JP5160979B2 - Sensor system - Google Patents
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Description
本発明は、センサシステムに関する。 The present invention relates to a sensor system.
従来、複数のセンサ部が２次元マトリックス状に配置されたマトリックスセンサが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
Conventionally, a matrix sensor in which a plurality of sensor units are arranged in a two-dimensional matrix is known (see, for example,
ところで、特許文献１及び２に記載のマトリックスセンサのように、マトリックスセンサが有するセンサ部が、生体物質（酵素や抗体、微生物など）の特性を利用して検出対象物質を検出するバイオセンサである場合、生体物質を機能させるためには、電解液等の水の存在が必要である。
この場合、センサ部に電解液等や生体物質を予め導入しておくと、電解液等が蒸発したり、生体物質が劣化（酸化等）したりして、センサ部が劣化してしまう。そのため、センサ部の劣化を防いでマトリックスセンサを長寿命化するためには、検出時に電解液等や生体物質をセンサ部に導入するか、或いは、電解液等や生体物質を導入して特許文献２のように蓋でセンサ部を封止する必要がある。
In this case, if an electrolytic solution or a biological material is introduced into the sensor portion in advance, the electrolytic solution or the like is evaporated or the biological material is deteriorated (oxidation or the like), so that the sensor portion is deteriorated. Therefore, in order to prevent deterioration of the sensor unit and extend the life of the matrix sensor, an electrolytic solution or a biological substance is introduced into the sensor unit at the time of detection, or an electrolytic solution or a biological substance is introduced into the patent document. As in 2, it is necessary to seal the sensor part with a lid.
しかしながら、検出時に電解液等や生体物質を導入するのは煩わしく、また、安定した測定が可能になるまでに時間を要するという問題がある。
特許文献２は、単にチャンバ内の細胞培養液又は測定液の蒸発を防ぐために被せられた蓋であり、測定対象を蓋の外から取り込む必要性がなく、測定時に破る必要性もない。また、蓋を除去する方法が記載されておらず、検出時にユーザが蓋を除去するとなると煩わしいという問題がある。
また、一般の有機及び無機センサにおいても、例えば、ＱＣＭセンサでは、温度・湿度変化の影響を受けやすく、使用に至るまでの間、大気に暴露して保管されるため、ＱＣＭセンサ素子の表面に感応膜が形成されている場合はその感応膜を含めた金属膜が、また、感応膜が形成されていない場合においては水晶振動子における励振電極である金属膜が劣化され易いという問題がある。
However, it is troublesome to introduce an electrolyte or the like or a biological substance at the time of detection, and there is a problem that it takes time until stable measurement is possible.
Also, in general organic and inorganic sensors, for example, QCM sensors are easily affected by changes in temperature and humidity and are exposed to the atmosphere until they are used. When the sensitive film is formed, there is a problem that the metal film including the sensitive film is easily deteriorated, and when the sensitive film is not formed, the metal film that is an excitation electrode in the crystal resonator is easily deteriorated.
本発明の課題は、マトリックスセンサを長寿命化することができるとともに、検出時の煩わしさを低減することができるセンサシステムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sensor system capable of extending the lifetime of a matrix sensor and reducing the troublesomeness at the time of detection.
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
センサシステムにおいて、
２次元又は３次元マトリックス状に配置された複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部それぞれを外部から遮断する封止部材と、を有するマトリックスセンサと、
前記複数のセンサ部のうちの、所定のセンサ部を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定されたセンサ部に対応する前記封止部材を除去する除去手段と、
前記指定手段により指定されたセンサ部による検出データを取得する取得手段と、
前記除去手段により前記封止部材が除去されたセンサ部が劣化しているか否か判断する判断手段と、を備え、
前記指定手段は、前記判断手段により前記センサ部が劣化していると判断された場合に、前記封止部材が除去されていないセンサ部を指定し、
前記複数のセンサ部には、検出用センサ部と、ドリフトを検出するための差分用センサ部と、が含まれ、
前記取得手段は、前記指定手段により指定されたセンサ部に電圧パルスを印加することによって前記検出用センサ部による検出データと前記差分用センサ部による検出データとを取得し、
前記取得手段により取得された前記検出用センサ部による検出データと前記差分用センサ部による検出データとの差分を取り、その差分に基づいて検出対象物質の濃度を算出することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
In the sensor system,
A matrix sensor having a plurality of sensor portions arranged in a two-dimensional or three-dimensional matrix, and a sealing member that blocks each of the plurality of sensor portions from the outside;
A designating unit for designating a predetermined sensor unit among the plurality of sensor units;
Removing means for removing the sealing member corresponding to the sensor portion designated by the designation means;
Obtaining means for obtaining detection data by the sensor unit designated by the designation means;
Determining means for determining whether or not the sensor part from which the sealing member has been removed by the removing means is deteriorated,
The designating unit designates a sensor unit from which the sealing member has not been removed when the judgment unit determines that the sensor unit has deteriorated;
The plurality of sensor units include a sensor unit for detection and a sensor unit for difference for detecting drift ,
The acquisition unit acquires detection data by the detection sensor unit and detection data by the difference sensor unit by applying a voltage pulse to the sensor unit specified by the specification unit,
It takes the difference between the detection data by detecting data before Symbol differential sensor unit according to obtained the detection sensor unit by the acquisition unit, and calculates the concentration of the detection target substance based on the difference .
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のセンサシステムにおいて、
基板と、
前記基板上に配置され、前記センサ部同士を隔てる隔壁部と、を備え、
前記複数のセンサ部は、前記基板上に配置され、
前記封止部材は、前記センサ部の前記基板と対向する側の面を封止することを特徴とする。
The invention described in
The sensor system according to
A substrate,
A partition part disposed on the substrate and separating the sensor parts from each other,
The plurality of sensor units are disposed on the substrate,
The sealing member seals the surface of the sensor unit on the side facing the substrate .
請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のセンサシステムにおいて、
前記検出用センサ部は、電解液と、検出対象物質と選択的に反応する生体物質と、を含有した状態で、前記封止部材により外部から遮断されており、
前記差分用センサ部は、電解液を含有した状態で、前記封止部材により外部から遮断されていることを特徴とする。
The invention according to
The sensor system according to
Before Symbol detection sensor unit, an electrolytic solution, a biological agent that selectively reacts with the target substance, in a state containing a are cut off from the outside by the sealing member,
The difference sensor unit is a state of containing an electrolytic solution, characterized that you have been cut off from the outside by the sealing member.
本発明によれば、２次元又は３次元マトリックス状に配置された複数のセンサ部と、複数のセンサ部それぞれを外部から遮断する封止部材と、を有するマトリックスセンサと、複数のセンサ部のうちの、所定のセンサ部を指定する指定手段と、指定手段により指定されたセンサ部に対応する封止部材を除去する除去手段と、指定手段により指定されたセンサ部による検出データを取得する取得手段と、を備えている。
すなわち、封止部材によりセンサ部が外部から遮断されているため、指定されて封止部材が除去されるまでは大気等への曝露に伴うセンサ部の劣化を防止することができるとともに、複数のセンサ部のうちの指定されたセンサ部のみを使用するため、指定されて使用されるまでは使用に伴うセンサ部の劣化を防止することができる。さらに、マトリックスセンサが備える複数のセンサ部全てを同時に使用するのではなく、複数のセンサ部のうちの指定されたセンサ部のみを使用（封止部材を除去して使用）するため、複数のセンサ部全てを使い切るまでは、マトリックスセンサは使用可能である。したがって、個々のセンサ部の寿命が短いものであっても、マトリックスセンサのセンサとしての寿命を長くすることができる。
また、指定されたセンサ部に対応する封止部材の除去が自動的に行われるため、検出時にユーザが封止部材を除去する等の手間がなくなって、検出時の煩わしさを低減することができる。
さらに、検出用センサ部による検出データと、検出の際に観測されるドリフトのみを検出する差分用センサ部による検出データと、の差分を取り、その差分に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するため、センサシステムの濃度測定精度を高めることができるとともに、ドリフトが収束（バックグラウンドが安定）するまで待機する必要がないため、センサシステムによる濃度測定を高速化することができる。
According to the present invention, among a plurality of sensor units, a matrix sensor having a plurality of sensor units arranged in a two-dimensional or three-dimensional matrix, and a sealing member that shuts off each of the plurality of sensor units from the outside. The designation unit for designating the predetermined sensor unit, the removing unit for removing the sealing member corresponding to the sensor unit designated by the designation unit, and the acquisition unit for acquiring detection data by the sensor unit designated by the designation unit And.
That is, since the sensor portion is blocked from the outside by the sealing member, the sensor portion can be prevented from being deteriorated due to exposure to the atmosphere or the like until the sealing member is removed by being designated. Since only the designated sensor part of the sensor parts is used, it is possible to prevent the sensor part from being deteriorated due to use until designated and used. Furthermore, not all of the plurality of sensor units included in the matrix sensor are used at the same time, but only the specified sensor unit of the plurality of sensor units is used (used by removing the sealing member), so that a plurality of sensors are used. Until all parts are used up, the matrix sensor can be used. Therefore, even if each sensor unit has a short lifetime, the lifetime of the matrix sensor as a sensor can be extended.
Moreover, since the removal of the sealing member corresponding to the designated sensor part is automatically performed, there is no need for the user to remove the sealing member at the time of detection, thereby reducing the troublesomeness at the time of detection. it can.
Furthermore, the difference between the detection data from the detection sensor unit and the detection data from the difference sensor unit that detects only the drift observed at the time of detection is calculated, and the concentration of the detection target substance is calculated based on the difference. Therefore, it is possible to increase the concentration measurement accuracy of the sensor system, and it is not necessary to wait for the drift to converge (background becomes stable), so that the concentration measurement by the sensor system can be speeded up.
以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。
本実施の形態では、酵素センサとして機能するセンサ部を有するマトリックスセンサを備えたセンサシステムを例示して説明することとする。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the invention is not limited to the illustrated example.
In this embodiment, a sensor system including a matrix sensor having a sensor unit that functions as an enzyme sensor will be described as an example.
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態におけるセンサシステム１及びセンサシステム１が備えるマトリックスセンサ１０について説明する。
[First Embodiment]
First, the
＜センサシステム＞
図１は第１の実施の形態のセンサシステム１の機能的構成を示すブロック図、図２は第１の実施の形態のセンサシステム１を模式的に示す図である。
<Sensor system>
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of the
センサシステム１は、例えば、マトリックスセンサ１０を用いて、検出対象物質を検出して、その検出対象物質の濃度を測定するシステムである。
具体的には、センサシステム１は、例えば、マトリックスセンサ１０と、封止除去部３０と、検出データ取得部４０と、制御部５０と、メモリ部６０と、操作部７０と、表示部８０と、などを備えて構成される。
なお、センサシステム１において、マトリックスセンサ１０と、封止除去部３０や検出データ取得部４０、制御部５０、メモリ部６０などとは、別々に構成しても良いし、封止除去部３０や検出データ取得部４０、制御部５０、メモリ部６０などをマトリックスセンサ１０と同一の基板１１上に形成して、集積化して構成（ワンチップ化）しても良い。また、ワンチップ化する場合は、マトリックスセンサ１０と、封止除去部３０や検出データ取得部４０、制御部５０、メモリ部６０などが配置された基板と、を積み重ねることによって、多層型にしても良い。
The
Specifically, the
In the
＜マトリックスセンサ＞
図３はマトリックスセンサ１０の平面斜視図、図４はマトリックスセンサ１０の分解図、図５は図３のV−V線における断面図、図６は電極１２が形成された基板１１の平面図、図７はセンサ部２０の特定の仕方を説明するための図である。
<Matrix sensor>
3 is a plan perspective view of the
マトリックスセンサ１０は、例えば、図３に示すように、５×５の２次元マトリックス状に配置された２５個のセンサ部２０を有している。センサ部２０は、例えば、酵素Ｅの特性を利用して気体試料中や液体試料中の検出対象物質を電気化学的計測法によって検出する酵素センサである。
For example, as shown in FIG. 3, the
ここで、マトリックスセンサ１０の基板１１側を下側、カバー部材１８側を上側とし、マトリックスセンサ１０の行方向を左右方向、列方向を前後方向とする。
また、例えば、図７に示すように、各行（Ｘ）に、上から順に「１」〜「５」の番号を割り当てるとともに、各列（Ｙ）に、左から順に「１」〜「５」の番号を割り当てて、センサ部２０を特定する際、センサ部（Ｘ，Ｙ）と呼ぶこととする。
Here, the
Further, for example, as shown in FIG. 7, numbers “1” to “5” are assigned to each row (X) in order from the top, and “1” to “5” are assigned to each column (Y) in order from the left. When the
具体的には、センサ部２０は、例えば、図５に示すように、基板１１上に配置された検出層２１と、検出層２１上に配置された透過層２２と、透過層２２上に配置された供給層２３と、により構成されている。
検出層２１は、電解液で満たされている。検出素子としての電極１２は、検出層２１に配置されており、検出対象物質と選択的に反応する反応物質（生体物質）としての酵素Ｅは、多孔体１３に担持（固定）された状態で検出層２１に含有されている。そして、供給層２３の透過層２２と対向する側の面（すなわち、センサ部２０の基板１１と対向する側の面）は、除去可能な封止部材１７により封止されている。
すなわち、センサ部２０は、検出層２１に電解液と酵素Ｅとを含有した状態で、封止部材１７により外部から遮断されている。
Specifically, for example, as illustrated in FIG. 5, the
The
That is, the
センサ部２０において、封止部材１７が除去されて供給層２３に試料が供給されると、その試料中の検出対象物質は、透過層２２を透過して検出層２１に移行し、検出層２１が備える酵素Ｅと反応する。そして、センサ部２０は、その反応に伴う所定の変化（具体的には、作用電極１２１と対向電極１２３との間に流れる電流量の変化）を電極１２により検出することによって、検出対象物質を検出するようになっている。
すなわち、例えば、検出対象物質をホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）、酵素Ｅをホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼとした場合、ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼが補酵素（ＮＡＤ＋）の存在下でホルムアルデヒドを酸化する反応（ＨＣＨＯ＋ＮＡＤ＋＋３Ｈ２Ｏ ―(酵素Ｅ)→ ＨＣＯＯ−＋ＮＡＤＨ＋２Ｈ３Ｏ＋）により生成される還元型酵素の量の変化を、作用電極１２１と対向電極１２３との間に流れる電流量の変化として電極１２で検出することによって、検出対象物質を検出するようになっている。具体的には、酸化型のホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼがホルムアルデヒドを酸化する反応に伴い、酸化型のホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ（酸化型酵素）は還元型のホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ（還元型酵素）となり、その還元型酵素は、直接的に又は電子伝達体を介して間接的に電子（ｅ−）を作用電極１２１に渡して酸化型酵素に戻る。この際、作用電極１２１と対向電極１２３との間に流れる還元型酵素又は還元型電子伝達体を再酸化するための電流量を電極１２で検出することによって、検出対象物質を検出するようになっている。
また、例えば、検出対象物質（基質）をグルコース、酵素Ｅをグルコースオキシダーゼとした場合、酵素反応（基質＋Ｏ２ ―(酵素Ｅ)→ 生成物＋Ｈ２Ｏ２）により生成される過酸化水素や消費される酸素などの電極活性物質の量の変化を、作用電極１２１と対向電極１２３との間に流れる電流量の変化として電極１２で検出することによって、検出対象物質を検出するようになっている。
In the
That is, for example, when the detection target substance is formaldehyde (HCHO) and the enzyme E is formaldehyde dehydrogenase, the reaction in which formaldehyde dehydrogenase oxidizes formaldehyde in the presence of a coenzyme (NAD + ) (HCHO + NAD + + 3H 2 O − (enzyme E) ) → HCOO − + NADH + 2H 3 O + ), a change in the amount of the reduced enzyme produced by the
Further, for example, when the detection target substance (substrate) is glucose and the enzyme E is glucose oxidase, hydrogen peroxide and consumption generated by the enzyme reaction (substrate + O 2 − (enzyme E) → product + H 2 O 2 ) The detection target substance is detected by detecting the change in the amount of the electrode active substance such as oxygen that is detected by the
マトリックスセンサ１０は、例えば、図５に示すように、上面に疎水性絶縁膜１１２が形成された基板１１と、基板１１上面の分析部１１１内に配置された電極１２（作用電極１２１、参照電極１２２及び対向電極１２３）と、電極１２上に配置された多孔体１３と、多孔体１３の細孔１３ａの内部に担持された酵素Ｅと、基板１１上に配置された隔壁部１４と、隔壁部１４上に配置された透過膜１５と、透過膜１５上に配置されたスペーサ１６と、スペーサ１６上に配置された封止部材１７と、封止部材１７上に配置されたカバー部材１８と、などを備えて構成される。
For example, as shown in FIG. 5, the
（基板）
基板１１は、例えば、平面視略矩形状に形成されている。基板１１は、例えば、基板１１上面に、５×５の２次元マトリックス状に並んだ平面視略円形状の分析部１１１を有しており、例えば、基板１１上面における分析部１１１に対応する領域以外の領域に、ＳｉＯ薄膜等の疎水性絶縁膜１１２が形成されている。
(substrate)
The
基板１１としては、例えば、半導体基板、絶縁基板、高分子基板等を用いることができる。
ここで、半導体基板としては、例えば、シリコン基板等を用いることができる。
また、絶縁基板としては、例えば、ガラス基板、セラミックス基板、紙基板、木材基板等を用いることができる。
また、高分子基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどのエステル類、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン（テフロン(登録商標)）などのフッ素ポリマー類、ポリエーテル類、ポリスチレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン類、ポリイミド類等を用いることができる。
As the
Here, for example, a silicon substrate or the like can be used as the semiconductor substrate.
As the insulating substrate, for example, a glass substrate, a ceramic substrate, a paper substrate, a wood substrate, or the like can be used.
Examples of the polymer substrate include esters such as polyethylene terephthalate, polyamides, polycarbonates, fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark)), polyethers, polystyrene, polyethylene, and the like. Polyolefins and polyimides can be used.
なお、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを基板１１上に形成する場合（例えば、マトリックスセンサ１０と、検出データ取得部４０や制御部５０、メモリ部６０などと、を一体的に構成（ワンチップ化）する場合等）は、予め層間絶縁層を形成し、そして、フォトグラフィー法などによりスルーホールを形成することによって、電気的接続を確保しておくと良い。
For example, when a thin film transistor (TFT) or the like is formed on the substrate 11 (for example, the
（電極）
電極１２（作用電極１２１、参照電極１２２及び対向電極１２３）は、例えば、図６に示すように、基板１１上面における分析部１１１の内部に形成されており、作用電極１２１、参照電極１２２及び対向電極１２３に対応して設けられたパッド１２４，１２４，１２４と配線を介して接続されている。
パッド１２４は、例えば、図６に示すように、基板１１上面における基板１１の縁部に形成されている。
(electrode)
The electrode 12 (the working
For example, as shown in FIG. 6, the
電極１２、パッド１２４及び電極１２とパッド１２４とを接続する配線は、例えば、蒸着法又はスパッタリング法により電極用薄膜を成膜して、フォトリソグラフィー工程でパターニングすることによって作成することができる。なお、電極１２、パッド１２４及び配線の作成は、フォトリソプロセスでの作成に限定されるものではなく、例えば、スクリーン印刷の手法を用いて簡易的に行っても良い。
電極用薄膜の材質としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、ＲｕＯ２、Ｃ等及びこれらの合金から選ばれる少なくとも１つを用いることができる。
また、参照電極１２２は銀／塩化銀電極であるのが好ましい。銀／塩化銀電極である参照電極１２２は、例えば、参照電極１２２となる電極用薄膜上に、銀／塩化銀インクを塗布してベーキングすることにより作成しても良いし、スクリーン印刷法や蒸着法、スパッタリング法などによって一旦銀電極を形成させた後に、一定電流を電解したり、塩化第２銀水溶液中に浸漬したりすることにより作成しても良い。
また、コンタクト特性や電気導電性の向上という観点から、異なる種類の金属膜を積層したものを電極用薄膜としても良い。
The
Examples of the material for the electrode thin film include Al, Cr, Mo, Ta, Ti, W, Nb, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Ru, RuO 2 , C, and the like. At least one selected from alloys can be used.
In addition, from the viewpoint of improving contact characteristics and electrical conductivity, a laminate of different types of metal films may be used as the electrode thin film.
（多孔体）
多孔体１３は、例えば、基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａを有している。
多孔体１３は、例えば、平面視略円形状に形成されている。多孔体１３の平面視におけるサイズ（径）は、分析部１１１のサイズ（径）と同一又はそれ以下となるよう設定されており、多孔体１３の厚み（上下方向の長さ）は、電極１２と透過膜１５との間の距離と同一又はそれ以下となるよう設定されている。
(Porous body)
The
The
多孔体１３としては、例えば、シート状、バルク状、膜状、特に、シート状又は膜状のシリカ系メソ多孔体を好ましく用いることができる。
シリカ系メソ多孔体は、例えば、ケイ酸やアルミナなどの各種金属酸化物、ケイ酸と他種の金属との複合酸化物等によって構成することができる。
例えば、ケイ酸により構成されるシリカ系メソ多孔体の作製においては、例えば、カネマイトのような層状シリケート、アルコキシシラン、シリカゲル、水ガラス、ケイ酸ソーダ等を好ましく用いることができる。
As the
The silica-based mesoporous material can be composed of, for example, various metal oxides such as silicic acid and alumina, complex oxides of silicic acid and other types of metals, and the like.
For example, in the production of a silica-based mesoporous material composed of silicic acid, for example, layered silicate such as kanemite, alkoxysilane, silica gel, water glass, sodium silicate and the like can be preferably used.
具体的には、シリカ系メソ多孔体は、例えば、無機材料を界面活性剤と混合反応させて、界面活性剤のミセルの周りに無機の骨格が形成された界面活性剤／無機複合体を形成させた後、例えば、４００℃〜６００℃で焼成したり有機溶剤で抽出したりする等して界面活性剤を除去することにより作製される。これにより、シリカ系メソ多孔体は、無機骨格中に、界面活性剤のミセルと同じ形状のメソポア細孔（細孔１３ａ）を有するものとなる。 Specifically, the silica-based mesoporous material, for example, forms a surfactant / inorganic composite in which an inorganic material is mixed with a surfactant to form an inorganic skeleton around the micelles of the surfactant. Then, for example, the surface active agent is removed by baking at 400 ° C. to 600 ° C. or extraction with an organic solvent. Thereby, the silica-based mesoporous material has mesopore pores (pores 13a) having the same shape as the micelles of the surfactant in the inorganic skeleton.
シリカ系メソ多孔体の作製において、ケイ酸等のケイ素含有化合物を出発材料とする場合には、例えば、カネマイトのような層状シリケートを形成して、この層間にミセルを挿入し、そして、ミセルが存在しない層間をシリケート分子でつなぎ、その後、ミセルを除去することによって細孔１３ａを形成することができる。
また、シリカ系メソ多孔体の作製において、水ガラス等のケイ素含有物質を出発材料とする場合には、例えば、ミセルの周囲にシリケート分子を集合させて重合させることによりシリカを形成し、その後、ミセルを除去することによって細孔１３ａを形成することができる。この場合、通常、ミセルの形状は柱状となり、その結果、シリカ系メソ多孔体に、柱状の細孔１３ａが形成されることになる。
In the production of a silica-based mesoporous material, when a silicon-containing compound such as silicic acid is used as a starting material, for example, a layered silicate such as kanemite is formed, and micelles are inserted between the layers. The
In the production of a silica-based mesoporous material, when a silicon-containing substance such as water glass is used as a starting material, for example, silica is formed by collecting and polymerizing silicate molecules around micelles, and then, By removing the micelle, the
シリカ系メソ多孔体は、作製段階で、界面活性剤のアルキル鎖の長さを変えてミセルの径を変化させることによって、細孔１３ａの内径を制御することができる。また、界面活性剤と併せて、トリメチルベンゼン、トリプロピルベンゼン等の比較的疎水性の分子を添加することによって、ミセルを膨潤させ、さらに大きな内径の細孔１３ａを形成することもできる。
シリカ系メソ多孔体の細孔１３ａのサイズ（細孔１３ａの径）は、固定する酵素Ｅのサイズ（酵素Ｅの径）に応じて決定される。すなわち、例えば、ミセルのサイズ（ミセルの径）が、酵素Ｅのサイズの０．５〜２．０倍となる界面活性剤を用いてシリカ系メソ多孔体を作製することによって、細孔１３ａのサイズが、固定する酵素Ｅのサイズの０．５〜２．０倍となるシリカ系メソ多孔体を得ることができる。
In the silica-based mesoporous material, the inner diameter of the
The size of the
シリカ系メソ多孔体における細孔１３ａの貫通方向は、少なくとも基板１１に対して略垂直方向を含むのであれば任意であり、ランダムであっても良いし、一次元シリカナノチャンネルの集合体のように方向性が制御されたものであっても良い。
また、シリカ系メソ多孔体の作成方法としては、上記のように個別に形成しても良いし、或いは、スピンコートや核成長による析出、光配向、電場、磁場、shear flowなどによる外場を利用して基板１１や電極１２上へ孔サイズに加えて、方向制御された形で直接作成することもできる。
The penetration direction of the
Further, as a method for producing a silica-based mesoporous material, it may be formed individually as described above, or an external field such as precipitation by spin coating or nucleus growth, photo-alignment, electric field, magnetic field, shear flow, etc. In addition to the hole size, the
シリカ系メソ多孔体の種類としては、細孔１３ａのサイズが均一であり、かつ、大きな空隙率を持つという特徴を有する、例えば、ＫＳＷ、ＦＳＭ、ＳＢＡ、ＭＣＭ、ＨＯＭ等の公知の種類を採用することができる。
さらに、シリカ系メソ多孔体の種類としては、細孔１３ａのサイズが均一であり、かつ、細孔１３ａ（チャンネル）の方向が一方向に向いているという特徴を有する、例えば、ＣＴＡＢ−Ｍ、Ｐ１２３−Ｍ、Ｆ１２７-Ｍ等の公知の種類を採用することができる。具体的には、ＣＴＡＢ−Ｍ、Ｐ１２３−Ｍ、Ｆ１２７-Ｍ等は、例えば、円筒形のアルミナ細孔内に界面活性剤を鋳型として作製される、アルミナ細孔の方向と同一のチャンネル方向を有するメソポーラスシリカナノチャンネル集合体（一次元シリカナノチャンネルの集合体）が充填された膜状のシリカ系メソ多孔体である。
As the types of silica-based mesoporous materials, known types such as KSW, FSM, SBA, MCM, HOM, etc., having the characteristics that the
Further, as a kind of the silica-based mesoporous material, the size of the
シリカ系メソ多孔体の細孔１３ａのサイズは、固定された酵素Ｅの立体構造の変化を防止可能な程度に設定されている。
具体的には、シリカ系メソ多孔体の細孔１３ａのサイズは、例えば、固定される酵素Ｅ（酵素分子又は活性部位を含む酵素の断片）のサイズの０．５〜２．０倍程度であることが好ましく、固定される酵素Ｅのサイズの０．７〜１．４倍程度であることがより好ましく、固定される酵素Ｅのサイズとほぼ同一であることが最も好ましい。すなわち、シリカ系メソ多孔体における細孔１３ａの直径（中心細孔直径）は、固定される酵素Ｅの直径の０．５〜２．０倍程度であることが好ましく、固定される酵素Ｅの直径の０．７〜１．４倍程度であることがより好ましく、固定される酵素Ｅの直径とほぼ同一であることが最も好ましい。なお、具体的な中心細孔直径の値は、酵素Ｅの直径との関係で決定されるので一律には規定できないが、例えば、１〜５０ｎｍ程度とすることができる。
ここで、酵素Ｅが多量体を形成する場合には、固定される酵素Ｅのサイズ（直径）は、多量体のサイズ（直径）とすることができる。ここで、多量体とは、２以上の酵素（タンパク質）が、直接に、又は水などの低分子を介して結合してなる化合物をいい、結合には、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合が含まれる。しかし、これらの結合の種類は、特に制限されない。
The size of the
Specifically, the size of the
Here, when the enzyme E forms a multimer, the size (diameter) of the enzyme E to be immobilized can be the size (diameter) of the multimer. Here, the multimer refers to a compound in which two or more enzymes (proteins) are bonded directly or via a small molecule such as water, and the bond includes a covalent bond, an ionic bond, a hydrogen bond, Coordination bonds are included. However, the type of these bonds is not particularly limited.
シリカ系メソ多孔体の細孔１３ａのサイズを、固定する酵素Ｅのサイズの０．５〜２．０倍程度（より好ましくは０．７〜１．４倍程度、最も好ましくはほぼ同一）にすることによって、固定する酵素Ｅの立体構造の維持が容易となるため、シリカ系メソ多孔体の細孔１３ａの内部に固定された酵素Ｅを安定化することができる。
さらに、シリカ系メソ多孔体の比表面積は、例えば、２００〜１５００ｍ２程度であるため、酵素Ｅをシリカ系メソ多孔体に固定することによって、酵素Ｅを電極１２の表面に直接固定する場合と比較して、検出層２１に多量の酵素Ｅを含有させることができるため、センサ部２０による検出対象物質の検出を高感度化することができる。
また、シリカ系メソ多孔体の細孔１３ａには、基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａが含まれるため、基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａを含まない場合と比較して、酵素Ｅの活性中心と電極１２（作用電極１２１）との電子移動がスムーズになるため、センサ部２０による検出対象物質の検出を高速化することができる。
The size of the
Furthermore, since the specific surface area of the silica-based mesoporous material is, for example, about 200 to 1500 m 2 , the enzyme E is directly fixed to the surface of the
Further, since the
なお、多孔体１３は、シリカ系メソ多孔体に限ることはなく、酵素Ｅを固定することができ、かつ、少なくとも基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａを有するのであれば任意であり、例えば、親水性テフロン膜、ナイロン膜やその他の材質（例えば、セルロース混合エステル、ポリビニリデンジフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタートなど）からなる親水性膜、多孔質アルミナ等の多孔体、ナイロンメッシュ等のメッシュ体などであっても良い。また、酵素Ｅを固定するための担体は、多孔体１３に限ることはなく、多孔体１３と同等の機能を有するもの（電極１２よりも比表面積が大きく、かつ、基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａ（流路）を持つもの）であれば任意であり、例えば、カーボンナノチューブ等の繊維状集合体などであっても良い。
或いは、公知の方法により、基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａを有する構造体を、電極１２上に直接形成しても良い。具体的には、例えば、陽極酸化により基板１１に略垂直方向に貫通する陽極酸化アルミナを形成することもできるし、その中にさらに小さな細孔径を有するシリカチャンネルの束を形成することもできる。
The
Alternatively, a
（酵素）
酵素Ｅは、検出対象物質と選択的に反応する酵素であれば任意であり、検出対象物質の種類によって適宜変更可能である。
具体的には、酵素Ｅは、例えば、酸化還元酵素、加水分解酵素、転移酵素、異性化酵素などの酵素（酵素タンパク質）である。
また、酵素Ｅは、例えば、生来の酵素分子であっても、活性部位を含む酵素の断片であっても良い。当該酵素分子又は当該活性部位を含む酵素の断片は、例えば、動植物や微生物から抽出したものであっても良いし、所望によりそれを切断したものであっても良いし、遺伝子工学的に又は化学的に合成したものであっても良い。
(enzyme)
The enzyme E is arbitrary as long as it is an enzyme that selectively reacts with the detection target substance, and can be appropriately changed depending on the type of the detection target substance.
Specifically, the enzyme E is an enzyme (enzyme protein) such as an oxidoreductase, a hydrolase, a transferase, and an isomerase.
The enzyme E may be a natural enzyme molecule or an enzyme fragment containing an active site, for example. The enzyme molecule or the enzyme fragment containing the active site may be, for example, extracted from animals or plants or microorganisms, may be cleaved if desired, or may be genetically engineered or chemically It may also be synthesized.
酸化還元酵素としては、例えば、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ホルムアルデヒドオキシダーゼ、ソルビトールオキシダーゼ、フルクトースオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼ、コリンオキシダーゼ、アミンオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ、ソルビトールデヒドロゲナーゼ、フルクトースデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、グリセロールデヒドロゲナーゼ、グルタメートデヒドロゲナーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、ウリカーゼ等を用いることができる。この他に、コレステロールエステラーゼ、アセチルコリンエステラーゼ、ブチリルコリンエステラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、ＤＮＡポリメラーゼ、さらにこれら酵素のミュータント等を用いることができる。 Examples of the oxidoreductase include glucose oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, alcohol oxidase, formaldehyde oxidase, sorbitol oxidase, fructose oxidase, sarcosine oxidase, fructosylamine oxidase, pyruvate oxidase, xanthine oxidase, ascorbate oxidase, sarcosine. Oxidase, choline oxidase, amine oxidase, glucose dehydrogenase, lactate dehydrogenase, cholesterol dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, formaldehyde dehydrogenase, sorbitol dehydrogenase, fructose dehydrogenase, hydroxybutyrate dehydrogenase, glycerol dehydrogenase Glutamate dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase, malate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, can be used catalase, peroxidase, uricase, and the like. In addition, cholesterol esterase, acetylcholinesterase, butyrylcholinesterase, creatininase, creatinase, DNA polymerase, mutants of these enzymes, and the like can be used.
加水分解酵素としては、例えば、プロテアーゼ、リパーゼ、アミラーゼ、インベルターゼ、マルターゼ、β−ガラクトシダーゼ、リゾチーム、ウレアーゼ、エステラーゼ、ヌクレアーゼ群、ホスファターゼ群等を用いることができる。 As the hydrolase, for example, protease, lipase, amylase, invertase, maltase, β-galactosidase, lysozyme, urease, esterase, nuclease group, phosphatase group and the like can be used.
転移酵素としては、例えば、各種アシル転移酵素、キナーゼ群、アミノトランスフェラーゼ群等を用いることができる。 As the transferase, for example, various acyltransferases, kinase groups, aminotransferase groups and the like can be used.
異性化酵素としては、例えば、ラセマーゼ群、ホスホグリセリン酸ホスホムターゼ、グルコース６−リン酸イソメラーゼ等を用いることができる。 As the isomerase, for example, racemase group, phosphoglycerate phosphomutase, glucose 6-phosphate isomerase and the like can be used.
多孔体１３に固定する酵素Ｅは、１種類の酵素であっても、２種類以上の酵素であっても良い。
具体的には、多孔体１３に固定する酵素Ｅは、例えば、１種類の酵素であっても、分子量及び／又はサイズ（径）が略同一の２種類以上の酵素であっても、分子量及び／又はサイズが異なる２種類以上の酵素であっても良い。また、多孔体１３に固定する酵素Ｅが２種類以上である場合、酵素Ｅは、例えば、同種の検出対象物質（基質）に作用する２種類以上の酵素であっても、異種の検出対象物質に作用する２種類以上の酵素であっても、同種及び／又は異種の検出対象物質に作用する２種類以上の酵素であっても良い。
The enzyme E fixed to the
Specifically, the enzyme E immobilized on the
また、多孔体１３に固定する酵素Ｅが２種類以上である場合、その２種類以上の酵素は、多孔体１３における別々の細孔１３ａの内部に固定されていても、同一の細孔１３ａの内部に固定されていても良い。
ここで、特に、多孔体１３に固定する酵素Ｅが２種類以上であって、その２種類以上の酵素が異種の検出対象物質に作用する場合、センサ部２０は、その異種の検出対象物質（２種類以上の検出対象物質）を同時に検出することができる。
In addition, when there are two or more types of enzymes E immobilized on the
Here, in particular, when there are two or more types of enzymes E immobilized on the
酵素Ｅを多孔体１３に固定する方法としては、例えば、多孔体１３に酵素Ｅを含む溶液を滴下するディップ法、酵素Ｅを含む溶液に多孔体１３を漬侵する漬侵法、電場などの外場を利用して酵素Ｅを多孔体１３に導入する方法等が挙げられるが、特に限定されるものではない。これにより、高次構造と活性を保持したまま、酵素Ｅを多孔体１３に固定化することができる。
さらに、必要に応じて、公知の酵素固定化法（例えば、導電性高分子、グルタルアルデヒド、光架橋性樹脂等を用いる固定化法等）と併用することもできる。
また、酵素Ｅを多孔体１３に固定した後、その多孔体１３を電極１２上に配置しても良いし、電極１２上に多孔体１３を配置した後、その多孔体１３に酵素Ｅを固定するようにしても良い。
Examples of the method for fixing the enzyme E to the
Furthermore, if necessary, it can be used in combination with a known enzyme immobilization method (for example, an immobilization method using a conductive polymer, glutaraldehyde, a photocrosslinkable resin or the like).
Further, after the enzyme E is fixed to the
ここで、酵素Ｅと電極１２（作用電極１２１）との間の電子の受け渡しを促進するための電子伝達体を、検出層２１に含有させるのが好ましい。
なお、電子伝達体は、検出層２１に含有されていれば任意であり、例えば、検出層２１を満たす電解液に溶解した状態で検出層２１に含有されていても良いし、例えば、多孔体１３の細孔１３ａの内部に導入（固定）された状態で検出層２１に含有されていても良いし、例えば、電極１２（作用電極１２１）に直接固定された状態で検出層２１に含有されていても良い。
具体的には、電子伝達体としては、例えば、ポリアニリンなどの導電性高分子、キノンやキノン誘導体（ナフトキノンやベンゾキノンなど）などのキノン系化合物、フェロセンやフェロセン誘導体などのフェロセン系化合物、フェリシアン化カリウム、オスミウム錯体、各種ビタミン、ビオロゲン等が挙げられる。
Here, it is preferable that the
The electron carrier is optional as long as it is contained in the
Specifically, examples of the electron carrier include conductive polymers such as polyaniline, quinone compounds such as quinone and quinone derivatives (naphthoquinone and benzoquinone), ferrocene compounds such as ferrocene and ferrocene derivatives, potassium ferricyanide, Examples include osmium complexes, various vitamins, and viologen.
また、酵素Ｅの活性の発現を触媒するための補酵素を、検出層２１に含有させるのも好ましい。
なお、補酵素は、検出層２１に含有されていれば任意であり、例えば、検出層２１を満たす電解液に溶解した状態で検出層２１に含有されていても良いし、例えば、多孔体１３の細孔１３ａの内部に導入（固定）された状態で検出層２１に含有されていても良いし、例えば、電極１２（作用電極１２１）に直接固定された状態で検出層２１に含有されていても良い。
また、補酵素３００は、例えば、補因子としての各種金属原子や金属イオン、金属錯体、各種色素など（例えば、Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｏ３＋等）とともに検出部１０に含有されていても良い。
In addition, it is preferable that the
The coenzyme is optional as long as it is contained in the
In addition, the coenzyme 300 is included in the
例えば、不安的中間体を経由する反応等、酵素Ｅのアミノ酸側鎖の触媒作用では容易に進まない反応の場合、適当な構造を有し、酵素反応の発現に関与する低分子量の有機小分子や金属イオン、金属錯体などを補因子（cofactor）として使用することが多い。補因子の中でも有機小分子や金属錯体を補酵素と呼ぶ。特に、酵素Ｅとして、補酵素依存型酵素を用いた場合、検出層２１に補酵素を導入することによって、酵素反応を効率よく行わせることができる。
For example, in the case of a reaction that does not proceed easily by the catalysis of the amino acid side chain of enzyme E, such as a reaction via an anxious intermediate, a low molecular weight organic small molecule that has an appropriate structure and is involved in the expression of the enzyme reaction And metal ions and metal complexes are often used as cofactors. Among the cofactors, small organic molecules and metal complexes are called coenzymes. In particular, when a coenzyme-dependent enzyme is used as the enzyme E, the enzyme reaction can be performed efficiently by introducing the coenzyme into the
補酵素は、酵素Ｅ（補酵素依存型酵素）の種類に応じて、適宜選択することができる。具体的には、補酵素としては、例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ＋）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰ＋）、補酵素Ｉ、補酵素ＩＩ、フラビンモノヌクレオチド（ＦＭＮ）、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、リポ酸、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）、チアミンピロリン酸（ＴＰＰ）、ピリドキサルリン酸（ＰＡＬＰ）、テトラヒドロ葉酸（ＴＨＦ,Coenzyme F）、ＵＤＰグルコース（ＵＤＰＧ）、補酵素Ａ、補酵素Ｑ、ビオチン、補酵素Ｂ12(コバラミン)、Ｓ−アデノシルメチオニン等の１種又は２種以上の組み合わせが挙げられる。 The coenzyme can be appropriately selected according to the type of enzyme E (coenzyme dependent enzyme). Specifically, examples of the coenzyme include nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP + ), coenzyme I, coenzyme II, flavin mononucleotide (FMN), and flavin. Adenine dinucleotide (FAD), lipoic acid, adenosine triphosphate (ATP), thiamine pyrophosphate (TPP), pyridoxal phosphate (PALP), tetrahydrofolate (THF, Coenzyme F), UDP glucose (UDPG), coenzyme A, Examples thereof include one or a combination of two or more of coenzyme Q, biotin, coenzyme B 12 (cobalamin), S-adenosylmethionine and the like.
（隔壁部）
隔壁部１４は、例えば、平面視略矩形状に形成されており、分析部１１１に対応する領域に、上下方向に貫通する開口部を有している。隔壁部１４は、例えば、基板１１（疎水性絶縁膜１１２）の上面に熱圧着されたり接着されたりして、基板１１上に固定されている。
分析部１１１内及び隔壁部１４の開口部内が、センサ部２０の検出層２１となる。すなわち、センサ部２０，２０同士は、隔壁部１４と、基板１１上面の疎水性絶縁膜１１２と、によって隔てられている。
(Partition wall)
The
The inside of the
隔壁部１４としては、例えば、半導体製の板状部材、絶縁体製の板状部材、高分子材料製の板状部材等に、エッチング等によって開口部を形成することにより作成することができる。
また、隔壁部１４は、例えば、陽極酸化アルミナ等の、基板１１に対して略垂直方向に貫通する貫通孔を有する構造体であっても良い。
For example, the
Further, the
また、隔壁部１４は、基板１１と一体的に形成されていても良い。
すなわち、例えば、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いてフォトリソグラフィー法等により基板１１上に隔壁部１４を形成しても良いし、例えば、基板１１上に電極１２を形成する前に、基板１１上面にエッチング等により凹部を形成してそれを検出層２１（隔壁部１４の開口部）としても良いし、例えば、スクリーン印刷等により基板１１上に隔壁部１４としてガラス隔壁等を形成しても良い。
The
That is, for example, the
（透過膜）
透過膜１５は、例えば、平面視略矩形状に形成されており、例えば、基板１１（疎水性絶縁膜１１２）の上面に熱圧着されたり接着されたりして、基板１１上に固定されている。
(Permeable membrane)
The
透過膜１５における分析部１１１に対応する領域は、センサ部２０の透過層２２となっており、検出層２１と供給層２３とを隔てている。検出層２１と供給層２３とを透過層２２で隔てることによって、試料が気体試料である場合には、例えば、センサ部２０の使用中に検出層２１を満たす電解液が漏れてしまうのを防止したり、センサ部２０の使用中に検出層２１を満たす電解液が蒸発してしまうのを抑制したりすることができる。また、試料が液体試料である場合には、例えば、センサ部２０の使用の際に、検出層２１を満たす電解液と、供給層２２に供給される液体試料と、が混合してしまうのを防止することができる。
A region of the
供給層２３に供給された試料中の検出対象物質は、透過層２２（透過膜１５）を透過して検出層２１に移行し、検出層２１が備える酵素Ｅと反応するようになっている。したがって、透過膜１５は、少なくとも検出対象物質が透過する膜であれば任意であり、検出対象物質の種類によって適宜変更可能である。
特に、試料が気体試料である場合、透過膜１５としては、検出対象物質（検出対象ガス）は透過するが、電解液等の液体は透過しないガス透過膜が好ましい。
ここで、ガス透過膜としては、例えば、通気性を有するポリエチレン膜やテフロン膜などを用いることができる。
The detection target substance in the sample supplied to the
In particular, when the sample is a gas sample, the
Here, as the gas permeable film, for example, a polyethylene film or a Teflon film having air permeability can be used.
（スペーサ）
スペーサ１６は、例えば、平面視略矩形状に形成されており、分析部１１１に対応する領域に、上下方向に貫通する開口部を有している。スペーサ１６は、例えば、透過膜１５の上面に熱圧着や熱融着されたり接着されたりして、透過膜１５上に固定、或いは、絶縁性の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いてフォトリソグラフィー、スクリーン印刷等により形成されている。
スペーサ１６の開口部内が、センサ部２０の供給層２３となる。
(Spacer)
The
The inside of the opening of the
スペーサ１６は、透過膜１５と封止部材１７とを隔てて配置するために設けられている。これにより、封止部材１７を除去する際に、透過膜１５が傷付いたり透過膜１５も除去されたりするのを防止することができる。
なお、封止部材１７を除去する際に、透過膜１５が傷付いたり透過膜１５も除去されたりすることがないのであれば、スペーサ１６を省略して、透過膜１５上に直接、封止部材１７を配置しても良い。ここで、封止部材１７を除去する際に、透過膜１５が傷付いたり透過膜１５も除去されたりすることがない場合とは、例えば、透過膜１５として耐熱性の高い膜を用いるとともに、封止部材１７として耐熱性の低い部材を用いて、電圧印加等の熱で加熱することにより封止部材１７を除去する場合等である。
The
If the
スペーサ１６としては、例えば、半導体製の板状部材、絶縁体製の板状部材、高分子材料製の板状部材等に、エッチング等によって開口部を形成することにより作成することができる。
The
（封止部材）
封止部材１７は、例えば、平面視略矩形状に形成されており、例えば、スペーサ１６の上面に熱圧着されたり接着されたりして、スペーサ１６上に固定されている。
(Sealing member)
The sealing
封止部材１７は、複数のセンサ部２０それぞれを外部から遮断するために設けられている。したがって、センサ部２０を封止する封止部材１７が除去されるまでは、外部からそのセンサ部２０へ気体や液体が浸入することがなく、かつ、そのセンサ部２０から外部へ気体や液体が放出されることがない。これにより、検出層２１を満たす電解液が蒸発したり、検出層２１が備える酵素Ｅや電極１２が劣化（酸化等）したりするのを防止することができる。
The sealing
封止部材１７としては、センサ部２０を外部から遮断できるものであれば、すなわち、気体及び液体を透過しないものであれば任意であり、例えば、ガス不透過性の膜状部材などを用いることができる。
ここで、ガス不透過性の膜状部材としては、例えば、塩化ビニル膜などの高分子材料製の膜状部材、アルミ薄膜、これらに高分子材料をラミネートしたもの、特性の異なる高分子材料同士をラミネートしたもの、等を用いることができる。
The sealing
Here, examples of the gas-impermeable film-like member include a film-like member made of a polymer material such as a vinyl chloride film, an aluminum thin film, a laminate of the polymer material, and polymer materials having different characteristics. A laminate of these can be used.
（カバー部材）
カバー部材１８は、各センサ部２０に気体試料や液体試料を供給するための上下方向に貫通する供給口を有しており、当該供給口が分析部１１１に対応するように、封止部材１７の上面に配置又は形成されている。カバー部材１８は、例えば、封止部材１７の上面に熱圧着や熱融着されたり接着されたりして、封止部材１７上に固定、或いは、絶縁性の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いてフォトリソグラフィー、スクリーン印刷等により形成されている。
(Cover member)
The
カバー部材１８は、例えば、封止部材１７が意図しないときに除去されたり傷付いたりするのを防止するために設けられているとともに、マトリックスセンサ１０の外観から各センサ部２０の位置を認識可能とするために設けられている。
The
カバー部材１８としては、例えば、半導体製の板状部材、絶縁体製の板状部材、高分子材料製の板状部材等に、エッチング等によって開口部を形成することにより作成することができるし、或いは、絶縁性の光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いてフォトリソグラフィー、スクリーン印刷等により直接形成することもできる。
For example, the
＜封止除去部＞
封止除去部３０は、例えば、制御部５０から入力される制御信号に従って、除去手段として、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去する。
具体的には、封止除去部３０は、例えば、図２に示すように、封止部材１７を機械的に除去する針３１と、針３１を移動させる移動部３２と、移動部３２を移動させる駆動部３３と、などを備えて構成される。
<Seal removal part>
For example, the
Specifically, for example, as illustrated in FIG. 2, the
針３１は、例えば、針３１の軸が上下方向に対して略平行となるように、かつ、針３１の先端が下方（マトリックスセンサ１０側）を向くように、移動部３２に取り付けられている。
For example, the
移動部３２は、例えば、その先端に針３１が取り付けられており、例えば、マトリックスセンサ１０の上方に配置されている。そして、移動部３２は、例えば、上下方向、左右方向及び前後方向に移動できるようになっている。
The moving
駆動部３３は、例えば、この駆動部３３の駆動源から発生する力を用いて、針３１が取り付けられた移動部３２を上下方向、左右方向及び前後方向に移動させることによって、針３１の先端部を、制御部５０により指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７に刺し込んだり、封止部材１７から引き上げたりするためのものである。
The
ここで、移動部３２の上下方向の下限は、移動部３２の下方に配置されたマトリックスセンサ１０が備える封止部材１７を針３１で破って封止部材１７に穴を開けることができるように、かつ、マトリックスセンサ１０が備える透過膜１５に針３１が接触しないように、設定されている。
Here, the lower limit in the vertical direction of the moving
＜検出データ取得部＞
図８は検出データ取得部４０の駆動回路を示す図、図９は作用電極１２１に接続されたアドレシング可能な能動素子（ＡＣ）を示す回路図であり、図１０〜図１２は図９に示す能動素子（ＡＣ）の一例を示す回路図である。
<Detection data acquisition unit>
8 is a diagram illustrating a drive circuit of the detection
ここで、図８〜図１２において、“ＷＸＹ”はセンサ部（Ｘ，Ｙ）の作用電極１２１を示し、“ＲＸＹ”はセンサ部（Ｘ，Ｙ）の参照電極１２２を示し、“ＣＸＹ”はセンサ部（Ｘ，Ｙ）の対向電極１２３を示す。
8 to 12, “W XY ” indicates the working
検出データ取得部４０は、例えば、制御部５０から入力される制御信号に従って、取得手段として、指定されたセンサ部２０による検出データ（指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１と対向電極１２３との間に流れる電流量に基づく検出データ）を取得し、制御部５０に出力する。
すなわち、検出データ取得部４０は、例えば、指定されたセンサ部２０について、参照電極１２２に対して作用電極１２１に所定の電圧値の電圧を印加し、その際に作用電極１２１から出力される電流の電流値（応答電流値）を取得して、制御部５０に出力する。
The detection
That is, for example, the detection
具体的には、検出データ取得部４０は、例えば、図８に示すように、セレクト回路４１と、ポテンショスタット回路４２と、などを備えて構成される。
Specifically, the detection
セレクタ回路４１は、例えば、制御部５０から入力される制御信号に従って、制御部５０により指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１をＯＮする。
具体的には、セレクト回路４１は、例えば、図８に示すように、作用電極１２１とポテンショスタット回路４２との接続をＯＮ／ＯＦＦするセレクタスイッチ４１１と、制御部５０から入力される制御信号に従ってセレクタスイッチ４１１を制御する回路４１２（ドライブ回路（能動素子）及びシフトレジスタ回路）と、などを備えて構成される。
For example, the
Specifically, the
セレクタスイッチ４１１は、例えば、作用電極１２１と接続する能動素子（ＡＣ）などにより構成されている。
能動素子（ＡＣ）は、例えば、図９に示すように、マトリックスセンサ１０が有する作用電極１２１それぞれに対応して設けられており、信号線ＡＸと信号線ＢＹとに接続されてアドレシング可能となっている。
能動素子（ＡＣ）としては、例えば、図１０に示すような、２つのダイオードで構成された能動素子、図１１に示すような、コンデンサと接続した抵抗を持つダイオードで構成された能動素子、図１２に示すような、ＭＯＳトランジスタで構成された能動素子などを用いることができる。
The
Active elements (AC), for example, as shown in FIG. 9, can is provided corresponding to the working
As the active element (AC), for example, an active element composed of two diodes as shown in FIG. 10, an active element composed of a diode having a resistance connected to a capacitor as shown in FIG. An active element composed of MOS transistors as shown in FIG. 12 can be used.
シフトレジスタを含む回路４１２は、例えば、制御部５０から入力されるシリアル形式のデータをパラレル形式のデータに変換して、制御部５０により指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１がポテンショスタット回路４２と接続するように、セレクタスイッチ４１１を制御する。すなわち、制御部５０から送付されたセレクタ信号に対応する信号線ＡＸ及び信号線ＢＹを選択する。
具体的には、シフトレジスタを含む回路４１２は、例えば、制御部５０から行（Ｘ）と列（Ｙ）が指定されると、対応する信号線ＡＸ及び信号線ＢＹに信号を供給して、センサ部（Ｘ，Ｙ）が備える作用電極１２１（ＷＸＹ）と、ポテンショスタット回路４２と、の接続をＯＮする。
より具体的には、シフトレジスタを含む回路４１２は、例えば、制御部５０から「行（Ｘ）＝２、列（Ｙ）＝５」を選択する旨のデータが送付されると、信号線Ａ２及び信号線Ｂ５に信号を供給して、センサ部（２，５）が備える作用電極１２１（Ｗ２５）と、ポテンショスタット回路４２と、の接続をＯＮする。
The
Specifically,
More specifically, the
ポテンショスタット回路４２は、例えば、シングルチャンネルのポテンショスタット回路である。ポテンショスタット回路４２は、例えば、制御部５０から入力される制御信号に従って、参照電極１２２に対して作用電極１２１に所定の電圧値の電圧を印加し、その際に作用電極１２１から出力される電流の電流値（応答電流値）を取得して、制御部５０に出力する。
ポテンショスタット回路４２は、制御部５０からの信号及びデータにより、順次、Ｄ／Ａ変換器４１２、制御アンプ４２２、電位計測回路４２３へ電圧を設定・出力、及びそれに同期させてセレクタスイッチ４１１を切り替えて対応する作用電極１２１を選択して順次連続的に電流値を取り込むことにより、シングルチャンネルで複数のセンサの出力を取り込むことができ、マルチチャンネル回路の役割を果たすことができる。したがって、コスト及び面積を大幅に削減することができる。
具体的には、ポテンショスタット回路４２は、例えば、図８に示すように、Ｄ／Ａ変換器４２１と、制御アンプ４２２と、電位計測回路４２３と、電流電圧変換回路４２４と、Ａ／Ｄ変換器４２５と、などを備えて構成される。
The
The
Specifically, the
Ｄ／Ａ変換器４２１は、例えば、制御部５０から所定の電圧値に関するデジタル信号が入力されると、そのデジタル信号をアナログ信号に変換して、対向電極１２３の制御アンプ４２２にその所定の電圧値の電圧信号を出力する。
対向電極１２３の制御アンプ４２２は、例えば、参照電極１２２の電位を計測する電位計測回路４２３と接続されており、参照電極１２２の電位を基準にして、Ｄ／Ａ変換器４２１から入力された電圧データに相当する電圧値を、対向電極１２３に印加する。
そして、その際に作用電極１２１から出力される応答電流は、例えば、電流電圧変換回路４２４で電圧信号（アナログ信号）に変換され、Ａ／Ｄ変換器４２５でデジタル信号に変換されて、制御部５０に出力されるようになっている。
For example, when a digital signal related to a predetermined voltage value is input from the
The
Then, the response current output from the working
＜制御部＞
制御部５０は、例えば、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５２と、記憶部５３と、などを備えている。
<Control unit>
For example, as shown in FIG. 1, the
ＣＰＵ５１は、例えば、記憶部５３に記憶されたセンサシステム１用の各種処理プログラムに従って各種の制御動作を行う。
For example, the
ＲＡＭ５２は、例えば、ＣＰＵ５１によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備える。
The
記憶部５３は、例えば、センサシステム１で実行可能なシステムプログラム、当該システムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ５１によって演算処理された処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部５３に記憶されている。
The
具体的には、記憶部５３は、例えば、図１に示すように、劣化判断プログラム５３１と、センサ部指定プログラム５３２と、封止除去制御プログラム５３３と、検出データ取得制御プログラム５３４と、濃度算出プログラム５３５と、などを記憶している。
Specifically, for example, as illustrated in FIG. 1, the
劣化判断プログラム５３１は、例えば、封止除去部３０により封止部材１７が除去されたセンサ部２０が劣化しているか否か判断する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
For example, the
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサ部２０に対応する封止部材１７が除去されてからの期間が、予め設定された“センサ部２０の有効使用期間”を超えたか否か判断する。そして、センサ部２０の有効使用期間を超えたと判断した場合に、そのセンサ部２０が劣化していると判断する。
Specifically, for example, the
ここで、センサ部２０は、センサ部２０を封止する封止部材１７が除去されると、検出層２１を満たす電解液が蒸発したり検出層２１が備える酵素Ｅや電極１２が劣化（酸化等）したりして、感度が低下していく。したがって、センサ部２０の有効使用期間としては、例えば、封止部材１７を除去してからセンサ部２０の感度の低下の度合いが予め設定された“許容感度範囲”を超えるまでに要する一般的な期間等を予め計測して、メモリ部６０に記憶しておき、それを用いるのが好ましい。
ＣＰＵ５１は、かかる劣化判断プログラム５３１を実行することによって、判断手段として機能する。
Here, when the sealing
The
センサ部指定プログラム５３２は、例えば、複数のセンサ部２０のうちの、所定のセンサ部２０（例えば、所定の一のセンサ部２０）を指定する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
The sensor
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、劣化判断プログラム５３１を実行したＣＰＵ５１によりセンサ部２０が劣化していると判断された場合に、予め設定された“使用するセンサ部２０の順番”に従ってセンサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０）を指定する。
Specifically, for example, when the
ここで、使用するセンサ部２０の順番は任意であり、具体的には、例えば、“センサ部（１，１）→センサ部（１，２）→・・・→センサ部（１，５）→センサ部（２，１）→センサ部（２，２）→・・・→センサ部（２，５）→センサ部（３，１）→センサ部（３，２）→・・・→センサ部（３，５）→センサ部（４，１）→センサ部（４，２）→・・・→センサ部（４，５）→センサ部（５，１）→センサ部（５，２）→・・・→センサ部（５，５）”等である。使用するセンサ部２０の順番は、例えば、メモリ部６０に記憶されている。
ＣＰＵ５１は、かかるセンサ部指定プログラム５３２を実行することによって、指定手段として機能する。
Here, the order of the
The
封止除去制御プログラム５３３は、例えば、封止除去部３０に制御信号を入力して、センサ部指定プログラム５３２を実行したＣＰＵ５１により指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去させる機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
The seal
ここで、封止除去部３０が備える移動部３２の左右方向及び前後方向の初期位置は、例えば、針３１がセンサ部（１，１）の直上に位置するように設定されているとともに、移動部３２の上下方向の初期位置は、針３１の先端がマトリックスセンサ１０のカバー部材１８よりも上側に位置するように設定されている。ＣＰＵ７１が封止除去部３０を制御することによって、移動部３２は、例えば、左右方向及び前後方向の初期位置から指定されたセンサ部２０の直上まで移動し、次いで、上下方向の初期位置から下方向に移動して針３１で封止部材１７を除去し、次いで、上下方向の初期位置に戻って、左右方向及び前後方向の初期位置に戻るように移動するようになっている。
Here, the initial positions in the left-right direction and the front-rear direction of the moving
検出データ取得制御プログラム５３４は、例えば、検出データ取得部４０に制御信号を入力して、センサ部指定プログラム５３２を実行したＣＰＵ５１により指定されたセンサ部２０（封止部材１７が除去されたセンサ部２０）による検出データを取得させ、制御部５０に出力させる機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
なお、ＣＰＵ５１は、検出データ取得部４０から入力された検出データを、例えば、メモリ部６０に記憶させたり、表示部８０に表示させたりするようになっている。
The detection data
Note that the
ここで、マトリックスセンサ１０に対する試料の供給方法は、センサ部２０の供給層２３に試料が供給されるのであれば任意であり、具体的には、例えば、マトリックスセンサ１０を試料中に放置して、供給層２３に対して自然に試料を供給するようにしても良いし、チューブやキャピラリなどを用いて、マトリックスセンサ１０の上面全体に試料を吹き付けたり、使用するセンサ部２０の上面に試料を吹き付けたりして、供給層２３に対して強制的に試料を供給するようにしても良い。なお、強制的に試料を供給する場合は、試料の供給速度は一定であるのが好ましい。
供給層２３に対して強制的に試料を供給する場合、試料を吹き付ける試料供給装置は、センサシステム１に備えられていても良いし、センサシステム１の外部装置であっても良い。なお、試料供給装置がセンサシステム１に備えられている場合は、例えば、検出データ取得制御プログラム５３４を実行したＣＰＵ５１が、検出データ取得部４０を制御して、指定されたセンサ部２０による検出データを取得させるとともに、試料供給装置を制御して、指定されたセンサ部２０の供給層２３に試料を供給させることとする。また、試料供給装置がセンサシステム１に備えられている場合は、試料供給装置をマトリックスセンサ１０に公知のＭＥＭＳ等の微細加工技術を用いて一体型として直接形成して構成することもできる。
Here, the method of supplying the sample to the
When the sample is forcibly supplied to the
濃度算出プログラム５３５は、例えば、検出データ取得部４０により取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
For example, the
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、予め取得された“検量線”と、検出データ取得部４０により取得された検出データ（応答電流値）と、に基づいて、検出対象物質の濃度を算出する。
Specifically, for example, the
ここで、検量線は、例えば、横軸を検出対象物質（基質）の濃度、縦軸を応答電流として、センサ部２０を使用して予め作成された検量線であり、例えば、メモリ部６０に記憶されている。
なお、ＣＰＵ５１は、算出された検出対象物質の濃度を、例えば、メモリ部６０に記憶させたり、表示部８０に表示させたりするようになっている。
また、ＣＰＵ５１は、検量線と、検出データと、に基づいて、検出対象物質の濃度を算出できない場合、例えば、所定のエラー表示を表示部８０に表示させるようになっている。
ＣＰＵ５１は、かかる濃度算出プログラム５３５を実行することによって、算出手段として機能する。
Here, the calibration curve is a calibration curve created in advance using the
Note that the
Further, when the concentration of the detection target substance cannot be calculated based on the calibration curve and the detection data, the
The
＜メモリ部＞
メモリ部６０は、例えば、磁気的記録媒体、光学的記録媒体、或いは、半導体メモリで構成され、例えば、制御部５０から入力される制御信号に従って、所定のデータを記憶する。
<Memory part>
The
＜操作部＞
操作部７０は、例えば、操作キーなどから構成され、ユーザにより操作されると、当該操作信号を制御部５０に出力する。なお、操作部７０は、必要に応じてマウスやタッチパネルなどのポインティングデバイス、リモートコントローラ等、その他の操作装置を備えるものとしても良い。
<Operation unit>
The
＜表示部＞
表示部８０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルなどから構成され、例えば、制御部５０から入力される制御信号に従って、所与の表示処理を行う。
<Display section>
The
なお、センサシステム１は公知の半導体技術を用いてチップ上に一体型として構成しても良い。こうすることにより、小型化することができ、携帯用製機器等に組み込む、或いは、大量のセンサシステム１からのデータを無線により取得して常時モニタリングすることなどもでき、環境計測や健康モニタリング等の用途への応用が可能となる。
The
＜検出対象物質濃度測定処理＞
センサシステム１による検出対象物質の濃度の測定に関する処理の一例について、図１３のフローチャートを参照して説明する。
<Detection target substance concentration measurement process>
An example of processing related to the measurement of the concentration of the detection target substance by the
まず、例えば、ユーザによる操作部７０の操作によって、試料中の検出対象物質の濃度を測定するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が未使用のマトリックスセンサであるか否か（すなわち、センサシステム１中のマトリックスセンサ１０が備える全てのセンサ部２０が封止部材１７で封止されているか否か）を判断する（ステップＳ１１）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が未使用のマトリックスセンサであるか否か判断する。
ここで、使用履歴とは、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を識別するためのマトリックスセンサ識別情報と、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報と、その封止部材１７が除去された日時と、などが対応付けられた情報であり、例えば、メモリ部６０に記憶されている。
First, for example, when the user instructs to measure the concentration of the detection target substance in the sample by operating the
Specifically, the
Here, the usage history is, for example, matrix sensor identification information for identifying the
ステップＳ１１で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０は未使用のマトリックスセンサであると判断すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ１５の処理に移行する。
If it is determined in step S11 that the
一方、ステップＳ１１で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０は未使用のマトリックスセンサでないと判断すると（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、劣化判断プログラム５３１を実行して、前回の検出に使用したセンサ部２０（封止部材１７が除去されたセンサ部２０）が劣化しているか否か判断する（ステップＳ１２）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去された日時）”に基づいて、前回の検出に使用したセンサ部２０が劣化しているか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S11 that the
Specifically, the
ステップＳ１２で、前回の検出に使用したセンサ部２０は劣化していないと判断すると（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２を実行して、その前回の検出に使用したセンサ部２０を指定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１７の処理に移行する。
If it is determined in step S12 that the
一方、ステップＳ１２で、前回の検出に使用したセンサ部２０は劣化していると判断すると（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する（ステップＳ１４）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S12 that the
Specifically, the
ステップＳ１４で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０がないと判断すると（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換する旨の所定の表示を表示部８０に表示させる等して、ユーザに、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換するよう促す。
If it is determined in step S14 that there is no
Then, for example, the
一方、ステップＳ１４で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があると判断すると（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２を実行して、予め設定された使用するセンサ部２０の順番に従って、センサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０）を指定する（ステップＳ１５）。
On the other hand, if it is determined in step S14 that there is a
次いで、ＣＰＵ５１は、封止除去制御プログラム５３３を実行して、封止除去部３０に、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去させる（ステップＳ１６）。
Next, the
次いで、ＣＰＵ５１は、検出データ取得制御プログラム５３４を実行して、検出データ取得部４０に、指定されたセンサ部２０による検出データを取得させる（ステップＳ１７）。
具体的には、例えば、作用電極１２１への電圧印加を開始し、供給層２３に対して強制的に試料を供給する場合は供給層２３への試料供給を開始する。そして、その作用電極１２１からの応答電流が平衡に達すると、電圧印加を終了し、供給層２３に対して強制的に試料を供給していた場合はその供給を終了する。この一連の処理を指定されたセンサ部２０に対して行う。
Next, the
Specifically, for example, when voltage application to the working
次いで、ＣＰＵ５１は、濃度算出プログラム５３５を実行して、取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出し（ステップＳ１８）、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、ステップＳ１７で取得された検出データやステップＳ１８で算出した検出対象物質の濃度をメモリ部６０に記憶させたり表示部８０に表示させたりする。
無論、ステップＳ１１〜ステップＳ１８の間に、ユーザによる操作部７０の操作等によって、検出対象物質の濃度の測定を中止するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、その時点で、本処理を終了する。
Next, the
Then, for example, the
Of course, if it is instructed to stop the measurement of the concentration of the detection target substance by the operation of the
以上説明した第１の実施の形態におけるセンサシステム１によれば、２次元マトリックス状に配置された複数のセンサ部２０と、複数のセンサ部２０それぞれを外部から遮断する封止部材１７と、を有するマトリックスセンサ１０と、複数のセンサ部２０のうちの、所定のセンサ部２０を指定するセンサ部指定プログラム５３２を実行したＣＰＵ５１と、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去する封止除去部３０と、指定されたセンサ部２０による検出データを取得する検出データ取得部４０と、を備えている。
According to the
具体的には、第１の実施の形態におけるセンサシステム１は、基板１１と、基板１１上に、２次元マトリックス状に配置された複数のセンサ部２０と、基板１１上に配置され、センサ部２０，２０同士を隔てる隔壁部１４と、センサ部２０の基板１１と対向する側の面を封止することによって、複数のセンサ部２０それぞれを外部から遮断する封止部材１７と、を有するマトリックスセンサ１０と、複数のセンサ部２０のうちの、所定のセンサ部２０を指定するセンサ部指定プログラム５３２を実行したＣＰＵ５１と、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去する封止除去部３０と、指定されたセンサ部２０による検出データを取得する検出データ取得部４０と、を備え、センサ部２０は、電解液と、検出対象物質と選択的に反応する反応物質（生体物質）としての酵素Ｅと、を含有した状態で、封止部材１７により外部から遮断されている。
すなわち、封止部材１７によりセンサ部２０が外部から遮断されているため、指定されて封止部材１７が除去されるまでは大気等への曝露に伴うセンサ部２０の劣化を防止することができるとともに、複数のセンサ部２０のうちの指定されたセンサ部２０のみを使用するため、指定されて使用されるまでは使用に伴うセンサ部２０の劣化を防止することができる。さらに、マトリックスセンサ１０が備える複数のセンサ部２０全てを同時に使用するのではなく、複数のセンサ部２０のうちの指定されたセンサ部２０のみを使用（封止部材１７を除去して使用）するため、複数のセンサ部２０全てを使い切るまでは、マトリックスセンサ１０は使用可能である。したがって、個々のセンサ部の寿命が短いものであっても、マトリックスセンサ１０のセンサとしての寿命を大幅に増加することができる。
また、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７の除去が自動的に行われるため、検出時にユーザが封止部材１７を除去する等の手間がなくなって、検出時の煩わしさを低減することができる。
Specifically, the
That is, since the
Further, since the sealing
また、以上説明した第１の実施の形態におけるセンサシステム１によれば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０が劣化しているか否か判断する劣化判断プログラム５３１を実行したＣＰＵ５１を備え、センサ部指定プログラム５３２を実行したＣＰＵ５１は、センサ部２０が劣化していると判断された場合に、封止部材１７が除去されていないセンサ部２０を指定するようになっている。
すなわち、複数のセンサ部２０のうちの指定されたセンサ部２０のみを使用（封止部材１７を除去して使用）し、そのセンサ部２０が劣化すると、次に使用するセンサ部２０(封止部材１７が除去されていないセンサ部２０)を指定するようになっているため、マトリックスセンサ１０のセンサとしての寿命を大幅に増加することができるとともに、マトリックスセンサ１０のセンサとしての信頼性を高めることができる。
Moreover, according to the
That is, only the designated
また、以上説明した第１の実施の形態におけるマトリックスセンサ１０によれば、基板１１と、基板１１上に、２次元マトリックス状に配置された複数のセンサ部２０と、基板１１上に配置され、センサ部２０，２０同士を隔てる隔壁部１４と、を備え、センサ部２０は、基板１１上に配置された検出素子としての電極１２と、電極１２上に配置され、少なくとも基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａを有する多孔体１３と、多孔体１３の細孔１３ａの内部に担持され、検出対象物質と選択的に反応する反応物質（生体物質）としての酵素Ｅと、を有し、その反応に伴う所定の変化を電極１２により検出するようになっている。
すなわち、検出対象物質と選択的に反応する酵素Ｅを多孔体１３に固定しているため、酵素Ｅを電極１２上に直接固定する場合と比較して、センサ部２０が備える酵素Ｅの量が増加し、マトリックスセンサ１０を小型化しても、センサ部２０が高感度となる。
したがって、酵素Ｅを電極１２上に直接固定する場合と比較して、より小型の高感度マトリックスセンサ１０の提供が可能となるため、好適である。
さらに、多孔体１３は、基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａを有する多孔体であるため、反応物質（酵素Ｅ）を適度に分散でき、しかも、基質や生成物の拡散性が良いので、センサ感度の向上が期待できる。
Further, according to the
That is, since the enzyme E that selectively reacts with the detection target substance is fixed to the
Therefore, as compared with the case where the enzyme E is directly fixed on the
Furthermore, since the
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態におけるセンサシステム１Ａ及びセンサシステム１Ａが備えるマトリックスセンサ１０Ａについて説明する。
なお、第２の実施の形態のセンサシステム１Ａは、マトリックスセンサ１０Ａが、複数のセンサ部２０として、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えている点が、第１の実施の形態のセンサシステム１と異なる。したがって、異なる箇所のみについて説明し、その他の共通する部分は同一符号を付して説明する。
[Second Embodiment]
Next, the
In the
＜センサシステム＞
図１４は第２の実施の形態のセンサシステム１Ａの機能的構成を示すブロック図である。
<Sensor system>
FIG. 14 is a block diagram illustrating a functional configuration of the
センサシステム１Ａは、例えば、マトリックスセンサ１０Ａと、封止除去部３０と、検出データ取得部４０と、制御部５０Ａと、メモリ部６０と、操作部７０と、表示部８０と、などを備えて構成される。
The
＜マトリックスセンサ＞
図１５はマトリックスセンサ１０Ａの平面斜視図、図１６はマトリックスセンサ１０Ａの分解図、図１７は図１５のXVII−XVII線における断面図である。
<Matrix sensor>
15 is a plan perspective view of the
マトリックスセンサ１０Ａは、例えば、検出対象物質を検出可能な検出濃度範囲が異なる５種類のセンサ部２０を備えている。
具体的には、センサシステム１Ａにおいて、マトリックスセンサ１０Ａが備える２５個のセンサ部２０は、例えば、列が同一のセンサ部２０，２０同士は検出濃度範囲が同一であり、列が異なるセンサ部２０，２０同士は検出濃度範囲が異なることとする。すなわち、例えば、センサ部（１，１）、（２，１）、（３，１）、（４，１）、（５，１）（＝センサ部（Ｘ，１））の検出濃度範囲はそれぞれ同一であり、センサ部（１，２）、（２，２）、（３，２）、（４，２）、（５，２）（＝センサ部（Ｘ，２））の検出濃度範囲はそれぞれ同一であり、センサ部（１，３）、（２，３）、（３，３）、（４，３）、（５，３）（＝センサ部（Ｘ，３））の検出濃度範囲はそれぞれ同一であり、センサ部（１，４）、（２，４）、（３，４）、（４，４）、（５，４）（＝センサ部（Ｘ，４））の検出濃度範囲はそれぞれ同一であり、センサ部（１，５）、（２，５）、（３，５）、（４，５）、（５，５）（＝センサ部（Ｘ，５））の検出濃度範囲はそれぞれ同一であるとともに、センサ部（Ｘ，１）と、センサ部（Ｘ，２）と、センサ部（Ｘ，３）と、センサ部（Ｘ，４）と、センサ部（Ｘ，５）と、はそれぞれ検出濃度範囲が異なることとする。
The
Specifically, in the
そして、センサシステム１Ａにおいて、マトリックスセンサ１０Ａが備える２５個のセンサ部２０は、例えば、行が同一のセンサ部２０，２０同士はグルーピングされていることとする。すなわち、２５個のセンサ部２０は、例えば、センサ部（１，Ｙ）のグループと、センサ部（２，Ｙ）のグループと、センサ部（３，Ｙ）のグループと、センサ部（４，Ｙ）のグループと、センサ部（５，Ｙ）のグループと、のグルーピングされていることとする。
したがって、一のグループに所属する５個のセンサ部２０は、検出濃度範囲が異なる５種類のセンサ部２０を含んでいることになる。
In the
Therefore, the five
具体的には、マトリックスセンサ１０Ａは、例えば、基板１１と、電極１２（作用電極１２１、参照電極１２２及び対向電極１２３）と、多孔体１３と、酵素Ｅと、隔壁部１４と、透過膜１５と、透過膜１５上に配置された調整用透過膜１９と、スペーサ１６と、封止部材１７と、カバー部材１８と、などを備えて構成される。
Specifically, the
（調整用透過膜）
調整用透過膜１９は、例えば、平面視略矩形状に形成されており、平面視におけるサイズが、分析部１１１を被覆可能なサイズとなるよう設定されている。調整用透過膜１９は、例えば、調整用透過膜１９における分析部１１１に対応する領域以外の領域が、透過膜１５の上面に熱圧着されたり接着されたりして、透過膜１５上に固定されている。
(Permeation membrane for adjustment)
The adjustment
透過膜１５における分析部１１１に対応する領域、或いは、調整用透過膜１９及び透過膜１５における分析部１１１に対応する領域は、センサ部２０の透過層２２となっており、検出層２１と供給層２３とを隔てている。
調整用透過膜１９は、センサ部２０の検出濃度範囲を調整するためのものである。センサ部２０の検出濃度範囲は、透過層２２及び検出層２１中での検出対象物質の拡散に依存する。すなわち、検出対象物質が拡散しやすい場合には、センサ部２０の検出濃度範囲は低濃度側となり、検出対象物質が拡散しにくい場合には、センサ部２０の検出濃度範囲は高濃度側となる。したがって、調整用透過膜１９により検出対象物質が透過層２２を透過する際の透過率を変えることによって、センサ部２０の検出濃度範囲を変えることができる。
The region corresponding to the
The adjustment
マトリックスセンサ１０Ａが備える調整用透過膜１９の種類は、例えば、第１調整用透過膜と、第１調整用透過膜よりも検出対象物質が透過しにくい（第１調整用透過膜よりも透過係数が低い）第２調整用透過膜と、第２調整用透過膜よりも透過係数が低い第３調整用透過膜と、第３調整用透過膜よりも透過係数が低い第４調整用透過膜と、の４種類であり、例えば、第１調整用透過膜はセンサ部（Ｘ，２）に対応する位置に備えられ、第２調整用透過膜はセンサ部（Ｘ，３）に対応する位置に備えられ、第３調整用透過膜はセンサ部（Ｘ，４）に対応する位置に備えられ、第４調整用透過膜はセンサ部（Ｘ，５）に対応する位置に備えられている。
したがって、検出対象物質が透過層２２を透過する際の透過率は、センサ部（Ｘ，１）＞センサ部（Ｘ，２）＞センサ部（Ｘ，３）＞センサ部（Ｘ，４）＞センサ部（Ｘ，５）となっており、センサ部（Ｘ，１）の検出濃度範囲が最も低濃度側であり、センサ部（Ｘ，５）の検出濃度範囲が最も高濃度側となっている。
The type of the adjustment
Therefore, the transmittance when the detection target substance passes through the
供給層２３に供給された試料中の検出対象物質は、透過層２２（透過膜１５、或いは、調整用透過膜１９及び透過膜１５）を透過して検出層２１に移行し、検出層２１が備える酵素Ｅと反応するようになっている。したがって、調整用透過膜１９は、少なくとも検出対象物質が透過する膜であれば任意であり、検出対象物質の種類によって適宜変更可能である。
特に、試料が気体試料である場合には、調整用透過膜１９としては、検出対象物質（検出対象ガス）は透過するが、電解液等の液体は透過しないガス透過膜が好ましい。
ここで、ガス透過膜としては、例えば、通気性を有するポリエチレン膜やテフロン膜などを用いることができる。
The detection target substance in the sample supplied to the
In particular, when the sample is a gas sample, the adjustment
Here, as the gas permeable film, for example, a polyethylene film or a Teflon film having air permeability can be used.
＜制御部＞
制御部５０Ａは、例えば、図１４に示すように、ＣＰＵ５１と、ＲＡＭ５２と、記憶部５３Ａと、などを備えている。
<Control unit>
For example, as shown in FIG. 14, the
記憶部５３Ａは、例えば、図１４に示すように、劣化判断プログラム５３１と、センサ部指定プログラム５３２Ａと、封止除去制御プログラム５３３と、検出データ取得制御プログラム５３４と、濃度算出プログラム５３５Ａと、などを記憶している。
For example, as shown in FIG. 14, the
センサ部指定プログラム５３２Ａは、例えば、複数のセンサ部２０のうちの、所定のグループ（例えば、所定の一のグループ）に所属するセンサ部２０を指定する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
For example, the sensor
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、劣化判断プログラム５３１を実行したＣＰＵ５１によりセンサ部２０が劣化していると判断された場合に、予め設定された“使用するグループの順番”に従ってグループを選択し、その選択されたグループに所属するセンサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０）を指定する。
ここで、使用するグループの順番は任意であり、具体的には、例えば、“センサ部（１，Ｙ）グループ→センサ部（２，Ｙ）グループ→センサ部（３，Ｙ）グループ→センサ部（４，Ｙ）グループ→センサ部（５，Ｙ）”等である。
ＣＰＵ５１は、かかるセンサ部指定プログラム５３２Ａを実行することによって、指定手段として機能する。
Specifically, for example, when the
Here, the order of the groups to be used is arbitrary. Specifically, for example, “sensor part (1, Y) group → sensor part (2, Y) group → sensor part (3, Y) group → sensor part” (4, Y) group → sensor part (5, Y) ″ and the like.
The
センサ部指定プログラム５３２Ａを実行したＣＰＵ５１により、例えば、所定の一のグループに所属するセンサ部２０が指定されるため、封止除去部３０は、その一のグループに所属する５種類のセンサ部２０（検出濃度範囲が異なる５種類のセンサ部２０）それぞれに対応する封止部材１７を除去し、検出データ取得部４０は、その一のグループに所属する５種類のセンサ部２０（検出濃度範囲が異なる５種類のセンサ部２０）それぞれによる検出データを取得することとなる。
For example, the
濃度算出プログラム５３５Ａは、例えば、検出データ取得部４０により取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
For example, the
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、予め設定された“許容電流範囲”と、検出データ取得部４０により取得された５種類のセンサ部２０それぞれによる検出データ（応答電流値）と、に基づいて、この５種類のセンサ部２０の中から最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０を決定する。
Specifically, the
ここで、センサ部２０の検量線として、例えば、図１８に示すような検量線を取得した場合、ＣＰＵ５１は、例えば、検出濃度範囲をＣ１〜Ｃ４と判断し、検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲をＩ１〜Ｉ４と決定する。
そして、検出濃度範囲が異なる５種類のセンサ部２０それぞれの検量線として、例えば、図１９に示すような検量線（検出濃度範囲が異なる５種類のセンサ部２０（例えば、センサ部Ａ、センサ部Ｂ、センサ部Ｃ、センサ部Ｄ、センサ部Ｅ）それぞれの検量線）を取得した場合、ＣＰＵ５１は、例えば、各検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲をそれぞれ決定し、許容電流範囲として、各検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲の全てに収まる範囲（例えば、Ｉ２〜Ｉ３）を決定する。なお、許容電流範囲は、各検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲の全てに収まる範囲、すなわち、センサ部Ａの検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲と、センサ部Ｂの検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲と、センサ部Ｃの検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲と、センサ部Ｄの検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲と、センサ部Ｅの検出濃度範囲に対応する応答電流の範囲と、の全てに収まる範囲であれば任意である。
そして、ＣＰＵ５１は、決定した許容電流範囲（Ｉ２〜Ｉ３）と、検出データ取得部４０により取得された５種類のセンサ部２０それぞれによる応答電流値と、を比較して、応答電流値が許容電流範囲内にあるセンサ部２０を、最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０として決定する。すなわち、例えば、センサ部（１，１）、（１，２）による応答電流値が“応答電流値＞Ｉ３”であり、センサ部（１，３）による応答電流値が“Ｉ２≦応答電流値≦Ｉ３”であり、センサ部（１，４）、（１，５）による応答電流値が“応答電流値＜Ｉ２”である場合、ＣＰＵ５１は、最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０としてセンサ部（１,３）を決定する。
Here, for example, when a calibration curve as shown in FIG. 18 is acquired as the calibration curve of the
And as a calibration curve of each of the five types of
Then, the
次いで、ＣＰＵ５１は、例えば、予め取得された“検量線”のうちの、その決定されたセンサ部２０の検出濃度範囲に対応する検量線と、その決定されたセンサ部２０による検出データ（平衡状態での応答電流値）と、に基づいて、検出対象物質の濃度を算出する。
なお、最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０として複数のセンサ部２０が決定された場合、ＣＰＵ５１は、例えば、その決定された複数のセンサ部２０のうちの一のセンサ部２０を選択し、その選択した一のセンサ部２０による検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出しても良いし、その決定された複数のセンサ部２０それぞれによる検出データに基づいて、検出対象物質の濃度をそれぞれ求め、その求めた濃度を用いて所定の統計処理（例えば、平均値を求める処理）を行い、その所定の統計処理の結果を、算出された検出対象物質の濃度としても良い。
ＣＰＵ５１は、かかる濃度算出プログラム５３５Ａを実行することによって、算出手段として機能する。
Next, the
When a plurality of
The
なお、所定の統計処理は、平均値を求める処理に限ることはなく、例えば、中間値を求める処理であっても良いし、平均や分散、標準偏差などから値の確からしさを求める処理であっても良いし、各検出データを加算する処理であっても良いし、各検出データの差分を取る処理であっても良い。
ここで、各検出データを加算する処理とは、例えば、検出対象物質が異なるセンサ部２０を複数用意して、各センサ部２０による検出データの和を取る処理である。具体的には、センサ部Ａの検出対象物質がホルムアルデヒドであり、センサ部Ｂの検出対象物質がベンゼンであり、センサ部Ｃの検出対象物質がキシレンであり、センサ部Ｄの検出対象物質がトルエンである場合、各センサ部２０による検出データの和をＶＯＣ（揮発性有機化合物）と定義して、この和に基づいて、ＶＯＣの濃度を算出することができる。
また、各検出データの差分を取る処理とは、例えば、検出対象物質が異なるセンサ部２０を複数用意して、各センサ部２０による検出データの差を取る処理である。具体的には、センサ部Ａの検出対象物質が水素化合物及び硫黄系物質であり、センサ部Ｂの検出対象物質が硫黄系物質のみである場合、各センサ部２０の検出データの差に基づいて、水素化合物の濃度を算出することができる。
The predetermined statistical process is not limited to the process of obtaining an average value, and may be, for example, a process of obtaining an intermediate value, or a process of obtaining a probability of a value from an average, variance, standard deviation, or the like. Alternatively, it may be a process of adding each detection data, or a process of obtaining a difference between each detection data.
Here, the process of adding each detection data is, for example, a process of preparing a plurality of
Moreover, the process which takes the difference of each detection data is a process which prepares the
＜検出対象物質濃度測定処理＞
センサシステム１Ａによる検出対象物質の濃度の測定に関する処理の一例について、図２０のフローチャートを参照して説明する。
<Detection target substance concentration measurement process>
An example of processing related to the measurement of the concentration of the detection target substance by the
まず、例えば、ユーザによる操作部７０の操作によって、試料中の検出対象物質の濃度を測定するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａが未使用のマトリックスセンサであるか否か（すなわち、センサシステム１Ａ中のマトリックスセンサ１０Ａが備える全てのセンサ部２０が封止部材１７で封止されているか否か）を判断する（ステップＳ２１）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａの“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０Ａが未使用のマトリックスセンサであるか否か判断する。
First, for example, when the user instructs to measure the concentration of the detection target substance in the sample by operating the
Specifically, the
ステップＳ２１で、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａは未使用のマトリックスセンサであると判断すると（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ２５の処理に移行する。
If it is determined in step S21 that the
一方、ステップＳ２１で、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａは未使用のマトリックスセンサでないと判断すると（ステップＳ２１；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、劣化判断プログラム５３１を実行して、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０（封止部材１７が除去されたセンサ部２０）が劣化しているか否か判断する（ステップＳ２２）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａの“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去された日時）”に基づいて、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０が劣化しているか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S21 that the
Specifically, the
ステップＳ２２で、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０は劣化していないと判断すると（ステップＳ２２；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２Ａを実行して、その前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０を指定し（ステップＳ２３）、ステップＳ２７の処理に移行する。
If it is determined in step S22 that the
一方、ステップＳ２２で、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０は劣化していると判断すると（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａが備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する（ステップＳ２４）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａの“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０Ａが備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S22 that the
Specifically, the
ステップＳ２４で、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａが備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０がないと判断すると（ステップＳ２４；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａを交換する旨の所定の表示を表示部８０に表示させる等して、ユーザに、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換するよう促す。
When it is determined in step S24 that there is no
Then, for example, the
一方、ステップＳ２４で、センサシステム１Ａに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ａが備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があると判断すると（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２Ａを実行して、予め設定された使用するグループの順番に従ってグループを選択し、その選択したグループに所属するセンサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０であって、検出濃度範囲が異なる各種類のセンサ部２０）を指定する（ステップＳ２５）。
On the other hand, when it is determined in step S24 that there is a
次いで、ＣＰＵ５１は、封止除去制御プログラム５３３を実行して、封止除去部３０に、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去させる（ステップＳ２６）。
Next, the
次いで、ＣＰＵ５１は、検出データ取得制御プログラム５３４を実行して、検出データ取得部４０に、指定されたセンサ部２０による検出データを取得させる（ステップＳ２７）。
具体的には、例えば、指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１を選択して、その作用電極１２１への電圧印加を開始し、供給層２３に対して強制的に試料を供給する場合は供給層２３への試料供給を開始する。そして、その作用電極１２１からの応答電流が平衡に達すると、チャンネルを切り替えて順次指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１を選択し、同様の操作を繰り返す。そして、電圧印加を終了し、供給層２３に対して強制的に試料を供給していた場合はその供給を終了する。この一連の処理を指定されたセンサ部２０全てに対して行う。
なお、パルスボルタンメトリーの手法を使って、連続的に作用電極１２１を順次切り替えていき、各シーケンスに対応して適切なパルスを順次印加することにより、短時間で全チャンネルからの応答を取得することもできる。
Next, the
Specifically, for example, when the working
In addition, the response from all the channels can be acquired in a short time by sequentially switching the working
次いで、ＣＰＵ５１は、濃度算出プログラム５３５Ａを実行して、取得された検出データに基づいて、各種類のセンサ部２０の中から最適な検出濃度範囲を有するセンサ部を決定し（ステップＳ２８）、その決定された最適な検出濃度範囲を有するセンサ部による検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出し（ステップＳ２９）、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、ステップＳ２７で取得された検出データやステップＳ２９で算出した検出対象物質の濃度をメモリ部６０に記憶させたり表示部８０に表示させたりする。
無論、ステップＳ２１〜ステップＳ２９の間に、ユーザによる操作部７０の操作等によって、検出対象物質の濃度の測定を中止するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、その時点で、本処理を終了する。
Next, the
Then, for example, the
Of course, during steps S21 to S29, if the user instructs to stop the measurement of the concentration of the detection target substance by operating the
以上説明した第２の実施の形態におけるセンサシステム１Ａによれば、検出対象物質を検出する複数のセンサ部２０と、センサ部２０による検出データを取得する検出データ取得部４０と、検出データ取得部４０により取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出する濃度算出プログラム５３５Ａを実行したＣＰＵ５１と、を備え、複数のセンサ部２０は、検出対象物質を検出可能な検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を含むとともに、複数のグループにグルーピングされており、一のグループに所属する複数のセンサ部２０は、検出濃度範囲が異なる各種類のセンサ部２０を含み、検出データ取得部４０は、複数のグループのうちの一のグループに所属する各種類のセンサ部２０それぞれによる検出データを取得し、濃度算出プログラム５３５Ａを実行したＣＰＵ５１は、検出データ取得部４０により取得された検出データに基づいて各種類のセンサ部２０の中から最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０を決定し、その決定されたセンサ部２０による検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出するようになっている。
したがって、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えるという簡易な構成で、センサシステム１Ａ（マトリックスセンサ１０Ａ）全体では、広範な検出濃度範囲を有することができるとともに、複数種類のセンサ部２０のうちの最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０で検出対象物質を検出することができるため、検出対象物質の濃度が未知であっても、適切な検出濃度範囲で当該検出対象物質を検出して、当該検出対象物質の濃度を算出することができる。
また、複数のグループのうちの指定されたグループのみを使用し、そのグループが劣化すると、次に使用するグループを指定して新たに使用するようになっているため、マトリックスセンサ１０Ａのセンサとしての寿命を延ばすことができる。
According to the
Therefore, the
Further, only the designated group of the plurality of groups is used, and when the group deteriorates, the group to be used next is designated and newly used. Life can be extended.
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態におけるセンサシステム１Ｂについて説明する。
なお、第３の実施の形態のセンサシステム１Ｂは、検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０それぞれによる検出データを用いて所定の統計処理を行い、その所定の統計処理の結果に基づいて、検出対象物質の濃度を算出する点が、第１の実施の形態のセンサシステム１と異なる。したがって、異なる箇所のみについて説明し、その他の共通する部分は同一符号を付して説明する。
[Third Embodiment]
Next, a
The
＜センサシステム＞
図２１は第３の実施の形態のセンサシステム１Ｂの機能的構成を示すブロック図である。
<Sensor system>
FIG. 21 is a block diagram illustrating a functional configuration of a
センサシステム１Ｂは、例えば、マトリックスセンサ１０と、封止除去部３０と、検出データ取得部４０と、制御部５０Ｂと、メモリ部６０と、操作部７０と、表示部８０と、などを備えて構成される。
The
ここで、センサシステム１Ｂにおいて、マトリックスセンサ１０が備える２５個のセンサ部２０は、例えば、検出濃度範囲が全て同一である。そして、一度に使用するセンサ部２０の個数は、例えば、予め設定されており、マトリックスセンサ１０が備える２５個のセンサ部２０は、例えば、その一度に使用するセンサ部２０の個数毎にグルーピングされていることとする。
具体的には、例えば、一度に使用するセンサ部２０の個数が５個と設定されている場合、マトリックスセンサ１０が備える２５個のセンサ部２０は、５個のセンサ部２０を一組として、５つのグループにグルーピングされていることとする。
Here, in the
Specifically, for example, when the number of
＜制御部＞
制御部５０Ｂは、例えば、図２１に示すように、ＣＰＵ５１と、ＲＡＭ５２と、記憶部５３Ｂと、などを備えている。
<Control unit>
For example, as shown in FIG. 21, the
記憶部５３Ｂは、例えば、図２１に示すように、劣化判断プログラム５３１と、センサ部指定プログラム５３２Ｂと、封止除去制御プログラム５３３と、検出データ取得制御プログラム５３４と、濃度算出プログラム５３５Ｂと、などを記憶している。
For example, as shown in FIG. 21, the
センサ部指定プログラム５３２Ｂは、例えば、複数のセンサ部２０のうちの、所定のグループ（例えば、所定の一のグループ）に所属するセンサ部２０を指定する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
For example, the sensor
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、劣化判断プログラム５３１を実行したＣＰＵ５１によりセンサ部２０が劣化していると判断された場合に、予め設定された“使用するグループの順番”に従ってグループを選択し、その選択されたグループに所属するセンサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０）を指定する。
ＣＰＵ５１は、かかるセンサ部指定プログラム５３２Ｂを実行することによって、指定手段として機能する。
Specifically, for example, when the
The
センサ部指定プログラム５３２Ｂを実行したＣＰＵ５１により、例えば、所定の一のグループに所属するセンサ部２０が指定されるため、封止除去部３０は、その一のグループに所属する複数のセンサ部２０（検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０）それぞれに対応する封止部材１７を除去し、検出データ取得部４０は、その一のグループに所属する複数のセンサ部２０（検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０）それぞれによる検出データを取得することとなる。
For example, since the
濃度算出プログラム５３５Ｂは、例えば、検出データ取得部４０により取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
The
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、検出データ取得部４０により取得された検出データを用いて所定の統計処理を行い、その所定の統計処理の結果に基づいて、検出対象物質の濃度を算出する。
ここで、所定の統計処理とは、例えば、平均値を求める処理である。
すなわち、ＣＰＵ５１は、例えば、検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０による検出データ（平衡状態での応答電流値）の平均値を求め、その平均値と、予め取得された検量線と、に基づいて、検出対象物質の濃度を算出する。
ＣＰＵ５１は、かかる濃度算出プログラム５３５Ｂを実行することによって、算出手段として機能する。
Specifically, for example, the
Here, the predetermined statistical processing is, for example, processing for obtaining an average value.
That is, for example, the
The
なお、所定の統計処理は、平均値を求める処理に限ることはなく、例えば、中間値を求める処理であっても良いし、平均や分散、標準偏差などから値の確からしさを求める処理であっても良いし、各検出データを加算する処理であっても良いし、各検出データの差分を取る処理であっても良い。 The predetermined statistical process is not limited to the process of obtaining an average value, and may be, for example, a process of obtaining an intermediate value, or a process of obtaining a probability of a value from an average, variance, standard deviation, or the like. Alternatively, it may be a process of adding each detection data, or a process of obtaining a difference between each detection data.
＜検出対象物質濃度測定処理＞
センサシステム１Ｂによる検出対象物質の濃度の測定に関する処理の一例について、図２２のフローチャートを参照して説明する。
<Detection target substance concentration measurement process>
An example of processing related to the measurement of the concentration of the detection target substance by the
まず、例えば、ユーザによる操作部７０の操作によって、試料中の検出対象物質の濃度を測定するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０が未使用のマトリックスセンサであるか否か（すなわち、センサシステム１Ｂ中のマトリックスセンサ１０が備える全てのセンサ部２０が封止部材１７で封止されているか否か）を判断する（ステップＳ３１）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が未使用のマトリックスセンサであるか否か判断する。
First, for example, when the user instructs to measure the concentration of the detection target substance in the sample by operating the
Specifically, the
ステップＳ３１で、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０は未使用のマトリックスセンサであると判断すると（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ３５の処理に移行する。
If it is determined in step S31 that the
一方、ステップＳ３１で、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０は未使用のマトリックスセンサでないと判断すると（ステップＳ３１；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、劣化判断プログラム５３１を実行して、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０（封止部材１７が除去されたセンサ部２０）が劣化しているか否か判断する（ステップＳ３２）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去された日時）”に基づいて、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０が劣化しているか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S31 that the
Specifically, the
ステップＳ３２で、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０は劣化していないと判断すると（ステップＳ３２；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２Ｂを実行して、その前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０を指定し（ステップＳ３３）、ステップＳ３７の処理に移行する。
If it is determined in step S32 that the
一方、ステップＳ３２で、前回の検出に使用したグループに所属するセンサ部２０は劣化していると判断すると（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する（ステップＳ３４）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S32 that the
Specifically, the
ステップＳ３４で、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０がないと判断すると（ステップＳ３４；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換する旨の所定の表示を表示部８０に表示させる等して、ユーザに、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換するよう促す。
If it is determined in step S34 that there is no
Then, for example, the
一方、ステップＳ３４で、センサシステム１Ｂに組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があると判断すると（ステップＳ３４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２Ｂを実行して、予め設定された使用するグループの順番に従ってグループを選択し、その選択したグループに所属するセンサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０であって、検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０）を指定する（ステップＳ３５）。
On the other hand, if it is determined in step S34 that the
次いで、ＣＰＵ５１は、封止除去制御プログラム５３３を実行して、封止除去部３０に、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去させる（ステップＳ３６）。
Next, the
次いで、ＣＰＵ５１は、検出データ取得制御プログラム５３４を実行して、検出データ取得部４０に、指定されたセンサ部２０による検出データを取得させる（ステップＳ３７）。
具体的には、例えば、指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１を選択して、その作用電極１２１への電圧印加を開始し、供給層２３に対して強制的に試料を供給する場合は供給層２３への試料供給を開始する。そして、その作用電極１２１からの応答電流が平衡に達すると、チャンネルを切り替えて順次指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１を選択し、同様の操作を繰り返す。そして、電圧印加を終了し、供給層２３に対して強制的に試料を供給していた場合はその供給を終了する。この一連の処理を指定されたセンサ部２０全てに対して行う。
なお、パルスボルタンメトリーの手法を使って、連続的に作用電極１２１を順次切り替えていき、各シーケンスに対応して適切なパルスを順次印加することにより、短時間で全チャンネルからの応答を取得することもできる。
Next, the
Specifically, for example, when the working
In addition, the response from all the channels can be acquired in a short time by sequentially switching the working
次いで、ＣＰＵ５１は、濃度算出プログラム５３５Ｂを実行して、取得された検出データの平均値を求め（ステップＳ３８）、その平均値に基づいて、検出対象物質の濃度を算出し（ステップＳ３９）、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、ステップＳ３７で取得された検出データやステップＳ３８で求めた平均値、ステップＳ３９で算出した検出対象物質の濃度をメモリ部６０に記憶させたり表示部８０に表示させたりする。
無論、ステップＳ３１〜ステップＳ３９の間に、ユーザによる操作部７０の操作等によって、検出対象物質の濃度の測定を中止するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、その時点で、本処理を終了する。
Next, the
The
Of course, if it is instructed to stop the measurement of the concentration of the detection target substance by the operation of the
以上説明した第３の実施の形態におけるセンサシステム１Ｂによれば、検出対象物質を検出する複数のセンサ部２０と、センサ部２０による検出データを取得する検出データ取得部４０と、検出データ取得部４０により取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出する濃度算出プログラム５３５Ｂを実行したＣＰＵ５１と、を備え、複数のセンサ部２０は、検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０を含み、検出データ取得部４０は、検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０それぞれによる検出データを取得し、濃度算出プログラム５３５Ｂを実行したＣＰＵ５１は、検出データ取得部４０により取得された検出データを用いて所定の統計処理を行い、その所定の統計処理の結果に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するようになっている。
すなわち、複数のセンサ部２０それぞれによる検出データを統計処理した結果に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するため、センサシステム１Ｂの濃度測定精度を高めることができる。
According to the
That is, the concentration measurement accuracy of the
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態におけるセンサシステム１Ｃ及びセンサシステム１Ｃが備えるマトリックスセンサ１０Ｃについて説明する。
なお、第４の実施の形態のセンサシステム１Ｃは、マトリックスセンサ１０Ｃが、酵素Ｅを備える複数のセンサ部２０と、酵素Ｅを備えていない複数の差分用センサ部２０Ｃ（差分用基準センサ部）と、を備えている点が、第１の実施の形態のセンサシステム１と異なる。したがって、異なる箇所のみについて説明し、その他の共通する部分は同一符号を付して説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, the
In the
＜センサシステム＞
図２３は第４の実施の形態のセンサシステム１Ｃの機能的構成を示すブロック図である。
<Sensor system>
FIG. 23 is a block diagram illustrating a functional configuration of a
センサシステム１Ｃは、例えば、マトリックスセンサ１０Ｃと、封止除去部３０と、検出データ取得部４０Ｃと、制御部５０Ｃと、メモリ部６０と、操作部７０と、表示部８０と、などを備えて構成される。
The
＜マトリックスセンサ＞
図２４はマトリックスセンサ１０Ｃの平面斜視図、図２５は図２４のXXV−XXV線における断面図である。
<Matrix sensor>
24 is a plan perspective view of the
マトリックスセンサ１０Ｃは、複数のセンサ部２０と、複数の差分用センサ部２０Ｃと、を備えている。マトリックスセンサ１０Ｃが備える差分用センサ部２０Ｃの構成は、例えば、図２５に示すように、センサ部２０（図５参照）から酵素Ｅのみを除いた構成となっている。また、マトリックスセンサ１０Ｃが備える複数のセンサ部２０は、全て検出濃度範囲が同一である。
具体的には、例えば、図２４に示すように、センサシステム１Ｃにおいて、センサ部（１，Ｙ）、（２，Ｙ）、（３，Ｙ）はセンサ部２０（検出用センサ部）であり、センサ部（４，Ｙ）、（５，Ｙ）は差分用センサ部２０Ｃである。
なお、差分用センサ部２０Ｃの構成は、例えば、図２５に示すように、酵素Ｅを備えていないという点以外は、センサ部２０の構成（図５参照）と同一であるため、詳細な説明は省略する。
The
Specifically, for example, as shown in FIG. 24, in the
The configuration of the
＜検出データ取得部＞
検出データ取得部４０Ｃは、例えば、制御部５０Ｃから入力される制御信号に従って、取得手段として、指定されたセンサ部２０による検出データ（指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１と対向電極１２３との間に流れる電流量に基づく検出データ）を取得し、制御部５０Ｃに出力するとともに、差分用取得手段として、指定された差分用センサ部２０Ｃによる検出データ（指定された差分用センサ部２０Ｃが備える作用電極１２１と参照電極１２２との間に流れる電流量に基づく検出データ）を取得し、制御部５０Ｃに出力する。
すなわち、検出データ取得部４０Ｃは、例えば、指定されたセンサ部２０について、参照電極１２２に対して作用電極１２１に所定の電圧値の電圧を印加し、その際に作用電極１２１から出力される電流の電流値（応答電流値）を取得して、制御部５０Ｃに出力するとともに、指定された差分用センサ部２０Ｃにおいて、参照電極１２２に対して作用電極１２１に所定の電圧値の電圧を印加し、その際に作用電極１２１から出力される電流の電流値（応答電流値）を取得して、制御部５０Ｃに出力する。
<Detection data acquisition unit>
The detection
That is, the detection
＜制御部＞
制御部５０Ｃは、例えば、図２３に示すように、ＣＰＵ５１と、ＲＡＭ５２と、記憶部５３Ｃと、などを備えている。
<Control unit>
For example, as illustrated in FIG. 23, the
記憶部５３Ｃは、例えば、図２３に示すように、劣化判断プログラム５３１Ｃと、センサ部指定プログラム５３２Ｃと、封止除去制御プログラム５３３Ｃと、検出データ取得制御プログラム５３４Ｃと、濃度算出プログラム５３５Ｃと、などを記憶している。
For example, as shown in FIG. 23, the
劣化判断プログラム５３１Ｃは、例えば、封止除去部３０により封止部材１７が除去されたセンサ部２０が劣化しているか否か判断するとともに、封止除去部３０により封止部材１７が除去された差分用センサ部２０Ｃが劣化しているか否か判断する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
ＣＰＵ５１は、かかる劣化判断プログラム５３１Ｃを実行することによって、判断手段として機能する。
For example, the
The
センサ部指定プログラム５３２Ｃは、例えば、複数のセンサ部２０のうちの、所定のセンサ部２０（例えば、所定の一のセンサ部２０）を指定するとともに、複数の差分用センサ部２０Ｃのうちの、所定の差分用センサ部２０Ｃ（例えば、所定の一の差分用センサ部２０Ｃ）を指定する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
ＣＰＵ５１は、かかるセンサ部指定プログラム５３２Ｃを実行することによって、指定手段として機能する。
The sensor
The
封止除去制御プログラム５３３Ｃは、例えば、封止除去部３０に制御信号を入力して、センサ部指定プログラム５３２Ｃを実行したＣＰＵ５１により指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去させるとともに、センサ部指定プログラム５３２Ｃを実行したＣＰＵ５１により指定された差分用センサ部２０Ｃに対応する封止部材１７を除去させる機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
For example, the sealing
検出データ取得制御プログラム５３４Ｃは、例えば、検出データ取得部４０Ｃに制御信号を入力して、センサ部指定プログラム５３２Ｃを実行したＣＰＵ５１により指定されたセンサ部２０（封止部材１７が除去されたセンサ部２０）による検出データを取得させ、制御部５０Ｃに出力させるとともに、センサ部指定プログラム５３２Ｃを実行したＣＰＵ５１により指定された差分用センサ部２０Ｃ（封止部材１７が除去された差分用センサ部２０Ｃ）による検出データを取得させ、制御部５０Ｃに出力させる機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
The detection data
濃度算出プログラム５３５は、例えば、検出データ取得部４０Ｃにより取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出する機能を、ＣＰＵ５１に実現させる。
For example, the
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、検出データ取得部４０Ｃにより取得されたセンサ部２０による検出データと、検出データ取得部４０Ｃにより取得された差分用センサ部２０Ｃによる検出データと、の差分を取り、その差分に基づいて、検出対象物質の濃度を算出する。
すなわち、ＣＰＵ５１は、例えば、センサ部２０による検出データ（応答電流値）と、差分用センサ部２０Ｃによる検出データ（応答電流値）と、の差分を取り、その差分の経時変化から平衡状態での応答電流値を取得し、その平衡状態での応答電流値と、予め取得された“検量線”と、に基づいて、検出対象物質の濃度を算出する。
ＣＰＵ５１は、かかる濃度算出プログラム５３５Ｃを実行することによって、算出手段として機能する。
Specifically, for example, the
That is, for example, the
The
＜検出対象物質濃度測定処理＞
センサシステム１Ｃによる検出対象物質の濃度の測定に関する処理の一例について、図２６のフローチャートを参照して説明する。
<Detection target substance concentration measurement process>
An example of processing related to the measurement of the concentration of the detection target substance by the
まず、例えば、ユーザによる操作部７０の操作によって、試料中の検出対象物質の濃度を測定するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃが未使用のマトリックスセンサであるか否か（すなわち、センサシステム１Ｃ中のマトリックスセンサ１０Ｃが備える全てのセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃが封止部材１７で封止されているか否か）を判断する（ステップＳ４１）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃの“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃを識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が未使用のマトリックスセンサであるか否か判断する。
First, for example, when the user instructs to measure the concentration of the detection target substance in the sample by operating the
Specifically, the
ステップＳ４１で、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃは未使用のマトリックスセンサであると判断すると（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ４５の処理に移行する。
If it is determined in step S41 that the
一方、ステップＳ４１で、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃは未使用のマトリックスセンサでないと判断すると（ステップＳ４１；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、劣化判断プログラム５３１Ｃを実行して、前回使用したセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃ（封止部材１７が除去されたセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃ）が劣化しているか否か判断する（ステップＳ４２）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃの“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去された日時）”に基づいて、前回使用したセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃが劣化しているか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S41 that the
Specifically, the
ステップＳ４２で、前回使用したセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃは劣化していないと判断すると（ステップＳ４２；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２Ｃを実行して、その前回使用したセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃを指定し（ステップＳ４３）、ステップＳ４７の処理に移行する。
If it is determined in step S42 that the
一方、ステップＳ４２で、前回使用したセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃは劣化していると判断すると（ステップＳ４２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃが備えるセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃの中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃがあるか否か判断する（ステップＳ４４）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃを識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃがあるか否か判断する。
On the other hand, when it is determined in step S42 that the
Specifically, the
ステップＳ４４で、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃが備えるセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃの中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃがないと判断すると（ステップＳ４４；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃを交換する旨の所定の表示を表示部８０に表示させる等して、ユーザに、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換するよう促す。
In step S44, if there is no
Then, for example, the
一方、ステップＳ４４で、センサシステム１Ｃに組み込まれているマトリックスセンサ１０Ｃが備えるセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃの中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃがあると判断すると（ステップＳ４４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２Ｃを実行して、予め設定された使用するセンサ部２０の順番に従って、センサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０）を指定するとともに、予め設定された使用する差分用センサ部２０Ｃの順番に従って、差分用センサ部２０Ｃ（封止部材１７が除去されていない差分用センサ部２０Ｃ）を指定する（ステップＳ４５）。
On the other hand, in step S44, the
次いで、ＣＰＵ５１は、封止除去制御プログラム５３３Ｃを実行して、封止除去部３０に、指定されたセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃに対応する封止部材１７を除去させる（ステップＳ４６）。
Next, the
次いで、ＣＰＵ５１は、検出データ取得制御プログラム５３４Ｃを実行して、検出データ取得部４０Ｃに、指定されたセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃによる検出データを取得させる（ステップＳ４７）。
具体的には、例えば、指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１を選択して、その作用電極１２１への電圧印加を開始し、供給層２３に対して強制的に試料を供給する場合は供給層２３への試料供給を開始する。そして、その作用電極１２１からの応答電流が平衡に達すると、チャンネルを切り替えて順次指定されたセンサ部２０が備える作用電極１２１を選択し、同様の操作を繰り返す。そして、電圧印加を終了し、供給層２３に対して強制的に試料を供給していた場合はその供給を終了する。この一連の処理を指定されたセンサ部２０及び差分用センサ部２０Ｃに対して行う。
なお、パルスボルタンメトリーの手法を使って、連続的に作用電極１２１を順次切り替えていき、各シーケンスに対応して適切なパルスを順次印加することにより、短時間で全チャンネルからの応答を取得することもできる。
Next, the
Specifically, for example, when the working
In addition, the response from all the channels can be acquired in a short time by sequentially switching the working
次いで、ＣＰＵ５１は、濃度算出プログラム５３５Ｃを実行して、取得されたセンサ部２０による検出データと、取得された差分用センサ部２０Ｃによる検出データと、の差分を取り（ステップＳ４８）、その差分に基づいて、検出対象物質の濃度を算出し（ステップＳ４９）、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、ステップＳ４７で取得された検出データやステップＳ４８で取った差分、ステップＳ４９で算出した検出対象物質の濃度をメモリ部６０に記憶させたり表示部８０に表示させたりする。
無論、ステップＳ４１〜ステップＳ４９の間に、ユーザによる操作部７０の操作等によって、検出対象物質の濃度の測定を中止するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、その時点で、本処理を終了する。
Next, the
Then, the
Of course, if it is instructed to stop the measurement of the concentration of the detection target substance by the operation of the
以上説明した第４の実施の形態におけるセンサシステム１Ｃによれば、検出対象物質と選択的に反応する酵素Ｅとその反応に伴う所定の変化を検出する電極１２とを備えるセンサ部２０と、センサ部２０から酵素Ｅを除いた差分用センサ部２０Ｃと、センサ部２０が備える電極１２により検出された所定の変化に基づく検出データを取得するとともに、差分用センサ部２０Ｃが備える電極１２により検出された所定の変化に基づく検出データを取得する検出データ取得部４０Ｃと、を備え、濃度算出プログラム５３５Ｃを実行したＣＰＵ５１は、検出データ取得部４０Ｃにより取得されたセンサ部２０による検出データと、検出データ取得部４０Ｃにより取得された差分用センサ部２０Ｃによる検出データと、の差分を取り、その差分に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するようになっている。
すなわち、差分用センサ部２０Ｃは、検出対象物質と酵素Ｅとの反応に伴う所定の変化を検出する際に観測されるドリフトのみを検出することができる。したがって、差分を取ることにより、検出対象物質と酵素Ｅとの反応に伴う所定の変化のみを検出することができるため、センサシステム１Ｃの濃度測定精度を高めることができるとともに、ドリフトが収束（バックグラウンドが安定）するまで待機する必要がないため、センサシステム１Ｃによる濃度測定を高速化することができる。
According to the
That is, the
以下、具体的な実施例によって本発明を説明するが、発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.
＜１＞マトリックスセンサの作成
まず、マトリックスセンサＭを作成した。本実施例では、マトリックスセンサＭとして、ホルムアルデヒドガスを検出するためのマトリックスセンサを作成した。酵素としては、補酵素（ＮＡＤ＋）依存型酵素であるホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ（ホルムアルデヒド脱水素酵素）を用いた。
<1> Creation of Matrix Sensor First, the matrix sensor M was created. In this example, a matrix sensor for detecting formaldehyde gas was prepared as the matrix sensor M. As the enzyme, formaldehyde dehydrogenase (formaldehyde dehydrogenase), which is a coenzyme (NAD + ) -dependent enzyme, was used.
＜１―１＞電極基板の作成
まず、基板１１上に、作用電極１２１、参照電極１２２及び対向電極１２３の三極構造のパターンを２５個作成した。
具体的には、基板１１として、平面視略矩形状に形成されたガラス基板を用意した。そして、この基板１１を、ホットプレートを用いて９５℃にて９０秒間プレベークした。次いで、スピンコーターを用いてネガ型レジストを１００μＬ塗布し、紫外露光装置を用いて作用電極１２１、参照電極１２２及び対向電極１２３の三極構造のフォトマスクパターンを転写した。次いで、１２０℃で６０秒間ポストベークして、その後、現像液にて７０秒間現像し、蒸留水で洗浄した。次いで、スパッタ法によって、膜厚が８００ｎｍの電極用薄膜（白金薄膜）を成膜した。次いで、リフトオフ法によって、アセトンに浸して超音波で３０分間洗浄し、レジストを剥がして白金電極を形成した。白金層の成膜条件は、真空度を１０−５Ｐａ、基板温度を６０℃、アルゴンガスの流量を４０ｓｃｃｍとした。
<1-1> Creation of Electrode Substrate First, 25 patterns of a three-electrode structure including a working
Specifically, a glass substrate formed in a substantially rectangular shape in plan view was prepared as the
次に、分析部１１１の周囲に疎水性絶縁膜１１２を作成し、銀／塩化銀電極である参照電極１２２を作成した。
具体的には、スパッタ法によって、平面視略円形状の分析部１１１に対応する領域以外の領域に、膜厚が５００ｎｍのＳｉＯ薄膜を形成することによって、分析部１１１の周囲に疎水性絶縁膜１１２を作成した。次いで、参照電極１２２のパターンに、銀／塩化銀インク（ＢＡＳ社製）を塗布して１２０度で焼結し、銀／塩化銀電極である参照電極１２２を作成して、電極基板を作成した。
Next, a hydrophobic
Specifically, a hydrophobic insulating film is formed around the
＜１−２＞酵素固定化膜用の多孔体の作成
まず、多孔体１３として、一次元シリカナノチャンネルの集合体が充填された膜状のシリカ系メソ多孔体を作成した。
具体的には、ＰＥＧ−ＰＰＧ共重合体１．０ｇをエタノール２０ｍＬ、水２ｍＬ、濃塩酸１００μＬと混合した後、攪拌しながら６０℃で１時間還流した。次いで、オルトけい酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を２．１ｇ添加し、６０℃で２時間還流した。次いで、この溶液を４ｍＬ採取して、多孔性の陽極酸化アルミナ膜（直径４７ｍｍ、厚み６０μｍ、細孔径０．１μｍ）に滴下し、吸引濾過を行った後、２０分間デシケータ中で常温乾燥させた。これを５００℃の電気炉で５時間焼成することによって、膜状のシリカ系メソ多孔体を得た。
この膜状のシリカ系メソ多孔体を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて測定した結果、陽極酸化アルミナ膜の細孔内に、アルミナ細孔壁に沿って平均細孔直径約８ｎｍのシリカナノチャンネルが充填されていることを確認した。
<1-2> Creation of porous body for enzyme-immobilized membrane First, as the
Specifically, 1.0 g of PEG-PPG copolymer was mixed with 20 mL of ethanol, 2 mL of water, and 100 μL of concentrated hydrochloric acid, and then refluxed at 60 ° C. for 1 hour with stirring. Next, 2.1 g of tetraethyl orthosilicate (TEOS) was added and refluxed at 60 ° C. for 2 hours. Next, 4 mL of this solution was sampled, dropped onto a porous anodized alumina membrane (diameter 47 mm,
As a result of measuring this membranous silica-based mesoporous material using a transmission electron microscope (TEM), silica nano-particles having an average pore diameter of about 8 nm along the alumina pore wall were placed in the pores of the anodized alumina membrane. It was confirmed that the channel was filled.
次に、作成した膜状のシリカ系メソ多孔体を切り出して、酵素固定化膜用の多孔体１３を作成した。
具体的には、作成した膜状のシリカ系メソ多孔体を、分析部１１１と略同一サイズの平面視略円形状にレーザ加工することによって、酵素固定化膜用の多孔体１３を作成した。
Next, the produced membranous silica mesoporous material was cut out to produce a
Specifically, a
＜１−３＞マトリックスセンサの作成
まず、酵素溶液を作成した。
具体的には、０．５Ｕのホルムアルデヒド脱水素酵素、０．２５μｍｏｌのＮＡＤ＋、１０μｍｏｌのナフサキノンを、５０％のグリセリンを含む１０００μＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４）へ溶解して、酵素溶液を作成した。
また、０．２５μｍｏｌのＮＡＤ＋、１０μｍｏｌのナフサキノンを、５０％のグリセリンを含む１０００μＬのリン酸緩衝液（ｐＨ７．４）へ溶解して、酵素が含有されていないブランク溶液を作成した。
<1-3> Preparation of matrix sensor First, an enzyme solution was prepared.
Specifically, 0.5 U formaldehyde dehydrogenase, 0.25 μmol NAD + , 10 μmol naphthaquinone was dissolved in 1000 μL phosphate buffer (pH 7.4) containing 50% glycerin to obtain an enzyme solution. It was created.
Further, 0.25 μmol of NAD + , 10 μmol of naphthaquinone was dissolved in 1000 μL of phosphate buffer (pH 7.4) containing 50% glycerin to prepare a blank solution containing no enzyme.
次に、例えば、図２７に示すようにして、マトリックスセンサＭを作成した。
具体的には、まず、隔壁部１４として、分析部１１１に対応する領域に開口部を有する、基板１１と略同一サイズの平面視略矩形状に形成された板状部材（厚み：２００μｍ、ポリエステル製）を用意した。そして、この隔壁部１４を、上記作成した電極基板上に接着し、一晩、常温にて乾燥させた。
次いで、上記作成した酵素固定化膜用の多孔体１３それぞれを、隔壁部１４が有する各開口部内に設置した。
Next, for example, a matrix sensor M was created as shown in FIG.
Specifically, first, a plate-like member (thickness: 200 μm, polyester) having an opening in a region corresponding to the
Next, each of the prepared
次いで、上記作成した酵素溶液を各々２０μＬずつマイクロピペットで採取して、センサ部（１，Ｙ）（＝センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５））と、センサ部（２，Ｙ）（＝センサ部（２，１）、（２，２）、（２，３）、（２，４）、（２，５））と、センサ部（３，Ｙ）（＝センサ部（３，１）、（３，２）、（３，３）、（３，４）、（３，５））と、センサ部（４，Ｙ）（＝センサ部（４，１）、（４，２）、（４，３）、（４，４）、（４，５））と、に対応する位置に設置された酵素固定化膜用の多孔体１３に滴下した。すなわち、本実施例で作成するマトリックスセンサＭにおいて、センサ部（１，Ｙ）、（２，Ｙ）、（３，Ｙ）、（４，Ｙ）は、センサ部２０（検出用センサ部）である。
また、上記作成したブランク溶液を各々２０μＬずつマイクロピペットで採取して、センサ部（５，Ｙ）（＝センサ部（５，１）、（５，２）、（５，３）、（５，４）、（５，５））に対応する位置に設置された酵素固定化膜用の多孔体１３に滴下した。すなわち、本実施例で作成するマトリックスセンサＭにおいて、センサ部（５，Ｙ）は、差分用センサ部２０Ｃである。
Next, 20 μL of each of the prepared enzyme solutions was collected with a micropipette, and the sensor part (1, Y) (= sensor part (1,1), (1,2), (1,3), (1, 4), (1, 5)) and sensor part (2, Y) (= sensor part (2, 1), (2, 2), (2, 3), (2, 4), (2, 5) )), Sensor part (3, Y) (= sensor part (3,1), (3,2), (3,3), (3,4), (3,5))) and sensor part ( 4, Y) (= sensor portion (4,1), (4,2), (4,3), (4,4), (4,5)) It was dripped at the
Further, 20 μL each of the prepared blank solution was collected with a micropipette, and the sensor part (5, Y) (= sensor part (5, 1), (5, 2), (5, 3), (5, 5) 4) and (5, 5)) were dropped on the
次いで、透過膜１５として、基板１１と略同一サイズの平面視略矩形状に形成されたガス透過膜（透過係数：１．４４ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）、厚み：１００μｍ、ゴアテックス製）を用意した。そして、この透過膜１５を、隔壁部１４上に接着した。
Next, as the
次いで、センサ部２０の検出濃度範囲を調整するための調整用透過膜１９として、透過係数がそれぞれ異なる４種類のガス透過膜（透過係数：２．４０ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）、１．１１ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）、０．７２ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）、０．１３ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）、厚み：１００μｍ、ゴアテックス製）を用意した。そして、これらの調整用透過膜１９それぞれを、分析部１１１を被覆可能なサイズに加工した。次いで、透過膜１５上におけるセンサ部（１，２）に対応する位置に透過係数が２．４０ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）の調整用透過膜１９を設置し、センサ部（１，３）に対応する位置に透過係数が１．１１ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）の調整用透過膜１９を設置し、センサ部（１，４）に対応する位置に透過係数が０．７２ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）の調整用透過膜１９を設置し、センサ部（１，５）に対応する位置に透過係数が０．１３ｃｃ・ｃｍ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）の調整用透過膜１９を設置して、透過膜１５上に接着した。
Next, as the adjustment
次いで、スペーサ１６として、分析部１１１に対応する領域に開口部を有する、基板１１と略同一サイズの平面視略矩形状に形成された板状部材（厚み：２００μｍ、ポリエステル製）を用意した。そして、このスペーサ１６を、調整用透過膜１９が接着された透過膜１５上に接着した。
Next, as the
次いで、封止部材１７として、基板１１と略同一サイズの平面視略矩形状に形成されたガス不透過性の膜状部材（厚み：２００μｍ、テフロン製）を用意した。そして、この封止部材１７をスペーサ１６上に接着した。
Next, a gas-impermeable film-like member (thickness: 200 μm, made of Teflon) formed in a substantially rectangular shape in plan view having substantially the same size as the
次いで、カバー部材１８として、分析部１１１に対応する領域に分析部１１１と略同一サイズの平面視略矩形状の開口部を有する、基板１１と略同一サイズの平面視略矩形状に形成された板状部材（厚み：２００μｍ、ポリエステル製）を用意した。そして、このカバー部材１８を、封止部材１７上に接着することによって、マトリックスセンサＭを作成した。
Next, the
＜２＞マトリックスセンサ及びセンサシステムの評価
次に、上記作成したマトリックスセンサＭを用いて、本発明のセンサシステム及び本発明のセンサシステムが備えるマトリックスセンサを評価した。
<2> Evaluation of Matrix Sensor and Sensor System Next, the matrix sensor M created above was used to evaluate the sensor system of the present invention and the matrix sensor included in the sensor system of the present invention.
まず、本発明のセンサシステム及び本発明のセンサシステムが備えるマトリックスセンサを評価するための測定装置Ｎについて説明する。
測定装置Ｎは、例えば、図２８に示すように、封止除去部３０と、検出データ取得部４０Ｃと、規定濃度のホルムアルデヒドガスを生成するホルムアルデヒドガス生成器Ｎ１と、ホルムアルデヒドガス生成器Ｎ１により生成されたホルムアルデヒドガスをマトリックスセンサＭが備えるセンサ部２０や差分用センサ部２０Ｃの供給層２３に供給するためのテフロン製のチューブＮ２と、などを備えて構成される。
First, the sensor system of the present invention and the measuring device N for evaluating the matrix sensor provided in the sensor system of the present invention will be described.
For example, as shown in FIG. 28, the measuring device N is generated by a
チューブＮ２は、例えば、図２８に示すように、チューブＮ２の先端が針３１の先端よりも上側で針３１の側面に固定されるようにして、測定装置Ｎに備えられている。
これにより、使用する一のセンサ部２０又は一の差分用センサ部２０Ｃに対応する封止部材１７を針３１で除去した後、その使用する一のセンサ部２０又は一の差分用センサ部２０Ｃの上面に試料（ホルムアルデヒドガス生成器Ｍ１により生成されたホルムアルデヒドガス）を吹き付けることができるようになっている。
For example, as shown in FIG. 28, the tube N2 is provided in the measuring device N such that the tip of the tube N2 is fixed to the side surface of the
Thereby, after removing the sealing
そして、上記説明した測定装置Ｎを用いて、本発明のセンサシステム及び本発明のセンサシステムが備えるマトリックスセンサを評価した。
具体的には、上記作成したマトリックスセンサＭ（作成直後のマトリックスセンサＭ）を、封止除去部３０の針３１の下方に配置して、検出データ取得部４０Ｃに接続した。次いで、マトリックスセンサＭが備える２０個のセンサ部２０のうちの使用する一のセンサ部２０について、或いは、マトリックスセンサＭが備える５個の差分用センサ部２０Ｃのうちの使用する一の差分用センサ部２０Ｃについて、封止部材１７を除去し、そして、室温（２５℃）にて、参照電極１２２に対して作用電極１２１に＋６５０ｍＶの電圧を印加するとともに、供給層２３に規定濃度のホルムアルデヒドガスを供給して、アンペロメトリー法による電流計測により測定を行った。
And the matrix sensor with which the sensor system of this invention and the sensor system of this invention were equipped was evaluated using the measuring apparatus N demonstrated above.
Specifically, the created matrix sensor M (matrix sensor M immediately after creation) was arranged below the
＜２−１＞センサ部の応答
センサ部（１，１）を使用して、ホルムアルデヒドガスを供給したときのセンサ部２０の応答を観察するための実験を行った。
具体的には、作用電極１２１に電圧を印加して、ホルムアルデヒド濃度が２０ｐｐｂのホルムアルデヒドガスを生成して供給し、応答電流を測定した。ホルムアルデヒドガスの供給は、作用電極１２１に電圧を印加してから応答電流（充電電流）が十分に安定した後に（具体的には、作用電極１２１に電圧を印加してから７分後に）行った。その結果を図２９に示す。
<2-1> Response of sensor unit Using the sensor unit (1, 1), an experiment was performed to observe the response of the
Specifically, a voltage was applied to the working
図２９においては、横軸に電圧を印加してからの時間（ｍｉｎ）、縦軸に応答電流（ｎＡ）を示す。 In FIG. 29, the horizontal axis represents time (min) after voltage application, and the vertical axis represents response current (nA).
図２９の結果から、センサ部（１，１）の作用電極１２１に電圧を印加した直後から充電電流が流れ、電圧を印加してから５分程度で充電電流が落ち着くことが分かった。
そして、センサ部（１，１）の検出層２３にホルムアルデヒドガスを供給した直後から応答電流が増加し、ホルムアルデヒドガスを導入してから２分程度で平衡状態に落ち着くことが分かった。これにより、本発明のセンサシステム（第１〜第４の実施の形態のセンサシステム）が備えるマトリックスセンサが有する一のセンサ部２０を用いることによって、検出対象物質を検出できることが分かった。
From the result of FIG. 29, it was found that the charging current flows immediately after the voltage is applied to the working
And it turned out that a response electric current increases immediately after supplying formaldehyde gas to the
＜２−２＞検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部を備えることによる効果の実証
検出濃度範囲がそれぞれ異なる５種類のセンサ部２０（センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５））を使用して、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えることによる効果を実証するための実験を行った。
具体的には、作用電極１２１に電圧を印加して、ホルムアルデヒド濃度が異なるホルムアルデヒドガスを順次生成して供給し、応答電流を測定することによって、検量線を作成した。供給するホルムアルデヒドガスの濃度は、１ｐｐｂ、１０ｐｐｂ、２０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、２００ｐｐｂ、１０００ｐｐｂ、２０００ｐｐｂ、１００００ｐｐｂ、１０００００ｐｐｂとした。その結果を図３０に示す。
<2-2> Demonstration of the effect of providing a plurality of types of sensor units with different detection density ranges Five types of sensor units 20 (sensor units (1, 1), (1, 2), ( 1, 3), (1, 4), and (1, 5)) were used to conduct experiments to demonstrate the effects of providing a plurality of types of
Specifically, a calibration curve was created by applying a voltage to the working
図３０においては、横軸にホルムアルデヒド濃度（ｐｐｂ）、縦軸に応答電流（ｎＡ）を示し、菱形プロット（◇）でセンサ部（１，１）の平衡状態での応答電流値、四角プロット（□）でセンサ部（１，２）の平衡状態での応答電流値、三角プロット（△）でセンサ部（１，３）の平衡状態での応答電流値、丸プロット（○）でセンサ部（１，４）の平衡状態での応答電流値、逆三角プロット（▽）でセンサ部（１，５）の平衡状態での応答電流値を示す。 In FIG. 30, the horizontal axis indicates formaldehyde concentration (ppb), the vertical axis indicates response current (nA), and the rhombus plot (◇) indicates the response current value in the equilibrium state of the sensor unit (1, 1), a square plot ( The response current value in the equilibrium state of the sensor unit (1, 2) in □), the response current value in the equilibrium state of the sensor unit (1, 3) in the triangle plot (△), the sensor unit ( The response current value in the equilibrium state of (1, 4) and the response current value in the equilibrium state of the sensor unit (1, 5) are shown by an inverted triangular plot (▽).
図３０によれば、センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５）の中で最も透過層２２の透過率（検出対象物質が透過層２２を透過する際の透過率）が高いセンサ部（１，１）の検出濃度範囲は、１ｐｐｂ〜１００ｐｐｂであることが分かった。
また、センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５）の中でセンサ部（１，１）の次に透過層２２の透過率が高いセンサ部（１，２）の検出濃度範囲は、１０ｐｐｂ〜２００ｐｐｂであることが分かった。
また、センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５）の中でセンサ部（１，２）の次に透過層２２の透過率が高いセンサ部（１，３）の検出濃度範囲は、２０ｐｐｂ〜１０００ｐｐｂであることが分かった。
また、センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５）の中でセンサ部（１，３）の次に透過層２２の透過率が高いセンサ部（１，４）の検出濃度範囲は、１００ｐｐｂ〜２０００ｐｐｂであることが分かった。
また、センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５）の中で最も透過層２２の透過率が低いセンサ部（１，５）の検出濃度範囲は、２００ｐｐｂ〜１００００ｐｐｂであることが分かった。
According to FIG. 30, the transmittance (detection target) of the
In addition, the sensor layer (1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5) is followed by the
In addition, the sensor layer (1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5) is followed by the
In addition, the sensor layer (1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (1,5) is followed by the
Further, among the sensor parts (1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5), the sensor part (1, The detected concentration range of 5) was found to be 200 ppb to 10000 ppb.
図３０の結果から、センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５）は、それぞれ検出濃度範囲が狭いが、それぞれで検出濃度範囲が異なることが分かった。これにより、本発明のセンサシステム（第２の実施の形態にセンサシステム）が備えるマトリックスセンサは、５種類のセンサ部２０（例えば、センサ部（１，１）、（１，２）、（１，３）、（１，４）、（１，５））、或いは、５種類のセンサ部２０のうちの何れか複数種類のセンサ部２０（例えば、センサ部（１，１）、（１，３）、（１，５））を同時に使用することによって、広範な検出濃度範囲を有するセンサとして使用できることが分かった。また、使用した複数種類のセンサ部２０のうちの適切な種類のセンサ部２０（最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０）で検出対象物質を検出して、その検出対象物質の濃度を算出できることが分かった。
From the results of FIG. 30, the sensor portions (1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5) have a narrow detection density range, but are detected by each. It was found that the concentration range was different. Accordingly, the matrix sensor included in the sensor system of the present invention (the sensor system according to the second embodiment) includes five types of sensor units 20 (for example, sensor units (1, 1), (1, 2), (1 , 3), (1, 4), (1, 5)) or a plurality of types of sensor units 20 (for example, sensor units (1, 1), (1, It was found that by using (3) and (1,5)) at the same time, it can be used as a sensor having a wide detection concentration range. In addition, the detection target substance can be detected by an appropriate type of sensor unit 20 (
ここで、試料中における検出濃度範囲の濃度は未知である場合が多いため、広範な検出濃度範囲を有するセンサが望まれているが、従来のセンサでは、検出濃度範囲が広範になるほど、その広範な検出濃度範囲を部分的に見た場合には精度が悪く、検出誤差が大きくなる傾向がある。
これに対し、本発明のセンサシステム（第２の実施の形態のセンサシステム）では、マトリックスセンサが、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えているため、この複数種類のセンサ部２０を同時に使用することによって、マトリックスセンサを広範な検出濃度範囲を有するセンサとして使用できるとともに、各センサ部２０の検出濃度範囲が狭いため、検出濃度範囲が広範な従来のセンサと比較して検出誤差が小さく、最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０による検出データに基づいて検出対象物質の濃度を算出することによって、より正確な濃度を算出することができ、好適である。
Here, since the concentration of the detection concentration range in the sample is often unknown, a sensor having a wide detection concentration range is desired. However, in the conventional sensor, the wider the detection concentration range, the wider the detection concentration range. When the detection density range is partially viewed, the accuracy is poor and the detection error tends to increase.
On the other hand, in the sensor system of the present invention (the sensor system of the second embodiment), the matrix sensor includes a plurality of types of
＜２−３＞検出データの平均値を求めることによる効果の実証
検出濃度範囲が同一である１５個のセンサ部２０（センサ部（２，Ｙ）、（３，Ｙ）、（４，Ｙ））を使用して、検出データ（応答電流値）の平均値を求めることによる効果を実証するための実験を行った。
具体的には、作用電極１２１に電圧を印加して、ホルムアルデヒド濃度が２０ｐｐｂのホルムアルデヒドガスを生成して供給し、応答電流を測定した。そして、この一連の処理を１５回繰り返して行った。その結果を図３１に示す。
<2-3> Demonstration of effect by calculating average value of
Specifically, a voltage was applied to the working
図３１においては、横軸に測定回数（Ｎ）、縦軸に応答電流（ｎＡ）を示し、三角プロット（△）で１個のセンサ部２０（センサ部（２，１））の平衡状態での応答電流値、丸プロット（○）で１５個のセンサ部２０（センサ部（２，Ｙ）、（３，Ｙ）、（４，Ｙ））の平衡状態での応答電流値の平均値を示す。 In FIG. 31, the horizontal axis indicates the number of measurements (N), the vertical axis indicates the response current (nA), and the triangular plot (Δ) indicates that one sensor unit 20 (sensor unit (2, 1)) is in an equilibrium state. Of the response current values of the 15 sensor parts 20 (sensor parts (2, Y), (3, Y), (4, Y)) in an equilibrium state in a circle plot (◯). Show.
図３１の結果から、応答電流の測定を１５回繰り返し行っても、応答電流値の低下等が生じることがなかった。これにより、本発明のセンサシステム（第１〜第４の実施の形態のセンサシステム）が備えるマトリックスセンサは、再現性の良い検出が可能であることが分かった。 From the results of FIG. 31, even when the response current measurement was repeated 15 times, the response current value did not decrease. Thereby, it was found that the matrix sensor included in the sensor system of the present invention (the sensor systems of the first to fourth embodiments) can be detected with good reproducibility.
また、図３１の結果から、１個のセンサ部２０（センサ部（２，１））のみの応答電流値のばらつきと比較して、１５個のセンサ部２０（センサ部（２，Ｙ）、（３，Ｙ）、（４，Ｙ））の応答電流値の平均値のばらつきの方が小さいことが分かった。さらに、図３１の結果から標準偏差を算出すると、１個のセンサ部２０の標準偏差は２．８０、１５個のセンサ部２０の平均の標準偏差は０．７３であり、０．７３／２．８０≒１／√１５であるから、１５個のセンサ部２０の平均の標準偏差は、１個のセンサ部２０の標準偏差の“１／√ｎ（ｎ：センサ部２０の個数）”程度になることが分かった。これにより、本発明のセンサシステム（第３の実施の形態のセンサシステム）では、複数のセンサ部２０による検出データを用いて平均値を求める処理を行い、その平均値に基づいて検出対象物質の濃度を算出することによって、より正確な濃度を算出できることが分かった。
In addition, from the result of FIG. 31, compared with the variation in the response current value of only one sensor unit 20 (sensor unit (2, 1)), 15 sensor units 20 (sensor unit (2, Y), It was found that the variation in the average value of the response current values of (3, Y) and (4, Y) was smaller. Further, when the standard deviation is calculated from the result of FIG. 31, the standard deviation of one
＜２−４＞検出データの差分を取ることによる効果の実証
センサ部２０（センサ部（１，１））と、差分用センサ部２０Ｃ（センサ部（５，１））と、を使用して、検出データの差分を取ることによる効果を実証するための実験を行った。
具体的には、作用電極１２１に電圧を印加して、ホルムアルデヒド濃度が１０ｐｐｂのホルムアルデヒドガスを生成して供給し、応答電流を測定した。ホルムアルデヒドガスの供給は、作用電極１２１に電圧を印加してから応答電流（充電電流）が安定する前に（具体的には、作用電極１２１に電圧を印加してから９０秒後に）行った。その結果を図３２に示す。
<2-4> Demonstration of effect by taking difference of detection data Using sensor unit 20 (sensor unit (1, 1)) and
Specifically, a voltage was applied to the working
図３２においては、横軸に電圧を印加してからの時間（ｍｉｎ）、縦軸に応答電流（ｎＡ）を示し、破線でセンサ部（１，１）の応答電流値の経時変化、一点鎖線でセンサ部（５，１）の応答電流値の経時変化、実線で差分（センサ部（１，１）の応答電流値からセンサ部（５，１）の応答電流値を引いた差）の計時変化を示す。 In FIG. 32, the horizontal axis shows the time (min) after the voltage is applied, the vertical axis shows the response current (nA), the broken line shows the change over time of the response current value of the sensor unit (1, 1), and the alternate long and short dash line Time-dependent change in response current value of sensor unit (5, 1), time difference of solid line (difference obtained by subtracting response current value of sensor unit (5, 1) from response current value of sensor unit (1, 1)) Showing change.
図３２の結果から、センサ部２０（センサ部（１，１））では、ホルムアルデヒドガスを供給した直後から応答電流が増加するのに対し、差分用センサ部２０Ｃ（センサ部（５，１））では、ホルムアルデヒドガスを供給しても応答電流が増加しないことが分かった。これは、センサ部２０の検出層２１にホルムアルデヒドを基質とする酵素Ｅが含有されているのに対し、差分用センサ部２０Ｃの検出層２１にはその酵素Ｅが含有されていないためである。
From the result of FIG. 32, in the sensor unit 20 (sensor unit (1, 1)), the response current increases immediately after the formaldehyde gas is supplied, whereas the
また、図３２のセンサ部２０（センサ部（１，１））結果から、充電電流が安定する前にホルムアルデヒドガスを供給したため、ホルムアルデヒドガスを供給した後も充電電流の減少に対応するドリフトが観測され、ホルムアルデヒドガスを供給してから３分以上経過しても平衡状態に達しないことが分かった。これに対し、図３２の差分の結果から、差分を取ると、このドリフトが消去され、ホルムアルデヒドガスを供給してから１分程度で平衡状態に落ち着くことが分かった。これにより、本発明のセンサシステム（第４の実施の形態のセンサシステム）では、センサ部２０による検出データと、差分用センサ部２０Ｃによる検出データと、の差分を取り、その差分に基づいて検出対象物質の濃度を算出することによって、ゼロ点調整を行わなくても安定した平衡状態が直ちに得られることとなって、検出時間を短縮できることが分かった。
Further, from the result of the sensor unit 20 (sensor unit (1, 1)) in FIG. 32, since the formaldehyde gas was supplied before the charging current was stabilized, a drift corresponding to the decrease in the charging current was observed after the formaldehyde gas was supplied. It was found that the equilibrium state was not reached even after 3 minutes had passed since the formaldehyde gas was supplied. On the other hand, from the result of the difference in FIG. 32, it was found that when the difference was taken, this drift was eliminated and the equilibrium state was settled in about one minute after the formaldehyde gas was supplied. Thereby, in the sensor system of the present invention (the sensor system of the fourth embodiment), the difference between the detection data by the
ここで、マトリックスセンサＭのように検出層２１内にナフトキノンなどの電子伝達体を含有すると、電子伝達体の種類によっては、ドリフトが収束（バックグラウンドが安定）するまでにかなりの時間を要する場合がある。そのような場合は、特に、本発明のセンサシステム（第４の実施の形態のセンサシステム）のように差分を取ると、バックグラウンドが安定する前（充電電流が落ち着く前）に試料を供給して測定できるため、検出時間及び全測定時間を短縮でき、好適である。
Here, when an electron carrier such as naphthoquinone is contained in the
なお、本発明の実施の形態は、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment of the present invention should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
＜変形例１＞
第１の実施の形態において、電極１２の対向電極１２３は、図６及び図８に示すようなセンサ部２０それぞれに対応して個別に形成されたものに限ることはなく、例えば、図３３及び図３４に示す電極１２Ｄの対向電極１２３Ｄのように、一体的に形成されていても良い。ここで、図３３においても、図６と同様、ドットパターンで塗りつぶした部分が電極１２Ｄ（作用電極１２１Ｄ、参照電極１２２Ｄ及び対向電極１２３Ｄ）である。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
<
In the first embodiment, the
The same applies to the second to fourth embodiments.
具体的には、例えば、図３３及び図３４に示すように、各電極１２Ｄの作用電極１２１Ｄは、基板１１上面における分析部１１１の内部に形成され、センサ部２０それぞれに対応して個別に形成されており、各電極１２Ｄの参照電極１２２Ｄは、基板１１上面における分析部１１１の内部に形成され、センサ部２０それぞれに対応して個別に形成されており、各電極１２Ｄの対向電極１２３Ｄは、基板１１上面における分析部１１１内及び分析部１１１外に一体的に形成されている。そして、対向電極１２３Ｄのうちの分析部の内部に形成された部分が、センサ部２０それぞれに対応する対向電極として機能する。
この場合、電極１２Ｄ（作用電極１２１Ｄ、参照電極１２２Ｄ及び対向電極１２３Ｄ）は、公知の方法により、ビアホールを介して、基板１１背面の配線パターンと電気的に接続されている。
Specifically, for example, as shown in FIGS. 33 and 34, the working
In this case, the
変形例１によれば、各センサ部２０の対向電極が一体的に構成されているため、例えば、図３４に示すように、各センサ部２０の対向電極を個別に構成する場合（図８）と比較して、配線を個別に引き出す必要もなく、マトリックセンサ１０と検出データ取得部４０との間の配線を単純化できため、簡略化することができるとともに、センサチップとして一体化する場合などは、小型化することができる。
According to the modified example 1, since the counter electrode of each
＜変形例２＞
第１の実施の形態において、検出対象物質濃度測定処理は、例えば、図１３に示すような、ユーザにより試料中の検出対象物質の濃度を測定するよう指示された際に、単発的に検出対象物質の濃度の測定を行うもの（すなわち、ユーザにより検出対象物質を検出するよう指示されてセンサ部２０が指定されると、作用電極１２１への電圧印加を開始し、作用電極１２１からの応答電流が平衡に達すると、電圧印加を終了するもの）に限ることはなく、例えば、図３５に示すように、連続的に検出対象物質の濃度の測定を行うようにしても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
<
In the first embodiment, the detection target substance concentration measurement process is performed as a single detection target when the user instructs to measure the concentration of the detection target substance in the sample as shown in FIG. What measures the concentration of a substance (that is, when the
The same applies to the second to fourth embodiments.
＜検出対象物質濃度測定処理＞
センサシステム１による検出対象物質濃度の測定に関する処理の他の一例について、図３５のフローチャートを参照して説明する。
<Detection target substance concentration measurement process>
Another example of the processing related to the measurement of the detection target substance concentration by the
まず、例えば、ユーザによる操作部７０の操作によって、試料中の検出対象物質の濃度の測定を開始するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が未使用のマトリックスセンサであるか否か（すなわち、センサシステム１中のマトリックスセンサ１０が備える全てのセンサ部２０が封止部材１７で封止されているか否か）を判断する（ステップＳ５１）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が未使用のマトリックスセンサであるか否か判断する。
First, for example, when the user instructs to start the measurement of the concentration of the detection target substance in the sample by operating the
Specifically, the
ステップＳ５１で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０は未使用のマトリックスセンサであると判断すると（ステップＳ５１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ５５の処理に移行する。
If it is determined in step S51 that the
一方、ステップＳ５１で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０は未使用のマトリックスセンサでないと判断すると（ステップＳ５１；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、劣化判断プログラム５３１を実行して、前回の検出に使用したセンサ部２０（封止部材１７が除去されたセンサ部２０）が劣化しているか否か判断する（ステップＳ５２）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去された日時）”に基づいて、前回の検出に使用したセンサ部２０が劣化しているか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S51 that the
Specifically, the
ステップＳ５２で、前回の検出に使用したセンサ部２０は劣化していないと判断すると（ステップＳ５２；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２を実行して、その前回の検出に使用したセンサ部２０を指定し（ステップＳ５３）、ステップＳ５７の処理に移行する。
If it is determined in step S52 that the
一方、ステップＳ５２で、前回の検出に使用したセンサ部２０は劣化していると判断すると（ステップＳ５２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する（ステップＳ５４）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去されたセンサ部２０を識別するためのセンサ部識別情報）”に基づいて、そのマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があるか否か判断する。
On the other hand, if it is determined in step S52 that the
Specifically, the
ステップＳ５４で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０がないと判断すると（ステップＳ５４；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、本処理を終了する。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換する旨の所定の表示を表示部８０に表示させる等して、ユーザに、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０を交換するよう促す。
If it is determined in step S54 that there is no
Then, for example, the
一方、ステップＳ５４で、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０が備えるセンサ部２０の中に封止部材１７が除去されていないセンサ部２０があると判断すると（ステップＳ５４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、センサ部指定プログラム５３２を実行して、予め設定された使用するセンサ部２０の順番に従って、センサ部２０（封止部材１７が除去されていないセンサ部２０）を指定する（ステップＳ５５）。
On the other hand, if it is determined in step S54 that there is a
次いで、ＣＰＵ５１は、封止除去制御プログラム５３３を実行して、封止除去部３０に、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去させる（ステップＳ５６）。
Next, the
次いで、ＣＰＵ５１は、検出データ取得制御プログラム５３４を実行して、検出データ取得部４０に、指定されたセンサ部２０による検出データを取得させる（ステップＳ５７）。
具体的には、例えば、作用電極１２１への電圧印加を開始し、供給層２３に対して強制的に試料を供給する場合は供給層２３への試料供給を開始する。この一連の処理を指定されたセンサ部２０に対して行う。
Next, the
Specifically, for example, when voltage application to the working
次いで、ＣＰＵ５１は、濃度算出プログラム５３５を実行して、取得された検出データに基づいて、検出対象物質の濃度を算出する（ステップＳ５８）。
そして、ＣＰＵ５１は、例えば、ステップＳ５７で取得された検出データやステップＳ５８で算出した検出対象物質の濃度をメモリ部６０に順次記憶させたり表示部８０に順次表示させたりする。
Next, the
Then, for example, the
次いで、ＣＰＵ５１は、劣化判断プログラム５３１を実行して、使用中のセンサ部２０（封止部材１７が除去されたセンサ部２０）が劣化したか否か判断する（ステップＳ５９）。
具体的には、ＣＰＵ５１は、例えば、センサシステム１に組み込まれているマトリックスセンサ１０の“使用履歴（例えば、封止部材１７が除去された日時）”に基づいて、使用中のセンサ部２０が劣化しているか否か判断する。
Next, the
Specifically, for example, the
ステップＳ５９で、使用中のセンサ部２０が劣化していないと判断すると（ステップＳ５９；Ｎｏ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ５７以降の処理を繰り返して行う。
If it is determined in step S59 that the
一方、ステップＳ５９で、使用中のセンサ部２０が劣化したと判断すると（ステップＳ５９；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ５１は、ステップＳ５４以降の処理を繰り返して行う。
無論、ステップＳ５１〜ステップＳ５９の間に、ユーザによる操作部７０の操作等によって、検出対象物質の濃度の測定を終了するよう指示されると、ＣＰＵ５１は、その時点で、本処理を終了する。
On the other hand, if it is determined in step S59 that the
Of course, if it is instructed to end the measurement of the concentration of the detection target substance by the operation of the
なお、第１の実施の形態において、センサ部２０の配置の仕方は、５×５の２次元マトリックス状に限ることはなく、マトリックスセンサ１０が複数のセンサ部２０を有していれば任意である。すなわち、例えば、センサ部２０は、Ｘ×Ｙの２次元マトリックス状（ＸとＹは自然数であり、Ｘ＝Ｙであっても、Ｘ≠Ｙであっても良い。）に配置されていても良いし、Ｘ×Ｙ×Ｚの３次元マトリックス状（ＸとＹとＺは自然数であり、Ｘ＝Ｙであっても、Ｘ≠Ｙであっても、Ｙ＝Ｚであっても、Ｙ≠Ｚであっても、Ｚ＝Ｘであっても、Ｚ≠Ｘであっても良い。）に配置されていても良い。Ｘ×Ｙ×Ｚの３次元マトリックスの場合は、実施の形態のセンサマトリックス１０を積み重ねる等して構成することができる。もちろん、ＭＥＭＳ等の微細加工技術やフォトリソ等の半導体技術を利用して作成することが可能である。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the arrangement of the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、マトリックスセンサ１０が有する複数のセンサ部２０は、同一基板上に形成された一体的なものに限ることはなく、マトリックスセンサ１０が複数のセンサ部２０を有しているのであれば、それぞれ別体であっても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
Further, in the first embodiment, the plurality of
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、各センサ部２０を封止する封止部材１７は、一体的に形成されたものに限ることはなく、対応するセンサ部２０を外部から遮断することができるのであれば任意であり、例えば、各センサ部２０それぞれに対応して個別に形成されていても良い。
透過膜１５も、一体的に形成されたものに限ることはなく、例えば、各センサ部２０それぞれに対応して個別に形成されていても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
Moreover, in 1st Embodiment, the sealing
The
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、封止部材１７の除去の仕方は、針３１を用いて機械的に除去するものに限ることはなく、指定されたセンサ部２０に対応する封止部材１７を除去することができるのであれば任意であり、例えば、針３１以外のものを封止部材１７に刺し込むことによって、機械的に除去するようにしても良いし、所定の封止部材加熱機構を用いて封止部材１７を焼いたり溶かしたりすることによって、或いは、予め封止部材１７や封止部材１７近傍に抵抗体を組み込んで電圧を印加することによって、熱的・電気的に除去するようにしても良いし、所定の封止部材移動機構を用いて封止部材１７を移動（スライド等）させることによって、電気的に除去するようにしても良いし、レーザ等を使用して、その圧力で封止部材１７を破ったり焼き切ったりして除去するようにしても良い。なお、封止部材１７を移動させて除去する場合、封止部材１７を各センサ部２０それぞれに対応して個別に形成するのが好ましい。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the method of removing the sealing
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、センサ部２０の劣化の判断の仕方は、センサ部２０の有効使用期間を用いて判断するものに限ることはなく、センサ部２０を封止する封止部材１７を除去してからの感度の低下の度合いが予め設定された“許容感度範囲”を超えた際に、そのセンサ部２０が劣化していると判断できるのであれば任意であり、例えば、定期的に標準試料（検出対象物質の濃度が一定の試料）中の検出対象物質を検出して、その際の感度（検出データ（応答電流値））に基づいて判断するようにしても良い。
また、検出対象物質の濃度を測定する前に、標準試料（検出対象物質の濃度が一定の試料）中の検出対象物質を検出し、その際の感度（検出データ（応答電流値））に基づいて、キャリブレーションを行うようにしても良い。この場合、センサ部２０が劣化等して、センサ部２０の感度が低下していても、そのセンサ部２０が検出対象物質を検出できない状態になるまでは、そのセンサ部２０を使用して検出対象物質の濃度を測定できるため、本発明のマトリックスセンサを長寿命化することができるとともに、本発明のマトリックスセンサのセンサとしての信頼性を高めることができ、好適である。ここで、センサ部２０が検出対象物質を検出できない状態とは、例えば、検出対象物質を供給しても応答電流が上昇しない状態等である。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the method of determining the deterioration of the
Also, before measuring the concentration of the detection target substance, the detection target substance in the standard sample (sample with a constant concentration of detection target substance) is detected, and based on the sensitivity (detection data (response current value)) at that time Thus, calibration may be performed. In this case, even if the
The same applies to the second to fourth embodiments.
さらには、全ての実施の形態において、センサ部２０が、例えば、金属酸化物半導体式センサや固体電解質式センサなどの場合、同時に同一種類のセンサ部２０を複数開封して使用し、一方を使用環境に一定濃度で存在する基準ガスを検知するセンサとすれば、この基準ガスセンサの応答出力が一定値以下になると劣化していると判断することができる。基準ガスは、一酸化炭素、硫化水素などを含む各種のガスで良い。ガス種に応じて、作用電極１２１と参照電極１２２との間の印加電圧を設定すれば良い。或いは、センサ部２０が、高温で使用するセンサの場合、温度センサを同時に装備し、予めメモリ上に記憶してある温度と寿命の関係データから、演算により劣化を判断することもできる。
また、最初の劣化判断をせずに、第３の実施の形態に従って、同時に複数のセンサ部２０を動作させ、平均から極端に値がずれたものを“故障したセンサ部”として除外することにより劣化を検出する（そのセンサ部２０はそれ以降、使用しない）こともできる。
Furthermore, in all the embodiments, when the
Further, by operating the plurality of
また、第１の実施の形態において、酵素Ｅが固定された縦孔構造を有する多孔体１３は、少なくとも作用電極１２１の上面に配置されていれば良い。特に、陽極酸化や界面活性剤を使用した金属のめっきなどの方法、或いは、外場により方向性を制御したメソポーラスシリカなど、電極１２上に基板１１に対して略垂直方向に貫通する細孔１３ａを有する有機・無機の構造体を直接形成しても良い。例えば、アルミナの陽極酸化により基板１１に略垂直方向に貫通する陽極酸化アルミナを形成することもできるし、さらに、その細孔の中にさらに小さなナノの細孔径を有するシリカチャンネルの束を形成することもできる。
さらに、第１の実施の形態において、酵素Ｅは、多孔体１３に固定された状態で検出層２１に含有されていなくても良く、例えば、多孔体１３以外の担体（例えば、カーボンナノチューブやシリカナノチューブなど）に固定された状態で検出層２１に含有されていても良いし、電極１２に直接固定された状態で検出層２１に含有されていても良いし、検出層２１を満たす電解液に溶解した状態（遊離酵素の状態）で検出層２１に含有されても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
Further, in the first embodiment, the
Furthermore, in the first embodiment, the enzyme E may not be contained in the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、電解液は、予め検出層２１に含有されていなくても良く、例えば、封止部材１７が除去された後に検出層２１に導入されても良い。この場合、酵素Ｅ、電子伝達体、補酵素などを乾燥状態のまま検出層２１に予め含有させておき、封止部材１７が除去された直後に、インクジェットヘッド、ディスペンサ、シリンジ、ピペット等を用いて電解液を供給すると良い。
さらに、第１の実施の形態において、酵素Ｅは、予め検出層２１に含有されていなくても良く、例えば、封止部材１７が除去された後に検出層２１に導入されても良い。
なお、電解液も酵素Ｅも予め検出層２１に含有されない場合には、センサ部２０は、封止部材１７で封止されていなくても良い。この場合、電解液や酵素Ｅなどの検出層２１への導入は、公知のＭＥＭＳ等の微細加工技術やフォトリソ等の半導体技術などを利用して、マイクロ流路やマイクロポンプをチップ上に直接、或いは、個別に形成して、これらを用いて導入することもできる。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the electrolytic solution may not be contained in the
Furthermore, in the first embodiment, the enzyme E may not be contained in the
In the case where neither the electrolyte solution nor the enzyme E is contained in the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、電極１２は、三極構造（作用電極１２１、参照電極１２２及び対向電極１２３の三極構造）に限るものではなく、例えば、参照電極１２２を設けない二極構造（作用電極１２１及び対向電極１２３の二極構造）であっても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、検出データ取得部４０が備えるポテンショスタット回路４２は、シングルチャンネルのポテンショスタット回路に限るものではなく、マルチチャンネルのポテンショスタット回路であっても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、基板１１上面に疎水性絶縁膜１１２を備えずに、隔壁部１４のみでセンサ部２０，２０（検出層２１，２１）同士を隔てるようにしても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
Further, in the first embodiment, the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、センサ部２０それぞれに温度センサと温度調整素子（例えば、ヒータ膜やペルチェ素子など）とを備え、指定されたセンサ部２０の温度制御が行えるよう構成しても良い。この場合、検出時の温度管理ができるため、検出精度を向上させることができる
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, each of the
また、第１の実施の形態において、電極１２の一部（例えば、参照電極１２２及び／又は対向電極１２３）を、基板１１の上面ではなく、透過膜１５の下面（透過膜１５の基板１１と対向する側の面）にスパッタ法等により形成しても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, a part of the electrode 12 (for example, the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、試料が気体試料である場合には、酵素Ｅが溶解する電解液を担体（ガラス繊維等）に保持させて、その担体を検出層２１（作用電極１２１上）に配置し、そして、基板１１の上面に作用電極１２１を形成するとともに、その担体に参照電極１２２及び対向電極１２３を形成しても良い。この場合、必ずしも多孔体１３や透過膜１５を備える必要はない。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, when the sample is a gas sample, an electrolyte solution in which the enzyme E is dissolved is held on a carrier (glass fiber or the like), and the carrier is supported on the detection layer 21 (on the working electrode 121). The working
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、センサ部２０の構成は、検出対象物質の種類に応じて適宜変更可能である。
具体的には、検出層２１に含有される生体物質は、酵素Ｅに限るものではなく、検出対象物質と選択的に反応する生体物質であれば任意である。具体的には、検出対象物質と選択的に反応する生体物質としては、例えば、酵素Ｅ等の生体触媒、抗原、抗体、脂質、細胞、菌、ＤＮＡ、糖鎖等を用いることができる。
さらに、検出層２１に含有される反応物質は、生体物質に限ることはなく、検出対象物質と選択的に反応する物質であれば任意である。具体的には、検出対象物質と選択的に反応する物質としては、例えば、上記生体物質、金属触媒、有機触媒、無機触媒、各種ポリマー、ポリマーコンプレックス、ポリイオンコンプレックス、吸光物質、蛍光物質等を用いることができる。特に、金属触媒としては、白金、パラジウム、ニオブ、イリジウム、タンタル、ニッケル、鉄、コバルト、ベリリウム、タングステン、ロジウム、ジルコニウム、銅、モリブデン、チタン、ルテニウム、タリウムなどの金属又はこれらの合金、さらには、酸化スズＳｎＯ２、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３、四三酸化鉄Ｆｅ３Ｏ４、アルミナＡｌ２Ｏ３、酸化マグネシウムＭｇＯ、酸化チタンＴｉＯ２、ニ酸化モリブデンＭｎＯ２、三酸化モリブデンＭｎＯ３、酸化ニッケルＮｉ２Ｏ３、酸化クロムＣｒ２Ｏ３などのいずれかの酸化物或いは多孔質金属酸化物、又はこれらの複合酸化物を用いることができる。検出層２１に含有される反応物質の種類は、１種類であっても良いし、複数種類であっても良い。
なお、検出層２１を満たす電解液は、検出層２１に含有される反応物質の種類に応じて、適宜変更可能である。具体的には、検出層２１に含有される反応物質が金属触媒（金属酸化物等）である場合は、金属酸化物半導体式センサなど、センサの検出方法によっては、電解液を入れてはいけない。また、検出層２１及び供給層２３（透過膜１５と封止部材１７との間の部分）を窒素等の気体で満たすと良い場合もある。
Moreover, in 1st Embodiment, the structure of the
Specifically, the biological material contained in the
Furthermore, the reactive substance contained in the
Note that the electrolyte solution that fills the
また、検出素子は、電極１２に限るものではなく、検出対象物質と、検出対象物質と選択的に反応する反応物質と、の反応に伴う所定の変化（例えば、物質変化、色変化、吸熱変化、発熱変化、質量変化、抵抗変化、容量変化等）を検出して電気信号に変換できるのであれば任意である。具体的には、検出素子としては、例えば、電極（過酸化水素電極、溶存酸素電極、電気伝導度電極、イオン電極、酸化還元電位電極、櫛型電極、並行平板電極等）、半導体、受光素子、感熱素子、圧電素子、サーミスタ、カンチレバー、イオン感応性電界効果型トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）、水晶振動子（ＱＣＭ）、弾性表面波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）デバイス等を用いることができる。
さらに、センサ部２０は検出素子を備えていなくても良い。この場合の検出法としては、例えば、センサ部２０（マトリックスセンサ１０）の外部から、光学的検出法等によって、化学発光、吸光、蛍光、プラズモン現象等を検出することにより、検出対象物質を検出する方法等を用いることができる。
In addition, the detection element is not limited to the
Furthermore, the
また、センサ部２０は、電極式の酵素センサとして機能するものに限ることはなく、検出対象物質を検出できるセンサであれば任意である。検出対象物質を検出できるセンサとしては、例えば、電気化学式センサ、固体電解質式センサ、触媒燃焼式センサ、金属酸化物半導体式センサ、電界効果型トランジスタ式センサ、水晶振動子式センサ、電極式センサ、イオン感応性電界効果型トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）式センサ、光学式センサ等が挙げられる。
The
ここで、電気化学式センサは、例えば、電解液中に溶け込んだ検出対象物質の反応に伴い発生する電流を検出することで、検出対象物質を検出するセンサである。 Here, the electrochemical sensor is, for example, a sensor that detects a detection target substance by detecting a current generated in response to a reaction of the detection target substance dissolved in the electrolytic solution.
また、固体電解質式センサは、例えば、固定電解質で隔てられた両側の濃度差（検出対象物質の濃度の差）に伴い発生する起電力を検出することで、検出対象物質を検出するセンサである。 The solid electrolyte sensor is a sensor that detects a detection target substance by detecting an electromotive force generated due to a concentration difference (difference in concentration of the detection target substance) on both sides separated by a fixed electrolyte, for example. .
また、触媒燃焼式センサは、例えば、貴金属（白金やパラジウムなど）をコートした白金線を３００℃〜４００℃に加熱しておくと、白金線にコートされた貴金属に接触した検出対象物質はその貴金属の触媒作用で燃焼するが、この燃焼に起因する温度変化に伴う抵抗変化を検出することで、検出対象物質を検出するセンサである。 In addition, the catalytic combustion type sensor, for example, when a platinum wire coated with a noble metal (such as platinum or palladium) is heated to 300 ° C. to 400 ° C., the detection target substance that contacts the noble metal coated on the platinum wire is Although it burns by the catalytic action of a noble metal, it is a sensor that detects a detection target substance by detecting a resistance change accompanying a temperature change caused by this combustion.
また、金属酸化物半導体式センサは、例えば、ｎ型半導体表面に大気中で吸着していた酸素は、ｎ型半導体と検出対象物質との相互作用によって、ｎ型半導体表面から除去されるが、この除去に伴うｎ型半導体の抵抗変化を検出することで、検出対象物質を検出するセンサである。 In the metal oxide semiconductor sensor, for example, oxygen adsorbed on the n-type semiconductor surface in the atmosphere is removed from the n-type semiconductor surface by the interaction between the n-type semiconductor and the detection target substance. It is a sensor that detects a substance to be detected by detecting a change in resistance of the n-type semiconductor accompanying this removal.
また、電界効果型トランジスタ式センサは、例えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート部に感応膜（検出対象物質と選択的に反応する感応膜）をコートしておき、検出対象物質の感応膜中への拡散に伴うドレイン電流の変化を検出することで、検出対象物質を検出するセンサである。 The field effect transistor type sensor has a sensitive film (sensitive film that selectively reacts with the detection target substance) coated on the gate part of the field effect transistor (FET), for example, and the sensitive film of the detection target substance. It is a sensor that detects a detection target substance by detecting a change in drain current accompanying diffusion into the inside.
また、水晶振動子式センサは、例えば、検出対象物質が水晶振動子（ＱＣＭ）の表面に付着・乖離することに伴う重量変化を、水晶振動子の周波数変化として検出することで、検出対象物質を検出するセンサである。また、水晶振動子式センサとしては、水晶振動子の表面に、検出対象物質と選択的に反応する感応膜（有機感応膜や無機感応膜）や検出対象物質と選択的に反応する生体物質（生体物質が固定された担体であっても良い。）などを固定したものも知られている。
同様に、カンチレバー式センサは、例えば、検出対象物質とカンチレバー表面との相互作用により生じる表面応力の変化を、カンチレバーのたわみ量（変位量）により検出するというものであるが、カンチレバーが検出対象物質に接触させる前後において、カンチレバーの変位量を測定することにより、検出対象物質を検出するセンサである。
In addition, the quartz resonator type sensor detects, for example, a change in weight associated with the detection target material adhering to or detaching from the surface of the crystal resonator (QCM) as a frequency change of the crystal resonator, thereby detecting the detection target material. It is a sensor which detects. In addition, as a quartz crystal sensor, a sensitive film (an organic sensitive film or an inorganic sensitive film) that selectively reacts with a detection target substance or a biological material that selectively reacts with a detection target substance ( A carrier on which a biological substance is immobilized may also be known).
Similarly, the cantilever type sensor detects, for example, a change in surface stress caused by the interaction between the detection target substance and the cantilever surface by the deflection amount (displacement amount) of the cantilever. The cantilever detects the detection target substance. The sensor detects the detection target substance by measuring the amount of displacement of the cantilever before and after contact with.
また、電極式センサは、例えば、金属やカーボンなどの電極に電圧を印加して、検出対象物質を電気化学的に酸化したり還元したりすることで生じる拡散電流を測定することで、検出対象物質を検出するセンサである。電極式センサとしては、例えば、電極（過酸化水素電極、溶存酸素電極、電気伝導度電極、イオン電極、酸化還元電位電極等）と、検出対象物質と選択的に反応する感応膜（有機感応膜や無機感応膜）や検出対象物質と選択的に反応する生体物質（生体物質が固定された担体であっても良い。）などと、を組み合わせたもの等が知られている。具体的には、例えば、溶存酸素電極と微生物固定膜とを組み合わせることにより、微生物固定膜の酸素消費量から微生物の呼吸活性を検出することで、有害物質（検出対象物質）を検出する電極式のバイオセンサが知られている。
ここで、電極式センサのうち、電極と酵素（生体物質）とを組み合わせたものが、実施の形態のセンサ部２０（電極式の酵素センサ）に対応する。
In addition, an electrode type sensor is a target to be detected by, for example, applying a voltage to an electrode such as metal or carbon and measuring a diffusion current generated by electrochemically oxidizing or reducing the target substance to be detected. It is a sensor that detects a substance. As an electrode type sensor, for example, an electrode (hydrogen peroxide electrode, dissolved oxygen electrode, electrical conductivity electrode, ion electrode, oxidation-reduction potential electrode, etc.) and a sensitive film (organic sensitive film) that selectively reacts with a detection target substance. And a combination of a biological substance that selectively reacts with a detection target substance (or a carrier on which the biological substance is fixed), and the like are known. Specifically, for example, an electrode type that detects harmful substances (substances to be detected) by detecting the respiratory activity of microorganisms from the oxygen consumption of the microorganism fixed membrane by combining a dissolved oxygen electrode and a microorganism fixed membrane. Biosensors are known.
Here, among electrode type sensors, a combination of an electrode and an enzyme (biological substance) corresponds to the sensor unit 20 (electrode type enzyme sensor) of the embodiment.
また、ＩＳＦＥＴ式センサは、例えば、半導体又は絶縁性基板上に電界効果型トランジスタや貴金属電極を設置し、この上にイオン感応性膜を配置したセンサであり、液中のｐＨ計測用の独立したセンサとして用いることもできるし、さらにイオン感応性膜の上に検出対象物質と選択的に反応する生体物質（生体物質が固定された担体であっても良い。）を固定化することでバイオセンサとして用いることもできる。具体的には、例えば、全血又は生体表面から浸出させた浸出液のような溶液中に存在する特定の有機物（検出対象物質）が、酵素の触媒作用により化学反応をした時に生じる水素イオン濃度又は電子濃度の変化を検出することで、特定の有機物を検出するＩＳＦＥＴ式のバイオセンサが知られている。 The ISFET sensor is, for example, a sensor in which a field effect transistor or a noble metal electrode is placed on a semiconductor or an insulating substrate, and an ion sensitive film is placed on the field effect transistor or a noble metal electrode. It can also be used as a sensor, and further a biosensor by immobilizing a biological substance (or a carrier on which the biological substance is immobilized) that selectively reacts with the detection target substance on the ion-sensitive membrane. Can also be used. Specifically, for example, the concentration of hydrogen ions generated when a specific organic substance (substance to be detected) present in a solution such as whole blood or a leachate leached from the surface of a living body undergoes a chemical reaction by the catalytic action of an enzyme or An ISFET type biosensor that detects a specific organic substance by detecting a change in electron concentration is known.
また、光学式センサは、例えば、識別素子（検出対象物質と選択的に反応する生体物質など）により検出対象物質を捕らえ、化学発光、吸光、蛍光、表面プラズモン現象等を利用して光信号の変化を検出することで、検出対象物質を検出するセンサである。 The optical sensor captures the detection target substance by, for example, an identification element (such as a biological substance that selectively reacts with the detection target substance) and uses chemiluminescence, absorption, fluorescence, surface plasmon phenomenon, etc. It is a sensor that detects a detection target substance by detecting a change.
ここで、センサ部２０が触媒燃焼式センサや金属酸化物半導体式センサなどとして機能する場合は、必ずしもセンサ部２０を封止部材１７で封止する必要がないが、常温でも空気中の物質(ガス)が吸着したりすれば感度は落ちるので、封止部材１７で封止する方が好ましい。
また、センサ部２０が触媒燃焼式センサや金属酸化物半導体式センサなどとして機能する場合は、必ずしも隔壁部１４を備える必要はないが、電気的なクロストークの防止や使用部周辺への熱拡散の防止などの観点から、隔壁部１４を備えるのが好ましい。
なお、触媒燃焼式センサや金属酸化物半導体式センサなどは素子を高温で使用するため、小型にすると使用による電極劣化或いは触媒の剥離や亀裂などの発生が顕著である。したがって、これらを本発明のマトリックスセンサにすることで、センサとしての寿命を大幅に増加することができる。
Here, when the
In addition, when the
In addition, since a catalyst combustion type sensor, a metal oxide semiconductor type sensor, etc. use an element at high temperature, generation | occurrence | production of the electrode deterioration by a use or peeling of a catalyst, a crack, etc. will become remarkable if it makes it small. Therefore, by using these as the matrix sensor of the present invention, the lifetime as a sensor can be greatly increased.
そして、上記のようにセンサ部２０の構成を適宜変更することによって、マトリックスセンサ１０を、所望の検出対象物質を検出するためのセンサとして用いることができる。
また、マトリックスセンサ１０は、検出可能な検出対象物質の種類が異なる複数種類のセンサ部２０を有するものであっても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
Then, by appropriately changing the configuration of the
Further, the
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第１の実施の形態において、試料が液体試料である場合には、各センサ部２０を、リアクタやフローセルと組み合わせたり、マイクロ流路やマイクロリアクタ中の流路内に形成したりしても良い。
第２〜第４の実施の形態においても同様である。
In the first embodiment, when the sample is a liquid sample, each
The same applies to the second to fourth embodiments.
また、第２の実施の形態において、マトリックスセンサ１０Ａは、検出濃度範囲が異なる５種類のセンサ部２０を備えるものに限ることはなく、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えていれば良い。
Further, in the second embodiment, the
また、第２の実施の形態において、センサ部２０の検出濃度範囲の調整の仕方は、調整用透過膜１９を用いるものに限ることはなく、マトリックスセンサ１０Ａが、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えることができるのであれば任意であり、例えば、透過膜１５と電極１２との間の距離を調整することによって、センサ部２０の検出濃度範囲を調整するようにしても良い。この場合、透過膜１５と電極１２との間の距離が小さいほど、検出濃度範囲は低濃度側となり、透過膜１５と電極１２との間の距離が大きいほど、検出濃度範囲は高濃度側となる。
また、マトリックスセンサ１０Ａに、機能が異なる複数種類のセンサ部２０を備えることによって、マトリックスセンサ１０Ａを、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えるものとしても良い。すなわち、例えば、マトリックスセンサ１０Ａに、電極式センサ（電極式の酵素センサ）として機能するセンサ部２０と、固体電解質式センサとして機能するセンサ部２０と、金属酸化物半導体式センサとして機能するセンサ部２０と、水晶振動子式センサとして機能するセンサ部２０と、などを備えることによって、マトリックスセンサ１０Ａを、検出濃度範囲が異なる複数種類のセンサ部２０を備えるものとしても良い。
また、例えば、第１の実施の形態において、センサ部２０の供給層２３に対する試料の供給速度を変化させることによって、センサ部２０の検出濃度範囲を調整することもできる。この場合、供給速度が速いほど、検出濃度範囲は低濃度側となり、供給速度が遅いほど、検出濃度範囲は高濃度側となる。
In the second embodiment, the method of adjusting the detection density range of the
Further, by providing the
Further, for example, in the first embodiment, the detection concentration range of the
また、第２の実施の形態において、最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０（最適なセンサ部２０）の決定の仕方は、許容電流範囲と、検出データ取得部４０により取得された複数種類のセンサ部２０それぞれによる応答電流値と、を比較して決定するものに限ることはなく、検出対象物質の濃度を含む検出濃度範囲を有するセンサ部２０を、最適なセンサ部２０として決定することができるのであれば任意である。すなわち、例えば、検出対象物質の濃度が５００ｐｐｍであり、検出濃度範囲が１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍのセンサ部２０（センサ部Ａ）と、検出濃度範囲が２０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍのセンサ部２０（センサ部Ｃ）と、がある場合、最適なセンサ部２０としてセンサ部Ｂを決定することができるのであれば任意である。
具体的には、例えば、センサ部Ａ（検出濃度範囲が１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ）、センサ部Ｂ（検出濃度範囲が１０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍ）、センサ部Ｃ（検出濃度範囲が２０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ）があり、センサ部Ａの検出濃度範囲が最も低濃度側であり、センサ部Ｃの検出濃度範囲が最も高濃度側である場合、センサ部Ｃ→センサ部Ｂ→センサ部Ａの順に最適なセンサ部２０であるか否か判断して、最適なセンサ部２０を決定するようにしても良い。より具体的には、例えば、センサ部Ｃの検出データに基づいて、センサ部Ｃが最適なセンサ部２０であるか否か判断し、センサ部Ｃが最適なセンサ部２０であると判断した場合に、最適なセンサ部２０としてセンサ部Ｃを決定する。センサ部Ｃが最適なセンサ部２０でないと判断した場合には、センサ部Ｂの検出データに基づいて、センサ部Ｂが最適なセンサ部２０であるか否か判断し、センサ部Ｂが最適なセンサ部２０であると判断した場合に、最適なセンサ部２０としてセンサ部Ｂを決定する。センサ部Ｂが最適なセンサ部２０でないと判断した場合には、センサ部Ａの検出データに基づいて、センサ部Ａが最適なセンサ部２０であるか否か判断し、センサ部Ａが最適なセンサ部２０であると判断した場合に、最適なセンサ部２０としてセンサ部Ａを決定し、センサ部Ａが最適なセンサ部２０でないと判断した場合には、例えば、検出エラーを表示する等する。このようにして、最適なセンサ部２０を決定するようにしても良い。なお、判断の順番は、センサ部Ｃ→センサ部Ｂ→センサ部Ａの順に限ることはなく、例えば、センサ部Ａ→センサ部Ｂ→センサ部Ｃの順であっても良い。
In the second embodiment, the method of determining the sensor unit 20 (optimum sensor unit 20) having the optimum detection density range is determined by the allowable current range and a plurality of types acquired by the detection
Specifically, for example, there are a sensor unit A (detection concentration range is 1 ppm to 100 ppm), a sensor unit B (detection concentration range is 10 ppm to 200 ppm), and a sensor unit C (detection concentration range is 20 ppm to 1000 ppm). If the detection density range of A is the lowest density side and the detection density range of the sensor part C is the highest density side, is the
また、第２の実施の形態において、検出対象物質の濃度の範囲が予め分かっている場合等には、一のグループに所属する各種類のセンサ部２０それぞれによる検出データに基づいて各種類のセンサ部２０の中から最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０を決定する必要はない。すなわち、検出対象物質の濃度の範囲が予め分かっている場合等には、例えば、その検出対象物質の濃度の範囲を含む検出濃度範囲を有するセンサ部２０を、最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０として決定しても良い。
Further, in the second embodiment, when the concentration range of the detection target substance is known in advance, each type of sensor is based on detection data from each type of
また、第２の実施の形態は、第３の実施の形態と組み合わせても良い。
具体的には、例えば、第２の実施の形態のマトリックスセンサ１０Ａを用いて、最適な検出濃度範囲を有する複数のセンサ部２０それぞれによる検出データを取得し、その取得された検出データを用いて所定の統計処理を行い、その所定の統計処理の結果に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するようにしても良い。
この場合、検出対象物質の測定精度を高めることができる。
Further, the second embodiment may be combined with the third embodiment.
Specifically, for example, using the
In this case, the measurement accuracy of the detection target substance can be increased.
また、第２の実施の形態は、第４の実施の形態と組み合わせても良い。
具体的には、例えば、第２の実施の形態のマトリックスセンサ１０Ａに差分用センサ部２０Ｃを設けて、最適な検出濃度範囲を有するセンサ部２０による検出データと、差分用センサ部２０Ｃによる検出データと、の差分を取り、その差分に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するようにしても良い。
Further, the second embodiment may be combined with the fourth embodiment.
Specifically, for example, a
また、第２の実施の形態は、第３の実施の形態及び第４の実施の形態と組み合わせても良い。
具体的には、例えば、第２の実施の形態のマトリックスセンサ１０Ａに差分用センサ部２０Ｃを設け、その差分用センサ部２０Ｃが設けられたマトリックスセンサ１０Ａを用いて、最適な検出濃度範囲を有する複数のセンサ部２０それぞれによる検出データを取得し、その取得された複数のセンサ部２０それぞれによる検出データと、差分用センサ部２０Ｃによる検出データと、の差分をそれぞれ取り、その差分を用いて所定の統計処理を行い、その所定の統計処理の結果に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するようにしても良い。
Further, the second embodiment may be combined with the third embodiment and the fourth embodiment.
Specifically, for example, a
また、第３の実施の形態は、第４の実施の形態と組み合わせても良い。
具体的には、例えば、第４の実施の形態のマトリックスセンサ１０Ｃを用いて、検出濃度範囲が同一である複数のセンサ部２０それぞれによる検出データを取得し、その取得された複数のセンサ部２０それぞれによる検出データと、差分用センサ部２０Ｃによる検出データと、の差分をそれぞれ取り、その差分を用いて所定の統計処理を行い、その所定の統計処理の結果に基づいて、検出対象物質の濃度を算出するようにしても良い。
The third embodiment may be combined with the fourth embodiment.
Specifically, for example, using the
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ センサシステム
１０，１０Ａ，１０Ｃ マトリックスセンサ
１１ 基板
１２ 電極（検出素子）
１３ 多孔体
１３ａ 細孔
１４ 隔壁部
１７ 封止部材
２０ センサ部
２０Ｃ 差分用センサ部
３０ 封止除去部（除去手段）
４０ 検出データ取得部（取得手段）
４０Ｃ 検出データ取得部（取得手段、差分用取得手段）
５１ ＣＰＵ（判断手段、指定手段、算出手段）
５３１，５３１Ｃ 劣化判断プログラム（判断手段）
５３２，５３２Ａ，５３２Ｂ，５３２Ｃ センサ部指定プログラム（指定手段）
５３５，５３５Ａ，５３５Ｂ，５３２Ｃ 濃度算出プログラム（算出手段）
Ｅ 酵素（反応物質（生体物質））
1, 1A, 1B,
13
40 Detection data acquisition unit (acquisition means)
40C detection data acquisition unit (acquisition means, difference acquisition means)
51 CPU (determination means, designation means, calculation means)
531, 531C Deterioration judgment program (determination means)
532, 532A, 532B, 532C Sensor unit designation program (designation means)
535, 535A, 535B, 532C Concentration calculation program (calculation means)
E Enzyme (reactive substance (biological substance))
Claims (3)
前記複数のセンサ部のうちの、所定のセンサ部を指定する指定手段と、
前記指定手段により指定されたセンサ部に対応する前記封止部材を除去する除去手段と、
前記指定手段により指定されたセンサ部による検出データを取得する取得手段と、
前記除去手段により前記封止部材が除去されたセンサ部が劣化しているか否か判断する判断手段と、を備え、
前記指定手段は、前記判断手段により前記センサ部が劣化していると判断された場合に、前記封止部材が除去されていないセンサ部を指定し、
前記複数のセンサ部には、検出用センサ部と、ドリフトを検出するための差分用センサ部と、が含まれ、
前記取得手段は、前記指定手段により指定されたセンサ部に電圧パルスを印加することによって前記検出用センサ部による検出データと前記差分用センサ部による検出データとを取得し、
前記取得手段により取得された前記検出用センサ部による検出データと前記差分用センサ部による検出データとの差分を取り、その差分に基づいて検出対象物質の濃度を算出することを特徴とするセンサシステム。 A matrix sensor having a plurality of sensor portions arranged in a two-dimensional or three-dimensional matrix, and a sealing member that blocks each of the plurality of sensor portions from the outside;
A designating unit for designating a predetermined sensor unit among the plurality of sensor units;
Removing means for removing the sealing member corresponding to the sensor portion designated by the designation means;
Obtaining means for obtaining detection data by the sensor unit designated by the designation means;
Determining means for determining whether or not the sensor part from which the sealing member has been removed by the removing means is deteriorated,
The designating unit designates a sensor unit from which the sealing member has not been removed when the judgment unit determines that the sensor unit has deteriorated;
The plurality of sensor units include a sensor unit for detection and a sensor unit for difference for detecting drift ,
The acquisition unit acquires detection data by the detection sensor unit and detection data by the difference sensor unit by applying a voltage pulse to the sensor unit specified by the specification unit,
It takes the difference between the detection data by detecting data before Symbol differential sensor unit according to obtained the detection sensor unit by the acquisition unit, and calculates the concentration of the detection target substance based on the difference Sensor system.
基板と、
前記基板上に配置され、前記センサ部同士を隔てる隔壁部と、を備え、
前記複数のセンサ部は、前記基板上に配置され、
前記封止部材は、前記センサ部の前記基板と対向する側の面を封止することを特徴とするセンサシステム。 The sensor system according to claim 1,
A substrate,
A partition part disposed on the substrate and separating the sensor parts from each other,
The plurality of sensor units are disposed on the substrate,
The said sealing member seals the surface of the side facing the said board | substrate of the said sensor part, The sensor system characterized by the above-mentioned.
前記検出用センサ部は、電解液と、検出対象物質と選択的に反応する生体物質と、を含有した状態で、前記封止部材により外部から遮断されており、
前記差分用センサ部は、電解液を含有した状態で、前記封止部材により外部から遮断されていることを特徴とするセンサシステム。 The sensor system according to claim 1 or 2,
The detection sensor unit is blocked from the outside by the sealing member in a state of containing an electrolytic solution and a biological substance that selectively reacts with a detection target substance.
The sensor unit for difference is characterized in that the sensor unit for difference is blocked from the outside by the sealing member in a state containing an electrolytic solution.
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