電極基板とそれを用いた微生物・微粒子測定装置
【課題】微小な電極基板上の電極パターンの損傷や汚れの付着を防止し、かつ電極への被検査溶液の供給率の低下を抑える構造を有する電極カバー及び測定装置を提供すること。
【解決手段】基板２と、電極３と、電極３の基板２とは対向する方向に設けられたカバー５を有し、カバー５が空隙６を介して電極３を覆い、空隙６が開口７、８により外部と接続する構造を有し、カバー５により電極３への接触や汚れの付着を防ぎ、また、開口７、８より被検査溶液が空隙６へ流出入することで電極近傍への被検査溶液の連続的な供給が可能となり測定感度の低下を抑えられる。
【解決手段】基板２と、電極３と、電極３の基板２とは対向する方向に設けられたカバー５を有し、カバー５が空隙６を介して電極３を覆い、空隙６が開口７、８により外部と接続する構造を有し、カバー５により電極３への接触や汚れの付着を防ぎ、また、開口７、８より被検査溶液が空隙６へ流出入することで電極近傍への被検査溶液の連続的な供給が可能となり測定感度の低下を抑えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極を利用した微生物や微粒子の操作および測定が可能な電極基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、食中毒や感染症などの原因となり、人体に何らかの害を及ぼす可能性がある微生物を迅速、簡便、高感度に定量測定するニーズは特に高い。食品の製造工程や微生物検査施設を備えない診療所など、その場で微生物検査を実施することで、これらの防止、予防が可能になるためである。また、いわゆるバイオセンサにおいて、抗体など特定の物質に特異的に結合する物質を標識したポリスチレンなどの人工微粒子を用いて、検体中の生化学的物質を定量測定する際に、検体中の微粒子数あるいはその結合状態を定量測定する必要がある。このように、昨今、液体中に含まれる微粒子を迅速、簡便、定量的に測定する要求は高い。
【０００３】
従来、微生物の検査法として最も一般的に用いられるのは培養法である。培養法は、培地上に微生物検体を塗抹し、微生物が生育条件下で培養を行い、形成される培地上のコロニー数を計数することで微生物数を定量する方法である。しかし、コロニー形成までに通常１〜２日、微生物種によっては数週間を要するため、迅速な検査を実施できない問題があった。また、濃縮や希釈、培地への塗抹などが必要なため、専門家による操作が必要であり、簡便な検査が実施できない、あるいは操作上のバラツキによる精度低下があった。
【０００４】
迅速、簡便、高感度な微生物数測定法として、誘電泳動とインピーダンス計測を組み合わせたＤＥＰＩＭ法がある（例えば特許文献１）。
【０００５】
ＤＥＰＩＭ法は、微生物を誘電泳動力によってマイクロ電極に捕集し、同時にマイクロ電極のインピーダンス変化を測定することによって被検査溶液中の微生物数を定量測定する方法である。微生物に働く誘電泳動力を十分大きくし、微生物を電極ギャップに確実に捕集する必要があるため、このような微小物質の応答を検出する電極は、パターンが非常に微細であるが、電極部分は基板上に露出している。よって、電極取り扱いの際の破損や電極パターンの損傷を防ぐため、電極を保護する工夫が必要となってくる。
【０００６】
電極パターンを覆うカバーを設けている例として、特許文献２と特許文献３に開示されるバイオセンサがある。これらは、電極基板上に作製した電極パターン上方に、スペーサーを介しカバーを設け、電極上に微小な空間を作製する。前記空間への微量な被検査溶液の導入と前記空間における反応を、電極によりモニターする。前記空間には、一つの入り口が設けられている。
【特許文献１】特開２００３−３３４０５９号公報
【特許文献２】特開２００４−４０１７号公報
【特許文献３】特開平１０−３１１８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の構成では、覆いにより電極の露出を保護することで、電極操作や測定の際、指や粉塵の電極部分への接触による電極パターンの損傷や汚れの付着を避けることができた。しかし、前記従来の構成では、電極への接触を避けるために電極上部に覆いを設けると、電極基板と覆い間のごく微小な隙間を通じ被検溶液導入しなければならず、電極への被検査供給量がごく微量に限定されるという課題を有していた。また、電極反応後の被検査溶液の排出機能や循環機能には欠けているため、常に新しい溶液が電極近傍へ行き渡らず、測定効率が低下するという課題を有していた。さらに、これらのスペーサーやカバーの貼り合わせに接着剤を使用しているため、被検査溶液中に接着剤成分が溶け出した場合、夾雑物質となる可能性がある。
【０００８】
本発明は前記従来の問題を解決するためになされたものであり、電極パターン部分への指の接触や油脂や粉塵の付着を防ぎ、また、電極への安定した被検査溶液の供給を絶えず行うことができる、電極基板、測定装置、及び電極基板の製造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】
【０００９】
本発明にかかる電極基板は、基板と、導電性を持ち前記基板の上に設けられた電極と、前記電極につながり前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極の前記基板とは対向する方向に設けられたカバーを有し、前記カバーが空隙を介して前記電極の一部または全部を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されているため、前記カバーにより前記電極の損傷や電極への汚れの付着を防ぐことができ、前記２つ以上の開口を介し前記空隙へ被検査溶液が出入可能であり、電極近傍へ被検査溶液を十分供給できる。
【００１０】
第２の発明にかかる電極基板は、前記電極と前記カバーの距離が１ｍｍ以上であるため、前期被検査溶液の空隙への流出入が制限されず、電極近傍へ十分な被検査溶液の供給ができる。また、前記電極と前記カバーの距離が５ｍｍ以下であるため、前記攪拌手段による前期被検査溶液の攪拌作用を妨げることなく測定できる。
【００１１】
第３の発明にかかる電極基板は、前記カバーが前記基板の厚みと等しいもしくは、基板厚みよりも微小に大きい凹部を持ち、前記凹部に前記基板が挟まれることで前記カバーに固定化されるため、カバーの脱着が可能となる。また、カバーの大きさを持ちやすい大きさに調節することで、電極基板のハンドリングが容易となる。さらに、接着剤を使用しないため、被検査溶液へ接着剤成分が溶け出し夾雑物質となる可能性を抑えることができる。
【００１２】
第４の発明にかかる電極基板は、前記カバーと前記電極基板は同一基板より成型され、前記カバーが前記基板の一部であるため、カバーのみを成型する工程と電極基板に取り付ける工程を省略でき、作業工程の簡略化や材料費の削減が可能となる。
【００１３】
第５の発明にかかるカバー付電極基板は、前記カバー上に径１０mｍ以上５ｍｍ以下の開口を少なくとも一つ以上持っており、前記空隙を挟む位置に配置される開口を介して供給される基板表面に平行な方向への被検査溶液の流れに加え、カバー上に設けた径１０mｍ以上５ｍｍ以下の開口を介し、基板表面に垂直な方向へも被検査溶液供給が可能となる。よって、電極近傍への被検査溶液供給効率がさらに向上する。前記１０mｍ以上の開口は、被検査溶液中の微生物・微粒子の最大径よりも大きく、前記微生物・微粒子がカバー上の開口を介し、空隙へ流入できる構造となっている。前記５ｍｍ以下の開口では、前記カバーと前記電極間の距離を１ｍｍに設定し、電極を手で持ち操作した時に、指が電極や電極パターン面に接触しない大きさとなっている。
【００１４】
かかる構成は、前記被検溶液中の微生物や微粒子を効率よく電極近傍に供給し、かつ指の接触による電極表面への汚れの付着や電極センサ部分の損傷を防ぐことができる。
【００１５】
第６の発明にかかる電極基板作製方法は、基板に少なくとも１個以上の電極と端子をパターンニングする工程と前記カバー部とおりしろ部の間に折り曲げ線を入れる工程と前記基板において１つの電極基板となるように切断する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
かかる工程は、複数個の電極パターンを平らな基板に一度に作製後、切り出し、カバーに当たる部分を折り曲げるため、電極パターンの作製工法は限定されず、一度に大量のカバー一体型電極基板を作製できる。また、折り曲げ形成のため、カバー成形には大掛かりな装置が必要なく、簡便に作製できる。
【００１７】
第７の発明にかかる電極基板及び測定装置は、基板と、電極と、前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極とは対向する方向に設けられたカバーとを有し、前記カバーが空隙を介して前記電極を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されている電極基板と、被検査溶液と、前期被検査溶液の保持部と、前記電極を前記被検査溶液へ浸す工程と、前記被検査溶液の攪拌手段を有し、前記攪拌手段により攪拌することで、空隙において電極がパターンされた基板表面に平行な方向へ被検査溶液の流れが形成され、電極近傍の溶液が循環されるため、絶えず新しい被検査溶液を電極近傍に供給できる。また、前記攪拌手段と前記空隙における被検査溶液の循環作用により、反応が進む電極近傍とバルクでの被検査溶液の濃度差が是正され、被検溶液全体の濃度を均一に保った状態での測定が可能となる。
【００１８】
さらに、前記開口を介し空隙へ流入した被検査溶液中の微生物・微粒子の応答を、前記電圧印加部により電圧を印加した電極と、前記測定部と、制御演算部を用い、計測できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る電極基板とそれを用いた微生物・微粒子測定装置および測定方法電極基板によれば、前記電極カバーが前記空隙を介して前記電極を覆う構造であり、電極基板操作時の指の電極への接触を防ぎ、油脂や粉塵の電極への付着や電極の損傷とそれらに伴う応答値の攪乱を防ぐことができる。また、前記２つ以上の開口を介し、前記空隙において被検査溶液が循環されるため、絶えず新しい被検査溶液を電極近傍に供給でき、測定感度の低下を抑えることができる。さらに、前記攪拌手段と前記空隙における被検査溶液の循環作用により、反応が進む電極近傍とバルクでの被検査溶液の濃度差が是正され、被検溶液全体の濃度を均一に保った状態での測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ここで、本発明における微生物・微粒子の定義について説明する。本発明で言う微生物・微粒子とは、ポリスチレンやそれらに何らかのコーティングを施した粒子、カーボンナノチューブ、金コロイドなどの金属粒子、細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での微生物・微粒子である。
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１、図２、図３は本発明の実施の形態１による電極基板の正面図、断面図と斜視図を示す。図１は図２のＡ−Ａ’断面における電極基板１の断面を正面から見た正面図である。図２は、図３のＢ−Ｂ’断面における、電極基板１の断面図である。図３は、電極基板１の斜面図である。
【００２３】
電極基板１は、基板２と、基板２の上に設けられた電極３と、電極３と導通する端子４と、電極３の上方に設けられたカバー５で構成されている。カバー５と電極３の間にはスペーサー１９により隙間が作製されており、空隙６と、空隙６を挟んで外部と接続している開口７、８が設けられている。
【００２４】
電極３がカバー５で保護されているため、電極基板１を操作する際に、直接電極３に指が触れない。また、本電極基板１の電極３を流れのある被検査溶液に浸した際、開口７より被検査溶液が流入し、開口８へ流出する方向の流れ、または、開口８から開口７へ向かう流れにより、空隙６と開口７、８が被検査溶液の通路となり、電極３近傍への微生物や粒子の連続的な供給が可能となり、電極感度の低下を抑えることができる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態１による電極基板１を用いた測定装置２３及びその動作を説明する。
【００２６】
図４は、本発明の測定装置２３の構成を示す図である。図４において、１０は測定対象物が含まれる被検査溶液１１を保持する溶液保持部、２４は、電極基板１の端子４から導通を得るとともに電極基板１を固定する接続部、１は微細パターンが施された電極３を含む電極基板、１２は電圧印加部、１３は電極反応を測定する測定部、１４は測定装置全体の制御や測定した応答の演算を行う制御演算部である。
【００２７】
電極基板１は、初めに、接続部２４に挿入され、端子４を介して電極３と電圧印加部１２および測定部１３は電気的に接続され、同時に固定される。
【００２８】
電極基板１は、微生物が含まれた被検査溶液１１を保持した溶液保持部１０内に浸漬される。溶液保持部１０は、マグネチックスターラーなどの攪拌手段１５を設けることができる。被検査溶液１１を溶液保持部１０内で攪拌することにより被検査溶液１１内での測定対象物濃度を均一にすることができ、かつ、多くの測定対象物を電極近傍に導くことができるため、より効率的測定でき、測定時間の短縮や測定感度低下の抑制が可能である。
【００２９】
攪拌方法は、選択可能であり、マグネチックスターラーによる攪拌、棒状の攪拌器具によりかき混ぜる方法、溶液保持部１０自体が回転することによる攪拌等がある。攪拌速度は、被検査溶液中の粒子や微生物が十分還流する速度に設定する。
【００３０】
電圧印加部１２は電極に所定の電圧を印加し、被検査溶液１１中の測定対象物の電極反応を、測定部１３により測定、測定した値は制御演算部１４に渡る。また、制御演算部１４は、電圧印加部１２を制御し、電極に特定の電圧を印加する。さらに、制御演算部１４は、測定部１３が測定したデータを受け取り、被検査溶液中に含まれる測定対象物の濃度演算が行なわれる。演算結果は、逐次メモリに格納、または、ＬＣＤなどの表示部１６に結果表示を行う。
【００３１】
次に、電極基板１の寸法を説明する。電極３とカバー５間の距離は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍ以下では、電極３への被検査溶液の接触が阻害され、電極感度が低下するが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下では、電極３近傍に被検査溶液の流れが形成されるため、被検査溶液が循環し絶えず新しい被検査を電極３に供給でき、電極感度の低下を抑えることができる。
【００３２】
一方、本発明に用いた溶液保持部１０は、径２０ｍｍの円柱型セルであり、電極は、水面に挿入されている。電極３とカバー５間の距離が５ｍｍを超える電極カバーを装着すると、カバーがセル底部に位置する攪拌手段１５の上部を覆ってしまう。攪拌機能がカバー５により阻害されてしまい、新しい被検査の電極３への供給効率が低下するため、電極感度の低下を招く。
【００３３】
カバー５の面積は、電極３の面積と等しいまたは大きいことが望ましい。かかる構成では、電極３への粉塵の接触を避けることができ、電極３表面への汚れの付着や電極３の損傷を防ぐことができる。よって、センサの保存を容易にし、また、測定環境も限定されない。
【００３４】
次に、電極基板１の材料及び作成方法を説明する。本発明の実施の形態に示す電極基板１は、基板２に電極３および端子４をパターニングする工程、電極３上にカバー５を固定する工程を経て、作製される。電極３および端子４をパターニングする工程は、選択した材料で所望のパターンを形成できれば、フォトリソグラフィー、レーザー加工、スクリーン印刷、インクジェット印刷など、生産性やコストなどを勘案して最も適切な加工法が選択可能である。
【００３５】
電極３上にカバー５を固定する工程は、図１に示すように、電極３とカバー５とをスペーサー１９を介して固定してもよい。固定方法は、接着剤を使用しない工法が好ましく、熱による融着、超音波接合、ＵＶランプによる光接合、ネジ止め型などから選択される。
【００３６】
本発明における基板２は、樹脂基板を用いたが、絶縁性の材料であればいずれも使用可能であり、例えば、ガラス、セラミックなど基板材料の使用を妨げるものではない。また、電極３は導電性の材料であればいずれも使用可能であり、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属粒子含有の導電性ペースト、カーボンなども選択可能である。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２による電極基板１の断面図である。実施の形態１と同様の構造を持つ電極基板であるが、カバー５は、基板２の厚みと等しい、もしくは、基板厚みよりも微小に大きい凹部２２を持ち、凹部２２に基板２が挟まれることでカバー５に固定化される。これにより、溝２２からの基板２の取り外しが可能となり、また、カバーの大きさが限定されないため、基板２が小さい場合でも指で持ちやすく、電極のハンドリングも向上する。さらに、接着剤を使用しないため、被検査溶液へ接着剤成分が溶け出し夾雑物質となる可能性を抑えることができる。
【００３８】
凹部２２の厚みの許容差は、基板２がカバー５に固定されるなら任意であるが、基板２の厚み＋０ｍｍから基板２の厚み＋０．２ｍｍが好ましい。基板２、カバー５の材料は、曲げや伸縮が可能な樹脂材料が適する。上記材料を用いると上記許容差に縛られず、凹部２２の厚みが基板２の厚みより小さい場合もはめ込むことができる。凹部２２の深さは基板２がカバー５に固定されるなら任意であるが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が固定の確実性の点から好ましい。
【００３９】
本発明の実施の形態２による電極基板１を用いた電極操作及び動作、測定装置は実施の形態１における電極基板１と同様である。
【００４０】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３による電極基板１の概略図である。
【００４１】
図６Ａは、図６Ｃの展開図である。図６Ｂは図６ＣのＡ−Ａ’断面におけるカバー付電極基板１の断面図である。図６Ｃは、図６ＤのＢ−Ｂ’断面における、電極基板１の断面図である。図６Ｄは、電極基板１の斜面図である。
【００４２】
カバー５が基板２と一体になっていることが実施の形態１と相違し、以下では、その相違点のみを説明する。
【００４３】
本実施の形態による電極基板１の基板２は、図６Ａに示すように、電極３と端子４がパターニングされる電極配置部２５と、必要に応じて形成されるおりしろ部２６と、カバー５となるカバー部２７からなる。電極配置部２５とおりしろ部２６、および、おりしろ部２６とカバー部２７は、それぞれ所定の角度で曲げられ、電極配置部２５とカバー部２７が対向している。
【００４４】
また、図６Ｃを参照すると、おりしろ部２６の厚み分だけカバー５と電極３の間には空隙６が形成され、上面視でカバー５のおりしろ部２６を除く３方向に開口７、８、９が形成されている。かかる構成により、カバー部２７であるカバー５が電極３の上方に位置し、電極３がカバー５で保護され、また、本カバー付電極基板１の電極３を流れのある被検査溶液に浸した際、開口７、８、９から空隙６へと被検査溶液が流入・流出する方向の流れが生じる。
【００４５】
これらの構造により、電極操作の際、電極３に指が触れず、かつ、電極近傍への被検査溶液の供給を連続的に行うことができる。また、電極とカバーを一枚の同一基板上に作製でき、カバー作製に要するのは折り曲げ工程のみであるため、作業工程の簡略化や基板材料費の削減が期待できる。さらに、作製時に接着剤を使用しないため、被検査溶液への夾雑物質の流出を最低限に抑えることができ、測定値が安定する。
【００４６】
電極基板１の作製方法は、基板２に電極３および端子４をパターニングする工程、基板２の電極配置部２５とおりしろ部２６とカバー部２７の間に２つの折り曲げ線１８を入れる工程、折り曲げ線１８でカバー５が電極３の上方に配置するように折り曲げる工程を経て、作製される。
【００４７】
実施の形態３で使用する基板２の材料は、基板上へ電極作成後に圧力や熱などの外部からの力を加えることで、折り曲げ形成が可能な樹脂材料を用いる。厚みは、加工性の良い５００mｍ以下の樹脂材料が適する。
【００４８】
図６において、２つの折り曲げ線１８の間のおりしろ部２６の長さと、電極配置部２５とおりしろ部２６、および、おりしろ部２６とカバー部２７の曲げ角度α、βは、電極３とカバー５の間の電極３とカバー５間の距離が１ｍｍ以上となるよう選ばれる。おりしろ部の長さは好適には１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００４９】
曲げ角度α、βはそれぞれ０°から１８０°であり、好適には９０°である。カバー部２７は、少なくとも電極３の表面積と等しい、または大きい表面積を持つことが電極３への指の接触回避の点から望ましい。
【００５０】
本実施形態の別の一例としておりしろ部２６を省略した電極基板１を図７に示す。図７Ａは、図７Ｂの展開図である。基板２は、電極３と端子４がパターニングされる電極配置部２５と、カバー５となるカバー部２７からなる。電極配置部２５とカバー部２７の間に一つの折り曲げ線１８が形成され、３０°の角度で曲げられ、カバー部２７が電極３を覆い、空隙６を形成している。曲げ角度は、９０°以下から選択される。
【００５１】
本発明の実施の形態３による電極基板１を用いた電極操作及び動作、測定装置は実施の形態１における電極基板１と同様である。図８には作製方法のフローと作製した物を示す図を記載した。
【００５２】
また、図８に示すように、端子４間領域をおりしろ部２６およびカバー部２７として折り返し、カバー５を作製することにより、一つの基板材料シートから取れるカバー付電極基板１の個数を最大にすることができる。これにより、高価な樹脂基板を用いた際でも、材料コストの大幅な削減が見込まれる。
【００５３】
（実施の形態４）
図９、図１０は本発明の実施の形態４による電極基板の概略図である。図９Ａ、９Ｂは、それぞれ、カバー５がメッシュ状の開口２０を持つ電極基板１の斜面図と断面図であり、図１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ、カバー５に開口２１を持つ電極基板１の斜面図と断面図である。
【００５４】
実施の形態１と同様の構造を持つ電極基板であるが、電極３とカバー５間の距離が１ｍｍ〜５ｍｍの条件下において、カバー５は１０mｍ径以上のメッシュ構造２０により構成されている、または、５ｍｍ径以下の開口２１を最低一つ以上有していることを特徴とする。１０mｍの開口は被検査溶液中の微生物・微粒子の径よりも大きく、５ｍｍの開口は、電極３とカバー５間の距離が１ｍｍを有する電極基板１を手で操作した際に、指が電極部や電極パターン面に接触しない大きさの上限である。
【００５５】
なお、開口の形状は円形にこだわらない。開口を形成できる多角形であればよい。
【００５６】
カバー５は、これにより、電極に対して水平方向の開口７、８を介する、電極に対して水平方向の流れだけでなく、電極に対して垂直方向への被検査溶液供給も可能となり、電極近傍へのより効果的な被検査溶液の供給と感度の上昇が期待できる。
【００５７】
電極操作の際、カバー５と空隙６、開口７〜９、２０、２１により、電極３に指が触れず、かつ、連続的な電極近傍への被検査溶液の供給が可能となる。
【００５８】
１０mｍ以上のメッシュの材料は、生体分子や粒子が付着しにくいもの、５ｍｍ以下の開口を持つカバーは、加工性の良い樹脂材料とする。
【００５９】
本発明の実施の形態４による電極基板１を用いた電極操作及び動作、測定装置は実施の形態１における電極基板１と同様である。
【実施例】
【００６０】
次に、実施の形態３に示した電極基板１、実施の形態１に示した測定装置２３を用い、ＤＥＰＩＭ法（特許文献１）により被検査溶液中の細菌の電気化学応答をモニターした結果を示す。
【００６１】
図４に示すように、電極基板１を被検査溶液１１に浸し、攪拌手段１５であるスターラーにより攪拌しながら、電圧印加部１２より電極３へ特定の周波数と電圧をもった交流電圧を印加した。
【００６２】
図１１は、電極３の一例を示す部分斜視図である。図１１において、２は基板、１７ａ、１７ｂは基板２上に形成され一対の極をなす電極である。電極１７ａ、１７ｂ間に交流電圧を印加することにより、電極１７ａ、１７ｂ間に不平等電界が誘起され、微生物を誘電泳動し１７ａ、１７ｂ間のギャップに捕集する。それと同時に、測定部において１７ａ、１７ｂ間のギャップに捕集した微生物の応答を測定した。測定結果は演算部１４に渡り、電極１７ａ、１７ｂ間のインピーダンスを算出、インピーダンスより被検査溶液中に含まれる微生物濃度を算出した。
【００６３】
被検査溶液には、４．１×１０６（ｃｆｕ／ｍＬ）に調製した大腸菌懸濁液を５ｍＬ使用した。
【００６４】
電極とカバーの間の距離を０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍとしたカバー付電極基板を作製し、それぞれの距離に対する電極感度をプロットした。カバーがない時の電極基板と同程度の感度を得るために、電極とカバーの間の距離と電極感度の関係を検証した。カバーの寸法は、横１０．９ｍｍ、縦８ｍｍ，電極基板の大きさは、横１０．９ｍｍ、縦２４ｍｍとした。
【００６５】
図１２は、カバー無電極基板とカバー付電極基板の感度を比較するために、カバー無し電極基板を用いた測定の感度をｃｏｎｔｒｏｌ（１００％）と規定し、カバー付電極基板の測定感度の割合をプロットした。
【００６６】
電極とカバーの間の距離が１ｍｍ以下の時は、カバー無電極感度の５０〜６０％であったが、電極とカバーの間の距離を１ｍｍ以上に設定すると、カバーがないときの８０％の感度を得ることができた。よって、電極とカバーの間の距離が１ｍｍ以上である本発明の電極基板１は、電極３への被検査溶液の供給が十分行なわれ、感度の低下を抑えることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明にかかる電極基板は、電極操作の際に、油脂や粉塵の付着、電極の損傷を抑え、かつ、被検査溶液の電極部分への供給が可能となり、安定した応答を得られる。よって、電極を利用した微生物や微粒子の操作および測定が可能な電極基板等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１による電極基板の正面図
【図２】本発明の実施の形態１による電極基板の断面図
【図３】本発明の実施の形態１による電極基板の斜面図
【図４】本発明の実施の形態１による装置の構成図
【図５】本発明の実施の形態２による電極基板の断面図
【図６】本発明の実施の形態３による電極基板の正面図と断面図と斜視図
【図７】本発明の実施の形態３による電極基板の正面図と断面図
【図８】本発明の実施の形態３による電極基板の作製方法のフロートと作成物を示す図
【図９】本発明の実施の形態４による電極基板の斜面図と断面図
【図１０】本発明の実施の形態４による電極基板の斜面図と断面図
【図１１】本発明の実施の形態１による電極部分の構成図
【図１２】本発明の実施例によるカバー無電極に対するカバー付電極の感度を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１ 電極基板
２ 基板
３ 電極
４ 端子
５ カバー
６ 空隙
７，８，９ 開口
１０ 溶液保持部
１１ 被検査溶液
１２ 電圧印加部
１３ 測定部
１４ 制御演算部
１５ 攪拌手段
１６ 表示部
１７ａ，１７ｂ 電極構造
１８ 折り曲げ線
１９ スペーサー
２０ メッシュ型カバーの開口
２１ 開口
２２ 凹部（溝）
２３ 測定装置
２４ 接続部
２５ 電極配置部
２６ おりしろ部
２７ カバー部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極を利用した微生物や微粒子の操作および測定が可能な電極基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、食中毒や感染症などの原因となり、人体に何らかの害を及ぼす可能性がある微生物を迅速、簡便、高感度に定量測定するニーズは特に高い。食品の製造工程や微生物検査施設を備えない診療所など、その場で微生物検査を実施することで、これらの防止、予防が可能になるためである。また、いわゆるバイオセンサにおいて、抗体など特定の物質に特異的に結合する物質を標識したポリスチレンなどの人工微粒子を用いて、検体中の生化学的物質を定量測定する際に、検体中の微粒子数あるいはその結合状態を定量測定する必要がある。このように、昨今、液体中に含まれる微粒子を迅速、簡便、定量的に測定する要求は高い。
【０００３】
従来、微生物の検査法として最も一般的に用いられるのは培養法である。培養法は、培地上に微生物検体を塗抹し、微生物が生育条件下で培養を行い、形成される培地上のコロニー数を計数することで微生物数を定量する方法である。しかし、コロニー形成までに通常１〜２日、微生物種によっては数週間を要するため、迅速な検査を実施できない問題があった。また、濃縮や希釈、培地への塗抹などが必要なため、専門家による操作が必要であり、簡便な検査が実施できない、あるいは操作上のバラツキによる精度低下があった。
【０００４】
迅速、簡便、高感度な微生物数測定法として、誘電泳動とインピーダンス計測を組み合わせたＤＥＰＩＭ法がある（例えば特許文献１）。
【０００５】
ＤＥＰＩＭ法は、微生物を誘電泳動力によってマイクロ電極に捕集し、同時にマイクロ電極のインピーダンス変化を測定することによって被検査溶液中の微生物数を定量測定する方法である。微生物に働く誘電泳動力を十分大きくし、微生物を電極ギャップに確実に捕集する必要があるため、このような微小物質の応答を検出する電極は、パターンが非常に微細であるが、電極部分は基板上に露出している。よって、電極取り扱いの際の破損や電極パターンの損傷を防ぐため、電極を保護する工夫が必要となってくる。
【０００６】
電極パターンを覆うカバーを設けている例として、特許文献２と特許文献３に開示されるバイオセンサがある。これらは、電極基板上に作製した電極パターン上方に、スペーサーを介しカバーを設け、電極上に微小な空間を作製する。前記空間への微量な被検査溶液の導入と前記空間における反応を、電極によりモニターする。前記空間には、一つの入り口が設けられている。
【特許文献１】特開２００３−３３４０５９号公報
【特許文献２】特開２００４−４０１７号公報
【特許文献３】特開平１０−３１１８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の構成では、覆いにより電極の露出を保護することで、電極操作や測定の際、指や粉塵の電極部分への接触による電極パターンの損傷や汚れの付着を避けることができた。しかし、前記従来の構成では、電極への接触を避けるために電極上部に覆いを設けると、電極基板と覆い間のごく微小な隙間を通じ被検溶液導入しなければならず、電極への被検査供給量がごく微量に限定されるという課題を有していた。また、電極反応後の被検査溶液の排出機能や循環機能には欠けているため、常に新しい溶液が電極近傍へ行き渡らず、測定効率が低下するという課題を有していた。さらに、これらのスペーサーやカバーの貼り合わせに接着剤を使用しているため、被検査溶液中に接着剤成分が溶け出した場合、夾雑物質となる可能性がある。
【０００８】
本発明は前記従来の問題を解決するためになされたものであり、電極パターン部分への指の接触や油脂や粉塵の付着を防ぎ、また、電極への安定した被検査溶液の供給を絶えず行うことができる、電極基板、測定装置、及び電極基板の製造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】
【０００９】
本発明にかかる電極基板は、基板と、導電性を持ち前記基板の上に設けられた電極と、前記電極につながり前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極の前記基板とは対向する方向に設けられたカバーを有し、前記カバーが空隙を介して前記電極の一部または全部を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されているため、前記カバーにより前記電極の損傷や電極への汚れの付着を防ぐことができ、前記２つ以上の開口を介し前記空隙へ被検査溶液が出入可能であり、電極近傍へ被検査溶液を十分供給できる。
【００１０】
第２の発明にかかる電極基板は、前記電極と前記カバーの距離が１ｍｍ以上であるため、前期被検査溶液の空隙への流出入が制限されず、電極近傍へ十分な被検査溶液の供給ができる。また、前記電極と前記カバーの距離が５ｍｍ以下であるため、前記攪拌手段による前期被検査溶液の攪拌作用を妨げることなく測定できる。
【００１１】
第３の発明にかかる電極基板は、前記カバーが前記基板の厚みと等しいもしくは、基板厚みよりも微小に大きい凹部を持ち、前記凹部に前記基板が挟まれることで前記カバーに固定化されるため、カバーの脱着が可能となる。また、カバーの大きさを持ちやすい大きさに調節することで、電極基板のハンドリングが容易となる。さらに、接着剤を使用しないため、被検査溶液へ接着剤成分が溶け出し夾雑物質となる可能性を抑えることができる。
【００１２】
第４の発明にかかる電極基板は、前記カバーと前記電極基板は同一基板より成型され、前記カバーが前記基板の一部であるため、カバーのみを成型する工程と電極基板に取り付ける工程を省略でき、作業工程の簡略化や材料費の削減が可能となる。
【００１３】
第５の発明にかかるカバー付電極基板は、前記カバー上に径１０mｍ以上５ｍｍ以下の開口を少なくとも一つ以上持っており、前記空隙を挟む位置に配置される開口を介して供給される基板表面に平行な方向への被検査溶液の流れに加え、カバー上に設けた径１０mｍ以上５ｍｍ以下の開口を介し、基板表面に垂直な方向へも被検査溶液供給が可能となる。よって、電極近傍への被検査溶液供給効率がさらに向上する。前記１０mｍ以上の開口は、被検査溶液中の微生物・微粒子の最大径よりも大きく、前記微生物・微粒子がカバー上の開口を介し、空隙へ流入できる構造となっている。前記５ｍｍ以下の開口では、前記カバーと前記電極間の距離を１ｍｍに設定し、電極を手で持ち操作した時に、指が電極や電極パターン面に接触しない大きさとなっている。
【００１４】
かかる構成は、前記被検溶液中の微生物や微粒子を効率よく電極近傍に供給し、かつ指の接触による電極表面への汚れの付着や電極センサ部分の損傷を防ぐことができる。
【００１５】
第６の発明にかかる電極基板作製方法は、基板に少なくとも１個以上の電極と端子をパターンニングする工程と前記カバー部とおりしろ部の間に折り曲げ線を入れる工程と前記基板において１つの電極基板となるように切断する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
かかる工程は、複数個の電極パターンを平らな基板に一度に作製後、切り出し、カバーに当たる部分を折り曲げるため、電極パターンの作製工法は限定されず、一度に大量のカバー一体型電極基板を作製できる。また、折り曲げ形成のため、カバー成形には大掛かりな装置が必要なく、簡便に作製できる。
【００１７】
第７の発明にかかる電極基板及び測定装置は、基板と、電極と、前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極とは対向する方向に設けられたカバーとを有し、前記カバーが空隙を介して前記電極を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されている電極基板と、被検査溶液と、前期被検査溶液の保持部と、前記電極を前記被検査溶液へ浸す工程と、前記被検査溶液の攪拌手段を有し、前記攪拌手段により攪拌することで、空隙において電極がパターンされた基板表面に平行な方向へ被検査溶液の流れが形成され、電極近傍の溶液が循環されるため、絶えず新しい被検査溶液を電極近傍に供給できる。また、前記攪拌手段と前記空隙における被検査溶液の循環作用により、反応が進む電極近傍とバルクでの被検査溶液の濃度差が是正され、被検溶液全体の濃度を均一に保った状態での測定が可能となる。
【００１８】
さらに、前記開口を介し空隙へ流入した被検査溶液中の微生物・微粒子の応答を、前記電圧印加部により電圧を印加した電極と、前記測定部と、制御演算部を用い、計測できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る電極基板とそれを用いた微生物・微粒子測定装置および測定方法電極基板によれば、前記電極カバーが前記空隙を介して前記電極を覆う構造であり、電極基板操作時の指の電極への接触を防ぎ、油脂や粉塵の電極への付着や電極の損傷とそれらに伴う応答値の攪乱を防ぐことができる。また、前記２つ以上の開口を介し、前記空隙において被検査溶液が循環されるため、絶えず新しい被検査溶液を電極近傍に供給でき、測定感度の低下を抑えることができる。さらに、前記攪拌手段と前記空隙における被検査溶液の循環作用により、反応が進む電極近傍とバルクでの被検査溶液の濃度差が是正され、被検溶液全体の濃度を均一に保った状態での測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ここで、本発明における微生物・微粒子の定義について説明する。本発明で言う微生物・微粒子とは、ポリスチレンやそれらに何らかのコーティングを施した粒子、カーボンナノチューブ、金コロイドなどの金属粒子、細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での微生物・微粒子である。
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１、図２、図３は本発明の実施の形態１による電極基板の正面図、断面図と斜視図を示す。図１は図２のＡ−Ａ’断面における電極基板１の断面を正面から見た正面図である。図２は、図３のＢ−Ｂ’断面における、電極基板１の断面図である。図３は、電極基板１の斜面図である。
【００２３】
電極基板１は、基板２と、基板２の上に設けられた電極３と、電極３と導通する端子４と、電極３の上方に設けられたカバー５で構成されている。カバー５と電極３の間にはスペーサー１９により隙間が作製されており、空隙６と、空隙６を挟んで外部と接続している開口７、８が設けられている。
【００２４】
電極３がカバー５で保護されているため、電極基板１を操作する際に、直接電極３に指が触れない。また、本電極基板１の電極３を流れのある被検査溶液に浸した際、開口７より被検査溶液が流入し、開口８へ流出する方向の流れ、または、開口８から開口７へ向かう流れにより、空隙６と開口７、８が被検査溶液の通路となり、電極３近傍への微生物や粒子の連続的な供給が可能となり、電極感度の低下を抑えることができる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態１による電極基板１を用いた測定装置２３及びその動作を説明する。
【００２６】
図４は、本発明の測定装置２３の構成を示す図である。図４において、１０は測定対象物が含まれる被検査溶液１１を保持する溶液保持部、２４は、電極基板１の端子４から導通を得るとともに電極基板１を固定する接続部、１は微細パターンが施された電極３を含む電極基板、１２は電圧印加部、１３は電極反応を測定する測定部、１４は測定装置全体の制御や測定した応答の演算を行う制御演算部である。
【００２７】
電極基板１は、初めに、接続部２４に挿入され、端子４を介して電極３と電圧印加部１２および測定部１３は電気的に接続され、同時に固定される。
【００２８】
電極基板１は、微生物が含まれた被検査溶液１１を保持した溶液保持部１０内に浸漬される。溶液保持部１０は、マグネチックスターラーなどの攪拌手段１５を設けることができる。被検査溶液１１を溶液保持部１０内で攪拌することにより被検査溶液１１内での測定対象物濃度を均一にすることができ、かつ、多くの測定対象物を電極近傍に導くことができるため、より効率的測定でき、測定時間の短縮や測定感度低下の抑制が可能である。
【００２９】
攪拌方法は、選択可能であり、マグネチックスターラーによる攪拌、棒状の攪拌器具によりかき混ぜる方法、溶液保持部１０自体が回転することによる攪拌等がある。攪拌速度は、被検査溶液中の粒子や微生物が十分還流する速度に設定する。
【００３０】
電圧印加部１２は電極に所定の電圧を印加し、被検査溶液１１中の測定対象物の電極反応を、測定部１３により測定、測定した値は制御演算部１４に渡る。また、制御演算部１４は、電圧印加部１２を制御し、電極に特定の電圧を印加する。さらに、制御演算部１４は、測定部１３が測定したデータを受け取り、被検査溶液中に含まれる測定対象物の濃度演算が行なわれる。演算結果は、逐次メモリに格納、または、ＬＣＤなどの表示部１６に結果表示を行う。
【００３１】
次に、電極基板１の寸法を説明する。電極３とカバー５間の距離は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍ以下では、電極３への被検査溶液の接触が阻害され、電極感度が低下するが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下では、電極３近傍に被検査溶液の流れが形成されるため、被検査溶液が循環し絶えず新しい被検査を電極３に供給でき、電極感度の低下を抑えることができる。
【００３２】
一方、本発明に用いた溶液保持部１０は、径２０ｍｍの円柱型セルであり、電極は、水面に挿入されている。電極３とカバー５間の距離が５ｍｍを超える電極カバーを装着すると、カバーがセル底部に位置する攪拌手段１５の上部を覆ってしまう。攪拌機能がカバー５により阻害されてしまい、新しい被検査の電極３への供給効率が低下するため、電極感度の低下を招く。
【００３３】
カバー５の面積は、電極３の面積と等しいまたは大きいことが望ましい。かかる構成では、電極３への粉塵の接触を避けることができ、電極３表面への汚れの付着や電極３の損傷を防ぐことができる。よって、センサの保存を容易にし、また、測定環境も限定されない。
【００３４】
次に、電極基板１の材料及び作成方法を説明する。本発明の実施の形態に示す電極基板１は、基板２に電極３および端子４をパターニングする工程、電極３上にカバー５を固定する工程を経て、作製される。電極３および端子４をパターニングする工程は、選択した材料で所望のパターンを形成できれば、フォトリソグラフィー、レーザー加工、スクリーン印刷、インクジェット印刷など、生産性やコストなどを勘案して最も適切な加工法が選択可能である。
【００３５】
電極３上にカバー５を固定する工程は、図１に示すように、電極３とカバー５とをスペーサー１９を介して固定してもよい。固定方法は、接着剤を使用しない工法が好ましく、熱による融着、超音波接合、ＵＶランプによる光接合、ネジ止め型などから選択される。
【００３６】
本発明における基板２は、樹脂基板を用いたが、絶縁性の材料であればいずれも使用可能であり、例えば、ガラス、セラミックなど基板材料の使用を妨げるものではない。また、電極３は導電性の材料であればいずれも使用可能であり、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属粒子含有の導電性ペースト、カーボンなども選択可能である。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２による電極基板１の断面図である。実施の形態１と同様の構造を持つ電極基板であるが、カバー５は、基板２の厚みと等しい、もしくは、基板厚みよりも微小に大きい凹部２２を持ち、凹部２２に基板２が挟まれることでカバー５に固定化される。これにより、溝２２からの基板２の取り外しが可能となり、また、カバーの大きさが限定されないため、基板２が小さい場合でも指で持ちやすく、電極のハンドリングも向上する。さらに、接着剤を使用しないため、被検査溶液へ接着剤成分が溶け出し夾雑物質となる可能性を抑えることができる。
【００３８】
凹部２２の厚みの許容差は、基板２がカバー５に固定されるなら任意であるが、基板２の厚み＋０ｍｍから基板２の厚み＋０．２ｍｍが好ましい。基板２、カバー５の材料は、曲げや伸縮が可能な樹脂材料が適する。上記材料を用いると上記許容差に縛られず、凹部２２の厚みが基板２の厚みより小さい場合もはめ込むことができる。凹部２２の深さは基板２がカバー５に固定されるなら任意であるが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が固定の確実性の点から好ましい。
【００３９】
本発明の実施の形態２による電極基板１を用いた電極操作及び動作、測定装置は実施の形態１における電極基板１と同様である。
【００４０】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３による電極基板１の概略図である。
【００４１】
図６Ａは、図６Ｃの展開図である。図６Ｂは図６ＣのＡ−Ａ’断面におけるカバー付電極基板１の断面図である。図６Ｃは、図６ＤのＢ−Ｂ’断面における、電極基板１の断面図である。図６Ｄは、電極基板１の斜面図である。
【００４２】
カバー５が基板２と一体になっていることが実施の形態１と相違し、以下では、その相違点のみを説明する。
【００４３】
本実施の形態による電極基板１の基板２は、図６Ａに示すように、電極３と端子４がパターニングされる電極配置部２５と、必要に応じて形成されるおりしろ部２６と、カバー５となるカバー部２７からなる。電極配置部２５とおりしろ部２６、および、おりしろ部２６とカバー部２７は、それぞれ所定の角度で曲げられ、電極配置部２５とカバー部２７が対向している。
【００４４】
また、図６Ｃを参照すると、おりしろ部２６の厚み分だけカバー５と電極３の間には空隙６が形成され、上面視でカバー５のおりしろ部２６を除く３方向に開口７、８、９が形成されている。かかる構成により、カバー部２７であるカバー５が電極３の上方に位置し、電極３がカバー５で保護され、また、本カバー付電極基板１の電極３を流れのある被検査溶液に浸した際、開口７、８、９から空隙６へと被検査溶液が流入・流出する方向の流れが生じる。
【００４５】
これらの構造により、電極操作の際、電極３に指が触れず、かつ、電極近傍への被検査溶液の供給を連続的に行うことができる。また、電極とカバーを一枚の同一基板上に作製でき、カバー作製に要するのは折り曲げ工程のみであるため、作業工程の簡略化や基板材料費の削減が期待できる。さらに、作製時に接着剤を使用しないため、被検査溶液への夾雑物質の流出を最低限に抑えることができ、測定値が安定する。
【００４６】
電極基板１の作製方法は、基板２に電極３および端子４をパターニングする工程、基板２の電極配置部２５とおりしろ部２６とカバー部２７の間に２つの折り曲げ線１８を入れる工程、折り曲げ線１８でカバー５が電極３の上方に配置するように折り曲げる工程を経て、作製される。
【００４７】
実施の形態３で使用する基板２の材料は、基板上へ電極作成後に圧力や熱などの外部からの力を加えることで、折り曲げ形成が可能な樹脂材料を用いる。厚みは、加工性の良い５００mｍ以下の樹脂材料が適する。
【００４８】
図６において、２つの折り曲げ線１８の間のおりしろ部２６の長さと、電極配置部２５とおりしろ部２６、および、おりしろ部２６とカバー部２７の曲げ角度α、βは、電極３とカバー５の間の電極３とカバー５間の距離が１ｍｍ以上となるよう選ばれる。おりしろ部の長さは好適には１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００４９】
曲げ角度α、βはそれぞれ０°から１８０°であり、好適には９０°である。カバー部２７は、少なくとも電極３の表面積と等しい、または大きい表面積を持つことが電極３への指の接触回避の点から望ましい。
【００５０】
本実施形態の別の一例としておりしろ部２６を省略した電極基板１を図７に示す。図７Ａは、図７Ｂの展開図である。基板２は、電極３と端子４がパターニングされる電極配置部２５と、カバー５となるカバー部２７からなる。電極配置部２５とカバー部２７の間に一つの折り曲げ線１８が形成され、３０°の角度で曲げられ、カバー部２７が電極３を覆い、空隙６を形成している。曲げ角度は、９０°以下から選択される。
【００５１】
本発明の実施の形態３による電極基板１を用いた電極操作及び動作、測定装置は実施の形態１における電極基板１と同様である。図８には作製方法のフローと作製した物を示す図を記載した。
【００５２】
また、図８に示すように、端子４間領域をおりしろ部２６およびカバー部２７として折り返し、カバー５を作製することにより、一つの基板材料シートから取れるカバー付電極基板１の個数を最大にすることができる。これにより、高価な樹脂基板を用いた際でも、材料コストの大幅な削減が見込まれる。
【００５３】
（実施の形態４）
図９、図１０は本発明の実施の形態４による電極基板の概略図である。図９Ａ、９Ｂは、それぞれ、カバー５がメッシュ状の開口２０を持つ電極基板１の斜面図と断面図であり、図１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ、カバー５に開口２１を持つ電極基板１の斜面図と断面図である。
【００５４】
実施の形態１と同様の構造を持つ電極基板であるが、電極３とカバー５間の距離が１ｍｍ〜５ｍｍの条件下において、カバー５は１０mｍ径以上のメッシュ構造２０により構成されている、または、５ｍｍ径以下の開口２１を最低一つ以上有していることを特徴とする。１０mｍの開口は被検査溶液中の微生物・微粒子の径よりも大きく、５ｍｍの開口は、電極３とカバー５間の距離が１ｍｍを有する電極基板１を手で操作した際に、指が電極部や電極パターン面に接触しない大きさの上限である。
【００５５】
なお、開口の形状は円形にこだわらない。開口を形成できる多角形であればよい。
【００５６】
カバー５は、これにより、電極に対して水平方向の開口７、８を介する、電極に対して水平方向の流れだけでなく、電極に対して垂直方向への被検査溶液供給も可能となり、電極近傍へのより効果的な被検査溶液の供給と感度の上昇が期待できる。
【００５７】
電極操作の際、カバー５と空隙６、開口７〜９、２０、２１により、電極３に指が触れず、かつ、連続的な電極近傍への被検査溶液の供給が可能となる。
【００５８】
１０mｍ以上のメッシュの材料は、生体分子や粒子が付着しにくいもの、５ｍｍ以下の開口を持つカバーは、加工性の良い樹脂材料とする。
【００５９】
本発明の実施の形態４による電極基板１を用いた電極操作及び動作、測定装置は実施の形態１における電極基板１と同様である。
【実施例】
【００６０】
次に、実施の形態３に示した電極基板１、実施の形態１に示した測定装置２３を用い、ＤＥＰＩＭ法（特許文献１）により被検査溶液中の細菌の電気化学応答をモニターした結果を示す。
【００６１】
図４に示すように、電極基板１を被検査溶液１１に浸し、攪拌手段１５であるスターラーにより攪拌しながら、電圧印加部１２より電極３へ特定の周波数と電圧をもった交流電圧を印加した。
【００６２】
図１１は、電極３の一例を示す部分斜視図である。図１１において、２は基板、１７ａ、１７ｂは基板２上に形成され一対の極をなす電極である。電極１７ａ、１７ｂ間に交流電圧を印加することにより、電極１７ａ、１７ｂ間に不平等電界が誘起され、微生物を誘電泳動し１７ａ、１７ｂ間のギャップに捕集する。それと同時に、測定部において１７ａ、１７ｂ間のギャップに捕集した微生物の応答を測定した。測定結果は演算部１４に渡り、電極１７ａ、１７ｂ間のインピーダンスを算出、インピーダンスより被検査溶液中に含まれる微生物濃度を算出した。
【００６３】
被検査溶液には、４．１×１０６（ｃｆｕ／ｍＬ）に調製した大腸菌懸濁液を５ｍＬ使用した。
【００６４】
電極とカバーの間の距離を０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍとしたカバー付電極基板を作製し、それぞれの距離に対する電極感度をプロットした。カバーがない時の電極基板と同程度の感度を得るために、電極とカバーの間の距離と電極感度の関係を検証した。カバーの寸法は、横１０．９ｍｍ、縦８ｍｍ，電極基板の大きさは、横１０．９ｍｍ、縦２４ｍｍとした。
【００６５】
図１２は、カバー無電極基板とカバー付電極基板の感度を比較するために、カバー無し電極基板を用いた測定の感度をｃｏｎｔｒｏｌ（１００％）と規定し、カバー付電極基板の測定感度の割合をプロットした。
【００６６】
電極とカバーの間の距離が１ｍｍ以下の時は、カバー無電極感度の５０〜６０％であったが、電極とカバーの間の距離を１ｍｍ以上に設定すると、カバーがないときの８０％の感度を得ることができた。よって、電極とカバーの間の距離が１ｍｍ以上である本発明の電極基板１は、電極３への被検査溶液の供給が十分行なわれ、感度の低下を抑えることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明にかかる電極基板は、電極操作の際に、油脂や粉塵の付着、電極の損傷を抑え、かつ、被検査溶液の電極部分への供給が可能となり、安定した応答を得られる。よって、電極を利用した微生物や微粒子の操作および測定が可能な電極基板等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１による電極基板の正面図
【図２】本発明の実施の形態１による電極基板の断面図
【図３】本発明の実施の形態１による電極基板の斜面図
【図４】本発明の実施の形態１による装置の構成図
【図５】本発明の実施の形態２による電極基板の断面図
【図６】本発明の実施の形態３による電極基板の正面図と断面図と斜視図
【図７】本発明の実施の形態３による電極基板の正面図と断面図
【図８】本発明の実施の形態３による電極基板の作製方法のフロートと作成物を示す図
【図９】本発明の実施の形態４による電極基板の斜面図と断面図
【図１０】本発明の実施の形態４による電極基板の斜面図と断面図
【図１１】本発明の実施の形態１による電極部分の構成図
【図１２】本発明の実施例によるカバー無電極に対するカバー付電極の感度を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１ 電極基板
２ 基板
３ 電極
４ 端子
５ カバー
６ 空隙
７，８，９ 開口
１０ 溶液保持部
１１ 被検査溶液
１２ 電圧印加部
１３ 測定部
１４ 制御演算部
１５ 攪拌手段
１６ 表示部
１７ａ，１７ｂ 電極構造
１８ 折り曲げ線
１９ スペーサー
２０ メッシュ型カバーの開口
２１ 開口
２２ 凹部（溝）
２３ 測定装置
２４ 接続部
２５ 電極配置部
２６ おりしろ部
２７ カバー部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板と、導電性を持ち前記基板の上に設けられた電極と、前記電極につながり前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極の前記基板とは対向する方向に設けられたカバーを有し、前記カバーが空隙を介して前記電極の一部または全部を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されることを特徴とする電極基板。
【請求項２】
前記電極と前記カバーの距離が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電極基板。
【請求項３】
前記カバーが前記基板の厚みと等しい、もしくは基板厚みよりも微小に大きい凹部を持ち、前記電極基板を前記カバーに挟み込む構造を特徴とする請求項１または２に記載の電極基板。
【請求項４】
前記カバーと前記電極基板は同一基板より成型され、前記カバーと前記電極基板が一体となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の電極基板。
【請求項５】
前記カバー上に径１０mｍ以上５ｍｍ以下の開口を少なくとも一つ以上持っていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の電極基板。
【請求項６】
基板に少なくとも１個以上の電極と端子をパターンニングする工程と前記カバー部とおりしろ部の間に折り曲げ線を入れる工程と前記基板において１つの電極基板となるように切断する工程と、を有することを特徴とする電極基板の作製方法。
【請求項７】
少なくとも基板と、導電性を持ち前記基板の上に設けられた電極と、前記電極につながり前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極の前記基板とは対向する方向に設けられたカバーとを有し、前記カバーが、空隙を介して前記電極の一部または全部を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されている電極基板と、被検査溶液と、前期被検査溶液を保持する溶液保持部と、前記電極を前記被検査溶液へ浸す工程と、前記被検査溶液を攪拌する攪拌手段と、前記端子と電気的に導通する接続部と、前記接続部につながり前記電極に電圧を印加する電圧印加部と、前記接続部につながり前記電極の応答を測定する測定部と、前記電圧印加部と前記測定部につながる計算手段である制御演算部と、前記制御演算部につながる表示部を有することを特徴とし、前記電極を用いて前記被検査溶液中の微生物や微粒子の反応を測定する微生物・微粒子測定装置。
【請求項１】
少なくとも、基板と、導電性を持ち前記基板の上に設けられた電極と、前記電極につながり前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極の前記基板とは対向する方向に設けられたカバーを有し、前記カバーが空隙を介して前記電極の一部または全部を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されることを特徴とする電極基板。
【請求項２】
前記電極と前記カバーの距離が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電極基板。
【請求項３】
前記カバーが前記基板の厚みと等しい、もしくは基板厚みよりも微小に大きい凹部を持ち、前記電極基板を前記カバーに挟み込む構造を特徴とする請求項１または２に記載の電極基板。
【請求項４】
前記カバーと前記電極基板は同一基板より成型され、前記カバーと前記電極基板が一体となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の電極基板。
【請求項５】
前記カバー上に径１０mｍ以上５ｍｍ以下の開口を少なくとも一つ以上持っていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の電極基板。
【請求項６】
基板に少なくとも１個以上の電極と端子をパターンニングする工程と前記カバー部とおりしろ部の間に折り曲げ線を入れる工程と前記基板において１つの電極基板となるように切断する工程と、を有することを特徴とする電極基板の作製方法。
【請求項７】
少なくとも基板と、導電性を持ち前記基板の上に設けられた電極と、前記電極につながり前記電極からの信号を伝達する端子と、前記電極の前記基板とは対向する方向に設けられたカバーとを有し、前記カバーが、空隙を介して前記電極の一部または全部を覆い、前記空隙が少なくとも２つ以上の開口により外部と接続しており、前記開口が空隙を挟む位置に配置されている電極基板と、被検査溶液と、前期被検査溶液を保持する溶液保持部と、前記電極を前記被検査溶液へ浸す工程と、前記被検査溶液を攪拌する攪拌手段と、前記端子と電気的に導通する接続部と、前記接続部につながり前記電極に電圧を印加する電圧印加部と、前記接続部につながり前記電極の応答を測定する測定部と、前記電圧印加部と前記測定部につながる計算手段である制御演算部と、前記制御演算部につながる表示部を有することを特徴とし、前記電極を用いて前記被検査溶液中の微生物や微粒子の反応を測定する微生物・微粒子測定装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−６９０９６（Ｐ２００９−６９０９６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４０５６５（Ｐ２００７−２４０５６５）
【出願日】平成１９年９月１８日（２００７．９．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１８日（２００７．９．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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