电化学测定装置及转换器的制作方法

电化学测定装置及转换器
1.本技术是申请日为2017年9月20日、申请号为201780058155.2、发明名称为“电化学测定装置及转换器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及用来对生物样本所生成或消耗的化学物质进行电化学测定的电化学测定装置及转换器。生物样本是(1)构成生物的要素，或是(2)构成生物的要素的集合体，或是(3)生物相关物质[生物相关物质是存在于生物体内的化学物质，例如包括生物高分子、构成生物高分子的要素、生物生存所需的化学物质]，或是(4)包括(1)～(3)之中一项以上的有形物。作为生物样本，可例示包含细胞、细胞团、组织片、生物相关物质的非生物有形物。


背景技术：

[0003]
构建对细胞所生成或消耗的化学物质进行定量评价的技术不仅有助于基础生物化学的发展，对医疗及生命科学的发展也大有助益。该技术例如可用作癌检中使用的细胞诊断、再生医疗及免疫细胞治疗中使用的移植用细胞的品质评价、药效评价及毒性评价中的动物实验的替代。
[0004]
但是，细胞的生理活性不仅因温度、ph、培养基成分、相邻的细胞、胞外基质等细胞周围环境而变化，而且也随着基因导入、药物暴露、应力施加等外部刺激、和细胞分裂或细胞死亡等细胞活动而经时变化。
[0005]
因此，实际上为了评价在生物内运动的细胞的真实性质，重要的是：将生物样本即细胞在活体状态(即，保持细胞生理活性的状态)下设置在尽可能接近生物内的环境中，进一步地，针对外部刺激和细胞活动而实时地测定该细胞所生成或消耗的化学物质。
[0006]
作为将生物样本即细胞设置在接近生物内的环境中的方法之一，已知有如下方法：不使用单一细胞，而是将多个细胞和胞外基质(extracellular matrix：ecm)成分的聚集体即细胞团(spheroids：球状体)用作生物样本。
[0007]
细胞具有的种种生理活性大多由该细胞与该细胞接触的相邻细胞或ecm的相互作用表达，因而，认为细胞团比单一细胞更忠实地再现生物内的环境。
[0008]
作为细胞团，可例示从胰腺提取的胰岛细胞、受精卵、通过细胞培养得到的肝细胞或神经细胞的球状体、es(embryonic stem)细胞的胚状体等。
[0009]
细胞活性的评价中使用的细胞团的直径因构成细胞的种类、生物内的提取部位、培养条件等而不同，但是，为100～600μm左右。这是因为：直径100μm以下的小细胞团中，由于构成细胞数过少，故而细胞团特有的生理活性难以呈现；而直径600μm以上的大细胞团中，氧不会扩散至细胞团中心部的细胞，容易导致细胞坏死。
[0010]
作为对细胞所生成或消耗的化学物质进行实时测定的方法，使用电化学方法。电化学方法中，用于对生物样本的各种电化学信号进行检测的电极(工作电极)被使用。工作电极设置在浸有生物样本的溶液内。按照工作电极的电位控制或者电流控制的不同，存在
各种检测法。在细胞等的代谢活性相关的测定中，从可比性高、解析简易的角度出发，使用以计时电流(chrono amperometry)法、循环伏安(cyclic voltammetry)法为代表的控制电位电解法(定电位电解法)。控制电位电解法是将工作电极的电位作为时间的函数进行控制，检测工作电极上产生的电流值。
[0011]
通常的细胞团所生成或消耗的化学物质的电化学测定中，预先设定有如下反应系：随着细胞团的物质代谢，在细胞团内或者细胞团表面生成或消耗具有氧化还原活性的化学物质。该化学物质在工作电极上被氧化或被还原，产生电流。
[0012]
作为随着细胞的物质代谢而生成或消耗具有氧化还原活性的化学物质的反应系，可根据关注的代谢系设计各种系。在以高灵敏度地检测极微量的代谢物质为目的的情况下，优选使用利用了酶促反应的系。
[0013]
例如，由小鼠es细胞制作的细胞团即胚状体中，根据分化状态，存在于细胞表面的酶即碱性磷酸酶(alkaline phosphatase：alp)的量发生增减。
[0014]
为了评价胚状体的分化状态，多次进行alp生成量的电化学评价(非专利文献1)。该评价系中，将胚状体放置在溶解有底物即对氨基苯磷酸(p
‑
aminophenyl phosphate：papp)的溶液中，通过alp酶活性，进行papp的脱磷反应，其结果，生成具有氧化还原活性的对氨基苯酚(p
‑
aminophenol：pap)。
[0015]
如果溶液中的papp浓度足够高，则即使细胞生成的alp量为极微量，也能够通过其酶活性，随着时间累积具有氧化还原活性的化学物质即pap的量。因此，作为结果，能够高灵敏度地检测alp存在量。
[0016]
在对单一生物样本进行这种电化学测定的情况下，就工作电极而言，通常使用形成于基板上、或加工成探针状的单一电极。在对多个生物样本进行电化学测定的情况下，使用多个工作电极。
[0017]
例如，在创新药物时，使用被称作药物筛选的方法。药物筛选中，为了从构造互不相同的多个化学物质之中探索能够对某种细胞发挥期待作用的化学物质(即，可成为候选药物的化学物质)，将多个细胞分别暴露于不同的化学物质，详尽地评价细胞的生理活性的变化。
[0018]
药物筛选中的细胞评价通过各种分析方法来进行。在通过电化学方法进行细胞评价的情况下，使用形成于同一基板上的多个工作电极，同时评价配置于各工作电极附近的多个细胞(多点同时电化学测定)。
[0019]
根据多点同时电化学测定，与分别单独地进行各细胞的评价的情况相比，评价所需时间大幅缩短。另外，基板装饰、细胞的前处理、测定条件(测定液的成分、ph、温度等)的调节通常均以基板为单位来进行。因此，通过将多个电极和多个生物样本集聚在一个基板上而统一进行前处理和测定条件调节，能够实现所使用药品的节约、废液的削减等，进而能够使各生物样本的测定条件更准确地一致。
[0020]
现有技术文献
[0021]
非专利文献
[0022]
非专利文献1：m.sen et al.，“biosensors and bioelectronics”，2013年，48卷，pp.12
‑
18


技术实现要素：

[0023]
发明所要解决的课题
[0024]
只要没有来自外部的特殊水力学作用，由细胞生成的具有氧化还原活性的化学物质就会通过扩散作用，从细胞向溶液中辐射状地扩散。其结果，所生成的化学物质的一部分抵达工作电极而被氧化或还原。因此，化学物质的生成量及化学物质到工作电极的扩散距离对工作电极上产生的电流量存在较大影响。同样地，由细胞消耗的化学物质通过扩散作用，朝该化学物质的浓度因消耗而减少的细胞附近移动。
[0025]
但是，在基板上形成有工作电极的情况下，当使生物样本接近工作电极时，生物样本与基板的距离减小。由于溶解于溶液中的底物向生物样本的供给受到阻碍，因而，与生物样本远离基板而浮游在溶液中的情况相比，通过酶促反应而由生物样本生成的化学物质的量下降。另外，由于生物样本与工作电极之间的三维区域的体积微小，因而，所生成的化学物质大多无法滞留于该三维区域内而向远方逸散。因为从逸散的化学物质至工作电极的距离长，所以抵达工作电极的化学物质的量减少，灵敏度下降(问题点1)。
[0026]
进一步地，由于生物样本的表面状态不均匀，生物样本也不是完全的球体，因而，就每次测定而言，工作电极与生物样本之间的直线距离不同。直线距离通常在每次测定时至少存在数μm左右的不同。因此，化学物质的扩散距离非恒定，测定的可比性和再现性下降(问题点2)。
[0027]
另外，在通过基板上的多个工作电极同时评价多个生物样本的情况下，工作电极中流通的电流值受最附近的生物样本的化学物质的生成量或消耗量的影响最强，但也受到不少远方的其他生物样本的化学物质的生成量或消耗量的影响(串扰的问题)。为了准确地检测各生物样本的化学物质的生成量或消耗量，工作电极中流通的电流值最好是仅反映单一生物样本的物质代谢这样的状态。因此，为了减小位于远方的生物样本的影响，应该分别确保生物样本的间隔和用于对其进行评价的工作电极的间隔宽。但是，如果增宽工作电极的间隔，则形成有工作电极的基板的面积增大。因此，导致基板成本上升。例如在通过半导体制造技术而在lsi(large scale integration)芯片的上表面制造形成有工作电极的基板作为lsi芯片的一部分的情况下，必将带来lsi芯片的大型化、高价化(问题点3)。
[0028]
非专利文献1中，通过基板上的多个工作电极来测定化学物质的量，具有上述的问题点1、2、3。
[0029]
上述的问题点1能够通过使用探针状的工作电极(探针电极)而非基板上的工作电极来消除。与生物样本相比，探针电极的前端通常非常微细，因而，与基板上的工作电极的情况相比，探针电极和探针电极支承体不会对溶液中的溶质向生物样本的供给构成大的阻碍。另外，探针电极相对于生物样本的位置通常通过机械手以μm级精细地被控制。因此，上述的问题点2也被消除。
[0030]
但是，在探针电极的位置控制上，需要机械手、用于观测探针前端位置的显微镜系统等昂贵的设备。另外，探针电极会屡遭缺乏经验的使用者损坏。
[0031]
进一步地，在进行多个生物样本的评价的情况下，机械手移动探针需要相当长的时间，故而，将很大程度上破坏测定的迅速性和生物样本间的测定条件的同一性。
[0032]
本发明的目的在于，鉴于这种状况，提供与以往相比灵敏度、可比性及再现性高的电化学测定装置及用于电化学测定的转换器。
[0033]
用于解决课题的技术方案
[0034]
根据本发明的第一方面，电化学测定装置具备多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
且排列于一平面上，在收纳溶液和生物样本的溶液槽设有间隔部，该间隔部具有轮廓面，该轮廓面相对于上述一平面的垂直方向距离h1满足：h1＝21.8(d
el
0.8)/(d
el
9.7)
±
5，其中，h1的单位是μm，间隔部在轮廓面的上述一平面侧的区域阻止生物样本的侵入并允许溶液中溶质的扩散，在相互相邻的至少两个电极面之间设有壁板，该壁板以交叉于将该两个电极面的中心彼此相连的线的方式延伸，且其相对于上述一平面的高度在间隔部相对于上述一平面的高度以上，该壁板使溶液中的溶质不能透过。
[0035]
根据本发明的第二方面，电化学测定装置具备多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
且排列于一平面上，在收纳溶液和生物样本的溶液槽设有间隔部，该间隔部具有呈研钵型形状的轮廓面，该轮廓面相对于上述一平面的垂直方向距离h2取决于自最接近的电极面的中心起的相对于上述一平面的平行方向距离m，且满足：其中，h2的单位是μm，间隔部在轮廓面的上述一平面侧的区域阻止生物样本的侵入并允许溶液中溶质的扩散，在相互相邻的至少两个电极面之间设有壁板，该壁板以交叉于将该两个电极面的中心彼此相连的线的方式延伸，且其相对于上述一平面的高度在间隔部相对于上述一平面的最大高度以上，该壁板使溶液中的溶质不能透过。
[0036]
本发明的第三方面中，在本发明第一或第二方面的基础上，电极面以如下结构排列：将在第一方向的一直线上排布多个电极面而成的电极列在与第一方向正交的第二方向上排布多个，在相互相邻的电极列之间，壁板沿第一方向延伸设置。
[0037]
本发明的第四方面中，在本发明第一至第三方面中任一方面的基础上，间隔部包含沿与上述一平面垂直的方向延伸、且以小于100μm的间隔林立的一组柱状构造物。
[0038]
本发明的第五方面中，在本发明第一至第三方面中任一方面的基础上，间隔部包含孔径小于100μm的多孔质构造体。
[0039]
根据本发明的第六方面，电化学测定装置具备多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
，以至少两个电极面的中心的x坐标互不相同的方式排列于由x－y正交坐标定义的一平面上，在排列有电极面的上述一平面上，在x方向上以小于100μm的间隔排列设置有多个使溶液中的溶质不能透过的壁板，该壁板沿y方向延伸，且该壁板的高度h3满足：h3＝21.8(d
el
0.8)/(d
el
9.7)
±
5，其中，h3的单位是μm。
[0040]
本发明的第七方面中，在本发明第六方面的基础上，就一个电极面而言，从距该电极面的中心的x方向距离最小的壁板按序数起的两个壁板之中至少一方的壁板的高度h3以如下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0041]
本发明的第八方面中，在本发明第六方面的基础上，就一个电极面而言，在该电极面的两外侧通过而延伸、且以在其间未夹隔其他壁板的方式并行的两个壁板的高度h3以如
下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0042]
本发明的第九方面中，在本发明第六方面的基础上，就一个电极面而言，从距该电极面的中心的x方向距离最小的壁板按序数起的两个壁板之中至少一方的壁板的x坐标以如下方式沿y方向局部地变化：距该电极面的中心的x方向距离在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极大。
[0043]
本发明的第十方面中，在本发明第六方面的基础上，就一个电极面而言，自该电极面的中心起x方向距离最小的一个壁板即第一壁板的x坐标以如下方式沿y方向局部地变化：距该电极面的中心的x方向距离在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极大；并且，隔着该电极面的中心与第一壁板相邻的另一个壁板即第二壁板的x坐标以如下方式沿y方向局部地变化：距该电极面的中心的x方向距离在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极大。
[0044]
本发明的第十一方面中，在本发明第六至第十方面中任一方面的基础上，将中心的x坐标互不相同、且不存在具有这些x坐标中间的x坐标的其他电极面的两个电极面的组设为x方向相邻电极面，这时，在至少一组x方向相邻电极面之间还设有使溶液中的溶质不能透过的大高度壁板，该大高度壁板以整个宽度交叉于将这两个电极面的中心彼此相连的线段的方式沿y方向延伸，且具有比壁板的高度大的高度。
[0045]
根据本发明的第十二方面，电化学测定装置具备多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
，以如下结构排列于由x－y正交坐标定义的一平面上：在x方向上排布多列电极列，该电极列是将一个以上的电极面以使其全部的中心的x坐标均一致的方式在y方向上排布而成，在排列有电极面的上述一平面上，在x方向上以小于100μm的间隔排列设置有多个使溶液中的溶质不能透过的壁板，该壁板沿y方向延伸，且该壁板的高度h4取决于从在x方向上最接近的电极列中所属的电极面的中心起在x方向上的距离m，并满足下式而逐渐变化：向上的距离m，并满足下式而逐渐变化：其中，h4的单位是μm。
[0046]
本发明的第十三方面中，在本发明第十二方面的基础上，就一个电极面而言，将在x方向的一朝向上距该电极面的中心300μm的点、和自该电极面的中心起至在上述一朝向上相邻的电极列中所属的电极面的中心的x坐标止的1/2的距离的点之中距该电极面的中心相对不远的点设为第一端点，且将在x方向的另一朝向上距该电极面的中心300μm的点、和自该电极面的中心起至在上述另一朝向上相邻的电极列中所属的电极面的中心的x坐标止的1/2的距离的点之中距该电极面的中心相对不远的点设为第二端点，这时，以整个或一部分宽度交叉于将第一端点和第二端点相连的线段的方式延伸的壁板之中至少一个壁板的高度h4以如下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0047]
本发明的第十四方面中，在本发明第十三方面的基础上，以整个宽度交叉于上述线段的方式延伸的全部壁板的高度h4以如下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0048]
本发明的第十五方面中，在本发明第十二至第十四方面中任一方面的基础上，在x方向上相互相邻的至少一组电极列之间，还设有使溶液中的溶质不能透过的大高度壁板，
该大高度壁板在这两个电极列中各自所属的电极面的中心的x坐标彼此的中间的x坐标处沿y方向延伸，且具有比上述壁板的最大高度大的高度。
[0049]
根据本发明的第十六方面，转换器s在lsi芯片上搭载有能够收纳溶液和浸渍于溶液中的生物样本的溶液槽，在上述lsi芯片设有多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
且排列于一平面上，在溶液槽设有间隔部，该间隔部具有轮廓面，该轮廓面相对于上述一平面的垂直方向距离h1满足：h1＝21.8(d
el
0.8)/(d
el
9.7)
±
5，其中，h1的单位是μm，间隔部在轮廓面的上述一平面侧的区域阻止生物样本的侵入并允许溶液中溶质的扩散，在相互相邻的至少两个电极面之间设有壁板，该壁板以交叉于将该两个电极面的中心彼此相连的线的方式延伸，且其相对于上述一平面的高度在间隔部相对于上述一平面的高度以上，该壁板使溶液中的溶质不能透过。
[0050]
根据本发明的第十七方面，转换器在lsi芯片上搭载有能够收纳溶液和浸渍于溶液中的生物样本的溶液槽，在上述lsi芯片设有多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
且排列于一平面上，在溶液槽设有间隔部，该间隔部具有呈研钵型形状的轮廓面，该轮廓面相对于上述一平面的垂直方向距离h2取决于自最接近的电极面的中心起的相对于上述一平面的平行方向距离m，且满足：接近的电极面的中心起的相对于上述一平面的平行方向距离m，且满足：其中，h2的单位是μm，间隔部在轮廓面的上述一平面侧的区域阻止生物样本的侵入并允许溶液中溶质的扩散，在相互相邻的至少两个电极面之间设有壁板，该壁板以交叉于将该两个电极面的中心彼此相连的线的方式延伸，且其相对于上述一平面的高度在上述间隔部相对于上述一平面的最大高度以上，该壁板使溶液中的溶质不能透过。
[0051]
本发明的第十八方面中，在本发明第十六或第十七方面的基础上，电极面以如下结构排列：将在第一方向的一直线上排布多个电极面而成的电极列在与第一方向正交的第二方向上排布多个，在相互相邻的电极列之间，壁板沿第一方向延伸设置。
[0052]
本发明的第十九方面中，在本发明第十六至第十八方面中任一方面的基础上，间隔部包含沿与上述一平面垂直的方向延伸、且以小于100μm的间隔林立的一组柱状构造物。
[0053]
本发明的第二十方面中，在本发明第十六至第十八方面中任一方面的基础上，间隔部包含孔径小于100μm的多孔质构造体。
[0054]
根据本发明的第二十一方面，转换器在lsi芯片上搭载有能够收纳溶液和浸渍于溶液中的生物样本的溶液槽，在上述lsi芯片设有多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
，以至少两个电极面的中心的x坐标互不相同的方式排列于由x－y正交坐标定义的一平面上，在排列有电极面的上述一平面上，在x方向上以小于100μm的间隔排列设置有多个使溶液中的溶质不能透过的壁板，该壁板沿y方向延伸，且该壁板的高度h3满足：h3＝21.8(d
el
0.8)/(d
el
9.7)
±
5，其中，h3的单位是μm。
[0055]
本发明的第二十二方面中，在本发明第二十一方面的基础上，就一个电极面而言，从距该电极面的中心的x方向距离最小的壁板按序数起的两个壁板之中至少一方的壁板的
高度h3以如下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0056]
本发明的第二十三方面中，在本发明第二十一方面的基础上，就一个电极面而言，在该电极面的两外侧通过而延伸、且以在其间未夹隔其他壁板的方式并行的两个壁板的高度h3以如下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0057]
本发明的第二十四方面中，在本发明第二十一方面的基础上，就一个电极面而言，从距该电极面的中心的x方向距离最小的壁板按序数起的两个壁板之中至少一方的壁板的x坐标以如下方式沿y方向局部地变化：距该电极面的中心的x方向距离在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极大。
[0058]
本发明的第二十五方面中，在本发明第二十一方面的基础上，就一个电极面而言，距该电极面的中心的x方向距离最小的一个壁板即第一壁板的x坐标以如下方式沿y方向局部地变化：距该电极面的中心的x方向距离在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极大；并且，隔着该电极面的中心与第一壁板相邻的另一个壁板即第二壁板的x坐标以如下方式沿y方向局部地变化：距该电极面的中心的x方向距离在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极大。
[0059]
本发明的第二十六方面中，在本发明第二十一至第二十五方面中任一方面的基础上，将中心的x坐标互不相同、且不存在具有这些x坐标中间的x坐标的其他电极面的两个电极面的组设为x方向相邻电极面，这时，在至少一组x方向相邻电极面之间还设有使溶液中的溶质不能透过的大高度壁板，该大高度壁板以整个宽度交叉于将这两个电极面的中心彼此相连的线段的方式沿y方向延伸，且具有比壁板的高度大的高度。
[0060]
根据本发明的第二十七方面，转换器在lsi芯片上搭载有能够收纳溶液和浸渍于溶液中的生物样本的溶液槽，在上述lsi芯片设有多个具备电极面的工作电极，该电极面与溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质进行电子的传递而使氧化还原反应发生，其中，电极面全部具有80μm以下的直径尺寸d
el
，以如下结构排列于由x－y正交坐标定义的一平面上：在x方向上排布多列电极列，该电极列是将一个以上的电极面以使其全部的中心的x坐标均一致的方式在y方向上排布而成，在排列有电极面的上述一平面上，在x方向上以小于100μm的间隔排列设置有多个使溶液中的溶质不能透过的壁板，该壁板沿y方向延伸，且该壁板的高度h4取决于从在x方向上最接近的电极列中所属的电极面的中心起在x方向上的距离m，并满足下式而逐渐变化：其中，h4的单位是μm。
[0061]
本发明的第二十八方面中，在本发明第二十七方面的基础上，就一个电极面而言，将在x方向的一朝向上距该电极面的中心300μm的点、和自该电极面的中心起至在一朝向上相邻的电极列中所属的电极面的中心的x坐标止的1/2的距离的点之中距该电极面的中心相对不远的点设为第一端点，且将在x方向的另一朝向上距该电极面的中心300μm的点、和自该电极面的中心起至在上述另一朝向上相邻的电极列中所属的电极面的中心的x坐标止的1/2的距离的点之中距该电极面的中心相对不远的点设为第二端点，这时，以整个或一部分宽度交叉于将第一端点和第二端点相连的线段的方式延伸的壁板之中至少一个壁板的高度h4以如下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0062]
本发明的第二十九方面中，在本发明第二十八方面的基础上，以整个宽度交叉于
上述线段的方式延伸的全部壁板的高度h4以如下方式沿y方向变化：在与该电极面的中心的y坐标相等的y坐标处为极小。
[0063]
本发明的第三十方面中，在本发明第二十七至第二十九方面中任一方面的基础上，在x方向上相互相邻的至少一组电极列之间，还设有使溶液中的溶质不能透过的大高度壁板，该大高度壁板在这两个电极列中各自所属的电极面的中心的x坐标彼此的中间的x坐标处沿y方向延伸，且具有比壁板的最大高度大的高度。
[0064]
发明效果
[0065]
根据该发明，能够以高灵敏度、可比性及再现性测定溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质。
附图说明
[0066]
图1是表示电极－模型样本间距z与电流值i之间的关系的曲线图；
[0067]
图2是表示模型样本直径d
sp
与有效的电极－样本间距z的范围之间的关系的曲线图；
[0068]
图3是表示电极直径d
el
与有效的电极－样本间距z的范围之间的关系的曲线图；
[0069]
图4是表示电极－样本间距z与电流值i/反应速度v
max
之间的关系的曲线图；
[0070]
图5是表示电极－样本间距z与电流值i及扩散系数d之间的关系的曲线图；
[0071]
图6a是用于对本发明的电化学测定装置的第一实施方式(型式1)的要部结构进行说明的示意图；
[0072]
图6b是用于对本发明的电化学测定装置的第一实施方式(型式1)的要部结构进行说明的示意图；
[0073]
图7a是用于对本发明的电化学测定装置的第一实施方式(型式2)的要部结构进行说明的示意图；
[0074]
图7b是用于对本发明的电化学测定装置的第一实施方式(型式2)的要部结构进行说明的示意图；
[0075]
图8a是用于对本发明的电化学测定装置的第二实施方式(型式1)的要部结构进行说明的示意图；
[0076]
图8b是用于对本发明的电化学测定装置的第二实施方式(型式1)的要部结构进行说明的示意图；
[0077]
图9a是用于对本发明的电化学测定装置的第二实施方式(型式2)的要部结构进行说明的示意图；
[0078]
图9b是用于对本发明的电化学测定装置的第二实施方式(型式2)的要部结构进行说明的示意图；
[0079]
图10是用于对本发明的电化学测定装置的第二实施方式的变形例的要部结构进行说明的示意图；
[0080]
图11是用于对本发明的电化学测定装置的第二实施方式的变形例的要部结构进行说明的示意图；
[0081]
图12是用于对本发明的电化学测定装置的第二实施方式的变形例的要部结构进行说明的示意图；
[0082]
图13是用于对壁板相对于呈阵列状地排列的电极面的配置例进行说明的图；
[0083]
图14a是表示本发明的转换器的一实施方式的俯视图；
[0084]
图14b是表示本发明的转换器的一实施方式的剖面图；
[0085]
图15是图14所示的转换器的立体图。
具体实施方式
[0086]
(本技术)发明人在电化学测定中，详细解析了生物样本所产生的化学反应相关的溶液中的溶质的扩散过程与基板上的电极中流通的电流之间的关系。其结果，发明人发现了如下事实：将生物样本配置为在电极面的垂直方向上距电极面某特定的距离，该距离由电极面直径和生物样本直径确定，并且在生物样本的下方形成供溶质自由扩散的路径，由此，与生物样本接近电极面的正上方时相比，电流量增大，测定的灵敏度提高。
[0087]
另外，发明人发现了如下事实：将生物样本配置为在电极面的垂直方向上离开电极面，由此，因生物样本相对于电极面的位置的控制精度低引起的电流值的离散少于生物样本接近电极面的正上方时的离散，测定的可比性及再现性提高。
[0088]
以下，说明得出这种发现的仿真的结果。
[0089]
仿真中，使用仿真软件comsol multiphysics(日本国注册商标)。作为模型样本，采用了由小鼠es细胞形成的胚状体。另外，作为由模型样本生成的化学物质，采用了通过模型样本表面处的alp酶促反应而产生的pap。由模型样本生成的化学物质(pap)扩散，然后到达工作电极的电极面，在电极面上被氧化。这时，检测工作电极上产生的电流值。其他的条件如下。
[0090]
＜酶促反应＞
[0091]
在模型样本表面，发生以溶液中的溶质即papp为底物的alp酶促反应，生成pap。alp酶促反应的反应速度(生成速度)v遵循米氏(michaelis
‑
menten)方程式(1)。
[0092]
[数学式1]
[0093][0094]
在式(1)中，a
sp
是模型样本的表面面积，v
max
是底物浓度无穷大时的、模型样本的每单位表面面积的反应速度，k
m
是alp酶促反应的米氏常数，[s]是底物浓度。将v
max
、k
m
的值分别设为2.65
×
10
‑7mol/(s
·
m2)、1.7
×
10
‑3mol/l。另外，将[s]的初始值设为5.0
×
10
‑3mol/l。
[0095]
＜电极反应＞
[0096]
在电极上，发生由模型样本生成的pap的二电子氧化反应。假定电极电位足够高，为充分反应的扩散控制的程度。这时的电流值i遵循式(2)。
[0097]
[数学式2]
[0098][0099]
[0100]
在式(3)中，i(x，y)、c(x，y)分别是电极表面上的任意点(x，y)的电流密度及检测对象的化学物质浓度。a
el
是电极面积，n是反应相关的电子数，f是法拉第常数，d是溶液中的检测对象的化学物质的扩散系数，z是与电极面(x－y面)垂直方向的坐标。将n、f、d分别设为2、9.64
×
104c/mol、6.47
×
10
‑
10
m2/s。另外，作为测定结果，表示从电极反应开始起200秒后的电流值i。
[0101]
＜其他＞
[0102]
模型样本的形状：直径d
sp
＝200μm的球状
[0103]
电极面的形状：直径d
el
＝20μm的圆状
[0104]
电极面的位置：电极面的中心坐标与模型样本中心坐标(x，y)的水平距离为0
[0105]
距离z：0～80μm
[0106]
本技术发明人调查了基于由模型样本生成的化学物质的氧化反应产生的电流值i是如何根据电极面与模型样本下端的距离z而变化的。图1是表示电流值i与距离z之间的关系的仿真结果的曲线图。
[0107]
由图1可知，电流值i在z＝16μm处具有极大值。因此，判明了：通过将模型样本设置于可得到峰值电流值的最优位置，测定的灵敏度与距离z＝0μm时的灵敏度相比大幅提高。这种距离z的倾向与电极直径d
el
及模型样本直径d
sp
无关。
[0108]
进一步地，由图1可知，与距离z在z＝0μm附近发生了变动时的电流值i的变动相比，距离z在上述极大值附近发生了变动时的电流值i的变动大幅减小。在采用细胞、细胞团、组织片等作为生物样本的情况下，由于在生物样本的表面存在凹凸、或生物样本的形状不一定为球形等，因而，难以以数μm的精度对距离z进行控制。但是，如果将距离z设定为极大值附近的值，则能够减小因距离z的控制精度低引起的电流值i的离散，作为结果，能够提高对不同测定对象间在量上的关系进行确定的精度(可比性)及测定结果对同一测定对象的再现性。
[0109]
距离z越接近极大值，该可比性及再现性的提高幅度越高。该提高在电流值为峰值电流值的90％以上的距离z的范围内尤为显著。因此，如果将距离z设定为该范围内的值，则不仅在灵敏度的提高上，而且在可比性和再现性的提高上也能得到高的效果。
[0110]
发明人进行了各种仿真，由仿真结果可知，有效的距离z的范围取决于测定条件、特别是电极直径和生物样本直径而大幅变化。因此，为了评价具有特定直径的生物样本，需要设定具有适当直径的电极及适当距离z。
[0111]
但是，在生物样本是细胞、细胞团、组织片等的情况下，生物样本的直径因细胞的种类、状态的不同而大不相同。进一步地，即使在生物样本是从同一检体的同一部位被采取的情况、亦或是在同一培养条件下得到的情况下，生物样本的直径的离差也会达到数μm～数百μm。从成本的角度出发，在测定前调查全部生物样本的直径、并分别设定适当的电极直径和距离z是不现实的。另外，对于根据不同的电极直径和不同的距离z得到的测定结果，互相进行定量比较相当困难。
[0112]
为了解决这些问题，如下方式是有效的：在常识性范围内，求出能够对具有各种直径的全部生物样本提供高效果的电极直径及距离z的范围，通过同一结构的电化学测定装置来测定各种生物样本。
[0113]
发明人对于据称可更准确地将生物内的生理活性再现的细胞团，在细胞团的直径
处于常用的100～600μm的范围内的情况下，求出可得到高灵敏度、可比性和再现性的提高之各效果的电极直径及距离z的范围。以下，说明其步骤。
[0114]
首先，发明人调查了：在电极直径d
el
为20μm的情况下，有效的距离z的范围的下限值z
min
及上限值z
max
如何根据模型样本直径d
sp
而变化。图2表示其仿真结果。在电极直径d
el
为20μm的情况下，就各模型样本直径d
sp
而言，如果距离z在图2所示的z
min
以上且z
max
以下，则电流值i在峰值电流值的90％以上(图中z
opt
是给出峰值电流值的距离z的最优值)。进一步地，将模型样本直径d
sp
为100μm时的z
max
设为z
max*
、且模型样本直径d
sp
为600μm时的z
min
设为z
min*
时，在模型样本直径d
sp
为100～600μm之间的值的情况下，如果距离z在以z
min*
为下限值、且以z
max*
为上限值的图2中以斜线表示的范围内，则电流值i仍为峰值电流值的90％以上。
[0115]
接着，发明人调查了：z
min*
及z
max*
如何根据电极直径d
el
而变化。图3表示其仿真结果。如果电极直径d
el
的值处于0～80μm的范围内、且距离z为图3所示的z
min*
以上且z
max*
以下的范围内，则对于d
sp
＝100～600μm的生物样本，可得到上述的高效果。通过利用了非线性最小二乘法的拟合操作，距离z的范围大致由电极直径d
el
的函数即式(4)表示。因此，将距离z设定在由式(4)表示的范围内即可。其中，z＞0。
[0116]
[数学式3]
[0117][0118]
由图3可知，在电极直径d
el
约为80μm以上的情况下，不能使用式(4)。但是，在以细胞等微小生物样本为对象的电化学测定中，通常，使用d
el
＝50μm以下的电极。这是因为：当使用d
el
＝50μm以下的电极时，电流值的s/n比(通过检测对象的化学物质的氧化还原反应所产生的法拉第电流、与由非检测对象即电解质产生的充电电流之比)将显著增大。因而，能够根据式(4)来确定距离z。
[0119]
除电极直径d
el
、生物样本直径d
sp
以外，有效的距离z的范围也根据生物样本生成化学物质的生成速度v、化学物质的扩散系数d而变化。但是，该影响有限。
[0120]
由式(1)可知，在底物浓度[s]足够高的情况下，生成速度v大致由底物浓度无穷大时的反应速度v
max
确定。因此，发明人调查了：有效的距离z的范围如何根据反应速度v
max
而变化。图4表示各种反应速度v
max
与距离z的组的电流值i的仿真结果。图4所示的曲线图的纵轴是由反应速度v
max
标准化的电流值i。由图4可知，即使反应速度v
max
发生变化，由反应速度v
max
标准化的电流值i与距离z之间的关系性也几乎不变，有效的距离z的范围也大致不变。
[0121]
同样地，发明人调查了：有效的距离z的范围如何根据扩散系数d而变化。图5表示各种扩散系数d与距离z的组的电流值i的仿真结果。pap、铁络合物、钌络合物、过氧化氢等用于医疗或生命科学领域的通常的检测对象的化学物质的扩散系数d的值大致处于1
×
10
‑
10
～20
×
10
‑
10
m2/s的范围内。由图5可知，在扩散系数d处于1
×
10
‑
10
～20
×
10
‑
10
m2/s的范围内的情况下，电流值i与距离z之间的关系性几乎不变，有效的距离z的范围也大致不变。
[0122]
根据这些结果，就直径100～600μm的生物样本而言，为了得到上述的高效果而需满足的表示距离z与电极直径d
el
之间的关系性的式(4)对于具有各种生成速度v和扩散系数d的测定系来说也是有用的。
[0123]
＜本发明的第一实施方式＞
[0124]
基于上述的仿真结果，本发明的电化学测定装置的第一实施方式具有如下结构。电化学测定装置具有：溶液槽60；间隔部10、50；壁板31；多个工作电极21。间隔部10、50、壁板31和多个工作电极21全部固定于溶液槽60的平面20a上。平面20a是在溶液槽60收纳着溶液的状态下与溶液接触的溶液槽60的底面，例如也是形成有集成电路的半导体芯片的表面。与溶液接触的工作电极21的面是电极面21a。间隔部10、50、电极面21a和壁板31在测定中浸于溶液中。
[0125]
＜生物样本＞
[0126]
生物样本40具有100μm以上且600μm以下的直径。生物样本40的“直径”指的是将生物样本40含于内部的最小的球的直径。
[0127]
＜间隔部＞
[0128]
间隔部10、50具有如下轮廓面：朝向平面20a的垂直方向距离满足由式(4)给出的距离z的范围。间隔部10、50阻止生物样本40向轮廓面的平面20a侧的区域侵入，并且允许溶液中的溶质的扩散。
[0129]
换言之，间隔部10、50具有h1的高度(沿着平面20a的法线的、自平面20a起的长度)、及如下构造：在生物样本40与间隔部10、50接触的状态下未形成有由生物样本40、平面20a和间隔部10、50封闭的三维区域。h1是由式(4)给出的距离z的范围内的规定值。
[0130]
生物样本40沿着间隔部10、50的轮廓面配置。即，生物样本40以与间隔部10、50接触的方式配置。
[0131]
根据这种构造，能够将平面20a与生物样本40的距离大致保持在h1。“平面20a与生物样本40的距离”表示平面20a与生物样本40的最短距离，是将平面20a的法线与平面20a的交点、和该法线与生物样本40的交点相连的射线的最小长度。这里使用“大致”这种术语的理由在于：根据生物样本40的形状或姿势的不同，平面20a与生物样本40的距离严格来说有可能低于h1。即使存在这种情况，由于各个生物样本40的形状严格来说互不相同，此外各个生物样本40的姿势严格来说也互不相同，因而，从统计学的角度出发，不会失去上述的“灵敏度、可比性、再现性的提高”的效果。
[0132]
也可以是，考虑平面20a与生物样本40的距离严格来说有可能低于h1，而将h1设为由式(4a)给出的距离z的范围内的规定值。式(4a)表示的是：距离z的上限值是21.8(d
el
0.8)/(d
el
9.7) 5[μm]；z的下限值是21.8(d
el
0.8)/(d
el
9.7) 0[μm]。
[0133]
[数学式4]
[0134][0135]
h1既可以是与平面20a上的位置无关的常数，也可以是由以平面20a上的位置为变量的函数规定的值。即使在后者的情况下，h1也是由式(4)给出的距离z的范围内的值。
[0136]
即，间隔部10、50的高度10、50无需在平面20a上的整个区域内均匀一致。例如，在平面20a上，也可以存在间隔部10、50的高度相对低的区域和间隔部10、50的高度相对高的区域。或者，在平面20a上，也可以存在间隔部10、50的高度逐级变化的区域。
[0137]
＜电极面＞
[0138]
电极面的配置不作特别限定。例如，相邻电极面间的距离大致为120μm以上。但是，在实际使用中，与第一生物样本对应的第一电极面的中心和与第二生物样本(第二生物样
本不同于第一生物样本)对应的第二电极面的中心之间的距离l必须满足如下条件：在第一电极面上配置有第一生物样本、且在第二电极面上配置有第二生物样本的状态下，第一生物样本和第二生物样本不接触。即，实际的电化学测定中，既可以使用整个电极面，也可以使用一部分电极面。
[0139]
各工作电极21的电极面21a与具有100μm以上且600μm以下的直径的生物样本40所生成或消耗的化学物质进行电子的传递。其结果，发生化学物质的氧化还原反应。整个电极面21a具有80μm以下的直径。电极面21a的形状优选为圆形，但也可以是椭圆形、多边形。在电极面21a的形状非圆形的情况下，电极面21a的直径d
el
设为其中，a是电极面21a的面积。电极面21a的中心是电极面21a的几何学中心。在电极面21a的形状为圆的情况下，电极面21a的中心是圆的中心。在电极面21a的形状为椭圆的情况下，电极面21a的中心是椭圆的长轴与短轴的交点。在电极面21a的形状为矩形的情况下，电极面21a的中心是对角线的交点。在电极面21a具有复杂形状的情况下，将电极面21a含于内部的最小圆的中心定义为电极面21a的中心。
[0140]
后文说明所参照的图6～图12中，图示有两个电极面21a，但电极面21a的总数不限于2。也不限于3个以上电极面21a的配置形状。能够选择如下任意的配置形状：格子状(电极面位于格子的交点的形状)、线状(电极面位于直线上的形状)、圆状(电极面位于圆上的形状)、多边形框状(电极面位于多边形的边上的形状)等。
[0141]
＜壁板＞
[0142]
壁板31设置于相互相邻的两个电极面21a之间。壁板31具有使溶液中的溶质不能透过的性质。通过壁板31，串扰得以减小。
[0143]
法向观察平面20a时的壁板31的形状、即从平面20a的法线方向观察平面20a时的壁板31的形状例如既可以是呈直线状或折线状或曲线状地伸长的形状，也可以具有圆环状或多边形框状的形状。其中，在壁板31具有后者那样的封闭构造的情况下，在生物样本40与间隔部10、50接触的状态下，壁板31必须具有不与生物样本40接触的构造。
[0144]
壁板31具有高度h1以上的高度。即，壁板31的高度超出由式(4)表示的距离z的范围。壁板31的高度的上限值没有限制。从均一的测定条件的角度出发，实际使用中，溶液面超过壁板31的高度。进一步地，壁板31不必形成于整个平面20a。例如，在离电极面21a足够远的场所，不需要壁板31。
[0145]
电极面的数量与壁板的数量之间的关系不作特别限定。但是，无需形成过多的壁板。允许如下结构：在相邻的壁板与壁板之间、或壁板与溶液槽的壁之间，配置有多个电极面。
[0146]
＜型式1＞
[0147]
图6a、6b表示电化学测定装置的第一实施方式之一例。间隔部10包含林立的多个柱状构造物11。在相邻的两个电极面21a之间设置有壁板31。具有均一高度的柱状构造物11分别从配置有电极面21a的基板20的平面20a沿平面20a的法线方向伸长。该例中，任意两个柱状构造物11的间隔小于100μm。例如，在进行具有100μm的直径的生物样本40的测定的情况下，利用如下电化学测定装置：具有以30μm左右的间隔形成的柱状构造物11。图6b中，虚线表示距平面20a距离h1的轮廓面的位置。
[0148]
对柱状构造物11的间隔进行补充说明。在较宽地设定柱状构造物11的间隔的情况下(例如，间隔比生物样本40的直径稍小的情况)，能够充分地确保溶液中的溶质进行扩散的路径，但是，难以将平面20a与生物样本40的距离设定在由式(4)给出的距离z的范围内。另外，在较窄地设定柱状构造物11的间隔的情况下(例如，与生物样本40的直径相比，间隔极小的情况)，容易将平面20a与生物样本40的距离设定在由式(4)给出的距离z的范围内，但是，无法充分地确保溶液中的溶质进行扩散的路径，进而难以将生物样本40保持在电极面21a正上方的位置。因而，实际使用中，根据生物样本40的直径和形状，适当地配置柱状构造物11，使用具有包含该柱状构造物11的间隔部的电化学测定装置。另外，柱状构造物11的间隔也可以不为恒定。进一步地，柱状构造物11也不必形成于整个平面20a。例如，在离电极面21a足够远的场所，不需要间隔部。
[0149]
在与将相邻的两个电极面21a的中心相连的线段交叉的方向上，壁板31直线状地伸长。该例中，在y方向上伸长，该y方向正交于沿x方向排布的两个电极面21a的排列方向。壁板31设置在距相邻的两个电极面21a等距离的位置。壁板31具有柱状构造物11的高度以上的高度。即，壁板31的高度超出由式(4)表示的距离z的范围。
[0150]
通过利用了显微镜的移液操作或导向件的使用等，生物样本40置于电极面21a的上方。即，电极面21a与生物样本40的水平距离(与电极面21a即平面20a平行的方向的距离)大致为0。该情况下，即使不进行特殊操作，电极面21a与生物样本40的距离z也大致收束于式(4)的范围内。因此，在生物样本40与电极面21a之间，形成有溶液中的溶质进行扩散的路径。作为结果，由生物样本40生成或消耗的检测对象的化学物质的量增加。进一步地，生物样本40与电极面21a之间的三维区域的体积增加，因而，所生成或消耗的化学物质的总量之中滞留于三维区域内的量增加。这两个作用有助于抵达电极面21a的化学物质的量的增加。
[0151]
由于间隔部10的存在，生物样本40与电极面21a之间的扩散行程长。因此，认为未抵达电极面21a而向远方逸散的化学物质的量增加。但是，由于生物样本40与电极面21a的距离被间隔部10限制在适当的范围内，因而，上述两个作用占优，作为结果，认为抵达电极面21a的化学物质的量增加。
[0152]
＜型式2＞
[0153]
作为间隔部的构造，能够采用“研钵型构造”，该“研钵型构造”是指：位于与电极面21a的中心最近的位置的间隔部的高度最低，间隔部的高度随着离开电极面21a的中心而逐渐变高。通过移液管等向具备这种间隔部50的电化学测定装置加入比重比溶液比重大的生物样本40，如此，不使用特殊的机构就能够通过生物样本40的自重使生物样本40落向间隔部50低的位置、即落向电极面21a的中心。因此，就生物样本40相对于电极面21a的位置关系而言，不仅能够最优化平面20a的法线方向的距离，还能够最优化与电极面21a即平面20a平行的方向的距离。
[0154]
进一步地，适当地设定从平面20a上的某地点x起至电极面21a的中心止的水平距离(与电极面21a即平面20a平行的方向的距离)m、与该地点x处的间隔部的高度之间的关系，由此，在生物样本直径d
sp
为100～600μm的范围内的值的情况下，能够将平面20a与生物样本的距离设定在通过上述仿真求出的有效的距离z的范围内。
[0155]
图7a、7b例示具备研钵型构造的间隔部50的电化学测定装置。图7a、7b中，研钵型构造的间隔部50包含高度不同的多个柱状构造物51。林立的柱状构造物51分别从配置有电
极面21a的基板20的平面20a沿平面20a的法线方向伸长。该例中，任意两个柱状构造物51的间隔小于100μm。例如，在进行具有100μm的直径的生物样本40的测定的情况下，利用如下电化学测定装置：具有以30μm左右的间隔形成的柱状构造物51。需要说明的是，关于柱状构造物51的间隔，参照对柱状构造物11的间隔作出的上述补充说明。
[0156]
图7b中，例示直径d
sp
不同的两个生物样本40。从100～600μm的范围中适当选择几个点作为直径d
sp
的值，并对在上述各d
sp
的z的最优值的高度配置有各生物样本时的与整个生物样本的外形外切的曲线、即图7b中由虚线所示那样的h2进行拟合，如此，大约如下式(5)的中央值。m是自电极面21a的中心起的与平面20a平行的方向的距离[单位：μm]。其中，在将最近的相邻两个电极面21a的中心间距设为l时，m至少满足0＜m≤l/2(其中，h2＞0)。
[0157]
[数学式5]
[0158][0159]
该例的间隔部50具有研钵形状的轮廓面，该轮廓面的平面20a的法线方向的距离h2取决于距离m[μm]，满足式(5)。在生物样本40与溶液中的间隔部50的轮廓面(即、柱状构造物51)接触、且位于电极面21a的中心正上方的状态下，执行电化学测定。
[0160]
在与将相邻的两个电极面21a的中心相连的线段交叉的方向上，壁板31直线状地伸长。该例中，在y方向上伸长，该y方向正交于沿x方向排布的两个电极面21a的排列方向。壁板31设置于距相邻的两个电极面21a等距离的位置。壁板31具有柱状构造物51的最大高度以上的高度。即，在位于壁板31正下方的平面20a上的点，在将自最接近该点的电极面21a的中心起的水平距离设为m的情况下，壁板31具有由式(5)给出的h2的范围的最大值以上的高度。
[0161]
在放置生物样本40时，即使不进行特殊的操作，也能够通过生物样本40的自重使生物样本40落向研钵型间隔部50的底部。这时，电极面21a与生物样本40的水平距离(与电极面21a即平面20a平行的方向的距离)为0。需要说明的是，由于生物样本40与间隔部50接触的位置根据样本直径d
sp
的不同而不同，因而，电极面21a与生物样本40的下端之间的距离z根据d
sp
的不同而不同。
[0162]
图7a、7b所示的结构中也是，与图6a、6b所示的结构同样地，在生物样本40与电极面21a之间，形成有溶液中的溶质进行扩散的路径。因此，由生物样本40生成或消耗的检测对象的化学物质的量增加。进一步地，生物样本40与电极面21a之间的三维区域的体积增加，因而，所生成或消耗的化学物质的总量之中滞留于三维区域内的量增加。这两个作用有助于抵达电极面21a的化学物质的量的增加。
[0163]
由于间隔部50的存在，生物样本40与电极面21a之间的扩散行程长。因此，认为未抵达电极面21a而向远方逸散的化学物质的量增加。但是，生物样本40与电极面21a的距离被研钵型间隔部50限制在适当的范围内，因而，上述两个作用占优，作为结果，认为抵达电极面21a的化学物质的量增加。
[0164]
＜变形例＞
[0165]
上述的例子中，间隔部包含多个柱状构造物，但不限定于这种结构。例如也可以使用琼脂糖凝胶(agarose gel)那样的具有大量微细孔的薄板状多孔质构造体作为间隔部。微细孔的直径也可以不为恒定。多孔质构造体设置于平面20a。进一步地，多孔质构造体的间隔部不必形成于整个平面20a。例如，在离电极面21a足够远的场所，不需要间隔部(多孔
质构造体)。
[0166]
＜本发明的第二实施方式＞
[0167]
基于上述的仿真结果，本发明的电化学测定装置的第二实施方式具有如下结构。电化学测定装置具有：溶液槽60；多个壁板32、33；多个工作电极21。多个壁板32、33和多个工作电极21全部固定在溶液槽60的平面20a上。平面20a是在溶液槽60收纳有溶液的状态下与溶液接触的溶液槽60的底面，例如也是形成有集成电路的半导体芯片的表面。与溶液接触的工作电极21的面是电极面21a。电极面21a和壁板32、33在测定中浸于溶液中。
[0168]
＜生物样本和电极面＞
[0169]
关于生物样本40和电极面21a，与上述第一实施方式的说明相同。
[0170]
＜壁板和间隔部＞
[0171]
在相互相邻的两个电极面21a之间，设置有两个以上的壁板32、33。壁板32、33具有使溶液中的溶质不能透过的性质。通过壁板32、33，串扰得以减小。
[0172]
壁板32、33各自的形状必须是如下形状：在生物样本40与壁板32、33接触的状态下，未形成有由生物样本40、平面20a和壁板32、33封闭的三维区域。例如，作为法向观察平面20a时的壁板32、33各自的形状，能够采用呈直线状或折线状或曲线状地伸长的形状。
[0173]
或者，也可以将壁板32、33隔开一些间隔而呈圆筒状或多边形框状地配置。
[0174]
或者，作为壁板32、33，也能够采用形成有一个以上狭缝的圆筒状或多边形框状的构造。
[0175]
壁板32、33的间隔也可以不为恒定。进一步地，壁板32、33也不必形成于整个平面20a。例如，在离电极面21a足够远的场所，不需要壁板32、33。
[0176]
壁板32、33的高度h1(沿着平面20a的法线的、自平面20a起的长度)是由式(4)给出的距离z的范围内的规定值。
[0177]
第二实施方式中，多个壁板32、33具有间隔部的功能。由多个壁板32、33构成的间隔部具有如下轮廓面：朝向平面20a的垂直方向的距离满足由式(4)给出的距离z的范围。间隔部阻止生物样本40向轮廓面的平面20a侧的区域侵入，并且允许溶液中的溶质的扩散。
[0178]
根据这种构造，能够将平面20a与生物样本40的距离大致保持在h1。“平面20a与生物样本40的距离”表示平面20a与生物样本40的最短距离，是将平面20a的法线与平面20a的交点、和该法线与生物样本40的交点相连的射线的最小长度。这里使用“大致”这种术语的理由在于：根据生物样本40的形状或姿势的不同，平面20a与生物样本40的距离严格来说有可能低于h1。即使存在这种情况，由于各个生物样本40的形状严格来说互不相同，此外各个生物样本40的姿势严格来说也互不相同，因而，从统计学的角度出发，不会失去上述的“灵敏度、可比性、再现性的提高”的效果。
[0179]
也可以是，考虑平面20a与生物样本40的距离严格来说有可能小于h1，而将h1设为由式(4a)给出的距离z的范围内的规定值。
[0180]
h1既可以是与平面20a上的位置无关的常数，也可以是由以平面20a上的位置为变量的函数规定的值。即使在后者的情况下，h1也是由式(4)给出的距离z的范围内的值。
[0181]
即，壁板32、33的高度无需在平面20a上的整个区域内均匀一致。例如，在平面20a上，也可以存在壁板32、33的高度相对低的区域和壁板32、33的高度相对高的区域。或者，在平面20a上，也可以存在壁板32、33的高度逐级变化的区域。
[0182]
＜型式1＞
[0183]
图8a、8b所示的例子中，在平面20a上，沿x方向以小于100μm的间隔排列有两个以上的壁板32。壁板32分别沿y方向直线状地伸长。两个电极面21a在由x－y正交坐标系定义的基板20的平面20a上沿x方向配置。
[0184]
由于与柱状构造物的情况同样的理由，实际使用中，根据生物样本40的直径和形状，适当地配置壁板32，使用具有由该壁板32构成的间隔部的电化学测定装置。
[0185]
图8a、8b的例子中，多个壁板32具有均一的高度。壁板32的高度h3满足由式(4)给出的z的范围。即，高度h3满足下式。
[0186]
[数学式6]
[0187][0188]
图8a、8b所示的结构中，多个壁板32具有与图6a、6b所示的多个柱状构造物11相同的功能、即起到间隔部的功能，还具有与图6a、6b所示的壁板31相同的功能、即还起到减小串扰的壁板的功能。
[0189]
需要说明的是，图8a、8b的例子中，两个电极面21a的中心的y坐标一致，但两个电极面21a的中心的y坐标不必一致。即，将两个电极面21a的中心相连的线和壁板32的伸长方向也可以不正交。换言之，将两个电极面21a的中心相连的线与壁板32的伸长方向所成的夹角可以是大于0度且小于90度。
[0190]
＜型式2＞
[0191]
图9a、9b所示的结构中，多个壁板33具有与图7a、7b所示的多个柱状构造物51相同的功能、即起到间隔部的功能，还具有与图7a、7b所示的壁板31相同的功能、即还起到减小串扰的壁板的功能。
[0192]
在平面20a上，在x方向上以小于100μm的间隔排列有多个壁板33。壁板33分别直线状地沿y方向伸长。关于壁板33的间隔，参照对壁板32的间隔的说明。壁板33在x方向上从电极面21a的中心离开距离m的位置的高度h4满足式(5)。即，h4＝h2。该例中，壁板33的高度在y方向上不变。
[0193]
壁板33的与y轴垂直的截面具有抛物线那样的截面形状。壁板33的轮廓面是沿y方向伸长的槽状面。沿着槽(研钵的底)配置有一个以上的电极面21a。
[0194]
图9a、9b的例子中，两个电极面21a的中心的y坐标一致。但是，两个电极面21a的中心的y坐标不必一致。即，将两个电极面21a的中心相连的线和壁板33的伸长方向也可以不正交。换言之，将两个电极面21a的中心相连的线与壁板33的伸长方向所成的夹角可以大于0度且小于90度。优选的电极列是电极面21a在x方向上也对齐的阵列状的排列。电极列内部的电极面21a的配置(y坐标)完全没有限定。也允许如下结构：一个电极列仅包含一个电极面21a。
[0195]
图8a、8b及图9a、9b的壁板32、33具有使溶液中的溶质不能透过的性质。通过壁板32、33，串扰得以减小。
[0196]
＜变形例＞
[0197]
图10及图11分别表示图8a、8b及图9a、9b所示的结构的变形例。该变形例中，各壁板呈直线状且连续地伸长。
[0198]
图10所示的壁板32之中位于与电极面21a横向紧邻的位置的两个壁板32的高度分别沿着y方向(壁板32的伸长方向)发生变化。该例中，高度的变化在电极面21a附近显著，在电极面21a的附近以外，高度没有变化。法向观察平面20a时，在从电极面21a的中心向壁板32的垂线与壁板32相交的点，壁板32的高度最低(极小)。图10所示的例子中，壁板32的高度平滑地变化，但也可以逐级变化。图10所示的例子中，位于与电极面21a横向紧邻的位置的两个壁板32中的一方的高度的最小值和另一方的高度的最小值大致相同。
[0199]
换言之，在位于与电极面21a横向紧邻的位置的两个壁板32各自的上部形成有凹陷部32a。法向观察平面20a时，凹陷部32a位于从电极面21a的中心向壁板32的垂线与壁板32相交的点的上方。
[0200]
该例中，球体的生物样本40置于凹陷部32a的状态下生物样本40与壁板32接触的位置处的壁板32的高度是上述的h3。
[0201]
同样地，图11所示的壁板33的高度分别沿着y方向(壁板33的伸长方向)发生变化。该例中，各壁板33的高度的变化在电极面21a的附近显著，在电极面21a的附近以外，高度没有变化。法向观察平面20a时，在从电极面21a的中心向从该中心离开距离m的壁板33的垂线与该壁板33相交的点，该壁板33的高度最低(极小)。图11所示的例子中，壁板33的高度平滑地变化，但也可以逐级变化。图11所示的例子中，处于关于电极面21a的中心对称的位置的两个壁板32中的一方的高度的最小值和另一方的高度的最小值大致相同。
[0202]
换言之，在壁板33各自的上部形成有凹陷部33a。法向观察平面20a时，凹陷部33a位于从电极面21a的中心向壁板33的垂线与该壁板33相交的点的上方。
[0203]
该例中，球体的生物样本40置于凹陷部33a的状态下生物样本40与从电极面21a的中心离开距离m的壁板33接触的位置处的该壁板33的高度是上述的h4。
[0204]
凹陷部32a、33a有益于生物样本在y方向上的定位。
[0205]
图10中，凹陷部32a设于与电极面21a相邻且隔着电极面21a的一对壁板32，图11中，凹陷部33a设于全部壁板33。凹陷部32a、33a的凹陷量分别在满足高度h3、h4的范围内设定。
[0206]
在壁板上形成有凹陷部的变形例中也是，与图8a、8b的例子同样地，两个电极面21a的中心的y坐标也可以不一致。另外，也可以是，仅在与电极面21a的中心最近或第二近的壁板32(在距电极面21a的中心等距离的位置存在两个壁板32的情况下，仅任意的一方)形成凹陷部32a。在壁板32位于电极面21a的上方的情况下，凹陷部32a位于电极面21a的上方。也可以是，在电极面21a的附近，在3个以上的壁板32的上部各自形成凹陷部32a。
[0207]
图11所示的例子中，将最近的相邻两个电极面21a的中心间距设为l时，满足0＜m≤l/2，关于该m，在从电极面21a的中心离开距离m的位置的壁板33的上部形成有凹陷部33a。但是，关于由于生物样本40的最大直径是600μm而为0以上且300μm以下的m，也可以采用在从电极面21a的中心离开距离m的位置的壁板33的上部形成凹陷部33a的构造。
[0208]
即，在将位于电极面两侧的第一端点和第二端点相连的线段中，对于在该线段中包含整个宽度的壁板33，在全部该类壁板33形成凹陷部33a。其中，将第一端点和第二端点相连的线段平行于x方向。第一端点和第二端点是距电极面的中心离开300μm的点、和相邻的电极列的中点之中距电极面的中心较近的点。其中，在前者的点和后者的点一致的情况下，第一端点和第二端点是该一致点。
[0209]
图11表示如下情况下的形态：在这种结构中，图示的两个电极列(电极面21a)各自至两者的中点的x方向距离短于300μm，且在图示的两个电极列(电极面21a)的两外侧不存在其他电极列。其中，就位于两个电极面21a的正中点上的最高的壁板33而言，其整个宽度不含于关于左右电极列的以上述第一、第二端点为两端的范围内，因而，其上既可以不形成凹陷部33a，也可以按照图示例的方式形成。
[0210]
另外，也可以是，不在将第一、第二端点相连的范围内所含的全部壁板33上设置凹陷部33a，而是在将第一、第二端点相连的x方向范围之中至少包含一部分宽度的壁板33中，在其中至少一个壁板33上形成凹陷部33a。
[0211]
通过在壁板的上部形成的凹陷部，能够在y方向上对生物样本进行定位。即，生物样本40能够位于电极面21a的大致正上方。在壁板33位于电极面21a的上方的情况下，凹陷部33a位于电极面21a的上方。
[0212]
图12表示图8a、8b所示的结构的另一变形例。该变形例中，各壁板32连续地伸长。
[0213]
图12所示的壁板32之中位于与电极面21a横向紧邻的位置的两个壁板32的间隔沿着y方向(壁板32的伸长方向)发生变化。该例中，间隔的变化在电极面21a的附近显著，在电极面21a的附近以外，间隔没有变化。因此，将间隔不变的部分(即，电极面21a的附近以外的部分)的伸长方向视作壁板的伸长方向。法向观察平面20a时，在自电极面21a的中心起与壁板32的伸长方向正交的线与壁板32相交的点，壁板32的间隔最宽(极大)。图12所示的例子中，壁板32的间隔平滑地变化，但也可以逐级变化。
[0214]
换言之，在位于与电极面21a横向紧邻的位置的两个壁板32，分别形成有沿壁板的高度方向(即，平面20a的法线方向)延伸的凹部32b。法向观察平面20a时，凹部32b具有朝向电极面21a中心的开口部。
[0215]
通过壁板间隔的扩大，能够对生物样本进行定位。
[0216]
图12的例子中，两个电极面21a的中心的y坐标一致。但是，两个电极面21a的中心的y坐标不必一致。即，将两个电极面21a的中心相连的线和壁板32的伸长方向也可以不正交。换言之，将两个电极面21a的中心相连的线与壁板32的伸长方向所成的夹角可以大于0度且小于90度。
[0217]
另外，也可以是，与图12的例子不同，仅在一个壁板上形成凹部32b。这时的一个壁板也可以是距电极面21a的中心第二近的壁板。
[0218]
法向观察平面20a时的凹部的形状也可以是折线状或曲线状。
[0219]
图13表示电极面21a格子状地排列的例子。多个电极列22沿x方向排布，由此，排列有大量电极面21a。各电极列22中，在y方向上排布有多个电极面21a。该结构的情况下，减小串扰的壁板34例如在相邻的电极列22之间沿y方向伸长。该情况下，可得到x方向的串扰减小效果。即使这样设置壁板34，溶质向与壁板34平行的方向(y方向)的扩散也不受阻碍，因而，溶质的供给量的下降小。图13中，省略了间隔部的图示。
[0220]
在图13所示的结构中，未图示的间隔部是图6a、6b、7a、7b所示的柱状构造物11、51；多孔质状构造体等。
[0221]
另外，在图13所示的结构中，未图示的间隔部也可以是图8～图12所示的起到间隔部功能的多个壁板32、33。换言之，在具有图8～图12所示的结构的电化学测定装置中，也可以进一步追加设置壁板34(间隔壁板)，该壁板34的高度大于壁板32、33的高度。壁板34的高
度也可以超出壁板32、33的各高度h3、h4的范围。在壁板34的高度足够高的情况下，串扰减小效果基本通过壁板34来得到。在间隔部由多个壁板构成的情况下，能够实现难以损坏的耐用的电化学测定装置。
[0222]
＜具体例＞
[0223]
如果满足“生物样本所生成或消耗的化学物质本身具有电化学活性、或可转换为具有电化学活性的其他化学物质”这样的条件，则能够期待上述效果。关于生物样本的种类、在生物样本生成或消耗检测对象的化学物质的反应机制、工作电极、形成有工作电极的基板等，不作特别限定。例如考虑下面举出的结构。
[0224]
＜生物样本＞
[0225]
仿真中，选择从小鼠es细胞形成的胚状体作为生物样本。但是，生物样本也可以是细胞团、单一细胞、组织片、微生物、或含有生物相关物质的非生物样本等。
[0226]
＜在生物样本生成或消耗化学物质的反应机制＞
[0227]
仿真中，作为反应机制，选择模型样本上的alp酶促反应。但是，反应机制也可以是基于蛋白质、肽、rna等实现的酶促反应、或是基于生物样本上的铂薄膜、氧化钛薄膜等实现的催化反应。
[0228]
另外，在生物样本是细胞等的情况下，化学物质也可以是经细胞内的各种代谢路径、信号传递路径而生成或消耗的物质，例如，也可以是由糖酵解系的代谢路径释放出的质子、或由神经细胞释放出的多巴胺。
[0229]
＜工作电极＞
[0230]
仿真中，未指定工作电极的材料。作为工作电极的材料，只要是金、铂等贵金属；以碳为主体的无机物(例如，石墨、掺杂有杂质的金刚石、碳纳米管等)；导电性高分子(例如，聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等)等能够被电化学测定的工作电极所使用的材料即可，可以是任何材料。
[0231]
工作电极的电极面的形状例如是圆形、椭圆形、多边形等。
[0232]
＜基板＞
[0233]
仿真中，未指定基板的材料。作为基板的材料，只要是石英、玻璃、硅、陶瓷等能够被电化学测定的工作电极支承体所使用的材料即可，可以是任何材料。
[0234]
＜间隔部构筑法的具体例＞
[0235]
为了得到上述的效果，间隔部优选由能够以μm级对间隔部的高度进行控制的方法来构筑。另外，间隔部具有溶液透过性，即，具有如下构造：允许溶液中的溶质的扩散。进一步地，在间隔部与电极接触的情况下，间隔部必须具有绝缘性。如果满足这些条件，则就间隔部而言，对其构筑方法和间隔部的材料不作限定。以下，例示被认为优选的间隔部构筑方法及间隔部的材料。
[0236]
＜包含多个柱状构造物的间隔部的构筑例1＞
[0237]
1)在基板上，通过cvd(chemical vapor deposition)，将氮化硅膜成膜。基板上的氮化硅膜的膜厚均一。
[0238]
2)在氮化硅膜上，通过光刻(photolithography)法，将刻蚀保护层图案化。
[0239]
3)通过反应离子刻蚀(reactive ion etching)，对未被刻蚀保护层覆盖的区域的氮化硅膜进行刻蚀。通过刻蚀，形成柱状构造物。
[0240]
4)去除刻蚀保护层。
[0241]
绝缘膜材料(柱状构造物的材料)不限于氮化硅，例如也可以是氧化硅、氧化钛等。
[0242]
成膜方法不限于cvd，也可以是溅射、蒸镀等真空成膜方法、或是旋转涂布玻璃(spin on glass)等。
[0243]
刻蚀保护层的图案化方法不限于光刻法，也可以是丝网印刷法、喷墨法等。
[0244]
刻蚀方法不限于反应离子刻蚀，也可以是等离子体刻蚀、溅射刻蚀、离子束刻蚀、湿法刻蚀。
[0245]
＜包含多个柱状构造物的间隔部的构筑例2＞
[0246]
1)在具有电流检测元件的lsi上，通过旋转涂布，涂布感光性树脂。电流检测元件至少包含工作电极。
[0247]
2)通过光刻法，构筑柱状构造物。
[0248]
感光性树脂只要是通常光刻所使用的具有绝缘性及感光性的树脂即可，可以是任何树脂，优选地，选择获得用于制作具有准确的直径和高度的间隔部所需的降解能力所需要的感光性树脂。从柱状构造物的化学稳定性的角度出发，用作负性永久光刻胶的环氧类化学放大型感光树脂是优选的。
[0249]
涂布方法只要是能够以μm级对膜厚进行控制的方法即可，可以是任何方法。从膜厚的控制性的高度出发，涂布方法不限于旋转涂布，也可以是喷涂、浸涂、丝网涂布、辊涂等。
[0250]
＜多孔质状构造体的间隔部的构筑例＞
[0251]
1)调节琼脂糖(agarose)的水稀释液后，将琼脂糖水稀释液加热到80℃以上进行溶胶化。
[0252]
2)将琼脂糖水溶液滴注到80℃的基板上，通过旋转涂布来形成薄膜。该过程中，将基板的温度始终保持在80℃以上。
[0253]
3)将基板冷却到室温，得到琼脂糖凝胶即多孔质状间隔部。
[0254]
滴注到基板上的溶胶只要是在涂布后成为多孔质状凝胶的溶胶即可，可以是任何溶胶。加热温度根据溶胶的种类而适当设定。从调节的简易度和生物相容性的高度出发，优选为琼脂糖、聚乙烯醇、纤维素等。
[0255]
涂布方法只要是能够以μm级对膜厚进行控制、且具备在涂布处理中将溶胶的温度保持恒定的机构的方法即可，可以是任何方法。从膜厚的控制性的高度出发，涂布方法不限于旋转涂布，也可以是喷涂、浸涂、丝网涂布、辊涂等。
[0256]
＜其他＞
[0257]
包含柱状构造物的间隔部能够通过成型法(纳米压印(nanoimprint lithography)、嵌件成型)、印刷法(例如，丝网印刷、喷墨印刷)、机械加工法等来构筑。
[0258]
多孔质状构造体的间隔部也能够通过将预成型的多孔硅、硝酸纤维素膜等多孔质体设置到基板上来构筑。
[0259]
＜壁板构筑法的具体例＞
[0260]
在壁板如图8、图9的示例那样也具有作为间隔部的功能的情况下，壁板优选地通过能够以μm级对壁板的高度进行控制的方法来构筑。在电极上以接触的方式构筑壁板的情况下，壁板必须具有绝缘性。从这些点出发，作为壁板的构筑法，能够采用与包含柱状构造
物的间隔部的构筑法相同的方法。另外，作为壁板的材料，能够采用与包含柱状构造物的间隔部相同的材料。
[0261]
＜包含柱状构造物的间隔部的规格＞
[0262]
在间隔部包含多个柱状构造物的情况下，柱状构造物的间隔和形状以如下方式确定。
[0263]
＜柱状构造物的间隔＞
[0264]
柱状构造物的间隔根据生物样本的直径而适当设定。为了获得更高的灵敏度、即、从使生物样本周围的溶质扩散受柱状构造物的阻碍最小化的角度出发，柱状构造物的间隔越宽越好。
[0265]
另外，柱状构造物的间隔无需均一，也可以存在柱状构造物较密存在的区域和较疏存在的区域，或者，也可以具有完全不存在柱状构造物的区域。
[0266]
例如，在仅电极面的正上方区域不形成柱状构造物、且仅通过电极面周边的柱状构造物来保持生物样本的构造的情况下，生物样本正下方的溶质的扩散阻碍得到有效防止，可得到更高的灵敏度。
[0267]
＜柱状构造物的直径＞
[0268]
柱状构造物的直径是能够确保如下强度的大小：将生物样本尽可能保持得远离电极面。其中，为了获得更高的灵敏度、即、从使生物样本周围的溶质扩散受柱状构造物的阻碍最小化的角度出发，柱状构造物的直径越小越好。
[0269]
＜柱状构造物的上表面形状＞
[0270]
柱状构造物的上表面的形状不受制约。柱状构造物的上表面的形状可以是圆形、多边形(例如，三角形、四边形)。
[0271]
另外，在柱状构造物中，上表面的形状和下表面的形状无需为同一形状。另外，在柱状构造物中，上表面的面积和下表面的面积无需为同一面积。
[0272]
例如，也可以是，根据作成柱状构造物时的绝缘层的刻蚀条件的变更等，有意地减小上表面面积(即，也可以形成锥状的柱状构造物)。
[0273]
在生物样本是细胞、组织片等的情况下，通过锥状的柱状构造物，能够减小生物样本与柱状构造物的接触面积及粘接力。锥状的柱状构造物在测定后回收生物样本时，可减小剥离生物样本所需的力，其结果，可降低对生物样本的损坏。
[0274]
＜起到间隔部功能的壁板的规格＞
[0275]
在间隔部由多个壁板构成的情况下，壁板的间隔和形状以如下方式确定。
[0276]
＜壁板的间隔＞
[0277]
壁板的间隔根据生物样本的直径而适当设定。为了得到更高的灵敏度、即、从使生物样本周围的溶质扩散受柱状构造物的阻碍最小化的角度出发，壁板的间隔越宽越好。
[0278]
例如，通过在电极面的正上方区域不形成壁板，且由壁板夹着电极面，生物样本正下方的溶质扩散阻碍得到有效防止，且能够有效减小串扰。
[0279]
＜壁板的厚度＞
[0280]
壁板的厚度是能够确保如下强度的大小：将生物样本尽可能地保持得远离电极面。
[0281]
＜壁板的形状＞
[0282]
壁板的上表面和下表面的形状无需为同一形状。另外，壁板的上表面和下表面的面积无需为同一面积。例如，也可以是，根据作成壁板时的绝缘层的刻蚀条件的变更等，有意地减小上表面面积(即，也可以形成锥状的壁板)。
[0283]
在生物样本是细胞、组织片等的情况下，通过锥状的壁板，能够减小生物样本与壁板的接触面积及粘接力。锥状的壁板在测定后回收生物样本时，可减小剥离生物样本所需的力，其结果，可降低对生物样本的损坏。
[0284]
＜转换器＞
[0285]
接着，参照图14及图15对本发明的转换器的具体结构例进行说明。转换器用于生物样本所生成或消耗的化学物质的电化学测定。
[0286]
转换器具有如下结构：溶液槽60搭载于lsi芯片70上。溶液槽60收纳溶液61、和浸渍于溶液61中的生物样本。在溶液槽60的中央形成有孔62。lsi芯片70配置于孔62的下端。孔62由lsi芯片70塞住。
[0287]
lsi芯片70及溶液槽60固定于基板80上。在基板80，形成有用于与进行转换器控制的外部装置连接的大量配线图案81。图14b中，标记90表示将lsi芯片70和配线图案81连接的接线。
[0288]
在lsi芯片70的上表面，形成有传感区域71。图14a中，传感区域71以阴影表示。传感区域71位于溶液槽60的底面的孔62。虽然省略了图示，但该例中，在传感区域71形成有多个电极(工作电极)，进一步地，在传感区域71形成有包含柱状构造物的间隔部。另外，在相邻的工作电极之间形成有壁板。lsi芯片70具有对工作电极施加电压的功能、将工作电极上的反应检测为电流值并对电流值进行放大的功能等。间隔部和壁板如既述。
[0289]
如上所述，生物样本通过间隔部或者多个壁板，距配置有电极面的平面离开希望的距离。因此，溶液中的溶质能够扩散的三维区域得到确保，可充分进行溶质向生物样本的供给。
[0290]
因而，根据本发明，由工作电极检测的化学物质的量增大，因而，与使生物样本接近电极面进行测定的现有电化学测定相比，测定灵敏度提高。
[0291]
根据生物样本的形状或表面状态，工作电极与生物样本之间的垂直方向距离非恒定。但是，通过将生物样本离开电极面希望的距离，能够减小伴随工作电极与生物样本之间的垂直方向距离的差异带来的化学物质的扩散距离的差异的影响，与现有的电化学测定相比，测定的可比性及再现性提高。
[0292]
进一步地，根据本发明，通过在相邻电极面之间形成的、使溶液中的溶质不能透过的壁板，由检测对象的化学物质在溶液中的扩散引起的电极面间的感应串扰得到减小。
[0293]
例如，在同时评价多个生物样本的情况下，能够防止远方样本对各工作电极的电流值的影响。因而，生物样本的评价的定量性提高。另外，由于能够使电极面的间隔窄，因而，能够降低基板的成本。
[0294]
以下，从另一角度出发来描述本发明的电化学测定装置和转换器。需要说明的是，以下的说明与上述“用于解决课题的技术方案”中记载的公开内容不发生矛盾，以下的记载和上述的“用于解决课题的技术方案”能够相互参照。
[0295]
·
项目1
[0296]
一种电化学测定装置，测定溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质，其中，包
括：
[0297]
溶液槽，其用于收纳上述溶液和上述生物样本；
[0298]
两个以上的电极面，其中，该各电极面是在上述溶液槽收纳有上述溶液的状态下与溶液接触的电极的面，在该各电极面与上述化学物质之间发生氧化还原反应；
[0299]
间隔部；
[0300]
至少一个壁板；
[0301]
上述两个以上的电极面、上述间隔部和上述至少一个壁板配置于上述溶液槽的底面，
[0302]
上述两个以上的电极面各自的直径d
el
为80μm以下，
[0303]
上述间隔部的高度是由式(c1)给出的h的范围内的规定值，
[0304]
[数学式7]
[0305][0306]
上述间隔部具有如下构造：在上述生物样本与上述间隔部接触的状态下，未形成由上述生物样本、上述底面和上述间隔部封闭的三维区域，
[0307]
上述至少一个壁板具有使上述溶液中的溶质不能透过的性质，
[0308]
上述至少一个壁板具有上述间隔部的高度以上的高度，
[0309]
上述两个以上的电极面中的至少两个电极面由上述至少一个壁板隔开。
[0310]
·
项目2
[0311]
一种电化学测定装置，测定溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质，其中，包括：
[0312]
溶液槽，其用于收纳上述溶液和上述生物样本；
[0313]
两个以上的电极面，其中，该各电极面是在上述溶液槽收纳有上述溶液的状态下与溶液接触的电极的面，在该各电极面与上述化学物质之间发生氧化还原反应；
[0314]
间隔部；
[0315]
至少一个壁板；
[0316]
上述两个以上的电极面、上述间隔部和上述至少一个壁板配置于上述溶液槽的底面，
[0317]
上述两个以上的电极面各自的直径d
el
为80μm以下，
[0318]
将自上述两个以上的电极面中的一个电极面的中心起的与上述底面平行的方向的距离设为m，从该一个电极面的中心起的距离m的位置处的上述间隔部的高度是由式(c2)给出的h的范围内的规定值，其中，将上述两个以上的电极面之中与该一个电极面最近的另一电极面的中心与该一个电极面的中心之间的距离设为l，0＜m≤l/2且h＞0，
[0319]
[数学式8]
[0320][0321]
上述间隔部具有如下构造：在上述生物样本与上述间隔部接触的状态下，未形成由上述生物样本、上述底面和上述间隔部封闭的三维区域，
[0322]
上述至少一个壁板具有使上述溶液中的溶质不能透过的性质，
[0323]
上述至少一个壁板具有上述间隔部的高度以上的高度，
[0324]
上述两个以上的电极面中的至少两个电极面由上述至少一个壁板隔开。
[0325]
·
项目3
[0326]
在项目1或项目2所记载的电化学测定装置的基础上，
[0327]
上述两个以上的电极面包括三个以上的电极面，
[0328]
上述至少一个壁板包括两个以上的壁板，
[0329]
在至少一个以上的部分中的至少一个，配置有上述三个以上的电极面中的至少两个电极面，其中，该至少一个以上的部分是上述底面之中位于上述两个以上的壁板中的相邻两个壁板之间的至少一个以上的部分、或位于上述两个以上的壁板中的一个壁板与上述溶液槽的侧壁之间的至少一个以上的部分。
[0330]
·
项目4
[0331]
在项目1至项目3中任一项目所记载的电化学测定装置的基础上，
[0332]
上述间隔部包含多个柱状构造物，
[0333]
上述多个柱状构造物分别沿上述平面的法线方向伸长。
[0334]
·
项目5
[0335]
在项目1至项目3中任一项目所记载的电化学测定装置的基础上，
[0336]
上述间隔部是多孔质构造体。
[0337]
·
项目6
[0338]
一种电化学测定装置，测定溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质，其中，包括：
[0339]
溶液槽，其用于收纳上述溶液和上述生物样本；
[0340]
两个以上的电极面，其中，该各电极面是在上述溶液槽收纳有上述溶液的状态下与溶液接触的电极的面，在该各电极面与上述化学物质之间发生氧化还原反应；
[0341]
两个以上的壁板；
[0342]
上述两个以上的电极面和上述两个以上的壁板配置于上述溶液槽的底面，
[0343]
上述两个以上的电极面各自的直径d
el
为80μm以下，
[0344]
上述两个以上的壁板的高度分别是由式(c3)给出的h的范围内的规定值，
[0345]
[数学式9]
[0346][0347]
上述两个以上的壁板各自具有如下构造：在与上述生物样本接触的状态下，未形成由上述生物样本、上述底面和一个该壁板一起封闭的三维区域，
[0348]
上述两个以上的壁板分别具有使上述溶液中的溶质不能透过的性质，
[0349]
上述两个以上的电极面中的至少两个电极面由上述两个以上的壁板中的至少一个壁板隔开。
[0350]
·
项目7
[0351]
一种电化学测定装置，测定溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质，其中，包括：
[0352]
溶液槽，其用于收纳上述溶液和上述生物样本；
[0353]
两个以上的电极面，其中，该各电极面是在上述溶液槽收纳有上述溶液的状态下与溶液接触的电极的面，在该各电极面与上述化学物质之间发生氧化还原反应；
[0354]
两个以上的壁板；
[0355]
上述两个以上的电极面和上述两个以上的壁板配置于上述溶液槽的底面，
[0356]
上述两个以上的电极面各自的直径d
el
为80μm以下，
[0357]
将自上述两个以上的电极面中的一个电极面的中心起的与上述底面平行的方向的距离设为m，上述两个以上的壁板之中处于从该一个电极面的中心起的距离m的位置处的壁板的高度是由式(c4)给出的h的范围内的规定值，其中，将上述两个以上的电极面之中与该一个电极面最近的另一电极面的中心与该一个电极面的中心之间的距离设为l，0＜m≤l/2且h＞0，
[0358]
[数学式10]
[0359][0360]
上述两个以上的壁板各自具有如下构造：在与上述生物样本接触的状态下，未形成由上述生物样本、上述底面和一个该壁板一起封闭的三维区域，
[0361]
上述两个以上的壁板分别具有使上述溶液中的溶质不能透过的性质，
[0362]
上述两个以上的电极面中的至少两个电极面由上述两个以上的壁板中的至少一个壁板隔开。
[0363]
·
项目8
[0364]
在项目6或项目7所记载的电化学测定装置的基础上，
[0365]
在上述两个以上的壁板之中两个壁板中的至少一方的上部形成有凹部，其中，在法向观察上述底面时，该凹部位于与上述两个以上的电极面中的一个电极面横向紧邻的位置，该两个壁板位于该一个电极面的两侧。
[0366]
·
项目9
[0367]
在项目6至项目8中任一项目所记载的电化学测定装置的基础上，
[0368]
在上述两个以上的壁板之中两个壁板中的至少一方，形成有将该两个壁板的间隔扩大的凹部，其中，在法向观察上述底面时，该凹部位于与上述两个以上的电极面中的一个电极面横向紧邻的位置并且沿上述底面的法线方向延伸，该两个壁板位于该一个电极面的两侧。
[0369]
·
项目10
[0370]
在项目6至项目9中任一项目所记载的电化学测定装置的基础上，
[0371]
包括以下称作间隔壁板的壁板，该间隔壁板具有比上述两个以上的壁板的高度的最大值大的高度，
[0372]
上述间隔壁板具有使上述溶液中的溶质不能透过的性质，
[0373]
上述两个以上的电极面中的至少两个电极面由上述间隔壁板隔开。
[0374]
·
项目11
[0375]
一种转换器，其中，包括：
[0376]
项目1至项目10中任一项目所记载的电化学测定装置；
[0377]
集成电路；
[0378]
上述溶液槽的底面是上述集成电路的表面。