(57)【要約】【課題】測定対象液が有するインピーダンスの測定を複数回行うことにおける負荷を軽減可能としたインピーダンス測定システム、および、インピーダンス測定方法を提供する。【解決手段】インピーダンス測定システムは、測定素子ＭＰごとの作動電圧Ｖｓｕｐ１，Ｖｓｕｐ２，Ｖｓｕｐ３を測定対象液に対して各測定素子ＭＰから一斉に印加すると共に、作動電圧の印加によって測定対象液に流れた電流であって各測定素子ＭＰから入力される電流を用いて測定素子ＭＰごとにインピーダンスを演算する測定処理部２０とを備える。測定処理部２０は、各測定素子ＭＰに印加される作動電圧の周波数が共通するように作動電圧を生成すると共に、周波数の掃引を各測定素子に対して一斉に行い、各周波数とその周波数におけるインピーダンスとを対応付けた情報を測定素子ＭＰごとに出力する。【選択図】図１
2017111043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象液が有するインピーダンスを測定するための複数の電極から構成された素子が測定素子であり、前記測定対象液に各々が接触する複数の前記測定素子を含むセンサーと、
前記インピーダンスを測定するための前記測定素子ごとの作動電圧を前記測定対象液に対して前記各測定素子から一斉に印加すると共に、前記各作動電圧の印加によって前記測定対象液に流れた電流であって前記各測定素子から入力される電流を用いて前記測定素子ごとのインピーダンスを演算する測定処理部とを備え、
前記測定処理部は、前記各測定素子から印加される前記作動電圧の周波数が共通するように前記各作動電圧を生成すると共に、前記周波数の掃引を前記各測定素子に対して一斉に行い、各周波数でのインピーダンスを示す情報を前記測定素子ごとに出力する
インピーダンス測定システム。
【請求項２】
全ての前記測定素子は、第１測定素子と第２測定素子とを含み、前記第１測定素子が有する作用電極の表面状態と、前記第２測定素子が有する作用電極の表面状態とが相互に異なる
請求項１に記載のインピーダンス測定システム。
【請求項３】
前記測定処理部は、前記第１測定素子に前記作動電圧として第１作動電圧を印加させ、また、前記第２測定素子に前記作動電圧として第２作動電圧を印加させ、
前記第１作動電圧は、前記各測定素子に共通する単一の周波数を有した正弦波交流電圧を直流定電圧である第１電圧に前記測定処理部が重畳させた電圧であり、
前記第２作動電圧は、前記正弦波交流電圧を直流定電圧である第２電圧に前記測定処理部が重畳させた電圧である
請求項２に記載のインピーダンス測定システム。
【請求項４】
前記測定処理部は、前記第１測定素子に対応する前記情報から第１物質の濃度を算出すると共に、前記第２測定素子に対応する前記情報から第２物質の濃度を算出する
請求項３に記載のインピーダンス測定システム。
【請求項５】
前記測定処理部は、前記各測定素子に共通する単一の周波数を有した正弦波交流電圧を、相互に異なる大きさを有した直流定電圧に重畳させ、それによって、各々が相互に異なる大きさを有した直流成分を有した複数の前記作動電圧を生成すると共に、前記各測定素子から入力される前記作動電圧の直流成分を相互に異なるものとする
請求項１に記載のインピーダンス測定システム。
【請求項６】
測定対象液が有するインピーダンスを測定するための複数の電極から構成された素子が測定素子であり、前記測定対象液に各々が接触する複数の前記測定素子を含むセンサーに対して測定処理部が行うインピーダンス測定方法であって、
前記測定処理部が、
前記インピーダンスを測定するための前記測定素子ごとの作動電圧を、前記各測定素子から印加される前記作動電圧の周波数が共通するように、前記各測定素子から前記測定対象液へ一斉に印加することと、
前記印加によって前記測定対象液に流れた電流を前記各測定素子から入力され、その入力された電流を用いて前記測定素子ごとのインピーダンスを演算することと、
前記周波数の掃引を前記各測定素子に対して一斉に行い、各周波数でのインピーダンスを示す情報を前記測定素子ごとに出力することとを含む
インピーダンス測定方法。
【請求項７】
前記各測定素子における作用電極は、相互に異なる表面状態を備え、
前記作動電圧を前記各測定素子に印加することは、前記各測定素子に共通する単一の周波数を有した正弦波交流電圧を、各々が相互に異なる大きさを有した複数の直流定電圧に重畳させ、それによって、各々が相互に異なる大きさを有した複数の直流成分を有する複数の前記作動電圧を生成すると共に、前記各測定素子から印加される前記作動電圧の直流成分を相互に異なるものとすることであり、
前記情報は、各周波数とその周波数におけるインピーダンスの実数成分とを対応付けた情報である
請求項６に記載のインピーダンス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象液が有したインピーダンスを電気化学インピーダンス分光法（Electrochemical Impedance Spectroscopy：EIS法）を用いて測定するインピーダンス測定システム、および、インピーダンス測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液に含まれる物質を検出する技術は、生物分野や環境分野などの幅広い分野で利用されている。例えば、生物分野においては、医薬の開発、病気の診断、ゲノムの解析などに利用され、環境分野においては、河川における水質の調査、食物に含まれる化学物質の検査、環境ホルモンの濃度測定などに利用される。これらの分野では、検出の対象となる物質である生体物質を、それが混在する類似物質の中から高感度、高精度、短時間で検出することが望まれる。
【０００３】
生体物質を高感度で検出する方法の一つには、電気化学インピーダンス分光法（Electrochemical Impedance Spectroscopy：EIS法）が知られる。ＥＩＳ法は、検出用の電極における表面の近傍で、それの静電状態の変化、または、立体的状態の変化を電気的な等価回路のモデルに置き換える。そして、生体物質が検出用の電極に特異的に吸着したか否かを、電荷移動抵抗の変化やキャパシタンスの変化として検出する。こうしたＥＩＳ法は、生体物質に標識を付与することを強いないため、生体物質を高感度に検出する方法のなかでも、簡便な方法として注目される（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２６３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非侵襲的に生体試料を採取してその生体試料の成分を分析することは、被験者に対する病気の早期発見、被験者に対する健康状態の簡便な把握、被験者における血液成分の非侵襲的な推定などを実現可能とする。近年では、生体試料の成分を分析することにおいて、DNA、RNA、PNAなどの核酸、たんぱく質、ペプチド、金属イオンなどの数多くの種類の生体物質を、高感度に検出する方法が検討されている。
【０００６】
一方、ＥＩＳ法に用いられるセンサーでは、生体物質に結合する分子であるプローブ分子の種類と、センサーの種類との対応付けが１対１であるため、数多くの種類の生体物質の検出に際しては、数多くの種類のセンサーが用いられる。通常、生体物質の検出に適した検出条件の探索や、他の検出条件への変更などの前工程は、センサーの種類ごとに行われるため、結果として、多数回にわたる前工程の実施と、多数回にわたる検出工程の実施とが強いられる。なお、前工程や検出工程を実施する回数が多いという負荷は、相互に異なる複数の種類の生体物質を検出することに限られず、同じ種類の生体物質の検出工程を多数回にわたり実施してそれの再現性を確認することでも共通する。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、測定対象液が有するインピーダンスの測定を複数回行うことにおける負荷を軽減可能としたインピーダンス測定システム、および、インピーダンス測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためのインピーダンス測定システムは、測定対象液が有するインピーダンスを測定するための複数の電極から構成された素子が測定素子であり、前記測定対象液に各々が接触する複数の前記測定素子を含むセンサーを備える。また、インピーダンス測定システムは、前記インピーダンスを測定するための前記測定素子ごとの作動電圧を前記測定対象液に対して前記各測定素子から一斉に印加すると共に、前記各作動電圧の印加によって前記測定対象液に流れた電流であって前記各測定素子から入力される電流を用いて前記測定素子ごとのインピーダンスを演算する測定処理部とを備える。そして、前記測定処理部は、前記各測定素子から印加される前記作動電圧の周波数が共通するように前記各作動電圧を生成すると共に、前記周波数の掃引を前記各測定素子に対して一斉に行い、各周波数でのインピーダンスを示す情報を前記測定素子ごとに出力する。
【０００９】
上記課題を解決するためのインピーダンス測定方法は、測定対象液が有するインピーダンスを測定するための複数の電極から構成された素子が測定素子であり、前記測定対象液に各々が接触する複数の前記測定素子を含むセンサーに対して測定処理部が行う方法である。このインピーダンス測定方法は、前記測定処理部が、前記インピーダンスを測定するための前記測定素子ごとの作動電圧を、前記各測定素子から印加される前記作動電圧の周波数が共通するように前記各測定素子から前記測定対象液へ一斉に印加することと、前記印加によって前記測定対象液に流れた電流を前記各測定素子から入力され、その入力された電流を用いて前記測定素子ごとのインピーダンスを演算することと、前記周波数の掃引を前記各測定素子に対して一斉に行い、各周波数でのインピーダンスを示す情報を前記測定素子ごとに出力することとを含む。
【００１０】
上記システム、および、方法によれば、測定対象液に作動電圧を印加する複数の測定素子が１つのセンサーに含まれ、各測定素子が印加する作動電圧に対する周波数の掃引を、各測定素子に対して、測定処理部が一斉に行う。それゆえに、測定対象液が有するインピーダンスの測定を複数回行うことが、１つのセンサーによる１回の掃引によって可能となる。結果として、測定対象液が有するインピーダンスの測定を複数回行うことにおける負荷を軽減することができる。
【００１１】
上記インピーダンス測定システムにおいて、全ての前記測定素子は、第１測定素子と第２測定素子とを含み、前記第１測定素子が有する作用電極の表面状態と、前記第２測定素子が有する作用電極の表面状態とが相互に異なってもよい。
【００１２】
電極の表面状態と生体物質との相互作用の差異は、生体物質が関与する反応を変える場合がある。上記構成によれば、例えば、第１測定素子と強い相互作用を有する物質の存在に関する情報や、第１測定素子と強い相互作用を有する性質の有無に関する情報は、第１測定素子を通じて得られる。また、第２測定素子と強い相互作用を有する物質の存在に関する情報や、第２測定素子と強い相互作用を有する性質の有無に関する情報は、第２測定素子を通じて得られる。このように、各種類の物質の存在の有無に関する情報や、１種類の物質における特徴的な性質を推定するための複数の情報などが、１つのセンサーによる１回の掃引によって得られる。
【００１３】
上記インピーダンス測定システムにおいて、前記測定処理部は、前記第１測定素子に前記作動電圧として第１作動電圧を印加させ、また、前記第２測定素子に前記作動電圧として第２作動電圧を印加させる。この際、前記第１作動電圧は、前記各測定素子に共通する単一の周波数を有した正弦波交流電圧を直流定電圧である第１電圧に前記測定処理部が重畳させた電圧であり、前記第２作動電圧は、直流定電圧である第２電圧に前記測定処理部が前記正弦波交流電圧を重畳させた電圧であってもよい。
【００１４】
上記構成によれば、第１の表面状態を有した電極を含む第１測定素子に、測定処理部が第１作動電圧を印加させ、第２の表面状態を有した電極を含む第２測定素子に、測定処理部が第２作動電圧を印加させる。それゆえに、第１作動電圧の印加によって検出される物質と、第２作動電圧の印加によって検出される物質とを、１つのセンサーによる１回の掃引によって検出することが可能となる。
【００１５】
上記インピーダンス測定システムにおいて、前記測定処理部は、前記第１測定素子に対応する前記情報から第１物質の濃度を算出すると共に、前記第２測定素子に対応する前記情報から第２物質の濃度を算出してもよい。
【００１６】
上記構成によれば、第１測定素子によって検出される第１物質の濃度と、第２測定素子によって検出される第２物質の濃度とが、１つのセンサーによる１回の掃引によって得られる。
【００１７】
上記インピーダンス測定システムにおいて、前記測定処理部は、前記各測定素子に共通する単一の周波数を有した正弦波交流電圧を、相互に異なる大きさを有した直流定電圧に重畳させ、それによって、各々が相互に異なる大きさを有した直流成分を有する複数の前記作動電圧を生成すると共に、前記各測定素子から入力される前記作動電圧の直流成分を相互に異なるものとしてもよい。
【００１８】
作動電圧における直流成分の生体物質に対する作用は、直流成分の大きさに従って、物質が関与する反応を変える場合がある。上記構成によれば、各測定素子が印加する作動電圧の直流成分の大きさを、測定素子間において測定処理部が異なるものとする。そのため、例えば、各種類の物質の存在の有無に関する情報を１回の掃引によって得ることや、１種類の物質における特徴的な性質を推定するための複数の情報を１回の掃引によって得ることが可能ともなる。
【００１９】
上記インピーダンス測定方法において、前記各測定素子における作用電極は、相互に異なる表面状態を備えてもよい。この際、前記各作動電圧を前記各測定素子から印加することは、前記各測定素子に共通する単一の周波数を有した正弦波交流電圧を、各々が相互に異なる大きさを有した複数の直流定電圧に重畳させ、それによって、各々が相互に異なる大きさを有した直流成分を有する複数の前記各作動電圧を生成すると共に、前記各測定素子から印加される前記作動電圧の直流成分を相互に異なるものとすることであり、前記情報は、各周波数とその周波数におけるインピーダンスの実数成分とを対応付けた情報であってもよい。
【００２０】
測定対象液に含まれる物質が不明であるとき、その物質が関わる反応系を特定するための情報は、多様性に富み、かつ、多い方が好ましい。上記方法によれば、相互に異なる表面状態を有した作用電極を含む各測定素子に、相互に異なる大きさを有した直流定分を有する作動電圧が印加される。すなわち、各周波数とその周波数におけるインピーダンスの実数成分とを対応付けた情報は、作用電極の表面状態に対する実数成分の依存性と、作動電圧の直流成分に対する実数成分の依存性とが含まれる。それゆえに、１つの測定対象液に対する１回の掃引によって得られる情報量を、多様性に富み、かつ、多くすることが可能でもある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、測定対象液が有するインピーダンスの測定を複数回行うことにおける負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】インピーダンス測定システムを具体化した第１実施形態におけるインピーダンス測定システムの全体的な構成を示すシステム構成図。
【図２】第１実施形態におけるインピーダンス測定システムが備えるＦＲＡユニット、および、コントローラーの構成を機能的に示すブロック図。
【図３】第１実施形態におけるインピーダンス測定システムのコントローラーが記憶する判定参照データの構成を概念的に示す構成図。
【図４】第１実施形態におけるインピーダンス測定方法に含まれる各工程の流れを示すフローチャート。
【図５】インピーダンス測定システムを具体化した第２実施形態におけるインピーダンス測定システムの全体的な構成を示すシステム構成図。
【図６】第２実施形態のインピーダンス測定システムを用いた検出条件の設定における各候補条件を示す図。
【図７】第２実施形態のインピーダンス測定システムを用いた検出条件の設定において得られる第１試験液のコールコールプロットを示す図。
【図８】第２実施形態のインピーダンス測定システムを用いた検出条件の設定において得られる第２試験液のコールコールプロットを示す図。
【図９】第２実施形態のインピーダンス測定システムを用いた検出条件の設定において得られる第３試験液のコールコールプロットを示す図。
【図１０】第２実施形態のインピーダンス測定システムを用いた検出条件の設定において得られる第４試験液のコールコールプロットを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図１から図４を参照して第１実施形態におけるインピーダンス測定システム、および、インピーダンス測定方法を説明する。
【００２４】
［インピーダンス測定システム］
図１が示すように、インピーダンス測定システムは、センサー１０と測定処理部２０とを備える。センサー１０は、複数の電極から構成される複数の測定素子ＭＰを備え、全ての電極は、共通する検出対象液に接触する。検出対象液は、生体物質を含む液体であって、測定対象液の一例である。測定処理部２０には、検出対象液に流れる電流が各測定素子ＭＰから入力され、測定処理部２０は、各測定素子ＭＰから入力される電流を周波数応答解析することによって、測定素子ＭＰごとに各周波数でのインピーダンスを演算する。
【００２５】
［センサー］
センサー１０は、絶縁性を有した基板１１と、基板１１が備える電極面１１Ｓに位置する複数の測定素子ＭＰと、１つの参照電極ＲＥとを備える。電極面１１Ｓは、検出対象液が供給される面であり、複数の測定素子ＭＰと参照電極ＲＥとは、電極面１１Ｓの全体に供給された検出対象液に対して同時に接触する。参照電極ＲＥは、参照引出線ＲＬを介して参照端子ＲＤに接続される。複数の測定素子ＭＰは、１つの方向である配列方向に並ぶ。検出対象液は、生体物質を含む液体であり、例えば、生体物質と緩衝液とを含む液体である。生体物質は、例えば、核酸、タンパク質、酵素、多糖、脂質などの生体高分子や、アミノ酸、各種の糖、ミネラルなどの無機質を含む生体低分子である。
【００２６】
なお、以下では、電極面１１Ｓに位置する測定素子ＭＰの数が３つである例を説明するが、電極面１１Ｓに位置する測定素子ＭＰの数は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、３つの測定素子ＭＰの並びが一列である例を説明するが、複数の測定素子ＭＰの並びは、複数列であってもよいし、二次元方向に広がるマトリックス状の配列であってもよい。
【００２７】
３つの測定素子ＭＰは、１つの方向である配列方向に並び、配列方向における左端から順に、第１測定素子ＭＰ１、第２測定素子ＭＰ２、および、第３測定素子ＭＰ３である。各測定素子ＭＰは、高い導電性を有した作用電極ＷＥと、高い導電性を有した対極ＣＥとから構成される一対の櫛歯電極であり、各測定素子ＭＰは、櫛歯が並ぶ方向に並ぶ。各測定素子ＭＰが備える櫛歯が並ぶ方向において、各櫛歯が有する幅は、例えば、０．３μｍ以上５０μｍ以下である。また、各測定素子ＭＰが備える櫛歯が並ぶ方向において、櫛歯間の有する幅は、例えば、０．３μｍ以上５０μｍ以下である。
【００２８】
第１測定素子ＭＰ１は、第１作用電極ＷＥ１と第１対極ＣＥ１とから構成される。第１作用電極ＷＥ１は、第１作用引出線ＷＬ１を介して、第１作用端子ＷＤ１に接続され、第１対極ＣＥ１は、第１対極引出線ＣＬ１を介して、第１対極端子ＣＤ１に接続される。
【００２９】
第２測定素子ＭＰ２は、第２作用電極ＷＥ２と第２対極ＣＥ２とから構成される。第２作用電極ＷＥ２は、第２作用引出線ＷＬ２を介して、第２作用端子ＷＤ２に接続され、第２対極ＣＥ２は、第２対極引出線ＣＬ２を介して、第２対極端子ＣＤ２に接続される。
【００３０】
第３測定素子ＭＰ３は、第３作用電極ＷＥ３と第３対極ＣＥ３とから構成される。第３作用電極ＷＥ３は、第３作用引出線ＷＬ３を介して、第３作用端子ＷＤ３に接続され、第３対極ＣＥ３は、第３対極引出線ＣＬ３を介して、第３対極端子ＣＤ３に接続される。なお、参照引出線ＲＬ、各作用引出線ＷＬ１，ＷＬ２，ＷＬ３、および、各対極引出線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３は、それぞれ絶縁膜によって被覆される。
【００３１】
各作用電極ＷＥの表面には、生体物質に特異的に結合するように設計されたプローブ分子が固定化されている。プローブ分子は、例えば、DNA、RNA、PNAなどの核酸、ペプチド、たんぱく質などである。各作用電極ＷＥの表面に固定されたプローブ分子は、１種類であってもよいし、２種類以上の組み合わせであってもよい。また、各作用電極ＷＥの表面に固定されたプローブ分子は、各作用電極ＷＥにおいて同じ種類であってもよいし、各作用電極ＷＥにおいて相互に異なる種類であってもよい。
【００３２】
なお、以下では、第１作用電極ＷＥ１、第２作用電極ＷＥ２、および、第３作用電極ＷＥ３に固定されたプローブ分子の種類が作用電極ＷＥごとに異なる例を説明する。すなわち、第１作用電極ＷＥ１に固定されたプローブ分子は、第１の生体物質に特異的に結合する特性を備え、第２作用電極ＷＥ２に固定されたプローブ分子は、第２の生体物質に特異的に結合する特性を備える。また、第３作用電極ＷＥ３に固定されたプローブ分子は、第３の生体物質に特異的に結合する特性を備える。言い換えれば、各作用電極ＷＥには、相互に異なる種類のプローブ分子が固定され、各作用電極ＷＥは、相互に異なる表面状態を有する。
【００３３】
［測定処理部］
測定処理部２０は、複数のポテンショガルバノスタット２１（以下、Ｐ／Ｇスタット２１と記載する）と、複数のＰ／Ｇスタット２１に並列に接続する周波数応答解析ユニット２２（以下、Frequency Response Analysis（ＦＲＡ）ユニット２２と記載する）とを備える。また、測定処理部２０は、各Ｐ／Ｇスタット２１とＦＲＡユニット２２とに接続するコントローラー２３とを備える。
【００３４】
コントローラー２３は、各Ｐ／Ｇスタット２１が行う電圧の印加を制御するための信号や、各Ｐ／Ｇスタット２１が行う電流の検出を制御するための信号を、各Ｐ／Ｇスタット２１に入力する。コントローラー２３は、ＦＲＡユニット２２が行う正弦波交流電圧の出力を制御するための信号や、ＦＲＡユニット２２が行う信号の解析条件を設定するための信号を、ＦＲＡユニット２２に入力する。なお、以下では、測定処理部２０の備えるＰ／Ｇスタット２１の数が３つである例を説明するが、第１実施形態におけるＰ／Ｇスタット２１の個数は、測定素子ＭＰの個数と同じである。
【００３５】
３つのＰ／Ｇスタット２１は、第１測定素子ＭＰ１、および、参照電極ＲＥに接続された第１Ｐ／Ｇスタット２１１と、第２測定素子ＭＰ２、および、参照電極ＲＥに接続された第２Ｐ／Ｇスタット２１２と、第３測定素子ＭＰ３、および、参照電極ＲＥに接続された第３Ｐ／Ｇスタット２１３とを含む。第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、外部から第１Ｐ／Ｇスタット２１１へ入力されたデジタル信号を処理する第１デジタル処理部２１１Ｆを備える。第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、外部から第２Ｐ／Ｇスタット２１２へ入力されたデジタル信号を処理する第２デジタル処理部２１２Ｆを備える。第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、外部から第３Ｐ／Ｇスタット２１３へ入力されたデジタル信号を処理する第３デジタル処理部２１３Ｆを備える。
【００３６】
第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、参照電極ＲＥに電流が流れない程度に参照電極ＲＥの入力インピーダンスを高く設定する。第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、その参照電極ＲＥと、第１作用電極ＷＥ１との電位差が設定電圧に等しくなるように、参照電極ＲＥの電位を検出して、第１対極ＣＥ１に対して電圧を印加するか否かを制御する。
【００３７】
なお、第１Ｐ／Ｇスタット２１１が第１対極ＣＥ１に印加する重畳電圧Ｖｓｕｐ１は、予め設定された直流定電圧である第１分極電圧Ｖｄｃ１に、ＦＲＡユニット２２から入力された正弦波交流電圧Ｖｓｗを重畳した電圧である。すなわち、第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、第１測定素子ＭＰ１に第１分極電圧Ｖｄｃ１を印加した状態で、さらに、第１測定素子ＭＰ１に正弦波交流電圧Ｖｓｗを印加する。
【００３８】
第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、接地電位などの定電位に接続された第１作用電極ＷＥ１と、第１対極ＣＥ１との間に流れる電流を検出し、検出された電流である第１応答電流ＳＩ１をＦＲＡユニット２２に入力する。また、第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、ＦＲＡユニット２２から入力される正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引されるごとに、第１作用電極ＷＥ１と第１対極ＣＥ１との間に流れる電流を第１応答電流ＳＩ１としてＦＲＡユニット２２に入力する。
【００３９】
第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、これもまた、参照電極ＲＥに電流が流れない程度に参照電極ＲＥの入力インピーダンスを高く設定する。第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、その参照電極ＲＥと、第２作用電極ＷＥ２との電位差が設定電圧に等しくなるように、参照電極ＲＥの電位を検出して、第２対極ＣＥ２に対して電圧を印加するか否かを制御する。
【００４０】
なお、第２Ｐ／Ｇスタット２１２が第２対極ＣＥ２に印加する重畳電圧Ｖｓｕｐ２は、予め設定された直流定電圧である第２分極電圧Ｖｄｃ２に、ＦＲＡユニット２２から入力された正弦波交流電圧Ｖｓｗを重畳した電圧である。第２分極電圧は、第１分極電圧と同じであってもよいし、相互に異なっていてもよい一方で、正弦波交流電圧Ｖｓｗは、第１Ｐ／Ｇスタット２１１と第２Ｐ／Ｇスタット２１２との間において共通である。すなわち、第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、第２測定素子ＭＰ２に第２分極電圧Ｖｄｃ２を印加した状態で、さらに、第１測定素子ＭＰ１と第２測定素子ＭＰ２とに共通する正弦波交流電圧Ｖｓｗを第２測定素子ＭＰ２に印加する。
【００４１】
第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、接地電位などの定電位に接続された第２作用電極ＷＥ２と、第２対極ＣＥ２との間に流れる電流を検出し、検出された電流をデジタル信号である第２応答電流ＳＩ２をＦＲＡユニット２２に入力する。また、第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、ＦＲＡユニット２２から入力される正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引されるごとに、第２作用電極ＷＥ２と第２対極ＣＥ２との間に流れる電流を第２応答電流ＳＩ２としてＦＲＡユニット２２に入力する。
【００４２】
第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、これもまた、参照電極ＲＥに電流が流れない程度に参照電極ＲＥの入力インピーダンスを高く設定する。第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、その参照電極ＲＥと、第３作用電極ＷＥ３との電位差が設定電圧に等しくなるように、参照電極ＲＥの電位を検出して、第３対極ＣＥ３に対して電圧を印加するか否かを制御する。
【００４３】
なお、第３Ｐ／Ｇスタット２１３が第３対極ＣＥ３に印加する重畳電圧Ｖｓｕｐ３は、予め設定された直流定電圧である第３分極電圧Ｖｄｃ３に、ＦＲＡユニット２２から入力された正弦波交流電圧Ｖｓｗを重畳した電圧である。第３分極電圧は、他の分極電圧と同じであってもよいし、相互に異なっていてもよい。正弦波交流電圧Ｖｓｗは、各Ｐ／Ｇスタット２１において共通である。すなわち、第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、第３測定素子ＭＰ３に第３分極電圧Ｖｄｃ３を印加した状態で、さらに、各測定素子ＭＰに共通する正弦波交流電圧Ｖｓｗを第３測定素子ＭＰ３に印加する。
【００４４】
第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、接地電位などの定電位に接続された第３作用電極ＷＥ３と、第３対極ＣＥ３との間に流れる電流を検出し、検出された電流を第３応答電流ＳＩ３としてＦＲＡユニット２２に入力する。また、第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、ＦＲＡユニット２２から入力される正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引されるごとに、第３作用電極ＷＥ３と第３対極ＣＥ３との間に流れる電流を第３応答電流ＳＩ３としてＦＲＡユニット２２に入力する。
【００４５】
図２が示すように、ＦＲＡユニット２２は、発振部２２１、掃引部２２２、および、信号処理部２２３を備える。コントローラー２３は、設定処理部２３１と、解析実行部２３２とを備える。
【００４６】
発振部２２１は、ＦＲＡユニット２２が出力する正弦波交流電圧Ｖｓｗを生成するための基準となる信号を所定の周波数で生成する。発振部２２１は、それが生成した信号を掃引部２２２に入力する。
【００４７】
掃引部２２２は、発振部２２１が生成した基準となる信号を用い、コントローラー２３から入力された掃引範囲Ｗｆや掃引ステップＰｆなどの掃引条件に基づいて、正弦波交流電圧Ｖｓｗの生成と、その正弦波交流電圧Ｖｓｗの出力とを行う。掃引部２２２は、正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引範囲Ｗｆであり、かつ、今回のステップと次回のステップとの間での周波数の差が掃引ステップＰｆであるように、正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数を段階的に変更する。なお、掃引部２２２では、掃引範囲Ｗｆや掃引ステップＰｆの他に、正弦波交流電圧Ｖｓｗの振幅を掃引条件に加えてもよい。
【００４８】
掃引部２２２には、今回のステップでの第１応答電流ＳＩ１が、第１Ｐ／Ｇスタット２１１から入力される。第１応答電流ＳＩ１は、第１測定素子ＭＰ１が進行させる反応系での伝達応答を示す。また、掃引部２２２には、今回のステップでの第２応答電流ＳＩ２が、第２Ｐ／Ｇスタット２１２から入力される。第２応答電流ＳＩ２は、第２測定素子ＭＰ２が進行させる反応系での伝達応答を示す。また、掃引部２２２には、今回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗによる第３応答電流ＳＩ３が、第３Ｐ／Ｇスタット２１３から入力される。第３応答電流ＳＩ３は、第３測定素子ＭＰ３が進行させる反応系での伝達応答を示す。
【００４９】
そして、掃引部２２２は、今回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗによる全ての応答電流ＳＩ１，ＳＩ２，ＳＩ３が入力された後、今回のステップでの周波数を変更し、新たな周波数で生成された信号を、次回の正弦波交流電圧Ｖｓｗとして全てのＰ／Ｇスタット２１に一斉に入力する。
【００５０】
信号処理部２２３は、今回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗと今回のステップでの第１応答電流ＳＩ１とを、予め設定された伝達応答関数などに適用し、それによって、第１測定素子ＭＰ１に対応する今回の伝達応答を演算する。信号処理部２２３は、新たな周波数での正弦波交流電圧Ｖｓｗが掃引部２２２から第１Ｐ／Ｇスタット２１１に入力されるごとに、第１測定素子ＭＰ１を含む系の伝達応答を演算する。
【００５１】
信号処理部２２３は、第１測定素子ＭＰ１が進行させる反応系と同じく、第２測定素子ＭＰ２が進行させる反応系の伝達応答を、今回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗと、今回のステップでの第２応答電流ＳＩ２とを用いて演算する。また、信号処理部２２３は、第３測定素子ＭＰ３が進行させる反応系の伝達応答を、今回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗと、今回のステップでの第３応答電流ＳＩ３とを用いて演算する。信号処理部２２３は、掃引部２２２から各Ｐ／Ｇスタット２１に入力される周波数が変わるごとに、第２測定素子ＭＰ２が進行させる反応系の伝達応答、および、第３測定素子ＭＰ３が進行させる反応系の伝達応答を演算する。
【００５２】
例えば、信号処理部２２３は、今回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗにおける振幅と位相とに対して、今回のステップでの第１応答電流ＳＩ１の変化、今回のステップでの第２応答電流ＳＩ２の変化、および、今回のステップでの第３応答電流ＳＩ３の変化を演算する。そして、信号処理部２２３は、予め設定された伝達応答関数を用いる演算の結果から、第１測定素子ＭＰ１が進行させる反応系、第２測定素子ＭＰ２が進行させる反応系、および、第３測定素子ＭＰ３が進行させる反応系の各々で、複素インピーダンスにおける実数成分と虚数成分とを演算する。信号処理部２２３は、全ての反応系に対して今回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗによる演算が終了したとき、次回のステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗを生成するための信号を掃引部２２２に入力する。
【００５３】
信号処理部２２３は、掃引範囲Ｗｆの全体にわたる周波数の掃引が掃引部２２２で終了すると、各周波数での実数成分と虚数成分とを測定素子ＭＰごとに取扱い、測定素子ＭＰごとの複素平面における複素データＤｒｉとしてこれらを記憶する。
【００５４】
すなわち、信号処理部２２３は、各第１応答電流ＳＩ１に基づく複素インピーダンスを、第１の複素平面における複素データＤｒｉとして記憶する。そして、信号処理部２２３は、第１測定素子ＭＰ１に対応する複素データＤｒｉから、そのコールコールプロットにおける実数軸上の切片間を演算し、これを第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１として記憶する。
【００５５】
また、信号処理部２２３は、各第２応答電流ＳＩ２に基づく複素インピーダンスを、第２の複素平面における複素データＤｒｉとして記憶する。そして、信号処理部２２３は、第２測定素子ＭＰ２に対応する複素データＤｒｉから、そのコールコールプロットにおける実数軸上の切片間を演算し、これを第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２として記憶する。
【００５６】
さらに、信号処理部２２３は、各第３応答電流ＳＩ３に基づく複素インピーダンスを、第３の複素平面における複素データＤｒｉとして記憶する。そして、信号処理部２２３は、第３測定素子ＭＰ３に対応する複素データＤｒｉから、そのコールコールプロットにおける実数軸上の切片間を演算し、これを第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３として記憶する。なお、各複素データＤｒｉは、各周波数でのインピーダンスを示す情報の一例である。
【００５７】
コントローラー２３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、および、ＲＡＭなどから構成され、設定処理部２３１、および、解析実行部２３２として機能する。設定処理部２３１は、掃引条件設定部２３１Ａと反応条件設定部２３１Ｂとを備える。解析実行部２３２は、演算実行部２３２Ａ、および、データ記憶部２３２Ｂを備える。
【００５８】
掃引条件設定部２３１Ａは、掃引範囲Ｗｆを設定するための外部からの操作の入力を受け、入力された操作に基づく設定範囲Ｓｗを記憶すると共に、それを掃引範囲Ｗｆとして測定処理部２０に設定する。掃引条件設定部２３１Ａは、掃引ステップＰｆを設定するための外部からの操作の入力を受け、入力された操作に基づく設定ステップＳｐを記憶すると共に、それを掃引ステップＰｆとして測定処理部２０に設定する。なお、掃引条件設定部２３１Ａは、掃引範囲Ｗｆや掃引ステップＰｆに加え、正弦波交流電圧Ｖｓｗの振幅をさらに設定する構成であってもよい。
【００５９】
反応条件設定部２３１Ｂは、第１分極電圧Ｖｄｃ１を設定するための外部からの操作の入力を受け付け、入力された操作に基づく第１分極電圧設定値Ｓｄｃ１を第１分極電圧Ｖｄｃ１の設定値として第１Ｐ／Ｇスタット２１１に設定する。反応条件設定部２３１Ｂは、第２分極電圧Ｖｄｃ２を設定するための外部からの操作の入力を受け付け、入力された操作に基づく第２分極電圧設定値Ｓｄｃ２を第２分極電圧Ｖｄｃ２の設定値として第２Ｐ／Ｇスタット２１２に設定する。反応条件設定部２３１Ｂは、第３分極電圧Ｖｄｃ３を設定するための外部からの操作の入力を受け付け、入力された操作に基づく第３分極電圧設定値Ｓｄｃ３を第３分極電圧Ｖｄｃ３の設定値として第３Ｐ／Ｇスタット２１３に設定する。
【００６０】
解析実行部２３２は、データ記憶部２３２Ｂが記憶する判定参照データＤｍｓと、信号処理部２２３から取得する各電荷移動抵抗Ｒｃｔ１，Ｒｃｔ２，Ｒｃｔ３とを用いて、測定対象液の属性を特定する。測定対象液の属性は、例えば、生体物質の種類や生体物質の濃度などである。なお、本実施形態における測定対象液の属性は、第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１、第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２、および、第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３から得られる生体物質の濃度である。
【００６１】
判定参照データＤｍｓは、測定対象液の属性と、その測定対象液の複素インピーダンスから得られる情報との相関関係を示すデータである。判定参照データＤｍｓは、例えば、測定対象液の属性の一例として、第１の生体物質の濃度、第２の生体物質の濃度、および、第３の生体物質の濃度を含む。また、判定参照データＤｍｓは、例えば、複素インピーダンスから得られる情報として、上述した電荷移動抵抗Ｒｃｔを含む。
【００６２】
例えば、判定参照データＤｍｓは、第１の生体成分の濃度と第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１とを対応付けたマップや、第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１を入力値として第１の生体成分の濃度を出力する関係式を示すデータである。また、判定参照データＤｍｓは、例えば、第２の生体成分の濃度と第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２とを対応付けたマップや、第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２を入力値として第２の生体成分の濃度を出力する関係式を示すデータである。また、判定参照データＤｍｓは、例えば、第３の生体成分の濃度と第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３とを対応付けたマップや、第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３を入力値として第３の生体成分の濃度を出力する関係式を示すデータである。
【００６３】
解析実行部２３２は、第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１に関わる判定参照データＤｍｓに、測定結果である第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１を適用することによって、第１の生体成分の濃度を演算する。また、解析実行部２３２は、第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２に関わる判定参照データＤｍｓに、測定結果である第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２を適用することによって、第２の生体成分の濃度を演算する。また、解析実行部２３２は、第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３に関わる判定参照データＤｍｓに、測定結果である第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３を適用することによって、第３の生体成分の濃度を演算する。そして、解析実行部２３２は、これら第１の生体成分の濃度、第２の生体成分の濃度、および、第３の生体成分の濃度を出力する。
【００６４】
［判定参照データ］
図３が示すように、判定参照データＤｍｓは、生体物質の濃度に対して電荷移動抵抗Ｒｃｔを対応付ける。判定参照データＤｍｓは、インピーダンス測定システムによって以下のように生成する。
【００６５】
例えば、第１の生体物質が第１濃度ＣＯＮａであるように調整された試験液をセンサー１０に供給し、信号処理部２２３による演算の結果である第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１を、第１判定用データＲａとして解析実行部２３２が取得する。図３における左上側のグラフは、信号処理部２２３による演算の結果である複素データＤｒｉの一例であって、第１の生体物質が第１濃度ＣＯＮａであるときのコールコールプロットである。コールコールプロットは、反応系の等価回路によって異なる形状を示し、例えば、実数軸上に中心を持つ半円を描くと共に、実数軸上における切片間の間隔が電荷移動抵抗を示す。
【００６６】
また、第１の生体物質が第２濃度ＣＯＮｂであるように調整された試験液をセンサー１０に供給し、信号処理部２２３による演算の結果である第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１を、第２判定用データＲｂとして解析実行部２３２が取得する。図３における中央上側のグラフは、信号処理部２２３による演算の結果である複素データＤｒｉの一例であって、第１の生体物質が第２濃度ＣＯＮｂであるときのコールコールプロットである。
【００６７】
さらに、第１の生体物質が第３濃度ＣＯＮｃであるように調整された試験液をセンサー１０に供給し、信号処理部２２３による演算の結果である第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１を、第３判定用データＲｃとして解析実行部２３２が取得する。図３における右下のグラフは、信号処理部２２３による演算の結果である複素データＤｒｉの一例であって、第１の生体物質が第３濃度ＣＯＮｃであるときのコールコールプロットである。
【００６８】
そして、解析実行部２３２は、第１濃度ＣＯＮａ、第２濃度ＣＯＮｂ、第３濃度ＣＯＮｃ、第１判定用データＲａ、第２判定用データＲｂ、および、第３判定用データＲｃを用いた多変量解析などを行う。それによって、第１の生体物質の濃度と第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１との相関関係を示したデータとして、第１の生体物質に関する判定参照データＤｍｓを生成する。
【００６９】
なお、解析実行部２３２は、第１の生体物質に関する判定参照データＤｍｓと同様に、第２の生体物質に関する判定参照データＤｍｓを、第２測定素子ＭＰ２による測定の結果を用いて生成する。また、解析実行部２３２は、第１の生体物質に関する判定参照データＤｍｓと同様に、第３の生体物質に関する判定参照データＤｍｓを、第３測定素子ＭＰ３による測定の結果を用いて生成する。
【００７０】
［インピーダンス測定方法］
次に、上述したインピーダンス測定システムを用いたインピーダンス測定方法の一例として、第１の生体物質、第２の生体物質、および、第３の生体物質を検出し、これらの濃度を測定する例を以下に説明する。
【００７１】
図４が示すように、まず、コントローラー２３は、コントローラー２３に入力された設定範囲Ｓｗを用いて掃引範囲ＷｆをＦＲＡユニット２２に設定すると共に、コントローラー２３に入力された設定ステップＳｐを用いて掃引ステップＰｆをＦＲＡユニット２２に設定する（ステップＳ１１）。
【００７２】
次に、コントローラー２３は、第１の生体物質を検出するための第１分極電圧設定値Ｓｄｃ１を用いて、第１分極電圧Ｖｄｃ１を第１Ｐ／Ｇスタット２１１に設定する。また、コントローラー２３は、第２の生体物質を検出するための第２分極電圧設定値Ｓｄｃ２を用いて、第２分極電圧Ｖｄｃ２を第２Ｐ／Ｇスタット２１２に設定する。また、コントローラー２３は、第３の生体物質を検出するための第３分極電圧設定値Ｓｄｃ３を用いて、第３分極電圧Ｖｄｃ３を第３Ｐ／Ｇスタット２１３に設定する（ステップＳ１２）。
【００７３】
次に、検出対象液がセンサー１０に供給され、各作用電極ＷＥと生体物質との間の状態が平衡状態となる時間が経過すると、測定を開始するための操作の入力が外部から行われる。この操作をコントローラー２３が受けると、コントローラー２３は、ＦＲＡユニット２２、および、各Ｐ／Ｇスタット２１に、測定を開始させるための制御信号を入力する。
【００７４】
ＦＲＡユニット２２は、コントローラー２３からの制御信号が入力されると、初回の周波数で正弦波交流電圧Ｖｓｗを生成し、生成された正弦波交流電圧Ｖｓｗを各Ｐ／Ｇスタット２１１，２１２，２１３に入力する。
【００７５】
第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、コントローラーからの制御信号が入力されると、第１分極電圧Ｖｄｃ１に正弦波交流電圧Ｖｓｗを重畳させた作動電圧を第１測定素子ＭＰ１に印加する。また、第１Ｐ／Ｇスタット２１１は、第１作用電極ＷＥ１と第１対極ＣＥ１との間に流れる電流である第１応答電流ＳＩ１をＦＲＡユニット２２に入力する。
【００７６】
第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、コントローラーからの制御信号が入力されると、第２分極電圧Ｖｄｃ２に正弦波交流電圧Ｖｓｗを重畳させた作動電圧を第２測定素子ＭＰ２に印加する。第２Ｐ／Ｇスタット２１２は、第２作用電極ＷＥ２と第２対極ＣＥ２との間に流れる電流である第２応答電流ＳＩ２をＦＲＡユニット２２に入力する。
【００７７】
第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、コントローラーからの制御信号が入力されると、第３分極電圧Ｖｄｃ３に正弦波交流電圧Ｖｓｗを重畳させた作動電圧を第３測定素子ＭＰ３に印加する。第３Ｐ／Ｇスタット２１３は、第３作用電極ＷＥ３と第３対極ＣＥ３との間に流れる電流である第３応答電流ＳＩ３をＦＲＡユニット２２に入力する（ステップＳ１３）。
【００７８】
次に、信号処理部２２３は、正弦波交流電圧Ｖｓｗにおける振幅と位相とに対して、第１応答電流ＳＩ１の変化、第２応答電流ＳＩ２の変化、および、第３応答電流ＳＩ３の変化を演算する。そして、信号処理部２２３は、各演算の結果から、第１測定素子ＭＰ１が進行させる反応系、第２測定素子ＭＰ２が進行させる反応系、および、第３測定素子ＭＰ３が進行させる反応系の各々で、複素インピーダンスにおける実数成分と虚数成分とを演算し、それによって、３つの複素データＤｒｉを生成する（ステップＳ１４）。ＦＲＡユニット２２は、正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引範囲Ｗｆの全体にわたり掃引ステップＰｆで段階的に変更されるまで、これら各作動電圧の印加と伝達応答の解析とを繰り返す（ステップＳ１３からステップＳ１５）。
【００７９】
次に、正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引範囲Ｗｆの全体にわたり掃引ステップＰｆで段階的に変更されると、ＦＲＡユニット２２は、３つの複素データＤｒｉを参照して各電荷移動抵抗Ｒｃｔを演算し、演算結果である各電荷移動抵抗Ｒｃｔをコントローラー２３に出力する（ステップＳ１６）。
【００８０】
コントローラー２３は、各電荷移動抵抗ＲｃｔをＦＲＡユニット２２から取得し、第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１に関わる判定参照データＤｍｓに第１電荷移動抵抗Ｒｃｔ１を適用することによって、第１の生体成分の濃度を演算する。また、コントローラー２３は、第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２に関わる判定参照データＤｍｓに第２電荷移動抵抗Ｒｃｔ２を適用することによって、第２の生体成分の濃度を演算する。また、解析実行部２３２は、第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３に関わる判定参照データＤｍｓに第３電荷移動抵抗Ｒｃｔ３を適用することによって、第３の生体成分の濃度を演算する（ステップＳ１７）。
【００８１】
第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）検出対象液が有するインピーダンスの測定を１回の掃引によって複数の測定素子ＭＰで行うことが可能である。それゆえに、検出対象液が有するインピーダンスの測定ごとに行われる試料の調整や、検出対象液が有するインピーダンスの測定ごとに行われるセンサーの調整や変更などの負荷を軽減することができる。
【００８２】
（２）各作用電極ＷＥには、相互に異なる種類のプローブ分子が固定されるため、各々が相互に異なる種類である生体物質の濃度などの情報が、１つのセンサー１０による１回の掃引によって得られる。
【００８３】
（３）第１の生体物質を検出することに適した直流成分を有する作動電圧を第１Ｐ／Ｇスタット２１１が第１測定素子ＭＰ１に個別に印加できるため、第１の生体物質の検出に適した条件での測定を行うことが可能である。
【００８４】
（４）第２の生体物質を検出することに適した直流成分を有する作動電圧を第２Ｐ／Ｇスタット２１２が第２測定素子ＭＰ２に個別に印加できるため、第１の生体物質を検出できる環境のなかで、第２の生体物質の検出に適した条件での測定を行うことが可能である。
【００８５】
（５）第３の生体物質を検出することに適した直流成分を有する作動電圧を第３Ｐ／Ｇスタット２１３が第３測定素子ＭＰ３に個別に印加できるため、複数の他の生体物質を検出できる環境のなかで、第３の生体物質の検出に適した条件での測定を行うことが可能である。
【００８６】
（６）検出対象液が有するインピーダンスの測定を１回の掃引によって複数の測定素子ＭＰで行うことが可能であるから、複数回の掃引によって検出対象液の状態が経時的に変わることによる測定精度の低下が抑えられる。また、測定素子ＭＰの表面状態が経時的に変わることによる測定精度の低下も抑えられる。さらに、測定時間を短縮すること、測定に必要とされる検出対象液量を低減することも可能である。
【００８７】
［第２実施形態］
図５から図１０を参照して第２実施形態におけるインピーダンス測定システム、および、インピーダンス測定方法を説明する。第２実施形態では、１つのパラメータである酸化還元電位の検出に複数の測定素子ＭＰを用いる例について説明する。なお、第２実施形態では、センサー１０の備える測定素子ＭＰの個数がｎ個（ｎは５以上の整数）である例を示す。
【００８８】
図５が示すように、インピーダンス測定システムが備えるセンサー１０は、基板１１が備える電極面１１Ｓに位置するｎ個の測定素子ＭＰと、１つの参照電極ＲＥとを備える。ｎ個の測定素子ＭＰと参照電極ＲＥとは、電極面１１Ｓの全体に供給された試験液に対して同時に接触する。ｎ個の測定素子ＭＰは、例えば、１つの方向である配列方向に並ぶ。なお、本実施形態における試験液は、測定対象液の一例である。
【００８９】
ｎ個の測定素子ＭＰは、各Ｐ／Ｇスタット２１に１つずつ接続される。すなわち、第１測定素子ＭＰ１は、第１Ｐ／Ｇスタット２１１に接続され、第ｋ測定素子ＭＰｋは、第ｋＰ／Ｇスタット２１ｋに接続され（ｋは２以上ｎ以下の整数）、第ｎ測定素子ＭＰｎは、第ｎＰ／Ｇスタット２１ｎに接続される。ＦＲＡユニット２２は、各Ｐ／Ｇスタット２１に並列に接続され、コントローラー２３は、各Ｐ／Ｇスタット２１、および、ＦＲＡユニット２２に別々に接続される。
【００９０】
なお、第１実施形態と同じく、各Ｐ／Ｇスタット２１が各対極ＣＥに印加する重畳電圧Ｖｓｕｐ１，Ｖｓｕｐｋ，Ｖｓｕｐｎは、予め設定された直流定電圧である複数の分極電圧に、ＦＲＡユニット２２から入力された正弦波交流電圧Ｖｓｗを重畳した電圧である。複数の分極電圧は、各分極電圧設定値Ｓｄｃ１，Ｓｄｃｋ，Ｓｄｃｎに基づく値であって、相互に異なる大きさを有する。また、各Ｐ／Ｇスタット２１は、各作用電極ＷＥと対極ＣＥとの間に流れる電流を検出し、検出された電流である応答電流をＦＲＡユニット２２に入力する。また、各Ｐ／Ｇスタット２１は、ＦＲＡユニット２２から入力される正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引されるごとに、作用電極ＷＥと対極ＣＥとの間に流れる電流を応答電流としてＦＲＡユニット２２に入力する。
【００９１】
コントローラー２３は、各Ｐ／Ｇスタット２１が行う作動電圧の印加を制御するための信号や、各Ｐ／Ｇスタット２１が行う電流の検出を制御するための信号を、各Ｐ／Ｇスタット２１に入力する。コントローラー２３は、ＦＲＡユニット２２が行う正弦波交流電圧Ｖｓｗの出力を制御するための信号や、ＦＲＡユニット２２が行う信号の解析条件を設定するための信号を、ＦＲＡユニット２２に入力する。
【００９２】
すなわち、ＦＲＡユニット２２は、コントローラー２３からの入力による掃引範囲Ｗｆや掃引ステップＰｆなどの掃引条件に基づいて、正弦波交流電圧Ｖｓｗの生成と、その正弦波交流電圧Ｖｓｗの各Ｐ／Ｇスタット２１に対する一斉出力とを行う。ＦＲＡユニット２２は、正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数が掃引範囲Ｗｆであり、かつ、今回のステップと次回のステップとの間での周波数の差が掃引ステップＰｆであるように、正弦波交流電圧Ｖｓｗの周波数を段階的に変更する。
【００９３】
ＦＲＡユニット２２には、各回のステップでの第１応答電流ＳＩ１、第ｋ応答電流ＳＩｋ、および、第ｎ応答電流ＳＩｎが、各Ｐ／Ｇスタット２１から入力される。ＦＲＡユニット２２は、各ステップでの正弦波交流電圧Ｖｓｗにおける振幅と位相とに対して、各ステップでの第１応答電流ＳＩ１の変化、第ｋ応答電流ＳＩｋの変化、および、第ｎ応答電流ＳＩｎの変化を演算する。そして、ＦＲＡユニット２２は、各演算の結果から、第１測定素子ＭＰ１が進行させる反応系、第ｋ測定素子ＭＰｋが進行させる反応系、および、第ｎ測定素子ＭＰｎが進行させる反応系の各々で、複素インピーダンスにおける実数成分と虚数成分とを演算する。ＦＲＡユニット２２は、掃引範囲Ｗｆの全体にわたる周波数の掃引が終了すると、各周波数での実数成分と虚数成分とを測定素子ＭＰごとのインピーダンスデータＰｒｉとして記憶する。
【００９４】
コントローラー２３の解析実行部２３２は、演算実行部２３２Ａが実行した処理の結果を表示する解析出力部２３２Ｃを備える。解析実行部２３２は、各測定素子ＭＰのインピーダンスデータＰｒｉをＦＲＡユニット２２から取得し、インピーダンスデータＰｒｉを用いて各電荷移動抵抗Ｒｃｔ１，Ｒｃｔｋ，Ｒｃｔｎを演算する。解析出力部２３２Ｃは、インピーダンスデータＰｒｉを用いたコールコールプロットＣＣを測定素子ＭＰに対して１つずつ表示する。
【００９５】
［インピーダンス測定方法］
次に、上述したインピーダンス測定システムを用いたインピーダンス測定方法の一例を説明する。なお、以下では、生体物質の酸化還元電位を複数の測定素子ＭＰを用いて測定する例を説明する。
【００９６】
図６が示すように、検出条件を設定するための工程に先駈けて、各々の試験液において生体物質の濃度が相互に異なる例えば４種類の試験液が準備される。各試験液のなかで、第１試験液は、生体物質の濃度が相対的に低く、かつ、第１酸化還元活性マーカーＭ１と第２酸化還元活性マーカーＭ２とを含む。第２試験液は、生体物質の濃度が相対的に高く、かつ、第１酸化還元活性マーカーＭ１のみを含む。第３試験液は、生体物質の濃度が相対的に高く、かつ、第２酸化還元活性マーカーＭ２のみを含む。第４試験液は、生体物質の濃度が相対的に高く、かつ、第１酸化還元活性マーカーＭ１と第２酸化還元活性マーカーＭ２とを含む。
【００９７】
ｎ個の作用電極ＷＥには、共通する種類のプローブ分子が固定されている。コントローラー２３は、測定素子ＭＰごとに異なる分極電圧Ｖｄｃであって、測定素子ＭＰの並びの順に大きくなる分極電圧Ｖｄｃを設定する。すなわち、コントローラー２３は、第１測定素子ＭＰ１の分極電圧である第１分極電圧Ｖｄｃ１として、初期値ａ（ｍＶ）を設定する。また、第ｋ−１測定素子ＭＰｋ−１、第ｋ測定素子ＭＰｋ、および、第ｋ＋１測定素子ＭＰｋ＋１の各分極電圧として、初期値ａ＋（ｋ-２）・ステップ幅ｂ（ｍＶ）、初期値ａ＋（ｋ−１）・ステップ幅ｂ（ｍＶ）、および、初期値ａ＋ｋ・ステップ幅ｂ（ｍＶ）を設定する。そして、第ｎ測定素子ＭＰｎの分極電圧として、初期値ａ＋（ｎ-１）・ステップ幅ｂ（ｍＶ）を設定する。
【００９８】
次に、上記各試験液が有するインピーダンスの測定から得られる情報の一例として、各インピーダンスデータＰｒｉから得られるコールコールプロットＣＣを説明する。図７は、第１試験液が有するインピーダンスの測定から得られる情報を太線で示し、図８は、第２試験液が有するインピーダンスの測定から得られる情報を太線で示す。図９は、第３試験液が有するインピーダンスの測定から得られる情報を太線で示し、図１０は、第４試験液が有するインピーダンスの測定から得られる情報を太線で示す。
【００９９】
図７の太実線が示すように、生体物質が低濃度であり、かつ、２種類の酸化還元活性マーカーＭ１，Ｍ２を組み合わせた第１試験液では、生体物質が低濃度であるため、電荷移動抵抗Ｒｃｔの値は大きく、分極電圧Ｖｄｃによる依存性も認められない。すなわち、第１測定素子ＭＰ１，第ｋ測定素子ＭＰｋ，第ｎ測定素子ＭＰｎに対応するコールコールプロットＣＣ１，ＣＣｋ，ＣＣｎは、試料液のなかの電荷移動に起因した半円を有さず、生体物質を検出するための下限の濃度が、第１試験液の濃度以上であることを示す。なお、図７の一点鎖線は、第２試験液、第３試験液、および、第４試験液のいずれかで得られたコールコールプロットを示す。
【０１００】
図８の破線が示すように、生体物質が高濃度であり、かつ、第１酸化還元活性マーカーＭ１を含む第２試験液では、第１測定素子ＭＰ１に対応するコールコールプロットＣＣ１、および、第ｋ測定素子ＭＰｋに対応するコールコールプロットＣＣｋが、電荷移動に起因した大きい半円を有する。そして、図８の実線が示すように、第ｋ−１測定素子ＭＰｋ−１に対応するコールコールプロットＣＣｋ−１が最も小さいサークルを描く。
【０１０１】
こうした結果から、第ｋ−１測定素子ＭＰｋ−１の印加する重畳電圧Ｖｓｕｐの直流成分である第ｋ−１分極電圧が、第２試験液における酸化還元電圧の付近であると推定される。なお、図８の一点鎖線は、第ｋ＋１測定素子ＭＰｋ−１、および、第ｎ測定素子ＭＰｎに対応するコールコールプロットＣＣｋ＋１，ＣＣｎを示す。
【０１０２】
図９の破線が示すように、生体物質が高濃度であり、かつ、第２酸化還元活性マーカーＭ２を含む第３試験液では、第ｋ測定素子ＭＰｋに対応するコールコールプロットＣＣｋ、および、第ｎ測定素子ＭＰｎに対応するコールコールプロットＣＣｎが、電荷移動に起因した大きい半円を有する。そして、図９の実線が示すように、第ｋ＋１測定素子ＭＰｋ＋１に対応するコールコールプロットＣＣｋ＋１が最も小さいサークルを描く。
【０１０３】
こうした結果から、第ｋ＋１測定素子ＭＰｋ＋１の印加する重畳電圧Ｖｓｕｐの直流成分、すなわち、第ｋ＋１分極電圧が、第３試験液における酸化還元電圧の付近であると推定される。なお、図９の一点鎖線は、第１測定素子ＭＰ１、および、第ｋ−１測定素子ＭＰｋ−１に対応するコールコールプロットＣＣ１，ＣＣｋ−１を示す。
【０１０４】
図１０の一点鎖線が示すように、生体物質が高濃度であり、かつ、第１酸化還元活性マーカーＭ１、および、第２酸化還元活性マーカーＭ２を含む第３試験液では、第１測定素子ＭＰ１、および、第ｎ測定素子ＭＰｎに対応するコールコールプロットＣＣ１，ＣＣｎが、電荷移動に起因した大きい半円を有する。そして、図１０の実線が示すように、第ｋ測定素子ＭＰｋに対応するコールコールプロットＣＣｋが最も小さいサークルを描く。
【０１０５】
こうした結果から、第ｋ測定素子ＭＰｋの印加する重畳電圧Ｖｓｕｐの直流成分、すなわち、第ｋ分極電圧が、第４試験液における酸化還元電圧の付近であると推定される。なお、図１０の破線は、第ｋ−１測定素子ＭＰｋ−１、および、第ｋ＋１測定素子ＭＰｋ＋１に対応するコールコールプロットＣＣｋ−１，ＣＣｋ＋１を示す。
第２実施形態によれば、第１実施形態で得られる効果に比べて、以下のような効果を得ることができる。
【０１０６】
（１）酸化還元電位を測定するための複数回のインピーダンス測定を１回の掃引によって行うことが可能である。それゆえに、酸化還元電位を測定するための試料の調整や条件の変更などの負荷を軽減することができる。
【０１０７】
（２）作動電圧をステップ幅で順に変更することによって各応答電流ＳＩ１，ＳＩｋ，ＳＩｎを得るシーケンシャルな方法と比べて、測定期間において、測定対象液の状態が経時的に変わることや、各測定素子の表面状態が経時的に変わることを押さえることが可能である。
【０１０８】
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［測定処理部］
・測定処理部２０が備えるＦＲＡユニット２２を高速フーリエ変換ユニット（Fast Fourier Transform（ＦＦＴ）ユニット）に変更してもよい。なお、ＦＲＡユニット２２であれば、単一の正弦波ごとにインピーダンスの演算が可能であるから、測定時間の高速化と測定結果の高精度化とを図るうえでＦＦＴユニットよりも優れている。
【０１０９】
・測定処理部２０が各応答電流から演算する結果は、各周波数の複素インピーダンスから得られる情報であればよく、電荷移動抵抗Ｒｃｔ以外であってもよく、例えば、コールコールプロットにおける半円の頂点座標であってもよい。
【０１１０】
・判定参照データＤｍｓは、インピーダンスから得られる値を、測定対象液の属性に対応付けたデータであればよく、例えば、他のインピーダンス測定システムによって生成されたデータであってもよいし、インピーダンス測定システムとは異なる装置を用いて予め生成されたデータであってもよい。
【０１１１】
・判定参照データＤｍｓは、電荷移動抵抗Ｒｃｔと物質の種類とを対応付けたデータであってもよいし、電荷移動抵抗Ｒｃｔと特定の物質の有無とを対応付けたデータであってもよい。
【０１１２】
・測定処理部２０が伝達応答の演算に用いる伝達応答関数は、単純な半円を描く関数に限らず、複数の半円をコールコールプロットとして描く関数や、複数の半円が重畳した形状をコールコールプロットとして描く関数であってもよい。また、測定処理部２０が伝達応答の演算に用いる伝達応答関数は、測定対象液の抵抗と容量、電極と測定対象液との界面における抵抗と容量とを加味した関数であってもよい。そして、こうした関数がコントローラー２３から信号処理部２２３に設定される構成であってもよい。
【０１１３】
・各分極電圧が相互に等しい大きさを有してもよく、こうした分極電圧の設定であれば、１つの測定結果に対する再現性を得るうえで、測定対象液の使用量を低減させること、また、測定時間を短縮させることが可能でもある。
［測定素子］
【０１１４】
・作用電極ＷＥに固定されたプローブ分子は、全ての作用電極ＷＥにおいて共通する分子であってもよい。この際、測定処理部２０は、複数の測定素子ＭＰから入力される電流から、特定の種類の生体物質が関わる反応系のインピーダンスを演算する。こうした電極の構成であれば、特定の種類の生体物質が関わる反応系の演算結果に対する再現性の確認が、１つのセンサーを用いた１度の掃引によって行われる。
【０１１５】
・作用電極ＷＥの表面にプローブ分子が固定されていない構成であってもよい。また、作用電極ＷＥの表面構造が作用電極ＷＥごとに異なる構成であってもよいし、作用電極ＷＥの表面を構成する元素やその組成が作用電極ごとに異なる構成であってもよい。
【０１１６】
・測定素子が備える電極は、参照電極、作用電極、および、対極に限らず、例えば、作用電極と対極とから構成される２極であってもよいし、参照電極を２つ備える４極であってもよく、測定対象液の応答電流を測定処理部２０に入力可能とした電極の構成であればよい。
・測定対象液は、生体物質を含む検出対象液に限らず、工業的に生成された物質や環境中に存在する物質などの各種物質を含む液体であってもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
ＣＣ，ＣＣ１，ＣＣｋ−１，ＣＣｋ，ＣＣｋ＋１，ＣＣｎ…コールコールプロット、ＣＤ１…第１対極端子、ＣＤ２…第２対極端子、ＣＤ３…第３対極端子、ＣＥ１…第１対極、ＣＥ２…第２対極、ＣＥ３…第３対極、ＣＥ…対極、ＣＬ１…第１対極引出線、ＣＬ２…第２対極引出線、ＣＬ３…第３対極引出線、Ｄｍｓ…判定参照データ、Ｄｒｉ…複素データ、Ｍ１，Ｍ２…酸化還元活性マーカー、ＭＰ…測定素子、ＲＤ…参照端子、ＲＥ…参照電極、ＲＬ…参照引出線、ＷＥ…作用電極、Ｗｆ…掃引範囲、ＭＰ１…第１測定素子、ＭＰ２…第２測定素子、ＭＰ３…第３測定素子、ＭＰｋ…第ｋ測定素子、ＭＰｎ…第ｎ測定素子、Ｐｒｉ…インピーダンスデータ、Ｒｃｔ…電荷移動抵抗、ＳＩ１…第１応答電流、ＳＩ２…第２応答電流、ＳＩ３…第３応答電流、ＳＩｋ…第ｋ応答電流、ＳＩｎ…第ｎ応答電流、Ｖｄｃ…分極電圧、Ｖｓｗ…正弦波交流電圧、ＷＤ１…第１作用端子、ＷＤ２…第２作用端子、ＷＤ３…第３作用端子、ＷＥ１…第１作用電極、ＷＥ２…第２作用電極、ＷＥ３…第３作用電極、ＷＬ１…第１作用引出線、ＷＬ２…第２作用引出線、ＷＬ３…第３作用引出線、ＣＯＮａ…第１濃度、ＣＯＮｂ…第２濃度、ＣＯＮｃ…第３濃度、Ｒｃｔ１…第１電荷移動抵抗、Ｒｃｔ２…第２電荷移動抵抗、Ｒｃｔ３…第３電荷移動抵抗、Ｒｃｔｋ…第ｋ電荷移動抵抗、Ｒｃｔｎ…第ｎ電荷移動抵抗、Ｓｄｃ１…第１分極電圧設定値、Ｓｄｃ２…第２分極電圧設定値、Ｓｄｃ３…第３分極電圧設定値、Ｖｄｃ１…第１分極電圧、Ｖｄｃ２…第２分極電圧、Ｖｄｃ３…第３分極電圧、Ｖｓｕｐ１，Ｖｓｕｐ２，Ｖｓｕｐ３，Ｖｓｕｐｋ，Ｖｓｕｐｎ…重畳電圧、１０…、１１…基板、１１Ｓ…電極面、２０…測定処理部、２１…ポテンショガルバノスタット（Ｐ／Ｇスタット）、２１ｋ…第ｋＰ／Ｇスタット、２１ｎ…第ｎＰ／Ｇスタット，２２…周波数応答解析ユニット（ＦＲＡユニット）、３０…コントローラー、２１１…第１Ｐ／Ｇスタット、２１２…第２Ｐ／Ｇスタット、２１２…第２Ｐ／Ｇスタット、２１１Ｆ…第１デジタル処理部、２１２Ｆ…第２デジタル処理部、２１３…第３Ｐ／Ｇスタット、２１３Ｆ…第３デジタル処理部、２２１…発振部、２２２…掃引部、２２３…信号処理部、２３１…設定処理部、２３１Ａ…掃引条件設定部、２３１Ｂ…反応条件設定部、２３２…解析実行部、２３２Ａ…演算実行部、２３２Ｂ…データ記憶部、２３２Ｃ…解析出力部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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