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APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING pH commons

Patent code P110005266
Posted date Aug 18, 2011
Application number P2004-319762
Publication number P2006-132989A
Patent number P4625946
Date of filing Nov 2, 2004
Date of publication of application May 25, 2006
Date of registration Nov 19, 2010
Inventor
  • (In Japanese)毛利 聡
  • (In Japanese)清水 壽一郎
  • (In Japanese)中村 通宏
  • (In Japanese)梶谷 文彦
Applicant
  • (In Japanese)学校法人岡山大学
Title APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING pH commons
Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To separately measure the pH change originating from a gaseous acid or alkali and the pH change originating from a liquid acid or alkali at the same time by one composite sensor.

SOLUTION: The apparatus for measuring pH is equipped with a plurality of pH electrodes and a base line solution supplying and stopping means and constituted so that the pH electrode (A) 6 and the pH electrode (B) 7 are arranged in the flow channel of the base line solution, a comparing electrode 9 is arranged at a position capable of communicating with the pH electrode (A) 6 and the pH electrode (B) 7 through the base line solution, a gas permeable membrane is arranged between the pH electrode (A) 6 and a sample 11, the but not arranged between the pH electrode (B) 7 and the sample 11 and, during a period when the supply of the base line solution is stopped, the pH change of the base line solution originating the acid or alkali passing through the gas permeable membrane and the pH change of the base line solution originating from the all of the acid or alkali are simultaneously measured by the pH electrode (A) 6 and the pH electrode (B) 7.

Outline of related art and contending technology (In Japanese)


酸及びアルカリの中には、水に溶解した時、乳酸、リン酸、脂肪酸、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのようにその蒸気圧がほとんどゼロである(以下、このことを「液体性の」ということがある)ものと、炭酸ガス、硫化水素、アンモニアなどのように蒸気圧を有する(以下、このことを「気体性の」ということがある)ものがある。一般的に気体性の酸及びアルカリは分子量が小さく、かつイオンへの解離が不十分である。一方、液体性の酸及びアルカリは分子量が大きいか、分子量が小さくても塩化水素のようにイオンへの解離が大きいものである。生体中には炭酸ガスや硫化水素、アンモニアのような気体性の酸又はアルカリと、乳酸、脂肪酸、塩酸、炭酸水素ナトリウムのような液体性の酸又はアルカリが混在することが多い。さらに酢酸やギ酸のように低い値ではあるけれどもある程度の蒸気圧を有するものもある。



これまでに気体性の酸又はアルカリの測定にはガス透過膜とpH電極を組み合わせた、いわゆるSeveringhaus型のセンサが用いられてきた。これはガス透過性膜で覆われた室の中に測定対象ガスの溶解によってpHが変化するような内部溶液を満たし、その中にpH電極と比較電極を収納したものである。この型のガスセンサでは一般的にガス濃度はその検体と平衡にある気相の分圧として表示される。このSeveringhaus型ガスセンサの原理を応用して、この内部溶液を間歇的に流通及び停止させることによって検体中の気体性の酸又はアルカリの分圧を測定するガスセンサが開示されている(特許文献1)。



特許文献1に記載されたガスセンサは、少なくとも測定対象ガスと共役なイオンを含むキャリヤ溶液を流通させるための入口と出口を備えかつガス透過膜で外部と隔離されたガス交換室を有するガス交換部と、前記ガス交換室の前記入口に接続されキャリヤ溶液を前記ガス交換室に導く往路部と、前記ガス交換室の前記出口に接続されキャリヤ溶液を前記ガス交換室から外部に導く復路部と、前記往路部の内部に設置された参照用pH電極と前記ガス交換室の内部及び前記復路部の内部のいずれかに設置された測定用pH電極とを備えたガスセンサである。これによって、ゼロ点校正の自動化が容易であり、かつpH電極のベースラインドリフトや温度ドリフトも補償することができるとされている。



一方、測定対象試料が液体性と気体性の両方の酸やアルカリを含んでいる時、その両者を分離しないで、全体の酸分泌の速度を測定する方法と装置は公知である。そのようなケースの一例として細胞外酸性化の測定が挙げられる。細胞の活性の指標として細胞外酸性化の測定は重要である。細胞はグルコース、グルタミン酸、ピルビン酸、脂質等を代謝して、細胞の活動に必要なエネルギーの媒体であるATP(アデノシン三リン酸)を合成しているが、その結果として、乳酸や炭酸ガス等の酸性物質を細胞外に排出する。この過程をエネルギー代謝と呼んでいる。最も重要なグルコースの代謝においては、まずミトコンドリアの外の細胞質における解糖反応によりグルコースから乳酸への代謝が進み、さらにミトコンドリア内での呼吸反応により最終的に炭酸ガスと水に代謝される。この両方の過程でグルコース1分子から38分子のATPが合成される。代謝産物である乳酸と炭酸ガスはいずれも酸性物質であるので、細胞外酸性化の速度を測定することによって、細胞のエネルギー代謝の活発さを知ることができる。



これまでに細胞外酸性化の計測に関しては多くの報告があるが、その大半は、Molecular Devices社の「Microphysiometer」を用いたものである。これはLAPS(Light Addressable Potentiometric Sensor)と呼ばれる一種のpH電極を検出器とし、培養細胞近傍の培養液のpH変化を測定するものである(特許文献2、非特許文献1)。この方法における一例では、細胞が接着した基盤に対面してpH電極が配置され、その間隙に弱いpH緩衝能を有する培養液を流したり止めたりして、溶液の流通を止めた直後のpH変化の速度から、細胞外酸性化の速度を求める。培養細胞からは気体性の酸である炭酸ガス、液体性の酸である乳酸、及び液体性のアルカリである炭酸水素イオン等が分泌される。この細胞外酸性化測定システムにおいては検出器として1本のpH電極のみを使用しているために、気体性と液体性の酸及びアルカリの総和のみしか測定できない。



以上のように、従来の技術においても、気体性の酸又はアルカリの分泌速度のみを測定することは可能であった。また、気体性の酸又はアルカリと、液体性の酸又はアルカリの総和の分泌速度を計測することも可能であった。しかし、気体性の酸又はアルカリと、液体性の酸又はアルカリの分泌速度を分離して同時に測定することは不可能であった。




【特許文献1】特開2001-289811号公報

【特許文献2】特許第2993982号公報

【非特許文献1】J. W. Parce外9名、「Detection of Cell-Affecting Agents with a Silicon Biosensor」、サイエンス、1989年10月、第246巻、p.243-247

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、複数のpH電極を用いることによって、ガス透過膜を通過する酸又はアルカリに由来するpH変化と、全ての酸又はアルカリに由来するpH変化とが、同時に測定されるpH測定装置に関する。また、それを用いたpH測定方法に関する。本発明のpH測定装置は、測定対象である生体試料などから分泌される酸又はアルカリの量を定量するのに適しており、医学、生理学、細胞生物学、さらには発酵、醸造、培養等のバイオ産業分野で好適に用いられる。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
複数のpH電極と、ベースライン溶液の供給及び停止手段とを備えたpH測定装置であって;
前記ベースライン溶液の流路内にpH電極(A)及びpH電極(B)が配置され、
pH電極(A)及びpH電極(B)と液絡可能な位置に比較電極が配置され、
pH電極(A)と測定対象の間にはガス透過膜が配置され、
pH電極(B)と測定対象の間にはガス透過膜が配置されず、
前記ベースライン溶液の供給を停止している間に、pH電極(A)では前記ガス透過膜を通過する酸又はアルカリに由来する前記ベースライン溶液のpH変化、pH電極(B)では全ての酸又はアルカリに由来する前記ベースライン溶液のpH変化、それぞれ同時に測定する手段を有することを特徴とするpH測定装置。

【請求項2】
 
pH電極(A)がガス透過膜からなるチューブに覆われ、該チューブの内部をベースライン溶液が流通する請求項1記載のpH測定装置。

【請求項3】
 
pH電極(A)及びpH電極(B)が内蔵された測定室を備え、該測定室がベースライン溶液の流入口及び流出口、並びに測定対象が接触する測定窓を有する請求項1又は2記載のpH測定装置。

【請求項4】
 
前記測定室が2つの測定窓を有し、一方の測定窓はガス透過膜で覆われてその内側にpH電極(A)が配置され、他方の測定窓はガス透過膜で覆われずにその内側にpH電極(B)が配置されてなる請求項3記載のpH測定装置。

【請求項5】
 
pH電極(A)及びpH電極(B)がいずれも一枚の半導体基板上に形成されてなる請求項1記載のpH測定装置。

【請求項6】
 
pH電極(A)からpH電極(B)までの経路長が、ガス透過膜からpH電極(A)までの距離の5倍以上である請求項1~5のいずれか記載のpH測定装置。

【請求項7】
 
前記ベースライン溶液の流路内の、pH電極(A)及びpH電極(B)よりも上流の位置に比較電極が配置されてなる請求項1記載のpH測定装置。

【請求項8】
 
前記比較電極が、参照用pH電極と擬似比較電極との組み合わせから構成されてなるものである請求項7記載のpH測定装置。

【請求項9】
 
前記ベースライン溶液のpH緩衝能が10~500μM/pHである請求項1~8のいずれか記載のpH測定装置。

【請求項10】
 
ベースライン溶液の流路内にpH電極(A)及びpH電極(B)を配置し、pH電極(A)及びpH電極(B)と液絡可能な位置に比較電極を配置し、pH電極(A)及びpH電極(B)の周囲に同一組成のベースライン溶液を流通させて置換した後にベースライン溶液の流通を停止させ、pH電極(A)では測定対象から生じたガス透過膜を通過する酸又はアルカリに由来するpH変化を、pH電極(B)では測定対象から生じた全ての酸又はアルカリに由来するpH変化を、それぞれ同時に測定することを特徴とするpH測定方法。

【請求項11】
 
請求項10記載のpH測定方法によって、生体組織から分泌される酸又はアルカリを定量する分泌物定量方法。

【請求項12】
 
炭酸ガス量と乳酸量とをそれぞれ定量する請求項11記載の分泌物定量方法。
Industrial division
  • (In Japanese)試験、検査
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2004319762thum.jpg
State of application right Right is in force
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技術移転に関しては岡山TLOが窓口になります。


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