JP2017111044A - Electrochemical measurement device and electrochemical measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定を行う電気化学測定装置、および、電気化学測定方法に関する。 The present invention relates to an electrochemical measurement apparatus and an electrochemical measurement method for performing electrochemical measurement on a liquid containing a biopolymer.
近年、自身の健康状態を調べるための各種のセンサーは、それの汎用性を高められている。例えば、糖尿病患者の間で利用されているグルコースセンサーは、個人が家庭で容易に測定できる程度にまで、それの汎用性が高められている。こうしたグルコースセンサーには、測定の感度を高めることを目的として、各種の酵素が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。 In recent years, the versatility of various sensors for examining their own health has been enhanced. For example, glucose sensors used among diabetics have increased their versatility to the extent that individuals can easily measure at home. Various enzymes have been proposed for such glucose sensors for the purpose of increasing the sensitivity of the measurement (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
一方、測定の感度を高めることを妨げる要因には、タンパク質などの生体高分子がセンサー部に非特異的に吸着し、この非特異的な吸着がセンサー部へのグルコースの移動を妨げることも知られている。そこで、カルボキシルメチルセルロースに代表される親水性高分子をセンサー部が備え、生体高分子がセンサー部に非特異的に吸着することを抑える技術も提案されている（例えば、特許文献３を参照）。 On the other hand, another factor that hinders the increase in measurement sensitivity is that biopolymers such as proteins are adsorbed non-specifically to the sensor unit, and this non-specific adsorption prevents the glucose from moving to the sensor unit. It has been. In view of this, a technique has been proposed in which the sensor unit is provided with a hydrophilic polymer typified by carboxymethylcellulose and the biopolymer is prevented from adsorbing nonspecifically to the sensor unit (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、親水性高分子をセンサー部が備える技術は、生体高分子をセンサー部上に浮遊させることに留まるため、センサー部上に浮遊する生体高分子は、グルコースの円滑な移動を依然として妨げ、その妨げの度合いに起因して、測定の結果にばらつきを来している。なお、生体高分子の吸着や浮遊による上述した課題は、グルコースセンサーに限らず、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定を行う電気化学測定装置において共通する。 However, since the technology in which the sensor unit includes the hydrophilic polymer is limited to floating the biopolymer on the sensor unit, the biopolymer floating on the sensor unit still prevents smooth movement of glucose. Due to the degree of obstruction, the measurement results vary. In addition, the subject mentioned above by adsorption | suction and floating | floating of biopolymer is common not only in a glucose sensor but in the electrochemical measurement apparatus which performs the electrochemical measurement regarding the liquid containing a biopolymer.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定の結果におけるばらつきを抑えることを可能とした電気化学測定装置、および、電気化学測定方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electrochemical measurement apparatus capable of suppressing variations in the results of electrochemical measurements related to a liquid containing a biopolymer, and Another object is to provide an electrochemical measurement method.
上記課題を解決するための電気化学測定装置は、生体高分子を含む液が入る泳動槽と、前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極と、前記泳動槽内に位置すると共に前記誘電泳動電極から離れた測定電極と、前記各誘電泳動電極と前記測定電極とに接続する測定処理部とを備える。そして、測定処理部は、特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を準備する準備状態と、前記準備状態から、前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始する測定状態とを備える。 An electrochemical measurement apparatus for solving the above problems includes an electrophoresis tank containing a liquid containing a biopolymer, a plurality of dielectrophoresis electrodes located in the electrophoresis tank, and the dielectrophoresis located in the electrophoresis tank. And a measurement processing unit connected to each of the dielectrophoresis electrodes and the measurement electrodes. The measurement processing unit inputs a signal for dielectrophoretic migration of the biopolymer toward the specific dielectrophoretic electrode to each dielectrophoretic electrode, and uses the measurement electrode for the liquid to perform electrochemical A preparation state for preparing a measurement, and a measurement state for stopping the input of the signal to each dielectrophoresis electrode from the preparation state and starting an electrochemical measurement using the measurement electrode for the liquid; Is provided.
上記課題を解決するための電気化学測定方法は、測定処理部が、生体高分子を含む液が入る泳動槽において、前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極のなかの特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記泳動槽内において前記誘電泳動電極から離れて位置する測定電極を用いた前記液に関する電気化学的な測定を準備することと、前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始することとを含む。 In the electrochemical measurement method for solving the above-described problem, the measurement processing unit includes a specific dielectrophoresis in a plurality of dielectrophoresis electrodes located in the electrophoretic tank in an electrophoretic tank in which a liquid containing a biopolymer is placed. A signal for dielectrophoretic migration of the biopolymer toward the electrode is inputted to each dielectrophoresis electrode, and the electrochemistry relating to the liquid using the measurement electrode positioned away from the dielectrophoresis electrode in the electrophoretic tank Preparing a specific measurement, and stopping the input of the signal to each dielectrophoresis electrode and starting an electrochemical measurement using the measurement electrode for the liquid.
上記装置、および、方法によれば、液に関する電気化学的な測定に先駆けて、特定の誘電泳動電極に向けて生体高分子が誘電泳動する。測定電極と誘電泳動電極とが離れているため、特定の誘電泳動電極に向けて誘電泳動する生体高分子は、測定電極から離れるように移動する。結果として、測定電極に対する生体高分子の吸着や、測定電極の近傍における生体高分子の浮遊が抑えられる。それゆえに、液に関する電気化学的な測定の結果において、生体高分子の介在に起因した結果のばらつきを抑えることが可能となる。 According to the above apparatus and method, the biopolymer dielectrophores toward a specific dielectrophoretic electrode prior to electrochemical measurement of the liquid. Since the measurement electrode and the dielectrophoresis electrode are separated from each other, the biopolymer that performs dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode moves away from the measurement electrode. As a result, the adsorption of the biopolymer to the measurement electrode and the floating of the biopolymer in the vicinity of the measurement electrode are suppressed. Therefore, it is possible to suppress variations in results due to the intervention of biopolymers in the results of electrochemical measurements on liquids.
上記電気化学測定装置において、前記測定処理部は、前記測定状態において、前記液に関する電気化学的な特性を前記測定電極から取得するための信号を、前記複数の誘電泳動電極の少なくとも１つに入力してもよい。 In the electrochemical measurement device, the measurement processing unit inputs a signal for acquiring electrochemical characteristics related to the liquid from the measurement electrode to at least one of the plurality of dielectrophoresis electrodes in the measurement state. May be.
上記構成によれば、複数の誘電泳動電極の一部を測定電極に対する対極や測定電極に対する参照電極として機能させることが可能となるため、電気化学測定装置における電極の構成を簡素にすることが可能ともなる。 According to the above configuration, a part of the plurality of dielectrophoresis electrodes can be made to function as a counter electrode for the measurement electrode and a reference electrode for the measurement electrode, so that the configuration of the electrode in the electrochemical measurement device can be simplified. It also becomes.
上記電気化学測定装置において、前記複数の誘電泳動電極は、相互に対向する一対の誘電泳動電極を含み、前記測定電極は、前記一対の誘電泳動電極の間に位置してもよい。 In the electrochemical measurement apparatus, the plurality of dielectrophoresis electrodes may include a pair of dielectrophoresis electrodes facing each other, and the measurement electrodes may be positioned between the pair of dielectrophoresis electrodes.
上記構成によれば、一対の誘電泳動電極の間に測定電極が位置するため、測定電極の近傍に位置する生体高分子を測定電極の近傍から離すことの確実性を高めることが可能となる。 According to the above configuration, since the measurement electrode is located between the pair of dielectrophoresis electrodes, it is possible to increase the certainty of separating the biopolymer located in the vicinity of the measurement electrode from the vicinity of the measurement electrode.
上記電気化学測定装置において、前記泳動槽は、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを備え、前記第１面と前記第２面との間に前記液が入る隙間をさらに備え、前記特定の誘電泳動電極は、前記第１面に位置し、前記測定電極は、前記第２面に位置してもよい。 In the electrochemical measurement apparatus, the migration tank includes a first surface and a second surface opposite to the first surface, and a gap for the liquid to enter between the first surface and the second surface. Further, the specific dielectrophoresis electrode may be located on the first surface, and the measurement electrode may be located on the second surface.
上記構成によれば、特定の誘電泳動電極と測定電極とが相互に異なる面に位置するため、特定の誘電泳動電極に向けて誘電泳動する生体高分子を測定電極から遠ざけることの確実性を高めることが可能となる。 According to the above configuration, since the specific dielectrophoresis electrode and the measurement electrode are located on different surfaces, the certainty of keeping away the biopolymer that performs dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode from the measurement electrode is increased. It becomes possible.
上記電気化学測定装置において、前記第２面は、前記測定電極とは異なる位置で前記隙間へ連通する孔を備え、前記泳動槽は、前記第１面と前記第２面とに挟まれたスペーサを備え、前記隙間と前記泳動槽の外部とを連通する空隙部を前記スペーサが画定し、前記第２面と対向する方向から見て、前記複数の誘電泳動電極は、前記孔から前記空隙部へ向けて並んでもよい。 In the electrochemical measurement apparatus, the second surface includes a hole communicating with the gap at a position different from the measurement electrode, and the migration tank is a spacer sandwiched between the first surface and the second surface. The spacer defines a gap portion that communicates the gap and the outside of the electrophoresis tank, and the plurality of dielectrophoresis electrodes are formed from the holes to the gap portion when viewed from a direction facing the second surface. You may line up towards
上記構成によれば、孔から空隙部へ向けて並ぶ複数の誘電泳動電極が、孔を有する第２面とは異なる第１面に位置する。そのため、複数の誘電泳動電極を避けるように孔の位置を設計すること、すなわち、複数の誘電泳動電極が並ぶことによって孔の位置が受ける制約を軽減することが可能でもある。 According to the above configuration, the plurality of dielectrophoretic electrodes arranged from the hole toward the gap are located on the first surface different from the second surface having the hole. Therefore, it is possible to design the position of the hole so as to avoid a plurality of dielectrophoresis electrodes, that is, to reduce the restriction imposed on the position of the hole by arranging a plurality of dielectrophoresis electrodes.
上記電気化学測定装置において、前記測定処理部は、前記特定の誘電泳動電極に向けた誘電泳動が実行されたか否かを前記泳動槽内に位置する液に関する電気的特性の結果から判定する判定部をさらに備え、前記誘電泳動が実行されたことを前記判定部が判定したとき、前記準備状態から前記測定状態へ遷移してもよい。 In the electrochemical measurement apparatus, the measurement processing unit determines whether or not dielectrophoresis directed to the specific dielectrophoresis electrode has been performed based on a result of electrical characteristics regarding the liquid located in the electrophoretic tank. And when the determination unit determines that the dielectrophoresis has been performed, the preparation state may be shifted to the measurement state.
上記構成によれば、誘電泳動が実行されたことを判定部が判定したときに、測定処理部が準備状態から測定状態へ遷移するため、誘電泳動が実行される前の測定状態への遷移が測定処理部において抑えられ、ひいては、液に関する電気化学的な測定の結果に対してそれの再現性や精度を高めることが可能でもある。 According to the above configuration, when the determination unit determines that the dielectrophoresis has been performed, the measurement processing unit transitions from the preparation state to the measurement state, so that the transition to the measurement state before the dielectrophoresis is performed It can be suppressed in the measurement processing unit, and as a result, the reproducibility and accuracy of the electrochemical measurement result regarding the liquid can be increased.
上記電気化学測定装置において、前記複数の誘電泳動電極は、第１誘電泳動電極と第２誘電泳動電極とを含み、前記第１誘電泳動電極の大きさは、前記第２誘電泳動電極よりも大きく、前記測定電極は、前記第１誘電泳動電極と前記第２誘電泳動電極との間に位置してもよい。 In the electrochemical measurement apparatus, the plurality of dielectrophoresis electrodes include a first dielectrophoresis electrode and a second dielectrophoresis electrode, and the size of the first dielectrophoresis electrode is larger than that of the second dielectrophoresis electrode. The measurement electrode may be located between the first dielectrophoresis electrode and the second dielectrophoresis electrode.
上記構成によれば、相互に異なる大きさを有した第１誘電泳動電極と第２誘電泳動電極との間に不均一な電場が形成され、それによって、生体高分子の誘電泳動が実現される。そして、これら２つの誘電泳動電極の間に測定電極が位置するため、測定電極に対する生体高分子の吸着や、測定電極の近傍における生体高分子の浮遊を抑えることが可能となる。 According to the above configuration, a non-uniform electric field is formed between the first dielectrophoresis electrode and the second dielectrophoresis electrode having different sizes, thereby realizing dielectrophoresis of the biopolymer. . Since the measurement electrode is positioned between these two dielectrophoretic electrodes, it is possible to suppress the adsorption of the biopolymer to the measurement electrode and the floating of the biopolymer in the vicinity of the measurement electrode.
本発明によれば、生体高分子を含む液に関する電気化学的な測定の結果におけるばらつきを抑えることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress variations in the results of electrochemical measurement related to a liquid containing a biopolymer.
図１〜図１７を参照して一実施形態における電気化学測定装置、および、電気化学測定方法について説明する。まず、誘電泳動の原理について説明し、次いで、電気化学測定装置の構成、電気化学測定方法における処理の流れ、および、電気化学セルの具体例について順に説明する。 With reference to FIGS. 1-17, the electrochemical measuring apparatus and electrochemical measuring method in one Embodiment are demonstrated. First, the principle of dielectrophoresis will be described, and then the configuration of the electrochemical measurement device, the flow of processing in the electrochemical measurement method, and specific examples of the electrochemical cell will be described in order.
［誘電泳動］
図１が示すように、誘電泳動は、溶媒Ｍ１のなかの不均一な電界に置かれた粒子Ｐ１が、その電界に従って移動する現象である。誘電泳動は、溶媒Ｍ１の比誘電率εｍと粒子Ｐ１の比誘電率εｐとの大小関係に従って、電界の強い方向へ粒子Ｐ１が移動する正の誘電泳動と、電界が弱い方向へ粒子が移動する負の誘電泳動とを含む。なお、図１では、粒子Ｐ１における電荷を説明する便宜上、溶媒Ｍ１における電荷の図示を省略する。
[Dielectrophoresis]
As shown in FIG. 1, dielectrophoresis is a phenomenon in which particles P1 placed in a non-uniform electric field in the solvent M1 move according to the electric field. In the dielectrophoresis, according to the magnitude relationship between the relative dielectric constant ε m of the solvent M1 and the relative dielectric constant ε p of the particle P1, the positive dielectrophoresis in which the particle P1 moves in the direction of strong electric field, and the particle in the direction of weak electric field. Moving negative dielectrophoresis. In FIG. 1, the charge in the solvent M <b> 1 is not shown for convenience of explaining the charge in the particle P <b> 1.
不均一な電界内に置かれた粒子Ｐ１と溶媒Ｍ１との界面には、誘電分極によって正および負の電荷ｑが誘起され、それによって、粒子Ｐ１において双極子モーメントＭＰが誘起される。粒子Ｐ１において、正電荷と負電荷とが距離ｄだけ離れているとき、粒子Ｐ１における双極子モーメントＭＰは、下記式１によって示される。なお、距離ｄは、負電荷から正電荷へ向かうベクトル量である。 Positive and negative charges q are induced by dielectric polarization at the interface between the particle P1 and the solvent M1 placed in a non-uniform electric field, thereby inducing a dipole moment MP in the particle P1. In the particle P1, when the positive charge and the negative charge are separated by a distance d, the dipole moment MP in the particle P1 is expressed by the following equation 1. The distance d is a vector amount from the negative charge to the positive charge.
不均一な電界を電界Ｅとし、その電界Ｅのなかに双極子が位置するとき、不均一な電界Ｅでは、距離ｄだけ離れた２点における電界Ｅの大きさが、電界Ｅ(ｒ)と電界Ｅ(ｒ＋ｄ)とであるため、双極子が電界Ｅから受ける外力ＦＥは、下記２式によって示される。そして、距離ｄが無視できるほど十分に小さいとき、粒子Ｐ１が受ける外力Ｆは、誘電泳動力ＦＤとして、下記式３によって表わされる。
ＭＰ＝ｑ・ｄ ・・・式１
ＦＥ＝ｑ・Ｅ(ｒ＋ｄ)−ｑ・Ｅ(ｒ) ・・・式２
ＦＤ＝ｑ・(ｄ・∇)Ｅ＝(ＭＰ・∇)Ｅ ・・・式３
When the electric field E is a non-uniform electric field and a dipole is located in the electric field E, the electric field E at two points separated by a distance d is equal to the electric field E (r). Since the electric field E (r + d), the external force FE that the dipole receives from the electric field E is expressed by the following two equations. When the distance d is small enough to be ignored, the external force F received by the particle P1 is expressed by the following formula 3 as the dielectrophoretic force FD.
MP = q · d Equation 1
FE = q · E (r + d) −q · E (r) Equation 2
FD = q · (d · ∇) E = (MP · ∇) E Equation 3
電界Ｅが交流電界Ｅａｃであるとき、上記粒子Ｐ１に作用する誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞は、下記式４によって示される。式４におけるＥａｃ ＊は、交流電界Ｅａｃの複素共役を示し、式４における実部Ｒｅは複素数の実成分を示す。また、粒子Ｐ１が半径ａを有する均一な球状粒子であるとき、誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞は、下記式５によって示される。式５における誘電率ε０は、真空の誘電率であり、比誘電率εｍは、溶媒の比誘電率であり、実効値Ｅｒｍｓは、交流電界Ｅａｃの実効値である。係数ｆＣＭは、Clausius-Mossotti Factorであり、粒子Ｐ１の複素誘電率εｐと溶媒Ｍ１の複素誘電率εｍを用いて下記式６で示される。そして、式５が示すように、誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞の大きさは、粒子Ｐ１の体積が大きいほど大きく、溶媒Ｍ１の比誘電率εｍが大きいほど大きく、電界Ｅａｃの実効値Ｅｒｍｓが大きいほど大きい。
＜ＦＤ＞＝１／２(Ｒｅ[(ＭＰ・∇)Ｅａｃ ＊]) ・・・式４
＜ＦＤ＞＝２πａ３ε０εｍＲｅ[ｆＣＭ]∇｜Ｅｒｍｓ|２ ・・・式５
ｆＣＭ＝(εｐ−εｍ)/(εｐ＋２εｍ) ・・・式６
なお、式５が示すように、誘電泳動力ＦＤの方向は、係数ｆＣＭの符号によって定まる。
When the electric field E is an alternating electric field Eac , the time average <FD> of the dielectrophoretic force FD acting on the particle P1 is expressed by the following formula 4. Eac * in Equation 4 represents the complex conjugate of the alternating electric field Eac , and the real part Re in Equation 4 represents the complex real component. Further, when the particle P1 is a uniform spherical particle having a radius a, the time average <FD> of the dielectrophoretic force FD is expressed by the following formula 5. The dielectric constant ε 0 in Equation 5 is the dielectric constant of vacuum, the relative dielectric constant ε m is the relative dielectric constant of the solvent, and the effective value Erms is the effective value of the AC electric field Eac . The coefficient f CM is Clausius-Mossotti Factor, and is expressed by the following formula 6 using the complex dielectric constant ε p of the particle P1 and the complex dielectric constant ε m of the solvent M1. Then, as shown in Equation 5, the time average magnitude of <FD> dielectrophoretic force FD is larger as the volume of the particles P1 is large, larger as a large specific dielectric constant epsilon m of the solvent M1, the electric field E ac The larger the effective value Erms, the larger.
<FD> = 1/2 (Re [(MP · ∇) E ac * ]) Equation 4
<FD> = 2πa 3 ε 0 ε m Re [f CM] ∇ | E rms | 2 ··· formula 5
f CM = (ε p −ε m ) / (ε p + 2ε m ) Equation 6
Incidentally, as shown in Equation 5, the direction of the dielectrophoretic force FD is determined by the sign of the coefficient f CM.
例えば、図２が示すように、粒子Ｐ１が溶媒Ｍ１よりも分極しやすい場合、すなわち、複素誘電率εｐ＞複素誘電率εｍの関係が満たされる場合、実部Ｒｅ[ｆＣＭ]＞０の関係が満たされる場のなかに粒子Ｐ１は置かれ、交流電界Ｅａｃの強度が大きい方に向けて、粒子Ｐ１は移動する。結果として、粒子Ｐ１が溶媒Ｍ１よりも分極しやすい場合、粒子Ｐ１において正の誘電泳動が誘起される。 For example, as shown in FIG. 2, when the particle P1 is more easily polarized than the solvent M1, that is, when the relationship of complex dielectric constant ε p > complex dielectric constant ε m is satisfied, real part Re [f CM ]> 0 The particle P1 is placed in a field where the above relationship is satisfied, and the particle P1 moves toward the side where the intensity of the AC electric field Eac is larger. As a result, when the particle P1 is more easily polarized than the solvent M1, positive dielectrophoresis is induced in the particle P1.
反対に、図３が示すように、溶媒Ｍ１が粒子Ｐ１よりも分極しやすい場合、すなわち、複素誘電率εｐ＜複素誘電率εｍの関係が満たされる場合、実部Ｒｅ[ｆＣＭ]＜０の関係が満たされる場のなかに粒子Ｐ１は置かれ、交流電界Ｅａｃの強度が小さい方に向けて、粒子Ｐ１は移動する。結果として、溶媒Ｍ１が粒子Ｐ１よりも分極しやすい場合、粒子Ｐ１において負の誘電泳動が誘起される。 Conversely, as shown in FIG. 3, when the solvent M1 is more easily polarized than the particle P1, that is, when the relationship of complex dielectric constant ε p <complex dielectric constant ε m is satisfied, the real part Re [f CM ] < The particle P1 is placed in a field where the relationship of 0 is satisfied, and the particle P1 moves toward the direction where the intensity of the AC electric field Eac is smaller. As a result, when the solvent M1 is more easily polarized than the particle P1, negative dielectrophoresis is induced in the particle P1.
［交流電界Ｅａｃ］
誘導泳動を誘起させる不均一な電界は、相互に大きさが異なる一対の電極間に交流電圧が印加されることによって形成される。例えば、図３が示すように、相対的に大きい電極ＥＰＬから相対的に小さい電極ＥＰＳに至る電気力線の密度は、相対的に小さい電極ＥＰＳで高く、相対的に大きい電極ＥＰＬで低い。結果として、相対的に小さい電極ＥＰＳにて交流電界Ｅａｃの強度が大きく、相対的に大きい電極ＥＰＬにて交流電界Ｅａｃの強度が小さいという不均一な電界が形成される。
[AC electric field E ac ]
The non-uniform electric field that induces the induction migration is formed by applying an alternating voltage between a pair of electrodes having different sizes. For example, as shown in FIG. 3, the density of the lines of electric force from the relatively large electrode EPL to the relatively small electrode EPS is high for the relatively small electrode EPS and low for the relatively large electrode EPL. As a result, a relatively small electrodes increases the strength of the alternating electric field E ac are in EPS, inhomogeneous electric field of strength of the alternating electric field E ac at a relatively large electrode EPL is small is formed.
誘導泳動を誘起させる不均一な電界は、相互に大きさが異なる３以上の電極に進行波電圧を印加することによっても形成される。例えば、図４が示すように、１つの方向である電極列方向に並ぶ４つの電極に対して、各電極に印加する交流電圧の位相を電極列方向に９０度ずつ進角させる。すなわち、第１電極ＥＰ１に０度の位相角で交流電圧を印加し、第２電極ＥＰ２に９０度の位相角で交流電圧を印加し、第３電極ＥＰ３に１８０度の位相角で交流電圧を印加し、第４電極ＥＰ４に２７０度の位相角で交流電圧を印加する。 The non-uniform electric field that induces induction electrophoresis is also formed by applying traveling wave voltages to three or more electrodes having different sizes. For example, as shown in FIG. 4, the phase of the AC voltage applied to each electrode is advanced by 90 degrees in the electrode row direction with respect to four electrodes arranged in the electrode row direction which is one direction. That is, an AC voltage is applied to the first electrode EP1 with a phase angle of 0 degrees, an AC voltage is applied to the second electrode EP2 with a phase angle of 90 degrees, and an AC voltage is applied to the third electrode EP3 with a phase angle of 180 degrees. And an AC voltage is applied to the fourth electrode EP4 at a phase angle of 270 degrees.
なお、進行波電圧の印加による誘電泳動では、上述した実部Ｒｅ[ｆＣＭ]の他に、式７が示す虚部Ｉｍ[ｆＣＭ]の項が誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞に加わる。式７において、虚部Ｉｍは、複素数の虚数部を示す。式７において電界成分Ｅｘ０、電界成分Ｅｙ０、電界成分Ｅｚ０は、それぞれ座標軸ｘ、ｙ、ｚに沿った交流電界Ｅａｃの成分を示す。式７において、位相角φｘ、位相角φｙ、位相角φｚは、それぞれ交流電界Ｅａｃの各成分における位相を示す。
＜ＦＤ＞Ｉｍ
＝２πａ３ε０εｍＩｍ[ｆＣＭ](Ｅｘ０ ２∇φｘ＋Ｅｙ０ ２∇φy＋Ｅｚ０ ２∇φz) ・・・式７
In addition, in the dielectrophoresis by applying the traveling wave voltage, in addition to the real part Re [f CM ] described above, the term of the imaginary part Im [f CM ] represented by the equation 7 is the time average <FD> of the dielectrophoretic force FD. Join. In Expression 7, an imaginary part Im represents an imaginary part of a complex number. In Equation 7, the electric field component E x0 , the electric field component E y0 , and the electric field component E z0 indicate components of the alternating electric field E ac along the coordinate axes x, y, and z, respectively. In Expression 7, the phase angle φ x , the phase angle φ y , and the phase angle φ z indicate the phases in the respective components of the AC electric field E ac .
<FD> Im
= 2πa 3 ε 0 ε m Im [f CM ] (E x0 2 ∇φ x + E y0 2 ∇φ y + E z0 2 ∇φ z ) Equation 7
式７が示すように、進行波電圧の印加によって誘起される誘電泳動力ＦＤの時間平均＜ＦＤ＞の大きさもまた、粒子Ｐ１の体積が大きいほど大きく、溶媒Ｍ１の比誘電率εｍが大きいほど大きく、交流電界Ｅａｃの各電界成分が大きいほど大きい。また、進行波電圧による電界中に置かれた粒子Ｐ１でも、粒子Ｐ１が溶媒Ｍ１よりも分極しやすい場合に、正の誘電泳動が誘起される。また、進行波電圧による電界中に置かれた粒子Ｐ１でも、溶媒Ｍ１が粒子Ｐ１よりも分極しやすい場合に、負の誘電泳動が誘起される。 As shown in Equation 7, the time average magnitude of <FD> dielectrophoretic force FD induced by the application of the traveling wave voltage also increases the larger the volume of the particles P1, the relative dielectric constant epsilon m of the solvent M1 The larger the electric field component of the AC electric field Eac , the larger the electric field component. Further, even in the case of the particle P1 placed in the electric field due to the traveling wave voltage, positive dielectrophoresis is induced when the particle P1 is more easily polarized than the solvent M1. Further, even in the particle P1 placed in the electric field due to the traveling wave voltage, negative dielectrophoresis is induced when the solvent M1 is more easily polarized than the particle P1.
この際、粒子Ｐ１の誘電泳動に伴い、進行波電気浸透も駆動されることがある。進行波電圧の印加による誘電泳動と、進行波電圧の印加による浸透流とが誘起されるとき、これら誘電泳動力と浸透流による力との合力が粒子Ｐ１に作用する。なお、粒子Ｐ１に対して支配的に作用する外力は、液中における粒子Ｐ１の濃度、粒子Ｐ１と溶媒Ｍ１との親和性、溶媒Ｍ１の粘度などの各種の要因によって変わる。本実施形態では、粒子Ｐ１の誘電泳動によって誘起される浸透流による力など、誘電泳動に付随した現象による力を含めて、粒子を搬送する力である搬送力と言う。 At this time, traveling wave electroosmosis may also be driven with the dielectrophoresis of the particles P1. When dielectrophoresis by applying traveling wave voltage and osmotic flow by applying traveling wave voltage are induced, the resultant force of these dielectrophoretic force and force by osmotic flow acts on the particle P1. The external force that acts predominantly on the particles P1 varies depending on various factors such as the concentration of the particles P1 in the liquid, the affinity between the particles P1 and the solvent M1, and the viscosity of the solvent M1. In the present embodiment, it is referred to as a conveyance force that is a force for conveying particles, including a force due to a phenomenon associated with dielectrophoresis, such as a force due to an osmotic flow induced by dielectrophoresis of the particles P1.
なお、誘導泳動を誘起させる不均一な電界は、上述した電極の大きさの他に、例えば、一対の電極間の距離や、一対の電極間に位置する誘電体などのように、電界の大きさを変える因子が一対の電極内において異なることによって形成することも可能である。 Note that the non-uniform electric field that induces electrophoretic migration is not limited to the size of the electrodes described above, but may be a magnitude of the electric field such as a distance between a pair of electrodes or a dielectric positioned between the pair of electrodes. It is also possible to form by changing the factors that change the thickness in the pair of electrodes.
［電気化学測定装置］
図５が示すように、電気化学測定装置は、電気化学セルＣＥＬと測定処理部ＭＴとを備える。電気化学セルＣＥＬは、泳動槽ＣＢＮと、泳動槽ＣＢＮの内部に位置する２つの誘電泳動電極ＰＧと、泳動槽ＣＢＮの内部において誘電泳動電極ＰＧから離れて位置する測定電極ＷＧとを備える。泳動槽ＣＢＮに入る液は、例えば、血液などの侵襲的に採取された生体試料であってもよいし、唾液、涙、汗、尿などの非侵襲的に採取された生体試料であってもよい。泳動槽ＣＢＮに入る液は、健康や疾患に関係する情報を代謝経路に関わる生体物質などとして数多く含み、生体高分子と生体低分子とを含む。生体高分子は、生体低分子よりも分子量が大きい分子であって、例えば、核酸、タンパク質、酵素、多糖類である。生体低分子は、生体高分子よりも分子量が小さい分子であって、例えば、アミノ酸、各種の単糖類、二糖類などの有機物や、ミネラルなどの無機質である。
[Electrochemical measurement equipment]
As shown in FIG. 5, the electrochemical measurement device includes an electrochemical cell CEL and a measurement processing unit MT. The electrochemical cell CEL includes a migration tank CBN, two dielectrophoresis electrodes PG located inside the migration tank CBN, and a measurement electrode WG located apart from the dielectrophoresis electrode PG inside the migration tank CBN. The liquid entering the electrophoresis tank CBN may be, for example, an invasively collected biological sample such as blood, or a noninvasively collected biological sample such as saliva, tears, sweat, urine or the like. Good. The liquid entering the electrophoresis tank CBN contains a large amount of information related to health and diseases as biological substances related to metabolic pathways, and includes biopolymers and biomolecules. A biopolymer is a molecule having a molecular weight larger than that of a biological low molecule, and is, for example, a nucleic acid, protein, enzyme, or polysaccharide. A biological low molecule is a molecule having a molecular weight smaller than that of a biopolymer, and is, for example, an organic substance such as an amino acid, various monosaccharides or disaccharides, or an inorganic substance such as mineral.
測定処理部ＭＴは、電気化学セルＣＥＬが備える各誘電泳動電極ＰＧと測定電極ＷＧとに接続する。測定処理部ＭＴは、設定部ＣＯＮ、記憶部ＭＥ、および、駆動部ＤＲを備える。設定部ＣＯＮは、記憶部ＭＥが記憶するデータなどを用い、駆動部ＤＲを駆動させ、それによって、測定処理部ＭＴの状態を準備状態と測定状態とに設定する。電気化学セルＣＥＬは、駆動部ＤＲが出力する信号に従って駆動される。測定処理部ＭＴが準備状態であるとき、電気化学セルＣＥＬは、液に関する電気化学的な測定を行うための準備として、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかで一方を特定の誘電泳動電極ＰＧとして取り扱い、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を泳動する。測定処理部ＭＴが測定状態であるとき、電気化学セルＣＥＬは、例えば、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を行うための反応を進める。 The measurement processing unit MT is connected to each dielectrophoresis electrode PG and measurement electrode WG included in the electrochemical cell CEL. The measurement processing unit MT includes a setting unit CON, a storage unit ME, and a driving unit DR. The setting unit CON uses the data stored in the storage unit ME to drive the drive unit DR, thereby setting the state of the measurement processing unit MT to the preparation state and the measurement state. The electrochemical cell CEL is driven according to a signal output from the drive unit DR. When the measurement processing unit MT is in a ready state, the electrochemical cell CEL treats one of the two dielectrophoresis electrodes PG as a specific dielectrophoresis electrode PG as a preparation for performing an electrochemical measurement on the liquid. The biopolymer is migrated toward a specific dielectrophoresis electrode PG. When the measurement processing unit MT is in a measurement state, the electrochemical cell CEL proceeds with a reaction for performing an electrochemical measurement on a liquid, for example, using the measurement electrode WG.
測定処理部ＭＴは、準備状態において、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を誘電泳動させるための信号を、各誘電泳動電極ＰＧへ入力する。また、測定処理部ＭＴは、準備状態において、測定電極ＷＧを用いた測定である液に関する電気化学的な測定を準備する。そして、測定処理部ＭＴは、準備状態において、生体高分子に上記搬送力を作用させて、測定電極ＷＧの近傍から生体高分子を離す。 In the preparation state, the measurement processing unit MT inputs a signal for dielectrophoresis of the biopolymer toward the specific dielectrophoresis electrode PG to each dielectrophoresis electrode PG. In addition, the measurement processing unit MT prepares an electrochemical measurement regarding a liquid that is a measurement using the measurement electrode WG in the preparation state. Then, in the preparation state, the measurement processing unit MT causes the biopolymer to act on the biopolymer to separate the biopolymer from the vicinity of the measurement electrode WG.
測定処理部ＭＴは、準備状態から測定状態への切り替えを判定部ＳＥＬが判定すると、準備状態から測定状態へ遷移する。測定処理部ＭＴは、測定状態において、生体高分子を誘電泳動させるための信号の各誘電泳動電極ＰＧへの入力を停止して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を開始する。 The measurement processing unit MT transitions from the preparation state to the measurement state when the determination unit SEL determines switching from the preparation state to the measurement state. In the measurement state, the measurement processing unit MT stops input of signals for dielectrophoresis of the biopolymer to each dielectrophoresis electrode PG, and performs measurement using the measurement electrode WG and performs electrochemical measurement on the liquid. Start measurement.
液に関する電気化学的な測定は、例えば、液中における酸化還元電流の測定、酵素反応によって流れる電流の測定、液中における交流インピーダンスの測定、および、測定電極ＷＧと液との界面電位の測定のなかの少なくとも１つである。 Electrochemical measurement of the liquid includes, for example, measurement of an oxidation-reduction current in the liquid, measurement of an electric current flowing through an enzyme reaction, measurement of an alternating current impedance in the liquid, and measurement of an interface potential between the measurement electrode WG and the liquid. At least one of them.
電気化学測定装置が実行する電気化学測定方法は、生体高分子を含む液が入る泳動槽ＣＢＮにおいて、上記測定処理部ＭＴが以下の２つの工程を順に行うことを含む。すなわち、第１の工程が準備工程であり、これに続く第２の工程が測定工程である。測定処理部ＭＴは、準備工程にて、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかで、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を誘電泳動させるための信号を各誘電泳動電極ＰＧへ入力して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を行う準備する。次いで、測定処理部ＭＴは、測定工程にて、各誘電泳動電極ＰＧへの信号の入力を停止して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を開始する。 The electrochemical measurement method performed by the electrochemical measurement device includes that the measurement processing unit MT sequentially performs the following two steps in the migration tank CBN in which a liquid containing a biopolymer is placed. That is, the first step is a preparation step, and the second step following this is a measurement step. In the preparation process, the measurement processing unit MT inputs a signal for dielectrophoresis of a biopolymer toward a specific dielectrophoresis electrode PG among the two dielectrophoresis electrodes PG. Preparation using the measurement electrode WG for electrochemical measurement of the liquid. Next, in the measurement process, the measurement processing unit MT stops input of signals to each dielectrophoresis electrode PG, and starts electrochemical measurement related to the liquid, which is measurement using the measurement electrode WG.
なお、液に関する電気化学的な測定が、液中における酸化還元電流の測定であるとき、測定電極ＷＧは、酸化還元電流を測定するための作用電極である。この際、参照電極と対極とが泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、参照電極、および、対極として、測定処理部ＭＴが２つの誘電泳動電極ＰＧを機能させてもよい。すなわち、準備状態において、測定処理部ＭＴは、生体高分子に搬送力を加えるための交流電圧を２つの誘電泳動電極ＰＧに入力し、それによって、２つの誘電泳動電極ＰＧは、生体高分子に搬送力を作用させる交流電極として機能する。そして、測定状態において、測定処理部ＭＴは、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧを、参照電極、および、対極として機能させてもよい。 In addition, when the electrochemical measurement regarding a liquid is a measurement of the oxidation reduction current in a liquid, the measurement electrode WG is a working electrode for measuring an oxidation reduction current. At this time, a reference electrode and a counter electrode may be separately provided in the migration tank CBN, or the measurement processing unit MT may function two dielectrophoresis electrodes PG as the reference electrode and the counter electrode. That is, in the preparation state, the measurement processing unit MT inputs an alternating voltage for applying a transport force to the biopolymer to the two dielectrophoresis electrodes PG, whereby the two dielectrophoresis electrodes PG are applied to the biopolymer. It functions as an AC electrode that applies a conveying force. In the measurement state, the measurement processing unit MT may cause the two dielectrophoresis electrodes PG that function as AC electrodes to function as a reference electrode and a counter electrode.
液に関する電気化学的な測定が、酵素反応によって流れる電流の測定であるとき、測定電極ＷＧは、その表面に酵素が固定化された酵素電極である。この際、参照電極と対極とが泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、参照電極、および、対極として、測定処理部ＭＴが２つの誘電泳動電極ＰＧを機能させてもよい。すなわち、測定処理部ＭＴは、測定状態において、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧを、酵素反応によって流れる電流を測定するための参照電極、および、対極として機能させてもよい。 When the electrochemical measurement relating to the liquid is measurement of a current flowing through an enzyme reaction, the measurement electrode WG is an enzyme electrode having an enzyme immobilized on the surface thereof. At this time, a reference electrode and a counter electrode may be separately provided in the migration tank CBN, or the measurement processing unit MT may function two dielectrophoresis electrodes PG as the reference electrode and the counter electrode. That is, in the measurement state, the measurement processing unit MT may cause the two dielectrophoresis electrodes PG that function as AC electrodes to function as a reference electrode and a counter electrode for measuring a current flowing through an enzyme reaction.
液に関する電気化学的な測定が、液中における交流インピーダンスの測定であるとき、測定電極ＷＧは、液中に交流電圧を印加する交流印加電極である。この際、参照電極は、泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの１つを参照電極として測定処理部ＭＴが機能させてもよい。すなわち、測定処理部ＭＴは、測定状態において、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの一方の電極を、交流インピーダンスを測定するための参照電極として機能させてもよい。 When the electrochemical measurement related to the liquid is a measurement of an AC impedance in the liquid, the measurement electrode WG is an AC application electrode that applies an AC voltage to the liquid. At this time, the reference electrode may be separately provided inside the migration tank CBN, or the measurement processing unit MT may function using one of the two dielectrophoresis electrodes PG as a reference electrode. That is, in the measurement state, the measurement processing unit MT may cause one of the two dielectrophoresis electrodes PG functioning as an AC electrode to function as a reference electrode for measuring AC impedance.
液に関する電気化学的な測定が、液中における電極と液との界面電位を測定するとき、測定電極ＷＧは、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）である。この際、参照電極は、泳動槽ＣＢＮの内部に別途備えられてもよいし、２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの１つを参照電極として測定処理部ＭＴが機能させてもよい。すなわち、測定処理部ＭＴは、測定状態において、交流電極として機能した２つの誘電泳動電極ＰＧのなかの一方の電極を、界面電位を測定するための参照電極として機能させてもよい。 When the electrochemical measurement relating to the liquid measures the interface potential between the electrode and the liquid in the liquid, the measurement electrode WG is a field effect transistor (FET). At this time, the reference electrode may be separately provided inside the migration tank CBN, or the measurement processing unit MT may function using one of the two dielectrophoresis electrodes PG as a reference electrode. That is, in the measurement state, the measurement processing unit MT may cause one of the two dielectrophoresis electrodes PG functioning as an AC electrode to function as a reference electrode for measuring the interface potential.
設定部ＣＯＮが備える判定部ＳＥＬは、切り替え条件が成立したか否かの判定を繰り返す。切り替え条件は、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替えるための条件である。切り替え条件が成立したと判定部ＳＥＬが判定したとき、設定部ＣＯＮは、駆動部ＤＲを駆動させて、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える。 The determination unit SEL included in the setting unit CON repeats the determination whether or not the switching condition is satisfied. The switching condition is a condition for switching the state of the measurement processing unit MT from the preparation state to the measurement state. When the determination unit SEL determines that the switching condition is satisfied, the setting unit CON drives the drive unit DR to switch the state of the measurement processing unit MT from the preparation state to the measurement state.
切り替え条件は、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことであって、液に関する電気的特性の結果に基づくものである。なお、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたこととは、例えば、生体高分子を誘電泳動するための負荷が所定の閾値以下となることである。 The switching condition is that the dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode PG is executed, and is based on the result of the electrical characteristics regarding the liquid. The fact that the dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode PG is executed means, for example, that the load for dielectrophoresis of the biopolymer is equal to or lower than a predetermined threshold value.
この際、判定部ＳＥＬは、例えば、測定処理部ＭＴが準備状態であるとき、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を泳動するための負荷電流などを駆動部ＤＲから取得する。そして、判定部ＳＥＬは、生体高分子を泳動するための負荷が所定の閾値以下となるとき、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたと判定してもよい。 At this time, for example, when the measurement processing unit MT is in a preparation state, the determination unit SEL acquires a load current for migrating a biopolymer toward a specific dielectrophoresis electrode PG from the drive unit DR. Then, the determination unit SEL may determine that the dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode PG has been executed when the load for migrating the biopolymer is equal to or less than a predetermined threshold.
また、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える条件は、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことと、その他の条件との論理和であってもよい。この際、その他の条件は、電気化学測定装置が備える切り替えスイッチが利用者によって操作されたことや、誘電泳動の開始から誘電泳動に要する所定の時間が経過したことなどである。 In addition, the condition for switching the state of the measurement processing unit MT from the preparation state to the measurement state may be a logical sum of execution of dielectrophoresis toward a specific dielectrophoresis electrode PG and other conditions. At this time, other conditions include that the changeover switch provided in the electrochemical measuring device has been operated by the user, or that a predetermined time required for dielectrophoresis has elapsed since the start of dielectrophoresis.
なお、図６が示すように、電気化学セルＣＥＬが備える誘電泳動電極ＰＧは、２つに限らず、泳動槽ＣＢＮの内部にＮ個（Ｎは３以上の整数）であってもよい。この際も、測定処理部ＭＴは、準備状態において、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けて生体高分子を誘電泳動させるための信号を各誘電泳動電極ＰＧへ入力する。また、測定処理部ＭＴは、準備状態において、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を準備する。そして、測定処理部ＭＴが設定する特定の誘電泳動電極ＰＧは、１つに限らず、２つ以上（Ｎ−１）以下であってもよい。 As shown in FIG. 6, the number of dielectrophoresis electrodes PG provided in the electrochemical cell CEL is not limited to two, but may be N (N is an integer of 3 or more) inside the electrophoresis tank CBN. Also at this time, the measurement processing unit MT inputs a signal for dielectrophoresis of the biopolymer toward the specific dielectrophoresis electrode PG to each dielectrophoresis electrode PG in the preparation state. Moreover, the measurement process part MT prepares the electrochemical measurement regarding a liquid which is a measurement using the measurement electrode WG in a preparation state. The specific dielectrophoresis electrode PG set by the measurement processing unit MT is not limited to one, and may be two or more (N−1).
測定処理部ＭＴは、準備状態から測定状態への切り替えを判定部ＳＥＬが判定すると、準備状態から測定状態へ遷移する。この際、測定処理部ＭＴは、測定状態において、生体高分子を誘電泳動させるための信号の各誘電泳動電極ＰＧへの入力を停止して、測定電極ＷＧを用いた測定であって液に関する電気化学的な測定を開始する。一方で、測定処理部ＭＴは、参照電極や対極として機能させる電極を、Ｎ個の誘電泳動電極ＰＧのなかから選択してもよい。 The measurement processing unit MT transitions from the preparation state to the measurement state when the determination unit SEL determines switching from the preparation state to the measurement state. At this time, in the measurement state, the measurement processing unit MT stops the input of signals for dielectrophoresis of the biopolymer to each dielectrophoresis electrode PG, and performs measurement using the measurement electrode WG, which is an electric power related to the liquid. Start chemical measurement. On the other hand, the measurement processing unit MT may select an electrode that functions as a reference electrode or a counter electrode from among the N dielectrophoresis electrodes PG.
また、図７が示すように、測定処理部ＭＴは、電気化学セルＣＥＬが備える検出端子ＳＧに接続する。検出端子ＳＧは、特定の誘電泳動電極ＰＧの近傍における生体高分子の濃度や挙動を検出する電極であり、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことを信号として出力する。そして、設定部ＣＯＮが備える判定部ＳＥＬは、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたか否かを、検出端子ＳＧが出力する信号に基づいて判定してもよい。 Moreover, as FIG. 7 shows, the measurement process part MT is connected to the detection terminal SG with which the electrochemical cell CEL is provided. The detection terminal SG is an electrode that detects the concentration and behavior of the biopolymer in the vicinity of the specific dielectrophoresis electrode PG, and outputs as a signal that dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode PG has been executed. Then, the determination unit SEL included in the setting unit CON may determine whether or not the dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode PG is performed based on the signal output from the detection terminal SG.
例えば、判定部ＳＥＬは、準備状態が設定されてから検出端子ＳＧが出力する信号を監視する。そして、判定部ＳＥＬは、特定の誘電泳動電極ＰＧに向けた誘電泳動が実行されたことを検出端子ＳＧが信号として出力するとき、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替えると判定する。 For example, the determination unit SEL monitors a signal output from the detection terminal SG after the preparation state is set. Then, the determination unit SEL determines to switch the state of the measurement processing unit MT from the preparation state to the measurement state when the detection terminal SG outputs that the dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode PG is performed as a signal. To do.
［電気化学セル］
図８から図１８を参照し、電気化学セルＣＥＬの構成について具体例を説明する。
なお、図８、および、図９は、液に関する電気化学的な測定として酸化還元電流を測定するための第１の電気化学セルの構成を例示し、図１０、および、図１１もまた、液に関する電気化学的な測定として酸化還元電流を測定するための第２の電気化学セルの構成を例示する。
図１２、および、図１３は、液に関する電気化学的な測定として交流インピーダンスを測定する第３の電気化学セルの構成を例示する。図１４、および、図１５は、液に関する電気化学的な測定として測定電極ＷＧと液との界面電位を測定する第４の電気化学セルの構成を例示する。
図１６、および、図１７は、生体高分子の誘電泳動に進行波電圧を用いる第５の電気化学セルの構成を例示し、図１８もまた、生体高分子の誘電泳動に進行波電圧を用いる第６の電気化学セルの構成を例示する。
[Electrochemical cell]
A specific example of the configuration of the electrochemical cell CEL will be described with reference to FIGS.
8 and 9 exemplify the configuration of the first electrochemical cell for measuring the oxidation-reduction current as an electrochemical measurement related to the liquid, and FIGS. 10 and 11 also illustrate the liquid. The structure of the 2nd electrochemical cell for measuring an oxidation reduction electric current as an electrochemical measurement regarding is illustrated.
FIG. 12 and FIG. 13 illustrate the configuration of a third electrochemical cell that measures AC impedance as an electrochemical measurement related to a liquid. FIG. 14 and FIG. 15 illustrate the configuration of a fourth electrochemical cell that measures the interface potential between the measurement electrode WG and the liquid as an electrochemical measurement related to the liquid.
FIGS. 16 and 17 illustrate the configuration of the fifth electrochemical cell using traveling wave voltage for biopolymer dielectrophoresis, and FIG. 18 also uses traveling wave voltage for biopolymer dielectrophoresis. The structure of the 6th electrochemical cell is illustrated.
［第１の電気化学セル］
図８が示すように、電気化学セルは、第１基板１０と、第１基板１０と対向する第２基板２０とを備える。第１基板１０は、孔の一例であって第１基板１０を貫通する孔である試料入口１３を備える。第１基板１０と第２基板２０とは、スペーサ３１を介して相互に接合され、これら第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１によって、泳動槽ＣＢＮが構成される。スペーサ３１は、相互に対向する空隙部３２を画定し、２つの空隙部３２は、泳動槽ＣＢＮの内部に位置する空気の抜け孔として機能する。
[First electrochemical cell]
As shown in FIG. 8, the electrochemical cell includes a first substrate 10 and a second substrate 20 facing the first substrate 10. The first substrate 10 includes a sample inlet 13 which is an example of a hole and is a hole penetrating the first substrate 10. The first substrate 10 and the second substrate 20 are bonded to each other via a spacer 31, and the first substrate 10, the second substrate 20, and the spacer 31 constitute an electrophoresis tank CBN. The spacer 31 defines a gap portion 32 that faces each other, and the two gap portions 32 function as air holes located inside the migration tank CBN.
第１基板１０が備える面のなかで第２基板２０と対向する面には、試料入口１３を挟むように、対極ＣＧと参照電極ＲＧとが位置する。参照電極ＲＧと対極ＣＧとは、２つの誘電泳動電極ＰＧの一例であって、交流電圧の印加によって不均一な電界を形成するために、参照電極ＲＧが対極ＣＧよりも十分に小さい大きさを有する。
試料入口１３と空隙部３２とを結ぶ方向は、参照電極ＲＧと対極ＣＧとが並ぶ方向である。こうした電極の配列であれば、試料入口１３から入る生体試料液を参照電極ＲＧや対極ＣＧの全体へ行き渡らせることが容易である。第１基板１０が備える面のなかで第２基板２０と対向する面には、参照電極ＲＧに接続する参照電極用配線１１と、対極ＣＧに接続する対極用配線１２とが位置する。
The counter electrode CG and the reference electrode RG are located on the surface of the first substrate 10 facing the second substrate 20 so as to sandwich the sample inlet 13. The reference electrode RG and the counter electrode CG are examples of two dielectrophoresis electrodes PG, and the reference electrode RG has a size sufficiently smaller than the counter electrode CG in order to form a non-uniform electric field by application of an AC voltage. Have.
The direction connecting the sample inlet 13 and the gap 32 is a direction in which the reference electrode RG and the counter electrode CG are arranged. With such an electrode arrangement, it is easy to spread the biological sample liquid entering from the sample inlet 13 over the entire reference electrode RG and counter electrode CG. The reference electrode wiring 11 connected to the reference electrode RG and the counter electrode wiring 12 connected to the counter electrode CG are located on the surface of the first substrate 10 facing the second substrate 20.
参照電極ＲＧ、対極ＣＧ、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２の形成に際しては、まず、第１基板１０の側面に対して、真空蒸着法やスパッタリング法などによる成膜処理が施される。次いで、第１基板１０の側面に形成された導電膜に対して、フォトリソ法などによるパターニングが施される。そして、パターニング後の導電膜のなかで参照電極用配線１１、および、対極用配線１２を構成する部分が、絶縁膜によって被覆され、それによって、参照電極ＲＧと参照電極用配線１１とが画定され、また、対極ＣＧと対極用配線１２とが画定される。 In forming the reference electrode RG, the counter electrode CG, the reference electrode wiring 11, and the counter electrode wiring 12, first, a film forming process is performed on the side surface of the first substrate 10 by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. The Next, the conductive film formed on the side surface of the first substrate 10 is patterned by a photolithography method or the like. In the patterned conductive film, portions constituting the reference electrode wiring 11 and the counter electrode wiring 12 are covered with an insulating film, whereby the reference electrode RG and the reference electrode wiring 11 are defined. In addition, a counter electrode CG and a counter electrode wiring 12 are defined.
なお、参照電極ＲＧの形成材料は、塩化銀であることが好ましい。この際、参照電極ＲＧの形成には、導電膜として銀膜が用いられ、参照電極用配線１１が絶縁膜で被覆された後、導電膜のなかで露出している部分に対して、塩化処理を行うことが好ましい。また、導電性インクによって各電極を形成してもよく、導電性インクによるスクリーン印刷を用いる方法であれば、各電極の形成に要するコストを抑えることが可能である。 The material for forming the reference electrode RG is preferably silver chloride. At this time, for the formation of the reference electrode RG, a silver film is used as the conductive film. After the reference electrode wiring 11 is covered with the insulating film, the exposed portion of the conductive film is subjected to chlorination treatment. It is preferable to carry out. In addition, each electrode may be formed with a conductive ink, and the cost required for forming each electrode can be suppressed by a method using screen printing with a conductive ink.
第２基板２０が備える面のなかで第１基板１０と対向する面には、作用電極として機能する測定電極ＷＧと、３つの接続配線２２とが位置する。測定電極ＷＧは、参照電極ＲＧとほぼ等しい大きさを有し、対極ＣＧよりも十分に小さい大きさを有する。対極ＣＧの延在方向において測定電極ＷＧが有する長さは、対極ＣＧよりも十分に小さい。 The measurement electrode WG that functions as a working electrode and the three connection wirings 22 are located on the surface of the second substrate 20 that faces the first substrate 10. The measurement electrode WG has a size substantially equal to that of the reference electrode RG and a size sufficiently smaller than the counter electrode CG. The length of the measurement electrode WG in the extending direction of the counter electrode CG is sufficiently smaller than the counter electrode CG.
３つの接続配線２２のなかの１つの接続配線２２は、測定電極ＷＧに接続し、他の１つの接続配線２２は、参照電極用配線１１と接続するためのコンタクト部２３を備え、残りの１つの接続配線２２は、対極用配線１２と接続するためのコンタクト部２３を備える。測定電極ＷＧの表面は、それに固定された酸化還元酵素を備えてもよい。 One of the three connection wirings 22 is connected to the measurement electrode WG, and the other connection wiring 22 includes a contact portion 23 for connection to the reference electrode wiring 11, and the remaining one Each of the connection wirings 22 includes a contact portion 23 for connecting to the counter electrode wiring 12. The surface of the measurement electrode WG may include an oxidoreductase immobilized thereon.
測定電極ＷＧ、および、３つの接続配線２２の形成に際しては、参照電極用配線１１と同様の方法が用いられる。すなわち、第２基板２０が備える面のなかで第１基板１０と対向する面に対して、例えば、成膜処理とパターニングとが施され、パターニング後の導電膜のなかで３つの接続配線２２を構成する部分が、絶縁膜によって被覆され、それによって、測定電極ＷＧとそれの接続配線２２とが画定される。測定電極ＷＧの形成材料には、金や白金が用いられ、より好適には、カーボンが用いられる。また、測定電極ＷＧの表面には、タンパク質などがその表面に吸着することを抑えるための親水化処理が施され、それによって、測定電極ＷＧの表面が親水性を有する構成であってもよい。 In forming the measurement electrode WG and the three connection wirings 22, the same method as that for the reference electrode wiring 11 is used. That is, for example, a film forming process and patterning are performed on the surface of the second substrate 20 facing the first substrate 10, and three connection wirings 22 are formed in the patterned conductive film. The constituting part is covered with an insulating film, whereby the measurement electrode WG and its connection wiring 22 are defined. Gold or platinum is used as a material for forming the measurement electrode WG, and carbon is more preferably used. Further, the surface of the measurement electrode WG may be subjected to a hydrophilic treatment for suppressing protein or the like from adsorbing to the surface, whereby the surface of the measurement electrode WG may have a hydrophilic property.
図９が示すように、測定電極ＷＧは、試料入口１３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線２２は、別々の配線３３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路３４に接続される。 As shown in FIG. 9, the measurement electrode WG is positioned so as to face the sample inlet 13, and is sandwiched between the reference electrode RG and the counter electrode CG. Each connection wiring 22 is connected to an external measurement circuit 34 constituting the measurement processing unit MT via a separate wiring 33.
外部測定回路３４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路３４は、測定状態において、酸化還元電流を測定するための電圧を参照電極ＲＧと測定電極ＷＧとに印加すると共に、測定電極ＷＧから対極ＣＧに流れる酸化還元電流を測定する。 In the ready state, the external measurement circuit 34 applies an AC voltage for dielectrophoresis of the biopolymer to the reference electrode RG and the counter electrode CG. In the measurement state, the external measurement circuit 34 applies a voltage for measuring the redox current to the reference electrode RG and the measurement electrode WG, and measures the redox current flowing from the measurement electrode WG to the counter electrode CG.
上記第１の電気化学セルを備える電気化学測定装置は、以下のように動作する。
まず、試料入口１３に生体試料液が滴下されると、毛細管現象によって第１基板１０と第２基板２０との間に生体試料液が入り、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧに到達する。外部測定回路３４は、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧに、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を印加し、この準備状態を保つ。参照電極ＲＧと対極ＣＧとの間に発生する不均一な電界は、これらの電極間に位置する粒子Ｐ１に対して、上述した搬送力を加える。それによって、生体試料液を構成する溶媒のなかで、その溶媒の比誘電率よりも大きい比誘電率を有した粒子Ｐ１は、正の誘電泳動を行い、参照電極ＲＧへ移動する。反対に、その溶媒の比誘電率よりも小さい比誘電率を有した粒子Ｐ１は、負の誘電泳動を行い、対極ＣＧへ移動する。
The electrochemical measuring device including the first electrochemical cell operates as follows.
First, when the biological sample liquid is dropped into the sample inlet 13, the biological sample liquid enters between the first substrate 10 and the second substrate 20 by capillary action and reaches the reference electrode RG and the counter electrode CG. The external measurement circuit 34 applies an AC voltage for dielectrophoresis of the biopolymer to the reference electrode RG and the counter electrode CG, and maintains this preparation state. The non-uniform electric field generated between the reference electrode RG and the counter electrode CG applies the above-described transport force to the particles P1 located between these electrodes. As a result, among the solvents constituting the biological sample liquid, the particles P1 having a relative dielectric constant larger than that of the solvent perform positive dielectrophoresis and move to the reference electrode RG. On the other hand, the particles P1 having a relative dielectric constant smaller than that of the solvent undergo negative dielectrophoresis and move to the counter electrode CG.
この際、上記式５に示したように、粒子Ｐ１が有する体積と比例した誘電泳動力が粒子Ｐ１には加わるため、タンパク質などの生体高分子が受ける誘電泳動力は、グルコースなどの生体低分子が受ける誘電泳動力よりも大きい。結果として、測定電極ＷＧの近傍では、まず、生体高分子が図中の左右方向へ移動し、測定電極ＷＧの周辺と比べて、生体高分子の濃度が低くなる。 At this time, since the dielectrophoretic force proportional to the volume of the particle P1 is applied to the particle P1 as shown in the above formula 5, the dielectrophoretic force received by the biopolymer such as protein is low in the biomolecule such as glucose. Greater than the dielectrophoretic force experienced by. As a result, in the vicinity of the measurement electrode WG, first, the biopolymer moves in the left-right direction in the figure, and the concentration of the biopolymer becomes lower than that in the vicinity of the measurement electrode WG.
次いで、外部測定回路３４は、酸化還元電流を測定するための電圧の参照電極ＲＧ、および、測定電極ＷＧに対する印加と、測定電極ＷＧから対極ＣＧに流れる電流の測定とを開始し、準備状態から測定状態への遷移を終える。それによって、タンパク質などの生体高分子の濃度が測定電極ＷＧの周辺よりも低い環境で、測定電極ＷＧによる酸化還元電流の測定が行われる。 Next, the external measurement circuit 34 starts applying the voltage for measuring the oxidation-reduction current to the reference electrode RG and the measurement electrode WG and measuring the current flowing from the measurement electrode WG to the counter electrode CG. Finish the transition to the measurement state. Thereby, the oxidation-reduction current is measured by the measurement electrode WG in an environment where the concentration of the biopolymer such as protein is lower than that around the measurement electrode WG.
こうした電気化学測定装置によれば、タンパク質などの生体高分子の濃度がその周辺よりも低い環境で酸還元電流の測定が行われるため、生体高分子の浮遊や吸着による測定の妨げが抑えられ、結果として、酸化還元電流の測定値のばらつきを抑えることが可能である。また、電気化学セルの備える２つの電極が、準備状態では、誘電泳動電極として機能し、測定状態では、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧとして機能する。そのため、参照電極ＲＧや対極ＣＧを、誘電泳動電極とは別に備える電気化学セルと比べて、電気化学セルにおける端子数を削減することが可能であって、また、電極の配置や配線の配置の自由度を高めることが可能でもある。 According to such an electrochemical measurement device, since the acid reduction current is measured in an environment where the concentration of biopolymers such as proteins is lower than the surroundings, the hindrance of measurement due to floating or adsorption of biopolymers can be suppressed, As a result, it is possible to suppress variations in measured values of redox current. Further, the two electrodes included in the electrochemical cell function as a dielectrophoresis electrode in the preparation state, and function as a reference electrode RG and a counter electrode CG in the measurement state. Therefore, it is possible to reduce the number of terminals in the electrochemical cell as compared with the electrochemical cell provided with the reference electrode RG and the counter electrode CG separately from the dielectrophoresis electrode. It is also possible to increase the degree of freedom.
［第２の電気化学セル］
図１０、および、図１１を参照して、酸化還元電流を測定するための第２の電気化学セルの構成について説明する。なお、第２の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板４０、第２基板５０、および、スペーサ６１を備える。また、第２の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２に相当する構成として、空隙部６２、参照電極用配線４１、および、対極用配線４２を備える。
以下では、第２の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
[Second electrochemical cell]
With reference to FIG. 10 and FIG. 11, the structure of the 2nd electrochemical cell for measuring a redox current is demonstrated. Note that the second electrochemical cell includes a first substrate 40, a second substrate 50, and a structure corresponding to the first substrate 10, the second substrate 20, and the spacer 31 included in the first electrochemical cell. A spacer 61 is provided. Further, the second electrochemical cell includes a gap 62, a reference electrode wiring 41, a reference electrode wiring 11, and a counter electrode wiring 12, which are provided in the first electrochemical cell. In addition, a counter electrode wiring 42 is provided.
Hereinafter, a configuration different from the configuration included in the first electrochemical cell among the configurations included in the second electrochemical cell will be described in detail.
図１０が示すように、第２基板５０が備える面のなかで第１基板４０と対向する面には、作用電極として機能する一対の櫛歯電極である測定電極５１と、４つの接続配線５２とが位置する。一対の測定電極５１が備える各櫛歯は、第１の電気化学セルが備える測定電極ＷＧよりも十分に細い微小な線状電極の集合であり、一方の測定電極５１が備える櫛歯と、他方の測定電極５１が備える櫛歯とが交互に並ぶように位置する。 As shown in FIG. 10, a measurement electrode 51 that is a pair of comb-tooth electrodes functioning as a working electrode and four connection wirings 52 are provided on the surface of the second substrate 50 that faces the first substrate 40. And is located. Each comb tooth included in the pair of measurement electrodes 51 is a set of minute linear electrodes sufficiently thinner than the measurement electrode WG included in the first electrochemical cell. The comb teeth included in one measurement electrode 51 and the other The measurement electrodes 51 are arranged so that the comb teeth are alternately arranged.
１つの櫛歯が有する面積は、参照電極ＲＧよりも小さく、また、一対の櫛歯が有する面積は、対極ＣＧよりも小さい。対極ＣＧの延在方向において、一対の測定電極５１が有する長さは、対極ＣＧよりも十分に小さく、参照電極ＲＧよりも大きい。４つの接続配線５２のなかの２つの接続配線５２は、測定電極５１に接続し、他の１つの接続配線５２は、参照電極用配線４１と接続するためのコンタクト部５３を備え、残りの１つの接続配線５２は、対極用配線４２と接続するためのコンタクト部５３を備える。測定電極ＷＧの表面は、それに固定された酸化還元酵素を備えてもよい。測定電極５１、および、４つの接続配線５２の形成に際しては、参照電極用配線４１と同様の方法が用いられる。 The area of one comb tooth is smaller than that of the reference electrode RG, and the area of the pair of comb teeth is smaller than that of the counter electrode CG. In the extending direction of the counter electrode CG, the length of the pair of measurement electrodes 51 is sufficiently smaller than the counter electrode CG and larger than the reference electrode RG. Two of the four connection wirings 52 are connected to the measurement electrode 51, and the other connection wiring 52 is provided with a contact portion 53 for connection to the reference electrode wiring 41, and the remaining 1 Each of the connection wirings 52 includes a contact portion 53 for connecting to the counter electrode wiring 42. The surface of the measurement electrode WG may include an oxidoreductase immobilized thereon. In forming the measurement electrode 51 and the four connection wirings 52, the same method as that for the reference electrode wiring 41 is used.
図１１が示すように、測定電極５１が備える櫛歯は、試料入口４３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線５２は、別々の配線６３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路６４に接続される。 As shown in FIG. 11, the comb teeth included in the measurement electrode 51 are positioned so as to face the sample inlet 43 and are sandwiched between the reference electrode RG and the counter electrode CG. Each connection wiring 52 is connected to an external measurement circuit 64 constituting the measurement processing unit MT via a separate wiring 63.
外部測定回路６４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路６４は、測定状態において、酸化還元電流を測定するための電圧を参照電極ＲＧと測定電極ＷＧとに印加すると共に、測定電極ＷＧから対極ＣＧに流れる酸化電流と還元電流とを測定する。この際、外部測定回路６４は、酸化還元電流を測定するための電圧を一方の測定電極ＷＧのみに印加してもよいし、一方の測定電極ＷＧにおける電圧を測定対象物質の還元電位に保持し、他方の測定電極ＷＧにおける電圧を測定対象物質の酸化電流を測定するための電圧に設定してもよい。 The external measurement circuit 64 applies an alternating voltage for dielectrophoresis of the biopolymer to the reference electrode RG and the counter electrode CG in the preparation state. In addition, the external measurement circuit 64 applies a voltage for measuring the oxidation-reduction current to the reference electrode RG and the measurement electrode WG in the measurement state, and generates an oxidation current and a reduction current flowing from the measurement electrode WG to the counter electrode CG. taking measurement. At this time, the external measurement circuit 64 may apply a voltage for measuring the oxidation-reduction current only to one measurement electrode WG, or hold the voltage at one measurement electrode WG at the reduction potential of the measurement target substance. The voltage at the other measurement electrode WG may be set to a voltage for measuring the oxidation current of the measurement target substance.
こうした電気化学測定装置によれば、一対の測定電極５１が備える櫛歯間において、測定対象物質の酸化反応と還元反応とが繰り返されるため、外部測定回路６４が測定できる酸化還元電流のノイズに対する耐性を高めることが可能でもある。 According to such an electrochemical measurement device, since the oxidation reaction and the reduction reaction of the measurement target substance are repeated between the comb teeth included in the pair of measurement electrodes 51, the resistance to the oxidation-reduction current noise that can be measured by the external measurement circuit 64. It is also possible to increase.
［第３の電気化学セル］
図１２、および、図１３を参照して、交流インピーダンスを測定するための第３の電気化学セルの構成について説明する。なお、第３の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板７０、第２基板８０、および、スペーサ９１を備える。また、第２の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２に相当する構成として、空隙部９２、参照電極用配線７１、および、対極用配線７２を備える。
以下では、第３の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
[Third electrochemical cell]
With reference to FIG. 12 and FIG. 13, the structure of the 3rd electrochemical cell for measuring alternating current impedance is demonstrated. The third electrochemical cell includes a first substrate 70, a second substrate 80, and a configuration corresponding to the first substrate 10, the second substrate 20, and the spacer 31 included in the first electrochemical cell. A spacer 91 is provided. The second electrochemical cell includes a gap 92, a reference electrode wiring 71, a configuration corresponding to the gap 32, the reference electrode wiring 11, and the counter electrode wiring 12 included in the first electrochemical cell. In addition, a counter electrode wiring 72 is provided.
Hereinafter, a configuration different from the configuration included in the first electrochemical cell among the configurations included in the third electrochemical cell will be described in detail.
図１２が示すように、第２基板８０が備える面のなかで第１基板７０と対向する面には、交流インピーダンスを測定するための一対の電極である測定電極８１ａ，８１ｂと、４つの接続配線８２とが位置する。一対の測定電極８１ａ，８１ｂは、相互にほぼ等しい大きさを有し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとが並ぶ方向とは相互に直交する方向に並ぶ。 As shown in FIG. 12, on the surface of the second substrate 80 that faces the first substrate 70, the measurement electrodes 81a and 81b, which are a pair of electrodes for measuring AC impedance, and four connections are provided. The wiring 82 is located. The pair of measurement electrodes 81a and 81b have substantially the same size, and are arranged in a direction orthogonal to the direction in which the reference electrode RG and the counter electrode CG are arranged.
一対の測定電極８１ａ，８１ｂの各々が有する大きさは、対極ＣＧよりも十分に小さい。対極ＣＧの延在方向において、一対の測定電極８１ａ，８１ｂの有する長さは対極ＣＧよりも十分に小さく、参照電極ＲＧよりも大きい。４つの接続配線８２のなかの２つの接続配線８２は、一対の測定電極８１ａ，８１ｂに接続し、他の１つの接続配線８２は、参照電極用配線７１と接続するためのコンタクト部８３を備え、残りの１つの接続配線８２は、対極用配線７２と接続するためのコンタクト部８３を備える。一対の測定電極８１ａ，８１ｂ、および、４つの接続配線８２の形成に際しては、参照電極用配線７１と同様の方法が用いられる。 The size of each of the pair of measurement electrodes 81a and 81b is sufficiently smaller than the counter electrode CG. In the extending direction of the counter electrode CG, the length of the pair of measurement electrodes 81a and 81b is sufficiently smaller than the counter electrode CG and larger than the reference electrode RG. Two of the four connection wirings 82 are connected to the pair of measurement electrodes 81 a and 81 b, and the other connection wiring 82 includes a contact portion 83 for connection to the reference electrode wiring 71. The remaining one connection wiring 82 includes a contact portion 83 for connection to the counter electrode wiring 72. In forming the pair of measurement electrodes 81 a and 81 b and the four connection wirings 82, the same method as that for the reference electrode wiring 71 is used.
図１３が示すように、一対の測定電極８１ａ，８１ｂは、試料入口７３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線８２は、別々の配線９３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路９４に接続される。 As shown in FIG. 13, the pair of measurement electrodes 81 a and 81 b are positioned so as to face the sample inlet 73 and are sandwiched between the reference electrode RG and the counter electrode CG. Each connection wiring 82 is connected to an external measurement circuit 94 constituting the measurement processing unit MT via a separate wiring 93.
外部測定回路９４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路９４は、測定状態において、参照電極ＲＧ、および、対極ＣＧを接地電位に接続し、交流インピーダンスを測定するための電圧を一対の測定電極８１ａ，８１ｂに印加する。 The external measurement circuit 94 applies an alternating voltage for dielectrophoresis of the biopolymer to the reference electrode RG and the counter electrode CG in the preparation state. In the measurement state, the external measurement circuit 94 connects the reference electrode RG and the counter electrode CG to the ground potential, and applies a voltage for measuring the AC impedance to the pair of measurement electrodes 81a and 81b.
こうした電気化学測定装置によれば、一対の測定電極８１ａ，８１ｂを用いた交流インピーダンスの測定において、一対の測定電極８１ａ，８１ｂに生体高分子が位置することによる測定感度の低下や測定精度の低下を抑えることが可能である。 According to such an electrochemical measurement device, in the measurement of AC impedance using the pair of measurement electrodes 81a and 81b, the measurement sensitivity is lowered and the measurement accuracy is lowered due to the biopolymer being positioned on the pair of measurement electrodes 81a and 81b. Can be suppressed.
［第４の電気化学セル］
図１４、および、図１５を参照して、界面電位を測定するための第４の電気化学セルの構成について説明する。なお、第４の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板１００、第２基板１２０、および、スペーサ１３１を備える。また、第４の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２、参照電極用配線１１、および、対極用配線１２に相当する構成として、空隙部１３２、参照電極用配線１０１、および、対極用配線１０２を備える。
以下では、第４の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
[Fourth electrochemical cell]
With reference to FIG. 14 and FIG. 15, the structure of the 4th electrochemical cell for measuring an interface potential is demonstrated. Note that the fourth electrochemical cell includes a first substrate 100, a second substrate 120, and a structure corresponding to the first substrate 10, the second substrate 20, and the spacer 31 included in the first electrochemical cell. A spacer 131 is provided. In addition, the fourth electrochemical cell includes a gap portion 132, a reference electrode wire 101, a reference electrode wire 11, and a counter electrode wire 12, which are included in the first electrochemical cell. In addition, a counter electrode wiring 102 is provided.
Below, it demonstrates in detail regarding the structure different from the structure with which a 1st electrochemical cell is equipped among the structures with which a 4th electrochemical cell is provided.
図１４が示すように、第２基板１２０が備える面のなかで第１基板１００と対向する面には、界面電位を測定するための電界効果型トランジスタ電極（ＦＥＴ電極）である測定電極１２１が位置する。測定電極１２１の全体は、測定電極１２１を液から保護するための絶縁膜によって覆われている。測定電極１２１の全体を覆う絶縁膜は、例えば、シリコン窒化膜や酸化タンタル膜などのイオン感応膜であって、水素イオンが容易に吸着する特性を備える。 As shown in FIG. 14, a measurement electrode 121 that is a field effect transistor electrode (FET electrode) for measuring the interface potential is provided on the surface of the second substrate 120 that faces the first substrate 100. To position. The entire measurement electrode 121 is covered with an insulating film for protecting the measurement electrode 121 from the liquid. The insulating film covering the entire measurement electrode 121 is, for example, an ion sensitive film such as a silicon nitride film or a tantalum oxide film, and has a characteristic that hydrogen ions are easily adsorbed.
第２基板１２０が備える面のなかで第１基板１００と対向する面には、測定電極１２１のドレインに接続するドレイン配線１２１ｄ、測定電極１２１のゲートに接続するゲート配線１２１ｇ、および、測定電極１２１のソースに接続するソース配線１２１ｓが位置する。対極ＣＧの延在方向において、測定電極１２１が有する長さは対極ＣＧよりも十分に小さく、参照電極ＲＧよりも大きい。 Among the surfaces of the second substrate 120, the surface facing the first substrate 100 has a drain wiring 121 d connected to the drain of the measurement electrode 121, a gate wiring 121 g connected to the gate of the measurement electrode 121, and the measurement electrode 121. A source wiring 121 s connected to the source of is located. In the extending direction of the counter electrode CG, the length of the measurement electrode 121 is sufficiently smaller than the counter electrode CG and larger than the reference electrode RG.
２つの接続配線１２２のなかの１つの接続配線１２２は、参照電極用配線１０１と接続するためのコンタクト部１２３を備え、残りの１つの接続配線１２２は、対極用配線１０２と接続するためのコンタクト部１２３を備える。２つの接続配線１２２、ドレイン配線１２１ｄ、ゲート配線１２１ｇ、および、ソース配線１２１ｓの形成に際しては、参照電極用配線１０１と同様の方法が用いられる。 One of the two connection wirings 122 includes a contact portion 123 for connecting to the reference electrode wiring 101, and the remaining one connection wiring 122 is a contact for connecting to the counter electrode wiring 102. Part 123 is provided. In forming the two connection wirings 122, the drain wiring 121d, the gate wiring 121g, and the source wiring 121s, the same method as that for the reference electrode wiring 101 is used.
図１５が示すように、測定電極１２１は、試料入口１０３と対向するように位置し、参照電極ＲＧと対極ＣＧとに挟まれる。各接続配線１２２、ドレイン配線１２１ｄ、ゲート配線１２１ｇ、および、ソース配線１２１ｓは、別々の配線１３３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路１３４に接続される。 As shown in FIG. 15, the measurement electrode 121 is positioned so as to face the sample inlet 103 and is sandwiched between the reference electrode RG and the counter electrode CG. Each connection wiring 122, drain wiring 121d, gate wiring 121g, and source wiring 121s are connected to an external measurement circuit 134 that constitutes the measurement processing unit MT via separate wiring 133.
外部測定回路１３４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための交流電圧を参照電極ＲＧと対極ＣＧとに印加する。また、外部測定回路１３４は、測定状態において、測定電極１２１のソース‐ドレイン間に１Ｖ程度の電位差を与えると共に、ドレイン電流が一様に保たれるように制御する。この際、測定電極１２１を覆う絶縁膜には、水素イオンが容易に吸着し、それによって、測定電極１２１を覆う絶縁膜と参照電極ＲＧとの間には、水素イオン濃度に応じた界面電位差が生じる。そして、外部測定回路１３４は、参照電極ＲＧの電位変化を測定することによって、水素イオン濃度であるｐＨを測定する。なお、測定電極１２１のゲート電位を所定の値に固定することによって、ドレイン電流の値を高めることが可能であり、ひいては、水素イオン濃度の測定感度を高めることが可能となる。 The external measurement circuit 134 applies an alternating voltage for dielectrophoresis of the biopolymer to the reference electrode RG and the counter electrode CG in the preparation state. In addition, the external measurement circuit 134 gives a potential difference of about 1 V between the source and drain of the measurement electrode 121 in the measurement state, and controls the drain current to be kept uniform. At this time, hydrogen ions are easily adsorbed on the insulating film covering the measurement electrode 121, whereby an interface potential difference corresponding to the hydrogen ion concentration is present between the insulating film covering the measurement electrode 121 and the reference electrode RG. Arise. Then, the external measurement circuit 134 measures the pH that is the hydrogen ion concentration by measuring the potential change of the reference electrode RG. Note that, by fixing the gate potential of the measurement electrode 121 to a predetermined value, the value of the drain current can be increased, and thus the measurement sensitivity of the hydrogen ion concentration can be increased.
こうした電気化学測定装置によれば、測定電極１２１を用いた界面電位の測定において、測定電極１２１に生体高分子が位置することによる測定感度の低下や測定精度の低下を抑えることが可能である。 According to such an electrochemical measurement device, it is possible to suppress a decrease in measurement sensitivity and a decrease in measurement accuracy due to the biopolymer positioned on the measurement electrode 121 in the measurement of the interface potential using the measurement electrode 121.
［第５の電気化学セル］
図１６から図１８を参照して、進行波電圧を印加するための第５の電気化学セルの構成について説明する。なお、第５の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える第１基板１０、第２基板２０、および、スペーサ３１に相当する構成として、第１基板１５０、第２基板１６０、および、スペーサ１７１を備える。また、第５の電気化学セルは、第１の電気化学セルが備える空隙部３２に相当する構成として、１つの空隙部１７２を備える。以下では、第５の電気化学セルが備える構成のなかで第１の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。
[Fifth electrochemical cell]
The configuration of the fifth electrochemical cell for applying the traveling wave voltage will be described with reference to FIGS. The fifth electrochemical cell includes a first substrate 150, a second substrate 160, and a configuration corresponding to the first substrate 10, the second substrate 20, and the spacer 31 included in the first electrochemical cell. A spacer 171 is provided. In addition, the fifth electrochemical cell includes one gap portion 172 as a configuration corresponding to the gap portion 32 included in the first electrochemical cell. Below, it demonstrates in detail regarding the structure different from the structure with which a 1st electrochemical cell is equipped among the structures with which a 5th electrochemical cell is provided.
図１６が示すように、第１基板１５０が備える面のなかで第２基板１６０と対向する面には、測定電極１５１と、測定電極１５１に接続する接続配線１５２とが位置する。これら測定電極１５１と接続配線１５２とは、第１基板１５０を貫通する楕円形孔である試料入口１５３から離れている。 As shown in FIG. 16, the measurement electrode 151 and the connection wiring 152 connected to the measurement electrode 151 are located on the surface of the first substrate 150 that faces the second substrate 160. The measurement electrode 151 and the connection wiring 152 are separated from the sample inlet 153 that is an elliptical hole penetrating the first substrate 150.
第２基板１６０が備える面のなかで第１基板１５０と対向する面には、４つの誘電泳動電極である第１誘電泳動電極１６１ａ、第２誘電泳動電極１６１ｂ、第３誘電泳動電極１６１ｃ、および、第４誘電泳動電極１６１ｄが位置する。４つの誘電泳動電極１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄは、１つの方向に並び、かつ、第１誘電泳動電極１６１ａが最も小さい大きさを有し、第２誘電泳動電極１６１ｂ、第３誘電泳動電極１６１ｃ、第４誘電泳動電極１６１ｄの順に、電極の有する面積が大きくなる。 Among the surfaces of the second substrate 160 that are opposite to the first substrate 150, there are four first dielectrophoresis electrodes 161a, second dielectrophoresis electrodes 161b, third dielectrophoresis electrodes 161c, The fourth dielectrophoretic electrode 161d is located. The four dielectrophoresis electrodes 161a, 161b, 161c, 161d are arranged in one direction, and the first dielectrophoresis electrode 161a has the smallest size, and the second dielectrophoresis electrode 161b and the third dielectrophoresis electrode 161c. The area of the electrodes increases in the order of the fourth dielectrophoresis electrode 161d.
第２基板１６０が備える面のなかで第１基板１５０と対向する面には、４つの接続配線１６２と、１つの測定電極用配線１６３とが位置する。１つの接続配線１６２は、第１誘電泳動電極１６１ａに接続し、他の１つの接続配線１６２は、第２誘電泳動電極１６１ｂに接続し、他の１つの接続配線１６２は、第３誘電泳動電極１６１ｃに接続し、残りの１つの接続配線１６２は、第４誘電泳動電極１６１ｄに接続する。１つの測定電極用配線１６３は、それが備えるコンタクト部１６４を介して、測定電極１５１に接続する。 Four connection wirings 162 and one measurement electrode wiring 163 are located on the surface of the second substrate 160 facing the first substrate 150. One connection wiring 162 is connected to the first dielectrophoresis electrode 161a, the other one connection wiring 162 is connected to the second dielectrophoresis electrode 161b, and the other one connection wiring 162 is the third dielectrophoresis electrode. The other connection wiring 162 connected to 161c is connected to the fourth dielectrophoretic electrode 161d. One measurement electrode wiring 163 is connected to the measurement electrode 151 via a contact portion 164 included therein.
図１７が示すように、第４誘電泳動電極１６１ｄは、試料入口１５３と対向するように位置し、測定電極１５１は、第３誘電泳動電極１６１ｃと第２誘電泳動電極１６１ｂとの隙間と対向する。各接続配線１６２、および、測定電極用配線１６３は、別々の配線１７３を介して、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路１７４に接続される。 As shown in FIG. 17, the fourth dielectrophoresis electrode 161d is positioned so as to face the sample inlet 153, and the measurement electrode 151 faces the gap between the third dielectrophoresis electrode 161c and the second dielectrophoresis electrode 161b. . Each connection wiring 162 and measurement electrode wiring 163 are connected to an external measurement circuit 174 constituting the measurement processing unit MT via separate wirings 173.
試料入口１５３が、第１基板１５０のほぼ右端に位置し、スペーサ１７１の有する空隙部１７２が、第１基板１５０のほぼ左端に位置するため、第１基板１５０と第２基板１６０との間の空気は、空隙部１７２の数が１つであっても、第１基板１５０と第２基板１６０との間から抜けることが可能である。また、試料入口１５３の長径方向と各誘電泳動電極の延在方向とが、ほぼ平行であって、４つの誘電泳動電極のなかで最も大きい第４誘電泳動電極１６１ｄのほぼ全体が、試料入口１５３から露出するため、試料入口１５３から入る生体試料液が、４つの誘電泳動電極のほぼ全体へ行きわたりやすい。 Since the sample inlet 153 is located at the substantially right end of the first substrate 150 and the gap 172 of the spacer 171 is located at the substantially left end of the first substrate 150, the gap between the first substrate 150 and the second substrate 160 is set. Air can escape from between the first substrate 150 and the second substrate 160 even if the number of the gaps 172 is one. Further, the major axis direction of the sample inlet 153 and the extending direction of each dielectrophoresis electrode are substantially parallel, and the entire fourth dielectrophoresis electrode 161d, which is the largest of the four dielectrophoresis electrodes, is substantially the same as the sample inlet 153. Therefore, the biological sample liquid entering from the sample inlet 153 is likely to reach almost all of the four dielectrophoresis electrodes.
外部測定回路１７４は、準備状態において、生体高分子を誘電泳動させるための進行波電圧を各誘電泳動電極１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄに印加する。例えば、外部測定回路１７４は、第１誘電泳動電極１６１ａに位相角が０度の正弦波信号を印加し、第２誘電泳動電極１６１ｂに位相角が９０度の正弦波信号を印加し、第３誘電泳動電極１６１ｃに位相角が１８０度の正弦波信号を印加し、第４誘電泳動電極１６１ｄに位相角が２７０度の正弦波信号を印加する。それによって、第２誘電泳動電極１６１ｂや第３誘電泳動電極１６１ｃの上に位置する粒子Ｐ１に対し、第１誘電泳動電極１６１ａから第４誘電泳動電極１６１ｄへ向けた方向、あるいは、第４誘電泳動電極１６１ｄから第１誘電泳動電極１６１ａへ向けた方向へ搬送力が作用する。そして、第２誘電泳動電極１６１ｂと第３誘電泳動電極１６１ｃとの間に位置する生体高分子が、測定電極１５１から離れると共に、測定電極１５１と対向する領域において、生体高分子の濃度が低くなる。 The external measurement circuit 174 applies a traveling wave voltage for dielectrophoresis of the biopolymer to each of the dielectrophoresis electrodes 161a, 161b, 161c, and 161d in the preparation state. For example, the external measurement circuit 174 applies a sine wave signal with a phase angle of 0 degree to the first dielectrophoresis electrode 161a, applies a sine wave signal with a phase angle of 90 degrees to the second dielectrophoresis electrode 161b, A sine wave signal having a phase angle of 180 degrees is applied to the dielectrophoresis electrode 161c, and a sine wave signal having a phase angle of 270 degrees is applied to the fourth dielectrophoresis electrode 161d. Accordingly, the direction from the first dielectrophoresis electrode 161a toward the fourth dielectrophoresis electrode 161d or the fourth dielectrophoresis with respect to the particle P1 positioned on the second dielectrophoresis electrode 161b or the third dielectrophoresis electrode 161c. A transport force acts in a direction from the electrode 161d toward the first dielectrophoresis electrode 161a. Then, the biopolymer located between the second dielectrophoresis electrode 161b and the third dielectrophoresis electrode 161c is separated from the measurement electrode 151, and the concentration of the biopolymer is lowered in the region facing the measurement electrode 151. .
外部測定回路１７４は、測定状態において、酸化還元電流を測定するための電圧を、４つの誘電泳動電極のなかの２つの誘電泳動電極に印加し、その２つの誘電泳動電極を、参照電極、および、対極として機能させると共に、残りの２つの誘電泳動電極をハイインピーダンス状態に設定する。外部測定回路１３４は、例えば、第１誘電泳動電極１６１ａを参照電極として機能させ、第４誘電泳動電極１６１ｄを対極として機能させる。 In the measurement state, the external measurement circuit 174 applies a voltage for measuring the oxidation-reduction current to two dielectrophoresis electrodes among the four dielectrophoresis electrodes, and uses the two dielectrophoresis electrodes as a reference electrode and In addition to functioning as a counter electrode, the remaining two dielectrophoresis electrodes are set to a high impedance state. For example, the external measurement circuit 134 causes the first dielectrophoresis electrode 161a to function as a reference electrode and causes the fourth dielectrophoresis electrode 161d to function as a counter electrode.
こうした電気化学測定装置によれば、第１の電気化学セルと同じく、生体高分子の濃度がその周辺よりも低い環境で酸還元電流の測定が行われるため、生体高分子の浮遊や吸着による測定の妨げが抑えられ、結果として、酸化還元電流の測定感度を高めることが可能である。また、電気化学セルの備える４つの電極が、準備状態では、誘電泳動電極として機能し、測定状態では、４つの電極のなかの２つが、参照電極、および、対極として機能する。そのため、これら参照電極や対極を、誘電泳動電極とは別に備える電気化学セルと比べて、電気化学セルにおける端子数を削減することが可能であって、また、電極の配置や配線の配置の自由度を高めることが可能でもある。 According to such an electrochemical measurement device, as in the first electrochemical cell, since the acid reduction current is measured in an environment where the concentration of the biopolymer is lower than its surroundings, measurement by floating or adsorption of the biopolymer As a result, the measurement sensitivity of the redox current can be increased. In addition, the four electrodes included in the electrochemical cell function as dielectrophoresis electrodes in the preparation state, and two of the four electrodes function as reference electrodes and counter electrodes in the measurement state. Therefore, the number of terminals in the electrochemical cell can be reduced compared to an electrochemical cell provided with the reference electrode and the counter electrode separately from the dielectrophoretic electrode, and the arrangement of electrodes and wiring can be freely set. It is also possible to increase the degree.
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）酸化還元電流の測定や界面電位の測定などの生体試料液に関する電気化学的な測定に先駆けて、特定の誘電泳動電極に向けて生体高分子が誘電泳動する。それゆえに、生体高分子の介在による測定の結果のばらつきを抑えることが可能となる。
（２）誘電泳動電極を対極ＣＧや参照電極ＲＧとして機能させることが可能となるため、電気化学セルが備える電極の構成を簡素にすることが可能ともなる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Prior to electrochemical measurement relating to a biological sample solution such as measurement of redox current and measurement of interface potential, the biopolymer dielectrophores toward a specific dielectrophoresis electrode. Therefore, it is possible to suppress variations in measurement results due to the intervention of biopolymers.
(2) Since the dielectrophoretic electrode can function as the counter electrode CG or the reference electrode RG, the configuration of the electrode provided in the electrochemical cell can be simplified.
（３）一対の誘電泳動電極の間に測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１が位置するため、測定電極ＷＧの近傍に位置する生体高分子を測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１から離すことの確実性を高められる。 (3) Since the measurement electrodes WG, 51, 81a, 81b, 121, 151 are located between the pair of dielectrophoresis electrodes, the biopolymer located in the vicinity of the measurement electrode WG is used as the measurement electrodes WG, 51, 81a, 81b. , 121, 151 can be reliably separated.
（４）誘電泳動電極と測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１とが相互に異なる面に位置するため、生体高分子を測定電極ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１から遠ざけることの確実性を高めることが可能となる。 (4) Since the dielectrophoresis electrode and the measurement electrodes WG, 51, 81a, 81b, 121, 151 are located on different surfaces, the biopolymer is moved away from the measurement electrodes WG, 51, 81a, 81b, 121, 151. It is possible to increase the certainty of this.
（５）複数の誘電泳動電極が、試料入口１３，４３，７３，１０３，１５３を有する面と対向する面に位置するため、複数の誘電泳動電極を避けるように孔の位置を設計するという制約を軽減することが可能でもある。 (5) Since a plurality of dielectrophoresis electrodes are located on the surface opposite to the surface having the sample inlets 13, 43, 73, 103, and 153, the restriction of designing the positions of the holes so as to avoid the plurality of dielectrophoresis electrodes It is also possible to reduce.
（６）誘電泳動が実行されたことを判定部ＳＥＬが判定したときに、測定処理部ＭＴが準備状態から測定状態へ遷移するため、誘電泳動が実行される前の測定状態への遷移が測定処理部ＭＴにおいて抑えられる。 (6) When the determination unit SEL determines that the dielectrophoresis has been performed, the measurement processing unit MT transitions from the preparation state to the measurement state, and thus the transition to the measurement state before the dielectrophoresis is performed is measured. It is suppressed in the processing unit MT.
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［測定電極］
・第１基板が備える側面のなかで第２基板と対向する面に、複数の誘電泳動電極の一部と測定電極とが共に位置する構成であってもよいし、全ての誘電泳動電極と測定電極とが共に位置する構成であってもよい。また、第２基板が備える側面のなかで第１基板と対向する面に、複数の誘電泳動電極の一部と測定電極とが共に位置する構成であってもよいし、全ての誘電泳動電極と測定電極とが共に位置する構成であってもよい。
The above embodiment can be implemented with the following modifications.
[Measurement electrode]
A configuration in which a part of the plurality of dielectrophoresis electrodes and the measurement electrodes are located on the surface facing the second substrate among the side surfaces of the first substrate may be used, or all dielectrophoresis electrodes and measurement may be performed. A configuration in which the electrodes are positioned together may be employed. In addition, a part of the plurality of dielectrophoresis electrodes and the measurement electrode may be positioned on a surface facing the first substrate among the side surfaces of the second substrate. The structure where a measurement electrode is located together may be sufficient.
・相互に隣り合う誘電泳動電極の間に測定電極が位置する構成に限らず、例えば、複数の誘電泳動電極と測定電極とが、平面視において多角形の頂点に位置してもよい。要は、誘電泳動電極から測定電極が離れている構成であればよい。なお、相互に隣り合う誘電泳動電極の間に測定電極が位置する構成であれば、相互に隣り合う誘電泳動電極のいずれが特定の誘電泳動電極であっても、測定電極に対しては同じように生体高分子を離すことが可能である。そのため、生体高分子が正の誘電泳動を行う場合であれ、生体高分子が負の誘電泳動を行う場合であれ、上述した効果を同様に得ることが可能である。 -It is not restricted to the structure where a measurement electrode is located between the mutually adjacent dielectrophoresis electrodes, For example, a some dielectrophoresis electrode and a measurement electrode may be located in the polygonal vertex in planar view. The point is that the measurement electrode may be separated from the dielectrophoresis electrode. As long as the measurement electrode is positioned between the dielectrophoretic electrodes adjacent to each other, the same applies to the measurement electrode regardless of which of the dielectrophoretic electrodes adjacent to each other is a specific dielectrophoretic electrode. It is possible to release the biopolymer. Therefore, whether the biopolymer performs positive dielectrophoresis or the biopolymer performs negative dielectrophoresis, it is possible to obtain the same effect as described above.
［判定部］
・測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える操作スイッチを、別途、測定処理部ＭＴが備え、操作スイッチが操作されることによって、測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ測定処理部ＭＴが切替えてもよい。こうした構成であれば、測定処理部ＭＴから判定部ＳＥＬを割愛することもできる。
[Determining part]
An operation switch for switching the state of the measurement processing unit MT from the preparation state to the measurement state is separately provided in the measurement processing unit MT, and the state of the measurement processing unit MT is changed from the preparation state to the measurement state by operating the operation switch. The measurement processing unit MT may be switched. With such a configuration, the determination unit SEL can be omitted from the measurement processing unit MT.
・測定処理部ＭＴの状態を準備状態から測定状態へ切り替える条件は、電気化学測定装置が備える切り替えスイッチが利用者によって操作されたこと、誘電泳動の開始から誘電泳動に要する所定の時間が経過したことの少なくとも１つであってもよい。そして、これらの条件が満たされたか否かを判定部ＳＥＬが判定する構成であってもよい。 The conditions for switching the state of the measurement processing unit MT from the preparation state to the measurement state are that the changeover switch provided in the electrochemical measurement device has been operated by the user, and that a predetermined time required for the dielectrophoresis has elapsed since the start of the dielectrophoresis It may be at least one of the above. And the structure by which the determination part SEL determines whether these conditions were satisfy | filled may be sufficient.
［誘電泳動電極］
・誘電泳動電極が並ぶ方向は、試料入口と空隙部とを結ぶ方向に限らず、試料入口と空隙部とを結ぶ方向と交差する方向であってもよい。
・誘電泳動電極の並ぶ方向は、相互に異なる２つ以上であってもよい。この際、スペーサが３つ以上の空隙部を備え、誘電泳動電極の並ぶ方向は、試料入口と各空隙部とを結ぶ方向であってもよい。こうした誘電泳動電極の配列であれば、誘電泳動電極から構成される各列の全体に対して、試料入口から入る生体試料液を行き渡らせることが容易ともなる。
[Dielectrophoresis electrode]
The direction in which the dielectrophoresis electrodes are arranged is not limited to the direction connecting the sample inlet and the gap, but may be the direction intersecting the direction connecting the sample inlet and the gap.
-Two or more directions in which the dielectrophoresis electrodes are arranged may be different from each other. In this case, the spacer may include three or more gaps, and the direction in which the dielectrophoresis electrodes are arranged may be a direction connecting the sample inlet and each gap. With such an array of dielectrophoresis electrodes, it becomes easy to spread the biological sample liquid that enters from the sample inlet to the entire row composed of the dielectrophoresis electrodes.
・電気化学セルＣＥＬが、複数の誘電泳動電極と測定電極との他に、参照電極や対極を備える構成であってもよい。こうした電極の構成であれば、複数の誘電泳動電極の大きさ、位置、形状などを、生体高分子を誘電泳動させることに特化した構成とすることが容易である。測定処理部ＭＴにおいては、生体高分子を誘電泳動させるための信号の入力と、液に関する電気化学的な測定を開始するための信号の入力とを、誘電泳動電極に対して切り替える構成を割愛することが可能ともなる。 The electrochemical cell CEL may be configured to include a reference electrode and a counter electrode in addition to a plurality of dielectrophoresis electrodes and measurement electrodes. With such an electrode configuration, the size, position, shape, and the like of the plurality of dielectrophoresis electrodes can be easily set to a configuration specialized for dielectrophoresis of a biopolymer. In the measurement processing unit MT, a configuration for switching the input of a signal for dielectrophoresis of the biopolymer and the input of a signal for starting an electrochemical measurement regarding the liquid to the dielectrophoresis electrode is omitted. It is also possible.
・電気化学セルは、生体高分子を誘電泳動させる複数の誘電泳動電極から構成される１つの電極組に対して、複数の測定電極を備えてもよい。こうした測定電極の構成によれば、液に関する電気化学的な測定の結果に対して、泳動槽ＣＢＮの内部における分布が得られ、また、再現性を確認すること、それに伴い、精度を高めることが容易でもある。 The electrochemical cell may include a plurality of measurement electrodes for one electrode set composed of a plurality of dielectrophoresis electrodes that dielectrophoresis biopolymers. According to such a configuration of the measurement electrode, the distribution in the electrophoresis chamber CBN is obtained with respect to the result of the electrochemical measurement relating to the liquid, and the reproducibility is confirmed, and accordingly, the accuracy is improved. It is also easy.
図１８は、進行波電圧を印加するための第５の電気化学セルを変形した第６の電気化学セルであって、複数の測定電極１８１を備える。なお、第６の電気化学セルは、第５の電気化学セルが備える第１基板１５０、および、第２基板１６０に相当する一対の基板１８０を備え、また、スペーサ１７１に相当する構成として、スペーサ１８２を備える。また、第６の電気化学セルは、第５の電気化学セルが備える空隙部１７２に相当する構成として、複数の空隙部１８３を備える。以下では、第６の電気化学セルが備える構成のなかで第５の電気化学セルが備える構成とは異なる構成に関して詳細に説明する。 FIG. 18 is a sixth electrochemical cell obtained by modifying the fifth electrochemical cell for applying traveling wave voltage, and includes a plurality of measurement electrodes 181. The sixth electrochemical cell includes a first substrate 150 included in the fifth electrochemical cell and a pair of substrates 180 corresponding to the second substrate 160, and a configuration corresponding to the spacer 171 includes a spacer 182. The sixth electrochemical cell includes a plurality of voids 183 as a configuration corresponding to the voids 172 included in the fifth electrochemical cell. Hereinafter, a configuration different from the configuration included in the fifth electrochemical cell among the configurations included in the sixth electrochemical cell will be described in detail.
第６の電気化学セルは、一列に並ぶ複数の測定電極１８１を備え、試料入口１８４の大きさは、それの延在方向において複数の測定電極１８１が含まれる大きさを有する。４つの誘電泳動電極の各端部は、相互に異なる接続配線１６２に接続する。複数の測定電極用配線１６３、および、８つの接続配線１６２の各々は、測定処理部ＭＴを構成する外部測定回路１８５に接続される。 The sixth electrochemical cell includes a plurality of measurement electrodes 181 arranged in a row, and the size of the sample inlet 184 has a size that includes the plurality of measurement electrodes 181 in the extending direction thereof. Each end of the four dielectrophoresis electrodes is connected to a different connection wiring 162. Each of the plurality of measurement electrode wirings 163 and the eight connection wirings 162 is connected to an external measurement circuit 185 constituting the measurement processing unit MT.
この際、複数の測定電極１８１は、酸化還元電流を測定するための電極、交流インピーダンスを測定する電極、および、界面電位を測定するための電極の少なくとも１つであればよく、相互に異なる電極の組み合わせであってもよい。さらに、外部測定回路１８５は、複数の誘電泳動電極に対して、進行波電圧を印加してもよいし、進行波以外の交流電圧を印加してもよい。 At this time, the plurality of measurement electrodes 181 may be at least one of an electrode for measuring a redox current, an electrode for measuring an alternating current impedance, and an electrode for measuring an interface potential, and the electrodes are different from each other. A combination of these may be used. Furthermore, the external measurement circuit 185 may apply a traveling wave voltage to a plurality of dielectrophoresis electrodes, or may apply an AC voltage other than the traveling wave.
ＣＢＮ…泳動槽、ＣＥＬ…電気化学セル、ＣＧ…対極、ｄ…距離、ＥＰＬ，ＥＰＳ…電極、ＥＰ１…第１電極、ＥＰ２…第２電極、ＥＰ３…第３電極、ＥＰ４…第４電極、Ｍ１…溶媒、ＭＰ…双極子モーメント、ＭＴ…測定処理部、Ｐ１…粒子、ＰＧ…誘電泳動電極、ＲＧ…参照電極、ＳＥＬ…判定部、ＳＧ…検出端子、ＷＧ，５１，８１ａ，８１ｂ，１２１，１５１，１８１…測定電極、１２１ｄ…ドレイン配線、１２１ｓ…ソース配線、１２１ｇ…ゲート配線、１０，４０，７０，１００，１５０…第１基板、１１，４１，７１，１０１…参照電極用配線、１２，４２，７２，１０２…対極用配線、１６３…測定電極用配線、２０，５０，８０，１２０，１６０…第２基板、１３，４３，７３，１０３，１５３，１８４…試料入口、２２，５２，８２，１２２，１５２，１６２…接続配線、２３，５３，８３，１２３，１６４…コンタクト部、３１，６１，９１，１３１，１７１，１８２…スペーサ、１６１ａ…第１誘電泳動電極、１６１ｂ…第２誘電泳動電極、１６１ｃ…第３誘電泳動電極、１６１ｄ…第４誘電泳動電極、３２，６２，９２，１３２，１７２，１８３…空隙部、３３，６３，９３，１３３，１７３…配線、３４，６４，９４，１３４，１７４，１８５…外部測定回路。 CBN ... electrophoresis tank, CEL ... electrochemical cell, CG ... counter electrode, d ... distance, EPL, EPS ... electrode, EP1 ... first electrode, EP2 ... second electrode, EP3 ... third electrode, EP4 ... fourth electrode, M1 ... Solvent, MP ... Dipole moment, MT ... Measurement processing part, P1 ... Particle, PG ... Dielectrophoresis electrode, RG ... Reference electrode, SEL ... Determination part, SG ... Detection terminal, WG, 51, 81a, 81b, 121, 151, 181 ... measurement electrode, 121d ... drain wiring, 121s ... source wiring, 121g ... gate wiring, 10, 40, 70, 100, 150 ... first substrate, 11, 41, 71, 101 ... reference electrode wiring, 12 , 42, 72, 102 ... counter electrode wiring, 163 ... measurement electrode wiring, 20, 50, 80, 120, 160 ... second substrate, 13, 43, 73, 103, 153, 184 ... sample inlet, 22 52, 82, 122, 152, 162 ... connection wiring, 23, 53, 83, 123, 164 ... contact part, 31, 61, 91, 131, 171, 182 ... spacer, 161a ... first dielectrophoresis electrode, 161b ... 2nd dielectrophoresis electrode, 161c ... 3rd dielectrophoresis electrode, 161d ... 4th dielectrophoresis electrode, 32, 62, 92, 132, 172, 183 ... gap | interval part, 33, 63, 93, 133, 173 ... wiring, 34 , 64, 94, 134, 174, 185... External measuring circuit.
Claims (8)
前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極と、
前記泳動槽内に位置すると共に前記誘電泳動電極から離れた測定電極と、
前記各誘電泳動電極と前記測定電極とに接続する測定処理部とを備え、
測定処理部は、
特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を準備する準備状態と、
前記準備状態から、前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始する測定状態とを備える
電気化学測定装置。 An electrophoresis tank containing a liquid containing a biopolymer;
A plurality of dielectrophoresis electrodes located in the electrophoresis chamber;
A measurement electrode located in the migration vessel and spaced from the dielectrophoresis electrode;
A measurement processing unit connected to each dielectrophoresis electrode and the measurement electrode;
The measurement processor
A preparation state in which a signal for dielectrophoresis of the biopolymer toward the specific dielectrophoresis electrode is input to each dielectrophoresis electrode, and an electrochemical measurement using the measurement electrode relating to the liquid is prepared When,
An electrochemical measurement apparatus comprising: a measurement state in which the input of the signal to each of the dielectrophoretic electrodes is stopped from the preparation state, and electrochemical measurement using the measurement electrode regarding the liquid is started.
請求項１に記載の電気化学測定装置。 The measurement processing unit inputs, in the measurement state, a signal for acquiring an electrochemical characteristic related to the liquid from the measurement electrode to at least one of the plurality of dielectrophoresis electrodes. Electrochemical measuring device.
前記測定電極は、前記一対の誘電泳動電極の間に位置する
請求項１または２に記載の電気化学測定装置。 The plurality of dielectrophoresis electrodes include a pair of dielectrophoresis electrodes facing each other,
The electrochemical measurement device according to claim 1, wherein the measurement electrode is located between the pair of dielectrophoresis electrodes.
前記特定の誘電泳動電極は、前記第１面に位置し、
前記測定電極は、前記第２面に位置する
請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学測定装置。 The migration tank includes a first surface and a second surface facing the first surface, and further includes a gap for the liquid to enter between the first surface and the second surface,
The specific dielectrophoretic electrode is located on the first surface;
The electrochemical measurement device according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement electrode is located on the second surface.
前記泳動槽は、前記第１面と前記第２面とに挟まれたスペーサを備え、前記隙間と前記泳動槽の外部とを連通する空隙部を前記スペーサが画定し、
前記第２面と対向する方向から見て、前記複数の誘電泳動電極は、前記孔から前記空隙部へ向けて並ぶ
請求項４に記載の電気化学測定装置。 The second surface includes a hole communicating with the gap at a position different from the measurement electrode,
The migration tank includes a spacer sandwiched between the first surface and the second surface, and the spacer defines a gap that communicates the gap and the outside of the migration tank.
The electrochemical measurement apparatus according to claim 4, wherein the plurality of dielectrophoretic electrodes are arranged from the hole toward the gap portion when viewed from a direction facing the second surface.
請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学測定装置。 The measurement processing unit further includes a determination unit that determines whether or not dielectrophoresis toward the specific dielectrophoresis electrode has been performed, based on a result of electrical characteristics relating to a liquid located in the electrophoretic tank, and the dielectrophoresis The electrochemical measurement device according to any one of claims 1 to 5, wherein when the determination unit determines that has been executed, the state transitions from the preparation state to the measurement state.
前記第１誘電泳動電極の大きさは、前記第２誘電泳動電極よりも大きく、
前記測定電極は、前記第１誘電泳動電極と前記第２誘電泳動電極との間に位置する
請求項１から６のいずれか一項に記載の電気化学測定装置。 The plurality of dielectrophoresis electrodes include a first dielectrophoresis electrode and a second dielectrophoresis electrode,
The size of the first dielectrophoresis electrode is larger than that of the second dielectrophoresis electrode,
The electrochemical measurement device according to any one of claims 1 to 6, wherein the measurement electrode is located between the first dielectrophoresis electrode and the second dielectrophoresis electrode.
生体高分子を含む液が入る泳動槽において、
前記泳動槽内に位置する複数の誘電泳動電極のなかの特定の前記誘電泳動電極に向けて前記生体高分子を誘電泳動させるための信号を前記各誘電泳動電極へ入力して、前記泳動槽内において前記誘電泳動電極から離れて位置する測定電極を用いた前記液に関する電気化学的な測定を準備することと、
前記各誘電泳動電極への前記信号の入力を停止して、前記液に関する前記測定電極を用いた電気化学的な測定を開始することとを含む
電気化学測定方法。 The measurement processor
In an electrophoresis tank that contains a liquid containing biopolymers,
A signal for dielectrophoresis of the biopolymer toward the specific dielectrophoresis electrode among a plurality of dielectrophoresis electrodes located in the electrophoretic tank is input to each dielectrophoresis electrode, Preparing an electrochemical measurement for the liquid using a measurement electrode located away from the dielectrophoresis electrode in
Stopping the input of the signal to each of the dielectrophoresis electrodes, and starting electrochemical measurement using the measurement electrode for the liquid.
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| WO2019017094A1 (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | シャープ株式会社 | Sensor and sensor array |
| WO2020261523A1 (en) * | 2019-06-27 | 2020-12-30 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | Transfer-type photosensitive film, method for forming resin cured film and method for producing substrate with resin cured film |
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