(57)【要約】【課題】簡易な構成であって、試料液の導電率及び該試料液に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を精度良く測定することが可能な測定デバイス及び測定方法を提供する。【解決手段】試料液導入孔として機能する第１の開口及び空気孔として機能する第２の開口と連通する空間部を有する基体、空間部を囲む複数の面のうち第１の面上に配置され、少なくとも２つの電極を含み、空間部に導入された試料液の導電率及び試料液中に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を測定するための電極系、並びに空間部を囲む複数の面のうち、第１の面と対向する第２の面上であって、電極系と対向する位置または電極系と対向する位置よりも空気孔に近い位置に配置された、少なくとも電子伝達体を含む試薬を備える。【選択図】図１
2009276276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液導入孔として機能する第１の開口及び空気孔として機能する第２の開口と連通する空間部を有する基体、
前記空間部を囲む複数の面のうち第１の面上に配置され、少なくとも２つの電極を含み、前記空間部に導入された試料液の導電率及び前記試料液中に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を測定するための電極系、並びに
前記空間部を囲む複数の面のうち、前記第１の面と対向する第２の面上であって、前記電極系と対向する位置または前記電極系と対向する位置よりも前記第２の開口に近い位置に配置された、少なくとも電子伝達体を含む試薬を備える測定デバイス。
【請求項２】
前記電子伝達体がフェリシアン化物である、請求項１記載の測定デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の測定デバイスを用い、
（Ａ）前記測定デバイスの前記第１の開口を通して、前記空間部に前記試料液を導入する工程、
（Ｂ）前記電極系に前記試料液が到達した後、前記電極系を用いて前記試料液の導電率を計測する工程、
（Ｃ）前記工程Ｂの後、前記試料液中に溶解した前記試薬が前記電極系まで拡散するのを待つ工程、
（Ｄ）前記工程Ｃの後、前記電極系に含まれる電極のうち少なくとも２つの電極間に電圧を印加する工程、
（Ｅ）前記工程Ｄにおいて電圧が印加された前記２つの電極間に流れる電流の値または電流量を計測する工程、及び
（Ｆ）前記工程Ｅにおいて計測された電流値または電流量に基づき、前記試料液中に含まれる前記成分の濃度を求める工程を含む測定方法。
【請求項４】
前記電極系に前記試料液が到達してから下記式（数１）で表わされる時間Ｔが経過するまでに、前記工程Ｂにおいて前記電極系を用いて前記試料液の導電率が計測される、請求項３に記載の測定方法。
【数１】
2009276276.tif 000006
ただし、上記式（数１）において、
Ｌは前記第１の面と前記第２の面との間隔、
Ｄは前記電子伝達体の拡散係数、
πは円周率を表す。
【請求項５】
（Ｇ）前記工程Ｂの前に、前記電極系を用いて、前記電極系に前記試料液が到達したことを検知する工程をさらに含む、請求項４に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料液の導電率及び該試料液中に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を測定することが可能な測定デバイス及びそれを用いた測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つ以上の電極を含む電極系を用いて、試料液の導電率や、試料液中に含まれる成分の濃度を測定することが行われている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一対の電極が設けられたセルを備える電気伝導度計を用いて、セル内に導入された試料液の導電率を測定し、測定された導電率を塩分濃度に換算する測定方法が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、基板、基板上に配置された測定極及び対極を含む電極系、並びに電極系上に配置された酵素及び電子伝達体を含む試薬層を備えるセンサを用いて、血液中に含まれるグルコースの濃度を測定することが開示されている。
【０００５】
また、従来、少なくとも１つの電極系を用いて、単一の試料液について複数項目の測定を行うことが提案されている（例えば、特許文献２、３及び４参照）。
【０００６】
上記の特許文献２には、単一の電極系を用いて、試料液である血液がセンサに導入されたこと、すなわち試料液の存在を検知すること、及び同じ電極系を用いて、血液中に含まれるグルコースの濃度を測定することが開示されている。具体的には、血液が毛管現象により電極系に導入される工程、測定極と対極との間における抵抗値の変化を検出することにより、血液が電極系に導入されたことを検知する工程、酵素と血液との反応が進行するのを待つ工程、測定極と対極との間に流れる酸化電流を測定する工程、及び測定された電流値をグルコース濃度に換算する工程を含む測定方法が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、それぞれ測定極及び対極を有する主電極系と副電極系とを備えるセンサが開示されている。特許文献３に記載のセンサにおいては、絶縁性の基板、スペーサー及びカバーを組み合わせることにより、空間部と、空間部の一方の端部と連通する試料供給孔と、空間部の他方の端部に連通する空気孔とが形成されている。試料供給孔から導入された試料液が主電極系よりも先に副電極系に導入されるように、空間部において、主電極系よりも副電極系の方が試料供給孔に近くなるように、主電極系及び副電極系が配置されている。具体的には、酵素及び電子伝達体を含む試薬層が主電極上のみに設けられたセンサを用いて、試料供給孔から空間部に試料液が導入される工程、副電極系において試料液中に含まれるアスコルビン酸の濃度の測定を行う工程、及び主電極系において試料液中に含まれるグルコースの濃度の測定を行う工程を含む測定方法が開示されている。また、ヘマトクリットの影響を低減してグルコース濃度を高精度に測定するために、同じく酵素及び電子伝達体を含む試薬層が主電極上のみに設けられたセンサを用いて、試料供給孔から空間部に試料液が導入される工程、副電極系に試料液が導入された時点で副電極系においてインピーダンスの変化を検出する工程、主電極系に試料液が導入された時点で主電極系においてインピーダンスの変化を検出する工程、主電極系における測定極と対極との間に流れる酸化電流を測定する工程、及び測定された電流値と、副電極系と主電極系とにおいてインピーダンス変化を検知した時間の差とに基づきグルコース濃度を求める工程を含む測定方法が開示されている。
【０００８】
特許文献４には、図１１及び段落（００８６）〜（００８７）において、基体を囲む複数の外表面のうち、１つの外表面に設けられた１対の電極から構成される第１の電極系と、他の外表面に設けられた１対の電極から構成される第２の電極系とを備える測定デバイスが開示されている。具体的には、第１の電極系を用いて導電率を検出することにより塩濃度を測定し、第２の電極系を用いて尿糖またはクレアチニンを測定する例が開示されている。
【特許文献１】特開平１−２０３９５２号公報
【特許文献２】特開平４−３５７４５２号公報
【特許文献３】特開平５−３４０９１５号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／０４９６０７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の電極系を用いた複数項目の測定方法には、以下の問題があった。
【００１０】
まず、特許文献２に記載の方法では、毛管現象により導入された血液が電極系に到達すると、電極系上に配置された試薬層が血液中に溶解することにより、試薬層に含まれる電子伝達体等の成分が血液中において電離する。このため、電極系により検出される抵抗値は、試料液である血液の抵抗値よりも低い値となってしまう。
【００１１】
特許文献３に記載の方法では、主電極系と副電極系という２つの電極系が必要であるため、デバイス構造が複雑である。
【００１２】
特許文献４に記載の方法では、第１の電極系と第２の電極系が必要であるため、特許文献３に記載の方法と同様に、デバイス構造が複雑である。
【００１３】
そこで本発明は上記従来の問題点に鑑み、簡易な構成であって、試料液の導電率及び該試料液に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を精度良く測定することが可能な測定デバイス及びそれを用いた測定方法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】
【００１４】
上記従来の問題点を解決するために、本発明の測定デバイスは、試料液導入孔として機能する第１の開口及び空気孔として機能する第２の開口と連通する空間部を有する基体、前記空間部を囲む複数の面のうち第１の面上に配置され、少なくとも２つの電極を含み、前記空間部に導入された試料液の導電率及び前記試料液中に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を測定するための電極系、並びに前記空間部を囲む複数の面のうち、前記第１の面と対向する第２の面上であって、前記電極系と対向する位置または前記電極系と対向する位置よりも前記第２の開口に近い位置に配置された、少なくとも電子伝達体を含む試薬を備える。
【００１５】
また、本発明の測定方法は、上記測定デバイスを用い、
（Ａ）前記測定デバイスの前記第１の開口を通して、前記空間部に前記試料液を導入する工程、
（Ｂ）前記電極系に前記試料液が到達した後、前記電極系を用いて前記試料液の導電率を計測する工程、
（Ｃ）前記工程Ｂの後、前記試料液中に溶解した前記試薬が前記電極系まで拡散するのを待つ工程、
（Ｄ）前記工程Ｃの後、前記電極系に含まれる電極のうち少なくとも２つの電極間に電圧を印加する工程、
（Ｅ）前記工程Ｄにおいて電圧が印加された前記２つの電極間に流れる電流の値または電流量を計測する工程、及び
（Ｆ）前記工程Ｅにおいて計測された電流値または電流量に基づき、前記試料液中に含まれる前記成分の濃度を求める工程を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成により、試料液の導電率及び該試料液に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の測定デバイスは、電極系と、試料液中に含まれる成分を測定するための試薬とが、空間を介して離れた位置に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
より具体的には、本発明の測定デバイスにおいて、電極系が配置された面と対向する位置にある面上に、試料液中に含まれる成分を測定するための試薬が配置されている。
【００１９】
本発明の測定デバイスは、試料液導入孔として機能する第１の開口及び空気孔として機能する第２の開口と連通する空間部を有する基体、前記空間部を囲む複数の面のうち第１の面上に配置され、少なくとも２つの電極を含み、前記空間部に導入された試料液の導電率及び前記試料液中に含まれる少なくとも１つの成分の濃度を測定するための電極系、並びに前記空間部を囲む複数の面のうち、前記第１の面と対向する第２の面上であって、前記電極系と対向する位置または前記電極系と対向する位置よりも前記第２の開口に近い位置に配置された、少なくとも電子伝達体を含む試薬を備える。
【００２０】
この構成によると、電極系が配置された第１の面と対向する第２の面上であって、電極系と対向する位置または電極系と対向する位置よりも空気孔に近い位置に電子伝達体を含む試薬が配置されているので、試料液導入孔として機能する第１の開口から空間部に導入された試料液は、試薬と接触する前にまず電極系と接触する。試料液が電極系に到達した時点では、電極系に接している試料液中には試薬が溶解していないので、電子伝達体が試料液の導電率の値に影響を与えることがない。そこで、試料液が電極系に到達した時点で、まず、電極系を用いて試料液の導電率を測定すると、試料液の導電率を精度良く測定することができる。次に、試料液が試薬の配置された位置まで到達し、さらに試料液中に溶解した試薬が試料液中を拡散して電極系に到達した後に、導電率の測定に用いた電極系と同じ電極系を用いて、試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を測定する。このようにすると、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。
【００２１】
本発明において、基体の材料としては、ガラス、セラミック、ゴム、エボナイト、プラスチックなどの絶縁性の材料を用いることができる。
【００２２】
また本発明において、電極の材料としては、金、白金、パラジウム、銅などを用いることができる。
【００２３】
電極系に含まれる電極の数は、少なくとも２つであればよく、３つ以上であってもよい。ここで、電極系に含まれる電極の数が４つであることが好ましい。
【００２４】
本発明において、試料液としては、液体であれば特に限定なく用いることができる。試料液が血液、尿などの生体試料であることが好ましい。
【００２５】
本発明において、電子伝達体としては、フェリシアン化カリウム等のフェリシアン化物、フェナジンメトサルフェート等のフェナジン系化合物、ｐ−ベンゾキノン、メチレンブルー、フェロセン誘導体等を用いることができる。この中で、電子伝達体がフェリシアン化物であることが好ましい。フェリシアン化物はクレアチニンと直接反応してクレアチニンを酸化する機能を有するので、電子伝達体としてフェリシアン化物を用いると、試料液中に含まれるクレアチニンの濃度を測定することができる。
【００２６】
試料液が尿の場合、本発明の測定デバイスを用いて尿中の導電率を計測することにより、尿中の電解質濃度を求めることができる。さらに本発明の測定デバイスを用いて尿中のクレアチニン濃度を計測し、求められた尿中の電解質濃度を計測されたクレアチニン濃度を用いて補正することにより、一日の塩分摂取量を推定することが可能となる。一日の塩分摂取量を定量的に測定することは、高血圧症の予防に有用である。
【００２７】
本発明において用いる試薬は、複数種類の電子伝達体を含んでいてもよい。
【００２８】
本発明の測定方法は、上記測定デバイスを用い、
（Ａ）前記測定デバイスの前記第１の開口を通して、前記空間部に前記試料液を導入する工程、
（Ｂ）前記電極系に前記試料液が到達した後、前記電極系を用いて前記試料液の導電率を計測する工程、
（Ｃ）前記工程Ｂの後、前記試料液中に溶解した前記試薬が前記電極系まで拡散するのを待つ工程、
（Ｄ）前記工程Ｃの後、前記電極系に含まれる電極のうち少なくとも２つの電極間に電圧を印加する工程、
（Ｅ）前記工程Ｄにおいて電圧が印加された前記２つの電極間に流れる電流の値または電流量を計測する工程、及び
（Ｆ）前記工程Ｅにおいて計測された電流値または電流量に基づき、前記試料液中に含まれる前記成分の濃度を求める工程を含む。
【００２９】
この方法によると、工程Ｂにおいては、電極系に接している試料液中には試薬が溶解していないので、試料液の導電率を精度良く測定することができる。次に、工程Ｄにおいては、試料液中に溶解した試薬が試料液中を拡散して電極系に到達しているので、導電率の測定に用いた電極系と同じ電極系を用いて、試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を測定することができる。したがって、本発明の測定方法により、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。
【００３０】
試料液中に溶解した電子伝達体が時間ｔの間に拡散する距離δは、下記（数１）で表される。ただし、Ｄは前記電子伝達体の拡散係数、πは円周率を表す。
【００３１】
【数１】
2009276276.tif 000003
【００３２】
ここで、電極系が配置されている第１の面と試薬が配置されている第２の面との間隔をＬとすると、電子伝達体の拡散距離δがＬに等しくなった時点で、試料液中に溶解した電子伝達体が電極系に到達することになる。そこで、δ＝Ｌになるときの時間ｔをＴとすると、Ｔは下記式（数２）により表される。
【００３３】
【数２】
2009276276.tif 000004
【００３４】
本発明の測定方法において、電極系に試料液が到達してから上記式（数２）で表わされる時間Ｔが経過するまでに、工程Ｂにおいて電極系を用いて試料液の導電率が計測されることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、試料液中に溶解した電子伝達体が電極系に到達する前に、電極系を用いて試料液の導電率が計測されるので、試料液の導電率を精度良く測定することができる。
【００３６】
また、本発明の測定方法は、
（Ｇ）前記工程Ｂの前に、前記電極系を用いて、前記電極系に前記試料液が到達したことを検知する工程をさらに含むことが好ましい。
【００３７】
このようにすると、試料液が電極系に到達した時刻を正確に知ることができるので、工程Ｂにおける試料液の導電率の計測をいつまでに完了すれば良いかを正確に知ることができる。
【００３８】
工程Ｇにおける試料液の検知は、例えば、電極系に含まれる２つの電極間の抵抗の変化を検出することにより行うことができる。試料液が電極系に到達すると、電極系に含まれる２つの電極間の抵抗が低下するので、２つの電極間の抵抗の変化を検出することにより、電極系に試料液が到達したことを検知することができる。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る測定デバイス１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る測定デバイス１００の構成を示す分解斜視図である。
【００４１】
測定デバイス１００は、第１の基板１０２、空気孔１０６を有する第２の基板１０４、及び第１の基板１０２と第２の基板１０４との間に配置されスリット１１０を有するスペーサ１０８とを備えている。第１の基板１０２、第２の基板１０４、及びスペーサ１０８を組み合わせることにより、スリット１１０の位置に形成される空間部が試料液保持部として機能する。試料液保持部の一方の端部は開口しており、その開口部が試料液導入孔１１２として機能する。また、スリット１１０は空気孔１０６と連通している。ここで、第１の基板１０２、第２の基板１０４、及びスペーサ１０８が本発明における基体に相当する。
【００４２】
第１の基板１０２上には、試料保持部に露出する位置に、第１の電極１２２、第２の電極１２４、第３の電極１２６、及び第４の電極１２８が配置されている。第１の電極１２２、第２の電極１２４、第３の電極１２６、及び第４の電極１２８により電極系１２０が構成されている。第２の基板１０４上であって、電極系１２０と対向する位置に、電子伝達体を含む試薬１３０が配置されている。試薬１３０の少なくとも一部は、試料保持部に露出している。
【００４３】
測定デバイス１００の製造方法について説明する。
【００４４】
第１の基板１０２、第２の基板１０４、及びスペーサ１０８の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略称する）を用いる。ＰＥＴからなる第１の基板１０２上に、例えば、Ｐｄ層をスパッタリングにより形成した後、レーザートリミングを用いてＰｄ層の一部をエッチングすることにより、第１の電極１２２、第２の電極１２４、第３の電極１２６、及び第４の電極１２８を含む電極系１２０を形成する。
【００４５】
一方、ＰＥＴからなる第２の基板１０４上に、例えば、電子伝達体であるフェリシアン化カリウムと親水性高分子であるカルボキシメチルセルロースとを含む水溶液を滴下し、風乾することにより、試薬１３０を形成する。
【００４６】
最後に、スペーサ１０８を挟んで、第１の基板１０２上に設けられた電極系１２０と、第２の基板１０４上に設けられた試薬１３０とが対向するように、第１の基板１０２、スペーサ１０８、及び第２の基板１０４を貼り合わせることにより、測定デバイス１００が完成する。第１の基板１０２上に設けられたＰｄ層のうち、第２の基板１０４に覆われずに露出している部分が、第１の端子１３２、第２の端子１３４、第３の端子１３６、及び第４の端子１３８として機能する。また、第１の基板１０２上に設けられたＰｄ層のうち、スペーサ１０８のスリット１１０内に露出している部分が、第１の電極１２２、第２の電極１２４、第３の電極１２６、及び第４の電極１２８として機能する。第１の端子１３２、第２の端子１３４、第３の端子１３６、及び第４の端子１３８は、それぞれ第１の電極１２２、第２の電極１２４、第３の電極１２６、及び第４の電極１２８と接続している。
【００４７】
次に、本実施の形態において用いる測定装置２００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態において用いる測定装置２００の構成を示す斜視図である。
【００４８】
測定装置２００は、筐体２０２、ディスプレイ２０４、及び測定開始ボタン２０６を備え、筐体２０２は、測定デバイス１００を挿入するための測定デバイス挿入孔２０８を有している。
【００４９】
測定装置２００の筐体２０２内部の構成について、図３を用いて説明する。図３は、測定装置２００の筐体２０２内部の構成を示す機能ブロック図である。
【００５０】
測定装置２００の筐体２０２内部には、定電流交流電源３０２、電圧検出器３０４、制御部３０６、計時部３０８、記憶部３１０、直流電源３１２、及び電流検出器３１４を備えている。
【００５１】
定電流交流電源３０２は、測定デバイス挿入孔２０８に挿入された測定デバイス１００の第１の電極１２２−第４の電極１２８間に、第１の端子１３２及び第４の端子１３８を介して一定の交流電流を印加する機能を有する。印加する交流電流の周波数は、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内における任意の値に設定することが可能であり、交流電流の電流値は、０．０１ｍＡ〜０．２ｍＡの範囲内における任意の値に設定することが可能である。
【００５２】
電圧検出器３０４は、第２の端子１３４及び第３の端子１３６を介して、第２の電極１２４−第３の電極１２６間の電圧を検出する機能を有する。
【００５３】
直流電源３１２は、第２の端子１３４及び第３の端子１３６を介して、第２の電極１２４−第３の電極１２６間に直流電圧を印加する機能を有する。
【００５４】
電流検出器３１４は、第２の端子１３４及び第３の端子１３６を介して、第２の電極１２４−第３の電極１２６間に流れる電流値を検出する機能を有する。
【００５５】
次に、測定デバイス１００及び測定装置２００を用いた本実施の形態に係る測定方法について説明する。
【００５６】
まず、測定デバイス１００の試料液導入孔１１２側が露出するように、測定デバイス１００を測定デバイス挿入孔２０８に挿入した後、測定開始ボタン２０６を押し下げることにより測定装置２００が起動された状態となる。
【００５７】
次に、測定デバイス１００の試料液導入孔１１２に試料液を接触させると、毛細管現象により、試料液導入孔１１２から試料液保持部内に試料液が導入される。
【００５８】
試料液が電極系１２０到達すると、第２の電極１２４と第３の電極１２６とが試料液を介して導通するので、第２の電極１２４−第３の電極１２６間の抵抗が低下する。電圧検出器３０４がこの抵抗変化を検出すると、制御部３０６が計時部３０８を制御して、測定時間の計時を開始する。
【００５９】
また、計時部３０８による計測開始と同時に、制御部３０６は、定電流交流電源３０２を制御して、第１の端子１３２及び第４の端子１３８を介して第１の電極１２２−第４の電極１２８間に一定の交流電流を印加する。交流電流が印加されている間に、電圧検出器３０４は第２の電極１２４−第３の電極１２６間の電圧を検出する。制御部３０６は、定電流交流電源３０２により印加された電流値及び電圧検出器３０４により検出された電圧値に基づき、試料液の導電率を算出する。
【００６０】
試料液の導電率の算出が完了すると、制御部３０６は、定電流交流電源３０２を制御して、交流電流の印加を停止させる。このとき、試料液が試薬１３０の位置まで到達すると、試薬１３０が試料液中に溶解し、試薬１３０に含まれるフェリシアン化カリウムが電離して電極系１２０に向けて拡散し始める。また、試薬１３０が試料液中に溶解すると、フェリシアン化イオンが酸化剤として機能して試料液中に含まれるクレアチニンを酸化することにより、試料液中にフェリシアン化イオンの還元体であるフェロシアン化イオンが生成する。
【００６１】
計時部３０８による計測開始から、上記式（数２）により表される時間Ｔが経過したことを制御部３０６が検知すると、制御部３０６は、直流電源３１２を制御して、第２の端子１３４及び第３の端子１３６を介して、第２の電極１２４−第３の電極１２６間に直流電圧を印加する。直流電圧の印加により、試料液中に蓄積されたフェロシアン化イオンが電極系１２０において酸化される。
【００６２】
直流電圧が印加されている間に、電流検出器３１４は、第２の電極１２４−第３の電極１２６間に流れる電流値を検出する。試料液中におけるフェロシアン化イオンの濃度は試料液中に含まれるクレアチニンの濃度に比例する。よって、直流電圧を印加した際に、フェロシアン化イオンの酸化に基づいて流れる酸化電流値は、クレアチニン濃度に比例する。制御部３０６は、記憶部３１０に格納されている、電流値とクレアチニン濃度との相関を示す相関データを読み出し、相関データを参照して、電流検出器３１４により検出された電流値に基づき、電流値を試料液中に含まれるクレアチニンの濃度に換算する。
【００６３】
最後に、制御部３０６は、ディスプレイ２０４に得られたクレアチニン濃度を表示する。
【００６４】
本実施の形態に係る測定デバイス１００によると、電極系１２０が配置された第１の基板１０２と対向する第２の基板１０４上であって、電極系１２０と対向する位置に試薬１３０が配置されているので、試料液導入孔１１２から試料液保持部に導入された試料液は、試薬１３０と接触する前にまず電極系１２０と接触する。試料液が電極系１２０に到達した時点では、電極系１２０に接している試料液中には試薬１３０が溶解していないので、電子伝達体であるフェリシアン化カリウムが試料液の導電率の値に影響を与えることがない。そこで、試料液が電極系１２０に到達した時点で、まず、電極系１２０を用いて試料液の導電率を測定することにより、試料液の導電率を精度良く測定することができる。
【００６５】
次に、試料液が試薬１３０の配置された位置まで到達し、さらに試料液中に溶解した試薬１３０が試料液中を拡散して電極系１２０に到達した後に、第２の電極１２４−第３の電極１２６間に直流電圧を印加し、直流電圧の印加により第２の電極１２４−第３の電極１２６間に流れる電流値を測定しているので、試料液中に含まれるクレアチニンの濃度を精度良く測定することができる。したがって、本実施の形態により、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。
【００６６】
なお、実施の形態１では、測定装置３００が定電流交流電源３０２を備え、試料液の導電率を測定する際に、定電流交流電源３０２が測定デバイス１００の第１の電極１２２−第２の電極１２８間に、第１の端子１３２及び第４の端子１３８を介して一定の交流電流を印加する例について記載したが、この例に限定されない。この構成に代えて、測定装置が定電流直流電源を備え、試料液の導電率を測定する際に、定電流直流電源が測定デバイスの第１の電極−第２の電極間に、第１の端子及び第４の端子を介して一定の直流電流を印加するようにしてもよい。
【００６７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る測定デバイス４００の構成について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る測定デバイス４００の構成を示す分解斜視図である。
【００６８】
本実施の形態に係る測定デバイス４００は、実施の形態１に係る測定デバイス１００と異なり、電極系４２０が第１の電極４２２及び第２の電極４２４という２つの電極から構成されている。また、第１の基板１０２、スペーサ１０８、及び第２の基板１０４を貼り合わせたときに、第１の基板１０２基板上に形成されたＰｄ層のうち露出している部分が、第１の端子４３２及び第２の端子４３４して機能する。第１の端子４３２及び第２の端子４３４は、それぞれ第１の電極４２２及び第２の電極４２４と接続している。その他の構成については実施の形態１に係る測定デバイス１００と同じであるため、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００６９】
次に、本実施の形態において用いる測定装置５００の筐体２０２内部の構成について、図５を用いて説明する。図５は、測定装置５００の筐体２０２内部の構成を示す機能ブロック図である。
【００７０】
本実施の形態において用いる測定装置５００の筐体２０２内部には、実施の形態１において用いる測定装置２００と同様に、定電流交流電源３０２、電圧検出器３０４、制御部３０６、計時部３０８、記憶部３１０、直流電源３１２、及び電流検出器３１４を備えている。
【００７１】
定電流交流電源３０２は、測定デバイス挿入孔２０８に挿入された測定デバイス４００の第１の電極４２２−第２の電極４２４間に、第１の端子４３２及び第２の端子４３４を介して一定の交流電流を印加する機能を有する。実施の形態１において用いる測定装置２００と同様に、印加する交流電流の周波数は、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内における任意の値に設定することが可能であり、交流電流の電流値は、０．０１ｍＡ〜０．２ｍＡの範囲内における任意の値に設定することが可能である。
【００７２】
電圧検出器３０４は、第１の端子４３２及び第２の端子４３４を介して、第１の電極４２２−第２の電極４２４間の電圧を検出する機能を有する。
【００７３】
直流電源３１２は、第１の端子４３２及び第２の端子４３４を介して、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に直流電圧を印加する機能を有する。
【００７４】
電流検出器３１４は、第１の端子４３２及び第２の端子４３４を介して、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に流れる電流値を検出する機能を有する。
【００７５】
次に、測定デバイス４００及び測定装置５００を用いた本実施の形態に係る測定方法について説明する。
【００７６】
まず、測定デバイス４００の試料液導入孔１１２側が露出するように、測定デバイス４００を測定デバイス挿入孔２０８に挿入した後、測定開始ボタン２０６を押し下げることにより測定装置５００が起動された状態となる。
【００７７】
次に、測定デバイス４００の試料液導入孔１１２に試料液を接触させると、毛細管現象により、試料液導入孔１１２から試料液保持部内に試料液が導入される。
【００７８】
試料液が電極系４２０到達すると、第１の電極４２２と第２の電極４２４とが試料液を介して導通するので、第１の電極４２２−第２の電極４２４間の抵抗が低下する。電圧検出器３０４がこの抵抗変化を検出すると、制御部３０６が計時部３０８を制御して、測定時間の計時を開始する。
【００７９】
また、計時部３０８による計測開始と同時に、制御部３０６は、定電流交流電源３０２を制御して、第１の端子４３２及び第２の端子４３４を介して第１の電極４２２−第２の電極４２４間に一定の交流電流を印加する。交流電流が印加されている間に、電圧検出器３０４は第１の電極４２２−第２の電極４２４間の電圧を検出する。制御部３０６は、定電流交流電源３０２により印加された電流値及び電圧検出器３０４により検出された電圧値に基づき、試料液の導電率を算出する。
【００８０】
試料液の導電率の算出が完了すると、制御部３０６は、定電流交流電源３０２を制御して、交流電流の印加を停止させる。このとき、試料液が試薬１３０の位置まで到達すると、試薬１３０が試料液中に溶解し、試薬１３０に含まれるフェリシアン化カリウムが電離して電極系４２０に向けて拡散し始める。また、試薬１３０が試料液中に溶解すると、試料液中に含まれるクレアチニンと、試薬１３０に含まれるフェリシアン化カリウムとの反応が進行する。
【００８１】
計時部３０８による計測開始から、上記式（数２）により表される時間Ｔが経過したことを制御部３０６が検知すると、制御部３０６は、直流電源３１２を制御して、第１の端子４３２及び第２の端子４３４を介して、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に直流電圧を印加する。直流電圧が印加されている間に、電流検出器３１４は、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に流れる電流値を検出する。制御部３０６は、記憶部３１０に格納されている、電流値とクレアチニン濃度との相関を示す相関データを読み出し、相関データを参照して、電流検出器３１４により検出された電流値に基づき、電流値を試料液中に含まれるクレアチニンの濃度に換算する。
【００８２】
最後に、制御部３０６は、ディスプレイ２０４に得られたクレアチニン濃度を表示する。
【００８３】
本実施の形態に係る測定デバイス４００によると、電極系４２０が配置された第１の基板１０２と対向する第２の基板１０４上であって、電極系４２０と対向する位置に試薬１３０が配置されているので、実施の形態１に係る測定デバイス１００と同様に、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができる。
【実施例】
【００８４】
試料液保持部における電子伝達体の拡散する速さを調べるため、以下の実験を実施した。本実験において用いた測定デバイス６００の構成について、図６を用いて説明する。図６は、本実験において用いた測定デバイス６００の構成を示す分解斜視図である。
【００８５】
本実験において用いた測定デバイス６００には、実施の形態２に係る測定デバイス４００と異なり、試料保持部内には試薬１３０が配置されていない。その他の構成及び作製方法については、実施の形態２に係る測定デバイス４００と同様であるので説明を書略する。
【００８６】
本実験においては、スペーサ１０８の厚さが異なる９種類の測定デバイスＡ〜Ｉを作製した。測定デバイスＡ〜Ｉのスペーサ１０８の厚さは、それぞれ４５、７０、９５、１２０、１４５、２０８、２３８、２７０、及び３１３μｍである。試料液として、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム双方を各々２０ｍＭずつ含む水溶液を用いた。
【００８７】
各測定デバイスＡ〜Ｉの試料液保持部内に、試料液導入孔１１２から試料液を導入すると同時に、第２の電極４２４よりも第１の電極４２２の電位が高くなるように、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に０．５Ｖの直流電圧を印加した。各測定デバイスＡ〜Ｉについて、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に流れる電流値を直流電圧の印加開始から５秒後に測定した。測定した結果を図７に示す。図７において、横軸はスペーサ１０８の厚さ、縦軸は測定された電流値である。
【００８８】
図７からわかるように、スペーサ１０８の厚さが１２０μｍ以上である測定デバイスＤ〜Ｉについては、測定された電流値はほぼ同じ値であった。それに対して、スペーサ１０８の厚さが９５μｍ以下である測定デバイスＡ〜Ｃでは電流値が減少した。この結果は以下のように説明することができる。
【００８９】
第１の電極４２２においては、フェロシアン化イオンが酸化されてフェリシアン化イオンが生成する。電圧の印加により第１の電極４２２上で生成したフェリシアン化イオンは、第１の基板１０２と対向するように配置されている第２の基板１０４に向かって拡散する。すなわち、電圧の印加から時間が経過するに従って、第１の基板１０２から第２の基板１０４に向かってフェリシアン化イオンの拡散層が成長していく。このときの拡散は、半無限拡散と呼ばれる。電解質イオンの拡散が半無限拡散の状態において、電極間に流れる電流値は一定である。
【００９０】
フェリシアン化イオンの拡散層の端部が第２の基板１０４に到達すると、第１の基板１０２から第２の基板１０４に向かう方向には拡散層はそれ以上成長することができなくなる。このときの拡散は、有限拡散と呼ばれる。電解質イオンの拡散が半無限拡散から有限拡散へ移行した場合、この移行に伴い電極間に流れる電流値は減少することが知られている。
【００９１】
スペーサ１０８の厚さは第１の基板１０２と第２の基板１０４との間隔に相当するので、図７に示すように、スペーサ１０８の厚さが９５〜１２０μｍの間で電流値が低下していることから、本実験において電圧印加から５秒間の間にフェリシアン化イオンの拡散層が９５〜１２０μｍ程度に成長したと考えることができる。
【００９２】
一方、上記式（数１）を用いて、５秒間の間にフェリシアン化イオンの拡散する距離δを理論的に求めると９７μｍとなるので、本実験における結果とほぼ一致していることがわかった。ただし、フェリシアン化イオンの拡散係数Ｄは、下記式（数３）で表される。
【００９３】
【数３】
2009276276.tif 000005
【００９４】
したがって、電極系に試料液が到達してから上記式（数２）で表わされる時間Ｔが経過するまでに電極系を用いて試料液の導電率を計測し、時間Ｔが経過した後に電極系を用いて試料液中に含まれる成分の濃度を計測することにより、試料液中に溶解した電子伝達体が電極系に到達する前に電極系を用いて試料液の導電率が計測され、電子伝達体が電極系に到達した後に電極系を用いて試料液中に含まれる成分の濃度が計測されるので、単一の電極系を用いて、試料液の導電率及び試料液中に含まれる測定対象成分の濃度を精度良く測定することができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、試料液の導電率及び試料液中に含まれる成分の濃度を測定する際、特に尿などの生体試料の導電率及び生体試料中に含まれるクレアチニン等の成分の濃度を測定する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る測定デバイスの構成を示す分解斜視図
【図２】同実施の形態において用いた測定装置の構成を示す斜視図
【図３】同測定装置の筐体内部の構成を示す機能ブロック図
【図４】本発明の他の実施の形態に係る測定デバイスの構成を示す分解斜視図
【図５】同実施の形態において用いた測定装置の筐体内部の構成を示す機能ブロック図
【図６】本発明の一実施例において用いた測定デバイスの構成を示す分解斜視図
【図７】同測定デバイスを用いて測定された電流値とスペーサの厚さとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００９７】
１００，４００，６００    測定デバイス
１０２    第１の基板
１０４    第２の基板
１０６    空気孔
１０８    スペーサ
１１０    スリット
１１２    試料液導入孔
１２０，４２０    電極系
１２２，４２２    第１の電極
１２４，４２４    第２の電極
１２６    第３の電極
１２８    第４の電極
１３０    試薬
１３２，４３２    第１の端子
１３４，４３４    第２の端子
１３６    第３の端子
１３８    第４の端子
２００，５００    測定装置
２０２    筐体
２０４    ディスプレイ
２０６    測定開始ボタン
２０８    測定デバイス挿入孔
３０２    定電流交流電源
３０４    電圧検出器
３０６    制御部
３０８    計時部
３１０    記憶部
３１２    直流電源
３１４    電流検出器
【図１】
2009276276.tif 000007
【図２】
2009276276.tif 000008
【図３】
2009276276.tif 000009
【図４】
2009276276.tif 000010
【図５】
2009276276.tif 000011
【図６】
2009276276.tif 000012
【図７】
2009276276.tif 000013