溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、溶液成分分析キット、並びに被検体液の分析方法
【課題】優れた測定再現性を有する溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、溶液成分分析キット、並びに被検体液の分析方法を提供すること。
【解決手段】被検体液を分析するための溶液成分センサ２であって、基板３と、基板３の外面に所定距離だけ離間して対向配置された一組の電極４Ａ，４Ｂを有する電極対４と、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々に設けられた配線部８と、を備え、電極対４は、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性のウェル７を有し、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々は、基板３の上記外面の面方向に対して垂直な方向から見たときに対向する部分を含んだ少なくとも一部が外部に露出され、ウェル７は、絶縁性の個体粒子が分散媒に分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体及び前記被検体液を保持可能であることを特徴とする。
【解決手段】被検体液を分析するための溶液成分センサ２であって、基板３と、基板３の外面に所定距離だけ離間して対向配置された一組の電極４Ａ，４Ｂを有する電極対４と、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々に設けられた配線部８と、を備え、電極対４は、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性のウェル７を有し、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々は、基板３の上記外面の面方向に対して垂直な方向から見たときに対向する部分を含んだ少なくとも一部が外部に露出され、ウェル７は、絶縁性の個体粒子が分散媒に分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体及び前記被検体液を保持可能であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた測定再現性を有する溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、溶液成分分析キット、並びに被検体液の分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロマシン技術の一種として、微量液体の分析、反応、ならびに分離操作に利用するμ‐ＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。
μ‐ＴＡＳはマイクロポンプ、ミキサ、バルブ、リアクタ、セパレータ、センサなどの各要素を基板（チップを含む）上に実装し、パッケージ化したものである。μ‐ＴＡＳは、ポストゲノム研究およびプロテオーム研究の発展に欠かせないツールとして期待されている。
【０００３】
このようなμ‐ＴＡＳにおける検体液の濃度を計測する手段として、例えば特許文献１には、「基板と、前記基板上に所定間隔をおいて配置された電極対と、前記電極対の表面及び前記電極対間の前記基板の表面を被覆し血液、リンパ液、細胞質基質などの体液を含む検体液と接触する絶縁膜と、を備えていることを特徴とする酸化ストレス物質検知センサ」が開示されている。この酸化ストレス物質検知センサによれば、検体液中に含まれる１ｐｐｍ程度の極微量の一酸化窒素などの特定の成分を極短時間で精度よく検知できる。しかしながら、選択性が乏しいため、特定成分の有無や濃度の検知が困難であった。そのため、特定成分の有無や濃度の検知ができる選択性の付与が要望されていた。
【０００４】
また、特許文献２には、「基板と、前記基板上に所定間隔をおいて配置された電極対と、前記電極対の表面及び前記電極対間の前記基板の表面を被覆し感応物質を分散保持した絶縁膜と、を備えた溶液成分センサ」が開示されている。この溶液成分センサは、構造が簡単でシステム全体を小型化することができるとともに、既存の半導体製造技術を利用して製造することができるので新たな設備を要さず量産性に優れ、複数成分が混合した検体液中の特定成分の有無等を短時間で精度よく検知することができる選択性のあるセンサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７１２８７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の酸化ストレス物質検知センサは、基板上に絶縁膜が成膜されており、絶縁膜の性状が検知結果に大きく影響する。このため、例えば複数のセンサを基板上に配して多数の検体液の濃度を測定しようとした場合、各センサを覆う絶縁膜の性状を一定にする必要がある。しかしながら、絶縁膜の性状が基板上で一定となるように絶縁膜を成膜することは困難であり、基板上に配された複数のセンサ毎に測定結果にばらつきがでてしまう。その結果、特許文献１に記載の酸化ストレス検知センサでは、再現性の高い結果を得られない場合がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の溶液成分センサは、検体液と電極対との間に配された絶縁膜の歪みや厚さのばらつきを低減することが困難であり、絶縁膜の誘電率に個体差が存在する。このため、溶液成分センサ毎に測定結果がばらつくおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、優れた測定再現性を有する溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、溶液成分分析キット、並びに被検体液の分析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の溶液成分センサは、被検体液を分析するための溶液成分センサであって、基板と、前記基板の外面に所定距離だけ離間して対向配置された一組の電極を有する電極対と、前記一組の電極の各々に設けられた配線部と、を備え、前記電極対は、前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性の流動体保持部を有し、前記一組の電極の各々は、前記外面の面方向に対して垂直な方向から見たときに対向する部分を含んだ少なくとも一部が外部に露出され、前記流動体保持部は、絶縁性の個体粒子が分散媒に分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体及び前記被検体液を保持可能であることを特徴とする溶液成分センサである。
【００１０】
また、前記流動体保持部は、前記面方向に対して交差する方向へ向かって前記電極対から立ち上げられ前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む壁部を有し、前記壁部によって囲まれた空間内に前記流動体が供給され、前記壁部によって前記流動体が前記空間内に保持されることにより、前記一組の電極の各々に前記流動体が接した状態で前記流動体が保持されることが好ましい。
【００１１】
また、前記電極対は、親水性有し又は親水性の表面処理が施され、前記流動体保持部は、前記基板及び前記電極対に積層される疎水性の層であることが好ましい。
【００１２】
また、前記流動体に含まれる前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことが好ましい。
【００１３】
また、前記個体粒子の粒子径は平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
また、前記個体粒子の表面は、前記分散媒に対する接触角が２０°以下となる濡れ性を有することが好ましい。
【００１５】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子は水に難溶であることが好ましい。
【００１６】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子の外面は親水性を有していることが好ましい。
【００１７】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子は疎水性の材料からなり、前記個体粒子の外面は、親水性の表面処理が施されていることが好ましい。
【００１８】
また、前記流動体において前記個体粒子を分散させる分散媒は、前記被検体液であってもよい。
【００１９】
また、本発明の溶液成分センサは、前記電極対に付着して設けられた前記流動体を備えていてもよく、この場合、前記流動体に前記被検体液が添加される。
【００２０】
本発明の溶液成分センサの製造方法は、被検体液を分析するための溶液成分センサの製造方法であって、互いに対向する一組の電極と、前記一組の電極の各々を検出回路に接続するための配線部とを基板上に形成し、前記一組の電極において互いに対向する部分の少なくとも一部を含む領域を囲む絶縁性の流動体保持部を、前記一組の電極と前記基板との少なくともいずれかに形成することを特徴とする溶液成分センサの製造方法である。
【００２１】
また、前記流動体保持部内に、絶縁性を有する個体粒子が分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体を供給することが好ましい。
【００２２】
本発明の溶液成分分析システムは、被検体液の成分分析をする溶液成分分析システムであって、絶縁性を有する個体粒子と前記被検体液との混合物を保持する流動体保持部と、前記流動体保持部に設けられ前記混合物と接する一組の電極と、前記一組の電極と電気的に接続され前記一組の電極の間の電気伝導度を計測するとともに前記電気伝導度に基づいて前記被検体液中の所定成分の濃度を算出する測定系装置と、を備えることを特徴とする溶液成分分析システムである。
【００２３】
本発明の溶液成分分析キットは、本発明の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、前記流動体を前記溶液成分センサとは別体に備えることを特徴とする溶液成分分析キットである。
【００２４】
また、本発明の溶液成分分析キットは、本発明の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、前記個体粒子を前記溶液成分センサとは別体に備えていてもよい。
【００２５】
本発明の被検体液の分析方法は、前記被検体液と、絶縁性を有する個体粒子とを混合し、前記個体粒子が混合された前記被検体液における前記個体粒子表面の電荷を検出することを特徴とする被検体液の分析方法である。
【００２６】
また、前記個体粒子と前記被検体液との混合液の電気伝導度を計測することによって前記個体粒子表面の電荷の変化を検出することが好ましい。
【００２７】
また、前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことが好ましい。
【００２８】
また、前記個体粒子を、前記被検体液とは異なる分散媒に分散させ、前記分散媒に前記個体粒子が分散されてなる流動体を、前記被検体液と混合することが好ましい。
【００２９】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子は水に難溶であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、並びに溶液成分分析キットによれば、優れた測定再現性を有する溶液成分センサとすることができる。
また、本発明の被検体液の分析方法は、分析における測定再現性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の被検体液の分析方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態の溶液成分分析システム及び溶液成分センサを示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】溶液成分センサの他の構成例を示す図で、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の溶液成分センサの製造方法を示すフローチャートである。
【図６】溶液成分センサに接続される測定系装置の構成を示すブロック図である。
【図７】測定系装置における電圧測定部の要部の構成を示す回路図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）は、それぞれ、電極対における金の膜厚とベースラインの電圧値との関係を示したグラフである。
【図９】本発明の実施例の溶液成分センサにリン酸生理緩衝液が供給されている状態を示す説明図である。
【図１０】比較例の溶液成分センサを示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例による溶液成分センサを用いた分析結果を示すグラフである。
【図１２】同実施例に対する比較例として製造した溶液成分センサを用いた対照実験の結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の他の実施例による溶液成分センサを用いた分析結果を示すグラフである。
【図１４】同実施例に対する比較例として製造した溶液成分センサを用いた対照実験の結果を示すグラフである。
【図１５】（Ａ）は、本発明のさらに他の実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、同実施例の溶液成分センサにおけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【図１６】（Ａ）は、対照実験の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、対照実験の溶液成分センサにおけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【図１７】（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサにおけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【図１８】（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサにおける２段階目の溶液の種類ごとの応答値を示したグラフである。（Ｂ）においては、左から順に、陽性抗体、陰性抗体、リン酸生理緩衝液を用いた試験結果である。
【図１９】（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、陽性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさ、横軸は抗体濃度となっている。
【図２０】（Ａ）は、本実施例に対する比較例である陰性抗体試験における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、陰性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさ、横軸は抗体濃度となっている。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態について説明する。
まず、本実施形態の被検体液の分析方法について説明する。
本実施形態の被検体液の分析方法は、被検体液中のイオン、糖、脂質、タンパク質、及び抗体や抗原などの濃度を測定し、被検体液の構成成分を分析する方法である。図１は、本実施形態の被検体液の分析方法を示すフローチャートである。
【００３３】
本分析方法においては、まず、絶縁性を有する個体粒子が分散媒に混合された流動体に、被検体液を混合する（図１に示すステップＳ１）。
個体粒子の材料としては、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、陶器等のセラミックス、あるいはエポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、でんぷん等の有機材料ならばどれも使用可能である。また、個体粒子の形状は、たとえば板状、棒状、球状、楕円球状、立方体形状などであってよく、限定されない。なお、本実施形態の分析方法では、個体粒子間の導電率によって測定の安定度が変化する。ここで、個体粒子が球状であると、個体粒子間の距離が比較的均一になりやすく、より安定した測定結果が得られる。
【００３４】
また、個体粒子の平均粒子径は小さい方が好ましい。個体粒子の平均粒子径が小さい方が、分散媒に分散される個体粒子の表面積の総和が大きくなる。例えば、個体粒子の表面積を大きくするという観点において、個体粒子の平均粒子径は０．１ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、個体粒子の平均粒子径が３０μｍ以下であるとさらに好ましく、１５μｍ以下であるとより好ましい。
【００３５】
なお、個体粒子が高い導電性を有していると後述する電極間が短絡する可能性があるので、個体粒子は絶縁体であるか、あるいは絶縁体によって被覆された粒子であることが好ましい。個体粒子の電気伝導度は、当該個体粒子が分散される分散媒の電気伝導度未満であることが好ましい。また、個体粒子の電気伝導度は、被検体液の電気伝導度未満であることが好ましい。
また、被検体液中の特定物質を選択的に検出する機能を付与するために、表面を化学修飾した個体粒子を使用することも可能である。この場合上記個体粒子に、イオン交換性の官能基、イオノフォア類、酵素、タンパク、抗体、抗原等の認識物質を、化学吸着あるいは有機合成手法により共有結合で結合させて用いることができる。
【００３６】
個体粒子は、その粒子形状が維持された状態で分散媒に分散されていることが好ましい。これにより、後述する被検体液の分析における初期電圧（ベースライン）を一定に保つことができる。個体粒子を分散媒に分散させる場合には、個体粒子が分散媒に対して不溶であり且つ個体粒子自身が分散媒によって変性しないような個体粒子と分散媒との組み合わせを採用することが好ましい。例えば、分散媒として水系の分散媒を採用した場合、個体粒子は水に不溶であることが好ましい。
【００３７】
なお、メタノール、アセトン等の揮発性の有機溶媒は、蒸発によって電極と液滴の接触が保持できないため、分散媒として使用できる条件は限られる。また、ベンゼン、石油、重油、食用油等の炭化水素類は、分散媒の材料としては、個体粒子表面の分極を誘発しずらい材料である。
【００３８】
また、個体粒子の表面が化学修飾されている場合には、化学修飾された個体粒子の修飾状態に対する影響が実質的にない分散媒が採用されることが好ましい。たとえば、個体粒子の表面が化学修飾されている場合、表面の化学修飾が分散媒に対して難溶、好ましくは不溶であるような個体粒子と分散媒との組み合わせを採用することが好ましい。また、この場合、個体粒子の表面の化学修飾が測定時の通電により電気分解等されないような分散媒を採用することが好ましい。これにより、化学修飾された物質や個体粒子自体が分散媒に溶解することによる個体粒子の表面電荷の変動を低く抑えることができる。個体粒子と分散媒との混合比は限定されないが、後述する電極間が分散媒で満たされ、かつ分散媒中の個体粒子の分散度が高い状態が、検出電圧が安定して好ましい。
【００３９】
分散媒中における個体粒子の分散度を高めるためには、個体粒子の粒子径が小さい方が好ましい。具体的には、個体粒子の分散度を高めるという観点において、上述した分散媒に分散される個体粒子の粒子径は、平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。また、個体粒子の平均粒子径が小さすぎると、分散媒への分散処理に多大な時間、工数を要する場合がある。このため、個体粒子の平均粒子径は０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であればさらに好ましい。
【００４０】
また、個体粒子の粒子径とは別に、分散媒に対する個体粒子の表面の濡れ性が高いと、分散媒中における個体粒子の分散度を高めることができる。個体粒子の表面の濡れ性は、分散媒の組成に対応して濡れ性の高い材質の個体粒子を選択したり、個体粒子の表面に対して濡れ性を高める表面処理を行うことにより、最適化することができる。分散媒に対する個体粒子の表面の濡れ性を高めるための表面処理の例としては、機械的な研磨やプラズマ処理、分散媒に対する接触角が小さい材質によるコーティング等を挙げることができる。
【００４１】
分散媒に対する濡れ性に優れる個体粒子の好ましい例としては、分散媒に対する接触角が２０°以下の材料によって形成された個体粒子や、上記表面処理により分散媒に対する接触角が２０°以下の表面を有する個体粒子等である。
また、個体粒子の表面は、分散媒に対する接触角が１０°以下であるとより好ましく、６°以下であればさらに好ましい。
【００４２】
ステップＳ１では、個体粒子が分散された分散媒からなる流動体と、被検体液とを所定の混合比で混合させる。流動体と被検体液との混合比は限定されないが、流動体と被検体液との混合液における個体粒子の分散度が高いことが好ましい。なお、流動体と被検体液との混合液は、測定系装置１０１によって検出される電圧を安定させる目的で、混合操作後に均一な流体となることが好ましい。流動体と被検体液との混合液が混合操作の前後で共に流体であるので、混合操作の前後における上記ベースラインの変動を低く抑えることができる。
このように、ステップＳ１では、所定量の被検体液に、当該所定量に基づいて定められた数の個体粒子が混合される。
これでステップＳ１は終了し、ステップＳ２へ進む。
【００４３】
ステップＳ２は、個体粒子が混合された被検体液である上記混合液において、個体粒子表面の表面電荷を検出するステップである。
ステップＳ２では、互いに隙間を開けて対向配置された一組の電極の間に、当該一組の電極の双方に接するように上記混合液を配置する。
【００４４】
一組の電極の各々の電極材料は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Au、Ag、Pt、Mo、Ru、Ir、Al等の金属材料、PやSをドープしたシリコン等の半導体材料であればどれも使用可能である。電極材料は、分散媒による酸化や腐食に対する耐性が高い材料が選択されることが好ましい。これにより、分析時における後述する検出電圧の変動を低く抑えることができる。なお、一組の電極の各々の材料は、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【００４５】
一組の電極は、電圧の変化を測定する測定機（測定系装置）に接続されている。
測定機は、個体粒子の表面電荷の変動に基づいた電圧の変化を検出する検出部と、検出部が検出した電圧の変化に基づいて被検体液中の所定成分の濃度を測定する測定部とを備える。
個体粒子と被検体液とが混合されている状態では、被検体液は個体粒子の表面に接している。このとき、個体粒子と被検体液との界面に電荷の分離が生じる。
ステップＳ２において、被検体液に個体粒子が混合された状態では、所定量の被検体液に、当該所定量に基づいて定められた数の個体粒子が混合されるので、混合液の形状によらず、個体粒子の表面は、被検体液中の所定成分の濃度に対応した帯電状態となる。
【００４６】
個体粒子の表面の帯電状態が変化すると、個体粒子が分散された混合液全体の電気伝導度が変化する。個体粒子の表面の帯電状態は被検体液中の所定成分の濃度に対応しているから、混合液全体の電気伝導度の変化は、被検体液中の所定成分の濃度に対応して変化することとなる。
【００４７】
一対の電極の間に混合液が配置されている状態で、測定機によって、一対の電極の間に所定の基準電圧を負荷する。測定機では、流動体と被検体液との混合液全体の電気伝導度に対応して上記所定の基準電圧とは異なる値の電圧（検出電圧）が検出される。すなわち、測定機によって測定される検出電圧は、個体粒子の帯電状態に応じて上記所定の基準電圧とは異なる値となる。検出電圧は、被検体液中の所定成分の濃度に依存して変化するので、測定部においては、流動体に被検体液が混合されていない状態における検出電圧をベースラインとして、流動体に被検体液が混合されたことによる検出電圧の変化に基づいて上記所定成分の濃度を測定することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の被検体液の分析方法では、所定量の被検体液に、当該所定量に基づいて定められた数の個体粒子が混合されるので、個体粒子の帯電状態と被検体液中の所定成分の濃度との相関性が高い。このため、個体粒子の帯電状態に基づいて所定成分の濃度を算出することによる測定再現性が高い。また、上記特許文献２に示す絶縁膜を有するセンサに被検体液を滴下して分析を行なう場合と比較して、絶縁膜の製造時の厚さ寸法の誤差の影響がないので測定再現性に優れる。
さらに、本分析方法によれば、上記特許文献２に示すセンサと比較して、誘電分極が生じる表面の面積を大幅に増やすことができる。これにより、検出電圧の変化量のレンジを大きくすることができ、検出精度を高めることができる。
【００４９】
なお、水系の分散媒としては、純水、水道水、生理食塩水、緩衝液、界面活性剤、汚水、化学薬品等の水溶液、尿、血液、体液等の生体物質、精製飲料水、牛乳、スープ、味噌汁、調味料等の食品等、水を溶媒とする物質であればどれも使用可能である。
【００５０】
なお、上述の分析方法については、以下の変更をしてもよい。
例えば、測定機の別の構成としては、個体粒子の表面電荷の変動に基づいた電流の変化を検出する検出部と、検出部が検出した電流の変化に基づいて被検体液中の所定成分の濃度を測定する測定部とを備えるものであってもよい。
また、個体粒子を分散させる分散媒として、分析される被検体液を用いてもよい。
【００５１】
また、流動体の分散媒が揮発性の高い物質である場合には、分散媒の蒸発を防止するための密閉容器内で測定を行なってもよい。この場合、当該密閉容器内を当該分散媒の気化物によって予め満たしておいてもよい。
また、分散媒が揮発性の高い物質である場合には、混合液からの分散媒の蒸発量を補償するために分散媒の蒸発量に相当する量の新たな分散媒を混合液に添加してもよい。
【００５２】
また、流動体と被検体液とが混合された後に、これらの混合液の粘度が高まったり混合液が硬化することによって個体粒子が好適に分散された状態で保持されるようになっていてもよい。ただし、混合液の性状が変化する構成において、混合操作の前後における上記ベースラインが変動しないことが特に好ましい。
【００５３】
次に、上記分析方法に基づいて被検体液２４の分析をする溶液成分分析キット１の例について、溶液成分分析キット１を備えた溶液成分分析システム１００とともに、図面を参照して説明する。
本実施形態の溶液成分分析システム１００は、溶液成分分析キット１と、測定系装置１０１とを備える。
まず、溶液成分分析キット１の構成について説明する。
図２は、本実施形態の溶液成分分析システム１００及び溶液成分センサ２の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【００５４】
本実施形態の溶液成分分析キット１は、溶液成分センサ２と、上記流動体２３とを備える。流動体２３は、例えば濃縮状態でボトル内に収容されており、使用時に適切な分散媒２２で希釈して使用される。なお、溶液成分分析キット１における流動体２３の収容態様はこれに限定されることはない。例えば個体粒子２１が粉末状で提供されてもよい。
また、個体粒子２１の材質や修飾状態に適合する複数種類の分散媒２２が別途添付されていてもよい。さらに、複数種類の個体粒子２１及び複数種類の分散媒２２が１キットに含まれていてもよい。これらの場合、個体粒子２１と分散媒２２との組み合わせをユーザに適宜選択させることができるので、複数種類の分析が１キットで可能になる。
【００５５】
図２及び図３に示すように、溶液成分センサ２は、基板３と、電極対４と、配線部８とを備える。
【００５６】
基板３は、絶縁性を有しており、分析対象となる被検体液２４によって侵されず、電極対４及び配線部８を固定することができる材料によって構成された板状部材である。例えば、基板３は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、陶器等のセラミックス、あるいはエポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材等の有機材料などによって形成されている。本実施形態では、基板３はガラスによって形成されている。また、基板３は、光透過性を有していてもよい。基板３が光透過性を有する場合には、光学顕微鏡等を用いた被検体液２４の観察が容易にできる。なお、基板３が光透過性を有していなくても、例えば実体顕微鏡などを用いて基板３上の被検体液２４を観察することもできる。基板３の形状は、厚さ方向から見たときの輪郭形状が矩形状となっている。なお、基板３の厚さ方向から見たときの基板３の形状は、円形、半円形、多角形状など、種々の形状とすることができる。
【００５７】
また、基板３は可撓性を有していてもよい。例えば、可撓性を有する基板３は、薄板状、シート状、フィルム状、若しくは膜状であってよい。また、可撓性を有する基板３の材料としては、樹脂材料から好適に選択することができる。この場合、基板３の材料がロール状に巻かれた原反を用いて基板３を形成することができるので、製造効率がよい。さらに、基板３が可撓性を有していると、外力によって基板３が変形されても基板３が割れたり塑性変形したりせず元の形状に復元するので、溶液成分センサ２及び溶液成分分析キット１の製造時、流通過程、及びユーザによる使用時における取り扱いが容易となる。
また、基板３はアルカリに対する耐性を有していることが好ましい。これにより、後述する電極対４及び配線部８の形成を好適に行うことができる。
【００５８】
電極対４は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Au、Ag、Pt、Mo、Ru、Ir、Al等の金属材料、PやSをドープしたシリコン等の半導体材料によって形成されている。電極対４に適用される電極材料は、分散媒による酸化や腐食に対する耐性が高い材料が選択されることが好ましい。これにより、分析時における後述する検出電圧の変動を低く抑えることができる。なお、一組の電極の各々の材料は、同じであることが好ましい。
【００５９】
さらに、電極対４は、一種類の金属若しくは半導体による単層構造であることが特に好ましい。なお、電極対４には上記混合液が接するので、電極対４が複数種類の金属の積層構造であると、複数種類の金属がともに上記混合液と接する場合に、互いに接する異種金属の間で電蝕が生じる可能性がある。
また、電極対４は、基板３に対する密着性が高い材料であることが好ましい。
【００６０】
これらの観点に基づいて、本実施形態では、基板３の材料としてガラスが採用されている場合には、電極対４としては、クロムの単層構造であることが好ましい。なお、本明細書において、クロムの単層構造とは、クロム原子が基板３に接し基板３の厚さ方向に成長するように成膜された構造体を指す。
また、電極対４において正極となる電極の材料と負極となる電極の材料とが互いに異なっている構成とすることもできる。
【００６１】
なお、電極対４として、複数種類の金属の積層構造を採用することもできる。この場合には、下地となる金属の全体に対して傷やピンホールの発生を低く抑えた状態で他の金属材料による被覆をしたり、当該他の金属材料にさらに酸化皮膜を形成するなどの処理によって、被検体液の分析操作中に電極対４が腐食する可能性を低く抑えることができる。
具体例としては、例えば、図４に示すように、電極対４は、基板３側にクロムからなる下層５を有し、下層５上が金からなる上層６に被覆された二層構造を有する層状の導体であってもよい。これにより、クロムからなる下層５がガラスからなる基板３に密着し、基板３に対する電極対４の密着性が高められ、且つ電極対４の電気抵抗を下げることができる。
【００６２】
基板３の厚さ方向から見たときに、電極対４は、略半円形を有する２つの電極４Ａ，４Ｂが一組となっている。一組の電極４Ａ，４Ｂは、直線状の辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が対向するように所定距離だけ離間して配置されている。したがって、電極対４を構成する一組の電極４Ａ，４Ｂは、互いに電気的に絶縁された状態で基板３上に配されている。一組の電極４Ａ，４Ｂの離間距離は、電極対４の種類や被検体液２４の組成に応じて最適な距離が適宜設定される。例えば、一組の電極４Ａ，４Ｂの離間距離は、各辺部４Ａｘ，４Ｂｘの間の最短距離が１μｍ以上１０ｍｍ以下の範囲となるように設定される。
【００６３】
なお、基板３上には、複数の電極対４及び複数の配線部８が設けられていてもよい。また、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々の形状は、辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が対向しうる形状であれば、互いに同形や対称形でなくてもよい。また、対向する辺部４Ａｘ，４Ｂｘの長さ寸法が互いに異なっていてもよい。また、辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が対向していれば、辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が正対していなくても構わない。
【００６４】
電極対４には、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性のウェル７（流動体保持部）が設けられている。ウェル７は、被検体液２４を含んだ流動体２３と一組の電極４Ａ，４Ｂと接触面積を一定に保持する目的で設けられている。ウェル７は、基板３の面に交差する方向へ向かって電極対４から立ち上げられた壁部７Ａを有しており、壁部７Ａによって囲まれた空間（以下、「流動体保持空間１０」と称する。）内に、電極対４を構成する一組の電極４Ａ，４Ｂの各辺部４Ａｘ，４Ｂｘの一部が配されている。本実施形態では、一組の電極４Ａ，４Ｂの各辺部４Ａｘ，４Ｂｘにおいてそれぞれ一部が流動体保持空間１０内に配置されている。また、流動体保持空間１０内において、一組の電極４Ａ，４Ｂにおける各電極の露出面積は互いに等しい。
【００６５】
ウェル７の壁部７Ａは、分散媒２２に対する濡れ性が低い材料によって形成されていることが好ましい。例えば、分散媒２２として水系の分散媒が採用される場合、ウェル７は疎水性の材料によって形成されていたり、疎水性の表面処理が施されていたりすることが好ましい。例えば、ウェル７の壁部７Ａは、分散媒２２に対する接触角が８０度以上となるように構成されていてもよい。
【００６６】
また、例えば、ウェル７の材料となる疎水性の材料を、基板３上にスクリーン印刷することにより、壁部７Ａを有するウェル７とすることができる。
疎水性の材料によって形成されるウェル７の具体例としては、エポキシ樹脂系、ノボラック樹脂系を用いた厚膜フォトレジスト、シートレジストなどを用いたウェルが挙げられる。たとえば、ＳＵ−８、ＫＭＰＲ（登録商標、化薬マイクロケム社製）、ＫＩ１０００ＴＦ、ＫＩ１０００ＴＦ４（日立化成製）、ＴＦＲシリーズ（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）などを使用して、ウェル７を基板３上にパターン形成することができる。厚膜フォトレジスト、シートレジストは、最適な形状のウェル構造をフォトリソグラフィ技術により容易に作製することができるため、好ましい。
【００６７】
また、疎水性の表面処理が施されたウェル７としては、非極性物質によって外面に疎水性皮膜が形成されてなるウェルを挙げることができる。
なお、ウェル７の壁部７Ａは、被検体液２４と流動体２３との混合液２０に対するメニスカスを相殺して混合液２０の液面高さを一定にするように内面が傾斜していてもよい。
【００６８】
配線部８は、測定系装置１０１と電極対４とを電気的に接続する目的で基板３上に設けられている。配線部８は、電極対４と同様にクロムと金とからなる二層の導体によって形成されている。また、本実施形態では、配線部８と電極対４とは、同一工程にて一体に形成される。なお、配線部８は、電極対４とは異なる材料によって形成されていてもよい。
例えば電極対４がクロムの単層構造である場合には、配線部８は、下地として当該クロムの単層構造を有し、下地の上に金等の良導体が積層された構造となっていてもよい。これにより、配線部８の電気抵抗を下げることができる。
また、配線部８は、電極対４とは異なる形成方法によって形成されてもよい。
【００６９】
また、電極対４と配線部８との組が複数組基板３上に設けられていてもよい。この場合、各電極対４に対してウェル７が個別に設けられ、電極対４毎に異なる分析を行なうことができる。
【００７０】
以上に説明した構成の溶液成分センサ２は、上記ステップＳ１において混合された混合液２０をウェル７内に供給することにより、電極対４と混合液２０との接触面積が、流動体保持空間１０によって規定される一定の面積となる。これにより、電極対４に対する混合液２０の濡れ性の違いや混合液２０の供給時の混合液２０の形状の違い等によって電極対４と混合液２０との接触面積が異なってしまうのを防止し、精度及び再現性の高い分析をすることができる。
【００７１】
なお、上述の溶液成分分析キット１については、以下の変更をしてもよい。
例えば、上記実施形態の溶液成分センサ２は、予め流動体２３が供給された状態でユーザに提供されてもよい。この場合、流動体２３は、粘性を有しておりウェル７からの流出が防止されていることが好ましい。また、流動体２３の粘性が低い場合には、ウェル７の容積は流動体２３が完全に内部に収容される容積であることが好ましく、また流動体２３が収容されたウェル７の開口を封止するフィルムが設けられていることが好ましい。当該フィルムは、例えばウェル７の開口に対して接着やヒートシール等によって剥離可能に固定されていることが好ましい。
【００７２】
また、ウェル７の開口を封止するフィルムは、ピペットチップやニードル等によって貫通可能な材質であってもよい。この場合フィルムを手で開ける手間がいらないので、作業が容易となる。
【００７３】
また、ウェル７に供給される流動体２３の分散媒２２が揮発性の高い物質である場合には、ウェル７の開口に対して着脱可能な蓋が設けられていることが好ましい。この場合、分散媒２２の揮発性が特に高いときには、ウェル７と当該蓋とは、ネジ嵌合等により気密に閉じることができる構造となっていることが好ましい。
【００７４】
また、上述の実施形態では、ウェル７は、被検体液２４と流動体２３との混合液２０を壁部７Ａによってせき止めることで混合液２０を保持するものである例を示したが、混合液を保持するウェルは、混合液２０に対する濡れ性の差を利用して混合液２０を保持するものであってもよい。例えば、混合液２０が全体として親水性である場合、ウェル７は、基板３の厚さ方向から見て環状に形成された疎水性の膜とすることができる。
【００７５】
次に、上記溶液成分センサ２の製造方法について説明する。図５は、本実施形態の溶液成分センサ２の製造方法を示すフローチャートである。
溶液成分センサ２の製造方法としては、まず、互いに対向する一組の電極４Ａ，４Ｂと、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々を検出回路に接続するための配線部８とを基板３上に形成する（図５に示すステップＳ１１）。
一組の電極４Ａ，４Ｂと配線部８とは、例えばスパッタリング等の成膜方法を用いて製造したり、エッチングによってパターン形成したりすることによって形成することができる。また、一組の電極４Ａ，４Ｂは、金属粒子を含有するペーストの印刷によりパターン形成されその後焼成されることによって形成されてもよい。
【００７６】
次に、一組の電極４Ａ，４Ｂにおいて互いに対向する部分の少なくとも一部を含む領域を囲む絶縁性のウェル７（流動体保持部）を一組の電極４Ａ，４Ｂ上に形成する（図５に示すステップＳ１２）。ウェル７は、例えば液状の樹脂などをスクリーン印刷によって一組の電極４Ａ，４Ｂ上に印刷した後に樹脂を硬化させたり、筒状に形成されたウェル７材料を一組の電極４Ａ，４Ｂ上に接着したりすることで形成できる。なお、ウェル７は、基板３上に一部又は全部が形成されていてもよい。
【００７７】
次に、必要に応じて、基板３上においてウェル７の外側領域を絶縁体により被覆する（ステップＳ１３）。絶縁体は、各配線部８の短絡を防止する目的で設けられるものであるが、必須ではない。また、絶縁体は、上記ステップＳ１２においてウェル７と一体成形されてもよい。
以上が溶液成分センサ２の製造工程である。
【００７８】
次に、測定系装置１０１の一例について説明する。図６は、測定系装置１０１のブロック図である。図７は、測定系装置１０１の一部の構成を示す回路図である。
図６に示すように、測定系装置１０１は、溶液成分センサ２の配線部８に電気的に接続される機器であり、測定系回路１０２と、コンピュータ１０８とを備える。
【００７９】
測定系回路１０２には、電圧計測部１０３、電流計測部１０６、及び電源部１０７が接続されている。
図７に示すように、電圧測定部１０３は、溶液成分センサ２の電極対４に対して所定の電圧Ｖｃｃを印加し、溶液成分センサ２の電極対４上に供給された流動体２３若しくは混合液２０の抵抗値Ｒｓに基づいた検出電圧Ｖｏｕｔを出力する。なお、図７に示す各電圧、電流、抵抗の関係は、下記式１ないし式７に示す関係となる。
【００８０】
【数１】
【００８１】
【数２】
【００８２】
【数３】
【００８３】
【数４】
【００８４】
【数５】
【００８５】
【数６】
【００８６】
【数７】
【００８７】
検出電圧Ｖｏｕｔは、差動増幅回路１０４によって例えば２倍に増幅されて出力される。
また、電圧測定部１０３には、センサ感度調節用可変抵抗１０５が設けられている。センサ感度調節用可変抵抗１０５の抵抗値Ｒ１の大きさは、溶液成分センサ２における抵抗値Ｒｓが既知である校正用デバイスを用いて予め設定されることが好ましい。これにより、溶液成分センサ２における抵抗値Ｒｓの変化のレンジに最適化された出力電圧Ｖｏｕｔのレンジを設定することができる。
電流測定部１０６は、測定回路系１０２における電流の大きさを検出する。
【００８８】
コンピュータ１０８は、ＧＰ−ＩＢやＵＳＢ等のインターフェースを介して測定系回路に接続された電子計算機である。また、コンピュータ１０８には、コンピュータ１０８によって演算された結果を表示する表示部１０９と、当該結果その他の情報を記録する記録部１１０とが設けられている。
コンピュータ１０８は、電源部１０７に対して、出力する電圧及び電流の大きさを制御し、また、電圧測定部１０３及び電流測定部１０６において測定された値の入力を受け付ける。コンピュータ１０８は、インターフェースを介して測定系回路１０２から取り込んだ値を用いて被検体液中の所望の成分の濃度を算出するプログラムを有している。
【００８９】
なお、測定系装置１０１の構成は、これに限られるものではない。例えば、測定系装置１０１は、上述の各構成が一体化された携帯型装置であってもよい。また、測定系装置１０１における電子回路の回路配置及び回路構成についても上述の配置及び構成には限られない。
また、測定系装置１０１において、測定系回路１０２とコンピュータ１０３とは無線通信をするようになっていてもよい。
また、複数の電極対４を備えた溶液成分センサ２に対して、複数の測定系回路を備えていてもよいし、複数の電極対４に対して順次測定を行うスイッチング手段を備えていてもよい。
【００９０】
次に、電極対４の厚さとベースラインの電圧値との関係について、ベースラインの評価結果を用いて説明する。図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）、図８（Ｆ）は、それぞれ、電極対４における金の膜厚とベースラインの電圧値との関係を示したグラフである。なお、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、電極対４が外部に露出された本実施形態の溶液成分センサ２を用いた評価の結果である。また、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）は、絶縁膜Ａによって電極対４が被覆された点で構成が異なるセンサを用いた評価の結果である。また、図８（Ｅ）及び図８（Ｆ）は、絶縁膜Ａとは構成が異なる絶縁膜Ｂによって電極対４が被覆された点で構成が異なるセンサを用いた評価の結果である。なお、上記絶縁膜Ａ，Ｂは、絶縁性を有する材料の中から選択された材料を有して成膜された膜である。
【００９１】
まず、ガラス製の基板３上に、下層がクロムで上層が金である二層構造の電極対４を形成した溶液成分センサ２において、金の膜厚の違いによるベースラインの電圧の大きさを測定した。ベースラインの評価は、電極対４上に蒸留水（６μl）を添加した場合と、電極対４上にリン酸生理緩衝液（６μl）を添加した場合との２通りで行なった。また、ベースラインの評価においては、個体粒子は使用していない。金の膜厚は、１０００ｎｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍの４通りであり、各膜厚の対して５回の独立した試行を行なった。また、電極対４上に直接蒸留水またはリン酸生理緩衝液を添加する例に加えて、絶縁膜（絶縁膜Ａ、絶縁膜Ｂ）が電極対４上に形成されこれらの絶縁膜上に蒸留水またはリン酸生理緩衝液を添加する例についても同様に評価した。
【００９２】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す本実施形態の溶液成分センサ２では、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）、図８（Ｆ）に示すような絶縁膜Ａあるいは絶縁膜Ｂを有するセンサと比較して電圧値が高くなる傾向が見られた。この傾向は、蒸留水（ＤＷ）を使用した場合とリン酸緩生理衝液（ＰＢＳ）を使用した場合とのいずれにおいても同様であった。
また、図８（Ｂ）、図８（Ｄ）、図８（Ｆ）に示すように、ＰＢＳを使用して測定をした場合、金の膜厚が２００ｎｍ以上の範囲において、金の膜厚が薄い方がベースラインの電圧値が高いという傾向が見られた。なお、金の膜厚が１００ｎｍの場合には、金の膜厚が１００ｎｍの場合には、金の膜厚が２００ｎｍ以上の範囲における上記傾向とは異なり、ベースラインの電圧値が低下した。
また、エラーバーの開きによれば、金の膜厚は検出精度に大きくは影響しないと考えられる。
【００９３】
次に、ウェル７の構成が異なる溶液成分センサ２におけるベースラインの評価について説明する。本評価では、ウェル７の材料として２種類の材料（Ａ，Ｂ）を用い、それぞれにおいて、電極対４上に蒸留水（６μl）を添加した場合と、電極対４上にリン酸生理緩衝液（６μl）を添加した場合との２通りで評価を行なった。
ウェル材料Ａ，Ｂは、絶縁性、撥水性、柔軟性、易成形性、及び分散媒２２に対する耐性等に着目して選択される材料であり、本評価においては、少なくとも樹脂を含有している。
また、本評価では、電極対４及びウェル７の組を５つ備えた溶液成分センサを使用し、各条件について５回の独立した試行を行った。さらに、各試行による１０分間のベースラインの電圧の平均値をそれぞれ算出し、５回の試行の平均及び標準偏差を求めた。また、ベースラインの測定の精度（％）を、標準偏差／平均値×１００で算出した。
下記表１は、本評価の結果を示す表である。
【００９４】
【表１】
【００９５】
表１に示すように、ウェル材料Ａ，Ｂの違いによって、ベースラインの電圧平均値が異なっている。本評価の場合、ウェル材料Ａ，Ｂのいずれにおいてもベースラインの電圧値は安定していた。
【００９６】
次に、以下に示す各実施例に基づいて、本発明についてより詳細に説明する。以下の実施例及び比較例において、各構成要素に付した符号は、上記実施形態において示した構成要素に対応している。
まず、個体粒子２１を含まない状態において、上記実施形態の溶液成分センサ２を用いた測定をする例について示す。図９は、本発明の実施例の溶液成分センサ２にリン酸生理緩衝液が供給されている状態を示す説明図である。
【００９７】
（実施例１）
溶液成分センサ２として、基板３としてガラス基板３が採用され、電極対４が形成されている部分を除き基板３が樹脂層によって被覆された溶液成分センサ２を製造した。
図９に示すように、電極対４に形成されたウェル７に、リン酸生理緩衝液（以下、「ＰＢＳ×１」と称する。）１２μｌを滴下し、測定系装置１０１を用いて電圧を測定した。測定は、同一基板３上に形成された異なる５つの電極対４に対して一度ずつ、同時に行なった。電圧の計測時間は１０分間とし、溶液成分センサ２を１０分間静置した状態で電圧を測定した。
測定系装置１０１によって測定された１０分間の電圧値の平均値を算出し、下記式８に基づいてＣＶ値を算出し、測定値のばらつきを評価した。
【００９８】
【数８】
【００９９】
（比較例１）
また、比較例として、図１０に示すように電極対４上に絶縁膜９が被覆された点のみが異なる溶液成分センサ２を製造して同様の測定を行なった。絶縁膜９は、塩化ビニルをテトラヒドロフランで溶解させ、基板３上にスピンコーティングすることで基板３上に成膜した。
【０１００】
（結果）
図１１は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１２は、対照実験の結果を示すグラフである。
図１１に示すように、本実施例では、基本構成に溶液成分センサ２を１０分間静置した状態で測定した場合、５つの電極対４の検出電圧は一定でかつ安定であることが分かる。下記表２に示すように、本基本構成におけるＣＶ値は０．７％であり、検出電圧のばらつきは１％以内に収まっている。
図１２に示すように、電極対４上に絶縁膜９が被膜されている場合は、５電極対４の検出電圧は個々には安定であるものの、その値にばらつきが生じている。下記表２に示すように、ＣＶ値は３％であり、絶縁膜９がない場合のＣＶ値よりも高い。
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
（実施例２）
次に、上記実施例１の溶液成分センサ２（図９参照）を用いて、ウェル７内にＰＢＳ×１溶液１２μlを滴下して、滴下してから３０秒後の電圧を計測した。さらに、当該ウェル７内のＰＢＳ×１溶液を廃棄して電極対４上の液体をふき取り、その３０秒後に別のウェル７内にＰＢＳ×１溶液１２μlを滴下して、同じく３０秒後の電圧を計測した。同様の操作を５つの電極対４の全てに対して行い。上記式１式を用いてＣＶ値を算出した。
【０１０３】
（比較例２）
また、対照実験として、上記絶縁膜９を有する溶液成分センサ２（図１０参照）に対して同様の測定を行なった。
【０１０４】
（結果）
図１３は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１４は、対照実験の結果を示すグラフである。
図１３に示すように、本実施例においては、５つの電極対４は、ＰＢＳ×１溶液の滴下に対して鋭敏に応答し、３０秒以内に検出電圧は安定することが分かる。上記表２に示すように、ＣＶ値は２．７％である。
図１４に示すように、電極対４上に絶縁膜９が被膜されている場合は、５電極対４の検出電圧はＰＢＳ×１溶液の滴下後３０秒では電圧が安定していないことがわかった。また、上記表２に示すように、ＣＶ値は６．６％であり、絶縁膜９がない場合のＣＶ値よりも高い。
【０１０５】
（実施例３）
上記実施例１で示した溶液成分センサ２（図９参照）を使用し、５電極対４上にＰＢＳ×０．２溶液４μｌを滴下し、２分間電圧測定を行った（１段階目）。引き続き前者の液滴にＰＢＳ×１．８溶液４μｌを追加し、３分間電圧測定を行った（２段階目）。最後に前者の液滴にＰＢＳ×５溶液４μｌを滴下し、３分間電圧測定を行った（３段階目）。５電極対４の各々について各測定段階における平均電圧を算出し、上記式１式を用いて３種類のＰＢＳ濃度測定におけるセンサ検出電圧のＣＶ値を求めた。また測定したＰＢＳ濃度に対して、検出された５電極対４の検出電圧の平均値をプロットし検量線を得た。この検量線とその１次近似直線から相関係数（Ｒ2値）を求めた。この２つのパラメータから５電極対４の検出電圧のばらつきと、ＰＢＳ濃度に対する検出電圧の相関性を評価した。
【０１０６】
（比較例３）
また、対照実験として、上記絶縁膜９を有する溶液成分センサ２（図１０参照）に対して同様の測定を行なった。
【０１０７】
（結果）
図１５（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１５（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサ２におけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。図１６（Ａ）は、対照実験の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１６（Ｂ）は、対照実験の溶液成分センサ２におけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【０１０８】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、ＰＢＳ濃度の違いにより、検出電圧に差が生じることが分かった。また、検出電圧は、各濃度のＰＢＳ溶液の滴下後、３分間以内で安定することが分かる。ＰＢＳ濃度に対する応答電圧の相関係数は０．８６であった。また下記表３に示すように、５電極対４に対する測定のＣＶ値はどの濃度測定でも２%以下のばらつきに収まっていた。さらに測定後に電極劣化は見られなかった。
【０１０９】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、電極上に絶縁膜９が被膜されている場合は、ＰＢＳ濃度の違いによる検出電圧の差が明確でなかった。ＰＢＳ濃度に対する応答電圧の相関係数は０．８４であった。また、下記表３に示すように、５電極対４に対する測定のＣＶ値はどの濃度測定でも７％以上に増加し、ばらつきが大きい。さらに測定後に電極劣化が見られた。
【０１１０】
【表３】
【０１１１】
（実施例４）
本実施例では、測定溶液の濃度が、１段階目がＰＢＳ×０．２溶液、２段階目がＰＢＳ×１．０溶液、３段階目がＰＢＳ×１．７溶液となっている点が上記実施例３と異なっている。
図１７（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１７（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサ２におけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すように、ＰＢＳ濃度の違いによる検出電圧の差が明確であった。検出電圧は、ＰＢＳ溶液の滴下後、３分間以内で安定することが分かった。ＰＢＳ濃度に対する応答電圧の相関係数は約１．０（０．９９９６）であり、理論値と一致した。すなわち、本実施例では、濃度測定の精度が非常に高い結果が得られた。また下記表４に示すように、５電極対４に対する測定のＣＶ値はどの濃度測定でも４％以下のばらつきに収まっている。さらに測定後に電極劣化は見られなかった。
【０１１２】
【表４】
【０１１３】
（実施例５）
本実施例では、上記実施例３に対して、１段階目の溶液と２段階目の溶液との両方の組成が異なっている。１段階目の溶液として、マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子（平均粒径１０μｍ）：ＰＢＳ×１=１：１００ｗｔ％となるよう調製された溶液を使用した。また、２段階目の溶液として、５電極対４のうちの２つ（ウェル７−１，２）には陽性抗体（マウスＡｎｔｉ−ＩｇＧ／ＰＢＳ×１；１ｍｇ／ｍｌ）を、５電極対４のうちの他の２つ（ウェル７−３，４）には陰性抗体（ヤギＩｇＧ／ＰＢＳ×１；１ｍｇ／ｍｌ）を、５電極対４のうちのさらに他の１つ（ウェル７−５）にはブランク溶液（ＰＢＳ×１）を用いた。なお、本実施例では、３段階目の溶液は使用していない。
本実施例におけるマウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子は、本発明の個体粒子である。本実施例で採用したシリカ粒子の比表面積は、１７０ｍ２／ｇである。
【０１１４】
測定は、まず、５電極対４に対して１段階目の溶液６μｌを滴下し、２分間電圧測定を行い、さらに引き続き前者の液滴に、２段階目の溶液６μｌを追加し、２分間電圧測定を行った。
分散媒であるＰＢＳに対する個体粒子であるシリカ粒子の混合量と、電極対４に対して滴下した液中におけるシリカ粒子の表面積の総和は、下記表５に示すとおりである。
【０１１５】
【表５】
【０１１６】
上記測定の終了後、各電極対４について、各測定段階における平均電圧を算出し、上記式１を用いて３種類のＰＢＳ濃度測定における電圧のＣＶ値を求めた。また下記式９を用いて、センサ応答値を求めた。
本実施例では、このような測定及び算出を３回実施して、再現性を確認した。
【０１１７】
【数９】
【０１１８】
（結果）
図１８（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１８（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサ２における２段階目の溶液の種類ごとの応答値を示したグラフである。図１８（Ｂ）においては、左から順に、陽性抗体、陰性抗体、リン酸生理緩衝液を用いた試験結果である。
図１８（Ａ）に示すように、１段階目の抗体固相化微粒子を含む溶液での検出電圧（０〜２分間の測定範囲）と、２段階目の陽性抗体、ならびに陰性抗体を含む溶液での検出電圧（２〜４分間の測定範囲）の差が明確である。図１８（Ｂ）に示すように、応答値は、陽性抗体で約２４１ｍＶ、陰性抗体で約１４１ｍＶ、ブランク溶液で約１０２ｍＶとなり、抗原抗体反応が検出電圧の違いとして検出されている。
【０１１９】
下記表６は、３回の実施における条件及び結果をまとめた表である。なお、表６において、電極劣化の所見の欄は、電極劣化が見られなかった場合に○（良好）と表記されている。
下記表６に示すように、３回の実施において、どの場合も検出電圧の大きさは陽性抗体＞陰性抗体＞ブランク溶液の順となり、再現性があった。ＣＶ値は２％以内に収まっており、検出電圧のバラつきは少なく、電極劣化も観測されなかった。
また、本実施例では、シリカ粒子の表面積の総和は、ウェル７の底面積よりも著しく大きく、被検体液の添加により誘電分極を起こす表面の面積が、絶縁膜６において誘電分極を起こす表面の面積よりも大きくなっている。シリカ粒子（個体粒子）の表面積の総和が大きいことが、検出電圧のばらつきの少なさに寄与しているものと考えられる。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
（実施例６）
本実施例では、１段階目の溶液として、マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子（平均粒径１０μｍ）：ＰＢＳ×１=１：１００ｗｔ％となるよう調製した溶液を使用した。また、２段階目の溶液として、陽性抗体試験ではウェル７−１，２にはマウスＡｎｔｉ−ＩｇＧ／ＰＢＳ×１(１ｍｇ／ｍｌ及び１００μｇ／ｍｌ）を、ウェル７−３にはブランク溶液（ＰＢＳ×１）を各々滴下した。なお、本実施形態では３つのウェル７を使用し、他の２つのウェル７は使用していない。
本実施例におけるマウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子は、本発明の個体粒子である。また、シリカ粒子の混合量及び表面積の総和は、上記実施例５と同様（上記表５参照）である。
【０１２２】
測定は、まず１段階目の溶液６μｌを滴下し、２分間電圧測定を行った。さらに引き続き、前者の液滴に、２段階目の溶液６μｌを追加し、２分間電圧測定を行った。
上記測定の終了後、各電極対４について、各測定段階における平均電圧を算出した。さらに、上記式２を用いて、センサ応答値を求めた。
また、上記陽性抗体試験と同様な方法で陰性抗体試験を行った。この場合は２段階目の溶液の組成を、ウェル７−１，２にはマウスＡｎｔｉ−ＩｇＧ／ＰＢＳ×１(１ｍｇ／ｍｌ及び１００μｇ／ｍｌ）を、ウェル７−３にはブランク溶液（ＰＢＳ×１）を各々滴下した。
【０１２３】
（結果）
図１９（Ａ）は、陽性抗体試験における検出電圧の変化を時系列で示すグラフである。図１９（Ｂ）は、陽性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさとなっている。図２０（Ａ）は、陰性抗体試験における検出電圧の変化を時系列で示すグラフである。図２０（Ｂ）は、陰性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさとなっている。
また、下記表７は、陽性抗体試験及び陰性抗体試験における条件及び結果をまとめた表である。なお、表７において、電極劣化の所見の欄は、電極劣化が見られなかった場合に○（良好）と表記されている。
図１９（Ｂ）及び図２０（Ｂ）に示すように、及び下記表７に示すように、陽性抗体濃度が１ｍｇ／ｍｌで検出電圧約２４０ｍＶ、１００μｇ／ｍｌで約１２３ｍＶ、ブランク溶液で約７９ｍＶを示し、応答電圧と陽性抗体濃度の間に相関が見られた。一方、図１９（Ｂ）及び下記表７に示すように、陰性抗体濃度が１ｍｇ／ｍｌで検出電圧９４ｍＶ、１００μｇ／ｍｌで約８８ｍＶ、ブランク溶液で８７ｍＶであり、電圧変化が少なく、ほとんど応答していないと言える。なお、陽性抗体試験と陰性抗体試験のどちらの測定でも、電極劣化は観測されなかった。
【０１２４】
【表７】
【０１２５】
上記実施例及び比較例から分かるように、電極対４上に絶縁膜９が設けられていると、分析結果に個体差が生じる。これは、絶縁膜９の製造時における膜厚の誤差に起因すると考えられる。これに対して、個体粒子（マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子）がＰＢＳに分散された混合液を電極対４上に添加した実施例５，６では、同一条件で実験を行った２ウェルにおける分析結果に極端な個体差は見られなかった。すなわち、個体粒子を分散させて当該個体粒子の誘電分極量の変化を用いて分析をすることにより、製造時の個体差による分析結果のばらつきを低く抑えることができる。
【０１２６】
（実施例７）
次に、個体粒子を分散媒に分散させた場合と、当該個体粒子を用いて絶縁膜を形成したい場合とにおけるベースラインのＣＶ値の違いを示す。
本実施例では、個体粒子としてシリカ粒子を使用し、個体粒子１０ｍｇを２００μlのＰＢＳ×１に分散させてベースラインの電圧を測定した。測定方法については上記実施例１と同様である。
【０１２７】
また、本実施例における対照実験として、本実施例７で使用した個体粒子と同一材料かなる粒子を含有する絶縁膜９を有する場合についてベースラインの電圧を測定した。絶縁膜９としては、ポリ塩化ビニル[ｇ]：シリカ粒子[ｇ]：ＴＨＦ[ｍｌ]＝０．０１：０．０６：０．５の比率で混合された溶液が塗布されてなる絶縁膜を採用した。
下記表８は、本実施例とその対照実験とのそれぞれにおける実験条件とＣＶ値とを示す表である。
【０１２８】
【表８】
【０１２９】
上記表８及び表１によれば、絶縁膜９がない場合には、分散媒であるＰＢＳ×１に対して個体粒子を分散させることにより、個体粒子を添加していない場合（実施例１）よりもＣＶ値が僅かながら低下している。また、絶縁膜９が個体粒子を含んでいる場合には、絶縁膜９が個体粒子を含まない場合（比較例１）と比較してＣＶ値が高い。
これにより、個体粒子が絶縁膜内に保持されている場合よりも、個体粒子が分散媒に分散されているほうがベースラインが安定することが分かる。
【０１３０】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照し、実施例を交えて詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施例５，６において、マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子（個体粒子）とＰＢＳ（分散媒）との混合比は１：１００ｗｔ％である具体例を示したが、個体粒子と分散媒との混合比はこれに限られない。例えば、個体粒子と分散媒との混合比は、０．２：１００ｗｔ％から５：１００ｗｔ％の間で適宜設定することができる。なお、混合液２０中における個体粒子２１の比率は、流動体２３や混合液２０の定量が可能な程度の流動性がある範囲内において高い方が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、被検体液中に含まれるイオン、糖、脂質、抗体、抗抗体、抗原等の種々の成分の濃度を電圧変化または電流変化に基づいて検知するためのセンサに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 溶液成分分析キット
２ 溶液成分センサ
３ 基板
４ 電極対
４Ａ，４Ｂ 一対の電極
５ 下層
６ 上層
７ ウェル（流動体保持部）
８ 配線部
９ 絶縁膜
１０ 流動体保持空間
２０ 混合液
２１ 個体粒子
２２ 分散媒
２３ 流動体
２４ 被検体液
１００ 溶液成分分析システム
１０１ 測定系装置
１０２ 測定系回路
１０３ 電圧計測部
１０４ 差動増幅回路
１０５ センサ感度調整用可変抵抗
１０６ 電流測定部
１０７ 電源部
１０８ コンピュータ
１０９ 表示部
１１０ 記録部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた測定再現性を有する溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、溶液成分分析キット、並びに被検体液の分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロマシン技術の一種として、微量液体の分析、反応、ならびに分離操作に利用するμ‐ＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。
μ‐ＴＡＳはマイクロポンプ、ミキサ、バルブ、リアクタ、セパレータ、センサなどの各要素を基板（チップを含む）上に実装し、パッケージ化したものである。μ‐ＴＡＳは、ポストゲノム研究およびプロテオーム研究の発展に欠かせないツールとして期待されている。
【０００３】
このようなμ‐ＴＡＳにおける検体液の濃度を計測する手段として、例えば特許文献１には、「基板と、前記基板上に所定間隔をおいて配置された電極対と、前記電極対の表面及び前記電極対間の前記基板の表面を被覆し血液、リンパ液、細胞質基質などの体液を含む検体液と接触する絶縁膜と、を備えていることを特徴とする酸化ストレス物質検知センサ」が開示されている。この酸化ストレス物質検知センサによれば、検体液中に含まれる１ｐｐｍ程度の極微量の一酸化窒素などの特定の成分を極短時間で精度よく検知できる。しかしながら、選択性が乏しいため、特定成分の有無や濃度の検知が困難であった。そのため、特定成分の有無や濃度の検知ができる選択性の付与が要望されていた。
【０００４】
また、特許文献２には、「基板と、前記基板上に所定間隔をおいて配置された電極対と、前記電極対の表面及び前記電極対間の前記基板の表面を被覆し感応物質を分散保持した絶縁膜と、を備えた溶液成分センサ」が開示されている。この溶液成分センサは、構造が簡単でシステム全体を小型化することができるとともに、既存の半導体製造技術を利用して製造することができるので新たな設備を要さず量産性に優れ、複数成分が混合した検体液中の特定成分の有無等を短時間で精度よく検知することができる選択性のあるセンサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７１２８７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の酸化ストレス物質検知センサは、基板上に絶縁膜が成膜されており、絶縁膜の性状が検知結果に大きく影響する。このため、例えば複数のセンサを基板上に配して多数の検体液の濃度を測定しようとした場合、各センサを覆う絶縁膜の性状を一定にする必要がある。しかしながら、絶縁膜の性状が基板上で一定となるように絶縁膜を成膜することは困難であり、基板上に配された複数のセンサ毎に測定結果にばらつきがでてしまう。その結果、特許文献１に記載の酸化ストレス検知センサでは、再現性の高い結果を得られない場合がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の溶液成分センサは、検体液と電極対との間に配された絶縁膜の歪みや厚さのばらつきを低減することが困難であり、絶縁膜の誘電率に個体差が存在する。このため、溶液成分センサ毎に測定結果がばらつくおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、優れた測定再現性を有する溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、溶液成分分析キット、並びに被検体液の分析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の溶液成分センサは、被検体液を分析するための溶液成分センサであって、基板と、前記基板の外面に所定距離だけ離間して対向配置された一組の電極を有する電極対と、前記一組の電極の各々に設けられた配線部と、を備え、前記電極対は、前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性の流動体保持部を有し、前記一組の電極の各々は、前記外面の面方向に対して垂直な方向から見たときに対向する部分を含んだ少なくとも一部が外部に露出され、前記流動体保持部は、絶縁性の個体粒子が分散媒に分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体及び前記被検体液を保持可能であることを特徴とする溶液成分センサである。
【００１０】
また、前記流動体保持部は、前記面方向に対して交差する方向へ向かって前記電極対から立ち上げられ前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む壁部を有し、前記壁部によって囲まれた空間内に前記流動体が供給され、前記壁部によって前記流動体が前記空間内に保持されることにより、前記一組の電極の各々に前記流動体が接した状態で前記流動体が保持されることが好ましい。
【００１１】
また、前記電極対は、親水性有し又は親水性の表面処理が施され、前記流動体保持部は、前記基板及び前記電極対に積層される疎水性の層であることが好ましい。
【００１２】
また、前記流動体に含まれる前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことが好ましい。
【００１３】
また、前記個体粒子の粒子径は平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
また、前記個体粒子の表面は、前記分散媒に対する接触角が２０°以下となる濡れ性を有することが好ましい。
【００１５】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子は水に難溶であることが好ましい。
【００１６】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子の外面は親水性を有していることが好ましい。
【００１７】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子は疎水性の材料からなり、前記個体粒子の外面は、親水性の表面処理が施されていることが好ましい。
【００１８】
また、前記流動体において前記個体粒子を分散させる分散媒は、前記被検体液であってもよい。
【００１９】
また、本発明の溶液成分センサは、前記電極対に付着して設けられた前記流動体を備えていてもよく、この場合、前記流動体に前記被検体液が添加される。
【００２０】
本発明の溶液成分センサの製造方法は、被検体液を分析するための溶液成分センサの製造方法であって、互いに対向する一組の電極と、前記一組の電極の各々を検出回路に接続するための配線部とを基板上に形成し、前記一組の電極において互いに対向する部分の少なくとも一部を含む領域を囲む絶縁性の流動体保持部を、前記一組の電極と前記基板との少なくともいずれかに形成することを特徴とする溶液成分センサの製造方法である。
【００２１】
また、前記流動体保持部内に、絶縁性を有する個体粒子が分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体を供給することが好ましい。
【００２２】
本発明の溶液成分分析システムは、被検体液の成分分析をする溶液成分分析システムであって、絶縁性を有する個体粒子と前記被検体液との混合物を保持する流動体保持部と、前記流動体保持部に設けられ前記混合物と接する一組の電極と、前記一組の電極と電気的に接続され前記一組の電極の間の電気伝導度を計測するとともに前記電気伝導度に基づいて前記被検体液中の所定成分の濃度を算出する測定系装置と、を備えることを特徴とする溶液成分分析システムである。
【００２３】
本発明の溶液成分分析キットは、本発明の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、前記流動体を前記溶液成分センサとは別体に備えることを特徴とする溶液成分分析キットである。
【００２４】
また、本発明の溶液成分分析キットは、本発明の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、前記個体粒子を前記溶液成分センサとは別体に備えていてもよい。
【００２５】
本発明の被検体液の分析方法は、前記被検体液と、絶縁性を有する個体粒子とを混合し、前記個体粒子が混合された前記被検体液における前記個体粒子表面の電荷を検出することを特徴とする被検体液の分析方法である。
【００２６】
また、前記個体粒子と前記被検体液との混合液の電気伝導度を計測することによって前記個体粒子表面の電荷の変化を検出することが好ましい。
【００２７】
また、前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことが好ましい。
【００２８】
また、前記個体粒子を、前記被検体液とは異なる分散媒に分散させ、前記分散媒に前記個体粒子が分散されてなる流動体を、前記被検体液と混合することが好ましい。
【００２９】
また、前記分散媒は水系の分散媒であり、前記個体粒子は水に難溶であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の溶液成分センサ及びその製造方法、溶液成分分析システム、並びに溶液成分分析キットによれば、優れた測定再現性を有する溶液成分センサとすることができる。
また、本発明の被検体液の分析方法は、分析における測定再現性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の被検体液の分析方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態の溶液成分分析システム及び溶液成分センサを示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】溶液成分センサの他の構成例を示す図で、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の溶液成分センサの製造方法を示すフローチャートである。
【図６】溶液成分センサに接続される測定系装置の構成を示すブロック図である。
【図７】測定系装置における電圧測定部の要部の構成を示す回路図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）は、それぞれ、電極対における金の膜厚とベースラインの電圧値との関係を示したグラフである。
【図９】本発明の実施例の溶液成分センサにリン酸生理緩衝液が供給されている状態を示す説明図である。
【図１０】比較例の溶液成分センサを示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例による溶液成分センサを用いた分析結果を示すグラフである。
【図１２】同実施例に対する比較例として製造した溶液成分センサを用いた対照実験の結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の他の実施例による溶液成分センサを用いた分析結果を示すグラフである。
【図１４】同実施例に対する比較例として製造した溶液成分センサを用いた対照実験の結果を示すグラフである。
【図１５】（Ａ）は、本発明のさらに他の実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、同実施例の溶液成分センサにおけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【図１６】（Ａ）は、対照実験の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、対照実験の溶液成分センサにおけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【図１７】（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサにおけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【図１８】（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサにおける２段階目の溶液の種類ごとの応答値を示したグラフである。（Ｂ）においては、左から順に、陽性抗体、陰性抗体、リン酸生理緩衝液を用いた試験結果である。
【図１９】（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサにおける測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、陽性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさ、横軸は抗体濃度となっている。
【図２０】（Ａ）は、本実施例に対する比較例である陰性抗体試験における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。（Ｂ）は、陰性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさ、横軸は抗体濃度となっている。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態について説明する。
まず、本実施形態の被検体液の分析方法について説明する。
本実施形態の被検体液の分析方法は、被検体液中のイオン、糖、脂質、タンパク質、及び抗体や抗原などの濃度を測定し、被検体液の構成成分を分析する方法である。図１は、本実施形態の被検体液の分析方法を示すフローチャートである。
【００３３】
本分析方法においては、まず、絶縁性を有する個体粒子が分散媒に混合された流動体に、被検体液を混合する（図１に示すステップＳ１）。
個体粒子の材料としては、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、陶器等のセラミックス、あるいはエポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、でんぷん等の有機材料ならばどれも使用可能である。また、個体粒子の形状は、たとえば板状、棒状、球状、楕円球状、立方体形状などであってよく、限定されない。なお、本実施形態の分析方法では、個体粒子間の導電率によって測定の安定度が変化する。ここで、個体粒子が球状であると、個体粒子間の距離が比較的均一になりやすく、より安定した測定結果が得られる。
【００３４】
また、個体粒子の平均粒子径は小さい方が好ましい。個体粒子の平均粒子径が小さい方が、分散媒に分散される個体粒子の表面積の総和が大きくなる。例えば、個体粒子の表面積を大きくするという観点において、個体粒子の平均粒子径は０．１ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、個体粒子の平均粒子径が３０μｍ以下であるとさらに好ましく、１５μｍ以下であるとより好ましい。
【００３５】
なお、個体粒子が高い導電性を有していると後述する電極間が短絡する可能性があるので、個体粒子は絶縁体であるか、あるいは絶縁体によって被覆された粒子であることが好ましい。個体粒子の電気伝導度は、当該個体粒子が分散される分散媒の電気伝導度未満であることが好ましい。また、個体粒子の電気伝導度は、被検体液の電気伝導度未満であることが好ましい。
また、被検体液中の特定物質を選択的に検出する機能を付与するために、表面を化学修飾した個体粒子を使用することも可能である。この場合上記個体粒子に、イオン交換性の官能基、イオノフォア類、酵素、タンパク、抗体、抗原等の認識物質を、化学吸着あるいは有機合成手法により共有結合で結合させて用いることができる。
【００３６】
個体粒子は、その粒子形状が維持された状態で分散媒に分散されていることが好ましい。これにより、後述する被検体液の分析における初期電圧（ベースライン）を一定に保つことができる。個体粒子を分散媒に分散させる場合には、個体粒子が分散媒に対して不溶であり且つ個体粒子自身が分散媒によって変性しないような個体粒子と分散媒との組み合わせを採用することが好ましい。例えば、分散媒として水系の分散媒を採用した場合、個体粒子は水に不溶であることが好ましい。
【００３７】
なお、メタノール、アセトン等の揮発性の有機溶媒は、蒸発によって電極と液滴の接触が保持できないため、分散媒として使用できる条件は限られる。また、ベンゼン、石油、重油、食用油等の炭化水素類は、分散媒の材料としては、個体粒子表面の分極を誘発しずらい材料である。
【００３８】
また、個体粒子の表面が化学修飾されている場合には、化学修飾された個体粒子の修飾状態に対する影響が実質的にない分散媒が採用されることが好ましい。たとえば、個体粒子の表面が化学修飾されている場合、表面の化学修飾が分散媒に対して難溶、好ましくは不溶であるような個体粒子と分散媒との組み合わせを採用することが好ましい。また、この場合、個体粒子の表面の化学修飾が測定時の通電により電気分解等されないような分散媒を採用することが好ましい。これにより、化学修飾された物質や個体粒子自体が分散媒に溶解することによる個体粒子の表面電荷の変動を低く抑えることができる。個体粒子と分散媒との混合比は限定されないが、後述する電極間が分散媒で満たされ、かつ分散媒中の個体粒子の分散度が高い状態が、検出電圧が安定して好ましい。
【００３９】
分散媒中における個体粒子の分散度を高めるためには、個体粒子の粒子径が小さい方が好ましい。具体的には、個体粒子の分散度を高めるという観点において、上述した分散媒に分散される個体粒子の粒子径は、平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることが好ましい。また、個体粒子の平均粒子径が小さすぎると、分散媒への分散処理に多大な時間、工数を要する場合がある。このため、個体粒子の平均粒子径は０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であればさらに好ましい。
【００４０】
また、個体粒子の粒子径とは別に、分散媒に対する個体粒子の表面の濡れ性が高いと、分散媒中における個体粒子の分散度を高めることができる。個体粒子の表面の濡れ性は、分散媒の組成に対応して濡れ性の高い材質の個体粒子を選択したり、個体粒子の表面に対して濡れ性を高める表面処理を行うことにより、最適化することができる。分散媒に対する個体粒子の表面の濡れ性を高めるための表面処理の例としては、機械的な研磨やプラズマ処理、分散媒に対する接触角が小さい材質によるコーティング等を挙げることができる。
【００４１】
分散媒に対する濡れ性に優れる個体粒子の好ましい例としては、分散媒に対する接触角が２０°以下の材料によって形成された個体粒子や、上記表面処理により分散媒に対する接触角が２０°以下の表面を有する個体粒子等である。
また、個体粒子の表面は、分散媒に対する接触角が１０°以下であるとより好ましく、６°以下であればさらに好ましい。
【００４２】
ステップＳ１では、個体粒子が分散された分散媒からなる流動体と、被検体液とを所定の混合比で混合させる。流動体と被検体液との混合比は限定されないが、流動体と被検体液との混合液における個体粒子の分散度が高いことが好ましい。なお、流動体と被検体液との混合液は、測定系装置１０１によって検出される電圧を安定させる目的で、混合操作後に均一な流体となることが好ましい。流動体と被検体液との混合液が混合操作の前後で共に流体であるので、混合操作の前後における上記ベースラインの変動を低く抑えることができる。
このように、ステップＳ１では、所定量の被検体液に、当該所定量に基づいて定められた数の個体粒子が混合される。
これでステップＳ１は終了し、ステップＳ２へ進む。
【００４３】
ステップＳ２は、個体粒子が混合された被検体液である上記混合液において、個体粒子表面の表面電荷を検出するステップである。
ステップＳ２では、互いに隙間を開けて対向配置された一組の電極の間に、当該一組の電極の双方に接するように上記混合液を配置する。
【００４４】
一組の電極の各々の電極材料は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Au、Ag、Pt、Mo、Ru、Ir、Al等の金属材料、PやSをドープしたシリコン等の半導体材料であればどれも使用可能である。電極材料は、分散媒による酸化や腐食に対する耐性が高い材料が選択されることが好ましい。これにより、分析時における後述する検出電圧の変動を低く抑えることができる。なお、一組の電極の各々の材料は、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【００４５】
一組の電極は、電圧の変化を測定する測定機（測定系装置）に接続されている。
測定機は、個体粒子の表面電荷の変動に基づいた電圧の変化を検出する検出部と、検出部が検出した電圧の変化に基づいて被検体液中の所定成分の濃度を測定する測定部とを備える。
個体粒子と被検体液とが混合されている状態では、被検体液は個体粒子の表面に接している。このとき、個体粒子と被検体液との界面に電荷の分離が生じる。
ステップＳ２において、被検体液に個体粒子が混合された状態では、所定量の被検体液に、当該所定量に基づいて定められた数の個体粒子が混合されるので、混合液の形状によらず、個体粒子の表面は、被検体液中の所定成分の濃度に対応した帯電状態となる。
【００４６】
個体粒子の表面の帯電状態が変化すると、個体粒子が分散された混合液全体の電気伝導度が変化する。個体粒子の表面の帯電状態は被検体液中の所定成分の濃度に対応しているから、混合液全体の電気伝導度の変化は、被検体液中の所定成分の濃度に対応して変化することとなる。
【００４７】
一対の電極の間に混合液が配置されている状態で、測定機によって、一対の電極の間に所定の基準電圧を負荷する。測定機では、流動体と被検体液との混合液全体の電気伝導度に対応して上記所定の基準電圧とは異なる値の電圧（検出電圧）が検出される。すなわち、測定機によって測定される検出電圧は、個体粒子の帯電状態に応じて上記所定の基準電圧とは異なる値となる。検出電圧は、被検体液中の所定成分の濃度に依存して変化するので、測定部においては、流動体に被検体液が混合されていない状態における検出電圧をベースラインとして、流動体に被検体液が混合されたことによる検出電圧の変化に基づいて上記所定成分の濃度を測定することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の被検体液の分析方法では、所定量の被検体液に、当該所定量に基づいて定められた数の個体粒子が混合されるので、個体粒子の帯電状態と被検体液中の所定成分の濃度との相関性が高い。このため、個体粒子の帯電状態に基づいて所定成分の濃度を算出することによる測定再現性が高い。また、上記特許文献２に示す絶縁膜を有するセンサに被検体液を滴下して分析を行なう場合と比較して、絶縁膜の製造時の厚さ寸法の誤差の影響がないので測定再現性に優れる。
さらに、本分析方法によれば、上記特許文献２に示すセンサと比較して、誘電分極が生じる表面の面積を大幅に増やすことができる。これにより、検出電圧の変化量のレンジを大きくすることができ、検出精度を高めることができる。
【００４９】
なお、水系の分散媒としては、純水、水道水、生理食塩水、緩衝液、界面活性剤、汚水、化学薬品等の水溶液、尿、血液、体液等の生体物質、精製飲料水、牛乳、スープ、味噌汁、調味料等の食品等、水を溶媒とする物質であればどれも使用可能である。
【００５０】
なお、上述の分析方法については、以下の変更をしてもよい。
例えば、測定機の別の構成としては、個体粒子の表面電荷の変動に基づいた電流の変化を検出する検出部と、検出部が検出した電流の変化に基づいて被検体液中の所定成分の濃度を測定する測定部とを備えるものであってもよい。
また、個体粒子を分散させる分散媒として、分析される被検体液を用いてもよい。
【００５１】
また、流動体の分散媒が揮発性の高い物質である場合には、分散媒の蒸発を防止するための密閉容器内で測定を行なってもよい。この場合、当該密閉容器内を当該分散媒の気化物によって予め満たしておいてもよい。
また、分散媒が揮発性の高い物質である場合には、混合液からの分散媒の蒸発量を補償するために分散媒の蒸発量に相当する量の新たな分散媒を混合液に添加してもよい。
【００５２】
また、流動体と被検体液とが混合された後に、これらの混合液の粘度が高まったり混合液が硬化することによって個体粒子が好適に分散された状態で保持されるようになっていてもよい。ただし、混合液の性状が変化する構成において、混合操作の前後における上記ベースラインが変動しないことが特に好ましい。
【００５３】
次に、上記分析方法に基づいて被検体液２４の分析をする溶液成分分析キット１の例について、溶液成分分析キット１を備えた溶液成分分析システム１００とともに、図面を参照して説明する。
本実施形態の溶液成分分析システム１００は、溶液成分分析キット１と、測定系装置１０１とを備える。
まず、溶液成分分析キット１の構成について説明する。
図２は、本実施形態の溶液成分分析システム１００及び溶液成分センサ２の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【００５４】
本実施形態の溶液成分分析キット１は、溶液成分センサ２と、上記流動体２３とを備える。流動体２３は、例えば濃縮状態でボトル内に収容されており、使用時に適切な分散媒２２で希釈して使用される。なお、溶液成分分析キット１における流動体２３の収容態様はこれに限定されることはない。例えば個体粒子２１が粉末状で提供されてもよい。
また、個体粒子２１の材質や修飾状態に適合する複数種類の分散媒２２が別途添付されていてもよい。さらに、複数種類の個体粒子２１及び複数種類の分散媒２２が１キットに含まれていてもよい。これらの場合、個体粒子２１と分散媒２２との組み合わせをユーザに適宜選択させることができるので、複数種類の分析が１キットで可能になる。
【００５５】
図２及び図３に示すように、溶液成分センサ２は、基板３と、電極対４と、配線部８とを備える。
【００５６】
基板３は、絶縁性を有しており、分析対象となる被検体液２４によって侵されず、電極対４及び配線部８を固定することができる材料によって構成された板状部材である。例えば、基板３は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、陶器等のセラミックス、あるいはエポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材等の有機材料などによって形成されている。本実施形態では、基板３はガラスによって形成されている。また、基板３は、光透過性を有していてもよい。基板３が光透過性を有する場合には、光学顕微鏡等を用いた被検体液２４の観察が容易にできる。なお、基板３が光透過性を有していなくても、例えば実体顕微鏡などを用いて基板３上の被検体液２４を観察することもできる。基板３の形状は、厚さ方向から見たときの輪郭形状が矩形状となっている。なお、基板３の厚さ方向から見たときの基板３の形状は、円形、半円形、多角形状など、種々の形状とすることができる。
【００５７】
また、基板３は可撓性を有していてもよい。例えば、可撓性を有する基板３は、薄板状、シート状、フィルム状、若しくは膜状であってよい。また、可撓性を有する基板３の材料としては、樹脂材料から好適に選択することができる。この場合、基板３の材料がロール状に巻かれた原反を用いて基板３を形成することができるので、製造効率がよい。さらに、基板３が可撓性を有していると、外力によって基板３が変形されても基板３が割れたり塑性変形したりせず元の形状に復元するので、溶液成分センサ２及び溶液成分分析キット１の製造時、流通過程、及びユーザによる使用時における取り扱いが容易となる。
また、基板３はアルカリに対する耐性を有していることが好ましい。これにより、後述する電極対４及び配線部８の形成を好適に行うことができる。
【００５８】
電極対４は、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Au、Ag、Pt、Mo、Ru、Ir、Al等の金属材料、PやSをドープしたシリコン等の半導体材料によって形成されている。電極対４に適用される電極材料は、分散媒による酸化や腐食に対する耐性が高い材料が選択されることが好ましい。これにより、分析時における後述する検出電圧の変動を低く抑えることができる。なお、一組の電極の各々の材料は、同じであることが好ましい。
【００５９】
さらに、電極対４は、一種類の金属若しくは半導体による単層構造であることが特に好ましい。なお、電極対４には上記混合液が接するので、電極対４が複数種類の金属の積層構造であると、複数種類の金属がともに上記混合液と接する場合に、互いに接する異種金属の間で電蝕が生じる可能性がある。
また、電極対４は、基板３に対する密着性が高い材料であることが好ましい。
【００６０】
これらの観点に基づいて、本実施形態では、基板３の材料としてガラスが採用されている場合には、電極対４としては、クロムの単層構造であることが好ましい。なお、本明細書において、クロムの単層構造とは、クロム原子が基板３に接し基板３の厚さ方向に成長するように成膜された構造体を指す。
また、電極対４において正極となる電極の材料と負極となる電極の材料とが互いに異なっている構成とすることもできる。
【００６１】
なお、電極対４として、複数種類の金属の積層構造を採用することもできる。この場合には、下地となる金属の全体に対して傷やピンホールの発生を低く抑えた状態で他の金属材料による被覆をしたり、当該他の金属材料にさらに酸化皮膜を形成するなどの処理によって、被検体液の分析操作中に電極対４が腐食する可能性を低く抑えることができる。
具体例としては、例えば、図４に示すように、電極対４は、基板３側にクロムからなる下層５を有し、下層５上が金からなる上層６に被覆された二層構造を有する層状の導体であってもよい。これにより、クロムからなる下層５がガラスからなる基板３に密着し、基板３に対する電極対４の密着性が高められ、且つ電極対４の電気抵抗を下げることができる。
【００６２】
基板３の厚さ方向から見たときに、電極対４は、略半円形を有する２つの電極４Ａ，４Ｂが一組となっている。一組の電極４Ａ，４Ｂは、直線状の辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が対向するように所定距離だけ離間して配置されている。したがって、電極対４を構成する一組の電極４Ａ，４Ｂは、互いに電気的に絶縁された状態で基板３上に配されている。一組の電極４Ａ，４Ｂの離間距離は、電極対４の種類や被検体液２４の組成に応じて最適な距離が適宜設定される。例えば、一組の電極４Ａ，４Ｂの離間距離は、各辺部４Ａｘ，４Ｂｘの間の最短距離が１μｍ以上１０ｍｍ以下の範囲となるように設定される。
【００６３】
なお、基板３上には、複数の電極対４及び複数の配線部８が設けられていてもよい。また、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々の形状は、辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が対向しうる形状であれば、互いに同形や対称形でなくてもよい。また、対向する辺部４Ａｘ，４Ｂｘの長さ寸法が互いに異なっていてもよい。また、辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が対向していれば、辺部４Ａｘ，４Ｂｘ同士が正対していなくても構わない。
【００６４】
電極対４には、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性のウェル７（流動体保持部）が設けられている。ウェル７は、被検体液２４を含んだ流動体２３と一組の電極４Ａ，４Ｂと接触面積を一定に保持する目的で設けられている。ウェル７は、基板３の面に交差する方向へ向かって電極対４から立ち上げられた壁部７Ａを有しており、壁部７Ａによって囲まれた空間（以下、「流動体保持空間１０」と称する。）内に、電極対４を構成する一組の電極４Ａ，４Ｂの各辺部４Ａｘ，４Ｂｘの一部が配されている。本実施形態では、一組の電極４Ａ，４Ｂの各辺部４Ａｘ，４Ｂｘにおいてそれぞれ一部が流動体保持空間１０内に配置されている。また、流動体保持空間１０内において、一組の電極４Ａ，４Ｂにおける各電極の露出面積は互いに等しい。
【００６５】
ウェル７の壁部７Ａは、分散媒２２に対する濡れ性が低い材料によって形成されていることが好ましい。例えば、分散媒２２として水系の分散媒が採用される場合、ウェル７は疎水性の材料によって形成されていたり、疎水性の表面処理が施されていたりすることが好ましい。例えば、ウェル７の壁部７Ａは、分散媒２２に対する接触角が８０度以上となるように構成されていてもよい。
【００６６】
また、例えば、ウェル７の材料となる疎水性の材料を、基板３上にスクリーン印刷することにより、壁部７Ａを有するウェル７とすることができる。
疎水性の材料によって形成されるウェル７の具体例としては、エポキシ樹脂系、ノボラック樹脂系を用いた厚膜フォトレジスト、シートレジストなどを用いたウェルが挙げられる。たとえば、ＳＵ−８、ＫＭＰＲ（登録商標、化薬マイクロケム社製）、ＫＩ１０００ＴＦ、ＫＩ１０００ＴＦ４（日立化成製）、ＴＦＲシリーズ（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）などを使用して、ウェル７を基板３上にパターン形成することができる。厚膜フォトレジスト、シートレジストは、最適な形状のウェル構造をフォトリソグラフィ技術により容易に作製することができるため、好ましい。
【００６７】
また、疎水性の表面処理が施されたウェル７としては、非極性物質によって外面に疎水性皮膜が形成されてなるウェルを挙げることができる。
なお、ウェル７の壁部７Ａは、被検体液２４と流動体２３との混合液２０に対するメニスカスを相殺して混合液２０の液面高さを一定にするように内面が傾斜していてもよい。
【００６８】
配線部８は、測定系装置１０１と電極対４とを電気的に接続する目的で基板３上に設けられている。配線部８は、電極対４と同様にクロムと金とからなる二層の導体によって形成されている。また、本実施形態では、配線部８と電極対４とは、同一工程にて一体に形成される。なお、配線部８は、電極対４とは異なる材料によって形成されていてもよい。
例えば電極対４がクロムの単層構造である場合には、配線部８は、下地として当該クロムの単層構造を有し、下地の上に金等の良導体が積層された構造となっていてもよい。これにより、配線部８の電気抵抗を下げることができる。
また、配線部８は、電極対４とは異なる形成方法によって形成されてもよい。
【００６９】
また、電極対４と配線部８との組が複数組基板３上に設けられていてもよい。この場合、各電極対４に対してウェル７が個別に設けられ、電極対４毎に異なる分析を行なうことができる。
【００７０】
以上に説明した構成の溶液成分センサ２は、上記ステップＳ１において混合された混合液２０をウェル７内に供給することにより、電極対４と混合液２０との接触面積が、流動体保持空間１０によって規定される一定の面積となる。これにより、電極対４に対する混合液２０の濡れ性の違いや混合液２０の供給時の混合液２０の形状の違い等によって電極対４と混合液２０との接触面積が異なってしまうのを防止し、精度及び再現性の高い分析をすることができる。
【００７１】
なお、上述の溶液成分分析キット１については、以下の変更をしてもよい。
例えば、上記実施形態の溶液成分センサ２は、予め流動体２３が供給された状態でユーザに提供されてもよい。この場合、流動体２３は、粘性を有しておりウェル７からの流出が防止されていることが好ましい。また、流動体２３の粘性が低い場合には、ウェル７の容積は流動体２３が完全に内部に収容される容積であることが好ましく、また流動体２３が収容されたウェル７の開口を封止するフィルムが設けられていることが好ましい。当該フィルムは、例えばウェル７の開口に対して接着やヒートシール等によって剥離可能に固定されていることが好ましい。
【００７２】
また、ウェル７の開口を封止するフィルムは、ピペットチップやニードル等によって貫通可能な材質であってもよい。この場合フィルムを手で開ける手間がいらないので、作業が容易となる。
【００７３】
また、ウェル７に供給される流動体２３の分散媒２２が揮発性の高い物質である場合には、ウェル７の開口に対して着脱可能な蓋が設けられていることが好ましい。この場合、分散媒２２の揮発性が特に高いときには、ウェル７と当該蓋とは、ネジ嵌合等により気密に閉じることができる構造となっていることが好ましい。
【００７４】
また、上述の実施形態では、ウェル７は、被検体液２４と流動体２３との混合液２０を壁部７Ａによってせき止めることで混合液２０を保持するものである例を示したが、混合液を保持するウェルは、混合液２０に対する濡れ性の差を利用して混合液２０を保持するものであってもよい。例えば、混合液２０が全体として親水性である場合、ウェル７は、基板３の厚さ方向から見て環状に形成された疎水性の膜とすることができる。
【００７５】
次に、上記溶液成分センサ２の製造方法について説明する。図５は、本実施形態の溶液成分センサ２の製造方法を示すフローチャートである。
溶液成分センサ２の製造方法としては、まず、互いに対向する一組の電極４Ａ，４Ｂと、一組の電極４Ａ，４Ｂの各々を検出回路に接続するための配線部８とを基板３上に形成する（図５に示すステップＳ１１）。
一組の電極４Ａ，４Ｂと配線部８とは、例えばスパッタリング等の成膜方法を用いて製造したり、エッチングによってパターン形成したりすることによって形成することができる。また、一組の電極４Ａ，４Ｂは、金属粒子を含有するペーストの印刷によりパターン形成されその後焼成されることによって形成されてもよい。
【００７６】
次に、一組の電極４Ａ，４Ｂにおいて互いに対向する部分の少なくとも一部を含む領域を囲む絶縁性のウェル７（流動体保持部）を一組の電極４Ａ，４Ｂ上に形成する（図５に示すステップＳ１２）。ウェル７は、例えば液状の樹脂などをスクリーン印刷によって一組の電極４Ａ，４Ｂ上に印刷した後に樹脂を硬化させたり、筒状に形成されたウェル７材料を一組の電極４Ａ，４Ｂ上に接着したりすることで形成できる。なお、ウェル７は、基板３上に一部又は全部が形成されていてもよい。
【００７７】
次に、必要に応じて、基板３上においてウェル７の外側領域を絶縁体により被覆する（ステップＳ１３）。絶縁体は、各配線部８の短絡を防止する目的で設けられるものであるが、必須ではない。また、絶縁体は、上記ステップＳ１２においてウェル７と一体成形されてもよい。
以上が溶液成分センサ２の製造工程である。
【００７８】
次に、測定系装置１０１の一例について説明する。図６は、測定系装置１０１のブロック図である。図７は、測定系装置１０１の一部の構成を示す回路図である。
図６に示すように、測定系装置１０１は、溶液成分センサ２の配線部８に電気的に接続される機器であり、測定系回路１０２と、コンピュータ１０８とを備える。
【００７９】
測定系回路１０２には、電圧計測部１０３、電流計測部１０６、及び電源部１０７が接続されている。
図７に示すように、電圧測定部１０３は、溶液成分センサ２の電極対４に対して所定の電圧Ｖｃｃを印加し、溶液成分センサ２の電極対４上に供給された流動体２３若しくは混合液２０の抵抗値Ｒｓに基づいた検出電圧Ｖｏｕｔを出力する。なお、図７に示す各電圧、電流、抵抗の関係は、下記式１ないし式７に示す関係となる。
【００８０】
【数１】
【００８１】
【数２】
【００８２】
【数３】
【００８３】
【数４】
【００８４】
【数５】
【００８５】
【数６】
【００８６】
【数７】
【００８７】
検出電圧Ｖｏｕｔは、差動増幅回路１０４によって例えば２倍に増幅されて出力される。
また、電圧測定部１０３には、センサ感度調節用可変抵抗１０５が設けられている。センサ感度調節用可変抵抗１０５の抵抗値Ｒ１の大きさは、溶液成分センサ２における抵抗値Ｒｓが既知である校正用デバイスを用いて予め設定されることが好ましい。これにより、溶液成分センサ２における抵抗値Ｒｓの変化のレンジに最適化された出力電圧Ｖｏｕｔのレンジを設定することができる。
電流測定部１０６は、測定回路系１０２における電流の大きさを検出する。
【００８８】
コンピュータ１０８は、ＧＰ−ＩＢやＵＳＢ等のインターフェースを介して測定系回路に接続された電子計算機である。また、コンピュータ１０８には、コンピュータ１０８によって演算された結果を表示する表示部１０９と、当該結果その他の情報を記録する記録部１１０とが設けられている。
コンピュータ１０８は、電源部１０７に対して、出力する電圧及び電流の大きさを制御し、また、電圧測定部１０３及び電流測定部１０６において測定された値の入力を受け付ける。コンピュータ１０８は、インターフェースを介して測定系回路１０２から取り込んだ値を用いて被検体液中の所望の成分の濃度を算出するプログラムを有している。
【００８９】
なお、測定系装置１０１の構成は、これに限られるものではない。例えば、測定系装置１０１は、上述の各構成が一体化された携帯型装置であってもよい。また、測定系装置１０１における電子回路の回路配置及び回路構成についても上述の配置及び構成には限られない。
また、測定系装置１０１において、測定系回路１０２とコンピュータ１０３とは無線通信をするようになっていてもよい。
また、複数の電極対４を備えた溶液成分センサ２に対して、複数の測定系回路を備えていてもよいし、複数の電極対４に対して順次測定を行うスイッチング手段を備えていてもよい。
【００９０】
次に、電極対４の厚さとベースラインの電圧値との関係について、ベースラインの評価結果を用いて説明する。図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）、図８（Ｆ）は、それぞれ、電極対４における金の膜厚とベースラインの電圧値との関係を示したグラフである。なお、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、電極対４が外部に露出された本実施形態の溶液成分センサ２を用いた評価の結果である。また、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）は、絶縁膜Ａによって電極対４が被覆された点で構成が異なるセンサを用いた評価の結果である。また、図８（Ｅ）及び図８（Ｆ）は、絶縁膜Ａとは構成が異なる絶縁膜Ｂによって電極対４が被覆された点で構成が異なるセンサを用いた評価の結果である。なお、上記絶縁膜Ａ，Ｂは、絶縁性を有する材料の中から選択された材料を有して成膜された膜である。
【００９１】
まず、ガラス製の基板３上に、下層がクロムで上層が金である二層構造の電極対４を形成した溶液成分センサ２において、金の膜厚の違いによるベースラインの電圧の大きさを測定した。ベースラインの評価は、電極対４上に蒸留水（６μl）を添加した場合と、電極対４上にリン酸生理緩衝液（６μl）を添加した場合との２通りで行なった。また、ベースラインの評価においては、個体粒子は使用していない。金の膜厚は、１０００ｎｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍの４通りであり、各膜厚の対して５回の独立した試行を行なった。また、電極対４上に直接蒸留水またはリン酸生理緩衝液を添加する例に加えて、絶縁膜（絶縁膜Ａ、絶縁膜Ｂ）が電極対４上に形成されこれらの絶縁膜上に蒸留水またはリン酸生理緩衝液を添加する例についても同様に評価した。
【００９２】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す本実施形態の溶液成分センサ２では、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）、図８（Ｆ）に示すような絶縁膜Ａあるいは絶縁膜Ｂを有するセンサと比較して電圧値が高くなる傾向が見られた。この傾向は、蒸留水（ＤＷ）を使用した場合とリン酸緩生理衝液（ＰＢＳ）を使用した場合とのいずれにおいても同様であった。
また、図８（Ｂ）、図８（Ｄ）、図８（Ｆ）に示すように、ＰＢＳを使用して測定をした場合、金の膜厚が２００ｎｍ以上の範囲において、金の膜厚が薄い方がベースラインの電圧値が高いという傾向が見られた。なお、金の膜厚が１００ｎｍの場合には、金の膜厚が１００ｎｍの場合には、金の膜厚が２００ｎｍ以上の範囲における上記傾向とは異なり、ベースラインの電圧値が低下した。
また、エラーバーの開きによれば、金の膜厚は検出精度に大きくは影響しないと考えられる。
【００９３】
次に、ウェル７の構成が異なる溶液成分センサ２におけるベースラインの評価について説明する。本評価では、ウェル７の材料として２種類の材料（Ａ，Ｂ）を用い、それぞれにおいて、電極対４上に蒸留水（６μl）を添加した場合と、電極対４上にリン酸生理緩衝液（６μl）を添加した場合との２通りで評価を行なった。
ウェル材料Ａ，Ｂは、絶縁性、撥水性、柔軟性、易成形性、及び分散媒２２に対する耐性等に着目して選択される材料であり、本評価においては、少なくとも樹脂を含有している。
また、本評価では、電極対４及びウェル７の組を５つ備えた溶液成分センサを使用し、各条件について５回の独立した試行を行った。さらに、各試行による１０分間のベースラインの電圧の平均値をそれぞれ算出し、５回の試行の平均及び標準偏差を求めた。また、ベースラインの測定の精度（％）を、標準偏差／平均値×１００で算出した。
下記表１は、本評価の結果を示す表である。
【００９４】
【表１】
【００９５】
表１に示すように、ウェル材料Ａ，Ｂの違いによって、ベースラインの電圧平均値が異なっている。本評価の場合、ウェル材料Ａ，Ｂのいずれにおいてもベースラインの電圧値は安定していた。
【００９６】
次に、以下に示す各実施例に基づいて、本発明についてより詳細に説明する。以下の実施例及び比較例において、各構成要素に付した符号は、上記実施形態において示した構成要素に対応している。
まず、個体粒子２１を含まない状態において、上記実施形態の溶液成分センサ２を用いた測定をする例について示す。図９は、本発明の実施例の溶液成分センサ２にリン酸生理緩衝液が供給されている状態を示す説明図である。
【００９７】
（実施例１）
溶液成分センサ２として、基板３としてガラス基板３が採用され、電極対４が形成されている部分を除き基板３が樹脂層によって被覆された溶液成分センサ２を製造した。
図９に示すように、電極対４に形成されたウェル７に、リン酸生理緩衝液（以下、「ＰＢＳ×１」と称する。）１２μｌを滴下し、測定系装置１０１を用いて電圧を測定した。測定は、同一基板３上に形成された異なる５つの電極対４に対して一度ずつ、同時に行なった。電圧の計測時間は１０分間とし、溶液成分センサ２を１０分間静置した状態で電圧を測定した。
測定系装置１０１によって測定された１０分間の電圧値の平均値を算出し、下記式８に基づいてＣＶ値を算出し、測定値のばらつきを評価した。
【００９８】
【数８】
【００９９】
（比較例１）
また、比較例として、図１０に示すように電極対４上に絶縁膜９が被覆された点のみが異なる溶液成分センサ２を製造して同様の測定を行なった。絶縁膜９は、塩化ビニルをテトラヒドロフランで溶解させ、基板３上にスピンコーティングすることで基板３上に成膜した。
【０１００】
（結果）
図１１は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１２は、対照実験の結果を示すグラフである。
図１１に示すように、本実施例では、基本構成に溶液成分センサ２を１０分間静置した状態で測定した場合、５つの電極対４の検出電圧は一定でかつ安定であることが分かる。下記表２に示すように、本基本構成におけるＣＶ値は０．７％であり、検出電圧のばらつきは１％以内に収まっている。
図１２に示すように、電極対４上に絶縁膜９が被膜されている場合は、５電極対４の検出電圧は個々には安定であるものの、その値にばらつきが生じている。下記表２に示すように、ＣＶ値は３％であり、絶縁膜９がない場合のＣＶ値よりも高い。
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
（実施例２）
次に、上記実施例１の溶液成分センサ２（図９参照）を用いて、ウェル７内にＰＢＳ×１溶液１２μlを滴下して、滴下してから３０秒後の電圧を計測した。さらに、当該ウェル７内のＰＢＳ×１溶液を廃棄して電極対４上の液体をふき取り、その３０秒後に別のウェル７内にＰＢＳ×１溶液１２μlを滴下して、同じく３０秒後の電圧を計測した。同様の操作を５つの電極対４の全てに対して行い。上記式１式を用いてＣＶ値を算出した。
【０１０３】
（比較例２）
また、対照実験として、上記絶縁膜９を有する溶液成分センサ２（図１０参照）に対して同様の測定を行なった。
【０１０４】
（結果）
図１３は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１４は、対照実験の結果を示すグラフである。
図１３に示すように、本実施例においては、５つの電極対４は、ＰＢＳ×１溶液の滴下に対して鋭敏に応答し、３０秒以内に検出電圧は安定することが分かる。上記表２に示すように、ＣＶ値は２．７％である。
図１４に示すように、電極対４上に絶縁膜９が被膜されている場合は、５電極対４の検出電圧はＰＢＳ×１溶液の滴下後３０秒では電圧が安定していないことがわかった。また、上記表２に示すように、ＣＶ値は６．６％であり、絶縁膜９がない場合のＣＶ値よりも高い。
【０１０５】
（実施例３）
上記実施例１で示した溶液成分センサ２（図９参照）を使用し、５電極対４上にＰＢＳ×０．２溶液４μｌを滴下し、２分間電圧測定を行った（１段階目）。引き続き前者の液滴にＰＢＳ×１．８溶液４μｌを追加し、３分間電圧測定を行った（２段階目）。最後に前者の液滴にＰＢＳ×５溶液４μｌを滴下し、３分間電圧測定を行った（３段階目）。５電極対４の各々について各測定段階における平均電圧を算出し、上記式１式を用いて３種類のＰＢＳ濃度測定におけるセンサ検出電圧のＣＶ値を求めた。また測定したＰＢＳ濃度に対して、検出された５電極対４の検出電圧の平均値をプロットし検量線を得た。この検量線とその１次近似直線から相関係数（Ｒ2値）を求めた。この２つのパラメータから５電極対４の検出電圧のばらつきと、ＰＢＳ濃度に対する検出電圧の相関性を評価した。
【０１０６】
（比較例３）
また、対照実験として、上記絶縁膜９を有する溶液成分センサ２（図１０参照）に対して同様の測定を行なった。
【０１０７】
（結果）
図１５（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１５（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサ２におけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。図１６（Ａ）は、対照実験の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１６（Ｂ）は、対照実験の溶液成分センサ２におけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
【０１０８】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、ＰＢＳ濃度の違いにより、検出電圧に差が生じることが分かった。また、検出電圧は、各濃度のＰＢＳ溶液の滴下後、３分間以内で安定することが分かる。ＰＢＳ濃度に対する応答電圧の相関係数は０．８６であった。また下記表３に示すように、５電極対４に対する測定のＣＶ値はどの濃度測定でも２%以下のばらつきに収まっていた。さらに測定後に電極劣化は見られなかった。
【０１０９】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、電極上に絶縁膜９が被膜されている場合は、ＰＢＳ濃度の違いによる検出電圧の差が明確でなかった。ＰＢＳ濃度に対する応答電圧の相関係数は０．８４であった。また、下記表３に示すように、５電極対４に対する測定のＣＶ値はどの濃度測定でも７％以上に増加し、ばらつきが大きい。さらに測定後に電極劣化が見られた。
【０１１０】
【表３】
【０１１１】
（実施例４）
本実施例では、測定溶液の濃度が、１段階目がＰＢＳ×０．２溶液、２段階目がＰＢＳ×１．０溶液、３段階目がＰＢＳ×１．７溶液となっている点が上記実施例３と異なっている。
図１７（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１７（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサ２におけるＰＢＳ濃度と平均電圧との関係を示したグラフである。
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示すように、ＰＢＳ濃度の違いによる検出電圧の差が明確であった。検出電圧は、ＰＢＳ溶液の滴下後、３分間以内で安定することが分かった。ＰＢＳ濃度に対する応答電圧の相関係数は約１．０（０．９９９６）であり、理論値と一致した。すなわち、本実施例では、濃度測定の精度が非常に高い結果が得られた。また下記表４に示すように、５電極対４に対する測定のＣＶ値はどの濃度測定でも４％以下のばらつきに収まっている。さらに測定後に電極劣化は見られなかった。
【０１１２】
【表４】
【０１１３】
（実施例５）
本実施例では、上記実施例３に対して、１段階目の溶液と２段階目の溶液との両方の組成が異なっている。１段階目の溶液として、マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子（平均粒径１０μｍ）：ＰＢＳ×１=１：１００ｗｔ％となるよう調製された溶液を使用した。また、２段階目の溶液として、５電極対４のうちの２つ（ウェル７−１，２）には陽性抗体（マウスＡｎｔｉ−ＩｇＧ／ＰＢＳ×１；１ｍｇ／ｍｌ）を、５電極対４のうちの他の２つ（ウェル７−３，４）には陰性抗体（ヤギＩｇＧ／ＰＢＳ×１；１ｍｇ／ｍｌ）を、５電極対４のうちのさらに他の１つ（ウェル７−５）にはブランク溶液（ＰＢＳ×１）を用いた。なお、本実施例では、３段階目の溶液は使用していない。
本実施例におけるマウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子は、本発明の個体粒子である。本実施例で採用したシリカ粒子の比表面積は、１７０ｍ２／ｇである。
【０１１４】
測定は、まず、５電極対４に対して１段階目の溶液６μｌを滴下し、２分間電圧測定を行い、さらに引き続き前者の液滴に、２段階目の溶液６μｌを追加し、２分間電圧測定を行った。
分散媒であるＰＢＳに対する個体粒子であるシリカ粒子の混合量と、電極対４に対して滴下した液中におけるシリカ粒子の表面積の総和は、下記表５に示すとおりである。
【０１１５】
【表５】
【０１１６】
上記測定の終了後、各電極対４について、各測定段階における平均電圧を算出し、上記式１を用いて３種類のＰＢＳ濃度測定における電圧のＣＶ値を求めた。また下記式９を用いて、センサ応答値を求めた。
本実施例では、このような測定及び算出を３回実施して、再現性を確認した。
【０１１７】
【数９】
【０１１８】
（結果）
図１８（Ａ）は、本実施例の溶液成分センサ２における測定時間と電圧との関係を示したグラフである。図１８（Ｂ）は、本実施例の溶液成分センサ２における２段階目の溶液の種類ごとの応答値を示したグラフである。図１８（Ｂ）においては、左から順に、陽性抗体、陰性抗体、リン酸生理緩衝液を用いた試験結果である。
図１８（Ａ）に示すように、１段階目の抗体固相化微粒子を含む溶液での検出電圧（０〜２分間の測定範囲）と、２段階目の陽性抗体、ならびに陰性抗体を含む溶液での検出電圧（２〜４分間の測定範囲）の差が明確である。図１８（Ｂ）に示すように、応答値は、陽性抗体で約２４１ｍＶ、陰性抗体で約１４１ｍＶ、ブランク溶液で約１０２ｍＶとなり、抗原抗体反応が検出電圧の違いとして検出されている。
【０１１９】
下記表６は、３回の実施における条件及び結果をまとめた表である。なお、表６において、電極劣化の所見の欄は、電極劣化が見られなかった場合に○（良好）と表記されている。
下記表６に示すように、３回の実施において、どの場合も検出電圧の大きさは陽性抗体＞陰性抗体＞ブランク溶液の順となり、再現性があった。ＣＶ値は２％以内に収まっており、検出電圧のバラつきは少なく、電極劣化も観測されなかった。
また、本実施例では、シリカ粒子の表面積の総和は、ウェル７の底面積よりも著しく大きく、被検体液の添加により誘電分極を起こす表面の面積が、絶縁膜６において誘電分極を起こす表面の面積よりも大きくなっている。シリカ粒子（個体粒子）の表面積の総和が大きいことが、検出電圧のばらつきの少なさに寄与しているものと考えられる。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
（実施例６）
本実施例では、１段階目の溶液として、マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子（平均粒径１０μｍ）：ＰＢＳ×１=１：１００ｗｔ％となるよう調製した溶液を使用した。また、２段階目の溶液として、陽性抗体試験ではウェル７−１，２にはマウスＡｎｔｉ−ＩｇＧ／ＰＢＳ×１(１ｍｇ／ｍｌ及び１００μｇ／ｍｌ）を、ウェル７−３にはブランク溶液（ＰＢＳ×１）を各々滴下した。なお、本実施形態では３つのウェル７を使用し、他の２つのウェル７は使用していない。
本実施例におけるマウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子は、本発明の個体粒子である。また、シリカ粒子の混合量及び表面積の総和は、上記実施例５と同様（上記表５参照）である。
【０１２２】
測定は、まず１段階目の溶液６μｌを滴下し、２分間電圧測定を行った。さらに引き続き、前者の液滴に、２段階目の溶液６μｌを追加し、２分間電圧測定を行った。
上記測定の終了後、各電極対４について、各測定段階における平均電圧を算出した。さらに、上記式２を用いて、センサ応答値を求めた。
また、上記陽性抗体試験と同様な方法で陰性抗体試験を行った。この場合は２段階目の溶液の組成を、ウェル７−１，２にはマウスＡｎｔｉ−ＩｇＧ／ＰＢＳ×１(１ｍｇ／ｍｌ及び１００μｇ／ｍｌ）を、ウェル７−３にはブランク溶液（ＰＢＳ×１）を各々滴下した。
【０１２３】
（結果）
図１９（Ａ）は、陽性抗体試験における検出電圧の変化を時系列で示すグラフである。図１９（Ｂ）は、陽性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさとなっている。図２０（Ａ）は、陰性抗体試験における検出電圧の変化を時系列で示すグラフである。図２０（Ｂ）は、陰性抗体試験の結果を示すグラフで、縦軸は応答値の大きさとなっている。
また、下記表７は、陽性抗体試験及び陰性抗体試験における条件及び結果をまとめた表である。なお、表７において、電極劣化の所見の欄は、電極劣化が見られなかった場合に○（良好）と表記されている。
図１９（Ｂ）及び図２０（Ｂ）に示すように、及び下記表７に示すように、陽性抗体濃度が１ｍｇ／ｍｌで検出電圧約２４０ｍＶ、１００μｇ／ｍｌで約１２３ｍＶ、ブランク溶液で約７９ｍＶを示し、応答電圧と陽性抗体濃度の間に相関が見られた。一方、図１９（Ｂ）及び下記表７に示すように、陰性抗体濃度が１ｍｇ／ｍｌで検出電圧９４ｍＶ、１００μｇ／ｍｌで約８８ｍＶ、ブランク溶液で８７ｍＶであり、電圧変化が少なく、ほとんど応答していないと言える。なお、陽性抗体試験と陰性抗体試験のどちらの測定でも、電極劣化は観測されなかった。
【０１２４】
【表７】
【０１２５】
上記実施例及び比較例から分かるように、電極対４上に絶縁膜９が設けられていると、分析結果に個体差が生じる。これは、絶縁膜９の製造時における膜厚の誤差に起因すると考えられる。これに対して、個体粒子（マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子）がＰＢＳに分散された混合液を電極対４上に添加した実施例５，６では、同一条件で実験を行った２ウェルにおける分析結果に極端な個体差は見られなかった。すなわち、個体粒子を分散させて当該個体粒子の誘電分極量の変化を用いて分析をすることにより、製造時の個体差による分析結果のばらつきを低く抑えることができる。
【０１２６】
（実施例７）
次に、個体粒子を分散媒に分散させた場合と、当該個体粒子を用いて絶縁膜を形成したい場合とにおけるベースラインのＣＶ値の違いを示す。
本実施例では、個体粒子としてシリカ粒子を使用し、個体粒子１０ｍｇを２００μlのＰＢＳ×１に分散させてベースラインの電圧を測定した。測定方法については上記実施例１と同様である。
【０１２７】
また、本実施例における対照実験として、本実施例７で使用した個体粒子と同一材料かなる粒子を含有する絶縁膜９を有する場合についてベースラインの電圧を測定した。絶縁膜９としては、ポリ塩化ビニル[ｇ]：シリカ粒子[ｇ]：ＴＨＦ[ｍｌ]＝０．０１：０．０６：０．５の比率で混合された溶液が塗布されてなる絶縁膜を採用した。
下記表８は、本実施例とその対照実験とのそれぞれにおける実験条件とＣＶ値とを示す表である。
【０１２８】
【表８】
【０１２９】
上記表８及び表１によれば、絶縁膜９がない場合には、分散媒であるＰＢＳ×１に対して個体粒子を分散させることにより、個体粒子を添加していない場合（実施例１）よりもＣＶ値が僅かながら低下している。また、絶縁膜９が個体粒子を含んでいる場合には、絶縁膜９が個体粒子を含まない場合（比較例１）と比較してＣＶ値が高い。
これにより、個体粒子が絶縁膜内に保持されている場合よりも、個体粒子が分散媒に分散されているほうがベースラインが安定することが分かる。
【０１３０】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照し、実施例を交えて詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施例５，６において、マウスＩｇＧ抗体を固相化したシリカ粒子（個体粒子）とＰＢＳ（分散媒）との混合比は１：１００ｗｔ％である具体例を示したが、個体粒子と分散媒との混合比はこれに限られない。例えば、個体粒子と分散媒との混合比は、０．２：１００ｗｔ％から５：１００ｗｔ％の間で適宜設定することができる。なお、混合液２０中における個体粒子２１の比率は、流動体２３や混合液２０の定量が可能な程度の流動性がある範囲内において高い方が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、被検体液中に含まれるイオン、糖、脂質、抗体、抗抗体、抗原等の種々の成分の濃度を電圧変化または電流変化に基づいて検知するためのセンサに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 溶液成分分析キット
２ 溶液成分センサ
３ 基板
４ 電極対
４Ａ，４Ｂ 一対の電極
５ 下層
６ 上層
７ ウェル（流動体保持部）
８ 配線部
９ 絶縁膜
１０ 流動体保持空間
２０ 混合液
２１ 個体粒子
２２ 分散媒
２３ 流動体
２４ 被検体液
１００ 溶液成分分析システム
１０１ 測定系装置
１０２ 測定系回路
１０３ 電圧計測部
１０４ 差動増幅回路
１０５ センサ感度調整用可変抵抗
１０６ 電流測定部
１０７ 電源部
１０８ コンピュータ
１０９ 表示部
１１０ 記録部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体液を分析するための溶液成分センサであって、
基板と、
前記基板の外面に所定距離だけ離間して対向配置された一組の電極を有する電極対と、
前記一組の電極の各々に設けられた配線部と、
を備え、
前記電極対は、前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性の流動体保持部を有し、
前記一組の電極の各々は、前記外面の面方向に対して垂直な方向から見たときに対向する部分を含んだ少なくとも一部が外部に露出され、
前記流動体保持部は、絶縁性の個体粒子が分散媒に分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体及び前記被検体液を保持可能である
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の溶液成分センサであって、
前記流動体保持部は、前記面方向に対して交差する方向へ向かって前記電極対から立ち上げられ前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む壁部を有し、
前記壁部によって囲まれた空間内に前記流動体が供給され、前記壁部によって前記流動体が前記空間内に保持されることにより、前記一組の電極の各々に前記流動体が接した状態で前記流動体が保持される、
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の溶液成分センサであって、
前記電極対は、親水性有し又は親水性の表面処理が施され、
前記流動体保持部は、前記基板及び前記電極対に積層される疎水性の層である
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記流動体に含まれる前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記個体粒子の粒子径は平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記個体粒子の表面は、前記分散媒に対する接触角が２０°以下となる濡れ性を有することを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子は水に難溶である
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子の外面は親水性を有していることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子は疎水性の材料からなり、
前記個体粒子の外面は、親水性の表面処理が施されていることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記流動体において前記個体粒子を分散させる分散媒は、前記被検体液であることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記電極対に付着して設けられた前記流動体を備え、
前記流動体に前記被検体液が添加される
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項１２】
被検体液を分析するための溶液成分センサの製造方法であって、
互いに対向する一組の電極と、前記一組の電極の各々を検出回路に接続するための配線部とを基板上に形成し、
前記一組の電極において互いに対向する部分の少なくとも一部を含む領域を囲む絶縁性の流動体保持部を、前記一組の電極と前記基板との少なくともいずれかに形成する
ことを特徴とする溶液成分センサの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の溶液成分センサの製造方法であって、
前記流動体保持部内に、絶縁性を有する個体粒子が分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体を供給する
ことを特徴とする溶液成分センサの製造方法。
【請求項１４】
被検体液の成分分析をする溶液成分分析システムであって、
絶縁性を有する個体粒子と前記被検体液との混合物を保持する流動体保持部と、
前記流動体保持部に設けられ前記混合物と接する一組の電極と、
前記一組の電極と電気的に接続され前記一組の電極の間の電気伝導度を計測するとともに前記電気伝導度に基づいて前記被検体液中の所定成分の濃度を算出する測定系装置と、
を備えることを特徴とする溶液成分分析システム。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、
前記流動体を前記溶液成分センサとは別体に備えることを特徴とする溶液成分分析キット。
【請求項１６】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、
前記個体粒子を前記溶液成分センサとは別体に備えることを特徴とする溶液成分分析キット。
【請求項１７】
被検体液の分析方法であって、
前記被検体液と、絶縁性を有する個体粒子とを混合し、
前記個体粒子が混合された前記被検体液における前記個体粒子表面の電荷を検出する
ことを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の被検体液の分析方法であって、
前記個体粒子と前記被検体液との混合液の電気伝導度を計測することによって前記個体粒子表面の電荷の変化を検出することを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８に記載の被検体液の分析方法であって、
前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項２０】
請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の被検体液の分析方法であって、
前記個体粒子を、前記被検体液とは異なる分散媒に分散させ、
前記分散媒に前記個体粒子が分散されてなる流動体を、前記被検体液と混合する
ことを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の被検体液の分析方法であって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子は水に難溶である
ことを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項１】
被検体液を分析するための溶液成分センサであって、
基板と、
前記基板の外面に所定距離だけ離間して対向配置された一組の電極を有する電極対と、
前記一組の電極の各々に設けられた配線部と、
を備え、
前記電極対は、前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む絶縁性の流動体保持部を有し、
前記一組の電極の各々は、前記外面の面方向に対して垂直な方向から見たときに対向する部分を含んだ少なくとも一部が外部に露出され、
前記流動体保持部は、絶縁性の個体粒子が分散媒に分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体及び前記被検体液を保持可能である
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の溶液成分センサであって、
前記流動体保持部は、前記面方向に対して交差する方向へ向かって前記電極対から立ち上げられ前記一組の電極の各々において外部に露出された部分を囲む壁部を有し、
前記壁部によって囲まれた空間内に前記流動体が供給され、前記壁部によって前記流動体が前記空間内に保持されることにより、前記一組の電極の各々に前記流動体が接した状態で前記流動体が保持される、
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の溶液成分センサであって、
前記電極対は、親水性有し又は親水性の表面処理が施され、
前記流動体保持部は、前記基板及び前記電極対に積層される疎水性の層である
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記流動体に含まれる前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記個体粒子の粒子径は平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記個体粒子の表面は、前記分散媒に対する接触角が２０°以下となる濡れ性を有することを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子は水に難溶である
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子の外面は親水性を有していることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子は疎水性の材料からなり、
前記個体粒子の外面は、親水性の表面処理が施されていることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記流動体において前記個体粒子を分散させる分散媒は、前記被検体液であることを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の溶液成分センサであって、
前記電極対に付着して設けられた前記流動体を備え、
前記流動体に前記被検体液が添加される
ことを特徴とする溶液成分センサ。
【請求項１２】
被検体液を分析するための溶液成分センサの製造方法であって、
互いに対向する一組の電極と、前記一組の電極の各々を検出回路に接続するための配線部とを基板上に形成し、
前記一組の電極において互いに対向する部分の少なくとも一部を含む領域を囲む絶縁性の流動体保持部を、前記一組の電極と前記基板との少なくともいずれかに形成する
ことを特徴とする溶液成分センサの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の溶液成分センサの製造方法であって、
前記流動体保持部内に、絶縁性を有する個体粒子が分散され前記一組の電極の各々を繋ぐ流動体を供給する
ことを特徴とする溶液成分センサの製造方法。
【請求項１４】
被検体液の成分分析をする溶液成分分析システムであって、
絶縁性を有する個体粒子と前記被検体液との混合物を保持する流動体保持部と、
前記流動体保持部に設けられ前記混合物と接する一組の電極と、
前記一組の電極と電気的に接続され前記一組の電極の間の電気伝導度を計測するとともに前記電気伝導度に基づいて前記被検体液中の所定成分の濃度を算出する測定系装置と、
を備えることを特徴とする溶液成分分析システム。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、
前記流動体を前記溶液成分センサとは別体に備えることを特徴とする溶液成分分析キット。
【請求項１６】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の溶液成分センサを備えた溶液成分分析キットであって、
前記個体粒子を前記溶液成分センサとは別体に備えることを特徴とする溶液成分分析キット。
【請求項１７】
被検体液の分析方法であって、
前記被検体液と、絶縁性を有する個体粒子とを混合し、
前記個体粒子が混合された前記被検体液における前記個体粒子表面の電荷を検出する
ことを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の被検体液の分析方法であって、
前記個体粒子と前記被検体液との混合液の電気伝導度を計測することによって前記個体粒子表面の電荷の変化を検出することを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８に記載の被検体液の分析方法であって、
前記個体粒子は、ガラス、水晶、窒化ケイ素、ダイアモンド、ゼオライト、セラミックス、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、生分解性プラスチック、紙、木材、及びでんぷんのうちの１つ以上を含むことを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項２０】
請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の被検体液の分析方法であって、
前記個体粒子を、前記被検体液とは異なる分散媒に分散させ、
前記分散媒に前記個体粒子が分散されてなる流動体を、前記被検体液と混合する
ことを特徴とする被検体液の分析方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の被検体液の分析方法であって、
前記分散媒は水系の分散媒であり、
前記個体粒子は水に難溶である
ことを特徴とする被検体液の分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−１１３６２７（Ｐ２０１３−１１３６２７Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７９４８（Ｐ２０１１−２５７９４８）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００１０１７１０）アルバック成膜株式会社 (39)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００１０１７１０）アルバック成膜株式会社 (39)
【Ｆターム（参考）】
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