤となる。
【０３８７】
媒体２としては、非水溶媒であるトリエチルスルホニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドを用いる。
【０３８８】
酵素体３は、以下のように作製する。
【０３８９】
メソ孔を有する多孔質球状シリカ粒子の水溶媒系のゾル（平均粒径：0.3μm、細孔径：16nm）（phosphate buffered saline; PBS, pH=7.4）に酵素５としてのAChEおよび5%アルブミン（Bovine Serum Albumin; BSA）を分散させて、メソ孔を有する多孔質球状シリカ粒子にAChEを固定化させて酵素体３とする。こうして得られた酵素体３のゾルを上記媒体２に分散して、酵素体３と媒体２とを含む混合物２０２とする。親水性のメソ孔を有する多孔質球状シリカ粒子は吸湿性であるため、さらに大気から水分を吸湿することができ、酵素体３は自動的に水を補給することができる。
【０３９０】
また、実施例１５の検出装置２００において、媒体２中に酵素５（AChE）が触媒する酵素反応の基質としてのATChClのパウダーを分散する。
【０３９１】
基質１５であるATChClは、酵素体３に含まれる酵素５であるAChEが触媒する酵素反応によって加水分解され、Thiocholine（TCh）などを生成する（化２３）。
【０３９２】
【化２３】
0006584821.tif 000028
【０３９３】
実施例１５の検出装置２００において、TChは、例えば白金からなる検出用の電極１０を用いて、S1測定モードまたはS2測定モードにより測定することができる。S1測定モードおよびS2測定モードによるTChの測定は、実施例１においての酵素反応の生成物であるPNPの測定と同様に実施する。
【０３９４】
実施例１５の検出装置２００において、測定対象物質６としての神経剤ガスを混合物２０２に導入すると、酵素体３の含む酵素５であるAChEが触媒する酵素反応、すなわちATChClの加水分解反応が阻害される。その結果、TChの生成量が減少する。
【０３９５】
上述したTChの測定により、TChの減少を検出できる。このように検出したTChの減少に基づいて神経剤ガスを検出する。また、予め検量線を作成するなどして構築したデータベースを利用して、神経剤ガスの定量測定を行うことができる。
【０３９６】
また、別の神経剤ガスの検出方法としては、例えばISFETを含んだ検出装置を実施例１５の検出装置２００とし、ATChClの加水分解物（酢酸塩等）による媒体２のpHの変化を測定することにより、神経剤ガスを検出することも可能である。または、ポテンシオメトリー法により、媒体２のpHの変化を測定して、神経剤ガスを検出することもできる。このように、媒体２のpHの変化を測定する場合、酵素体３の作製に用いる多孔質球状シリカ粒子の水溶媒系のゾルとして、リン酸バッファーを含まないゾルを用いる。
【０３９７】
（実施例１６）
実施例１６の検出装置２００は、第２の実施形態に基づき、神経剤ガス（サリン、VX）を検出できる検出装置である。
【０３９８】
実施例１６の検出装置２００は、２種類の酵素５（第１の酵素および第２の酵素）を含む１種類の酵素体３を含み、さらに基質１５を含む。実施例１６の検出装置２００では、第１の酵素はコリンエステラーゼ（cholinestrase; ChE）であり、アセチルコリンクロライド（Acetylcholine chloride; ACh）を基質１５とする酵素反応（第１の酵素反応）を触媒する。
【０３９９】
基質１５であるAChは、第１の酵素であるChEが触媒する第１の酵素反応によってコリン（choline; Ch）および有機酸（organic acid；RCOOH）を生成する（化２４）。なお、第１の酵素反応は加水分解反応であるため、水を必要とする。
【０４００】
【化２４】
0006584821.tif 000029
【０４０１】
第１の酵素反応により生成されたChは、第２の酵素であるコリンオキシダーゼ（choline oxidase; ChO）が触媒する酵素反応（第２の酵素反応）の基質となる。なお、第２の酵素反応は加水分解反応であるため、水を必要とする。また、第２の酵素反応に酸素がメディエーター１４として参加する。なお、メディエーター１４としての酸素は、非水溶媒に存在する溶存酸素であり、ブリージングにより大気から補給することができる。
【０４０２】
AChは第１の酵素５（ChE)における酵素反応によりChを生成する。生成されたChは第２の酵素５であるChOの基質となる。第１の酸化反応により生成されたChが第２の酵素反応により加水分解されるとともに、メディエーター１４としての酸素が還元されて過酸化水素が生成される（化２５）。
【０４０３】
【化２５】
0006584821.tif 000030
【０４０４】
非水溶媒を含んだ媒体２と酵素体３とを含む混合物２０２は、以下のように作製する。
【０４０５】
実施例１６の媒体２として、実施例３の媒体２と同様のAILとPILとの混合液を用いる。水溶液として5% BSAを用いることを除き実施例３と同様に媒体２に分散された逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）を作製する。この逆ミセルまたはマイクロエマルション（W/IL）のウォータープール４に第１の酵素としてのChEと第２の酵素としてのChOが可溶化されている酵素体３を作製する。
【０４０６】
また、このようにして得られる媒体２と酵素体３とを含む混合物２０２に、第１の酵素反応の基質としてのAChのパウダーを分散する。
【０４０７】
第２の酵素反応により生成される過酸化水素は、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用いて、S1測定モードまたはS2測定モードにより検出することができる。陽極としての検出用の電極１０に定電位（640mV）を印加すると、検出用の電極１０の上で過酸化水素が酸化されて酸素および水素イオンが生成される（化１０）。この酸素および水素イオンは、陰極（対極）としての、例えば銀電極上で還元されて、水が生成される（化１１）。生成された水は、再び酵素体３に入り、酵素反応（第１の酵素反応および第２の酵素反応）に参加することができる。
【０４０８】
このように、実施例１６では、酵素体３における酵素反応により生成した過酸化水素がさらに電極上で反応して水を生成するため、検出装置２００の系内で水を再生することができる。そのため、加水分解反応である酵素反応に必要な水を滞ることなく供給することができる。
【０４０９】
測定対象物質６としての神経剤ガス（サリン、VX）はChEが触媒する第１の酵素反応の阻害剤となる。実施例１６の検出装置２００において、測定対象物質６としての神経剤ガスを混合物２０２に導入すると、第１の酵素であるChEが触媒する第１の酵素反応、すなわちAChの加水分解反応が阻害される。その結果、Chの生成量が減少するため、Chを基質とする第２の酵素反応の生成物である過酸化水素の生成量が減少する。
【０４１０】
実施例１６の検出装置２００では、例えば上述した検出用の電極１０を用いるS1測定モードまたはS2測定モードによる過酸化水素の測定により、過酸化水素の減少を検出できる。このようにして検出した過酸化水素の減少に基づいて神経剤ガスを検出する。また、予め検量線を作成するなどして構築したデータベースを利用して神経剤ガスの定量測定を行うことができる。
【０４１１】
（実施例１７）
実施例１７の検出装置２００は、第２の実施形態に基づき、神経剤ガス（サリン、VX）を検出できる検出装置である。
【０４１２】
実施例１７の検出装置２００は、２種類の酵素体３（第１の酵素体および第２の酵素体）を含み、各々の種類の酵素体３が種類の異なる酵素５（第１の酵素および第２の酵素）を１種類ずつ含む。実施例１７の検出装置２００は、さらに基質１５を含む。
【０４１３】
実施例１７の検出装置２００は、第１の酵素であるChEを含む第１の酵素体と、第２の酵素であるChOを含む第２の酵素体とを含むことを除き、実施例１６の検出装置２００と同様の構成を有する。
【０４１４】
実施例１７の検出装置２００では、実施例１６と異なり第１の酵素反応と、第２の酵素反応とがそれぞれ第１の酵素体と、第２の酵素体とで進行する。つまり、第１の酵素反応により生成したChは、第１の酵素体から出て、第２の酵素体に入り、そこで第２の酵素反応により酸化される。
【０４１５】
上記を除き、実施例１７の検出装置２００は、実施例１６の検出装置２００と同様の構成を有し、実施例１６の検出装置２００と同様に神経剤ガスを検出することができる。
【０４１６】
（実施例１８）
実施例１８の検出装置２００は、第２の実施形態に基づき、神経剤ガス（サリン、VX）を検出できる検出装置である。
【０４１７】
実施例１８の検出装置２００は、３種類の酵素５（第１の酵素、第２の酵素、第３の酵素）を含む１種類の酵素体３を含み、さらに基質１５を含む。また、実施例１８の検出装置の酵素体３では、２種類のメディエーター（第１のメディエーターおよび第２のメディエーター）が用いられる。
【０４１８】
実施例１８の検出装置２００では、第１の酵素および第２の酵素は、実施例１６と同様に、それぞれChEおよびChOである。実施例１８における第１の酵素反応および第２の酵素反応も実施例１６と同様のものであり、それぞれの酵素反応の基質も実施例１６と同様である。また、実施例１８においても、酸素が第１のメディエーターとして第２の酵素反応に参加する。
【０４１９】
実施例１８の酵素体３は、第３の酵素としてHRPをさらに含む。第３の酵素としてのHRPは、第２の酵素反応により生成される過酸化水素を基質とする酵素反応（第３の酵素反応）を触媒する。実施例１８では、さらに第２のメディエーターとしてのヒドロキノンが第３の酵素反応に参加する。
【０４２０】
実施例１８の酵素体３は、第１の酵素をChEとし、第２の酵素をChOとすることを除き、実施例１０と同様に作製する。
【０４２１】
実施例１８では、第３の酵素としてHRPを用いることにより、水を酵素体３内で生成することができる。このようにして再生した水を、第１の酵素反応および第２の酵素反応に用いることができる。
【０４２２】
実施例１８の検出装置２００では、実施例８と同様にｐ−ベンゾキノンの還元電流を測定することによって、ｐ−ベンゾキノンの減少を検出し、それに基づいて神経剤ガスを検出することができる。
【０４２３】
（実施例１９）
実施例１９の検出装置２００は、第２の実施形態に基づき、神経剤ガス（サリン、VX）を検出できる検出装置である。
【０４２４】
実施例１９の検出装置２００は、３種類の酵素体３（第１の酵素体、第２の酵素体、第３の酵素体）を含み、各々の種類の酵素体３が種類の異なる酵素５（第１の酵素、第２の酵素、第３の酵素）を１種類ずつ含む。実施例１９の検出装置２００は、さらに基質１５を含む。
【０４２５】
実施例１９の検出装置２００は、第１の酵素であるChEを含む第１の酵素体と、第２の酵素であるChOを含む第２の酵素体と、第３の酵素であるHRPを含む第３の酵素体とを含むことを除き、実施例１８の検出装置２００と同様の構成を有する。
【０４２６】
実施例１９の検出装置２００では、実施例１８と異なり第１の酵素反応と、第２の酵素反応と、第３の酵素反応とがそれぞれ第１の酵素体と、第２の酵素体と、第３の酵素体とで進行する。つまり、第１の酵素反応により生成したChは、第１の酵素体から出て、第２の酵素体に入り、そこで第２の酵素反応により酸化される。また、第２の酵素反応により生成した過酸化水素は、第２の酵素体から出て、第３の酵素体に入り、そこで第３の酵素反応により還元される。
【０４２７】
上記を除き、実施例１９の検出装置２００は、実施例１６の検出装置２００と同様の構成を有し、実施例１８の検出装置２００と同様に神経剤ガスを検出することができる。
【０４２８】
（実施例２０）
実施例２０の検出装置２００は、媒体２と酵素体３とを含んだ混合物２０２を実施例１０と同様の方法でゲル化することを除き、実施例１８の検出装置２００と同様の構成を有し、実施例１８の検出装置２００と同様に神経剤ガスを検出することができる。
【０４２９】
（実施例２１）
実施例２１の検出装置２００は、第２の実施形態に基づき重金属イオンを検出できる検出装置である。
【０４３０】
実施例２１の検出装置２００は、測定用セル２０１のセル本体１に収容されている混合物２０２に基質１５としての過酸化水素が含まれていることを除き、実施例２の検出装置１００と同様の構成を有する。
【０４３１】
貴金属イオンが導入されていない場合、通常過酸化水素はHRPが触媒する酵素反応により、水に還元されると同時にメディエーターとしてのフェロセンがフェリシニウムイオンに酸化される（化１７）。
【０４３２】
鉛、カドミウム、水銀などの重金属イオンは、酵素５としてのHRPが触媒する酵素反応の阻害剤である。測定対象物質６としての重金属イオンが、測定用セル２０１に収容されている混合物２０２に導入されると、HRPが触媒する酵素反応である過酸化水素の還元反応が阻害される。その結果、メディエーターとしてのフェロセンの酸化反応により生じるフェリシニウムイオン[Fe(C5H5)2]+の生成量も減少することになる。したがって、フェリシニウムイオン[Fe(C5H5)2]+の減少を検出することにより、重金属イオンを検知することができる。
【０４３３】
実施例２１の検出装置では、実施例２と同様に、例えば白金からなる作用電極（検出用の電極１０、対比用の電極１１）を用い、この作用電極に定電位を印加し、S1測定モードまたはS2測定モードを実施して、フェリシニウムイオンを検出することによって、フェリシニウムイオンの減少を測定することができる。こうしてフェリシニウムイオンの還元電流を測定することにより、重金属を検出することができる。
【０４３４】
なお、作用電極上（検出用の電極１０上）でのフェリシニウムイオンの還元により生じるフェロセンは再び酵素体３に入り、メディエーター１４として繰り返し使用することができる。
【０４３５】
以下、第３の実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
【０４３６】
（実施例２２）
実施例２２の検出装置は、第３の実施形態に基づき爆薬であるトリニトロトルエン（Trinitrotoluene; TNT）を検出できる検出装置である。
【０４３７】
実施例２２の検出装置は、測定対象物質６としてのTNTを含んだ被測定試料を６０℃で加熱することにより、TNTを昇華させることができるサンプリング部を有する。サンプリング部で得られたTNTの蒸気は、測定用セルにおける混合物に導入して測定する。
【０４３８】
実施例２２における混合物は、１種類の酵素５を含む１種類の酵素体３を含む。実施例２２では、酵素５はnitroreductase（NTR）であり、測定対象物質６としてのTNTを基質とする酵素反応を触媒する。また、TNTを基質とする酵素反応におけるもう一方の基質となるメディエーター１４としてNADHを用いる。
【０４３９】
実施例２２では、イオン液体である1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate（[bmim][PF6]）を媒体２として用いる。
【０４４０】
界面活性剤であるBrij-35を[bmim][PF6]に加えて撹拌することにより、Brij-35を[bmim][PF6]に分散させ、逆ミセルを形成する。次に、水溶液としての緩衝液として100mMリン酸バッファー（100mM PBS, pH=7.0）を適量加えて撹拌し、ウォータープール４を含み、Brij-35と[bmim][PF6]とからなる逆ミセルまたはマイクロエマルション（Water/Briji-35(0.5M)/[bmim][PF6]）を作製する。
【０４４１】
こうして得られたWater/Briji-35(0.5M)/[bmim][PF6]のウォータープール４に、酵素５としてのNTRを可溶化させることにより酵素体３を作製する。また、実施例２２では、ウォータープール４における水の含有量を、例えばωo＝１７となるように水の量を調製する。
【０４４２】
実施例２２の測定用セルにおいて、サンプリング部からTNTをセル本体の混合物に導入すると、酵素５であるNTRが触媒する酵素反応によりTNTが還元されるとともに、メディエーター１４であるNADHがNAD+に酸化される（化２６）。
【０４４３】
【化２６】
0006584821.tif 000031
【０４４４】
実施例２２の検出装置では、実施例１３と同様に、電気化学的測定方法または光学的測定方法によりNAD+を測定して、TNTを検出することができる。
【０４４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  セル本体と、
前記セル本体に支持又は収容された混合物であって、非水溶媒を含んだ媒体と１以上の酵素体とを含有し、前記１以上の酵素体は、酵素、酵素と分散剤からなる分子集合体とを含んだ第１複合体、酵素を含む芯部と前記芯部を被覆した殻部とを備えたマイクロカプセル、酵素を含んだ細胞、酵素を含んだ微生物、および酵素とこれを固定化した支持体とを含んだ第２複合体からなる群より選ばれる混合物と、
を具備した測定用セル。
［２］  前記１以上の酵素体の少なくとも一部は、吸湿性であるか、もしくは、前記酵素と接触するように水を含んでいるか、または、前記１以上の酵素体の少なくとも一部が含んでいる前記酵素は、水を生成する反応を触媒するものであるか、もしくは、酸化還元反応により水と他の化合物へと分解される化合物を生成する反応を触媒するものである［１］に記載の測定用セル。
［３］  前記非水溶媒はイオン液体を含んだ［１］または［２］に記載の測定用セル。
［４］  前記混合物は基質をさらに含み、前記基質は前記１以上の酵素体の少なくとも一部に含まれている前記酵素が触媒する反応の反応物である［１］乃至［３］のいずれか1つに記載の測定用セル。
［５］  前記混合物はゲルである［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の測定用セル。
［６］  前記１以上の酵素体は前記第１複合体を含み、前記分子集合体は、逆ミセル、逆紐状ミセル、リポソーム、ベシクル、マイクロエマルション、ラージャーエマルション、両連続マイクロエマルション、単分散状のシングルエマルション、ダブルエマルション、および多重層エマルションの１以上を含んだ［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の測定用セル。
［７］  前記１以上の酵素体は前記マイクロカプセルを含み、前記殻部はゲルまたは高分子材料からなり、前記芯部は、分散剤からなる分子集合体、細胞、または微生物を含む［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の測定用セル。
［８］  前記１以上の酵素体は前記マイクロカプセルを含み、前記殻部は多孔性および親水性の壁膜からなる［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の測定用セル。
［９］  前記１以上の酵素体は、前記第２複合体を含み、前記支持体は、吸水性材料、ヒドロゲル、シリカゲル、ポリマーゲル、分子ゲル、ナノファイバーゲル、ナノポーラス構造を有する無機材料、シクロデキストリン／ポリマー、ナノゲル、ナノファイバー、メソ孔を有する多孔質球状シリカ粒子、および高分子材料からなる群より選ばれる１以上からなる［１］乃至［８］のいずれか１つに記載の測定用セル。
［１０］  前記１以上の酵素体の少なくとも一部が含んでいる前記酵素は、加水分解酵素、酸化還元酵素、合成酵素、転移酵素、脱離酵素、改変酵素、タンパク質架橋化酵素、変異化酵素、人工酵素、架橋酵素、抗体酵素、リアーゼ、リガーゼ、および結晶化された酵素からなる群より選ばれる１以上を含んだ［１］乃至［９］のいずれか１つに記載の測定用セル。
［１１］  ［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載の測定用セルと、
前記混合物の電気的特性変化または電気化学的特性を測定する測定部とを具備し、前記測定用セルは、さらに前記混合物と接するように設置された１以上の電極を具備した検出装置。
［１２］  ［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載の測定用セルと、
前記混合物の光学的特性を測定する測定部とを具備した検出装置。
［１３］  ［１１］または［１２］に記載の検出装置と、
被測定試料に含まれている測定対象物質をレーザー照射、気体噴射、超音波照射、加熱、または電圧印加により気化する気化部および前記測定対象物質をイオン化するイオン化源の少なくとも一方を含むサンプリング部とを具備する分析装置。
【符号の説明】
【０４４６】
１…セル本体、２…媒体、３…酵素体、４…ウォータープール、５…酵素、６…測定対象物質、７ａ、７ｂ、７'ａ、７'ｂ…生成物、８、８'…酸化−還元生成物、９…測定部、１０…検出用の電極、１１…対比用の電極、１２…参照電極、１３…対極、１４…メディエーター、１５…基質、１６…基板、１７…電気的絶縁層、２０…電極、２１…仕切り、１００、２００…検出装置、１０１、２０１…測定用セル、１０２、２０２…混合物
【図１】
0006584821.tif 000032
【図２】
0006584821.tif 000033
【図３】
0006584821.tif 000034
【図４】
0006584821.tif 000035
【図５】
0006584821.tif 000036
【図６】
0006584821.tif 000037
【図７】
0006584821.tif 000038
【図８】
0006584821.tif 000039
【図９】
0006584821.tif 000040
【図１０】
0006584821.tif 000041
【図１１】
0006584821.tif 000042