JP3926658B2 - 糖検出装置及び糖検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、糖検出検出装置に関し、さらに詳しくは、長期間使用しても高感度を維持し、安定性の高い測定値が得られる糖検出装置、及び長期間実施しても高感度を維持し、安定性の高い測定値が得られる糖検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
糖分析は、幅広い分野で実施されており、例えば医療分野においては、血液中の糖濃度、つまり血糖値の測定に実施されている。
【０００３】
血糖値測定においては、従来は指先から血液を採取し、その血液試料溶液ごとに直接血糖値を測定する方法が採られていたが、この方法では連続的な測定をすることができず、また患者に苦痛を与えるという欠点があった。
【０００４】
そこで電極を用いた電流測定を利用した糖検出装置が開発された。この糖検出装置においては、唾液等を試料として用い、試料溶液に電極を浸して、唾液中の糖がその電極上で反応することにより発生する電流を測定し、唾液中の糖濃度と血液中の糖濃度との関係から血糖値を求める。
【０００５】
従来のこのタイプの糖検出装置においては、電極として酵素電極が使用されていた。この酵素電極を使用した糖検出装置では、例えば白金電極上にグルコースオキシダーゼ及びペルオキシダーゼから成る酵素膜を形成させ、これらの酵素により糖を酸化させ、そのときに発生する電流を測定する。この糖検出装置によれば、試料溶液に電極を浸しながら連続測定をすることが可能であり、また採血の必要がないので、患者に苦痛を与えることがない。
【０００６】
しかしこの従来の糖検出装置は、酵素を使用しているので、時間の経過とともに酵素の失活が起こることにより感度が低下し、長期間使用することができないという欠点があった。
【０００７】
またこの従来の糖検出装置は、試料溶液に蛋白質又は脂質等の不純物が含有されていると、電極に蛋白質等が付着することにより測定値が大きくバラつき、安定した測定ができないという欠点を有していた。
【０００８】
この従来の糖検出装置では、そのように電極が汚れた場合においても、電極上に形成された酵素膜が、機械的な作用により損傷を受けやすいことから、洗浄が困難であるという欠点があった
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、従来の糖検出装置の前記欠点を解消することを目的とする。すなわちこの発明の目的は、長期間使用しても高感度を維持することができ、安定性の高い測定値が得られ、洗浄の容易な糖検出装置、及び長期間実施しても高感度を維持することができ、安定性の高い測定値が得られる糖検出方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明は、Ｔｉ／Ｎｉ合金を備えて成る作用電極、対電極及び参照電極を有して成るセル部と、前記作用電極上での糖の酸化により前記作用電極と対電極との間に流れる電流を測定する電流測定部とを有して成ることを特徴とする糖検出装置であり、
前記糖検出装置の好適な第１の態様として、前記セル部は、先端部に作用電極挿入孔を有する管状セルと、前記作用電極挿入孔に挿入され、一端部が前記管状セル外に突出し、その他の部分が前記管状セル内に収容された状態で前記管状セルに取り付けられた線状の前記作用電極と、前記管状セル内に収容された前記対電極及び前記参照電極とを有して成り、
第２の態様として、前記対電極は、前記作用電極及び前記参照電極を収容することができる内部空間を有する容器状体であり、その内部空間に試料溶液を導入することのできる試料溶液導入部、及びその内部空間から処理済み液を排出することのできる処理済み液排出部を備えて成る。
【００１１】
また他の発明は、前記第１の態様に係る糖検出装置を用いて、その作用電極を、アルカリ性に調整した試料溶液に浸漬することにより糖を検出することを特徴とする糖検出方法であり、
また他の発明は、前記第２の態様に係る糖検出装置を用いて、前記試料溶液導入部から前記内部空間に、アルカリ性に調整された試料溶液に導入し、糖を検出することを特徴とする糖検出方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明に係る糖検出装置は、Ｔｉ／Ｎｉ合金を備えて成る作用電極、対電極及び参照電極を有して成るセル部と、前記作用電極上での糖の酸化により前記作用電極と対電極との間に流れる電流を測定する電流測定部とを有して成る。この糖検出装置は、種々の態様を採ることが可能である。
【００１３】
図１は、この発明に係る糖検出装置の第１の態様である糖検出装置１の概念図である。糖検出装置１は、セル部２と電流測定部３とを有して成る。
【００１４】
セル部２は、試料溶液に浸漬され、試料溶液中の糖を酸化反応させることにより、その糖濃度に応じた電流を発生させる部位である。セル部２は、セル４と、作用電極５と、対電極６と、参照電極７と、電解液８とを有して成る。
【００１５】
セル４は、作用電極５、対電極６、参照電極７及び電解液８を収容し、セル部２の外殻部を形成する部材である。セル４は、管状体であり、その先端部に、作用電極５を挿入することのできる挿入孔１４を有する。挿入孔１４の大きさは、作用電極５の外径に応じて決定される。セル４は、その内部と外部との通電を阻止する必要があるので、絶縁材で形成されている。前記絶縁材としては、強度、重さ及び安全性等の点から、エポキシ樹脂等の樹脂が好ましい。
【００１６】
セル４の大きさは、糖の測定が可能である限り特に制限はなく、目的応じて適宜決定することができる。例えばセル４の直径を２０ｍｍ前後にすると、使用しやすく、好適である。
【００１７】
作用電極５は、線状体であり、セル４の挿入孔１４に挿入され、その一端部がセル４内にあり、他端部がセル４の外部に突出した状態でセル４に嵌め込まれている。
【００１８】
作用電極５は、試料溶液中の糖を酸化させる機能を有する電極である。
作用電極５は、その材料がＴｉ／Ｎｉ合金である。ＴｉＮｉ合金は、アルカリ性溶液中で糖のＯＨ基を定量的に酸化する機能を有する。したがって作用電極５は、その材料がＴｉＮｉ合金であることにより、試料溶液中の糖と接触して、その糖を酸化させ、その糖濃度に応じた電流を発生させることができる。
【００１９】
前記ＴｉＮｉ合金におけるＴｉ及びＮｉの組成は、この合金の前記機能が確保されれば特に制限はないが、例えば合金全体に対するＴｉの含有率が４０〜６０質量％であり、Ｎｉの含有率が６０〜４０質量％であると、前記機能が効果的に発揮される点で好ましい。
【００２０】
作用電極５の大きさとしては、試料溶液中の糖と接触して、糖濃度を測定することのできる大きさの電流を発生させることができれば特に制限はなく、例えばその外径が０．０１〜２．０ｍｍ、長さが０．１〜５０ｍｍとすることができる。
【００２１】
作用電極５の、セル４の外部に突出している部分の長さは、セル部２の先端部を試料溶液に浸漬させたときに、糖濃度を測定することのできる大きさの電流を発生させることができる程度に試料溶液中の糖を酸化させることができ、またセル部２の取り扱い上不都合がなければ特に制限はなく、例えば作用電極５の外径が１ｍｍ前後である場合には、１０ｍｍ以下とすると、前記条件が好適に満たされるので好ましい。
【００２２】
対電極６は、セル４の内部に収容されている。対電極６は、線状体であり、その大きさは、作用電極５との組み合わせにおいて測定電量が円滑に流れるように、作用電極の大きさとの関係において適宜決定される。
【００２３】
対電極６の材料としては、作用電極５との組み合わせにおいて測定電量を支障のないように流すことができれば特に制限はなく、公知の対電極の材料、例えばＳＵＳ３１６などのステンレス、白金及びカーボンを使用することができる。
【００２４】
参照電極７は、セル４の内部に収容されている。対電極６は、線状体であり、その大きさは、作用電極５の電位を適切に設定することができれば特に制限はなく、セル部２の諸条件に応じて適宜決定される。
【００２５】
参照電極７としては、作用電極５の電位を適切に設定することができれば特に制限はなく、公知の参照電極、例えば銀塩化銀電極、甘こう電極及び水素電極を挙げることができる。
【００２６】
電解液８は、セル４の内部に収容されている。電解液８は、作用電極のセル４内にある部分、対電極６及び参照電極７を浸漬させている。電解液８としては、前記糖の酸化に基づいて電流を発生させることができれば特に制限はなく、例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、及び水酸化リチウムを挙げることができる。
【００２７】
電流測定部３は、セル部２で発生した電流の大きさを測定して、糖濃度を求める部位である。電流測定部３は、リード線９、リード線１０、電源１１、電源１２及び電流計１３を有して成る。リード線９は、対電極６と参照電極７とを結ぶ。リード線９には電源１１が、対電極６側が陰極、参照電極７側が陽極となるように設けられている。リード線１０は、対電極６と作用電極５とを結ぶ。リード線１０には電源１２が、対電極６側が陰極、作用電極５側が陽極となるように設けられている。またリード線１０には、電流計１３が設けられている。
【００２８】
糖検出装置１は、以上の構成を有することにより次のように作用する。
【００２９】
糖を含有した試料をアルカリ溶液に混合して、試料溶液を調製する。セル部２の先端部を試料溶液に浸し、作用電極５の、セル４外に突出した部分を試料溶液に浸漬させる。試料溶液中の糖は作用電極に接触する。作用電極５に接触した糖は、ＴｉＮｉ合金の作用により酸化される。すると作用電極５の周辺部では、その酸化反応によって酸素が消費され、対電極６に到達する酸素量は減少し、対電極６における酸素還元電流は小さくなる。その電流の減少量が電流計１３により計測される。その電流の減少量は、試料溶液中の糖濃度に比例する。したがって電流計１３によるその計測値に基づいて試料溶液中の糖濃度を求めることができる。
【００３０】
このように糖検出装置１は、作用電極５の、セル４から突出した部分を試料溶液に浸漬するだけで、糖濃度を測定することができる。したがって糖検出装置１によれば、連続的な糖分析を行うことができる。また糖検出装置１は、ＴｉＮｉ合金を用いた糖反応を利用するので、酵素電極のような酵素の失活に基づく経時的な性能劣化の問題が生ずることはなく、長期間にわたって安定した測定が可能である。
【００３１】
前記試料としては、前記試料溶液を調製することができれば特に制限はなく、例えば唾液、血液及び尿等の体液も好適に用いることができる。
【００３２】
前記試料に含有される糖としては、ＴｉＮｉ合金により糖を酸化させることができれば特に制限はない。前述のようにＴｉＮｉ合金は、糖の炭素原子に結合にＯＨ基を酸化させる。このような糖としては、例えばグルコース、フラクトース及びマンノース等の単糖、スクロース、マルトース及びラクトース等の二糖、並びに三糖以上のオリゴ糖及び多糖を挙げることができる。
【００３３】
前記試料溶液を調製するときに使用するアルカリ溶液としては、ＴｉＮｉ合金により糖を酸化させることができれば特に制限はなく、例えば水酸化ナトリウム水溶液及び水酸化カリウム水溶液を挙げることができる。そのアルカリ溶液の濃度としては、前記糖の酸化反応を進行させることができれば特に制限はないが、例えば０．０１〜２．０Ｎとすると、前記酸化反応が好適に進行し、また取り扱いが容易である点で好ましい。
【００３４】
前記試料溶液を調製するときの試料とアルカリ溶液との混合比率としては、前記試料溶液において、前記酸化反応に必要なアルカリ性が確保され、検出可能な電流を発生させることができる糖濃度が確保されていれば特に制限はなく、試料の糖濃度等に応じて適宜決定することができる。
【００３５】
前記試料溶液における糖濃度としては、電流計１３により検出可能な電流を発生させることができれば特に制限はないが、分析精度の点からは１００．０ｇ／ｌ以下であることが好ましい。
【００３６】
前述のように糖検出装置１は、この発明に係る糖検出装置の一例であって、この発明に係る糖検出装置は、糖検出装置１に制限されることはなく、様々な形態を採ることができる。例えば糖検出装置１において、セル４、作用電極５、対電極６及び参照電極７の形状は適宜変更することが可能である。
【００３７】
例えば作用電極については、ＴｉＮｉ合金で形成されていれば、その形状等は特に制限はなく、例えば直線状、螺旋状、柱状及び板状であってもよい。また作用電極の取り付け方法も、試料溶液中の糖の酸化反応を行うことが可能であればどのような方法であってもよく、糖検出装置１のような、セル４からその一部を突出させて取り付ける方法に制限されることはない。この発明に係る作用電極は、公知の三極式の電流測定装置における作用電極と同様に用いることも可能である。
【００３８】
また糖検出装置１の電流測定部３の構造についても、前述のようにセル部２で発生した電流を測定することができればどのような構造であってもよく、公知の電流測定部を使用することができる。
【００３９】
図２は、この発明に係る糖検出装置の第２の態様である糖検出装置２１の概念図である。糖検出装置２１は、セル部２２と電流測定部２３とを有して成る。セル部２２は、樹脂製セル２４と、作用電極２５と、対電極２６と、参照電極２７とを有して成る。作用電極２５及び参照電極２７は、例えば線状体又は棒状体であり、それぞれ作用電極５及び参照電極７と同様の材料を用いることができる。対電極２６は、例えば板状体であり、対電極６と同様の材料を用いることができる。
【００４０】
樹脂製セル２４は、作用電極２５、対電極２６及び参照電極２７を収容している。また樹脂製セル２４は、その下部に、作用電極２５等を収容した空間に試料溶液を導入することのできる試料溶液導入部２８と、測定が終了して得られた被処理液を排出する被処理液排出部２９とを有する。
【００４１】
試料溶液導入部２８には、ポンプ３０を介して、分岐流路３１が接続され、その一端に試料容器３２が設けられ、他端にアルカリ溶液を収容した溶離液容器３３が設けられている。
樹脂製セル２４の材料は、セル４の材料と同様である。
【００４２】
糖検出装置２１は、次のように作用する。ポンプ３０を駆動させ、試料容器３２から試料を、溶離液容器３３からアルカリ溶液を吸引し、これらを分岐流路３１中で混合して試料溶液とし、これを樹脂製セル２４の内部空間に送液する。この内部空間において、前記試料溶液に作用電極２５、対電極２６及び参照電極２７が接触する。以下、前述と同様にして、糖の酸化反応に基づく電流が発生し、それを電流測定部２３で測定することにより、試料の糖濃度が測定される。樹脂製セル２４内で測定が終了して得られた処理済み液は、処理済み液排出部２９から樹脂製セル２４外に排出される。
【００４３】
図３は、この発明に係る糖検出装置の第３の態様である糖検出装置４１の概念図である。糖検出装置４１は、セル部４２と電流測定部４３とを有して成る。セル部４２は、作用電極４５と、対電極４６と、参照電極４７とを有して成る。作用電極４５及び参照電極４７は、例えば線状体又は棒状体であり、それぞれ作用電極５及び参照電極７と同様の材料を用いることができる。
【００４４】
対電極４６は、容器状に形成されており、内部空間５４を有し、内部空間５４に作用電極４５及び参照電極４７を収容している。また対電極４６は、その下部に、内部空間５４に試料溶液を導入することのできる試料溶液導入部４８と、測定が終了して得られた処理済み液を排出する処理済み液排出部４９とを有する。対電極４６の材料は、対電極６の材料と同様にすることができ、例えばＳＵＳ３１６である。
【００４５】
試料溶液導入部４８には、ポンプ５０を介して、分岐流路５１が接続され、その一端に試料容器５２が設けられ、他端にアルカリ溶液を収容した溶離液容器５３が設けられている。
【００４６】
糖検出装置４１は、次のように作用する。ポンプ５０を駆動させ、試料容器５２から試料を、溶離液容器５３からアルカリ溶液を吸引し、これらを分岐流路５１中で混合して試料溶液とし、これを対電極４６の内部空間５４に送液する。内部空間５４において、前記試料溶液に作用電極４５、対電極４６及び参照電極４７が接触する。以下、前述と同様にして、糖の酸化反応に基づく電流が発生し、それを電流測定部４３で測定することにより、試料の糖濃度が測定される。対電極４６内で測定が終了して得られた処理済み液は、処理済み液排出部４９から対電極４６外に排出される。
【００４７】
以上のように、この発明に係る糖検出装置では、作用電極としてＴｉＮｉ合金を使用する。従来の作用電極に酵素を使用した糖検出装置では、経時的な酵素の失活を避けることができないので、その寿命が数ヶ月と短かったが、この発明に係る糖検出装置で作用電極として使用するＴｉＮｉ合金は、酵素のような経時的劣化が生じないので、この発明に係る糖検出装置は少なくとも一年間は使用することができる。
【００４８】
また従来の前記糖検出装置においては、電極上に形成された酵素膜が、機械的な作用により損傷を受けやすいことから、洗浄が困難であるという欠点があったが、この発明に係る糖検出装置では、作用電極として使用するＴｉＮｉ合金の機械的強度が大きいので、洗浄が容易である。
【００４９】
この発明に係る糖検出方法は、上記各糖検出装置を用いて、上記各糖検出装置の説明に基づいて行うことが可能である。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例によりさらに詳しくこの発明に係る糖検出装置及び糖検出方法について説明する。
【００５１】
（１）糖検出装置
図３に示した構造のセル部を有する糖検出装置を使用した。作用電極は、Ｔｉ５０質量％、Ｎｉ５０質量％から成るＴｉＮｉ合金製であり、その直径は１．０ｍｍであり、対電極内挿入された部分の長さは５．０ｍｍである。参照電極は、銀塩化銀電極である。
【００５２】
（２）試料溶液
０．１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液にグルコースを溶解し、グルコース濃度が５、１０、１５及び２０ｇ／ｌである４種類のグルコース溶液を調製した。さらに前記水酸化ナトリウム水溶液をブランク用溶液とした。これらの合計５種類の溶液を試料溶液群１とした。
前記試料溶液群１の５種類の溶液に、それぞれアルブミンを、その濃度が２ｇ／ｌとなるように溶解し、５種類の新たな溶液を調製した。これらの５種類の溶液を試料溶液群２とした。
同様にして、アルブミンが５ｇ／ｌとなるように溶解された試料溶液群３、及びアルブミンが７ｇ／ｌとなるように溶解された試料溶液群４を調製した。
【００５３】
（３）測定方法
各試料溶液群の各溶液を、前記対電極の試料溶液導入部から対電極の内部空間に注入して、発生した電流を測定し、その積分値を求めた。
【００５４】
（４）結果
図４は、各試料溶液群の各グルコース溶液に対する前記積分値から、その試料溶液群のブランク溶液に対する前記積分値を差し引いて得られる値を、そのグルコース濃度に対してプロットして得られた図である。図４において、折れ線▲１▼、▲２▼、▲３▼及び▲４▼は、それぞれ試料溶液群１、試料溶液群２、試料溶液群３及び試料溶液群４から得られた結果を示す。
【００５５】
図４からわかるように、この発明に係る糖検出装置により得られた電流の積分値は、グルコース濃度と強い相関がある。また図４から、この積分値は、アルブミンの存在によっても大きな影響を受けないことがわかる。したがってこの実施例の結果から、この発明に係る糖検出装置及び糖検出方法は、アルブミン等の蛋白質が多量に含有される唾液や血液などに対しても、好適に適用することができることがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明に係る糖検出装置及び糖検出方法によれば、作用電極にＴｉＮｉ合金を使用するので、長期間高精度の糖検出が可能であり、また洗浄が容易である。
【００５７】
この発明に係る糖検出装置及び糖検出方法は、ＴｉＮｉ合金により酸化することができる糖であれば適用することができる。したがってこの発明に係る糖検出装置及び糖検出方法によれば、幅広い糖の検出が可能である。
【００５８】
この発明に係る糖検出装置及び糖検出方法は、試料に蛋白質等の不純物が混在していても、その測定値に大きな影響が現れないので、これらの不純物が存在する唾液及び血液等における糖検出にも好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明に係る糖検出装置の一具体例である糖検出装置１の概念図である。
【図２】図２は、この発明に係る糖検出装置の一具体例である糖検出装置２１の概念図である。
【図３】図３は、この発明に係る糖検出装置の一具体例である糖検出装置４１の概念図である。
【図４】図４は、各試料溶液群の各グルコース溶液に対する前記積分値から、その試料溶液群のブランク溶液に対する前記積分値を差し引いて得られる値を、そのグルコース濃度に対してプロットして得られた図である。
【符号の説明】
１・・糖検出装置、２・・セル部、３・・電流測定部、４・・セル、５・・作用電極、６・・対電極、７・・参照電極、８・・電解液、９・・リード線、１０・・リード線、１１・・電源、１２・・電源、１３・・電流計、１４・・挿入孔、２１・・糖検出装置、２２・・セル部、２３・・電流測定部、２４・・樹脂製セル２４、２５・・作用電極、２６・・対電極、２７・・参照電極、２８・・試料溶液導入部、２９・・被処理液排出部、３０・・ポンプ、３１・・分岐流路、３２・・試料容器、３３・・溶離液容器、４１・・糖検出装置、４２・・セル部、４３・・電流測定部、４５・・作用電極、４６・・対電極、４７・・参照電極、４８・・試料溶液導入部、４９・・処理済み液排出部、５０・・ポンプ、５１・・分岐流路、５２・・試料容器、５３・・溶離液容器、５４・・内部空間

Claims (4)

1. Ｔｉ／Ｎｉ合金を備えて成る作用電極、対電極及び参照電極を有して成るセル部と、前記作用電極上での糖の酸化により前記作用電極と対電極との間に流れる電流を測定する電流測定部とを有して成り、
   前記セル部は、先端部に作用電極挿入孔を有する管状セルと、前記作用電極挿入孔に挿入され、一端部が前記管状セル外に突出し、その他の部分が前記管状セル内に収容された状態で前記管状セルに取り付けられた線状の前記作用電極と、前記管状セル内に収容された前記対電極及び前記参照電極とを有して成ることを特徴とする糖検出装置。
2. Ｔｉ／Ｎｉ合金を備えて成る作用電極、対電極及び参照電極を有して成るセル部と、前記作用電極上での糖の酸化により前記作用電極と対電極との間に流れる電流を測定する電流測定部とを有して成り、
   前記対電極は、前記作用電極及び前記参照電極を収容することができる内部空間を有する容器状体であり、その内部空間に試料溶液を導入することのできる試料溶液導入部、及びその内部空間から処理済み液を排出することのできる処理済み液排出部を備えて成ることを特徴とする糖検出装置。
3. 請求項１に記載の糖検出装置を用いて、その作用電極を、アルカリ性に調整した試料溶液に浸漬することにより糖を検出することを特徴とする糖検出方法。
4. 請求項２に記載の糖検出装置を用いて、前記試料溶液導入部から前記内部空間に、アルカリ性に調整された試料溶液に導入し、糖を検出することを特徴とする糖検出方法。

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