微生物数測定用セルおよびこれを備えた微生物数測定装置

【課題】検体中に含まれる微生物数が少ない場合でも、測定時間の短縮を図ることが可能な微生物数測定セルおよびこれを備えた微生物数測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の細菌数測定セルは、試料液に含まれる微生物数を測定する測定室６と、この測定室６に設けられた流入口７および流出口８と、測定電極１２とを備えている。測定室６の天井部には、流入口７から流出口８に向けての上流側から下流側にかけて、底部方向に突出した突出壁２０が設けられている。突出壁２０の突出下端の両側は、エッジ部を経由して上方に立ち上がった立ち上がり壁とし、突出壁２０の下端面には濃縮電極２１が設けられている。濃縮電極２１の測定室の底部からの高さは、流入口７から流出口８に向けて低くなるように濃縮電極２１を形成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体中に含まれる微生物数を測定する微生物数測定用セルおよびそれを用いた微生物数測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の微生物数測定用セルおよび、それを用いた微生物数測定装置の構成は、以下のような構成となっていた。
【０００３】
すなわち、従来の微生物数測定用セルは、試料液に含まれる微生物を測定する測定室と、測定室内に試料液を流入させる流入口と、測定室内から試料液を流出させる流出口と、測定室の底部に設けられた測定電極と、を備えている。
【０００４】
また、従来の微生物数測定用セルを用いる微生物数測定装置は、微生物数測定セルの測定電極に接続した測定部および交流電源部を備えている。そして、従来の微生物数測定装置は、交流電源部が、集菌用の交流電圧を測定電極に印加して微生物をトラップし、次にパルス電圧を測定電極に印加して、トラップした微生物を破壊する。その後、交流電源部は、測定用の交流電圧を測定電極に印加して、破壊された微生物からの細胞質の流出によるコンダクタンスの上昇を測定し、微生物数を算出する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の構成では、検体中に含まれる微生物数を測定することができるという点で、非常に有益なものであった。一方、測定においては、さらなる高感度化、つまり、検体中に含まれる微生物数が少ない場合でも正確に微生物数を測定したいという要望が高まってきた。
【０００７】
この要望に応えるためには、測定時間が長くなるという課題があった。
すなわち、従来の微生物の測定においては、微生物を破壊して、この破壊された微生物の細胞質の流出によるコンダクタンスの上昇を測定し、微生物数を算出する。
【０００８】
この時、十分なコンダクタンス上昇を得るためには、適切な微生物数を集める必要があるが、試料液に含まれる微生物数が少ない時には、この収集に多大な時間がかかってしまう。その結果、従来の微生物数測定装置では、全体の測定時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、検体中に含まれる微生物数が少ない場合でも、測定時間の短縮を図ることが可能な微生物数測定セルおよびこれを備えた微生物数測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために本発明の微生物数測定用セルは、測定室と、流入口と、流出口と、測定電極と、突出壁と、立ち上がり壁と、濃縮電極と、を備えている。測定室は、試料液に含まれる微生物数を測定する。流入口は、測定室に試料液を流入させる。流出口は、測定室から試料液を流出させる。測定電極は、測定室における流出口側の底部に設けられている。突出壁は、測定室の天井部に設けられており、流入口から流出口に対応する上流側から下流側にかけて底部の方向に突出している。立ち上がり壁は、突出壁の下端の両側に形成され、エッジ部を経由して上方に立ち上がっている。濃縮電極は、突出壁の下端面において、測定室の底部からの高さが流入口から流出口に向けて低くなるように形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、測定に必要な微生物の数を集めるための時間を短くすることができるため、従来よりも測定時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の全体を示すブロック図。
【図２】その測定電極の拡大図。
【図３】その動作時の要部拡大断面図。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、その動作時の測定電極の要部拡大図。
【図５】その動作時を横から見た要部断面図。
【図６】その動作時を流入口側から見た要部断面図。
【図７】その測定室の天井の図。
【図８】その測定室の底部の図。
【図９】本発明の他の実施形態の動作時を横から見た要部断面図。
【図１０】その測定室の天井を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る細菌数測定装置（微生物数測定装置）について、添付図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、微生物、例えば、細菌の数を測定するための細菌数測定装置を示している。図１中の１は、細菌数を測定する測定セルである。
【００１５】
測定セル１は、長方形状の基板２の上部に、中央に長方形状の貫通孔３を有する薄板状のスペーサ４を積層し、このスペーサ４の上部に、長方形状の蓋体５を積層したものである。これにより、測定セル１の内部には、上下方向に、薄い長方体形状の測定室６が形成される。
【００１６】
また、この測定室６の天井部の一端側には、細菌を含んだ試料液を流入させるための流入口７が設けられ、前記測定室６の天井部の他端側には、試料液が流出する流出口８が設けられている。これらの流入口７、流出口８は、それぞれ蓋体５の上部に突き出した構成となっている。
【００１７】
さらに、流入口７には、試料液を収納した検体リザーバ９が、送水チューブ１０を介して接続されている。一方、流出口８には、ポンプ１１および送水チューブ１０を介して検体リザーバ９が接続されている。これにより、測定室６の試料液が、検体リザーバ９に戻るための帰還路が形成される。
【００１８】
ここで、ポンプ１１を動作させると、検体リザーバ９に収納された試料液は、送水チューブ１０を通って、蓋体５の上部の流入口７から、測定室６に流入する。そして試料液は、測定室６内において、図１中の左手から右手方向へと流れていき、その後、測定室６から流出口８を通って流れ出した後、ポンプ１１を介して検体リザーバ９へと帰還する。
【００１９】
なお、測定室６の底部、つまり基板２の上面には、測定液中の細菌数を計測するための測定電極１２が設けられており、この測定電極１２において、測定液中の細菌を集菌し、細菌を破壊し、試料液中の細菌の数を測定する。
【００２０】
また、測定電極１２は、基板２の基材として用いたＰＥＴ上に銀を蒸着させ、例えば、レーザーによって加工形成されている。なお、この測定電極１２は、図２に示すように、櫛歯状の電極１２ａ，１２ｂによって構成されている。これら櫛歯状の電極１２ａ，１２ｂは、長い経路に渡って、両者が極めて接近した対向状態となっており、ここに交流電圧を印加することで、両者間に正の誘電泳動を発生させる電界を形成する。そして、電極１２ａ，１２ｂが対向するギャップ部分に、誘電泳動現象によって測定液中の細菌を引きつけてトラップし、集菌することができる。
【００２１】
また、櫛歯状の電極１２ａ，１２ｂは、図１に示すように、測定電極１２からそれぞれ引き出されて、基板２の端部に設けられた接続部１３に接続されている。櫛歯状の電極１２ａ，１２ｂは、この接続部１３を介して、測定部１４および測定交流電源部（検出交流電源部）１５に接続されている。
【００２２】
そして、測定交流電源部１５が測定セル１の測定電極１２に交流電圧を印加し、この測定電極１２のコンダクタンスを測定部１４にて測定する。次に、この測定データが制御演算部１６に送られ、この制御演算部１６で細菌数を演算算出する。最後に、その算出結果が、表示部１７に表示される。
【００２３】
なお、これらの測定の指示を行う操作部１８が、制御演算部１６に接続されている。そして、この制御演算部１６には、測定交流電源部１５が接続されている。
【００２４】
図３は、測定室６において、測定液が流れる様子を表した図である。
本実施形態においては、図１のスペーサ４の厚さを、例えば、２５０μｍとしているため、測定室６の高さは２５０μｍとなっている。この上下方向に狭い測定室６の中を、図１の流入口７から流出口８方向に向けて、上流側（図３の左手側）から、下流側（図３の右手側）に向かって測定液が流れていく。
【００２５】
なお、測定室６の底部には、測定電極１２が設けられている。この測定電極１２に対して、測定交流電源部１５が適切な交流電圧を印加することにより、正の誘電泳動を発生させる電界を形成することで、細菌をトラップするトラップ領域１９を形成している。
【００２６】
そして、このトラップ領域に進入してくる細菌を、誘電泳動現象によって引きつけてトラップし、集菌していく。
【００２７】
図４は、この集菌から測定までの流れを説明するための図である。図４（ａ）は、測定電極１２に細菌をトラップした時の様子を表し、図４（ｂ）は、このトラップした細菌を破壊する時の様子を表し、図４（ｃ）は、図１の測定部１４が細菌数を測定している時の様子を表している。
【００２８】
この測定方法に関しては、公知のものであり、先行技術文献として挙げた特許文献に記載されているものであるので、詳細な説明は割愛する。
【００２９】
細菌数の測定に際しては、まず、制御演算部１６の指示によって測定交流電源部１５が測定電極１２に対して集菌用の交流電圧を印加して、この印加により発生させた電界により、図４（ａ）に示すように、測定電極１２上に細菌をトラップする。
【００３０】
次に、測定交流電源部１５が測定電極１２に対して細菌破壊用のパルス電圧を印加すると、エネルギーの大きいパルス電圧が印加されたことにより、図４（ｂ）に示すように、細菌の外側を覆った細胞膜が破壊されて細胞膜に多数の小孔が形成される。そして、図４（ｃ）に示すように、細菌の中身の細胞質が、この小孔を通じて外部へと溶出していく。
【００３１】
この溶出した細菌の細胞質は、そのほとんどが高導電率の細胞質であるため、測定電極１２の近傍では一時的に電解質濃度、つまり、コンダクタンスが上昇する。この上昇したコンダクタンスを、測定交流電源部１５が測定電極１２に対して測定用の交流電圧を印加して、測定部１４において測定する。その後、この上昇したコンダクタンス値が制御演算部１６に送られ、この上昇したコンダクタンスの最大値から細菌数を推定する。
【００３２】
以上の説明により、本実施形態における基本的な構成および動作について説明したが、続いて、本実施形態に係る細菌数測定装置の主な特徴点について説明する。つまり、本実施形態の主な特徴点は、図５に示すように、測定室６の天井部、つまり蓋体５の下面側に、図１の流入口７から流出口８に対応する上流側から下流側にかけて、底部方向、つまり基板２に向けて、突出した突出壁２０を設け、この突出壁の下端面に濃縮電極２１を設けたことである。
【００３３】
つまり、本実施形態では、濃縮電極２１に対して交流電圧を印加し、負の誘電泳動を発生させる電界、つまり微生物が突出壁側に進入するのをブロックするブロック電界２２を形成する。そして、流入口７から流入する測定液中の細菌を、このブロック電界２２でブロックしながら、底部方向に向けて押し下げて集め、この集めた細菌を測定室６底部に設けた測定電極１２においてトラップする。
【００３４】
これらの内容について、図５〜図８を用いて、さらに詳細に説明を行う。
図５は、測定セル１の流入口７から流出口８に対応する上流側から下流側にかけて、測定セル１を横から見た断面図である。そして、図５中のＡ１−Ａ２方向から見た断面図を図６に示している。
【００３５】
図６に示すように、突出壁２０の突出下端は、その両側が直角のエッジ部２０Ａとなっている。そして、突出壁２０の両側面は、このエッジ部２０Ａを経由して上方に立ち上がった立ち上がり壁となっている。
【００３６】
そして、突出壁２０の下端面には、濃縮電極２１が設けられている。この濃縮電極２１は、図５に示すように、突出壁２０の下端面全体を覆っている。
【００３７】
また、この濃縮電極２１は、測定室６の底部からの高さが流入口７から８流出口に向けて低くなる連続的な傾斜面に沿って形成されている。
【００３８】
さらに、測定室６の天井部には、上流側から下流側への流れに対して平行に、突出壁２０が複数個、並列に設けられている。本実施形態では、これらの突出壁２０によって、測定室６の天井部が覆われた構成としており、図６に示すように、スリット状の構成となっている。
【００３９】
図７は、測定室６の天井を、測定室６内部から見上げた状態を表した図である。上述したように、突出壁２０が、測定室６の天井部において、所定の間隔で、例えば、６個設けられている。そして、その下端面に設けられた濃縮電極２１が集合して、濃縮電極部２３を形成している。
【００４０】
濃縮電極部２３では、突出壁２０の下端において隣り合う濃縮電極２１は、互いに極性が異なるものを配置している。
【００４１】
より具体的には、図７の上から１番目、３番目、５番目の濃縮電極２１は、図５に示すように、突出壁２０の下流側においてその側面を駆け上がった後、図７に示すように、測定室６の天井部で結合され、接続端子２４を介してグランドに接続されている。
【００４２】
一方、図７の上から２番目、４番目、６番目の濃縮電極２１は、その上流側の天井部において結合され、接続端子２５を介して濃縮交流電源部２６に接続され、その後、グランドに接続されている。
【００４３】
従って、濃縮電極部２３に交流電圧を印加した際には、突出壁２０の下端において隣り合う濃縮電極２１は、互いに極性の異なるものとなる。
【００４４】
なお、濃縮交流電源部２６は、図１に示すように、制御演算部１６に接続されており、この制御演算部１６の指示を受けて動作する。
【００４５】
さて、図８は、測定室６の底部を表した図である。下流側（図８の右手側）には、図２で示した測定部１２が設けられている。図８に示すように、測定部２を形成する櫛歯状の電極１２ａは、接続部１３上に設けられた接続端子２７を介して測定交流電源部１５に接続され、その後グランドに接続されている。
【００４６】
また、他方の櫛歯状の電極１２ｂは、接続部１３上に設けられた接続端子２８を介してグランドに接続される。
【００４７】
以上の構成において、その動作について詳細に説明する。
まず、細菌の測定を行うときには、図１のポンプ１１を起動し、検体リザーバ９に収納された測定液を、流入口７を介して測定室６に流入させる。すると、図３に示すように、測定室６の底部に設けられた測定電極１２上において測定液が流動する。
【００４８】
このとき、図１の制御演算部１６の指示を受けた測定交流電源部１５が、測定電極１２に対して集菌用の交流電圧を印加する。すると、測定電極１２には、交流電圧の印加によって、正の誘電泳動を発生させる電界が作られ、図３に示すように、トラップ領域１９が形成される。これにより、このトラップ領域１９に進入してきた細菌を、トラップして集菌することができる。
【００４９】
さらに、このとき濃縮交流電源部２６は、濃縮電極２１に対して、負の誘電泳動を発生させる交流電圧を印加する。
【００５０】
すると、図６に示すように、その突出壁２０の下端における両側が直角のエッジ部２０Ａとなっているため、突出壁２０の下端面に設けられた濃縮電極２１のエッジから底部に向けて負の誘電泳動を発生させる電界、つまり、微生物が突出壁側に進入するのをブロックするブロック電界２２が形成される。
【００５１】
この電界は、負の誘電泳動を発生させているので、測定電極１２が発生させる正の誘電泳動とは反対の性質を持つ。
【００５２】
つまり、測定電極１２では、測定電極１２に細菌を引きつける力が働くが、これとは逆に、濃縮電極２１では、細菌を濃縮電極２１から遠ざける力が働く。その結果、細菌は電界によってブロックされ、電界内に進入することができない。
【００５３】
ここで、本実施形態においては、図７に示すように、測定室６の天井部に、濃縮電極２１が集まって濃縮電極部２３を形成している。そして、この濃縮電極部２３に負の誘電泳動を発生させる交流電圧を印加することにより、濃縮電極部２３全体で、負の誘電泳動を発生させる電界が作られる。これにより、複数の電界が連結した状態となり、濃縮電極部２３全体を覆うブロック電界面２２Ａが形成され、ブロック電界面２２Ａ内（図６では、ブロック電界面２２Ａより上側）に細菌を進入させない。
【００５４】
すると、図５に示すように、流入口７から流入してきた測定液に含まれる細菌は、このブロック電界面２２Ａによってブロックされる。
【００５５】
この時、図５に示すように、濃縮電極２１の、測定室６の底部からの高さは、流入口７から流出口８に向けて低くなる連続的な傾斜面に沿って形成されている。このため、ブロック電界面２２Ａによってブロックされた細菌は、流出口８に近づいて行くに従って、ブロック電界面２２Ａにブロックされながら、どんどん底部へと押し下げられて、集められる。
【００５６】
そして、集められた先、つまり、濃縮電極２１の流出口８側では、測定室６の底部設けられた測定電極１２が、細菌をトラップするトラップ領域１９を形成している。このため、トラップ領域１９に進入してくる細菌（微生物）を、効率よく測定電極１２に引きつけてトラップすることができる。
【００５７】
その結果、細菌数の測定に必要な細菌の数を集めるための時間を短くすることができるため、試料液中の細菌数が少ない場合でも、全体の測定時間を短縮することができる。
【００５８】
さらに、図５に示すように、濃縮電極２１は、流出口８側の端部において、測定室６の底部からの高さが、この濃縮電極２１の下流側における測定室６の底部に設けられた測定電極１２によって形成されるトラップ領域１９の高さとほぼ同等になるように形成されている。
【００５９】
このため、ブロック電界面２２Ａによりブロックされて底部へと誘導された細菌は、確実にトラップ領域１９へと誘導され、効率よく測定電極１２に引きつけてトラップすることができる。
【００６０】
その結果、従来よりも細菌数の測定に必要な細菌の数を集めるための時間を短くすることができ、全体の測定時間を短縮することができる。
【００６１】
さらに、濃縮電極２１が設けられた突出壁２０は、図６に示すように、所定の間隔を介して、複数列がスリット構造で配置されている。これにより、隣接する突出壁２０と突出壁２０との間を試料液が通過することができ、試料液の流量を大きくすることができる。よって、測定室６に送り込む細菌の数を増やすことができる。尚、突出壁２０の断面形状は、濃縮電極２１側の幅が狭い台形状などにすることもできるが、本実施形態では、突出壁２０は長方形状としている。これにより、台形状などに比べ、突出壁２０の間を通過する試料液の流量を大きくできる。
【００６２】
この場合でも、突出壁２０の下端面に設けられた濃縮電極２１のエッジから電界が発生し、図５に示すように、ブロック電界面２２Ａが形成される。このため、細菌だけは、このブロック電界面２２Ａにブロックされて底部に向けて誘導される。
【００６３】
これにより、突出壁２０と突出壁２０との間に細菌が入り込むことはない。
その結果、試料液の流量を大きくして、測定室６に送り込む細菌の数を増やすことができる。よって、細菌数の測定に必要な細菌の数を集めるための時間を短くすることができ、従来よりも測定時間を短縮することができる。
【００６４】
（他の実施形態）
図９は、本発明の他の実施形態に係る細菌数測定セルの構成を示している。ここでは、図６に示す連続的な傾斜面に沿って形成された突出壁２０の代わりに、長方形状の突出壁１２０を設け、その上流側に櫛歯電極で構成された濃縮櫛歯電極部１２９を設けている。そして、濃縮電極１２１の測定室１０６の底部からの高さを、流入口１０７から流出口１０８に向けて段階的に低くしている。
【００６５】
図１０は、濃縮電極１２１の構成を示しており、この濃縮電極１２１の流入口１０７側には、濃縮櫛歯電極部１２９が設けられている。そして、この濃縮櫛歯電極部１２９は、櫛歯状の電極１２９ａ，１２９ｂによって構成されている。
【００６６】
また、櫛歯状の電極１２９ａ，１２９ｂは、流出口１０８側に設けられた長方形状の突出壁１２０の下端面１２０ａの濃縮電極１２１とそれぞれ接続され、濃縮電極部１２３を形成している。
【００６７】
本実施形態においても、図９に示すように、検体液中の細菌は、ブロック電界面１２２Ａにより測定室１０６底部のトラップ領域１１９へと誘導され、効率よく測定電極１１２に引きつけてトラップすることができる。
【００６８】
その結果、細菌数の測定に必要な細菌の数を集めるための時間を短くすることができ、全体の測定時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、検体中に含まれる微生物数が少ない場合でも集菌時間を短縮することができるという効果を奏することから、微生物数測定用セルおよびこれを用いた微生物数測定装置として、広く活用が期待されるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１測定セル
２基板
３貫通孔
４スペーサ
５蓋体
６測定室
７流入口
８流出口
９検体リザーバ
１０送水チューブ
１１ポンプ
１２測定電極
１２ａ，１２ｂ櫛歯状の電極
１３接続部
１４測定部
１５測定交流電源部（検出交流電源部）
１６制御演算部
１７表示部
１８操作部
１９トラップ領域
２０突出壁
２０Ａエッジ部
２１濃縮電極
２２ブロック電界
２２Ａブロック電界面
２３濃縮電極部
２４接続端子
２５接続端子
２６濃縮交流電源部
２７接続端子
２８接続端子
２９濃縮櫛歯電極部
２９ａ，２９ｂ電極

【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液に含まれる微生物数を測定する測定室と、
前記測定室に前記試料液を流入させる流入口と、
前記測定室から前記試料液を流出させる流出口と、
前記測定室における前記流出口側の底部に設けられた測定電極と、
前記測定室の天井部に設けられており、前記流入口から前記流出口に対応する上流側から下流側にかけて前記底部の方向に突出した突出壁と、
前記突出壁の下端の両側に形成され、エッジ部を経由して上方に立ち上がった立ち上がり壁と、
前記突出壁の下端面において、前記測定室の底部からの高さが前記流入口から前記流出口に向けて低くなるように形成された濃縮電極と、
を備えている微生物数測定用セル。
【請求項２】
前記濃縮電極は、前記測定室の底部からの高さが前記流入口から前記流出口に向けて低くなる連続的な傾斜面に沿って形成されている、
請求項１に記載の微生物数測定用セル。
【請求項３】
前記濃縮電極は、前記流出口側において、前記測定室の底部からの高さが下流側の前記測定電極によって形成されるトラップ領域の高さとほぼ同等となるように形成されている、
請求項２に記載の微生物数測定用セル。
【請求項４】
前記濃縮電極は、前記測定室の底部からの高さが、前記流入口から前記流出口に向けて段階的に低くなるように形成されている、
請求項１に記載の微生物数測定用セル。
【請求項５】
前記天井部には、前記上流側から前記下流側への流れに対して平行に、前記突出壁が複数個設けられている、
請求項１から４のいずれか１つに記載の微生物数測定用セル。
【請求項６】
前記突出壁の下端において隣り合う前記濃縮電極は、互いに極性が異なる、
請求項５に記載の微生物数測定用セル。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の微生物数測定用セルと、
前記微生物数測定用セルの前記流入口に接続された検体リザーバと、
前記微生物数測定用セルの流出口に接続された前記検体リザーバへの帰還路と、
前記微生物数測定用セルの前記測定電極に接続された測定部および検出交流電源部と、
前記測定部および前記検出交流電源部に接続された制御演算部と、
前記微生物数測定用セルの前記濃縮電極に接続された濃縮交流電源部と、
を備えている微生物数測定装置。

【図１】