(57)【要約】【課題】検体から物質を効率よく均一に抽出するリバースイオントフォレシス装置及び測定方法を提供する。【解決手段】検体１０を接触させる第１及び第２電極板２１、２２と、検体１０内の物質の濃度を測定するために、第１及び第２電極板２１、２２の間に設置したセンサー部２５と、検体１０を接触させるセンサーチップ４０の導電性ゲル１１に接触するように、第１電極板２１とセンサー部２５との間に設置した第３電極板２３と、導電性ゲル１１に接触するように、第２電極板２２とセンサー部２５との間に設置した第４電極板２４と、第１電極板２１と第４電極板２４との間に第１電界Ｅ１を形成し、第２電極板２２と第３電極板２３との間に第２電界を形成する電圧印加手段とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体を接触させる第１及び第２電極板と、
前記検体内の物質の濃度を測定するために、前記第１及び第２電極板の間に設置したセンサー部と、
前記検体を接触させるセンサーチップの導電性ゲルに接触するように、前記第１電極板と前記センサー部との間に設置した第３電極板と、
前記導電性ゲルに接触するように、前記第２電極板と前記センサー部との間に設置した第４電極板と、
前記第１電極板と前記第４電極板との間に第１電界を形成し、前記第２電極板と前記第３電極板との間に第２電界を形成する電圧印加手段
とを含むことを特徴とするリバースイオントフォレシス装置。
【請求項２】
前記検体を前記導電性ゲルを介して前記第１及び第２電極板に接触させることを特徴とする請求項１に記載のリバースイオントフォレシス装置。
【請求項３】
検体内に色素膜を挟む第１電界が形成されるように電流を供給して、リバースイオントフォレシスによって前記検体からイオン荷電物質を抽出するステップと、
前記検体内に前記色素膜を挟む第２電界が形成されるように電流を供給して、前記リバースイオントフォレシスによって前記検体から前記イオン荷電物質を抽出するステップと、
抽出した前記イオン荷電物質による前記色素膜の発色量を測定するステップ
とを含むことを特徴とするリバースイオントフォレシス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は検体中に含まれる特定物質の濃度を測定する装置に関し、特に特定物質を電気的に抽出するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
検体、特に生体内に含まれる特定物質の濃度の測定として、最も一般的な例としては血糖値測定がある。具体的には、血管から注射器によって採取したり、皮膚に針を用いて穿孔し搾り出したりして得られた血液を測定器の光センサー部に滴下する。そして光センサー部で酵素を触媒として色素の発色反応を起こし、その発色した色素濃度を吸光度に基づいて測定し、検体中の血糖濃度を求める方法がよく用いられる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、電流によってイオン性もしくは水溶性の薬等の特定物質を皮膚を通して生体内に導入するイオントフォレシス方法を応用した発明が多くなされている（例えば、特許文献１参照。）。近年ではこれを逆に利用し、電流によって生体内から皮膚を通して特定物質を抽出する方法（「リバースイオントフォレシス」という。）の研究が行われている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７６４２８号公報
【０００５】
【非特許文献１】
ギルボルトら著「アドバンス・イン・バイオセンサー」第１巻
１９９１年  Ｐ２５８〜２８９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の血糖値測定では、例えば検体である生体に傷をつけ苦痛を与えてしまうという問題があるため、リバースイオントフォレシスにより、生体に傷をつけずにグルコースを抽出し、発色反応を起こさせ血糖値を求める方法が考えられている。
【０００７】
しかし、検体からリバースイオントフォレシスによって抽出される物質の量は微量であるため、物質濃度分析等には不向きであるという問題があった。
【０００８】
本発明は、リバースイオントフォレシスによって物質を効率よくかつ均一に抽出し、センサー部で物質濃度を正確に測定することが可能なリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、検体を接触させる第１及び第２電極板と、検体内の物質の濃度を測定するために、第１及び第２電極板の間に設置したセンサー部と、検体を接触させるセンサーチップの導電性ゲルに接触するように、第１電極板とセンサー部との間に設置した第３電極板と、導電性ゲルに接触するように、第２電極板とセンサー部との間に設置した第４電極板と、第１電極板と第４電極板との間に第１電界を形成し、第２電極板と第３電極板との間に第２電界を形成する電圧印加手段とを含むリバースイオントフォレシス装置を要旨とする。
【００１０】
また本発明の第２の特徴は、（イ）検体内に色素膜を挟む第１電界が形成されるように電流を供給して、リバースイオントフォレシスによって検体からイオン荷電物質を抽出するステップと、（ロ）検体内に色素膜を挟む第２電界が形成されるように電流を供給して、リバースイオントフォレシスによって検体からイオン荷電物質を抽出するステップと、（ハ）抽出したイオン荷電物質による色素膜の発色量を測定するステップとを含むリバースイオントフォレシス測定方法を要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明者が本発明に至るまでに検討した比較例と、本発明に係る第１の実施の形態及びその変形例について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一また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。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（比較例）
まず本発明者は、リバースイオントフォレシスによって検体から特定物質を抽出するための装置を設計した。図３を参照しながら、例として光センサーを利用して特定物質濃度を測定するリバースイオントフォレシス装置２０について説明する。リバースイオントフォレシス装置２０は、レーザ光を照射する光源２７と、逆に反射してきたレーザ光を受け取る受光素子２８を備える。さらにリバースイオントフォレシス装置２０の基板１９の１つの面には、両端に回折格子（グレーティング）２６ａ、２６ｂを持ち、レーザ光を透過する基材でできたセンサー部２５を備える。そしてセンサー部２５の設置された基板１９の面には、センサー部２５を挟んで片側に、センサー部２５に近い方から第３電極板２３と第１電極板２１の２つの電極板を表面から突起するように備える。そしてセンサー部２５を挟んだもう片側に、センサー部２５に近い方から第４電極板２４と第２電極板２２の２つの電極板を表面から突起するように備える。
【００１３】
続いて、リバースイオントフォレシス装置２０と検体１０の間に挿入するセンサーチップ４０について図４を参照しながら説明する。センサーチップ４０は導電性ゲル１１上に、抽出された特定物質と化学反応を起こし、発色する色素を含んだ色素膜１２を設ける。色素膜１２は、発色反応を起こすために必要であれば、酵素や触媒等を含んでも構わない。この色素膜１２は、使用する際にリバースイオントフォレシス装置２０の基板１９の一面に備えたセンサー部２５上に重なるようにする。
【００１４】
例えばグルコース濃度（血糖値）を測定するためには、色素膜１２に酵素としてグルコースオキシターゼ（ＧＯＤ）、触媒としてエチレンジアミン４酢酸鉄（Ｆｅ−ＥＤＴＡ）、及び発色色素として３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジンを含む。そしてリバースイオントフォレシス作用によってグルコースが検体１０から抽出され、色素膜１２に浸透してくると、以下の反応が起こり発色する。
グルコース  ＋  ＧＯＤ  →  Ｈ２Ｏ２              ・・・・・（１）
Ｈ２Ｏ２  ＋  Ｆｅ−ＥＤＴＡ  →  Ｏ＊              ・・・・・（２）
Ｏ＊  ＋  発色色素  →  発色                      ・・・・・（３）
そしてこの発色によって吸収された光量をセンサー部２５で測定し、グルコース濃度を求める。
【００１５】
実際に測定する場合の状態を側面から見ると図５のようになる。ここでは電源３１の陽極を第１電極板２１と第２電極板２２に接続し、陰極を第３電極板２３と第４電極板２４に直接接続する。続いて図４に示したセンサーチップ４０をリバースイオントフォレシス装置２０上に置く。この時センサーチップ４０の導電性ゲル１１の長さを第３電極板２３と第４電極板２４にのみ接するようにしておく。次にセンサーチップ４０を置いたリバースイオントフォレシス装置２０を検体１０に接触させる。検体１０はセンサーチップ４０の導電性ゲル１１、第１電極板２１及び第２電極板２２に直接接触することになる。
【００１６】
すると隣接している第１電極板２１と第３電極板２３の間に検体１０内を経由して第３電界Ｅ３が発生する。同様に、隣接している第２電極板２２と第４電極板２４の間に検体１０内を経由して第４電界Ｅ４が発生する。この状態でリバースイオントフォレシスの作用が働くと、陽イオン荷電分子は第３電極板２３と第４電極板２４の直下で導電性ゲル１１に抽出されてくる。そのため、センサー部２５に接触している色素膜１２の第３電極板２３と第４電極板２４に近い部分には特定物質が浸透して発色反応を起こすが、色素膜１２の中央部分には浸透していかないために発色反応が起きない。結果として、図６（ａ）に示すように発色にむらができてしまい、正確に特定物質の濃度を測定できない。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置について、図１を参照して説明する。リバースイオントフォレシス装置２０ａの基板１９の一面は図５に示したリバースイオントフォレシス装置２０の基板１９の一面と同じように構成されている。しかし、上述した比較例の問題点を解決するために、リバースイオントフォレシス装置２０ａにはスイッチング回路３０を設ける。スイッチング回路３０は、電源３１と、第１電極板２１に接続された第１端子３２と、第２電極板２２に接続された第２端子３３と、第３電極板２３に接続された第３端子３４と、第４電極板２４に接続された第４端子３５と、電源３１の陽極に接続し第１及び第２端子３２、３３の間で接続切替を行う第１スイッチ３６と、陰極に接続し第３及び第４端子３４、３５の間で接続切替を行う第２スイッチ３７を含む。
【００１８】
ここで、第１スイッチ３６と第２スイッチ３７での接続切替は以下の法則に従うようにする。
（１）第１スイッチ３６が第１端子３２に接触している場合は、第２スイッチ３７は第４端子３５に接触する。
（２）第１スイッチ３６が第２端子３３に接触している場合は、第２スイッチ３７は第３端子３４に接触する。
（１）と（２）の接続切替の時間的間隔は特に限定しない。
【００１９】
続いて、図５に示した比較例と同様に図４に示したセンサーチップ４０を、リバースイオントフォレシス装置２０ａのセンサー部２５に色素膜１２が接するように置く。ここで（１）のように接続されると、第１電極板２１と第４電極板２４の間に検体１０内を経由して第１電界Ｅ１が発生する。すると検体１０中の陽イオン荷電分子は図１に示すように色素膜１２直下に位置する導電性ゲル１１へ抽出される。またスイッチング回路３０で接続切替が起こり（２）のように接続されると、第２電極板２２と第３電極板２３の間に第２電界（図示せず）が発生する。この場合も第１電界Ｅ１が発生した状態と同様に、陽イオン荷電分子は色素膜１２直下に位置する導電性ゲル１１へ抽出される。抽出された陽イオン荷電分子は導電性ゲル１１を通過して色素膜１２に浸透していく。したがって色素膜１２では、図６（ｂ）に示すように膜全体で均一に発色反応が起きる。そのため正確に特定物質の濃度を測定できる。
【００２０】
（第１の実施の形態の変形例）
本発明の第１の実施の形態の変形例に係るリバースイオントフォレシス装置について、図２を参照して説明する。図２に示したリバースイオントフォレシス装置２０ｂと図１に示したリバースイオントフォレシス装置２０ａの違いは第１電極板２１と第２電極板２２の厚さを第３電極板２３と第４電極板２４の厚さと同程度にした点である。さらに本発明の第１の実施の形態の変形例に係るセンサーチップ４０では、導電性ゲル１１の長さを第１、第２、第３及び第４電極板２１、２２，２３、２４全てに接するようにする。
【００２１】
図２に示すように、リバースイオントフォレシス装置２０ｂ上に図４に示したセンサーチップ４０を置く。続いて検体１０をセンサーチップ４０の導電性ゲル１１に接触させる。ここで、第１スイッチ３６を第１端子３２に接触させ、また、第２スイッチ３７を第４端子３５に接触させる。すると第１電極板２１と第４電極板２４の間に導電性ゲル１１内を経由して第１電界Ｅ１が発生する。この第１電界Ｅ１は検体１０内にも及び、検体１０内の陽イオン荷電分子が導電性ゲル１１に抽出されてくる。次にスイッチング回路３０で接続切替を行い、第１スイッチ３６を第２端子３３に接触させ、また、第２スイッチ３７を第３端子３４に接触させる。すると第３電極板２３と第２電極板２２の間に導電性ゲル１１内を経由して第２電界（図示せず）が発生する。この第２電界も検体１０内に及び、検体１０内の陽イオン荷電分子が導電性ゲル１１に抽出されてくる。
【００２２】
この接続切替を交互に行うことで、検体１０内の陽イオン荷電分子が均一に導電性ゲル１１に抽出され、色素膜１２に浸透していく。したがって色素膜１２では、図６（ｂ）に示すように膜全体で均一に発色反応が起き、より正確に特定物質の濃度を測定できる。
【００２３】
（その他の実施の形態）
検体１０中の特定物質として陽イオン荷電分子を例にして説明してきたが、特定物質が陰イオン荷電分子の場合は、スイッチング回路３０の電源３１の陽極と陰極を逆に接続すれば同様に抽出できることは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、検体１０からリバースイオントフォレシスによって微量の物質を効率よくかつ均一に抽出し、センサー部２５で物質濃度を正確に測定するリバースイオントフォレシス装置及びリバースイオントフォレシス測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリバースイオントフォレシス装置による測定状態の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るリバースイオントフォレシス装置のによる測定状態の断面図である。
【図３】リバースイオントフォレシス装置の立体図である。
【図４】センサーチップの立体図である。
【図５】比較例に係るリバースイオントフォレシス装置による測定状態の断面図である。
【図６】（ａ）比較例に係る色素膜の発色状態の図である。（ｂ）本発明の第１の実施の形態及びその変形例に係る色素膜の発色状態の図である。
【符号の説明】
１０…検体、１１…導電性ゲル、１２…色素膜、１９…基板、２０、２０ａ、２０ｂ…リバースイオントフォレシス装置、２１…第１電極板、２２…第２電極板、２３…第３電極板、２４…第４電極板、２５…センサー部、２７…光源、２８…受光素子、３０…スイッチング回路、３１…電源、３２…第１端子、３３…第２端子、３４…第３端子、３５…第４端子、３６…第１スイッチ、３７…第２スイッチ、４０…センサーチップ、Ｅ１…第１電界、Ｅ３…第３電界、Ｅ４…第４電界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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