(57)【要約】【課題】エージング効果を持続することができる電気化学センサ用ホルダを提供すること。【解決手段】電気化学センサとしてのバイオセンサ６を固定する固定部としてのセンサ挿入口２Ａを有し、前記電気化学センサが固定されている間の印加電圧を維持する印加手段としてのコンデンサ５が設けられていることを特徴とする電気化学センサ用ホルダ１である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学センサを固定する固定部を有し、
前記電気化学センサが固定されている間の印加電圧を維持する印加手段が設けられていることを特徴とする電気化学センサ用ホルダ。
【請求項２】
前記印加手段は、コンデンサであることを特徴とする前記請求項１記載の電気化学センサ用ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学センサ用ホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、様々な電気化学センサが用いられている。電気化学センサとしては、ガスセンサ、圧力センサ、濃度センサ、温度センサ、酵素センサ等が挙げられ、様々な測定において、変化量を電気信号に変換して、目的とする測定量を求めている。
【０００３】
例えば、低濃度のＣＯガス検出にＳｎＯ２等を用いた半導体方式のガスセンサが提案されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】床山，「ゾルゲル法による環境センサの高機能化に関する研究」，三重県工業技術総合研究所研究報告，２０００年，Ｎｏ．２４，ｐ．７９−８３
【０００５】
この非特許文献１記載のガスセンサは、エージングが不要であり、取扱いが容易であるという利点がある。しかしながら、半導体方式であるため、目的とするガス以外の成分にも反応してしまうという、選択性が悪いという問題点がある。
【０００６】
このため、簡便でかつ高いガス選択性を有する電気化学センサが要求されている。上記した半導体方式のセンサの他、様々なセンサが提案されているが、これら簡便でかつ高いガス選択性を有する電気化学センサにおいて、安定な測定を行うためには、電気化学センサに対するエージング処理が必要となる場合がある。
【０００７】
エージング処理とは、具体的には、電気化学センサを構成する電極に一定の電位になるように印加し、電極界面に安定な電荷を保持する処理である。このエージング処理は、電気化学センサを使用していない、つまり未使用時に、すぐに使用可能な状態にエージングすることが特に要求される。この場合、電気化学センサに所定の電位を印可してから電気化学センサの電極表面の不純物等の影響が排除され、安定な状態となり、電気二重層が電極表面に形成されるまで、センサ出力は変化しつづけるために、エージング処理が必要とされている。
【０００８】
この電気化学センサを使い捨て用として、用いる場合、電気化学センサを交換する毎に、エージング処理を行っているようにすると、目的の測定対象を測定するまでに、時間を要してしまうという問題がある。この問題を解決するために、電気化学センサのエージング処理をあらかじめ済ませた状態にしておき、測定時に電気化学センサを検知器本体に取り付け、所定の測定を行うことが望ましい。
【０００９】
例えば、使い捨て用の電気化学センサとして、飲酒運転を取り締まる目的のためにアルコール測定用に用いられるアルコールセンサの例が挙げられる。このアルコールセンサは、アルコールを測定するアルコールセンサと、このアルコールセンサを支持するホルダとを備えるアルコールセンサキットとして市販されている（非特許文献２参照）。
【００１０】
【非特許文献２】[平成15年10月8日検索]、インターネット〈URL: http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?c=alcohol〉
【００１１】
しかしながら、上記のアルコールセンサにおける測定においては、アルコールセンサを別のアルコールセンサに交換する際に、エージング処理により、一定に保たれた電位が、電荷が放出されることにより、一時的に電位が低下してしまうので、アルコールセンサのセンサ出力を回復する効果、いわゆるエージング効果が失われてしまうという問題がある。
【００１２】
また、電気化学センサを所定の検知器本体に取り付け、一定時間、エージング処理を行い、測定を開始するという手順も考えられるが、電気化学センサの使用のたびに、一定のエージング処理のための時間が必要となり、連続的な測定が不可能となるという問題がある。この際、連続的な測定を行うために、所定の検知器を複数用意すれば、エージング処理が可能となるが、コスト高となる問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、エージング効果を持続することができる電気化学センサ用ホルダを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の電気化学センサ用ホルダは、電気化学センサを固定する固定部を有し、前記電気化学センサが固定されている間の印加電圧を維持する印加手段が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電気化学センサ用ホルダでは、前記印加手段は、コンデンサであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電気化学用ホルダを用いると、電気化学センサをエージング中の印加電位が、印加手段により保たれた状態となるため、エージング効果を持続したまま、例えば、エージングユニットから検知器へ付け替えることが可能となる電気化学センサ用ホルダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２には、本発明の一実施形態に係る電気化学センサ用ホルダ１が示されている。ここで、図１は、電気化学センサ用ホルダ１の断面図であり、図２は、電気化学センサ用ホルダ１の底面側の平面図である。
【００１８】
[電気化学センサ用ホルダの構成]
電気化学センサ用ホルダ１は、図１および図２に示されるように、円筒形状のケース２と、このケース２の底面側に開口し、後述する電気化学センサとしてのバイオセンサ６を固定する固定部としてのセンサ挿入口２Ａと、ケース２の内部で相対向して配置され、前記センサ挿入口２Ａから挿入された後述するバイオセンサ６における端子に接触する電極端子３、４と、ケース２の天井面側に設けられる印加手段としてのコンデンサ５とを備えて成る。
【００１９】
ケース２は、側面の外周面に、図２に示されるように、電極端子３、４を露出させる端子露出部２Ｂが形成されている。なお、ケース２は、円筒形状に形成されていたが、これに限られず、三角筒、四角筒等、多角形状の筒状の部材でもよく、要するに、バイオセンサ６のエージング処理時の操作性を阻害しない形状、大きさのものであれば、適宜採用できる。
【００２０】
センサ挿入口２Ａは、図２に示されるように、バイオセンサ６の挿入方向の断面寸法と略同じ大きさであり、矩形状に形成されている。なお、センサ挿入口２Ａは、バイオセンサ６の挿入方向の断面寸法と略同じ大きさであり、矩形状に形成されていたが、これに限られず、バイオセンサ６を挿入可能な大きさであればよく、センサ挿入口２Ａとは別に、バイオセンサ６を電気化学センサ用ホルダ１に固定可能な固定部を有するようにしてもよい。他の固定部としては、例えば、電気化学センサ用ホルダ１の基端側を把持するクランプ等が挙げられる。
【００２１】
電極端子３、４は、図１に示されるように、電気伝導性のある部材から成り、図２に示されるように、端子露出部２Ｂより露出し、外部の検知器等と電気的に接続される。
【００２２】
印加手段としてのコンデンサ５は、図１に示されるように、ケース２の天井面の範囲内に収まる矩形状のチップコンデンサであり、電極端子３、４に電気的に接続されている。
【００２３】
なお、印加手段としては、コンデンサ５を採用したが、これに限られず、本発明の目的であるエージング効果を持続することのできるように、電気化学センサが固定されている間の印加電圧を維持する、例えば、電力を蓄積可能であるものであれば、様々な印加手段を採用できる。印加手段としては、例えば、ケース２に搭載可能な程度に小型化された二次電池等が挙げられる。また、コンデンサ５は、ケース２の天井面側に設けられていたが、これに限られず、ケース２内部に設けられるようにしてもよい。
【００２４】
一方、電気化学センサとしては、ガスセンサ、圧力センサ、濃度センサ、温度センサ、酵素センサ等、様々な測定において、変化量を電気信号に変換して、目的とする値を測定することのできる様々な電気化学センサを採用できる。本実施形態においては、電気化学センサとしては、バイオセンサ６を例示している。
【００２５】
このバイオセンサ６は、アルコールセンサとして用いられる。バイオセンサ６の用途としては、アルコールセンサの用途であったが、これに限定されず、適宜、様々な用途に用いられ、その用途に応じて、適宜構造を変更してもよい。
【００２６】
[バイオセンサの構成]
図３は、バイオセンサ６の分解斜視図である。
図３に示されるように、バイオセンサ６は、多孔質担体７Ａに酵素を担持して成り、酵素反応が可能な程度にその表面を露出する感応部７と、第１内部絶縁材８及び第１外部絶縁材１０で、また第２内部絶縁材１１及び第２外部絶縁材１３で相互に絶縁されると共に、前記感応部７に電気的に結合され、かつ前記感応部７に対して実質的に無積層状態に形成されて成る、第１電極９及び第２電極１２からなる一対の電極とを備えて成る。
【００２７】
更に言うと、図３に示されるバイオセンサ６は、略長方形のシート状をなす感応部７と、
この感応部７の一端にてこの感応部７における一方の面の一部を覆蓋するようにこの感応部７に貼付されたシート状の第１内部絶縁材８と、
この第１内部絶縁材８の前記感応部７とは反対側の表面に形成され、前記感応部７に電気的に接触する第１電極９と、
前記第１内部絶縁材８とで前記第１電極９を挟み込むように、しかも前記第１電極９の、感応部７とは反対側の端部における表面が露出するように形成され、前記第１内部絶縁材８と第１電極９とで積層体を形成する第１外部絶縁材１０と、
前記感応部７の、前記第１内部絶縁材８が貼付されたのとは反対側の面の一部を覆蓋するように前記感応部７に貼付され、かつ、前記感応部７に貼付されていない部分全体が前記第１内部絶縁材８と貼付されてなるシート状の第２内部絶縁材１１と、
前記感応部７の、前記第２内部絶縁材１１が貼付された表面であって、この第２内部絶縁材１１が覆蓋していない面全体を覆蓋し、かつ、前記第２内部絶縁材１１の、前記第１内部絶縁材８が貼付された面とは反対側の面全体を覆蓋して成る第２電極１２と、
前記第２内部絶縁材１１とで前記第２電極１２を挟み込むように、しかも前記第２電極１２の、前記感応部７とは反対側の端部における表面が露出するように、前記第２電極１２の表面に形成され、前記第２内部絶縁材１１と前記第２電極１２とで積層体を形成する第２外部絶縁材１３と、
を備えて成る。
【００２８】
図３に示される態様においては、シート状に形成された感応部７の一端側表面に第１内部絶縁材８の一端部が重なり合い、前記感応部７の一端側裏面に第２内部絶縁材１１の一端部が重なり合う。
【００２９】
第２内部絶縁部材１１の感応部７側の先端部から感応部７の先端部（第２内部絶縁部材１１が接合する感応部７の端部とは反対側の端部）までが、第２電極１２が感応部７に接触するための接触空間１１Ａを形成する。第１内部絶縁材８が感応部７に接合している端部から先は、第１電極９が感応部７に電気的に接触し、その第１電極９が感応部７に接触している部分から先の感応部７が露出している。
【００３０】
感応部７は、多孔質担体７Ａに酵素を担持してなり、酵素反応が十分に可能な程度にその表面を露出する。
【００３１】
図３に示されるバイオセンサが、簡易に、呼気中のアルコールを検出するためのアルコールセンサとして用いる場合には、前記酵素はアルコールオキシダーゼが好ましい。
【００３２】
図３に示されるバイオセンサが、包括法により多孔質担体７Ａに酵素を固定するのが好ましい。この場合の包括法としては、アルコールオキシダーゼと光架橋性樹脂との混合液を前記多孔質担体に含浸させ、冷暗所にて乾燥した後に、光照射することにより、多孔質担体に酵素を固定する手法を挙げることができる。
【００３３】
前記光架橋性樹脂としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とホルミルスチリルピリジニウム（ＦＳｂＱ）塩とを含有する水溶性感光性ポリマー（ＰＶＡ−ＳｂＱ）を好適例として挙げることができる。
【００３４】
前記第１内部絶縁材８は、第１電極９を前記第１外部絶縁材１０とで挟み込んで積層体を形成し、前記第１電極９と前記第２電極１２とを絶縁状態にする機能を有する。
【００３５】
図３に示されるように、この第１内部絶縁材８は、ポリエチレン等のポリオレフィン等の絶縁材料で形成するのが好ましい。図３に示されるように、第１内部絶縁材８はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００３６】
図３に示されるように、この第１内部絶縁材８は、シート状をなす前記感応部７の一端部における一方の平らな面の一部に重なり合うように、前記感応部７に貼付される。感応部７とこの第１内部絶縁材８との貼付は、接着剤で接着してもよく、また第１内部絶縁材８が前記ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂であるならば、熱融着により接着しても良い。
【００３７】
図３に示されるように、第１電極９は、感応部７と電気的に接触するように感応部７の一部表面を覆い、しかも前記第１内部絶縁材８の感応部７に接触する面とは反対側の面全体を覆蓋するように、形成される。この第１電極９は、導電性を有する限り様々の材料で形成することができる。
【００３８】
第１電極９を形成することのできる材料として、金属、例えばアルミニウム、ニッケル、銅、白金、金、及び銀等、導電性金属酸化物、例えばＩＴＯ、並びに炭素材料例えば炭素繊維及びカーボンナノチューブ等を挙げることができる。
【００３９】
第１外部絶縁材１０は、前記第１電極９を前記第１内部絶縁材８とで挟んで積層体を形成し、しかも前記第１電極９を第２電極１２に対して絶縁することができる限り、様々の形態を採用することができる。
【００４０】
図３に示されるバイオセンサ６にあっては、この第１外部絶縁材１０は、短冊状をしたシートに形成され、前記第１電極９の、前記第１内部絶縁材８が覆蓋する表面とは反対側の第１電極９の表面を、感応部７側の端部から、その反対側の端部から所定の位置までを、覆蓋するように貼付されてなる。図３に示されるバイオセンサ６においては、第１外部絶縁材１０で被覆されずに露出している第１電極９の表面は、電気信号の取り出しのための端子１４を形成する。
【００４１】
この第１外部絶縁材１０は、前記第１内部絶縁材８と同様の材料で形成することができ、好ましくは前記第１内部絶縁材８と同じくポリオレフィン、特にポリエチレンで形成される。
【００４２】
図３に示される第１外部絶縁材１０はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００４３】
前記第２内部絶縁材１１は、第２電極１２を前記第２外部絶縁材１３とで挟み込んで積層体を形成し、前記第１電極９と前記第２電極１２とを絶縁状態にする機能を有する。このような機能を有する限り様々の絶縁材料を用いてこの第２内部絶縁材１１を形成することができる。第２内部絶縁材１１を形成することのできる好適な絶縁材料としては、前記第１内部絶縁材８と同様に、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテン等のポリオレフィン等を挙げることができる。
【００４４】
第２内部絶縁材１１は、ポリエチレン等のポリオレフィン等の絶縁材料で形成するのが好ましい。図３に示される第２内部絶縁材１１はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００４５】
図３に示されるように、第２電極１２は、感応部７と電気的に接触するように感応部７の第１内部絶縁材８が一部被覆している表面とは反対側の表面全体を被覆し、しかも前記第２内部絶縁材１１の感応部７に接触する面とは反対側の面全体を覆蓋するように、形成される。この第２電極１２は、導電性を有する限り様々の材料で形成することができる。この第２電極１２を形成する導電性材料は前記第１電極９を形成することのできる材料と同様である。
【００４６】
第２電極１２は、前記第１電極９と同様に、導電性ペーストを印刷する印刷法により形成するのが、好ましい。この第２電極１２をカーボンペースト等の導電性ペーストで印刷法により形成して作用電極とするのが、好ましい。
【００４７】
第２外部絶縁材１３は、前記第２電極１２を前記第２内部絶縁材１１とで挟んで積層体を形成し、しかも前記第２電極１２を第１電極９に対して絶縁することができる限り、様々の形態を採用することができる。
【００４８】
図３に示されるバイオセンサ６にあっては、この第２外部絶縁材１３は、短冊状をしたシートに形成され、前記第２外部絶縁材１３の感応部７側の端部から、その反対側の端部より所定の位置までを、覆蓋するように貼付されてなる。
【００４９】
図３に示されるバイオセンサ６においては、第２外部絶縁材１３で被覆されずに露出している第２電極１２の表面は、電気信号の取り出しのための端子１５を形成する。
【００５０】
この第２外部絶縁材１３は、前記第１内部絶縁材８と同様の材料で形成することができ、好ましくは前記第１内部絶縁材８と同じくポリオレフィン、特にポリエチレンで形成される。図３に示される第２外部絶縁材１３はシート状又は短冊状をなし、具体的には、厚み０．００１〜１ｍｍ、及び横（幅）０．０５〜２０ｍｍの寸法を有し、縦の寸法はバイオセンサの種類、規模及びコスト等の観点から任意に決定される薄片である。
【００５１】
以上の構成を有するところの、一例として、図３に示されるバイオセンサ６は、第２外部絶縁材１３、第２電極１２，第２内部絶縁材１１、第１内部絶縁材８、第１電極９及び第１外部絶縁材１０をこの順に積層してなり、第１内部絶縁材８の一端部と第２内部絶縁材１１の一端部とで多孔質担体７Ａの一端部を挟持し、第２電極１２の一端部の一部が感応部７の一部表面を被覆することにより第２電極１２と感応部７とが電気的に結合すると共に、感応部７の表面が、酵素反応が可能な程度に露出した状態に成っており、第２電極１２は、感応部７の露出表面とは反対側の表面を被覆すると共に電気的に結合して成り、一方、第１電極９及び第２電極１２の感応部７とは反対側の端部表面が端子として機能するように露出して成り、全体として一本のスティック状の積層体に形成されて成る。
【００５２】
[電気化学センサ用ホルダおよびバイオセンサの使用手順]
電気化学センサ用ホルダ１およびバイオセンサ６の使用手順については、図４、５を参照し、以下に述べる。なお、図４は、バイオセンサ６で所定成分を検出する装置構成を原理的に示す原理説明図である。図５は、バイオセンサ６をエージング処理する際の状態を示す概略図である。
【００５３】
[バイオセンサ６による測定]
まず、後述するエージング処理を行った後、バイオセンサ６を使用する。このエージング処理を行った後、バイオセンサ６を検知器等に接続して測定を開始する。図４に示されるように、電気化学センサ用ホルダ１における電極端子３、４は、例えば、ポテンシオスタット１６に接続される。このポテンシオスタット１６は、バイオセンサ６の電極に一定電位を印加し、サンプル測定時に電極に生じる電流を測定する。この際、バイオセンサ６の先端部分は、測定対象物を測定可能な位置にまで近づけている状態である。
【００５４】
次に、ポテンシオスタット１６で検出された検出電流は、ＡＤ変換器１７でデジタル信号に変換され、この検出信号に対応するデジタル信号をコンピュータ１８に取り込み、このコンピュータ１８に格納されている検量線からバイオセンサ６で検出した物質の濃度を算出し、表示手段としてのモニター１９で物質の濃度を表示するようにすることができる。
【００５５】
[バイオセンサ６のエージング処理]
次に、図５に示されるように、バイオセンサ６の測定が終了した後には、エージング処理を行う。まず、電気化学センサ用ホルダ１における電極端子３、４に、図示は略すが、エージング処理を施すためのエージングユニットを電気的に接続する。
【００５６】
さらに、バイオセンサ６の少なくとも感応部が、バッファ液タンク２０に充填されたバッファ液に浸かるようにする。その後、図示しないエージングユニットより、電流が流れ、バイオセンサ６のセンサ出力をモニターして、所定の電流にまで達したら、エージング処理を終了する。この際、エージング処理中に、電極端子３、４とコンデンサ５が接続されているため、コンデンサ５に電荷が蓄積され、エージングが完了した段階においては、コンデンサ５に十分に電荷が蓄積された状態となる。
【００５７】
なお、電気化学センサとしてのバイオセンサ６を電気化学センサ用ホルダ１から取り出して放置したままにすると、バイオセンサ６の保持している電位が低下し、測定前の再エージングが必要となるので、測定寸前までバイオセンサ６を電気化学センサ用ホルダ１に維持しておく必要がある。また、この放置が許容される時間は、電極間電位が実質的に低下しない範囲である。
【００５８】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）印加手段としてのコンデンサ５が設けられていることにより、バイオセンサ６を固定部としてのセンサ挿入口２Ａで固定し、コンデンサ５に電力を蓄えるから、エージング中の印加電圧が保たれた状態となり、エージング効果を持続することができる。
【００５９】
（２）印加手段は、コンデンサ５であることにより、コンデンサ自体は、安価であるため、材料コストを低減することができる。
【００６０】
（３）センサ挿入口２Ａは、電気化学センサ２の挿入方向の断面寸法と略同じ大きさであり、矩形状に形成されていることにより、電気化学センサ２をセンサ挿入口２Ａに挿入するだけで、電気化学センサ２を電気化学センサ用ホルダ１に固定することができる。
【００６１】
（４）電極端子３、４は、端子露出部２Ｂより露出していることにより、端子露出部２Ｂは、ケース２の側面の外周部に形成されているから、外部の検知器やエージングユニット等へ容易に接続することができる。
【００６２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。本発明を実施する際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構造等としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る電気化学センサ用ホルダの断面図である。
【図２】図１の電気化学センサ用ホルダの底面側の平面図である。
【図３】図１の電気化学センサ用ホルダに固定されるバイオセンサの分解斜視図である。
【図４】バイオセンサで所定成分を検出する装置構成を原理的に示す原理説明図である。
【図５】バイオセンサをエージング処理する際の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      電気化学センサ用ホルダ
２      ケース
２Ａ    センサ挿入口（固定部）
２Ｂ    端子露出部
３      電極端子
４      電極端子
５      コンデンサ（印加手段）
６      バイオセンサ（電気化学センサ）
７      感応部
７Ａ    多孔質担体
８      第１内部絶縁材
９      第１電極
１０      第１外部絶縁材
１１      第２内部絶縁材
１１Ａ    接触空間
１２      第２電極
１３      第２外部絶縁材
１４      端子
１５      端子
１６      ポテンシオスタット
１７      ＡＤ変換器
１８      コンピュータ
１９      モニター
２０      バッファ液タンク
【図１】
2005164407.tif 000003
【図２】
2005164407.tif 000004
【図３】
2005164407.tif 000005
【図４】
2005164407.tif 000006
【図５】
2005164407.tif 000007