(57)【要約】【課題】コストに影響を与えることなく、再現性良く対象物質の濃度測定を行う。【解決手段】物質濃度測定装置１は、対象物質を含む試料と反応試薬とが合流する合流部１３に向けて試料を導入する試料導入部材１１と、合流部１３に向けて反応試薬を導入する反応試薬導入部材１２と、合流部１３にて合流した試料と反応試薬との混合を促進するための混合促進手段２２を備え、試料と反応試薬とを混合するための混合領域２０を形成する混合部材２１と、該混合部材２１により混合された試料と反応試薬との混合液の化学反応量を測定するための被測定領域３０を構成する、流路断面積が漸増する構造の被測定領域形成部材３１と、該被測定領域形成部材３１の内部を流れる混合液の化学反応量を被測定領域３０にて測定する測定部材３２と、を備えている。被測定領域形成部材３１は、被測定領域３０において少なくとも鉛直上方へ広がる形状である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物質を含む試料と反応試薬とを混合した後の化学反応を利用した方法により前記対象物質の濃度を測定する物質濃度測定装置であって、
前記試料と反応試薬とが合流する合流部に向けて前記試料を導入する試料導入部材と、
前記合流部に向けて前記反応試薬を導入する反応試薬導入部材と、
前記合流部にて合流した前記試料と前記反応試薬との混合を促進するための混合促進手段を備え、前記試料と前記反応試薬とを混合するための混合領域を形成する混合部材と、
該混合部材により混合された前記試料と前記反応試薬との混合液の化学反応量を測定するための被測定領域を構成する、流路断面積が漸増する構造の被測定領域形成部材と、
該被測定領域形成部材の内部を流れる前記混合液の化学反応量を前記被測定領域にて測定する測定部材と、
を備えており、
前記被測定領域形成部材は、前記被測定領域において少なくとも鉛直上方へ広がる形状であり、
前記合流部と、前記混合領域と、前記被測定領域とが、前記混合液が流れる方向に沿って配置されている
ことを特徴とする物質濃度測定装置。
【請求項２】
前記被測定領域形成部材は、前記被測定領域において全方位に広がる形状であることを特徴とする、請求項１に記載の物質濃度測定装置。
【請求項３】
前記被測定領域形成部材における流路面である内側面が滑らかな面に形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の物質濃度測定装置。
【請求項４】
前記混合促進手段は、前記混合部材が内蔵する、意図的に液流を攪乱する構造体からなるミキサーであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の物質濃度測定装置。
【請求項５】
前記混合促進手段は、外部から液流に影響を与える手段であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の物質濃度測定装置。
【請求項６】
前記試料と前記反応試薬とを混合した後、一定時間経過後に発光する化学反応を利用し、前記測定部材によって前記混合液からの発光量を測定することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の物質濃度測定装置。
【請求項７】
前記化学反応は、発色反応、凝集反応のいずれかである、請求項１から５のいずれか一項に記載の物質濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質濃度測定装置に関する、さらに詳述すると、本発明は、反応試薬と測定対象物質を含む試料とを混合させることで生じる化学反応量を計測することで対象物質の濃度を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイアライザーと呼ばれる内径１００μｍ程度の中空糸の束を用いた血液透析では、血液中に含まれる老廃物等を、中空糸内外での濃度差により透析液側に移動させることにより体外に除去させている。血中の老廃物の代表例は尿素であるが、従来、血中の尿素量は実際の血液を採取、分析することで行われ、血中尿素窒素（ＢＵＮ）と表されている。
【０００３】
尿素濃度を測定する方法としては、尿素と反応して発色する試薬を用いる比色法、酵素であるウレアーゼを何らかの担体に固定し、尿素を加水分解することで発生するアンモニアによるｐＨの変化を検出することで濃度を測定する酵素法などが代表的なものである。
【０００４】
一方、次亜ハロゲン酸塩と尿素との反応による化学発光（Ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）の発光強度から尿素濃度を測定する化学発光法も知られており、特許文献１には血液透析の透析液廃液中に含まれる尿素をシリンダー内で生じる化学発光を計測する方法が開示されている（特許文献１参照）。ここでは、事前にシリンダー内に存在した溶液に対し、ピストンをシリンダー内で急速に移動させ別の溶液を吸引することでシリンダー内に乱流を発生させて、試料溶液と反応試薬液を短時間で均一に混合させることで再現性の良い化学発光測定を行っている。
【０００５】
また、小型の反応槽を直列的に接続し、それぞれの反応槽をつなぐ流路を細くすることで、反応槽への液の流入を噴流状態とし、反応を均一かつ迅速に行うことを目指した方法が特許文献２に開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００９／０３５００８号
【特許文献２】国際公開第２０１２／１３３３９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法で繰り返し測定を実施する場合、シリンダー内壁とピストンとの擦れによる摩耗などにより液漏れが発生する可能性があるという不具合、さらには、シリンジ容量を勘案した試薬量が必要となるため、使用する試薬量が多くなりコスト面で不利になるという不具合がある。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている方法は、上記不具合の解決策となり得るものであるものの、この方法においても、直列に接続された反応槽の形状とそれらをむすぶ流路を細くすることでのみ混合の迅速化を図っているため、混合はいぜん不十分であり、また複数の反応槽の中で同時に反応が進むため、正確に発光量を測定するためには反応槽すべてからの発光を漏れなく受光できるような、サイズの大きい計測系を設ける必要があるのみならず混合が不十分なため、設けられた反応槽の中で全ての反応が終了しない可能性もあり、この場合精度の点で不具合が発生する。
【０００９】
さらに、従来の方法では、化学発光反応に伴い発生する反応ガス（生成ガス）の気泡を除去するのに際し、反応槽同士を接続している流路が反応槽の大きさに比して細いため、効率が悪く、内部に取り残された気泡による実質的な反応槽容積の減少、液流の変化による不十分な混合など、再現性低下につながる不具合がある。
【００１０】
本発明は上記不具合を解決するためになされたものであり、コストに影響を与えることなく、再現性良く対象物質の濃度測定を行うことができる物質濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するべく、本発明者は種々の検討を行った。従来は、複数の反応漕を配管で直列的につないでおき、ここに対象物質を含む試料と反応試薬とを流して乱流を生じさせながら一気に混合し、その間の化学反応（発光）を測定するという特許文献１，２に開示されているような装置が利用されているが、この場合、装置が最適化されているとは言い難かった。例えば特許文献２の例では複数の反応漕内で混合しながら、同時に全体の光量を捉えて発光反応を測定しているが、最終の反応漕を過ぎてもまだ発光反応がある場合があり、その場合、発光反応のすべてを捉えてきれない。また、各反応漕の内部において混合液の一部が淀んで滞留することがあり、そうすると当該部分がデッドボリュームに相当し、場合によっては生成ガスがそのスペースに溜まって測定対象領域内での発光量が減少してしまう。また、反応漕内で生じる乱流によって試料と反応試薬とを混合させているという側面があるが、これには成行き的な部分があり、常に十分な混合が行われるとは限らない。こういった事情に着目した本発明者は、混合しながら検出するという従来の構成そのものを見直し、さらに検討を重ねた結果、課題の解決に結び付く知見を得るに至った。
【００１２】
本発明はかかる知見に基づき想到するに至ったもので、対象物質を含む試料と反応試薬とを混合した後の化学反応を利用した方法により前記試料の濃度を測定する物質濃度測定装置であって、
前記試料と反応試薬とが合流する合流部に向けて前記試料を導入する試料導入部材と、
前記合流部に向けて前記反応試薬を導入する反応試薬導入部材と、
前記合流部にて合流した前記試料と前記反応試薬との混合を促進するための混合促進手段を備え、前記試料と前記反応試薬とを混合するための混合領域を形成する混合部材と、
該混合部材により混合された前記試料と前記反応試薬との混合液の化学反応量を測定するための被測定領域を構成する、流路断面積が漸増する構造の被測定領域形成部材と、
該被測定領域形成部材の内部を流れる前記混合液の化学反応量を前記被測定領域にて測定する測定部材と、
を備えており、
前記被測定領域形成部材は、前記被測定領域において少なくとも鉛直上方へ広がる形状であり、
前記合流部と、前記混合領域と、前記被測定領域とが、前記混合液が流れる方向に沿って配置されている
ことを特徴とする。
【００１３】
この物質濃度測定装置では、合流部にて合流した試料と反応試薬とを混合領域にて混合して混合液とし、その後、被測定領域において該混合液の化学反応量を測定する。つまり、この物質濃度測定装置では、混合しながら測定するのではなく、混合フェーズと測定フェーズとを切り離し、両者を段階的に行う構成となっており、混合フェーズにおいては混合促進手段を利用して試料と反応試薬とを十分に混合させ、その後の測定フェーズにおいては化学反応量を測定することが可能となっている。しかも、流路断面積が漸増する構造の被測定領域形成部材を利用していることから、被測定領域内での混合液の流れを適度に減速させることによって化学反応量を十分に測定することが可能となっている。
【００１４】
したがって、本発明に係る物質濃度測定装置においては、直列に接続された反応槽やこれらをむすぶ細い流路を含む装置のように混合が不十分となるようなことがない。また、被測定領域内での混合液の流れを適度に減速させることに加え、試料と反応試薬とを十分に混合できることから、被測定領域内にてすべての化学反応を終了させることが可能である。このため、サイズの大きな計測系は不要であるし、計測精度の面で不具合が生じることがない。
【００１５】
さらに、本発明に係る物質濃度測定装置においては、流路断面積が漸増する構造の被測定領域形成部材を利用して被測定領域を形成していることから、反応槽同士を接続している流路が反応槽の大きさに比して細いといった、従来におけるような構造とは異なっている。このため、内部に取り残された気泡による実質的な反応槽容積の減少、液流の変化による不十分な混合などといった、再現性低下につながる不具合が生じるのを抑えることができる。
【００１６】
また、本発明に係る物質濃度測定装置においては、被測定領域形成部材が、被測定領域において少なくとも鉛直上方へ広がる形状であることから、混合液から窒素ガスなどが生成した場合にも、上方へ広がる部分を通過させてこの生成ガスの気泡を被測定領域から速やかに除去することができる。したがって、混合液中の生成ガスの影響で化学反応の測定量が減少してしまうのを回避することができる。
【００１７】
また、本発明に係る物質濃度測定装置は、シリンダーやピストンといった構成とは無縁であるから、シリンダー内壁とピストンとの擦れによる液漏れ発生は生じない。また、シリンジ容量を勘案した試薬量が必要となることもないから、使用する試薬量が多くなりコスト面で不利になることもない。
【００１８】
さらに、この物質濃度測定装置においては、前記合流部と、前記混合領域と、前記被測定領域とが、前記混合液が流れる方向に沿って略直線状に配置されていれば、デッドボリュームを減らす上で好適である。
【００１９】
また、前記被測定領域形成部材は、前記被測定領域において全方位に広がる形状であってもよい。このような被測定領域形成部材によれば、化学反応による生成ガスを被測定領域から速やかに除去することができる。
【００２０】
また、前記被測定領域形成部材における流路面である内側面が滑らかな面に形成されていることが好ましい。このような被測定領域形成部材によれば、生成ガスを被測定領域に滞留させることなく速やかに除去することができる。
【００２１】
また、前記混合促進手段は、前記混合部材が内蔵する、意図的に液流を攪乱する構造体からなるミキサーであってもよい。あるいは、前記混合促進手段は、超音波装置のように外部から液流に影響を与える手段であってもよい。
【００２２】
また、物質濃度測定装置は、前記試料と前記反応試薬とを混合した後、一定時間経過後に発光する化学反応を利用し、前記測定部材によって前記混合液からの発光量を測定するものであってもよい。あるいは、前記化学反応は、発色反応、凝集反応のいずれかであってもよい。また、検出を行う場所、範囲、測定部材の設置位置は、それぞれの反応に必要な時間等に応じて、適宜設定されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コストに影響を与えることなく、再現性良く対象物質の濃度測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る物質濃度測定装置の構成の概略を示す図である。
【図２】物質濃度測定装置の具体的な構成例を示す図である。
【図３】混合促進手段としてのミキサーの一例を示す図である。
【図４】混合促進手段としてのミキサーの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
本発明に係る物質濃度測定装置１は、対象物質の試料と反応試薬とを混合した後の化学反応を利用した方法により試料に含まれる対象物質の濃度を測定するための装置である。本実施形態の物質濃度測定装置１は、試料と反応試薬とを導入して合流させるための導入・合流領域１０、試料と反応試薬とを混合するための混合領域２０、混合液の化学反応量を測定するための被測定領域３０の３つの領域からなる（図１、図２参照）。
【００２７】
導入・合流領域１０には、試料導入管１１、反応試薬導入管１２、合流部１３が設けられている。試料導入管１１および反応試薬導入管１２は合流部１３において合流するように例えばＶ字状に配置されている（図１参照）。試料導入管１１から導入された対象物質の試料と、反応試薬導入管１２から導入された反応試薬とは、合流部１３において合流した後、混合領域２０へと送られる。なお、合流点の数、形状などは反応に必要な試薬の数、混合の比率等に応じて適宜設計されるのが望ましい。
【００２８】
混合領域２０は、混合部材２１によって形成されている。混合部材２１は、合流部１０４にて合流した試料と反応試薬との混合を促進するための混合促進手段としてのミキサー２２を備える。
【００２９】
ミキサー２２は混合部材２１の内部に形成あるいは配置されているもので、試料と反応試薬とが合流した液（混合液）の液流を意図的に攪乱する構造体からなり、同じ直線距離流れる間での混合の進み具合が、該構造が無い場合に比べて、より大きくなるように構成されている（図３、図４参照）。本実施形態のミキサー２２は、混合部材２１の内部を流れる混合液に対してうねりを生じさせ（フローディビジョン(Flow Division)）、あるいは放射状に混ざる流れを生じさせる（ラジアルミキシング(Radial Mixing)）に適した羽根形状を有している（図３、図４参照）。本実施形態のミキサー２２は、これら羽根が固定されており動くことがない静的な構造体であるミキサー（Static mixer）である。このようなミキサー（混合促進手段）２２を内蔵する本実施形態の混合領域２０では、このような手段を有していない通常の通路と比較して、当該混合領域２０を通過する間に混合が十分に行われる。
【００３０】
被測定領域３０は、混合部材２１により混合された試料と反応試薬との混合液の化学反応量を測定するための領域である。ここでは、試料と反応試薬との混合による化学発光が生じ、発光量を検出することによって試料中の検出対象の濃度を得る。この被測定領域３０は、被測定領域形成部材３１によって形成されている（図１参照）。
【００３１】
被測定領域形成部材３１は、混合部材２１の後段に配置されており、混合領域２０の下流側末端を起点に流路断面積が漸増する末広がり構造となっている（図１、図２参照）。このような末広がり構造であることで、混合領域２０で行われた化学反応により発生する気体（生成ガス）を被測定領域３０内で滞留させることなく除去し、測定誤差を低減すると共に、混合領域２０での混合による反応の結果を含む混合液の流速が低減され、検出に関わる領域を狭く制限でき、検出系への負担を軽減することが可能となる。この被測定領域形成部材３１の具体的形状は特に限定されないが、被測定領域３０において少なくとも鉛直上方（重力に対して上方向）へ広がる形状であることにより、混合液中の生成ガス（窒素ガスなど）を当該上方へ広がる部分を通じて外部へと除去しやすくなる。
【００３２】
一方で、このような構造になっていない物質濃度測定装置においては、化学反応の際に発生する気体（生成ガス）が内部に留まって被測定領域３０の一部を塞いでしまうことがあり、そうすると、被測定領域３０における混合液の滞留時間が短くなる場合があるし、あるいは、後述する発光量測定センサー３２と混合液との間に気体（生成ガスの気泡）が存在することに起因して屈折や反射が生じ、これらによる測定誤差が生じる場合がある。この点、本実施形態の被測定領域形成部材３１は、鉛直上方へ広がる形状の被測定領域形成部材３１を採用しており、生成ガスの気泡が速やかに除去されるようにしているので、生成ガスによって測定が妨害されないようになっている。これによれば、混合液中の生成ガスの影響で化学反応の測定量（例えば発光量）が減少してしまうのを回避しやすくなる。
【００３３】
本実施形態の被測定領域形成部材３１は、鉛直上方部分のみならず、全体が全方位に広がる漏斗状ないしはラッパ状の末広がり形状に形成されている（図１、図２参照）。この被測定領域形成部材３１によれば、被測定領域３０内における混合液の流れを適度に減速させることができる。したがって、被測定領域３０内にてすべての化学反応を終了させ、十分な化学反応測定量（例えば発光量）を得ることが可能となる。
【００３４】
また、被測定領域形成部材３１の内側面（流路面）は、生成ガスが被測定領域から速やかに除去されるのを妨げない程度に滑らかな面に形成されている。滑らかさの具体的な程度は種々あり特に限定されないが、例示すれば、うねりや起伏、凹凸などがない面、生成ガスの気泡が付着しづらい素材ないしは表面加工がなされた面などを挙げることができる。なお、被測定領域形成部材３１は、化学反応の測定の妨げとならない素材で形成されている。例えば、発光量の測定の場合は発光の波長域の光を吸収しない素材を用いるのが望ましいし、比色法による測定も同様に関係する波長域の光を吸収しない素材を用いるのが望ましい。一方、凝集の測定の場合、光の散乱が発生しない表面を持つ素材を選択する、などそれぞれの測定原理に即した素材を用いることが望ましい。
【００３５】
被測定領域３０には、発光量測定センサー３２が設けられている（図２参照）。発光量測定センサー３２は、被測定領域形成部材３１の内部を流れる混合液の化学反応量（発光量）を測定する。本実施形態の物質濃度測定装置１においては、試料と反応試薬とを混合した後、一定時間経過後に発光する化学反応を利用しており、このような混合液からの発光量を、発光量測定センサー３２を使って測定する。発光量測定センサー３２は、発光をとらえる受光素子を備えており、試料と反応試薬との反応により生じる発光を捉え、電気信号に変換する。また、発光量測定センサー３２は、被測定領域形成部材３１の上方以外の箇所に設置されることが好適であり、このようにすることで、上方へ逃げていく生成ガスの気泡の影響を受けることなく発光量の検出をすることが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態の物質濃度測定装置１においては、上述した導入・合流領域１０の合流部１３と、混合領域２０と、被測定領域３０とが、混合液が流れる方向に沿って略直線状に配置されている（図１、図２参照）。このような配置は、デッドボリュームを減らす上で好適である。ただし、以上は好適な配置例であって、略直線状以外の配置とすることも可能である。
【００３７】
ここまで説明した本実施形態の物質濃度測定装置１によれば、試料と反応試薬との混合が混合領域２０にて迅速かつ十分に行われる。また、従来装置においては、試料および反応試薬を混合する領域と化学反応が生じる領域とが重複しており、いわば当該領域において両方の機能を兼ねた構成となっていたのに対し、この物質濃度測定装置１では、試料および反応試薬を混合する領域と化学反応が生じる領域とが分離された構成となっている。これにより、最終の反応漕を過ぎてもまだ発光反応が残っていて発光反応のすべてを捉えてきれていなかったという課題、各反応漕の内部において混合液の一部が淀んで滞留することがあったという課題、デッドボリュームが生じて測定対象領域内での発光量が減少してしまっていたという課題などを解決することが可能であるばかりでなく、物質濃度を測定する装置として最適化を図り、再現性に優れた装置を実現することが可能となる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３９】
例示すれば、上述した実施形態では、試料と反応試薬との混合を促進するための混合促進手段としてのミキサー２２について説明したがこれは好適な一例にすぎない。試料と反応試薬との混合を促進するための混合促進手段としては、この他、混合領域２０に超音波を照射して混合を促進する超音波装置などを利用することができる。あるいは、混合領域２０に備え付けた磁性体（図示省略）を撹拌子として外部の磁石により操作するといった動的な構成によって混合をより促進させることもできる。
【００４０】
また、上述した実施形態では、試料と反応試薬とが化学反応したときの発光量を測定することによって試料の濃度を測定したが、利用可能な化学反応は発光だけではない。例えば、尿素濃度を測定する方法において、尿素と反応して発色する試薬を用いる比色法であれば反応時の発色反応を利用することができるし、酵素法であればアンモニアによるｐＨの変化を利用することができる。この場合、測定部材にはそれぞれの方式に合わせたものを採用する必要があることは言うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、対象物質の試料と反応試薬とを混合した後の化学反応を利用して物質濃度を測定する物質濃度測定装置に適用して好適である。
【符号の説明】
【００４２】
１…物質濃度測定装置
１０…導入・合流領域
１１…試料導入管（試料導入部材）
１２…反応試薬導入管（反応試薬導入部材）
１３…合流部
２０…混合領域
２１…混合部材
２２…ミキサー（混合促進手段）
３０…被測定領域
３１…被測定領域形成部材
３２…発光量測定センサー（測定部材）
【図１】
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【図２】
2016045162.tif 000004
【図３】
2016045162.tif 000005
【図４】
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