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【発明の名称】 携帯型測定装置
【発明者】 【氏名】大橋 昭王

【氏名】松本 達

【氏名】小橋 広志

【氏名】藤谷 明義
【要約】 【課題】保存液を収容したキャップセンサホルダに装着した携帯型測定装置において、キャップを脱着する際の圧力変動による保存液の飛散およびセンサの損傷を防止する。

【解決手段】センサホルダ３の根元部に、竹の子形状の嵌合部材４を設ける。キャップ２２をセンサホルダ３に対し、嵌合部材４の外周面と弾性部材７の内面とが密着した状態で嵌合する。嵌合部材４には空気逃げとなる溝５を設ける。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定装置本体と、センサを備え、前記測定装置本体から突出して設けられたセンサホルダと、前記センサホルダの根元部に設けられた嵌合部材と、前記センサの保存液を収容し、センサホルダを覆うように着脱可能に装着されたキャップと、を有し、前記嵌合部材の外周面に段差または凹凸が形成され、前記キャップの内側に弾性材料からなる密着面が形成され、前記嵌合部材の外周面と前記キャップの密着面とが密着した状態で嵌合し、前記嵌合部材の外周面に、空気逃げとなる溝部が設けられたことを特徴とする携帯型測定装置。
【請求項２】 請求項１に記載の携帯型測定装置において、前記嵌合部材が円筒状または円錐状の形状を有し、前記嵌合部材の外周面の段差または凹凸は、環状に設けられたことを特徴とする携帯型測定装置。
【請求項３】 請求項１または２に記載の携帯型測定装置において、前記嵌合部材は、測定装置本体側からセンサホルダ側に向かうにつれて径が小さくなっていることを特徴とする携帯型測定装置。
【請求項４】 請求項１乃至３いずれかに記載の携帯型測定装置において、前記密着面に突起部が設けられたことを特徴とする携帯型測定装置。
【請求項５】 請求項１乃至４いずれかに記載の携帯型測定装置において、前記センサは、酵素層を具備する酵素電極を有してなるバイオセンサであることを特徴とする携帯型測定装置。
【請求項６】 請求項１乃至５いずれかに記載の携帯型測定装置において、前記センサホルダは、センサと、該センサを上下から挟持する上部基板および下部基板と、該上部基板および下部基板を内包する筐体とを有してなり、前記上部基板に、センサ表面を露出させる開口部を設けられ、センサと上部基板との間にシール部材が配置され、センサ、シール部材および開口部が、前記筐体に設けられた位置合わせ手段により、位置合わせされたことを特徴とする携帯型測定装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯型測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】バイオセンサ等を用いた携帯型測定装置は、不使用時にはセンサをセンサ保存液に接触させた状態で保存し、センサの乾燥を防止して性能を維持することが必要となる。この種のタイプの測定装置が特開平７−１５９３６６号公報に開示されている。同公報には、下地電極と固定化酵素膜を一体形成したプレーナ型酵素センサを収納したセンサホルダを、測定装置本体に着脱可能に取付け、酵素センサ感応部に対応するすり鉢形状の開口部をセンサホルダに設け、測定装置本体に着脱可能に取付けられるカバー内には、保存液袋とパッキング部材を設け、袋と部材で形成される内部空間に保存液を収容し、パッキング部材の凹部と凹部に続くスリット部とを通してセンサホルダをカバー内の保存液に浸漬するように構成したと記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報等に記載の従来技術では、センサホルダが、パッキン部材に設けられた凹部とスリット部を通過してカバー内に対して進退する構造となっており、このため、カバー内に納められている保存液の液漏れを完全に防ぐことが困難であった。また、センサホルダをカバーから取り出す際に、空気の圧力差が生じ、保存液が外部に飛散することがあった。携帯型測定装置では、測定専用室で使用されるとは限らず、人間の生活空間内で使用されることもあり、保存液が飛散すると、使用者の衣服や室内を汚すこととなる。このため、携帯型測定装置では、特に、保存液の飛散や漏出に対する対策が重要となる。
【０００４】また、圧力に敏感なセンサを用いた場合、キャップの脱着時にキャップ内部に圧力変動が生じ、センサ性能が劣化したり、破損する場合があった。この種の測定装置ではセンサの長寿命化が求められており、このようなセンサの劣化等に対しても改善が求められていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発明の携帯型測定装置は、測定装置本体と、センサを備え、前記測定装置本体から突出して設けられたセンサホルダと、前記センサホルダの根元部に設けられた嵌合部材と、前記センサの保存液を収容し、センサホルダを覆うように着脱可能に装着されたキャップと、を有し、前記嵌合部材の外周面に段差または凹凸が形成され、前記キャップの内側に弾性材料からなる密着面が形成され、前記嵌合部材の外周面と前記キャップの密着面とが密着した状態で嵌合し、前記嵌合部材の外周面に、空気逃げとなる溝部が設けられたことを特徴とするものである。
【０００６】本発明の測定装置は、段差または凹凸が形成された嵌合部材外周面と、ゴム等の弾性材料からなるキャップの密着面とが密着した状態で嵌合するため、キャップ内部が気密に保たれ、センサ保存液の漏出が防止される。そして、嵌合部材の外周面に空気逃げとなる溝部が設けられているため、キャップを脱着する際の圧力変動による保存液の飛散およびセンサの損傷を防止できる。
【０００７】本発明の携帯型測定装置において、嵌合部材が円筒状または円錐状の形状を有するものし、嵌合部材の外周面の段差または凹凸を、環状に設けられた構成とすることができる。たとえば、径の異なる円筒が同心円状に段差をもって積層した、竹の子状の形状とすることができる。このようにすれば、嵌合部材外周面とキャップの密着面とがより密着した状態で嵌合するため、キャップ内部の気密がより充分に保たれ、センサ保存液の漏出がより効果的に防止される。
【０００８】本発明の携帯型測定装置において、嵌合部材は、測定装置本体側からセンサホルダ側に向かうにつれて径が小さくなっている構成とすることができる。このようにすれば、キャップの脱着が容易となる上、空気逃げとなる溝の圧力変動緩和作用が顕著となる。
【０００９】本発明の携帯型測定装置において、密着面に突起部が設けられた構成とすることができる。この突起部は、嵌合部材の外周面に形成された段差または凹凸と係合し、キャップを確実に装着することができる。
【００１０】本発明の携帯型測定装置において、センサは、酵素層を具備する酵素電極を有してなるバイオセンサである構成とすることができる。このようなバイオセンサを用いた場合、圧力変動によって酵素層が破損することがあるため、本発明の効果がより顕著に発揮される。
【００１１】本発明の携帯型測定装置において、センサホルダは、センサと、該センサを上下から挟持する上部基板および下部基板と、該上部基板および下部基板を内包する筐体とを有してなり、上部基板に、センサ表面を露出させる開口部を設けられ、センサと上部基板との間にシール部材が配置され、センサ、シール部材および開口部が、筐体に設けられた位置合わせ手段により、位置合わせされた構成とすることができる。このような構成とすれば、センサホルダ内にセンサ、開口部、防水シールが正確な位置関係で配置され、センサの測定誤差を低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る携帯型測定装置の一例について図面を参照して説明する。測定装置本体およびセンサホルダは、図３に示す構造を有している。センサホルダ３は測定装置本体２１から突出して設けられ、その根元部に円筒形状の嵌合部材４が設けられている。センサホルダ３の先端部分にはセンサ１が配設され、開口部２を介してセンサ１表面が露出している。嵌合部材４は、径の異なる円筒が同心円状に積層した、竹の子状の形状を有しており、嵌合部材４の外周面には、環状段差が複数形成されている。さらに、嵌合部材４の根元部に、溝部２０とその両側の部分からなる凹凸部が形成されている。
【００１３】キャップ２２は、図５に示すように、樹脂製のカバー部６とゴム製の弾性部材７からなり、弾性部材７の内面に突起部８が形成されている。弾性部材７の材質は、保存液に対する耐久性や繰り返し使用時の耐久性に優れるシリコーンゴムやフッ素ゴム等が好ましい。
【００１４】キャップ２２は、センサホルダ３に対し、図１に示す状態で装着され、嵌合部材４の外周面と弾性部材７の内面とが密着した状態で嵌合する。また、カバー部６端部（図中右側）は嵌合部材４の内面を押圧する形態となっている。また、溝部２０は弾性部材７の内側に設けられた突起部８と係合している。このような状態で弾性部材７と嵌合部材４が嵌合しているため、キャップ２２とセンサホルダ３によって形成される閉空間内が気密に保たれ、キャップ２２に収容された保存液（不図示）の外部への漏出が効果的に防止される。
【００１５】このように気密性を向上させた構造とした場合、キャップ２２を取り外す際、上記閉空間内に急激な圧力変動が生じ、保存液が外部に飛散したり、センサ１が破損する場合がある。気密性が充分でない構造ではこのようなことはあまり問題とならないが、気密性を向上させた場合、上記現象への対策が重要となる。また、センサ１として、酵素層を具備する酵素電極を有してなるバイオセンサを用いた場合、圧力変動によって酵素層が剥離する等して性能が劣化することがあり、この点からも上記現象への対策が重要となる。そこで本実施形態では、嵌合部材４に空気逃げとなる溝５を設けている。溝５は、測定装置本体２１側からセンサホルダ３側へ向かう方向に、嵌合部材４に設けられた環状の凹凸と直交するように形成されている。センサホルダ３からキャップ２２を取り外す際、この溝５が上記閉空間内の気密を破る役割を果たし、閉空間内の圧力変動を緩和して、保存液の飛散、センサ１の破損を防止できるようになっている。また、溝５はキャップ２２を装着する際にも圧力変動を緩和する役割を果たし、キャップの装着を円滑にし、保存液の漏出やセンサの破損を防止できる。
【００１６】センサホルダ３の内部構造を図６に示す。センサ１、防水シール１１およびこれらを挟む上部基板１０ｂと下部基板１０ａを有してなるセンサホルダ３ｂが、センサホルダ３ａに実装されている。センサホルダ３ｂは、図２に示すように基板固定部材１２によって固定されている。センサホルダ３ａには基板位置合わせ部９が形成され、下部基板１０ａに設けられた穴が、この基板位置合わせ部９にはめ込まれるようになっており、これによりセンサホルダ３内にセンサ１、開口部２、防水シール１１が正確な位置関係で配置されるようになっている。図２、図４は、センサホルダ３の内部構造を示す図である。基板位置合わせ部９によって、センサ１、開口部２、防水シール１１が正確な位置関係に配置されている。これらの位置がずれると、試料と接触するセンサ表面の状態が変動し、測定値の変動が大きくなる。
【００１７】本実施形態の測定装置は、筐体に収納して保管する形態とすることができ、この場合、キャップ２２は、測定装置を収納する筐体と一体化した構成とすることもできる。
【００１８】次にこの装置の使用方法について説明する。この装置は、不使用時には図１の状態とする。キャップ２２とセンサホルダ３によって形成される閉空間にはセンサ保存液が収容され、この保存液にセンサ１を接触させた状態で保存する。これによりセンサの乾燥を防止し、センサ性能を維持できる。センサ保存液の量については、キャップ２２を外した際に、キャップ２２内面に刻設した目印線の位置と液面が一致するようにし、キャップ２２をセンサホルダ３に装着した際に、キャップ２２とセンサホルダ３によって形成される閉空間が保存液によって満たされるようにする。
【００１９】なお、キャップ２２内に保存液を吸収させたスポンジのような多孔質体を配置し、これにセンサを当接させた状態でキャップを装着させる構成とすることもできる。
【００２０】装置使用時は、キャップ２２を取り外す。キャップ２２を装着したときには電源がオフとなり、キャップ２２を外したときには電源がオンとなるようにすれば、キャップ２２を外すと同時に測定可能な状態となり、電源スイッチを省略できる。測定は、開口部２の設けられた部分を試料に接触させることにより行う。センサ出力は図７に示されるシステムによって処理され、測定結果が表示される。センサ出力は、まず測定装置本体２１に内蔵された電気化学測定回路部１４に送られる。電気化学測定回路部１４は、センサ１に対して定電位を印加し、電流値を測定できる回路であり、たとえばポテンシオスタットを用いる。電気化学測定回路部１４を経由した出力信号は、データ処理部１５に入力される。データ処理部１５は、センサ１からの出力信号をもとに測定値を算出する機能を有しており、たとえば、上記電気信号をアナログ信号またはデジタル信号に変換し、測定値を算出するという形態で動作する。データ処理部１５は、電気化学測定回路部１４からの信号を処理できるマイクロプロセッサ等の演算部を持つものであれば特に限定されない。データ処理部１５で処理された信号は、データ表示部１６で測定値として表示される。以上の機能を有する各部は、配線１３により電気的に接続されている。測定終了後、センサ部を洗浄してから、キャップ２２をセンサホルダ３に装着する。
【００２１】
【実施例】実施例１まず10 mm× 6 mmの石英基板上に、白金からなる作用極（面積7 mm2）と対極（面積４ mm2）、２つの銀／塩化銀からなる参照極（面積1 mm2）を形成した。つづいて1 v/v%のγ−アミノプロピルトリエトキシシラン溶液をスピンコートして結合層を形成した後、グルコース酸化酵素を含み、かつ1 v/v%のグルタルアルデヒドを含む22.5w/v%アルブミン溶液をスピンコートして、固定化酵素層を形成し、電流検出型のバイオセンサを作製した。
【００２２】つづいて、図３、４、６に示す構造のセンサホルダおよび測定装置本体を作製し、図５に示す構造のキャップを作製した。センサホルダの根元部に設けられた嵌合部材は、図示したように竹の子状の形状となっており、環状の段差および凹凸が設けられている。そして、この段差および凹凸と直交する方向に、空気逃げとなる溝部が設けられている。キャップの弾性部材の材料はシリコーンゴムとし、カバー部の材質はアクリル樹脂とした。センサホルダの内部には、図３、４、６に示すように、バイオセンサ、防水シール、上部基板および下部基板、および基板固定材を実装した。防水シールと基板固定材はシリコーンゴムで作製した。基板はプリント基板をセンサホルダに収まるように加工した。
【００２３】バイオセンサと基板とはワイヤーボンディングで結線した。また、電気化学測定回路部、データ処理部、データ表示部を結線し、これらと基板とをピンジャックで接続した。バイオセンサを含む基板がピンジャックで電気化学測定回路部と接続されているため、バイオセンサが破損しても簡単に新しいバイオセンサが実装されたセンサホルダと交換できるようになっている。
【００２４】キャップ内には150 mMの塩化ナトリウムを含むpH 7の1 mMのTES（エヌ・トリス（ハイドロキシメチル）・メチル・２−アミノエタンサルフォニックアシッド）緩衝液を保存液として満たした。
【００２５】つづいて、この測定装置の操作手順、およびこの測定装置を用いて尿中のグルコースを測定した結果について説明する。
【００２６】はじめに、センサホルダからキャップを外し、測定可能な状態とする。この際、空気逃げとなる溝部がキャップとセンサホルダにより形成される閉空間内の気密を破る役割を果たし、閉空間内の圧力変動を緩和して、保存液の漏出、バイオセンサの破損が防止される。
【００２７】次いで、測定装置のバイオセンサ部分を150 mMの塩化ナトリウムを含むpH 7のTES（エヌ・トリス（ハイドロキシメチル）・メチル・２−アミノエタンサルフォニックアシッド）緩衝液の保存液中に浸漬し、電源スイッチを入れる。そして、較正液（図示せず）にバイオセンサ部分を浸漬して、測定装置の較正を行う。そして、バイオセンサ表面の較正液を洗い流した後、バイオセンサを前述の保存液に戻してから、測定サンプルに浸漬し、グルコース濃度の測定を行う。測定終了後はバイオセンサ部分を洗浄し、保存液の満たされたキャップを装着しておく。このときにも、空気逃げとなる溝部が圧力変動を緩和するため、センサホルダに対してキャップを円滑に装着でき、保存液の漏出やセンサの破損を防止できる。
【００２８】測定条件は１日３回行い、７日間連続して行った。較正は１日１回行った。上記測定を行った結果、本実施例の測定装置は、７日間、保存液の漏れやバイオセンサの破損が発生せず、安定な測定を行うことができた。得られた測定値も精度の高いものであった。
【００２９】比較例１空気逃げとなる溝部のない嵌合部材を形成したこと以外は実施例１と同様の測定装置を作製し、実施例１と同様の測定を行った。その結果、センサホルダからキャップを取り外す際、周辺に保存液が飛散し、携帯型装置として用いるには不都合であることが確認された。
【００３０】比較例２比較例として、嵌合部材が筍状でなく完全な円柱状であり溝が形成されていないセンサホルダを作製し、同様にして電気化学測定回路部、データ処理部、データ表示部を結線し、これをセンサホルダ内の基板と電線で接続した測定装置を作製した。しかしながら、初日には測定できたが、キャップ内の保存液が漏れだしたために、２日目にバイオセンサが乾燥し破損してしまい、測定が不可能になった。また、センサホルダが電気化学測定回路部と結線されているため、交換がきわめて難しことが示された。
【００３１】実施例２実施例１と同様の構造の測定装置を１０個作製し、装置性能のばらつきを評価した。測定装置の組み立て工程について図６を参照しながら説明する。
【００３２】はじめに、センサホルダをプラスチックスで図４および図６に示す構造に作製した。次に、センサホルダ内に収まるように基板を作製した。基板はセンサホルダ内に形成されている目合わせ部に合わせて穴が形成されている。次に、バイオセンサと同サイズで、かつセンサホルダ内に収まる大きさの防水シールを作製した。材質はシリコーンゴムである。次にこれらを図６に示す順番に実装し、最後にエポキシ樹脂製の接着剤で封止した。
【００３３】このセンサホルダを１０個作製し、電気化学測定回路部、データ処理部、データ表示部を結線し、前述のセンサホルダ内の基板とをピンジャックで接続した。
【００３４】続いて、比較例として目合わせ部のない基板を作製して、同様に図６に示す順番にセンサホルダ内に実装し、最後にエポキシ樹脂製の接着剤で封止した。そして、このセンサホルダを１０個作製し、電気化学測定回路部、データ処理部、データ表示部を結線し、前述のセンサホルダ内の基板とをピンジャックで接続した。
【００３５】評価は10 mg/dlのグルコースに対する電流の出力値をそれぞれ測定し、ばらつきを算出した。
【００３６】その結果、電流値は、本発明の測定装置が500 ± 20 nA、比較例の測定装置が300±200nAを示した。比較例においてばらつきが大きくなった原因は、バイオセンサ、基板、および防水シールを正確に、しかも実装する位置を揃えて、実装できなかったためである。したがって、本発明によれば、センサホルダ内にバイオセンサおよび基板を正確に実装でき、センサホルダのばらつきがきわめて低くなることが示された。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、段差または凹凸が形成された嵌合部材外周面と、弾性材料からなるキャップの密着面とが密着した状態で嵌合するため、キャップ内部が気密に保たれ、センサ保存液の漏出が防止される。そして、嵌合部材の外周面に空気逃げとなる溝部が設けられているため、キャップを脱着する際の圧力変動による保存液の飛散およびセンサの損傷を防止できる。
【００３８】また、センサ、シール部材および開口部が、前記筐体に設けられた位置合わせ手段により位置合わせされた構成とすれば、センサの動作を安定にし、測定誤差を少なくすることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
【出願日】 平成１２年８月２５日（２０００．８．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００８８３２８
【弁理士】
【氏名又は名称】金田 暢之 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−７１６１８（Ｐ２００２−７１６１８Ａ）
【公開日】 平成１４年３月１２日（２００２．３．１２）
【出願番号】 特願２０００−２５５７７９（Ｐ２０００−２５５７７９）