JP2001204458A - Microorganism carrier, microorganism counting device and microorganism counting method - Google Patents
Microorganism carrier, microorganism counting device and microorganism counting methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低誘電率の微生物であっても、誘電泳動によ
って簡易で高感度な測定を行う微生物キャリア体の提供
することを目的とする。
【解決手段】 本発明の微生物キャリア体は、測定対象
の微生物が有す誘電率より高誘電率の材質で構成され、
表面に前記微生物と特異的に結合できる結合基が設けら
れた微生物キャリア体であって、誘電泳動力が作用する
と前記結合基に結合した微生物が一体となって泳動され
ることを特徴とする。
(57) [Problem] To provide a microbial carrier capable of performing simple and highly sensitive measurement by dielectrophoresis even for microorganisms having a low dielectric constant. SOLUTION: The microorganism carrier of the present invention is composed of a material having a higher dielectric constant than the dielectric constant of the microorganism to be measured,
A microorganism carrier body having a binding group capable of specifically binding to the microorganism on its surface, wherein the microorganisms bound to the binding group are electrophoresed integrally when a dielectrophoretic force acts.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、結合基が設けら
れ、誘電泳動力が作用するとこの結合基に結合した微生
物を一体にして集めることができる微生物キャリア体、
及びこの微生物キャリア体を用いて溶液中の微生物数を
測定する微生物数測定装置、及び微生物数測定方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microorganism carrier body provided with a binding group and capable of collecting microorganisms bound to the binding group when dielectrophoretic force acts thereon.
The present invention also relates to a microorganism counting device for measuring the number of microorganisms in a solution using the microorganism carrier, and a method for measuring the number of microorganisms.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、溶液中の微生物数を測定する方法
として特開平57−50652号公報に記載されたもの
等の多数の技術が知られている。しかし、従来の技術に
よる微生物数の測定方法は、試料液に専用の薬剤、例え
ば酵素や色素を投入して生化学反応を起こさせ、その反
応経過または結果を蛍光や発光によって測定するもので
あり、測定感度は比較的高いが微生物分野及び生化学分
野に関する専門知識が必要であったり、また専用で高価
な大型の測定装置が必要となり、さらには専任者による
作業が必要となる等、とても一般的かつ簡易に微生物数
を測定することができるものではなかった。2. Description of the Related Art Conventionally, a number of techniques for measuring the number of microorganisms in a solution, such as that described in JP-A-57-50652, are known. However, the method of measuring the number of microorganisms according to the conventional technique involves introducing a special agent, for example, an enzyme or a dye, into a sample solution to cause a biochemical reaction, and measuring the progress or result of the reaction by fluorescence or luminescence. Although the measurement sensitivity is relatively high, specialized knowledge in the fields of microorganisms and biochemistry is required, and a dedicated and expensive large-scale measuring device is required, and furthermore, work by a dedicated person is required. It was not possible to measure the number of microorganisms easily and easily.
【0003】そこで、特開平59−91900号公報に
記載されたものをはじめとする、物理的手段のみを使
い、薬剤を一切用いないで、小型で、試料系に組み込ん
での自動測定が可能な、簡易な微生物数検出装置が提案
されたが、微生物数が10の8乗cells/ml(1
ml中に微生物数が1億個)以上にならないと検出でき
ないためその応用範囲に著しい制限が加えられていた。
このように、従来の技術による微生物数測定装置で測定
感度を上げるためには、何らかの薬剤の使用や、専用の
測定装置,専門知識を持った専任者による操作が必要で
あった。また薬剤を使用しない簡易型の装置では、専任
者を必要とせず測定が可能になるが、微生物数が非常に
多くないと測定が難しく、低感度の測定器しか得られな
いし、微生物を移動させて局部的に濃度を上げて感度を
向上させたくても簡易でメンテナンスフリーな手段がな
いという問題があった。[0003] Therefore, using only physical means, such as that described in JP-A-59-91900, and using no chemicals, it is small and can be automatically measured by incorporating it into a sample system. , A simple microbial count detection device has been proposed, but the microbial count is 10 8 cells / ml (1
Since the number of microorganisms cannot be detected until the number of microorganisms exceeds 100 million), the range of application has been markedly limited.
As described above, in order to increase the measurement sensitivity in the microorganism counting device according to the conventional technique, it is necessary to use some kind of drug, a dedicated measuring device, and an operation by a dedicated person having specialized knowledge. In addition, with a simple device that does not use drugs, measurement can be performed without the need for a dedicated person.However, if the number of microorganisms is not very large, measurement is difficult, and only a low-sensitivity measuring instrument can be obtained. However, there is a problem that there is no simple and maintenance-free means even if it is desired to improve the sensitivity by locally increasing the density.
【0004】本発明者らは、このため特開平11−12
7846号公報において、測定試料中の微生物に誘電泳
動力を作用させ、電界が集中した個所に微生物を集めて
濃度測定するという新しい測定方法を提案した。この測
定方法によれば、薬剤や特別な装置などは必要でなく、
簡易で高感度な測定ができ、メンテナンスフリーの微生
物測定が可能になった。[0004] The inventors of the present invention have proposed a method disclosed in
No. 7846 proposes a new measuring method in which a dielectrophoretic force is applied to microorganisms in a measurement sample, and the microorganisms are collected at a location where an electric field is concentrated to measure the concentration. According to this measuring method, no medicine or special device is required,
Simple and highly sensitive measurement was possible, and maintenance-free measurement of microorganisms became possible.
【0005】しかし、微生物を測定する環境は、微生物
が生息していくためのミネラル分や有機物等を含有して
いることが多く、これらは微生物が生息している液中の
導電率を押し上げ、この液を測定試料として微生物数を
測定しようとすると導電率が高くて誘電泳動によって微
生物濃度を上げられないという問題があった。さらに、
微生物には低誘電率のものが多く、これらは溶液の導電
率が低くても本来的に誘電泳動力が弱く、同様に濃度を
上げられないという問題があった。このうち測定試料の
導電率が高い場合は、導電率を下げるために透析や希釈
等を行うことで誘電泳動が可能になるが、微生物自体が
低誘電率の場合には誘電泳動力を大きくする手段がな
く、微生物を移動させて濃度を上げることができないた
め、誘電泳動による微生物数の測定を困難ならしめてい
た。[0005] However, the environment in which microorganisms are measured often contains minerals, organic substances, and the like for the microorganisms to inhabit, which increase the conductivity in the liquid in which the microorganisms inhabit, If this solution is used as a measurement sample to measure the number of microorganisms, there is a problem that the conductivity is high and the concentration of microorganisms cannot be increased by dielectrophoresis. further,
Many microorganisms have a low dielectric constant, and even if the conductivity of the solution is low, there is a problem that the dielectrophoretic force is inherently weak and the concentration cannot be increased similarly. When the conductivity of the measurement sample is high, dielectrophoresis can be performed by performing dialysis or dilution to reduce the conductivity, but if the microorganism itself has a low dielectric constant, the dielectrophoretic force is increased. Since there is no means and the concentration cannot be increased by moving the microorganisms, it has been difficult to measure the number of microorganisms by dielectrophoresis.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】そこでこれらの問題を
解決するため、本発明は、低誘電率の微生物であって
も、誘電泳動によって簡易で高感度な測定ができる微生
物数キャリア体を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve these problems, the present invention provides a carrier for the number of microorganisms, which enables simple and highly sensitive measurement by dielectrophoresis even for microorganisms having a low dielectric constant. The purpose is to:
【0007】また、本発明は薬剤や特別な装置を必要と
することなく、低誘電率の微生物であっても、簡易で高
感度な測定ができ、自動測定が可能でメンテナンスフリ
ーの微生物数測定装置を提供することを目的とする。Further, the present invention enables simple and highly sensitive measurement of microorganisms having a low dielectric constant without requiring a drug or a special device, and enables automatic measurement and maintenance-free microorganism count. It is intended to provide a device.
【0008】さらに、本発明は、低誘電率の微生物であ
っても、簡易で高感度な測定ができ、自動測定が可能で
メンテナンスフリーの微生物数測定方法を提供すること
を目的とする。It is a further object of the present invention to provide a maintenance-free method for measuring the number of microorganisms which enables simple and highly sensitive measurement of microorganisms having a low dielectric constant, enables automatic measurement, and is maintenance-free.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の微生物キャリア体は、測定対象の微生物が
有す誘電率より高誘電率の材質で構成され、表面に前記
微生物と特異的に結合できる結合基が設けられた微生物
キャリア体であって、誘電泳動力が作用すると前記結合
基に結合した微生物が一体となって泳動されることを特
徴とする。In order to achieve the above object, the microorganism carrier of the present invention is made of a material having a higher dielectric constant than that of the microorganism to be measured, and has a surface which is unique to the microorganism. A microorganism carrier body provided with a binding group that can be bound to the substrate, wherein when a dielectrophoretic force acts, the microorganisms bound to the binding group are electrophoresed together.
【0010】これにより、薬剤や特別な装置を必要とす
ることなく、低誘電率の微生物であっても、誘電泳動に
よって簡易で高感度な測定ができる。[0010] Thus, simple and high-sensitivity measurement can be performed by dielectrophoresis even for a microorganism having a low dielectric constant without requiring a drug or a special device.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】請求項1に記載された発明は、測
定対象の微生物が有す誘電率より高誘電率の材質で構成
され、表面に前記微生物と特異的に結合できる結合基が
設けられた微生物キャリア体であって、誘電泳動力が作
用すると前記結合基に結合した微生物が一体となって泳
動されることを特徴とする微生物キャリア体であるか
ら、誘電泳動力の作用を受けにくい低誘電率の微生物で
あっても、微生物キャリア体でみかけの誘電率を上げ、
これを微生物キャリア体とともに誘電泳動力によって電
界集中部に集めることができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention described in claim 1 is characterized in that the measurement target is constituted by a material having a higher dielectric constant than the microorganism to be measured, and a surface is provided with a binding group capable of specifically binding to the microorganism. A microbial carrier body, characterized in that when a dielectrophoretic force acts, the microorganisms bonded to the binding group are electrophoresed together, and thus are not easily affected by the dielectrophoretic force. Even for microorganisms with a low dielectric constant, increase the apparent dielectric constant with the microorganism carrier,
This can be collected together with the microorganism carrier in the electric field concentration portion by the dielectrophoretic force.
【0012】請求項2に記載された発明は、微生物キャ
リア体が微生物の代表寸法と同程度もしくは数倍程度ま
での代表寸法を有すとともに、前記微生物の表面導電率
より低い表面導電率を有することを特徴とする請求項1
記載の微生物キャリア体であるから、誘電泳動力を受け
にくい低誘電率の微生物であっても、微生物キャリア体
とともに誘電泳動力により電界集中部に集めることがで
きるし、1つの微生物キャリア体には1個から数個の微
生物が微生物濃度に比例して結合するため、微生物濃度
が高ければ両者の結合体の表面導電率が変化し、微生物
数を表面導電率で測定できる。[0012] According to a second aspect of the present invention, the microorganism carrier has a representative size that is the same as the representative size of the microorganism or up to several times, and has a surface conductivity lower than the surface conductivity of the microorganism. 2. The method according to claim 1, wherein
Since the microorganism carrier is described, even a microorganism having a low dielectric constant that is not easily subjected to dielectrophoretic force can be collected together with the microorganism carrier in the electric field concentration portion by the dielectrophoretic force. Since one to several microorganisms bind in proportion to the concentration of microorganisms, if the concentration of microorganisms is high, the surface conductivity of both conjugates changes, and the number of microorganisms can be measured by the surface conductivity.
【0013】請求項3に記載された発明は、前記結合基
が微生物の官能基に特異的に化学結合することができ、
微生物キャリア体表面に修飾されている化合物であるこ
とを特徴とする請求項1記載の微生物キャリア体である
から、誘電泳動力の作用を受けにくい低誘電率の微生物
であっても、微生物キャリア体とともに誘電泳動力によ
り安定して電界集中部に集めることができる。[0013] The invention described in claim 3 is characterized in that the binding group can specifically bind to a functional group of a microorganism,
The microorganism carrier according to claim 1, wherein the microorganism carrier is a compound modified on the surface of the microorganism carrier, even if the microorganism has a low dielectric constant that is not easily affected by dielectrophoretic force. At the same time, it can be stably collected at the electric field concentration portion by the dielectrophoretic force.
【0014】請求項4に記載された発明は、前記化合物
が微生物のタンパク質に含まれるアミノ酸残基に特異的
に結合する化合物であることを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載の微生物キャリア体であるから、誘電
泳動力の作用を受けにくい低誘電率の微生物であって
も、アミノ酸残基により生死いずれの微生物に対しても
特異的に結合し、微生物キャリア体とともに誘電泳動力
により安定して電界集中部に集めることができる。[0014] The invention described in claim 4 is that the compound is a compound that specifically binds to an amino acid residue contained in a protein of a microorganism.
The microorganism carrier according to any one of the above, even a microorganism having a low dielectric constant that is less susceptible to the effect of dielectrophoretic force, specifically binds to any living or dead microorganism through amino acid residues, The dielectrophoretic force together with the carrier allows stable collection at the electric field concentration portion.
【0015】請求項5に記載された発明は、前記結合基
が抗原である微生物のエピトープに対して特異的に結合
するパラトープを有する抗体であり、微生物キャリア体
表面に修飾されていることを特徴とする請求項1または
2記載の微生物キャリア体であるから、誘電泳動力の作
用を受けにくい低誘電率の微生物であっても、抗原抗体
反応で速やかに微生物キャリア体に特異的に結合させ、
特定の微生物を微生物キャリア体とともに誘電泳動力に
より電界集中部に集めることができる。[0015] The invention described in claim 5 is an antibody having a paratope in which the binding group specifically binds to an epitope of a microorganism which is an antigen, wherein the antibody is modified on the surface of a microorganism carrier. Since the microorganism carrier according to claim 1 or 2, even a microorganism having a low dielectric constant that is less susceptible to the effect of dielectrophoretic force, quickly and specifically binds to the microorganism carrier by an antigen-antibody reaction,
The specific microorganisms can be collected together with the microorganism carrier in the electric field concentration part by the dielectrophoretic force.
【0016】請求項6に記載された発明は、内部に複数
の電極を備え、かつ微生物含有の液体を導入するととも
に、請求項1〜5のいずれかに記載の微生物キャリア体
を導入することができるセルと、前記セル内に誘電泳動
力を発生させるための交流電圧を前記電極のうちの何れ
かの電極間に印加する電源回路と、前記電極のうちの何
れかの電極により電界を測定するための電極間の抵抗特
性を測定する測定部と、前記電源回路と前記測定部とを
制御するための制御手段と、前記測定部の測定結果を演
算して微生物数を算出する演算手段とを備えたことを特
徴とする微生物数測定装置であるから、微生物数の少な
い試料においても微生物を電極付近に集中させた後に、
電極間抵抗特性によって微生物数を測定することができ
るため、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、簡易
で高感度な測定ができる。According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of electrodes are provided therein, and a microorganism-containing liquid is introduced, and the microorganism carrier according to any one of the first to fifth aspects is introduced. A cell, a power supply circuit for applying an AC voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell between any of the electrodes, and measuring an electric field with any of the electrodes A measuring unit for measuring the resistance characteristics between the electrodes, a control unit for controlling the power supply circuit and the measuring unit, and a calculating unit for calculating the number of microorganisms by calculating the measurement result of the measuring unit. Since it is a microorganism counting device characterized by having, even in a sample with a small number of microorganisms, after concentrating the microorganisms near the electrode,
Since the number of microorganisms can be measured by the inter-electrode resistance characteristics, simple and highly sensitive measurement can be performed without the need for a drug or a special device.
【0017】請求項7に記載された発明は、前記測定部
が電極間の電流と位相差を測定するとともに、前記電極
間の印加電圧を測定して抵抗を算出することを特徴とす
る請求項6記載の微生物数測定装置であるから、微生物
数の少ない試料においても微生物を電極付近に集中させ
た後に、測定部により電極間の電流と位相差と、電圧を
測定することによって微生物数を測定することができる
ため、簡易で高感度な測定ができる。According to a seventh aspect of the present invention, the measuring section measures a current and a phase difference between the electrodes, and calculates a resistance by measuring a voltage applied between the electrodes. Since the microbial count measuring device described in 6, the microbes are measured by measuring the current, phase difference, and voltage between the electrodes by the measuring unit after the microbes are concentrated near the electrodes even in the sample having a small number of microbes. Therefore, simple and highly sensitive measurement can be performed.
【0018】請求項8に記載された発明は、複数の電極
を備えたセル内に微生物含有の液体と請求項1〜5記載
の微生物キャリア体を導入し、前記複数の電極のうち何
れかの電極間に交流電圧を印加して前記セル内に誘電泳
動力を発生させ、電界集中部に前記微生物キャリア体と
結合した微生物を集めて、前記電極間の抵抗特性の変化
を測定して微生物数を算出することを特徴とする微生物
数測定方法であるから、微生物数の少ない試料において
も微生物を電極付近に集中させた後に電気的な手段によ
って微生物数を測定することができるため、薬剤や特別
な装置を必要とすることなく、簡易で高感度な測定がで
きる。According to the invention described in claim 8, the microorganism-containing liquid and the microorganism carrier described in claims 1 to 5 are introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and any one of the plurality of electrodes is introduced. An AC voltage is applied between the electrodes to generate a dielectrophoretic force in the cell, the microorganisms bound to the microorganism carrier are collected in an electric field concentration portion, and the change in resistance characteristics between the electrodes is measured to determine the number of microorganisms. The method of counting the number of microorganisms is characterized in that the number of microorganisms can be measured by electrical means after the microorganisms are concentrated near the electrodes even in a sample with a small number of microorganisms. Simple and highly sensitive measurement can be performed without the need for a simple device.
【0019】以下、本発明の実施の形態について、図1
〜図7、(数1)〜(数5)を用いて説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
7 and (Equation 1) to (Equation 5).
【0020】(実施の形態)本発明の一実施の形態であ
る微生物数測定装置について図面を参照しながら詳細に
説明する。図1は本発明の実施の形態における微生物数
測定装置の全体構成図、図2は本発明の実施の形態にお
ける電極の説明図、図3は本発明の実施の形態における
電極の断面と電極間の電界の状態を説明するための図、
図4は微生物数と測定時間と電極間の抵抗Rの関係を説
明するためのグラフ、図5(a)は電極間の静電容量の
計算方法を説明するための図、図5(b)は電流と電圧
の間の位相差を示す図、図6は電極間の静電容量の計算
方法を説明するためのもう一つの図、図7は微生物キャ
リア体の分子構造を表す模式図である。(Embodiment) A microorganism counting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an apparatus for measuring the number of microorganisms according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of an electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. Diagram for explaining the state of the electric field of
FIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the number of microorganisms, the measurement time, and the resistance R between the electrodes. FIG. 5A is a diagram for explaining a method of calculating the capacitance between the electrodes, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing a phase difference between a current and a voltage, FIG. 6 is another diagram for explaining a method of calculating capacitance between electrodes, and FIG. 7 is a schematic diagram showing a molecular structure of a microorganism carrier. .
【0021】図1において、1はセル、2は基板上の電
極、3は泳動電源回路、4は測定部、5は演算部、6は
制御手段、7は試料系配管、8は電磁弁、9は表示手段
である。また、図2において、10は電極2の基板、1
1は薄膜電極、12は薄膜電極11に挟まれた微小なギ
ャップである。また、図3において13は薄膜電極11
間に印加される電圧によって生じる電気力線である。図
5(a)において14は薄膜電極11の一方の極、15
は薄膜電極11の他方の極、16は微生物や微生物キャ
リア体を電気力線13中に置いたとき、想定されるCR
並列等価回路を構成する静電容量、図5(b)において
17は同じくキャリア体を電気力線13中に置いたとき
CR等価回路を構成する抵抗である。18は時間軸、1
9は電圧と電流の大きさを表す軸、20は電流の変化を
表す曲線、21は電圧の変化を表す曲線である。また、
図7において22は測定対象の微生物が有している誘電
率より高誘電率の材質で構成されるキャリア体のコアで
あって、本実施の形態においてはチタン酸バリウムの粒
子、23はこのコア22をコーティングしているポリス
チレン等のポリマー、24はポリマー23もしくはコア
22表面に修飾され、微生物と特異的に結合するための
化合物や抗体等の結合基である。コア22とポリマー2
3と結合基24は全体として微生物キャリア体(以下、
キャリア体と記す)を構成する。なお、後述するように
コア22自体をポリマー粒子で高誘電率の微細粒子を分
散させたもの(コーティングするポリマー23がないも
の)とするのも適当である。また、このキャリア体は、
測定対象である微生物までの代表寸法と同程度もしくは
数倍程度までの代表寸法をもたせるのがよい。この結合
基24としては化合物によって化学結合する基が代表的
で、中でもタンパク質に含まれるアミノ酸残基と結合す
るカルボキシル基等が有力であるが、このほかにも微生
物のエピトープに対して特異的に結合する抗体であるパ
ラトープも適当である。アミノ酸残基の場合、生死いず
れの微生物に対しても安定して特異的に結合し、キャリ
ア体と一体に誘電泳動力により電界集中部に集めること
ができるし、抗原抗体反応による場合、特定の微生物を
速やかにキャリア体に結合させ、キャリア体とともに電
界集中部に集めることができる。In FIG. 1, 1 is a cell, 2 is an electrode on a substrate, 3 is an electrophoresis power supply circuit, 4 is a measuring unit, 5 is an arithmetic unit, 6 is control means, 7 is a sample system pipe, 8 is a solenoid valve, 9 is a display means. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a substrate of the electrode 2;
Reference numeral 1 denotes a thin film electrode, and 12 denotes a minute gap sandwiched between the thin film electrodes 11. In FIG. 3, reference numeral 13 denotes a thin film electrode 11.
These are lines of electric force generated by a voltage applied therebetween. In FIG. 5A, reference numeral 14 denotes one pole of the thin-film electrode 11;
Is the other pole of the thin film electrode 11, and 16 is a CR assumed when a microorganism or a microorganism carrier is placed in the electric flux 13.
In FIG. 5B, reference numeral 17 denotes a capacitance constituting a parallel equivalent circuit, and reference numeral 17 denotes a resistance constituting a CR equivalent circuit when the carrier body is placed in the electric flux lines 13. 18 is the time axis, 1
Reference numeral 9 denotes an axis representing the magnitude of voltage and current, reference numeral 20 denotes a curve representing a change in current, and reference numeral 21 denotes a curve representing a change in voltage. Also,
In FIG. 7, reference numeral 22 denotes a carrier core made of a material having a higher dielectric constant than the microorganism to be measured. In the present embodiment, barium titanate particles are used. A polymer 24 such as polystyrene, which coats 22, is a binding group such as a compound or an antibody which is modified on the surface of the polymer 23 or the core 22 and specifically binds to a microorganism. Core 22 and polymer 2
3 and the binding group 24 as a whole are a microorganism carrier (hereinafter, referred to as a microorganism carrier).
Carrier body). As described later, it is also appropriate that the core 22 itself is made of polymer particles in which fine particles having a high dielectric constant are dispersed (there is no polymer 23 to be coated). Also, this carrier body,
It is preferable to have a representative dimension that is about the same as or several times as large as the representative dimension up to the microorganism to be measured. A typical example of the binding group 24 is a group chemically bonded by a compound. Among them, a carboxyl group or the like binding to an amino acid residue contained in a protein is effective. Paratopes, which are antibodies that bind, are also suitable. In the case of an amino acid residue, it stably and specifically binds to both living and dead microorganisms, and can be collected together with the carrier body at the electric field concentration portion by dielectrophoretic force. The microorganisms can be quickly bound to the carrier body and collected together with the carrier body in the electric field concentration portion.
【0022】ここで微生物の誘電泳動現象について説明
する。高周波の交流電圧の印加によって発生する交流電
界の作用で、セル1内の微生物はその誘電的な性質によ
って最も電場が強くかつ不均一な部分、すなわち電界集
中部に泳動される。一方、微生物に作用する誘電泳動力
の大きさは、一般的に微生物の誘電率と微生物周辺溶液
の誘電率との差が大きいほど大きくなるにような関係が
ある。したがって、微生物周辺溶液の誘電率が微生物の
誘電率より小さいことを考慮すると、誘電率の大きい微
生物ほど作用する誘電泳動力は大きくなる。上述した通
り、本発明では溶液の導電率が比較的高くなったときで
も、キャリア体により誘電率を高くした結合体を泳動さ
せることができる。本実施の形態では電極2のギャップ
12付近の構成が電界集中部にあたり、中でも最も電界
が集中するのはギャップ12である。従ってギャップ1
2部分にもっとも強く微生物が泳動される。図2に示す
ギャップ12は平行な電極に挟まれた部分であり、電極
の伸びる方向すなわち、電極2の断面を描いた図3の紙
面に垂直な方向については電界の分布は均一である。し
かしながら、基板面に垂直な方向では図3に示すような
電界の分布が生じ、電極のエッジ同志を結んだ長さ方向
の面がもっとも電界が集中することになる。ギャップ1
2付近に浮遊する微生物は電極2間に生じるこのような
電界作用によってギャップ12に引き寄せられ、電気力
線に沿って整列する。この時、ギャップ12付近の微生
物の移動状態は、試料液体中に存在する微生物数とギャ
ップ12の間隔に依存するが、十分に微生物数が多い時
にはギャップ12が微生物から構成される鎖によって架
橋されるほどになる。この際、当初からギャップ12付
近に浮遊していた微生物は直ちにギャップ12部分へ移
動するし、ギャップ12から離れたところに浮遊してい
た微生物は距離に応じて所定時間経過後にギャップ12
部に至るため、一定時間後にギャップ12付近の所定領
域に集まっている微生物の数はセル1内の微生物数に比
例する。これは当然のことながら測定試料の液に存在す
る微生物数に比例するものである。Here, the dielectrophoretic phenomenon of microorganisms will be described. Due to the action of an AC electric field generated by application of a high-frequency AC voltage, the microorganisms in the cell 1 are migrated to a portion where the electric field is strongest and non-uniform due to its dielectric property, that is, an electric field concentrated portion. On the other hand, the magnitude of the dielectrophoretic force acting on the microorganism generally has a relationship such that it increases as the difference between the dielectric constant of the microorganism and the dielectric constant of the solution around the microorganism increases. Therefore, considering that the dielectric constant of the solution around the microorganism is smaller than the dielectric constant of the microorganism, the acting dielectrophoretic force increases as the microorganism has a higher dielectric constant. As described above, in the present invention, even when the conductivity of the solution becomes relatively high, the conjugate having a higher dielectric constant by the carrier can be migrated. In the present embodiment, the structure near the gap 12 of the electrode 2 corresponds to the electric field concentration portion, and the electric field is most concentrated in the gap 12. Therefore, gap 1
Microorganisms are electrophoresed most strongly in the two parts. The gap 12 shown in FIG. 2 is a portion sandwiched between parallel electrodes, and the electric field distribution is uniform in the direction in which the electrodes extend, that is, in the direction perpendicular to the plane of FIG. However, in the direction perpendicular to the substrate surface, an electric field distribution as shown in FIG. 3 occurs, and the electric field concentrates most on the surface in the length direction connecting the edges of the electrodes. Gap 1
Microorganisms floating near 2 are attracted to the gap 12 by such an electric field effect generated between the electrodes 2 and are aligned along the lines of electric force. At this time, the moving state of the microorganisms near the gap 12 depends on the number of microorganisms present in the sample liquid and the interval between the gaps 12. When the number of microorganisms is sufficiently large, the gap 12 is cross-linked by a chain composed of microorganisms. Will be enough. At this time, the microorganisms floating in the vicinity of the gap 12 from the beginning move to the gap 12 immediately, and the microorganisms floating in the place distant from the gap 12 are removed from the gap 12 after a predetermined time elapse according to the distance.
Therefore, the number of microorganisms that have gathered in a predetermined area near the gap 12 after a certain period of time is proportional to the number of microorganisms in the cell 1. This is, of course, proportional to the number of microorganisms present in the liquid of the measurement sample.
【0023】このように、測定対象微生物の誘電率が十
分大きい場合には、誘電泳動力により測定電極位置まで
微生物を速やかに移動させることができるが、微生物の
誘電率が小さい、もしくは周辺溶液の誘電率が大きい場
合には微生物の誘電率と周辺溶液の誘電率との差が小さ
くなることで誘電泳動力も小さくなり、微生物に対する
十分な作用力が得られない。そこで本発明では、微生物
を高誘電率であるキャリア体に複数個結合することによ
り高誘電率の結合体とすることで、十分な作用力を受け
ることができるようになる。これにより、微生物をキャ
リア体との結合体として測定電極位置まで速やかに移動
させることができるし、比較的導電率の高い溶液中の微
生物まで濃度測定が可能になる。As described above, when the dielectric constant of the microorganism to be measured is sufficiently large, the microorganism can be quickly moved to the position of the measurement electrode by the dielectrophoretic force. When the permittivity is large, the difference between the permittivity of the microorganism and the permittivity of the surrounding solution is reduced, so that the dielectrophoretic force is also reduced, and a sufficient acting force on the microorganism cannot be obtained. Therefore, in the present invention, by combining a plurality of microorganisms with a carrier having a high dielectric constant to form a conjugate having a high dielectric constant, a sufficient acting force can be received. As a result, the microorganisms can be quickly moved to the measurement electrode position as a conjugate with the carrier body, and the concentration of microorganisms in a solution having relatively high conductivity can be measured.
【0024】本実施の形態においては、図7に示すよう
に、キャリア体はコア22、ポリマー23、結合基24
の3つの要素を備えている。コア22はチタン酸バリウ
ム粒子が適当で、高誘電率の電気的特性を有する。ま
た、微生物数の算出方法の詳細については後述するが、
電極の電気特性の変化により微生物数を算出することか
ら、感度を上げるためキャリア体と一体となって電界集
中部に集められる微生物によって電極間の抵抗特性の変
化を大きくする必要があり、コーティングするポリマー
23は、微生物よりも導電率の低いポリスチレン等にす
るのが適当である。そして、キャリア体と微生物が一体
となった状態で高誘電率であることは当然必要である
が、結合する微生物の個数で表面導電率が変化する必要
があるため、キャリア体の大きさは微生物と同程度もし
くは数倍程度までの代表寸法であることが望ましい。ま
た、本実施の形態ではチタン酸バリウム粒子にポリマー
コーティングしたものをキャリア体としているが、チタ
ン酸バリウムの微細粒子を分散させたポリスチレン粒子
をコア22とし、コーティングしない実施の形態も、電
気的特性は異なるものの、本来の目的である高誘電率、
低表面導電率を満たすため、キャリア体のコア22とし
て用いることができる。In this embodiment, as shown in FIG. 7, the carrier body comprises a core 22, a polymer 23, and a bonding group 24.
It has three elements. The core 22 is suitably made of barium titanate particles and has high dielectric constant electrical characteristics. The details of the method for calculating the number of microorganisms will be described later,
Since the number of microorganisms is calculated based on the change in the electrical characteristics of the electrodes, it is necessary to increase the change in the resistance characteristics between the electrodes due to the microorganisms collected in the electric field concentrating part integrally with the carrier body in order to increase the sensitivity The polymer 23 is suitably made of polystyrene or the like having lower conductivity than microorganisms. It is naturally necessary that the carrier body and the microorganisms have a high dielectric constant in an integrated state.However, since the surface conductivity needs to change depending on the number of microorganisms to be bound, the size of the carrier body is It is desirable that the representative dimensions be the same or several times as large. In this embodiment, the carrier body is made of barium titanate particles coated with a polymer, but the core 22 is made of polystyrene particles in which fine particles of barium titanate are dispersed, and the electric characteristics are not changed. Is different, but the original purpose is high dielectric constant,
In order to satisfy the low surface conductivity, it can be used as the core 22 of the carrier body.
【0025】本実施の形態の結合基24は、コア22も
しくはポリマー23の表面に修飾されているカルボキシ
ル基であり、微生物のタンパク質のアミノ酸残基として
末端に存在するアミノ基と能動的に結合する。このほか
微生物の官能基に特異的に化学結合するのであれば、他
の化合物からなる結合基24でもかまわない。このよう
に結合基24がキャリア体表面に多数修飾されているか
ら、結果的に一つのキャリア体と複数個の微生物とで一
つの結合体を形成することになる。生きた微生物も死ん
だ微生物も双方タンパク質から構成されているから、微
生物の生死に係わらず全微生物数を測定できるものであ
る。The binding group 24 in the present embodiment is a carboxyl group modified on the surface of the core 22 or the polymer 23, and actively binds to an amino group existing at the end as an amino acid residue of a microorganism protein. . In addition, the bonding group 24 made of another compound may be used as long as the bonding group 24 specifically binds to the functional group of the microorganism. Since a large number of binding groups 24 are modified on the surface of the carrier body, one carrier body and a plurality of microorganisms eventually form one combined body. Since both living and dead microorganisms are composed of proteins, the total number of microorganisms can be measured regardless of whether the microorganisms are alive or dead.
【0026】さらに、結合基24として抗原抗体反応を
利用したものを用いてもキャリア体と微生物との結合は
可能である。一般的に抗原と抗体の結合はいわゆる鍵と
鍵穴の関係とみることができる。抗原となる微生物のタ
ンパク質は炭素、酸素、水素、窒素、硫黄等からなるア
ミノ酸が多数結合した巨大な高分子であり、アミノ酸の
配列の仕方によって特徴的な三次元的な高次構造をな
す。この高次構造がタンパク質の機能と密接に関係して
おり、機能が異なるタンパク質では必ず一部の構造が互
いに異なっており、エピトープと呼ばれる抗原決定基の
一つとなっている。このような多種多様なタンパク質の
中で、ほとんどの微生物がもつタンパク質もあれば特定
の微生物しか持たないタンパク質もある。一方、抗体
は、抗原の特定タンパク質の特徴的な高次構造とうまく
嵌合するような構造となっており、先に説明したエピト
ープと特異的に結合するパラトープと呼ばれる抗原結合
部位を有している。したがって、官能基の結合位置がわ
ずかに異なるだけの非常に類似したタンパク質が同時に
存在していても、特定のエピトープと結合するパラトー
プを有す抗体が修飾されているのであれば高い特異性を
もって特定タンパク質だけと結合を生じる。すなわち、
抗体を結合基24としてキャリア体表面に修飾しておけ
ば抗原である微生物との特異的な結合体を速やかに得る
ことができるし、それがある特定の微生物とのみ選択的
結合をする抗体であれば特定微生物とキャリア体との結
合体を得ることができる。これによって特定微生物数を
測定することが可能となる。Further, the carrier can be bound to the microorganism by using an antigen-antibody reaction as the binding group 24. Generally, the binding between an antigen and an antibody can be regarded as a so-called key-keyhole relationship. The microorganism protein serving as an antigen is a giant macromolecule in which a large number of amino acids composed of carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, etc. are bonded, and has a characteristic three-dimensional higher-order structure depending on the arrangement of the amino acids. This higher-order structure is closely related to the function of the protein. In proteins having different functions, some structures are always different from each other, and are one of the antigenic determinants called epitopes. Among such a wide variety of proteins, some proteins are possessed by most microorganisms, while others are possessed only by specific microorganisms. On the other hand, antibodies have a structure that fits well with the characteristic higher-order structure of a specific protein of an antigen, and have an antigen-binding site called a paratope that specifically binds to the epitope described above. I have. Therefore, even if very similar proteins whose binding positions of functional groups are slightly different are present at the same time, if the antibody having a paratope that binds to a specific epitope is modified, it can be identified with high specificity. Causes binding only to proteins. That is,
If the antibody is modified on the surface of the carrier body as the binding group 24, a specific conjugate with the microorganism as an antigen can be obtained promptly, and an antibody that selectively binds only to a specific microorganism can be obtained. If so, a conjugate of the specific microorganism and the carrier can be obtained. This makes it possible to measure the number of specific microorganisms.
【0027】更に抗原抗体反応の発展的手法の一例とし
て、EIA(エンザイムイムノアッセイ)などの免疫学
的測定や組織染色の分野で広く利用されているビオチン
−アビジン複合体の極めて高い特異的結合性を利用する
こともできる。ビオチンはそれ自身に化学修飾を施すこ
とによりタンパク質の各種の官能基に結合させることが
可能であるため、事前に抗原である微生物にビオチンを
修飾しておくことができ、かつアビジンが結合基24と
して表面に修飾してあるキャリア体を用いることで、結
果として二段階の結合過程を経て微生物とキャリア体と
の結合体を得ることができるものである。Further, as an example of the advanced technique of the antigen-antibody reaction, the extremely high specific binding of a biotin-avidin complex widely used in the field of immunological measurement such as EIA (enzyme immunoassay) and tissue staining is described. Can also be used. Biotin itself can be bonded to various functional groups of a protein by chemically modifying it. Therefore, biotin can be modified in advance on a microorganism serving as an antigen, and avidin can bind to a binding group 24. As a result, a conjugate of a microorganism and a carrier can be obtained through a two-step binding process by using a carrier body modified on the surface.
【0028】ここで、本発明において検出対象としてい
る微生物について説明する。本発明でいう微生物とは一
般に細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズ
マ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物学
の対象となっている生物のほかに、原生動物や原虫のう
ちの小型のもの、生物体の幼生、分離または培養した動
植物細胞、精子、血球、核酸、タンパク質等も含む広い
意味での生体または生体由来の微粒子である。また本発
明では、測定対象として液体中の微生物を想定してい
る。Here, the microorganism to be detected in the present invention will be described. The microorganisms referred to in the present invention are not only organisms that are subject to so-called microbiology, which are generally classified as bacteria, fungi, actinomycetes, rickettsias, mycoplasmas, viruses, and small protozoa and protozoa. Larvae of living organisms, isolated or cultured animal and plant cells, sperm, blood cells, nucleic acids, proteins, etc. In the present invention, a microorganism in a liquid is assumed as a measurement target.
【0029】次に本実施の形態である微生物数測定装置
の電極について説明する。図1ないし図2に示すよう
に、誘電泳動によって試料液体中の微生物を所定位置に
移動させるために、電極2上の薄膜電極11が微小なギ
ャップ12を介して対向して設けられている。本実施の
形態において薄膜電極11は2つの極14,15からな
り、図1および2に示すように櫛歯状の薄膜電極11が
互いに入れ子になるように配置されている。それぞれの
電極はスパッタリングや蒸着やメッキ等の方法によって
基板10上に密着して形成された導電体からなり、基板
10上で薄膜電極11が密着している部分と基板表面が
むき出しになっている部分の境界である端線によって囲
まれている。2つの極14,15によって薄膜電極11
の端線間に構成されるギャップ12は、本実施の形態に
おいてはすべて同じ間隔である。誘電泳動のための電圧
印加によってこのギャップ12付近の電界がもっとも強
くなるため、ギャップ12が本実施の形態における電界
集中部になる。したがって、微生物はもっとも電界が集
中するこのギャップ12付近に向かって泳動される。実
施の形態における薄膜電極11の膜厚は約5nmであ
る。5nmという膜厚は後述するギャップ12の間隔1
00μmに比較しても、また検出対象である微生物と比
較しても大変小さいので薄膜電極11は事実上厚みの無
視できる2次元的な広がりのみをもつ電極と考えること
ができる。そこで、本実施の形態では基板10上で電極
の密着している部分と基板がむき出しになっている部分
の境界を端線と表現している。この時、電極2における
電界集中部であるギャップ12付近の電界分布は図3に
示すようなものとなる。この薄膜電極11の膜厚は約5
nmと薄いために図3に示すように二つの薄膜電極11
の端線に挟まれた部分にもっとも電界が集中する。薄膜
電極11は極端に抵抗が高くない限りどのような材料か
ら構成されてもよいが、液体中での使用、特に本実施の
形態のように水中で使用されることを想定すると、なる
べくイオン化傾向が低い金属が望ましい。誘電泳動時に
は電極2間に強い電界が生じるため、印加する周波数と
水中の電解質濃度によっては電気分解が生じることがあ
る。電気分解が生じるとイオン化傾向の大きな金属から
構成された電極では、電極の溶解が生じ電極形状の崩れ
や極端な場合には電極の破断等が生じてしまう。従っ
て、本実施の形態では電極の主材料として白金を使用し
ている。Next, the electrodes of the microorganism counting apparatus according to the present embodiment will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, a thin film electrode 11 on an electrode 2 is provided to face a micro gap 12 in order to move microorganisms in a sample liquid to a predetermined position by dielectrophoresis. In the present embodiment, the thin-film electrode 11 includes two poles 14 and 15, and the comb-shaped thin-film electrodes 11 are arranged so as to be nested in each other as shown in FIGS. Each of the electrodes is made of a conductor that is formed in close contact with the substrate 10 by a method such as sputtering, vapor deposition, or plating, and the portion of the substrate 10 where the thin film electrode 11 is in close contact and the substrate surface are exposed. It is surrounded by the end line that is the boundary of the part. The thin film electrode 11 is formed by two poles 14 and 15.
The gaps 12 formed between the end lines are all at the same interval in the present embodiment. Since the electric field near the gap 12 becomes strongest by the application of the voltage for the dielectrophoresis, the gap 12 becomes the electric field concentration portion in the present embodiment. Therefore, the microorganisms migrate toward the vicinity of the gap 12 where the electric field is most concentrated. The film thickness of the thin film electrode 11 in the embodiment is about 5 nm. The film thickness of 5 nm corresponds to the gap 1 of the gap 12 described later.
Since it is very small as compared to 00 μm and compared to the microorganism to be detected, the thin-film electrode 11 can be considered as an electrode having a substantially negligible two-dimensional spread in thickness. Therefore, in this embodiment, the boundary between the portion where the electrode is in close contact with the substrate and the portion where the substrate is exposed on the substrate 10 is expressed as an end line. At this time, the electric field distribution in the vicinity of the gap 12, which is the electric field concentration portion in the electrode 2, is as shown in FIG. The thickness of the thin film electrode 11 is about 5
As shown in FIG.
The electric field concentrates most on the portion sandwiched between the end lines. The thin-film electrode 11 may be made of any material as long as the resistance is not extremely high. However, when it is assumed that the thin-film electrode 11 is used in a liquid, particularly in water as in the present embodiment, the thin-film electrode 11 has a high ionization tendency. But a low metal is desirable. Since a strong electric field is generated between the electrodes 2 during dielectrophoresis, electrolysis may occur depending on the applied frequency and the electrolyte concentration in water. In the case of an electrode made of a metal having a high ionization tendency when electrolysis occurs, the electrode is dissolved and the shape of the electrode is collapsed, and in extreme cases, the electrode is broken. Therefore, in the present embodiment, platinum is used as the main material of the electrode.
【0030】基板10は、薄膜電極11を保持でき、か
つ絶縁性の高いものであればどのような材料から構成さ
れてもよいが、誘電率は低いほう(低誘電率基板)が望
ましい。なぜ誘電率の低い基板がより望ましいのかとい
うと、薄膜電極11間の電界は図3には詳細に記載して
いないが基板内部にも分布するからである。基板内部の
電界と基板外部に広がる電界すなわち誘電泳動のための
電界との強度の比率は誘電率の比によって決まる。本実
施の形態では平滑性が高く、また、微細加工が行いやす
く誘電率も比較的低いことから、低誘電率基板としてホ
ウ珪酸ガラス基板を使用している。本実施の形態におい
て、基板10上への薄膜電極11の作成は一般的なフォ
トリソグラフィーを用いた方法で行っている。本実施の
形態におけるギャップ12の間隔は100μmに設定さ
れているが、ギャップ12の間隔は測定対象となる微生
物の大きさ等の影響を受けるため必要に応じて調節され
る。例えば、酵母や単離細胞のような大きなものでは広
く、リケッチアのように小さなものについては狭くする
必要がある。また、ギャップ12の間隔は、広いほど大
量の微生物を濃縮することができ、測定のダイナミック
レンジも広くなるが、測定までの時間が長く必要にな
り、誘電泳動のために必要な電力も大きくなる。逆にギ
ャップ12を狭くすると、電力と測定のために必要とな
る時間は少なくなるが、測定のダイナミックレンジは狭
くなってしまうものである。以上のような理由から本実
施の形態においては、ギャップ12の間隔を100μm
としているが、この値は検出対象とする微生物に合わせ
て0.2〜300μmの範囲で適宜調節されることが望
ましい。The substrate 10 may be made of any material as long as it can hold the thin-film electrode 11 and has a high insulating property. However, a substrate having a low dielectric constant (a low dielectric constant substrate) is desirable. The reason why a substrate having a low dielectric constant is more preferable is that the electric field between the thin-film electrodes 11 is distributed in the inside of the substrate although not shown in detail in FIG. The ratio of the intensity of the electric field inside the substrate to the electric field spreading outside the substrate, ie, the electric field for dielectrophoresis, is determined by the ratio of the dielectric constants. In this embodiment, a borosilicate glass substrate is used as the low dielectric constant substrate because the substrate has high smoothness, is easy to perform fine processing, and has a relatively low dielectric constant. In the present embodiment, the thin film electrode 11 is formed on the substrate 10 by a method using general photolithography. Although the interval between the gaps 12 in the present embodiment is set to 100 μm, the interval between the gaps 12 is adjusted as necessary because it is affected by the size of the microorganism to be measured. For example, large ones such as yeast and isolated cells need to be wide, and small ones such as rickettsia need to be narrow. Also, the wider the gap 12, the larger the amount of microorganisms that can be concentrated and the wider the dynamic range of the measurement, but the longer the time until the measurement, and the larger the power required for dielectrophoresis. . Conversely, if the gap 12 is reduced, the power and the time required for the measurement are reduced, but the dynamic range of the measurement is reduced. For this reason, in the present embodiment, the interval between the gaps 12 is set to 100 μm.
However, it is desirable that this value is appropriately adjusted in the range of 0.2 to 300 μm according to the microorganism to be detected.
【0031】泳動電源回路3は誘電泳動を起こすための
交流電流を電極2間に供給するものである。本実施の形
態では、後述するように、誘電泳動を起こすための交流
電流を一旦遮断し、電極間のインピーダンス変化の測定
を行っている。電極2を複数設けてそのうちの2つを測
定用の電極とするのでもよい。この泳動電源回路3は電
磁弁8等と共に制御手段6によって制御される。制御手
段6は、図示しないマイクロプロセッサと、予め設定さ
れたプログラムを保存するためのメモリ、タイマー、さ
らに測定部4との間の信号線等から構成され、前記プロ
グラムにしたがって電磁弁8の開閉を行い、泳動電源回
路3を制御して、電極2へ特定の周波数と電圧をもった
交流電圧を印加する。さらに制御手段6は測定部4と演
算部5と信号の送受信を行ない適宜制御を行うことで測
定動作全般の流れを管理する。The electrophoresis power supply circuit 3 supplies an alternating current for causing dielectrophoresis between the electrodes 2. In the present embodiment, as will be described later, an alternating current for causing dielectrophoresis is temporarily interrupted to measure a change in impedance between the electrodes. A plurality of electrodes 2 may be provided, and two of them may be used as electrodes for measurement. The migration power supply circuit 3 is controlled by the control means 6 together with the electromagnetic valve 8 and the like. The control means 6 includes a microprocessor (not shown), a memory for storing a preset program, a timer, and a signal line between the measurement unit 4 and the like, and opens and closes the electromagnetic valve 8 according to the program. Then, the electrophoresis power supply circuit 3 is controlled to apply an AC voltage having a specific frequency and voltage to the electrode 2. Further, the control means 6 manages the flow of the entire measurement operation by transmitting and receiving signals to and from the measuring unit 4 and the arithmetic unit 5 and performing appropriate control.
【0032】実施の形態において測定部4は、電極2間
のインピーダンスを調べるための交流電圧(以下、測定
のための電圧という)を印加する回路、この印加によっ
て電極2にかかる電圧と、このとき流れる電流と、この
電圧と電流の位相の差を測定するための回路、演算部5
や制御手段6との間の信号を伝える信号線等から構成さ
れる。これにより、誘電泳動によって微生物が移動し、
電界集中部近傍に濃縮されて電極2のインピーダンスの
変化を生じ、これを測定する。電極2間にかかる電圧
と、この測定部4で測定された電流、及び電圧と電流の
位相の差を示すデータは演算部5に渡され、後述する手
順によって演算が行われる。本実施の形態では、測定部
4は制御手段6によって制御されており、予め設定され
たプログラムに従って一連の測定動作が連携して円滑に
進められる。演算部5は、図示しないマイクロプロセッ
サ、メモリ等から構成され、詳細は後述するが、測定部
4にて測定された結果から電極2のインピーダンスを解
析し、電極2間の抵抗成分を演算する。そして必要に応
じて演算結果をメモリ14に格納したり、予め保存され
ているデータを読み出して比較を行なう等して、最終的
に測定試料に含まれている微生物数を算出する。なお、
このマイクロプロセッサは制御手段6と演算部5とで共
用することができる。また、演算部5も測定部4と同様
に制御手段6によって制御される。In the embodiment, the measuring section 4 is a circuit for applying an AC voltage (hereinafter referred to as a voltage for measurement) for examining the impedance between the electrodes 2. A circuit for measuring the difference between the flowing current and the phase of the voltage and the current, the arithmetic unit 5
And signal lines for transmitting signals to and from the control means 6. This moves the microorganisms by dielectrophoresis,
The concentration is concentrated in the vicinity of the electric field concentration portion, causing a change in the impedance of the electrode 2, which is measured. The voltage applied between the electrodes 2, the current measured by the measuring unit 4, and data indicating the phase difference between the voltage and the current are passed to the calculating unit 5, where the calculation is performed by a procedure described later. In the present embodiment, the measurement unit 4 is controlled by the control unit 6, and a series of measurement operations is smoothly performed in cooperation with each other according to a preset program. The calculation unit 5 includes a microprocessor, a memory, and the like (not shown), and analyzes the impedance of the electrode 2 from the result measured by the measurement unit 4 to calculate a resistance component between the electrodes 2, which will be described later in detail. Then, the number of microorganisms contained in the measurement sample is finally calculated by, for example, storing the calculation result in the memory 14 or reading out the data stored in advance and comparing the data. In addition,
This microprocessor can be shared by the control means 6 and the arithmetic unit 5. The arithmetic unit 5 is also controlled by the control unit 6 in the same manner as the measuring unit 4.
【0033】表示手段9は算出された微生物数を試料1
mLあたりの微生物数としてデジタル表示する。表示手
段9の表示が実施の形態における微生物数測定装置の最
終出力となる。本実施の形態では使用者は測定された微
生物数を試料1mLあたりの微生物数として直接知るこ
とができるが、表示手段9としては例えば多いまたは少
ない、といった概数であるとか、目的に応じてほかの表
示方法であってもよい。さらに、試料中の微生物数を調
べて殺菌装置を制御するとか、温度などの培養条件を制
御するなど、使用者が直接微生物数を知る必要がなく、
装置の制御を行うために微生物数を把握すればよい場合
には、表示手段9を設ける必要はない。The display means 9 displays the calculated number of microorganisms on the sample 1
Display digitally as the number of microorganisms per mL. The display on the display means 9 is the final output of the microorganism counting device in the embodiment. In this embodiment, the user can directly know the measured number of microorganisms as the number of microorganisms per 1 mL of the sample. However, the display means 9 may be an approximate number such as a large number or a small number, or another number depending on the purpose. The display method may be used. Furthermore, there is no need for the user to know the number of microorganisms directly, such as controlling the sterilization device by checking the number of microorganisms in the sample or controlling the culture conditions such as temperature.
If the number of microorganisms only needs to be ascertained in order to control the apparatus, the display means 9 need not be provided.
【0034】続いて、測定試料の液の導入からセル1内
の微生物の濃縮、測定、洗浄にいたるまでの一連の流れ
を説明する。初期状態では試料系配管7とセル1を遮断
するための電磁弁8は開放状態にあり、測定試料の液は
セル1内を自由に通過している。ここでいう測定試料の
液というのは測定対象である微生物を含む溶液にキャリ
ア体を混合したものである。所定のタイミングで、予め
プログラムによって設定された測定動作に入ると制御手
段6は電磁弁8を閉状態にし、セル1を試料系配管7か
ら遮断し、セル1内のみの閉鎖系を構成する。その後、
制御手段6は、セル1内の液体の流動が収まると予想さ
れる予め設定された所定時間が経過すると、測定部4に
測定開始の信号を送って測定を開始させる。測定開始の
指令を受けた測定部4は、測定のための電圧として直ち
に電極2間に周波数100kHz、電圧1Vの正弦波交
流電圧を印加し、その時の電圧、電流、および電圧と電
流の位相の差を測定する。ここで、印加される測定のた
めの交流周波数、電圧は、後述するようにあらかじめ濃
度が明らかな微生物を含有した試料による較正時に最適
なものを選択すればよく、100kHz、1Vといった
本実施の形態で例示している値にとらわれる必要はな
い。なお、ここで交流電圧というのは、正弦波のほか、
ほぼ一定の周期で流れの向きを変える電圧のことであ
り、かつ両方向の電流の平均値が等しいものである。Subsequently, a series of flows from the introduction of the liquid of the measurement sample to the concentration, measurement, and washing of the microorganisms in the cell 1 will be described. In the initial state, the electromagnetic valve 8 for shutting off the sample system pipe 7 and the cell 1 is in an open state, and the liquid of the measurement sample passes freely through the cell 1. Here, the liquid of the measurement sample is a mixture of a solution containing a microorganism to be measured and a carrier. At a predetermined timing, when a measurement operation set in advance by a program is started, the control means 6 closes the solenoid valve 8, shuts off the cell 1 from the sample pipe 7, and forms a closed system only in the cell 1. afterwards,
The control unit 6 sends a measurement start signal to the measuring unit 4 to start the measurement after a predetermined period of time, which is expected to stop the flow of the liquid in the cell 1, has elapsed. Upon receiving the measurement start command, the measurement unit 4 immediately applies a sine wave AC voltage having a frequency of 100 kHz and a voltage of 1 V between the electrodes 2 as a voltage for measurement, and outputs the voltage, current, and phase of the voltage and current at that time. Measure the difference. Here, the applied AC frequency and voltage for measurement may be optimally selected at the time of calibration with a sample containing a microorganism whose concentration is apparent in advance, as will be described later. It is not necessary to be bound by the values exemplified in the above. The AC voltage here is not only a sine wave,
A voltage that changes the direction of flow at a substantially constant cycle, and has an equal average value of currents in both directions.
【0035】測定結果は演算部5に送られる。演算部5
は得られた測定結果から、電極2間のインピーダンス、
電極2間に存在する微生物やキャリア体、溶液等を抵抗
と静電容量からなるCR並列等価回路であるとみなした
ときの抵抗値を算出する。詳細は以下で説明するが、イ
ンピーダンスは印加電圧と電流の除算で、また抵抗値R
はそれぞれインピーダンスと電圧と電流の位相の差を角
周波数の角度差で表現した値(以下、位相角という)を
用いて計算されるリアクタンスと抵抗値を、CR並列等
価回路の合成インピーダンスをあらわす式に代入し、連
立方程式を解くことによってCと共に算出することがで
きる。The measurement result is sent to the arithmetic section 5. Arithmetic unit 5
Is the impedance between the electrodes 2 from the obtained measurement results,
A resistance value is calculated when a microorganism, a carrier, a solution, and the like existing between the electrodes 2 are regarded as a CR parallel equivalent circuit including resistance and capacitance. Although the details will be described below, the impedance is obtained by dividing the applied voltage and the current, and the resistance value R
Is the reactance and resistance calculated using the value representing the difference between the impedance, the phase of the voltage, and the phase of the current as the angular difference of the angular frequency (hereinafter referred to as the phase angle). And by solving the simultaneous equations, it can be calculated together with C.
【0036】以下、インピーダンスをZ、静電容量を
C、リアクタンスをx、抵抗値をrとして、図5、図6
と(数1)〜(数5)の式を用いて詳細に説明する。
(数1)はCR並列等価回路の合成インピーダンスを表
す式、(数2)はCR並列等価回路のレジスタンス表す
式、(数3)はCR並列等価回路のリアクタンスを表す
式、(数4)はCR並列等価回路の抵抗値を表す式、
(数5)はCR並列等価回路の静電容量値を表す式であ
る。5 and 6, the impedance is Z, the capacitance is C, the reactance is x, and the resistance is r.
And (Equation 1) to (Equation 5) will be described in detail.
(Equation 1) is an equation representing the combined impedance of the CR parallel equivalent circuit, (Equation 2) is an equation representing the resistance of the CR parallel equivalent circuit, (Equation 3) is an equation representing the reactance of the CR parallel equivalent circuit, and (Equation 4) is An expression representing the resistance value of the CR parallel equivalent circuit,
(Equation 5) is an expression representing the capacitance value of the CR parallel equivalent circuit.
【0037】[0037]
【数1】 (Equation 1)
【0038】[0038]
【数2】 (Equation 2)
【0039】[0039]
【数3】 (Equation 3)
【0040】[0040]
【数4】 (Equation 4)
【0041】[0041]
【数5】 (Equation 5)
【0042】薄膜電極11の極14,15の間には微生
物を含んだ水が存在しており、誘電泳動によってキャリ
ア体とともに微生物が電極間のギャップに移動する前に
は、水を電極間誘電体として構成される静電容量C16
と水による抵抗R17が並列に2つの極14と15間を
結んでいると考えられる。また、誘電泳動によって結合
体として微生物が移動した後も、後述するように、静電
容量C16と抵抗R17の絶対値は変化しても等価回路
の接続形態は変わらないと考えることができる。このよ
うなCR並列回路に交流電圧を印加すると、回路に流れ
る電流21と印加した電圧20の間に図5(b)に示す
ような位相の差が現れる。Water containing microorganisms is present between the poles 14 and 15 of the thin-film electrode 11, and before the microorganisms move to the gap between the electrodes together with the carrier by dielectrophoresis, the water is dissipated between the electrodes. Capacitance C16 configured as a body
It is considered that the resistor R17 and the water connect the two poles 14 and 15 in parallel. Further, even after the microorganisms move as a conjugate by dielectrophoresis, as will be described later, it can be considered that the connection form of the equivalent circuit does not change even if the absolute values of the capacitance C16 and the resistance R17 change. When an AC voltage is applied to such a CR parallel circuit, a phase difference between the current 21 flowing in the circuit and the applied voltage 20 appears as shown in FIG.
【0043】図5(b)は電流と電圧の間の位相差を示
す図である。位相差を印加した電圧の周波数を角周波数
ωであらわしたときの角度差θを用いて複素平面上に極
座標表示すると、電圧、電流、位相角の間には図6に示
す関係がある。インピーダンスZは測定される印加電圧
と電流の除算で得られ、図6に示されたベクトルの絶対
値に相当する。この時、インピーダンスZはZ=r+j
x(jは虚数単位)の形で表現することができ、抵抗値
rはr=Zsinθとして図5(a)に示されたCR並
列回路の合成インピーダンスの抵抗成分、リアクタンス
xはx=Zcosθとして同回路の容量成分の逆数に関
連付けられる。一方図5(a)のCR等価回路の合成イ
ンピーダンスは(数1)で表現され、(数1)の式をZ
=r+jxの関係から抵抗値rとリアクタンスxに分解
して(数2)と(数3)を得る。(数2)と(数3)を
連立させて変形すると(数4)と(数5)を得る。(数
4)と(数5)に測定のための電圧値、その時の電流
値、電圧と電流の位相角の測定値から演算したr、x、
ωを代入することにより抵抗R17と静電容量C16を
知ることができる。FIG. 5B is a diagram showing the phase difference between the current and the voltage. When the frequency of the voltage to which the phase difference is applied is expressed in polar coordinates on a complex plane using the angle difference θ when the frequency is expressed by the angular frequency ω, there is a relationship shown in FIG. 6 between the voltage, the current, and the phase angle. The impedance Z is obtained by dividing the measured applied voltage and current, and corresponds to the absolute value of the vector shown in FIG. At this time, the impedance Z is Z = r + j
x (j is an imaginary unit), the resistance value r is r = Zsinθ, the resistance component of the combined impedance of the CR parallel circuit shown in FIG. 5A, and the reactance x is x = Zcosθ. It is related to the reciprocal of the capacitance component of the circuit. On the other hand, the combined impedance of the CR equivalent circuit in FIG. 5A is expressed by (Equation 1), and the equation of (Equation 1) is expressed by Z
= R + jx to obtain the resistance r and the reactance x to obtain (Equation 2) and (Equation 3). When (Equation 2) and (Equation 3) are simultaneously deformed, (Equation 4) and (Equation 5) are obtained. (Equation 4) and (Equation 5) show the voltage value for measurement, the current value at that time, r, x, calculated from the measured value of the phase angle of voltage and current.
By substituting ω, the resistance R17 and the capacitance C16 can be known.
【0044】演算部5は図示しないマイクロプロセッサ
によって一連の演算を一瞬のうちに終了する。演算部5
は算出された抵抗Rの値を初期値としてメモリに格納
し、初期値の測定が終了したことを信号を送って制御手
段6に伝える。なお、予め測定値に対応した演算を行っ
ておき、これをテーブルにしてメモリしておけば演算を
測定の都度行うのではなく、テーブルを参照するだけで
微生物に換算することもできる。すなわち、予め設定さ
れた時間に誘電泳動による微生物の濃縮を行なった後に
測定を行い、測定のための電圧値、その時の電流値、電
圧と電流の位相差を測定した後、この3つの値でメモリ
上のテーブルを参照すればそこに予め演算された微生物
数がメモリされているというものである。このような構
成にすれば演算部5を設けることなく、迅速測定が可能
でさらに簡易な構造の微生物数測定装置とすることがで
きる。The arithmetic unit 5 ends a series of arithmetic operations instantaneously by a microprocessor (not shown). Arithmetic unit 5
Stores the calculated value of the resistor R in the memory as an initial value, and notifies the control means 6 by sending a signal that the measurement of the initial value has been completed. If calculations corresponding to the measured values are performed in advance and stored in a table as a memory, the calculations can be converted into microorganisms simply by referring to the table, instead of performing the calculation each time the measurement is performed. That is, the measurement is performed after the microorganisms are concentrated by dielectrophoresis at a preset time, and the voltage value for the measurement, the current value at that time, and the phase difference between the voltage and the current are measured. If a table on the memory is referred to, the number of microorganisms calculated in advance is stored in the table. According to such a configuration, it is possible to provide a microorganism counting apparatus having a simpler structure and capable of quick measurement without the provision of the arithmetic section 5.
【0045】次いで制御手段6は泳動電源回路3を制御
して電極2間に周波数1MHzでピーク電圧100Vの
正弦波交流電圧(以下、泳動のための電圧)を印加す
る。このとき印加される交流の周波数は誘電泳動が生じ
る周波数範囲であれば任意に選ぶことが可能であるが、
あまりに周波数が低いと電極2間で望ましくない電気分
解が発生し、また逆にあまりに周波数が高いと電源回路
が複雑になる。そこで、本実施の形態では十分に誘電泳
動を起こすことができ、かつ泳動電源回路3も比較的簡
易なものですむということで1MHzという周波数を選
択している。また、泳動のための電圧は実施の形態では
100Vとしているが、試料の導電率が大きい場合に
は、電気分解が発生することがないようにより低い電圧
を選択するのが適当である。測定対象となる微生物の種
類によっては、測定のための電圧と泳動のため電圧は別
の電圧で異なった周波数である必要はなく、同一の周波
数を用いてもよい。すなわち、任意の微生物についてそ
れらをもっとも効率よく泳動するために印加すべき交流
の周波数ともっとも効率よく測定するために印加する交
流の周波数は必ずしも同じではないが、微生物の種類に
よっては泳動と測定の最適周波数は同じになる。この場
合には、単一周波数で泳動と測定を行うことができるた
めに泳動電源回路3を簡素化することができる上に、泳
動を行いながら連続的に測定を行うことが可能になり、
より精密な結果を得ることができるようになる。Next, the control means 6 controls the electrophoresis power supply circuit 3 to apply a sine-wave AC voltage (hereinafter, a voltage for electrophoresis) between the electrodes 2 at a frequency of 1 MHz and a peak voltage of 100 V. The frequency of the alternating current applied at this time can be arbitrarily selected as long as the frequency range in which dielectrophoresis occurs,
If the frequency is too low, undesirable electrolysis occurs between the electrodes 2, and if the frequency is too high, the power supply circuit becomes complicated. Therefore, in the present embodiment, the frequency of 1 MHz is selected because dielectrophoresis can be sufficiently caused and the migration power supply circuit 3 can be relatively simple. Although the voltage for electrophoresis is 100 V in the embodiment, when the conductivity of the sample is large, it is appropriate to select a lower voltage so that electrolysis does not occur. Depending on the type of microorganism to be measured, the voltage for measurement and the voltage for electrophoresis do not need to be different voltages and different frequencies, and the same frequency may be used. In other words, the AC frequency to be applied for electrophoresis of any microorganisms most efficiently is not always the same as the AC frequency to be applied to measure them most efficiently, but depending on the type of microorganism, the frequency of electrophoresis and measurement may not be the same. The optimum frequency will be the same. In this case, since the migration and measurement can be performed at a single frequency, the migration power supply circuit 3 can be simplified, and further, the measurement can be performed continuously while performing the migration.
More precise results can be obtained.
【0046】その後、予め設定された時間毎に、制御手
段6と測定部4と演算部5は連携して泳動と測定を繰り
返し、演算部5は算出された抵抗Rを都度メモリに格納
する。このように、誘電泳動による微生物のギャップ1
2付近への移動と電極2のインピーダンス測定を繰り返
すことによって、電極2間の抵抗Rの時間変化を調べる
ことができる。誘電泳動のための交流電圧印加開始後、
予めプログラムされた所定回数の電極2のインピーダン
ス測定を行うと、演算部5はメモリに格納されている複
数の時点における抵抗Rの演算結果から、図4に示すよ
うにその時までの電極2間の抵抗Rの時間変化の変化率
を計算し、後述する変換式に従って測定試料の微生物数
を算出する。Thereafter, at predetermined time intervals, the control means 6, the measuring unit 4, and the calculating unit 5 cooperate to repeat the electrophoresis and measurement, and the calculating unit 5 stores the calculated resistance R in the memory each time. Thus, gap 1 of microorganisms by dielectrophoresis
The time change of the resistance R between the electrodes 2 can be examined by repeating the movement to the vicinity of the electrode 2 and the measurement of the impedance of the electrode 2. After the start of AC voltage application for dielectrophoresis,
When the impedance of the electrode 2 is measured a predetermined number of times in advance, the calculation unit 5 calculates the resistance R between the electrodes 2 up to that point as shown in FIG. The rate of change of the resistance R with time is calculated, and the number of microorganisms in the measurement sample is calculated according to a conversion formula described later.
【0047】この抵抗Rの時間変化の変化率を測定すれ
ば微生物数を算出することができるという理由を説明す
る。測定対象である微生物はイオンリッチで比較的導電
率が大きな細胞壁と、リン脂質からなり、外側を細胞膜
に囲まれており、微小な誘電体粒子となっており、キャ
リア体は微生物と比較して高い誘電率、低い表面導電率
を有するものである。キャリア体と複数の微生物と結合
した後の結合体は高誘電率、高表面導電率となる。した
がって、誘電泳動によってギャップ12付近にキャリア
体単体と結合体がある割合で移動してくる場合を考える
と、キャリア体のみが移動してくるのに比較して、結合
体の数が増えるに連れてギャップ12付近の抵抗Rは低
下していく。よって、電極2間の抵抗R変化を測定すれ
ばその値はギャップ12付近に移動してきた結合体数、
ひいては測定試料に存在する微生物数に相関した測定結
果を得ることができる。このような抵抗Rの時間変化の
一例を示したのが図4である。そして図4からも分かる
ように、測定初期の抵抗Rの時間変化の変化率(勾配)
も抵抗Rの絶対値の時間変化と同様に、微生物数に対応
して減少しているのが分かる。抵抗Rの絶対値で微生物
数を算出する場合、過渡状態をすぎてから測定した方が
正確であるから、どうしても時間が長くかかるが、測定
初期の抵抗Rの変化率(勾配)によって微生物数を算出
する場合は、比較的短時間で微生物数を算出できるとい
う特徴がある。さて、抵抗R変化と測定試料の微生物数
を関連付けるためには抵抗Rと微生物数間の変換式が必
要である。この変換式は微生物数が明らかな較正用試料
を、本実施の形態で説明した微生物数測定装置の測定系
を用いて予め測定し、その時の微生物数と抵抗Rの間の
相関関係からばらつきを回帰分析して得られる曲線をあ
らわす関数をもちいる。この変換式を演算部5のメモリ
に記憶させ、微生物数が未知の試料を測定する場合に
は、所定時間内における抵抗Rの変化率を代入すること
により測定試料の微生物数を算出できる。なお、換算テ
ーブルを用いるものは変換式による演算結果を予めメモ
リさせている。ここで実施の形態の試料としては、例え
ば酵母の培養液等の単一微生物系を想定しているが、混
合微生物系であっても、キャリア体に修飾する結合基の
特異性を利用して、特定の微生物だけをキャリア体に結
合して結合体を誘電泳動することで、特定の微生物だけ
集め測定することが可能である。The reason that the number of microorganisms can be calculated by measuring the rate of change of the resistance R with time will be described. The microorganisms to be measured consist of cell walls and phospholipids, which are ion-rich and have relatively large conductivity, are surrounded by cell membranes on the outside, and are small dielectric particles. It has a high dielectric constant and a low surface conductivity. The combined body after combining the carrier body with the plurality of microorganisms has a high dielectric constant and a high surface conductivity. Therefore, considering that the carrier alone and the binder move at a certain ratio near the gap 12 by dielectrophoresis, as the number of binders increases as compared to the case where only the carrier moves. As a result, the resistance R near the gap 12 decreases. Therefore, if the change in resistance R between the electrodes 2 is measured, the value is the number of conjugates that have moved near the gap 12,
As a result, a measurement result correlated with the number of microorganisms present in the measurement sample can be obtained. FIG. 4 shows an example of such a change in the resistance R with time. And as can be seen from FIG. 4, the rate of change (gradient) of the time change of the resistance R at the initial stage of the measurement.
It can also be seen that, like the temporal change of the absolute value of the resistance R, the resistance R decreases in accordance with the number of microorganisms. When calculating the number of microorganisms by the absolute value of the resistance R, it is more accurate to measure after the transient state, so it takes a long time, but the number of microorganisms is determined by the change rate (gradient) of the resistance R at the initial stage of the measurement. When calculating, the number of microorganisms can be calculated in a relatively short time. Now, in order to associate the change in resistance R with the number of microorganisms in the measurement sample, a conversion formula between the resistance R and the number of microorganisms is required. This conversion formula measures a calibration sample with a clear microbial count in advance using the measurement system of the microbial count measuring apparatus described in the present embodiment, and calculates the variation from the correlation between the microbial count and resistance R at that time. A function that represents a curve obtained by regression analysis is used. When this conversion formula is stored in the memory of the arithmetic unit 5 and a sample whose number of microorganisms is unknown is measured, the number of microorganisms in the measurement sample can be calculated by substituting the rate of change of the resistance R within a predetermined time. In the case of using the conversion table, the calculation result by the conversion formula is stored in advance. Here, as the sample of the embodiment, for example, a single microbial system such as a culture solution of yeast is assumed, but even in a mixed microbial system, the specificity of the binding group modifying the carrier is utilized. By binding only a specific microorganism to a carrier and subjecting the conjugate to dielectrophoresis, only the specific microorganism can be collected and measured.
【0048】以上説明したように、微生物数を算出後、
予めプログラムされた所定の時間が経過すると、演算部
5は測定終了の通知を制御手段6に送る。これを受け、
制御手段6は電極2への通電を停止するとともに電磁弁
8を開放して洗浄に入る。ギャップ12付近に集まった
結合体は、電磁弁8の開放により流入する試料系配管7
の液体によって洗い流され、一連の測定動作が終了す
る。As described above, after calculating the number of microorganisms,
After a lapse of a predetermined time programmed in advance, the calculation unit 5 sends a notification of the end of the measurement to the control unit 6. In response,
The control means 6 stops energization of the electrode 2 and opens the solenoid valve 8 to start cleaning. The combined body gathered near the gap 12 is supplied to the sample piping 7 by the opening of the solenoid valve 8.
And the series of measurement operations is completed.
【0049】さて、本実施の形態では、単一組の薄膜電
極11を使用した場合について説明したが、これは、薄
膜電極11が複数組用いられることを妨げるものではな
い。即ち電極2と同一形状を持った、即ち同一条件下で
同一のインピーダンスを持った電極が複数組セル1内に
設置されていてもかまわない。その場合には、それぞれ
の電極2のインピーダンスを独立に測定しその値を平均
化するなどの統計処理を行った上で抵抗Rを算出するこ
とで、より精度の高い測定結果を得ることが可能にな
る。たとえば複数の電極2のうちで望ましくない不純物
やごみの付着による影響で微生物数と関連しない値が測
定されたとしても、測定値を平均化することでその影響
を小さくすることができるし、より高度には他の電極2
での測定結果を参照して異常値として切り捨てる等の処
理も可能となる。このように同一形状を持った電極2を
複数組用いて測定を行うことは、構造がやや複雑になる
ことを除けば、精度向上の面からむしろ望ましいことで
あるといえる。In the present embodiment, the case where a single set of thin film electrodes 11 is used has been described, but this does not prevent the use of a plurality of thin film electrodes 11. That is, a plurality of electrodes having the same shape as the electrode 2, that is, having the same impedance under the same conditions, may be provided in the cell 1. In that case, it is possible to obtain a more accurate measurement result by calculating the resistance R after performing the statistical processing such as independently measuring the impedance of each electrode 2 and averaging the values. become. For example, even if a value that is not related to the number of microorganisms is measured due to the influence of undesired impurities or dust among the plurality of electrodes 2, the influence can be reduced by averaging the measured values, Other electrodes at altitude 2
It is also possible to perform processing such as truncation as an abnormal value with reference to the measurement result in the above. It can be said that performing measurement using a plurality of pairs of electrodes 2 having the same shape as described above is rather desirable from the viewpoint of improving accuracy, except that the structure is slightly complicated.
【0050】このように本実施の形態の微生物キャリア
体は、結合基により微生物との結合体を作り、低誘電率
で測定が難しい微生物であっても測定を可能にするし、
誘電泳動のための交流電圧と、測定のための電圧を交互
に印加するため、誘電泳動による微生物の濃縮を行いな
がら、定期的に測定部4による電極2のインピーダンス
を測定することができ、演算部5によって電極2間の抵
抗Rの時間変化を検出することができるので、比較的短
時間で、簡易な構造でありながら、測定感度が高く、ま
た自動測定も可能でメンテナンスフリーの微生物数測定
装置を提供することができる。As described above, the microorganism carrier of the present embodiment forms a conjugate with a microorganism by a binding group, and enables measurement of a microorganism having a low dielectric constant and difficult to measure.
Since an alternating voltage for dielectrophoresis and a voltage for measurement are alternately applied, the impedance of the electrode 2 by the measuring unit 4 can be periodically measured while concentrating the microorganisms by dielectrophoresis. Since the time change of the resistance R between the electrodes 2 can be detected by the unit 5, the measurement sensitivity is high in a relatively short time and with a simple structure, and the measurement can be performed automatically. An apparatus can be provided.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明の微生物キャリア体によれば、低
誘電率の微生物であっても、誘電泳動によって簡易で高
感度な測定を行うことができる。According to the microorganism carrier of the present invention, simple and highly sensitive measurement can be carried out by dielectrophoresis even for microorganisms having a low dielectric constant.
【0052】また、本発明の微生物数測定装置によれ
ば、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、低誘電率
の微生物であっても、簡易で高感度な測定ができ、自動
測定が可能でメンテナンスフリーにすることができる。Further, according to the microorganism counting device of the present invention, simple and highly sensitive measurement of microorganisms having a low dielectric constant can be performed without the need for drugs or special devices, and automatic measurement can be performed. Possible and maintenance-free.
【0053】さらに、本発明の微生物数測定方法は、低
誘電率の微生物であっても、簡易で高感度な測定がで
き、自動測定が可能でメンテナンスフリーを実現するこ
とができる。Further, the method for measuring the number of microorganisms of the present invention can perform simple and highly sensitive measurement even for microorganisms having a low dielectric constant, can perform automatic measurement, and can achieve maintenance-free operation.
【図1】本発明の実施の形態における微生物数測定装置
の全体構成図FIG. 1 is an overall configuration diagram of a microorganism count measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態における電極の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an electrode according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態における電極の断面と電極
間の電界の状態を説明するための図FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of an electrode and a state of an electric field between the electrodes according to the embodiment of the present invention.
【図4】微生物数と測定時間と電極間の抵抗Rの関係を
説明するためのグラフFIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the number of microorganisms, measurement time, and resistance R between electrodes.
【図5】(a)電極間の静電容量の計算方法を説明する
ための図(b)電流と電圧の間の位相差を示す図5A is a diagram for explaining a method of calculating a capacitance between electrodes; FIG. 5B is a diagram showing a phase difference between current and voltage;
【図6】電極間の静電容量の計算方法を説明するための
もう一つの図FIG. 6 is another diagram for explaining a method of calculating capacitance between electrodes;
【図7】微生物キャリア体の分子構造を表す模式図FIG. 7 is a schematic diagram showing the molecular structure of a microorganism carrier.
1 セル 2 電極 3 泳動電源回路 4 測定部 5 演算部 6 制御手段 7 試料系配管 8 電磁弁 9 表示手段 10 基板 11 薄膜電極 12 ギャップ 13 電気力線 14,15 極 16 静電容量 17 抵抗 18 時間軸 19 電圧および電流の大きさを表す軸 20 電流の変化を表す曲線 21 電圧の変化を表す曲線 22 コア 23 ポリマー 24 結合基 Reference Signs List 1 cell 2 electrode 3 migration power supply circuit 4 measurement unit 5 calculation unit 6 control means 7 sample system piping 8 solenoid valve 9 display means 10 substrate 11 thin film electrode 12 gap 13 line of electric force 14, 15 poles 16 capacitance 17 resistance 18 hours Axis 19 Voltage and current magnitude axis 20 Current variation curve 21 Voltage variation curve 22 Core 23 Polymer 24 Linking group
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 祐一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G060 AA16 AD08 AE20 AF07 AG06 AG08 AG10 GA01 HA02 HC10 KA09 4B029 AA07 BB01 CC03 CC08 FA10 FA11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Yuichi Nakajima 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 2G060 AA16 AD08 AE20 AF07 AG06 AG08 AG10 GA01 HA02 HC10 KA09 4B029 AA07 BB01 CC03 CC08 FA10 FA11
Claims (8)
率の材質で構成され、表面に前記微生物と特異的に結合
できる結合基が設けられた微生物キャリア体であって、
誘電泳動力が作用すると前記結合基に結合した微生物が
一体となって泳動されることを特徴とする微生物キャリ
ア体。1. A microorganism carrier comprising a material having a higher dielectric constant than a microorganism to be measured, the surface of which is provided with a binding group capable of specifically binding to the microorganism,
A microorganism carrier body, wherein when a dielectrophoretic force acts, microorganisms bound to the binding group are electrophoresed together.
程度もしくは数倍程度までの代表寸法を有すとともに、
前記微生物の表面導電率より低い表面導電率を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の微生物キャリア体。2. The microorganism carrier body has a representative size of about the same as the representative size of the microorganism or up to several times,
2. The microorganism carrier according to claim 1, wherein the microorganism carrier has a surface conductivity lower than the surface conductivity of the microorganism.
学結合することができ、微生物キャリア体表面に修飾さ
れている化合物であることを特徴とする請求項1記載の
微生物キャリア体。3. The microorganism carrier according to claim 1, wherein the binding group is a compound capable of specifically chemically bonding to a functional group of the microorganism and being modified on the surface of the microorganism carrier.
るアミノ酸残基に特異的に結合する化合物であることを
特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微生物キャ
リア体。4. The microorganism carrier according to claim 1, wherein the compound specifically binds to an amino acid residue contained in a microorganism protein.
プに対して特異的に結合するパラトープを有する抗体で
あり、微生物キャリア体表面に修飾されていることを特
徴とする請求項1または2記載の微生物キャリア体。5. The microorganism according to claim 1, wherein the binding group is an antibody having a paratope that specifically binds to an epitope of a microorganism serving as an antigen, and is modified on the surface of the microorganism carrier. Microorganism carrier body.
の液体を導入するとともに、請求項1〜5のいずれかに
記載の微生物キャリア体を導入することができるセル
と、前記セル内に誘電泳動力を発生させるための交流電
圧を前記電極のうちの何れかの電極間に印加する電源回
路と、前記電極のうちの何れかの電極により電界を測定
するための電極間の抵抗特性を測定する測定部と、前記
電源回路と前記測定部とを制御するための制御手段と、
前記測定部の測定結果を演算して微生物数を算出する演
算手段とを備えたことを特徴とする微生物数測定装置。6. A cell having a plurality of electrodes therein, into which a microorganism-containing liquid is introduced, and into which the microorganism carrier according to any one of claims 1 to 5 can be introduced. A power supply circuit for applying an AC voltage for generating a dielectrophoretic force between any of the electrodes, and a resistance characteristic between the electrodes for measuring an electric field by any of the electrodes. A measuring unit for measuring, a control unit for controlling the power supply circuit and the measuring unit,
Calculating means for calculating the number of microorganisms by calculating the measurement result of the measuring section.
するとともに、前記電極間の印加電圧を測定して抵抗を
算出することを特徴とする請求項6記載の微生物数測定
装置。7. An apparatus according to claim 6, wherein said measuring section measures a current and a phase difference between the electrodes and calculates a resistance by measuring an applied voltage between the electrodes.
液体と請求項1〜5記載の微生物キャリア体を導入し、
前記複数の電極のうち何れかの電極間に交流電圧を印加
して前記セル内に誘電泳動力を発生させ、電界集中部に
前記微生物キャリア体と結合した微生物を集めて、前記
電極間の抵抗特性の変化を測定して微生物数を算出する
ことを特徴とする微生物数測定方法。8. A microorganism-containing liquid and the microorganism carrier according to claim 1 are introduced into a cell provided with a plurality of electrodes,
An AC voltage is applied between any of the plurality of electrodes to generate a dielectrophoretic force in the cell, and the microorganisms bound to the microorganism carrier are collected in an electric field concentration portion, and the resistance between the electrodes is increased. A method for measuring the number of microorganisms, comprising measuring a change in characteristics to calculate the number of microorganisms.
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Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007071766A (en) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Kri Inc | Method and apparatus for quantifying living body |
| JP2009065967A (en) * | 2007-08-20 | 2009-04-02 | Gunma Univ | Cell separation device and cell separation method |
| WO2010092773A1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-19 | パナソニック株式会社 | Device and method for measuring fine particles |
| JP2010223657A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Panasonic Corp | Microbe count measuring device |
| JP2012034595A (en) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Panasonic Corp | Apparatus for counting number of microorganisms |
| JP2012093287A (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Denso Corp | Particulate substance detection sensor |
| CN108226651A (en) * | 2017-12-18 | 2018-06-29 | 河南师范大学 | Measured zone electric-field enhancing type dielectric constant measuring apparatus |
-
2000
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007071766A (en) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Kri Inc | Method and apparatus for quantifying living body |
| JP2009065967A (en) * | 2007-08-20 | 2009-04-02 | Gunma Univ | Cell separation device and cell separation method |
| WO2010092773A1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-19 | パナソニック株式会社 | Device and method for measuring fine particles |
| GB2479687A (en) * | 2009-02-10 | 2011-10-19 | Panasonic Corp | Device and method for measuring fine particles |
| JP5241044B2 (en) * | 2009-02-10 | 2013-07-17 | パナソニック株式会社 | Fine particle measuring apparatus and fine particle measuring method |
| GB2479687B (en) * | 2009-02-10 | 2013-11-20 | Panasonic Corp | Device and method for measuring microspheres |
| US8702947B2 (en) | 2009-02-10 | 2014-04-22 | Panasonic Corporation | Device and method for measuring microspheres |
| JP2010223657A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Panasonic Corp | Microbe count measuring device |
| JP2012034595A (en) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Panasonic Corp | Apparatus for counting number of microorganisms |
| JP2012093287A (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Denso Corp | Particulate substance detection sensor |
| CN108226651A (en) * | 2017-12-18 | 2018-06-29 | 河南师范大学 | Measured zone electric-field enhancing type dielectric constant measuring apparatus |
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