(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それを用いた測定方法を提供することを目的とする。【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、空間部を囲む基体の内面のうち第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、並びに第１の面上であって、電極系よりも第２の開口に近い位置に配置された、成分を測定するための試薬を備える。【選択図】図１
2009276275.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、
前記空間部を囲む前記基体の内面のうち第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
前記第１の面上であって、前記電極系よりも前記第２の開口に近い位置に配置された、前記成分を測定するための試薬を備える測定デバイス。
【請求項２】
前記試薬は酸化還元物質を含み、
前記酸化還元物質は前記成分と反応することにより還元され、かつ還元された前記酸化還元物質は前記電極系において酸化される、請求項１記載の測定デバイス。
【請求項３】
前記酸化還元物質がフェリシアン化カリウムである、請求項２に記載の測定デバイス。
【請求項４】
前記第１の面上に、前記電極系に含まれる前記少なくとも２つの電極の各々と接続する少なくとも２つのリードをさらに備え、
前記電極と前記リードとが、前記電極の前記第１の開口側の端部において接続している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項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６】
（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５に記載の測定方法。
【請求項７】
前記工程Ｇにおいて前記電極系に前記試料液が到達したことが検知されてから下記式（数１）で表わされる時間Ｔ１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６に記載の測定方法。
【数１】
2009276275.tif 000007
ただし、上記式（数１）において、
Ｌは前記電極系の前記試薬側の端部と前記試薬の前記電極系側の端部との間隔、
Ｄ１は前記試薬が前記試料液中に溶解することにより生じた複数のイオン種のうち最も拡散係数の大きいイオン種の拡散係数、
πは円周率を表す。
【請求項８】
前記試薬は酸化還元物質を含み、
前記酸化還元物質は前記成分と反応することにより還元され、かつ還元された前記酸化還元物質は前記電極系において酸化され、
前記工程Ｇにおいて前記電極系に前記試料液が到達したことが検知されてから下記式（数２）で表わされる時間Ｔ２の経過後、前記工程Ｅにおいて前記２つの電極間に流れる電流が計測される、請求項６に記載の測定方法。
【数２】
2009276275.tif 000008
ただし、上記式（数２）において、
Ｌは前記電極系の前記試薬側の端部と前記試薬の前記電極系側の端部との間隔、
Ｄ２は前記酸化還元物質の拡散係数、
πは円周率を表す。
【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、前記空間部を囲む前記基体の内面のうち第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、並びに前記第１の面上であって、前記電極系よりも前記第２の開口に近い位置に配置された、前記成分を測定するための試薬を備える。
【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おり、試薬よりも電極系の方が試料液導入孔に近い位置に配置されている。
【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、前記空間部を囲む前記基体の内面のうち第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、並びに前記第１の面上であって、前記電極系よりも前記第２の開口に近い位置に配置された、前記成分を測定するための試薬を備える。
【００２０】
この構成によると、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、試薬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、試料液中に含まれる成分を測定するための試薬としては、酸化還元物質、酵素、抗体等が挙げられる。ここで、試薬が酸化還元物質を含み、前記酸化還元物質は前記成分と反応することにより還元され、かつ還元された前記酸化還元物質は前記電極系において酸化されることが好ましい。
【００２６】
本発明において、酸化還元物質としては、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、酸化還元物質がフェリシアン化カリウムであることが好ましい。フェリシアン化カリウム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、酸化還元物質としてフェリシアン化カリウムを用いると、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。
【００２７】
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。
【００２８】
本発明において用いる試薬は、複数種類の酸化還元物質を含んでいてもよい。
【００２９】
また、本発明の測定デバイスが、前記第１の面上に、前記電極系に含まれる前記少なくとも２つの電極の各々と接続する少なくとも２つのリードをさらに備え、前記電極と前記リードとが、前記電極の前記第１の開口側の端部において接続していることが好ましい。
【００３０】
この構成によると、第１の面上において、試薬と電極系との間にリードを設ける必要がなくなるため、試料液中に溶解した試薬が、リードに妨害されることなく円滑に電極系まで拡散することができる。そのため、試料液に含まれる成分の濃度の測定精度をさらに向上させることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
工程Ｆにおいては、工程Ｅにおいて計測された電流値に基づいて、試料液中に含まれる前記成分の濃度を求めてもよい。また、工程Ｅにおいて計測された電流値の積分である電気量に基づいて、試料液中に含まれる前記成分の濃度を求めてもよい。
【００３４】
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。
【００３５】
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、前記工程Ｅにおける前記２つの電極間に流れる電流の計測をいつ行えば良いかなどを正確に知ることができる。
【００３６】
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。２つの電極間の抵抗の変化は、例えば、２つの電極間に直流電圧を印加した状態において、２つの電極間に流れる電流の変化を計測することにより検出することができる。
【００３７】
試料液中に試薬が溶解することにより生じたイオン種が時間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はイオン種の拡散係数、πは円周率を表す。
【００３８】
【数１】
2009276275.tif 000003
【００３９】
ここで、電極系の試薬側の端部と試薬の電極系側の端部との間隔をＬとすると、イオン種の拡散距離δがＬに等しくなった時点で、試料液中に試薬が溶解することにより生じたイオン種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。
【００４０】
【数２】
2009276275.tif 000004
【００４１】
試料液中に試薬が溶解することにより生じた複数のイオン種のうち、最も拡散係数の大きいイオン種が最初に電極系に到達する。最も拡散係数の大きいイオン種が試薬の設けられた位置から電極系まで到達するのに要する時間をＴ１とすると、Ｔ１は下記式（数３）により表される。
【００４２】
【数３】
2009276275.tif 000005
【００４３】
ここで、Ｄ１は最も拡散係数の大きいイオン種の拡散係数を表す。
【００４４】
本発明の測定方法において、工程Ｇにおいて電極系に試料液が到達したことが検知されてから上記式（数３）で表わされる時間Ｔ１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。
【００４５】
このようにすると、試料液中に試薬が溶解することにより生じたイオン種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。
【００４６】
ここで、試薬が酸化還元物質を含み、この酸化還元物質が試料液中に含まれる測定対象である成分と反応することにより還元され、かつ還元された酸化還元物質が電極系において酸化される場合、工程Ｇにおいて電極系に試料液が到達したことが検知されてから下記式（数４）で表わされる時間Ｔ２の経過後、工程Ｅにおいて２つの電極間に流れる電流が計測されることが好ましい。
【００４７】
【数４】
2009276275.tif 000006
【００４８】
ただし、上記式（数４）において、Ｄ２は酸化還元物質の拡散係数を表す。
【００４９】
このようにすると、酸化還元物質が電極系に到達してから２つの電極間に流れる電流が計測されるので、試料液中に含まれる測定対象である成分の濃度を精度良く測定することができる。
【００５０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、試料液が尿であり、本発明に係る測定デバイスを用いて尿の導電率及び尿中に含まれるクレアチニンの濃度を測定する例について説明する。
【００５１】
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
第１の基板１０２上には、試料液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１の基板１０２の電極系１２０が設けられた面上であって、電極系１２０よりも空気孔１０６に近い位置に、試料液中に含まれる対象成分を測定するための試薬１３０が配置されている。試薬１３０の少なくとも一部は、試料液保持部に露出している。
【００５４】
測定デバイス１００の製造方法について説明する。
【００５５】
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、絶縁性の材料である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、パラジウム層（以下、Ｐｄ層と略称する）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。各電極の寸法は、例えば、長さ３．１ｍｍ、幅０．２５ｍｍ、厚さ数ｎｍである。
【００５６】
第１の基板１０２の電極系１２０が設けられた面上であって、電極系１２０よりも空気孔１０６に近い位置に、例えば、酸化還元物質であるフェリシアン化カリウムとリン酸緩衝溶液とを含む混合水溶液を滴下し、乾燥させて試薬１３０を形成する。混合水溶液は、例えば、１．４μＬの滴下量で、幅７ｍｍ、長さ１ｍｍの矩形の領域に滴下される。ここで、混合水溶液中におけるフェリシアン化カリウムの濃度は０．１Ｍ程度、リン酸緩衝溶液の濃度は０．４Ｍ程度であればよい。また、リン酸緩衝溶液としては、例えば、リン酸水素２カリウムとリン酸２水素カリウムとによりｐＨ６．０に調整した溶液を用いることができる。フェリシアン化カリウムは、試料液中に含まれるクレアチニンの濃度の測定に使用することができる。ここで、電極系１２０の試薬１３０側の端部、すなわち最も試料液導入孔１１２から遠い端部（以後、電極系１２０の最下流部と示す）と、試薬１３０の電極系１２０側の端部、すなわち最も試料液導入孔１１２に近い端部（以後、試薬１３０の最上流部と示す）との間隔Ｌが１８０μｍとなる位置に試薬１３０が配置される。
【００５７】
最後に、スペーサ１０８を挟んで、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。スリット１１０の位置に形成される空間部の寸法は、例えば、幅１ｍｍ程度、長さ５ｍｍ程度、厚み０．７ｍｍ程度に設定する。
【００５８】
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、各電極の試料液導入孔１１２側の端部において接続している。
【００５９】
次に、本発明の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。
【００６０】
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２０８を有している。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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０．５Ｖの直流電圧を印加する機能を有する。
【００６６】
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。
【００６７】
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、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る測定方法の工程を示すフローチャートである。
【００６８】
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（Ｓ１０１）。このとき、直流電源３１２により、第２の電極１２４を対極として第３の電極１２６に＋０．５Ｖの直流電位が印加される（Ｓ１０３）。
【００６９】
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。
【００７０】
試料液が電極系１２０に到達すると、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。この抵抗変化により第２の電極１２４−第３の電極１２６間に電流が流れ出す。電流検出器３１４により検出される電流値があらかじめ設定されている閾値を超えたことを制御部３０６が検知する（Ｓ１０５）と、制御部３０６は、試料液が電極系１２０に到達したことを検知（Ｓ１０７）して、計時部３０８を制御し測定時間の計時を開始する（Ｓ１０９）。
【００７１】
電極系１２０への試料液の到達を制御部３０６が検知すると、制御部３０６は第２の電極１２４−第３の電極１２６間への直流電圧の印加を解除する（Ｓ１１１）とともに、交流４電極法による試料液中の導電率測定を開始する。交流４電極法について以下に説明する。まず、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、＋０．１ｍＡ、１ｋＨｚの一定の交流電流を印加する（Ｓ１１３）。５秒後に（Ｓ１１５）、電圧検出器３０４は第２の電極１２４−第３の電極１２６間の電圧値（交流電圧の実効値）を検出する（Ｓ１１７）。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。この４電極法に基づいた測定を行うと、リード抵抗の影響を受けることなく試料液の導電率を測定することができる。本実施の形態において、交流電流の印加から５秒後に交流電圧を測定しているので、交流電流が十分に安定した状態で測定することができるため、測定精度をさらに向上させることができる。
【００７２】
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することによりフェリシアン化物イオン及びカリウムイオンが生じる。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。カリウムイオン、フェリシアン化物イオン及びフェロシアン化物イオンは、電極系１２０に向けて拡散し始める。
【００７３】
本実施の形態に係る測定デバイス１００において、試料液中に試薬が溶解することにより生じた複数のイオン種のうち最も拡散係数の大きいイオン種はカリウムイオンであるため、カリウムイオンが最初に電極系１２０に到達する。カリウムイオンの拡散係数Ｄ１は１．９×１０−９ｍ２ｓ−１であるので、カリウムイオンが試薬１３０の設けられた位置から電極系１２０まで到達するのに要する時間をＴ１は、上記式（数３）により、５．４秒と求められる。
【００７４】
本実施の形態において、電極系１２０に試料液が到達したことが検知されてから５秒後、すなわち上記式（数３）で表わされる時間Ｔ１が経過するまでに試料液の導電率が計測されるため、試料液中に試薬１３０が溶解することにより生じたイオン種が電極系１２０に到達する前に、電極系１２０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。
【００７５】
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（Ｓ１１９）。
【００７６】
フェリシアン化物イオン及びフェロシアン化物イオンの拡散係数は０．６×１０−９ｍ２ｓ−１であるので、フェリシアン化物イオン及びフェロシアン化物イオンが試薬１３０の設けられた位置から電極系１２０まで到達するのに要する時間をＴ２は、上記式（数４）により、１７．１秒と求められる。
【００７７】
計時部３０８による計測開始から１７秒後（Ｓ１２１）、すなわち交流電流の印加停止から１２秒後に、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を対極として第３の電極１２６に＋０．５Ｖの直流電位を印加する（Ｓ１２３）。直流電位の印加により、試料液中に蓄積されたフェロシアン化物イオンが電極系１２０において酸化される。
【００７８】
計時部３０８による計測開始から１８秒後（Ｓ１２５）、すなわち直流電圧の印加から１秒後に、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（Ｓ１２７）。ここで、直流電圧の印加から１秒後に電流値を検出しているので、電圧印加に伴う二重層充電電流の影響を低減することができる。
【００７９】
試料液中におけるフェロシアン化物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、フェロシアン化物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（Ｓ１２９）、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（Ｓ１３１）。
【００８０】
本実施の形態において、電極系１２０に試料液が到達したことが検知されてから１８秒後、すなわち上記式（数４）で表わされる時間Ｔ２が経過しフェリシアン化物イオン及びフェロシアン化物イオンが試薬１３０の設けられた位置から電極系１２０まで到達後に、第２の電極１２４−第３の電極１２６間に流れる電流値が検出されるので、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。
【００８１】
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（Ｓ１３３）。
【００８２】
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。
【００８３】
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４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。
【００８４】
また、第２の電極１２４と第３の電極１２６とを用いて、電極系１２０に試料液が到達したことを検知したが、これに限定されず、電極系１２０に含まれる４つの電極のうち、いずれの２つの電極を用いてもよい。
【００８５】
（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５を用いて説明する。図５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。
【００８６】
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。
【００８７】
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６を用いて説明する。図６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。
【００８８】
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、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。本実施の形態において用いる測定装置５００は、定電流交流電源及び電圧検出器を備えていない点で実施の形態１において用いる測定装置２００と異なる。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。このとき、直流電源３１２により、第１の電極４２２を対極として第２の電極４２４に＋０．５Ｖの直流電位が印加される。
【００９３】
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。
【００９４】
試料液が電極系４２０に到達すると、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。この抵抗変化により第１の電極４２２−第２の電極４２４間に電流が流れ出す。電流検出器３１４により検出される電流値があらかじめ設定されている閾値を超えたことを制御部３０６が検知すると、制御部３０６は、試料液が電極系４２０に到達したことを検知して、計時部３０８を制御し測定時間の計時を開始する。
【００９５】
電極系４２０への試料液の到達を制御部３０６が検知すると、制御部３０６は第１の電極４２２−第２の電極４２４間への直流電圧の印加を維持し、測定時間の計時開始から５秒後に、電流検出器３１４により第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、直流電源３１２により印加された電圧値及び電流検出器３１４により検出された電流値に基づき、試料液の導電率を算出する。本実施の形態において、直流電圧の印加から５秒後に電流値を測定しているので、電圧変化に伴う二重層充電電流の影響を抑制することができるため、測定精度をさらに向上させることができる。
【００９６】
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することによりフェリシアン化物イオン及びカリウムイオンが生じる。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。カリウムイオン、フェリシアン化物イオン及びフェロシアン化物イオンは、電極系４２０に向けて拡散し始める。
【００９７】
本実施の形態に係る測定デバイス４００において、実施の形態１において用いる測定装置２００と同様に、試料液中に試薬が溶解することにより生じた複数のイオン種のうち最も拡散係数の大きいイオン種はカリウムイオンであるため、カリウムイオンが最初に電極系１２０に到達する。カリウムイオンの拡散係数Ｄ１は１．９×１０−９ｍ２ｓ−１であるので、カリウムイオンが試薬１３０の設けられた位置から電極系４２０まで到達するのに要する時間をＴ１は、上記式（数３）により、５．４秒と求められる。
【００９８】
本実施の形態において、電極系４２０に試料液が到達したことが検知されてから５秒後、すなわち上記式（数３）で表わされる時間Ｔ１が経過するまでに試料液の導電率が計測されるため、試料液中に試薬１３０が溶解することにより生じたイオン種が電極系４２０に到達する前に、電極系４２０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。
【００９９】
試料液の導電率の算出が完了すると、制御部３０６は、直流電源３１２を制御して、直流電圧の印加を停止させる。
【０１００】
以降の工程において、直流電源３１２により、第２の電極１２４−第３の電極１２６間ではなく、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に直流電圧が印加される点、及び電流検出器３１４により、第２の電極１２４−第３の電極１２６間ではなく、第１の電極４２２−第２の電極４２４間に流れる電流値が検出される点以外は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【０１０１】
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。
【０１０２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る測定デバイス６００の構成について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る測定デバイス６００の構成を示す分解斜視図である。
【０１０３】
本実施の形態に係る測定デバイス６００は、実施の形態１に係る測定デバイス１００と異なり、試料液の供給を検知するための第２の電極系６２０をさらに備えている。第２の電極系６２０は、第５の電極６２２及び第６の電極６２４を有している。第１の電極系１２０と第２の電極系６２０との間に試薬１３０が位置するように、第１の電極系１２０、第２の電極系６２０及び試薬１３０が配置される。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、第４の端子１３８、第５の端子６３２、及び第６の端子６３４として機能する。第５の端子６３２及び第６の端子６３４は、それぞれ第５の電極６２２及び第６の電極６２４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。
【０１０４】
次に、本実施の形態において用いる測定装置７００の筐体２０２内部の構成について、図８を用いて説明する。図８は、測定装置７００の筐体２０２内部の構成を示す機能ブロック図である。
【０１０５】
本実施の形態において用いる測定装置７００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に加えて、第２の直流電源７１２及び第２の電流検出器７１４を備えている点で、実施の形態１において用いる測定装置２００と異なる。
【０１０６】
第２の直流電源７１２は、第５の端子６３２及び第６の端子６３４を介して、第５の電極６２２−第６の電極６２４間に直流電圧を印加する機能を有する。
【０１０７】
第２の電流検出器７１４は、第５の端子６３２及び第６の端子６３４を介して、第５の電極６２２−第６の電極６２４間に流れる電流値を検出する機能を有する。
【０１０８】
定電流交流電源３０２、電圧検出器３０４、直流電源３１２、及び電流検出器３１４の機能は、実施の形態１において用いる測定装置２００と同じであるため説明を省略する。
【０１０９】
次に、測定デバイス６００及び測定装置７００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。
【０１１０】
まず、測定デバイス６００の試料液導入孔１１２側が露出するように、測定デバイス６００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７００が起動された状態となる。このとき、第２の直流電源７１２により、第５の電極６２２を対極として第６の電極６２４に＋０．５Ｖの直流電位が印加される。
【０１１１】
次に、測定デバイス６００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。
【０１１２】
試料液が第２の電極系６２０に到達すると、第５の電極６２２と第６の電極６２４とが試料液を介して導通するので、第５の電極６２２−第６の電極６２４間の抵抗が低下する。この抵抗変化により第５の電極６２２−第６の電極６２４間に電流が流れ出す。第２の電流検出器７１４により検出される電流値があらかじめ設定されている閾値を超えたことを制御部３０６が検知すると、制御部３０６は、試料液が第２の電極系６２０に到達したことを検知して、計時部３０８を制御し測定時間の計時を開始する。
【０１１３】
本実施の形態に係る測定デバイス６００では、試料液の供給を検知するための第２の電極系６２０が、試薬１３０と比較して試料液導入孔１１２から遠い位置に設けられている。このようにすると、試料液が試薬１３０の位置まで十分に供給されたときに限って第２の電極系６２０の出力が生じるので、十分に試料液が供給されなかった場合に誤って測定が開始されることを防ぐことができる。
【０１１４】
第２の電極系６２０への試料液の到達を制御部３０６が検知すると、制御部３０６は第５の電極６２２−第６の電極６２４間への直流電圧の印加を解除するとともに、交流４電極法による試料液中の導電率測定を開始する。
【０１１５】
以降の工程は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【０１１６】
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。
【０１１７】
なお、以上の実施の形態においては、交流４電極法または直流２電極法により試料液中の導電率を測定する例について説明したがこれに限定されない。これらの方法に代えて、例えば、４つの電極を有する電極系を用いて、４つの電極のうち２つの電極間に一定の直流電流を印加し、残りの２つの電極間に生じる電圧値を検出する方法や、２つの電極を有する電極系を用いて、２つの電極間に一定の交流電流を印加して、２つの電極間に生じる電圧値を検出する方法を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
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】
【０１１９】
【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る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】同実施の形態に係る測定方法の工程を示すフローチャート
【図５】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６】同測定装置の筐体内部の構成を示す機能ブロック図
【図７】本発明のさらに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８】同測定装置の筐体内部の構成を示す機能ブロック図
【符号の説明】
【０１２０】
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
２００，５００，７００    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
６２０    第２の電極系
６２２    第５の電極
６２４    第６の電極
６３２    第５の端子
６３４    第６の端子
７１２    第２の直流電源
７１４    第２の電流検出器
【図１】
2009276275.tif 000009
【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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