(57)【要約】【課題】生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定の結果におけるばらつきを抑えることを可能とした電気化学測定装置、および、電気化学測定方法を提供する。【解決手段】測定処理部ＭＴは、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を誘電泳動させるための信号を各誘電泳動電極ＰＧへ入力して、測定電極ＷＧを用いた液に関する電気化学的な測定を準備する準備状態と、準備状態から、各誘電泳動電極ＰＧへの前記信号の入力を停止して、測定電極ＷＧを用いた液に関する電気化学的な測定を開始する測定状態とを備える。【選択図】図５
2017111044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体高分子を含む液が入る泳動槽と、
前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極と、
前記泳動槽内に位置すると共に前記誘電泳動電極から離れた測定電極と、
前記各誘電泳動電極と前記測定電極とに接続する測定処理部とを備え、
測定処理部は、
特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を準備する準備状態と、
前記準備状態から、前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始する測定状態とを備える
電気化学測定装置。
【請求項２】
前記測定処理部は、前記測定状態において、前記液に関する電気化学的な特性を前記測定電極から取得するための信号を、前記複数の誘電泳動電極の少なくとも１つに入力する
請求項１に記載の電気化学測定装置。
【請求項３】
前記複数の誘電泳動電極は、相互に対向する一対の誘電泳動電極を含み、
前記測定電極は、前記一対の誘電泳動電極の間に位置する
請求項１または２に記載の電気化学測定装置。
【請求項４】
前記泳動槽は、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを備え、前記第１面と前記第２面との間に前記液が入る隙間をさらに備え、
前記特定の誘電泳動電極は、前記第１面に位置し、
前記測定電極は、前記第２面に位置する
請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学測定装置。
【請求項５】
前記第２面は、前記測定電極とは異なる位置で前記隙間へ連通する孔を備え、
前記泳動槽は、前記第１面と前記第２面とに挟まれたスペーサを備え、前記隙間と前記泳動槽の外部とを連通する空隙部を前記スペーサが画定し、
前記第２面と対向する方向から見て、前記複数の誘電泳動電極は、前記孔から前記空隙部へ向けて並ぶ
請求項４に記載の電気化学測定装置。
【請求項６】
前記測定処理部は、前記特定の誘電泳動電極に向けた誘電泳動が実行されたか否かを前記泳動槽内に位置する液に関する電気的特性の結果から判定する判定部をさらに備え、前記誘電泳動が実行されたことを前記判定部が判定したとき、前記準備状態から前記測定状態へ遷移する
請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学測定装置。
【請求項７】
前記複数の誘電泳動電極は、第１誘電泳動電極と第２誘電泳動電極とを含み、
前記第１誘電泳動電極の大きさは、前記第２誘電泳動電極よりも大きく、
前記測定電極は、前記第１誘電泳動電極と前記第２誘電泳動電極との間に位置する
請求項１から６のいずれか一項に記載の電気化学測定装置。
【請求項８】
測定処理部が、
生体高分子を含む液が入る泳動槽において、
前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極のなかの特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記泳動槽内において前記誘電泳動電極から離れて位置する測定電極を用いた前記液に関する電気化学的な測定を準備することと、
前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始することとを含む
電気化学測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定を行う電気化学測定装置、および、電気化学測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自身の健康状態を調べるための各種のセンサーは、それの汎用性を高められている。例えば、糖尿病患者の間で利用されているグルコースセンサーは、個人が家庭で容易に測定できる程度にまで、それの汎用性が高められている。こうしたグルコースセンサーには、測定の感度を高めることを目的として、各種の酵素が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【０００３】
一方、測定の感度を高めることを妨げる要因には、タンパク質などの生体高分子がセンサー部に非特異的に吸着し、この非特異的な吸着がセンサー部へのグルコースの移動を妨げることも知られている。そこで、カルボキシルメチルセルロースに代表される親水性高分子をセンサー部が備え、生体高分子がセンサー部に非特異的に吸着することを抑える技術も提案されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８‐３２７５８０号公報
【特許文献２】特開２０１１‐５０３００号公報
【特許文献３】特開２０１５‐３４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、親水性高分子をセンサー部が備える技術は、生体高分子をセンサー部上に浮遊させることに留まるため、センサー部上に浮遊する生体高分子は、グルコースの円滑な移動を依然として妨げ、その妨げの度合いに起因して、測定の結果にばらつきを来している。なお、生体高分子の吸着や浮遊による上述した課題は、グルコースセンサーに限らず、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定を行う電気化学測定装置において共通する。
【０００６】
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、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定の結果におけるばらつきを抑えることを可能とした電気化学測定装置、および、電気化学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】
【０００７】
上記課題を解決するための電気化学測定装置は、生体高分子を含む液が入る泳動槽と、前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極と、前記泳動槽内に位置すると共に前記誘電泳動電極から離れた測定電極と、前記各誘電泳動電極と前記測定電極とに接続する測定処理部とを備える。そして、測定処理部は、特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を準備する準備状態と、前記準備状態から、前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始する測定状態とを備える。
【０００８】
上記課題を解決するための電気化学測定方法は、測定処理部が、生体高分子を含む液が入る泳動槽において、前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極のなかの特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記泳動槽内において前記誘電泳動電極から離れて位置する測定電極を用いた前記液に関する電気化学的な測定を準備することと、前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始することとを含む。
【０００９】
上記装置、および、方法によれば、液に関する電気化学的な測定に先駆けて、特定の誘電泳動電極に向けて生体高分子が誘電泳動する。測定電極と誘電泳動電極とが離れているため、特定の誘電泳動電極に向けて誘電泳動する生体高分子は、測定電極から離れるように移動する。結果として、測定電極に対する生体高分子の吸着や、測定電極の近傍における生体高分子の浮遊が抑えられる。それゆえに、液に関する電気化学的な測定の結果において、生体高分子の介在に起因した結果のばらつきを抑えることが可能となる。
【００１０】
上記電気化学測定装置において、前記測定処理部は、前記測定状態において、前記液に関する電気化学的な特性を前記測定電極から取得するための信号を、前記複数の誘電泳動電極の少なくとも１つに入力してもよい。
【００１１】
上記構成によれば、複数の誘電泳動電極の一部を測定電極に対する対極や測定電極に対する参照電極として機能させることが可能となるため、電気化学測定装置における電極の構成を簡素にすることが可能ともなる。
【００１２】
上記電気化学測定装置において、前記複数の誘電泳動電極は、相互に対向する一対の誘電泳動電極を含み、前記測定電極は、前記一対の誘電泳動電極の間に位置してもよい。
【００１３】
上記構成によれば、一対の誘電泳動電極の間に測定電極が位置するため、測定電極の近傍に位置する生体高分子を測定電極の近傍から離すことの確実性を高めることが可能となる。
【００１４】
上記電気化学測定装置において、前記泳動槽は、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを備え、前記第１面と前記第２面との間に前記液が入る隙間をさらに備え、前記特定の誘電泳動電極は、前記第１面に位置し、前記測定電極は、前記第２面に位置してもよい。
【００１５】
上記構成によれば、特定の誘電泳動電極と測定電極とが相互に異なる面に位置するため、特定の誘電泳動電極に向けて誘電泳動する生体高分子を測定電極から遠ざけることの確実性を高めることが可能となる。
【００１６】
上記電気化学測定装置において、前記第２面は、前記測定電極とは異なる位置で前記隙間へ連通する孔を備え、前記泳動槽は、前記第１面と前記第２面とに挟まれたスペーサを備え、前記隙間と前記泳動槽の外部とを連通する空隙部を前記スペーサが画定し、前記第２面と対向する方向から見て、前記複数の誘電泳動電極は、前記孔から前記空隙部へ向けて並んでもよい。
【００１７】
上記構成によれば、孔から空隙部へ向けて並ぶ複数の誘電泳動電極が、孔を有する第２面とは異なる第１面に位置する。そのため、複数の誘電泳動電極を避けるように孔の位置を設計すること、すなわち、複数の誘電泳動電極が並ぶことによって孔の位置が受ける制約を軽減することが可能でもある。
【００１８】
上記電気化学測定装置において、前記測定処理部は、前記特定の誘電泳動電極に向けた誘電泳動が実行されたか否かを前記泳動槽内に位置する液に関する電気的特性の結果から判定する判定部をさらに備え、前記誘電泳動が実行されたことを前記判定部が判定したとき、前記準備状態から前記測定状態へ遷移してもよい。
【００１９】
上記構成によれば、誘電泳動が実行されたことを判定部が判定したときに、測定処理部が準備状態から測定状態へ遷移するため、誘電泳動が実行される前の測定状態への遷移が測定処理部において抑えられ、ひいては、液に関する電気化学的な測定の結果に対してそれの再現性や精度を高めることが可能でもある。
【００２０】
上記電気化学測定装置において、前記複数の誘電泳動電極は、第１誘電泳動電極と第２誘電泳動電極とを含み、前記第１誘電泳動電極の大きさは、前記第２誘電泳動電極よりも大きく、前記測定電極は、前記第１誘電泳動電極と前記第２誘電泳動電極との間に位置してもよい。
【００２１】
上記構成によれば、相互に異なる大きさを有した第１誘電泳動電極と第２誘電泳動電極との間に不均一な電場が形成され、それによって、生体高分子の誘電泳動が実現される。そして、これら２つの誘電泳動電極の間に測定電極が位置するため、測定電極に対する生体高分子の吸着や、測定電極の近傍における生体高分子の浮遊を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定の結果におけるばらつきを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電気化学測定装置の一実施形態において電気化学測定装置で誘起される誘電泳動の原理を示す原理図。
【図２】電気化学測定装置で誘起される正の誘電泳動の原理を示す原理図。
【図３】電気化学測定装置で誘起される負の誘電泳動の原理を示す原理図。
【図４】電気化学測定装置で進行波電圧が印加される誘電電極の構成を示す構成図。
【図５】電気化学測定装置の一例が備える測定処理部を機能的に示すブロック図。
【図６】電気化学測定装置の他の例が備える測定処理部を機能的に示すブロック図。
【図７】電気化学測定装置の他の例が備える測定処理部を機能的に示すブロック図。
【図８】電気化学測定装置が備える電気化学セルの一例を示す分解斜視図であって、酸化還元電流を測定する電気化学セルの例を示す図。
【図９】電気化学測定装置が備える電気化学セルの一例を示す平面図であって、酸化還元電流を測定する電気化学セルにて第１基板の図示が省略された図。
【図１０】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す分解斜視図であって、酸化還元電流を測定する電気化学セルの例を示す図。
【図１１】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す平面図であって、酸化還元電流を測定する電気化学セルにて第１基板の図示が省略された図。
【図１２】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す分解斜視図であって、交流インピーダンスを測定する電気化学セルの例を示す図。
【図１３】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す平面図であって、交流インピーダンスを測定する電気化学セルにて第１基板の図示が省略された図。
【図１４】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す分解斜視図であって、界面電位を測定する電気化学セルの例を示す図。
【図１５】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す平面図であって、界面電位を測定する電気化学セルにて第１基板の図示が省略された図。
【図１６】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す分解斜視図であって、進行波電圧を用いて誘電泳動する電気化学セルの例を示す図。
【図１７】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す平面図であって、進行波電圧を用いて誘電泳動する電気化学セルにて第１基板の図示が省略された図。
【図１８】電気化学測定装置が備える電気化学セルの他の例を示す平面図であって、複数の測定電極を備える電気化学セルにて第１基板の図示が省略された図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜図１７を参照して一実施形態における電気化学測定装置、および、電気化学測定方法について説明する。まず、誘電泳動の原理について説明し、次いで、電気化学測定装置の構成、電気化学測定方法における処理の流れ、および、電気化学セルの具体例について順に説明する。
【００２５】
［誘電泳動］
図１が示すように、誘電泳動は、溶媒Ｍ１のなかの不均一な電界に置かれた粒子Ｐ１が、その電界に従って移動する現象である。誘電泳動は、溶媒Ｍ１の比誘電率εｍと粒子Ｐ１の比誘電率εｐとの大小関係に従って、電界の強い方向へ粒子Ｐ１が移動する正の誘電泳動と、電界が弱い方向へ粒子が移動する負の誘電泳動とを含む。なお、図１では、粒子Ｐ１における電荷を説明する便宜上、溶媒Ｍ１における電荷の図示を省略する。
【００２６】
不均一な電界内に置かれた粒子Ｐ１と溶媒Ｍ１との界面には、誘電分極によって正および負の電荷ｑが誘起され、それによって、粒子Ｐ１において双極子モーメントＭＰが誘起される。粒子Ｐ１において、正電荷と負電荷とが距離ｄだけ離れているとき、粒子Ｐ１における双極子モーメントＭＰは、下記式１によって示される。なお、距離ｄは、負電荷から正電荷へ向かうベクトル量である。
【００２７】
不均一な電界を電界Ｅとし、その電界Ｅのなかに双極子が位置するとき、不均一な電界Ｅでは、距離ｄだけ離れた２点における電界Ｅの大きさが、電界Ｅ(ｒ)と電界Ｅ(ｒ＋ｄ)とであるため、双極子が電界Ｅから受ける外力ＦＥは、下記２式によって示される。そして、距離ｄが無視できるほど十分に小さいとき、粒子Ｐ１が受ける外力Ｆは、誘電泳動力ＦＤとして、下記式３によって表わされる。
ＭＰ＝ｑ・ｄ                                    ・・・式１
ＦＥ＝ｑ・Ｅ(ｒ＋ｄ)−ｑ・Ｅ(ｒ)                ・・・式２
ＦＤ＝ｑ・(ｄ・∇)Ｅ＝(ＭＰ・∇)Ｅ              ・・・式３
【００２８】
電界Ｅが交流電界Ｅａｃであるとき、上記粒子Ｐ１に作用する誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞は、下記式４によって示される。式４におけるＥａｃ＊は、交流電界Ｅａｃの複素共役を示し、式４における実部Ｒｅは複素数の実成分を示す。また、粒子Ｐ１が半径ａを有する均一な球状粒子であるとき、誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞は、下記式５によって示される。式５における誘電率ε０は、真空の誘電率であり、比誘電率εｍは、溶媒の比誘電率であり、実効値Ｅｒｍｓは、交流電界Ｅａｃの実効値である。係数ｆＣＭは、Clausius-Mossotti Factorであり、粒子Ｐ１の複素誘電率εｐと溶媒Ｍ１の複素誘電率εｍを用いて下記式６で示される。そして、式５が示すように、誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞の大きさは、粒子Ｐ１の体積が大きいほど大きく、溶媒Ｍ１の比誘電率εｍが大きいほど大きく、電界Ｅａｃの実効値Ｅｒｍｓが大きいほど大きい。
＜ＦＤ＞＝１／２(Ｒｅ[(ＭＰ・∇)Ｅａｃ＊])        ・・・式４
＜ＦＤ＞＝２πａ３ε０εｍＲｅ[ｆＣＭ]∇｜Ｅｒｍｓ|２ ・・・式５
ｆＣＭ＝(εｐ−εｍ)/(εｐ＋２εｍ)                 ・・・式６
なお、式５が示すように、誘電泳動力ＦＤの方向は、係数ｆＣＭの符号によって定まる。
【００２９】
例えば、図２が示すように、粒子Ｐ１が溶媒Ｍ１よりも分極しやすい場合、すなわち、複素誘電率εｐ＞複素誘電率εｍの関係が満たされる場合、実部Ｒｅ[ｆＣＭ]＞０の関係が満たされる場のなかに粒子Ｐ１は置かれ、交流電界Ｅａｃの強度が大きい方に向けて、粒子Ｐ１は移動する。結果として、粒子Ｐ１が溶媒Ｍ１よりも分極しやすい場合、粒子Ｐ１において正の誘電泳動が誘起される。
【００３０】
反対に、図３が示すように、溶媒Ｍ１が粒子Ｐ１よりも分極しやすい場合、すなわち、複素誘電率εｐ＜複素誘電率εｍの関係が満たされる場合、実部Ｒｅ[ｆＣＭ]＜０の関係が満たされる場のなかに粒子Ｐ１は置かれ、交流電界Ｅａｃの強度が小さい方に向けて、粒子Ｐ１は移動する。結果として、溶媒Ｍ１が粒子Ｐ１よりも分極しやすい場合、粒子Ｐ１において負の誘電泳動が誘起される。
【００３１】
［交流電界Ｅａｃ］
誘導泳動を誘起させる不均一な電界は、相互に大きさが異なる一対の電極間に交流電圧が印加されることによって形成される。例えば、図３が示すように、相対的に大きい電極ＥＰＬから相対的に小さい電極ＥＰＳに至る電気力線の密度は、相対的に小さい電極ＥＰＳで高く、相対的に大きい電極ＥＰＬで低い。結果として、相対的に小さい電極ＥＰＳにて交流電界Ｅａｃの強度が大きく、相対的に大きい電極ＥＰＬにて交流電界Ｅａｃの強度が小さいという不均一な電界が形成される。
【００３２】
誘導泳動を誘起させる不均一な電界は、相互に大きさが異なる３以上の電極に進行波電圧を印加することによっても形成される。例えば、図４が示すように、１つの方向である電極列方向に並ぶ４つの電極に対して、各電極に印加する交流電圧の位相を電極列方向に９０度ずつ進角させる。すなわち、第１電極ＥＰ１に０度の位相角で交流電圧を印加し、第２電極ＥＰ２に９０度の位相角で交流電圧を印加し、第３電極ＥＰ３に１８０度の位相角で交流電圧を印加し、第４電極ＥＰ４に２７０度の位相角で交流電圧を印加する。
【００３３】
なお、進行波電圧の印加による誘電泳動では、上述した実部Ｒｅ[ｆＣＭ]の他に、式７が示す虚部Ｉｍ[ｆＣＭ]の項が誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞に加わる。式７において、虚部Ｉｍは、複素数の虚数部を示す。式７において電界成分Ｅｘ０、電界成分Ｅｙ０、電界成分Ｅｚ０は、それぞれ座標軸ｘ、ｙ、ｚに沿った交流電界Ｅａｃの成分を示す。式７において、位相角φｘ、位相角φｙ、位相角φｚは、それぞれ交流電界Ｅａｃの各成分における位相を示す。
＜ＦＤ＞Ｉｍ
＝２πａ３ε０εｍＩｍ[ｆＣＭ](Ｅｘ０２∇φｘ＋Ｅｙ０２∇φy＋Ｅｚ０２∇φz)  ・・・式７
【００３４】
式７が示すように、進行波電圧の印加によって誘起される誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞の大きさもまた、粒子Ｐ１の体積が大きいほど大きく、溶媒Ｍ１の比誘電率εｍが大きいほど大きく、交流電界Ｅａｃの各電界成分が大きいほど大きい。また、進行波電圧による電界中に置かれた粒子Ｐ１でも、粒子Ｐ１が溶媒Ｍ１よりも分極しやすい場合に、正の誘電泳動が誘起される。また、進行波電圧による電界中に置かれた粒子Ｐ１でも、溶媒Ｍ１が粒子Ｐ１よりも分極しやすい場合に、負の誘電泳動が誘起される。
【００３５】
この際、粒子Ｐ１の誘電泳動に伴い、進行波電気浸透も駆動されることがある。進行波電圧の印加による誘電泳動と、進行波電圧の印加による浸透流とが誘起されるとき、これら誘電泳動力と浸透流による力との合力が粒子Ｐ１に作用する。なお、粒子Ｐ１に対して支配的に作用する外力は、液中における粒子Ｐ１の濃度、粒子Ｐ１と溶媒Ｍ１との親和性、溶媒Ｍ１の粘度などの各種の要因によって変わる。本実施形態では、粒子Ｐ１の誘電泳動によって誘起される浸透流による力など、誘電泳動に付随した現象による力を含めて、粒子を搬送する力である搬送力と言う。
【００３６】
なお、誘導泳動を誘起させる不均一な電界は、上述した電極の大きさの他に、例えば、一対の電極間の距離や、一対の電極間に位置する誘電体などのように、電界の大きさを変える因子が一対の電極内において異なることによって形成することも可能である。
【００３７】
［電気化学測定装置］
図５が示すように、電気化学測定装置は、電気化学セルＣＥＬと測定処理部ＭＴとを備える。電気化学セルＣＥＬは、泳動槽ＣＢＮと、泳動槽ＣＢＮの内部に位置する２つの誘電泳動電極ＰＧと、泳動槽ＣＢＮの内部において誘電泳動電極ＰＧから離れて位置する測定電極ＷＧとを備える。泳動槽ＣＢＮに入る液は、例えば、血液などの侵襲的に採取された生体試料であってもよいし、唾液、涙、汗、尿などの非侵襲的に採取された生体試料であってもよい。泳動槽ＣＢＮに入る液は、健康や疾患に関係する情報を代謝経路に関わる生体物質などとして数多く含み、生体高分子と生体低分子とを含む。生体高分子は、生体低分子よりも分子量が大きい分子であって、例えば、核酸、タンパク質、酵素、多糖類である。生体低分子は、生体高分子よりも分子量が小さい分子であって、例えば、アミノ酸、各種の単糖類、二糖類などの有機物や、ミネラルなどの無機質である。
【００３８】
測定処理部ＭＴは、電気化学セルＣＥＬが備える各誘電泳動電極ＰＧと測定電極ＷＧとに接続する。測定処理部ＭＴは、設定部ＣＯＮ、記憶部ＭＥ、および、駆動部ＤＲを備える。設定部ＣＯＮは、記憶部ＭＥが記憶するデータなどを用い、駆動部ＤＲを駆動させ、それによって、測定処理部ＭＴの状態を準備状態と測定状態とに設定する。電気化学セルＣＥＬは、駆動部ＤＲが出力する信号に従って駆動される。測定処理部ＭＴが準備状態であるとき、電気化学セルＣＥＬは、液に関する電気化学的な測定を行うための準備として、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかで一方を特定の誘電泳動電極ＰＧとして取り扱い、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を泳動する。測定処理部ＭＴが測定状態であるとき、電気化学セルＣＥＬは、例えば、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を行うための反応を進める。
【００３９】
測定処理部ＭＴは、準備状態において、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を誘電泳動させるための信号を、各誘電泳動電極ＰＧへ入力する。また、測定処理部ＭＴは、準備状態において、測定電極ＷＧを用いた測定である液に関する電気化学的な測定を準備する。そして、測定処理部ＭＴは、準備状態において、生体高分子に上記搬送力を作用させて、測定電極ＷＧの近傍から生体高分子を離す。
【００４０】
測定処理部ＭＴは、準備状態から測定状態への切り替えを判定部ＳＥＬが判定すると、準備状態から測定状態へ遷移する。測定処理部ＭＴは、測定状態において、生体高分子を誘電泳動させるための信号の各誘電泳動電極ＰＧへの入力を停止して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を開始する。
【００４１】
液に関する電気化学的な測定は、例えば、液中における酸化還元電流の測定、酵素反応によって流れる電流の測定、液中における交流インピーダンスの測定、および、測定電極ＷＧと液との界面電位の測定のなかの少なくとも１つである。
【００４２】
電気化学測定装置が実行する電気化学測定方法は、生体高分子を含む液が入る泳動槽ＣＢＮにおいて、上記測定処理部ＭＴが以下の２つの工程を順に行うことを含む。すなわち、第１の工程が準備工程であり、これに続く第２の工程が測定工程である。測定処理部ＭＴは、準備工程にて、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかで、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を誘電泳動させるための信号を各誘電泳動電極ＰＧへ入力して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を行う準備する。次いで、測定処理部ＭＴは、測定工程にて、各誘電泳動電極ＰＧへの信号の入力を停止して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を開始する。
【００４３】
なお、液に関する電気化学的な測定が、液中における酸化還元電流の測定であるとき、測定電極ＷＧは、酸化還元電流を測定するための作用電極である。この際、参照電極と対極とが泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、参照電極、および、対極として、測定処理部ＭＴが２つの誘電泳動電極ＰＧを機能させてもよい。すなわち、準備状態において、測定処理部ＭＴは、生体高分子に搬送力を加えるための交流電圧を２つの誘電泳動電極ＰＧに入力し、それによって、２つの誘電泳動電極ＰＧは、生体高分子に搬送力を作用させる交流電極として機能する。そして、測定状態において、測定処理部ＭＴは、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧを、参照電極、および、対極として機能させてもよい。
【００４４】
液に関する電気化学的な測定が、酵素反応によって流れる電流の測定であるとき、測定電極ＷＧは、その表面に酵素が固定化された酵素電極である。この際、参照電極と対極とが泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、参照電極、および、対極として、測定処理部ＭＴが２つの誘電泳動電極ＰＧを機能させてもよい。すなわち、測定処理部ＭＴは、測定状態において、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧを、酵素反応によって流れる電流を測定するための参照電極、および、対極として機能させてもよい。
【００４５】
液に関する電気化学的な測定が、液中における交流インピーダンスの測定であるとき、測定電極ＷＧは、液中に交流電圧を印加する交流印加電極である。この際、参照電極は、泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの１つを参照電極として測定処理部ＭＴが機能させてもよい。すなわち、測定処理部ＭＴは、測定状態において、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの一方の電極を、交流インピーダンスを測定するための参照電極として機能させてもよい。
【００４６】
液に関する電気化学的な測定が、液中における電極と液との界面電位を測定するとき、測定電極ＷＧは、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）である。この際、参照電極は、泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの１つを参照電極として測定処理部ＭＴが機能させてもよい。すなわち、測定処理部ＭＴは、測定状態において、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの一方の電極を、界面電位を測定するための参照電極として機能させてもよい。
【００４７】
設定部ＣＯＮが備える判定部ＳＥＬは、切り替え条件が成立したか否かの判定を繰り返す。切り替え条件は、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替えるための条件である。切り替え条件が成立したと判定部ＳＥＬが判定したとき、設定部ＣＯＮは、駆動部ＤＲを駆動させて、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える。
【００４８】
切り替え条件は、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことであって、液に関する電気的特性の結果に基づくものである。なお、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたこととは、例えば、生体高分子を誘電泳動するための負荷が所定の閾値以下となることである。
【００４９】
この際、判定部ＳＥＬは、例えば、測定処理部ＭＴが準備状態であるとき、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を泳動するための負荷電流などを駆動部ＤＲから取得する。そして、判定部ＳＥＬは、生体高分子を泳動するための負荷が所定の閾値以下となるとき、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたと判定してもよい。
【００５０】
また、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える条件は、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことと、その他の条件との論理和であってもよい。この際、その他の条件は、電気化学測定装置が備える切り替えスイッチが利用者によって操作されたことや、誘電泳動の開始から誘電泳動に要する所定の時間が経過したことなどである。
【００５１】
なお、図６が示すように、電気化学セルＣＥＬが備える誘電泳動電極ＰＧは、２つに限らず、泳動槽ＣＢＮの内部にＮ個（Ｎは３以上の整数）であってもよい。この際も、測定処理部ＭＴは、準備状態において、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を誘電泳動させるための信号を各誘電泳動電極ＰＧへ入力する。また、測定処理部ＭＴは、準備状態において、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を準備する。そして、測定処理部ＭＴが設定する特定の誘電泳動電極ＰＧは、１つに限らず、２つ以上（Ｎ−１）以下であってもよい。
【００５２】
測定処理部ＭＴは、準備状態から測定状態への切り替えを判定部ＳＥＬが判定すると、準備状態から測定状態へ遷移する。この際、測定処理部ＭＴは、測定状態において、生体高分子を誘電泳動させるための信号の各誘電泳動電極ＰＧへの入力を停止して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を開始する。一方で、測定処理部ＭＴは、参照電極や対極として機能させる電極を、Ｎ個の誘電泳動電極ＰＧのなかから選択してもよい。
【００５３】
また、図７が示すように、測定処理部ＭＴは、電気化学セルＣＥＬが備える検出端子ＳＧに接続する。検出端子ＳＧは、特定の誘電泳動電極ＰＧの近傍における生体高分子の濃度や挙動を検出する電極であり、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことを信号として出力する。そして、設定部ＣＯＮが備える判定部ＳＥＬは、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたか否かを、検出端子ＳＧが出力する信号に基づいて判定してもよい。
【００５４】
例えば、判定部ＳＥＬは、準備状態が設定されてから検出端子ＳＧが出力する信号を監視する。そして、判定部ＳＥＬは、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことを検出端子ＳＧが信号として出力するとき、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替えると判定する。
【００５５】
［電気化学セル］
図８から図１８を参照し、電気化学セルＣＥＬの構成について具体例を説明する。
なお、図８、および、図９は、液に関する電気化学的な測定として酸化還元電流を測定するための第１の電気化学セルの構成を例示し、図１０、および、図１１もまた、液に関する電気化学的な測定として酸化還元電流を測定するための第２の電気化学セルの構成を例示する。
図１２、および、図１３は、液に関する電気化学的な測定として交流インピーダンスを測定する第３の電気化学セルの構成を例示する。図１４、および、図１５は、液に関する電気化学的な測定として測定電極ＷＧと液との界面電位を測定する第４の電気化学セルの構成を例示する。
図１６、および、図１７は、生体高分子の誘電泳動に進行波電圧を用いる第５の電気化学セルの構成を例示し、図１８もまた、生体高分子の誘電泳動に進行波電圧を用いる第６の電気化学セルの構成を例示する。
【００５６】
［第１の電気化学セル］
図８が示すように、電気化学セルは、第１基板１０と、第１基板１０と対向する第２基板２０とを備える。第１基板１０は、孔の一例であって第１基板１０を貫通する孔である試料入口１３を備える。第１基板１０と第２基板２０とは、スペーサ３１を介して相互に接合され、これら第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１によって、泳動槽ＣＢＮが構成される。スペーサ３１は、相互に対向する空隙部３２を画定し、２つの空隙部３２は、泳動槽ＣＢＮの内部に位置する空気の抜け孔として機能する。
【００５７】
第１基板１０が備える面のなかで第２基板２０と対向する面には、試料入口１３を挟むように、対極ＣＧと参照電極ＲＧとが位置する。参照電極ＲＧと対極ＣＧとは、２つの誘電泳動電極ＰＧの一例であって、交流電圧の印加によって不均一な電界を形成するために、参照電極ＲＧが対極ＣＧよりも十分に小さい大きさを有する。
試料入口１３と空隙部３２とを結ぶ方向は、参照電極ＲＧと対極ＣＧとが並ぶ方向である。こうした電極の配列であれば、試料入口１３から入る生体試料液を参照電極ＲＧや対極ＣＧの全体へ行き渡らせることが容易である。第１基板１０が備える面のなかで第２基板２０と対向する面には、参照電極ＲＧに接続する参照電極用配線１１と、対極ＣＧに接続する対極用配線１２とが位置する。
【００５８】
参照電極ＲＧ、対極ＣＧ、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２の形成に際しては、まず、第１基板１０の側面に対して、真空蒸着法やスパッタリング法などによる成膜処理が施される。次いで、第１基板１０の側面に形成された導電膜に対して、フォトリソ法などによるパターニングが施される。そして、パターニング後の導電膜のなかで参照電極用配線１１、および、対極用配線１２を構成する部分が、絶縁膜によって被覆され、それによって、参照電極ＲＧと参照電極用配線１１とが画定され、また、対極ＣＧと対極用配線１２とが画定される。
【００５９】
なお、参照電極ＲＧの形成材料は、塩化銀であることが好ましい。この際、参照電極ＲＧの形成には、導電膜として銀膜が用いられ、参照電極用配線１１が絶縁膜で被覆された後、導電膜のなかで露出している部分に対して、塩化処理を行うことが好ましい。また、導電性インクによって各電極を形成してもよく、導電性インクによるスクリーン印刷を用いる方法であれば、各電極の形成に要するコストを抑えることが可能である。
【００６０】
第２基板２０が備える面のなかで第１基板１０と対向する面には、作用電極として機能する測定電極ＷＧと、３つの接続配線２２とが位置する。測定電極ＷＧは、参照電極ＲＧとほぼ等しい大きさを有し、対極ＣＧよりも十分に小さい大きさを有する。対極ＣＧの延在方向において測定電極ＷＧが有する長さは、対極ＣＧよりも十分に小さい。
【００６１】
３つの接続配線２２のなかの１つの接続配線２２は、測定電極ＷＧに接続し、他の１つの接続配線２２は、参照電極用配線１１と接続するためのコンタクト部２３を備え、残りの１つの接続配線２２は、対極用配線１２と接続するためのコンタクト部２３を備える。測定電極ＷＧの表面は、それに固定された酸化還元酵素を備えてもよい。
【００６２】
測定電極ＷＧ、および、３つの接続配線２２の形成に際しては、参照電極用配線１１と同様の方法が用いられる。すなわち、第２基板２０が備える面のなかで第１基板１０と対向する面に対して、例えば、成膜処理とパターニングとが施され、パターニング後の導電膜のなかで３つの接続配線２２を構成する部分が、絶縁膜によって被覆され、それによって、測定電極ＷＧとそれの接続配線２２とが画定される。測定電極ＷＧの形成材料には、金や白金が用いられ、より好適には、カーボンが用いられる。また、測定電極ＷＧの表面には、タンパク質などがその表面に吸着することを抑えるための親水化処理が施され、それによって、測定電極ＷＧの表面が親水性を有する構成であってもよい。
【００６３】
図９が示すように、測定電極ＷＧは、試料入口１３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線２２は、別々の配線３３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路３４に接続される。
【００６４】
外部測定回路３４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路３４は、測定状態において、酸化還元電流を測定するための電圧を参照電極ＲＧと測定電極ＷＧとに印加すると共に、測定電極ＷＧから対極ＣＧに流れる酸化還元電流を測定する。
【００６５】
上記第１の電気化学セルを備える電気化学測定装置は、以下のように動作する。
まず、試料入口１３に生体試料液が滴下されると、毛細管現象によって第１基板１０と第２基板２０との間に生体試料液が入り、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧに到達する。外部測定回路３４は、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧに、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を印加し、この準備状態を保つ。参照電極ＲＧと対極ＣＧとの間に発生する不均一な電界は、これらの電極間に位置する粒子Ｐ１に対して、上述した搬送力を加える。それによって、生体試料液を構成する溶媒のなかで、その溶媒の比誘電率よりも大きい比誘電率を有した粒子Ｐ１は、正の誘電泳動を行い、参照電極ＲＧへ移動する。反対に、その溶媒の比誘電率よりも小さい比誘電率を有した粒子Ｐ１は、負の誘電泳動を行い、対極ＣＧへ移動する。
【００６６】
この際、上記式５に示したように、粒子Ｐ１が有する体積と比例した誘電泳動力が粒子Ｐ１には加わるため、タンパク質などの生体高分子が受ける誘電泳動力は、グルコースなどの生体低分子が受ける誘電泳動力よりも大きい。結果として、測定電極ＷＧの近傍では、まず、生体高分子が図中の左右方向へ移動し、測定電極ＷＧの周辺と比べて、生体高分子の濃度が低くなる。
【００６７】
次いで、外部測定回路３４は、酸化還元電流を測定するための電圧の参照電極ＲＧ、および、測定電極ＷＧに対する印加と、測定電極ＷＧから対極ＣＧに流れる電流の測定とを開始し、準備状態から測定状態への遷移を終える。それによって、タンパク質などの生体高分子の濃度が測定電極ＷＧの周辺よりも低い環境で、測定電極ＷＧによる酸化還元電流の測定が行われる。
【００６８】
こうした電気化学測定装置によれば、タンパク質などの生体高分子の濃度がその周辺よりも低い環境で酸還元電流の測定が行われるため、生体高分子の浮遊や吸着による測定の妨げが抑えられ、結果として、酸化還元電流の測定値のばらつきを抑えることが可能である。また、電気化学セルの備える２つの電極が、準備状態では、誘電泳動電極として機能し、測定状態では、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧとして機能する。そのため、参照電極ＲＧや対極ＣＧを、誘電泳動電極とは別に備える電気化学セルと比べて、電気化学セルにおける端子数を削減することが可能であって、また、電極の配置や配線の配置の自由度を高めることが可能でもある。
【００６９】
［第２の電気化学セル］
図１０、および、図１１を参照して、酸化還元電流を測定するための第２の電気化学セルの構成について説明する。なお、第２の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板４０、第２基板５０、および、スペーサ６１を備える。また、第２の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２に相当する構成として、空隙部６２、参照電極用配線４１、および、対極用配線４２を備える。
以下では、第２の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
【００７０】
図１０が示すように、第２基板５０が備える面のなかで第１基板４０と対向する面には、作用電極として機能する一対の櫛歯電極である測定電極５１と、４つの接続配線５２とが位置する。一対の測定電極５１が備える各櫛歯は、第１の電気化学セルが備える測定電極ＷＧよりも十分に細い微小な線状電極の集合であり、一方の測定電極５１が備える櫛歯と、他方の測定電極５１が備える櫛歯とが交互に並ぶように位置する。
【００７１】
１つの櫛歯が有する面積は、参照電極ＲＧよりも小さく、また、一対の櫛歯が有する面積は、対極ＣＧよりも小さい。対極ＣＧの延在方向において、一対の測定電極５１が有する長さは、対極ＣＧよりも十分に小さく、参照電極ＲＧよりも大きい。４つの接続配線５２のなかの２つの接続配線５２は、測定電極５１に接続し、他の１つの接続配線５２は、参照電極用配線４１と接続するためのコンタクト部５３を備え、残りの１つの接続配線５２は、対極用配線４２と接続するためのコンタクト部５３を備える。測定電極ＷＧの表面は、それに固定された酸化還元酵素を備えてもよい。測定電極５１、および、４つの接続配線５２の形成に際しては、参照電極用配線４１と同様の方法が用いられる。
【００７２】
図１１が示すように、測定電極５１が備える櫛歯は、試料入口４３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線５２は、別々の配線６３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路６４に接続される。
【００７３】
外部測定回路６４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路６４は、測定状態において、酸化還元電流を測定するための電圧を参照電極ＲＧと測定電極ＷＧとに印加すると共に、測定電極ＷＧから対極ＣＧに流れる酸化電流と還元電流とを測定する。この際、外部測定回路６４は、酸化還元電流を測定するための電圧を一方の測定電極ＷＧのみに印加してもよいし、一方の測定電極ＷＧにおける電圧を測定対象物質の還元電位に保持し、他方の測定電極ＷＧにおける電圧を測定対象物質の酸化電流を測定するための電圧に設定してもよい。
【００７４】
こうした電気化学測定装置によれば、一対の測定電極５１が備える櫛歯間において、測定対象物質の酸化反応と還元反応とが繰り返されるため、外部測定回路６４が測定できる酸化還元電流のノイズに対する耐性を高めることが可能でもある。
【００７５】
［第３の電気化学セル］
図１２、および、図１３を参照して、交流インピーダンスを測定するための第３の電気化学セルの構成について説明する。なお、第３の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板７０、第２基板８０、および、スペーサ９１を備える。また、第２の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２に相当する構成として、空隙部９２、参照電極用配線７１、および、対極用配線７２を備える。
以下では、第３の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
【００７６】
図１２が示すように、第２基板８０が備える面のなかで第１基板７０と対向する面には、交流インピーダンスを測定するための一対の電極である測定電極８１ａ，８１ｂと、４つの接続配線８２とが位置する。一対の測定電極８１ａ，８１ｂは、相互にほぼ等しい大きさを有し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとが並ぶ方向とは相互に直交する方向に並ぶ。
【００７７】
一対の測定電極８１ａ，８１ｂの各々が有する大きさは、対極ＣＧよりも十分に小さい。対極ＣＧの延在方向において、一対の測定電極８１ａ，８１ｂの有する長さは対極ＣＧよりも十分に小さく、参照電極ＲＧよりも大きい。４つの接続配線８２のなかの２つの接続配線８２は、一対の測定電極８１ａ，８１ｂに接続し、他の１つの接続配線８２は、参照電極用配線７１と接続するためのコンタクト部８３を備え、残りの１つの接続配線８２は、対極用配線７２と接続するためのコンタクト部８３を備える。一対の測定電極８１ａ，８１ｂ、および、４つの接続配線８２の形成に際しては、参照電極用配線７１と同様の方法が用いられる。
【００７８】
図１３が示すように、一対の測定電極８１ａ，８１ｂは、試料入口７３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線８２は、別々の配線９３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路９４に接続される。
【００７９】
外部測定回路９４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路９４は、測定状態において、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧを接地電位に接続し、交流インピーダンスを測定するための電圧を一対の測定電極８１ａ，８１ｂに印加する。
【００８０】
こうした電気化学測定装置によれば、一対の測定電極８１ａ，８１ｂを用いた交流インピーダンスの測定において、一対の測定電極８１ａ，８１ｂに生体高分子が位置することによる測定感度の低下や測定精度の低下を抑えることが可能である。
【００８１】
［第４の電気化学セル］
図１４、および、図１５を参照して、界面電位を測定するための第４の電気化学セルの構成について説明する。なお、第４の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板１００、第２基板１２０、および、スペーサ１３１を備える。また、第４の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２に相当する構成として、空隙部１３２、参照電極用配線１０１、および、対極用配線１０２を備える。
以下では、第４の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
【００８２】
図１４が示すように、第２基板１２０が備える面のなかで第１基板１００と対向する面には、界面電位を測定するための電界効果型トランジスタ電極（ＦＥＴ電極）である測定電極１２１が位置する。測定電極１２１の全体は、測定電極１２１を液から保護するための絶縁膜によって覆われている。測定電極１２１の全体を覆う絶縁膜は、例えば、シリコン窒化膜や酸化タンタル膜などのイオン感応膜であって、水素イオンが容易に吸着する特性を備える。
【００８３】
第２基板１２０が備える面のなかで第１基板１００と対向する面には、測定電極１２１のドレインに接続するドレイン配線１２１ｄ、測定電極１２１のゲートに接続するゲート配線１２１ｇ、および、測定電極１２１のソースに接続するソース配線１２１ｓが位置する。対極ＣＧの延在方向において、測定電極１２１が有する長さは対極ＣＧよりも十分に小さく、参照電極ＲＧよりも大きい。
【００８４】
２つの接続配線１２２のなかの１つの接続配線１２２は、参照電極用配線１０１と接続するためのコンタクト部１２３を備え、残りの１つの接続配線１２２は、対極用配線１０２と接続するためのコンタクト部１２３を備える。２つの接続配線１２２、ドレイン配線１２１ｄ、ゲート配線１２１ｇ、および、ソース配線１２１ｓの形成に際しては、参照電極用配線１０１と同様の方法が用いられる。
【００８５】
図１５が示すように、測定電極１２１は、試料入口１０３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線１２２、ドレイン配線１２１ｄ、ゲート配線１２１ｇ、および、ソース配線１２１ｓは、別々の配線１３３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路１３４に接続される。
【００８６】
外部測定回路１３４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路１３４は、測定状態において、測定電極１２１のソース‐ドレイン間に１Ｖ程度の電位差を与えると共に、ドレイン電流が一様に保たれるように制御する。この際、測定電極１２１を覆う絶縁膜には、水素イオンが容易に吸着し、それによって、測定電極１２１を覆う絶縁膜と参照電極ＲＧとの間には、水素イオン濃度に応じた界面電位差が生じる。そして、外部測定回路１３４は、参照電極ＲＧの電位変化を測定することによって、水素イオン濃度であるｐＨを測定する。なお、測定電極１２１のゲート電位を所定の値に固定することによって、ドレイン電流の値を高めることが可能であり、ひいては、水素イオン濃度の測定感度を高めることが可能となる。
【００８７】
こうした電気化学測定装置によれば、測定電極１２１を用いた界面電位の測定において、測定電極１２１に生体高分子が位置することによる測定感度の低下や測定精度の低下を抑えることが可能である。
【００８８】
［第５の電気化学セル］
図１６から図１８を参照して、進行波電圧を印加するための第５の電気化学セルの構成について説明する。なお、第５の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板１５０、第２基板１６０、および、スペーサ１７１を備える。また、第５の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２に相当する構成として、１つの空隙部１７２を備える。以下では、第５の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
【００８９】
図１６が示すように、第１基板１５０が備える面のなかで第２基板１６０と対向する面には、測定電極１５１と、測定電極１５１に接続する接続配線１５２とが位置する。これら測定電極１５１と接続配線１５２とは、第１基板１５０を貫通する楕円形孔である試料入口１５３から離れている。
【００９０】
第２基板１６０が備える面のなかで第１基板１５０と対向する面には、４つの誘電泳動電極である第１誘電泳動電極１６１ａ、第２誘電泳動電極１６１ｂ、第３誘電泳動電極１６１ｃ、および、第４誘電泳動電極１６１ｄが位置する。４つの誘電泳動電極１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄは、１つの方向に並び、かつ、第１誘電泳動電極１６１ａが最も小さい大きさを有し、第２誘電泳動電極１６１ｂ、第３誘電泳動電極１６１ｃ、第４誘電泳動電極１６１ｄの順に、電極の有する面積が大きくなる。
【００９１】
第２基板１６０が備える面のなかで第１基板１５０と対向する面には、４つの接続配線１６２と、１つの測定電極用配線１６３とが位置する。１つの接続配線１６２は、第１誘電泳動電極１６１ａに接続し、他の１つの接続配線１６２は、第２誘電泳動電極１６１ｂに接続し、他の１つの接続配線１６２は、第３誘電泳動電極１６１ｃに接続し、残りの１つの接続配線１６２は、第４誘電泳動電極１６１ｄに接続する。１つの測定電極用配線１６３は、それが備えるコンタクト部１６４を介して、測定電極１５１に接続する。
【００９２】
図１７が示すように、第４誘電泳動電極１６１ｄは、試料入口１５３と対向するように位置し、測定電極１５１は、第３誘電泳動電極１６１ｃと第２誘電泳動電極１６１ｂとの隙間と対向する。各接続配線１６２、および、測定電極用配線１６３は、別々の配線１７３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路１７４に接続される。
【００９３】
試料入口１５３が、第１基板１５０のほぼ右端に位置し、スペーサ１７１の有する空隙部１７２が、第１基板１５０のほぼ左端に位置するため、第１基板１５０と第２基板１６０との間の空気は、空隙部１７２の数が１つであっても、第１基板１５０と第２基板１６０との間から抜けることが可能である。また、試料入口１５３の長径方向と各誘電泳動電極の延在方向とが、ほぼ平行であって、４つの誘電泳動電極のなかで最も大きい第４誘電泳動電極１６１ｄのほぼ全体が、試料入口１５３から露出するため、試料入口１５３から入る生体試料液が、４つの誘電泳動電極のほぼ全体へ行きわたりやすい。
【００９４】
外部測定回路１７４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための進行波電圧を各誘電泳動電極１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄに印加する。例えば、外部測定回路１７４は、第１誘電泳動電極１６１ａに位相角が０度の正弦波信号を印加し、第２誘電泳動電極１６１ｂに位相角が９０度の正弦波信号を印加し、第３誘電泳動電極１６１ｃに位相角が１８０度の正弦波信号を印加し、第４誘電泳動電極１６１ｄに位相角が２７０度の正弦波信号を印加する。それによって、第２誘電泳動電極１６１ｂや第３誘電泳動電極１６１ｃの上に位置する粒子Ｐ１に対し、第１誘電泳動電極１６１ａから第４誘電泳動電極１６１ｄへ向けた方向、あるいは、第４誘電泳動電極１６１ｄから第１誘電泳動電極１６１ａへ向けた方向へ搬送力が作用する。そして、第２誘電泳動電極１６１ｂと第３誘電泳動電極１６１ｃとの間に位置する生体高分子が、測定電極１５１から離れると共に、測定電極１５１と対向する領域において、生体高分子の濃度が低くなる。
【００９５】
外部測定回路１７４は、測定状態において、酸化還元電流を測定するための電圧を、４つの誘電泳動電極のなかの２つの誘電泳動電極に印加し、その２つの誘電泳動電極を、参照電極、および、対極として機能させると共に、残りの２つの誘電泳動電極をハイインピーダンス状態に設定する。外部測定回路１３４は、例えば、第１誘電泳動電極１６１ａを参照電極として機能させ、第４誘電泳動電極１６１ｄを対極として機能させる。
【００９６】
こうした電気化学測定装置によれば、第１の電気化学セルと同じく、生体高分子の濃度がその周辺よりも低い環境で酸還元電流の測定が行われるため、生体高分子の浮遊や吸着による測定の妨げが抑えられ、結果として、酸化還元電流の測定感度を高めることが可能である。また、電気化学セルの備える４つの電極が、準備状態では、誘電泳動電極として機能し、測定状態では、４つの電極のなかの２つが、参照電極、および、対極として機能する。そのため、これら参照電極や対極を、誘電泳動電極とは別に備える電気化学セルと比べて、電気化学セルにおける端子数を削減することが可能であって、また、電極の配置や配線の配置の自由度を高めることが可能でもある。
【００９７】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）酸化還元電流の測定や界面電位の測定などの生体試料液に関する電気化学的な測定に先駆けて、特定の誘電泳動電極に向けて生体高分子が誘電泳動する。それゆえに、生体高分子の介在による測定の結果のばらつきを抑えることが可能となる。
（２）誘電泳動電極を対極ＣＧや参照電極ＲＧとして機能させることが可能となるため、電気化学セルが備える電極の構成を簡素にすることが可能ともなる。
【００９８】
（３）一対の誘電泳動電極の間に測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１が位置するため、測定電極ＷＧの近傍に位置する生体高分子を測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１から離すことの確実性を高められる。
【００９９】
（４）誘電泳動電極と測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１とが相互に異なる面に位置するため、生体高分子を測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１から遠ざけることの確実性を高めることが可能となる。
【０１００】
（５）複数の誘電泳動電極が、試料入口１３，４３，７３，１０３，１５３を有する面と対向する面に位置するため、複数の誘電泳動電極を避けるように孔の位置を設計するという制約を軽減することが可能でもある。
【０１０１】
（６）誘電泳動が実行されたことを判定部ＳＥＬが判定したときに、測定処理部ＭＴが準備状態から測定状態へ遷移するため、誘電泳動が実行される前の測定状態への遷移が測定処理部ＭＴにおいて抑えられる。
【０１０２】
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。
［測定電極］
・第１基板が備える側面のなかで第２基板と対向する面に、複数の誘電泳動電極の一部と測定電極とが共に位置する構成であってもよいし、全ての誘電泳動電極と測定電極とが共に位置する構成であってもよい。また、第２基板が備える側面のなかで第１基板と対向する面に、複数の誘電泳動電極の一部と測定電極とが共に位置する構成であってもよいし、全ての誘電泳動電極と測定電極とが共に位置する構成であってもよい。
【０１０３】
・相互に隣り合う誘電泳動電極の間に測定電極が位置する構成に限らず、例えば、複数の誘電泳動電極と測定電極とが、平面視において多角形の頂点に位置してもよい。要は、誘電泳動電極から測定電極が離れている構成であればよい。なお、相互に隣り合う誘電泳動電極の間に測定電極が位置する構成であれば、相互に隣り合う誘電泳動電極のいずれが特定の誘電泳動電極であっても、測定電極に対しては同じように生体高分子を離すことが可能である。そのため、生体高分子が正の誘電泳動を行う場合であれ、生体高分子が負の誘電泳動を行う場合であれ、上述した効果を同様に得ることが可能である。
【０１０４】
［判定部］
・測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える操作スイッチを、別途、測定処理部ＭＴが備え、操作スイッチが操作されることによって、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ測定処理部ＭＴが切替えてもよい。こうした構成であれば、測定処理部ＭＴから判定部ＳＥＬを割愛することもできる。
【０１０５】
・測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える条件は、電気化学測定装置が備える切り替えスイッチが利用者によって操作されたこと、誘電泳動の開始から誘電泳動に要する所定の時間が経過したことの少なくとも１つであってもよい。そして、これらの条件が満たされたか否かを判定部ＳＥＬが判定する構成であってもよい。
【０１０６】
［誘電泳動電極］
・誘電泳動電極が並ぶ方向は、試料入口と空隙部とを結ぶ方向に限らず、試料入口と空隙部とを結ぶ方向と交差する方向であってもよい。
・誘電泳動電極の並ぶ方向は、相互に異なる２つ以上であってもよい。この際、スペーサが３つ以上の空隙部を備え、誘電泳動電極の並ぶ方向は、試料入口と各空隙部とを結ぶ方向であってもよい。こうした誘電泳動電極の配列であれば、誘電泳動電極から構成される各列の全体に対して、試料入口から入る生体試料液を行き渡らせることが容易ともなる。
【０１０７】
・電気化学セルＣＥＬが、複数の誘電泳動電極と測定電極との他に、参照電極や対極を備える構成であってもよい。こうした電極の構成であれば、複数の誘電泳動電極の大きさ、位置、形状などを、生体高分子を誘電泳動させることに特化した構成とすることが容易である。測定処理部ＭＴにおいては、生体高分子を誘電泳動させるための信号の入力と、液に関する電気化学的な測定を開始するための信号の入力とを、誘電泳動電極に対して切り替える構成を割愛することが可能ともなる。
【０１０８】
・電気化学セルは、生体高分子を誘電泳動させる複数の誘電泳動電極から構成される１つの電極組に対して、複数の測定電極を備えてもよい。こうした測定電極の構成によれば、液に関する電気化学的な測定の結果に対して、泳動槽ＣＢＮの内部における分布が得られ、また、再現性を確認すること、それに伴い、精度を高めることが容易でもある。
【０１０９】
図１８は、進行波電圧を印加するための第５の電気化学セルを変形した第６の電気化学セルであって、複数の測定電極１８１を備える。なお、第６の電気化学セルは、第５の電気化学セルが備える第１基板１５０、および、第２基板１６０に相当する一対の基板１８０を備え、また、スペーサ１７１に相当する構成として、スペーサ１８２を備える。また、第６の電気化学セルは、第５の電気化学セルが備える空隙部１７２に相当する構成として、複数の空隙部１８３を備える。以下では、第６の電気化学セルが備える構成のなかで第５の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
【０１１０】
第６の電気化学セルは、一列に並ぶ複数の測定電極１８１を備え、試料入口１８４の大きさは、それの延在方向において複数の測定電極１８１が含まれる大きさを有する。４つの誘電泳動電極の各端部は、相互に異なる接続配線１６２に接続する。複数の測定電極用配線１６３、および、８つの接続配線１６２の各々は、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路１８５に接続される。
【０１１１】
この際、複数の測定電極１８１は、酸化還元電流を測定するための電極、交流インピーダンスを測定する電極、および、界面電位を測定するための電極の少なくとも１つであればよく、相互に異なる電極の組み合わせであってもよい。さらに、外部測定回路１８５は、複数の誘電泳動電極に対して、進行波電圧を印加してもよいし、進行波以外の交流電圧を印加してもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
ＣＢＮ…泳動槽、ＣＥＬ…電気化学セル、ＣＧ…対極、ｄ…距離、ＥＰＬ，ＥＰＳ…電極、ＥＰ１…第１電極、ＥＰ２…第２電極、ＥＰ３…第３電極、ＥＰ４…第４電極、Ｍ１…溶媒、ＭＰ…双極子モーメント、ＭＴ…測定処理部、Ｐ１…粒子、ＰＧ…誘電泳動電極、ＲＧ…参照電極、ＳＥＬ…判定部、ＳＧ…検出端子、ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１，１８１…測定電極、１２１ｄ…ドレイン配線、１２１ｓ…ソース配線、１２１ｇ…ゲート配線、１０，４０，７０，１００，１５０…第１基板、１１，４１，７１，１０１…参照電極用配線、１２，４２，７２，１０２…対極用配線、１６３…測定電極用配線、２０，５０，８０，１２０，１６０…第２基板、１３，４３，７３，１０３，１５３，１８４…試料入口、２２，５２，８２，１２２，１５２，１６２…接続配線、２３，５３，８３，１２３，１６４…コンタクト部、３１，６１，９１，１３１，１７１，１８２…スペーサ、１６１ａ…第１誘電泳動電極、１６１ｂ…第２誘電泳動電極、１６１ｃ…第３誘電泳動電極、１６１ｄ…第４誘電泳動電極、３２，６２，９２，１３２，１７２，１８３…空隙部、３３，６３，９３，１３３，１７３…配線、３４，６４，９４，１３４，１７４，１８５…外部測定回路。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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