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JP2000125846A - Device for measuring number of microorganism and method therefor - Google Patents

Device for measuring number of microorganism and method therefor

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Publication number
JP2000125846A
JP2000125846A JP10304876A JP30487698A JP2000125846A JP 2000125846 A JP2000125846 A JP 2000125846A JP 10304876 A JP10304876 A JP 10304876A JP 30487698 A JP30487698 A JP 30487698A JP 2000125846 A JP2000125846 A JP 2000125846A
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JP
Japan
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electrodes
microorganisms
measuring
electrode
impedance
Prior art date
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Granted
Application number
JP10304876A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3669182B2 (en
Inventor
Ryuichi Yatsunami
竜一 八浪
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for measuring the number of microorganisms without requiring a reagent or a specific device, capable of performing a simple and a highly sensitive measurement, and an automatic measurement, and being a maintenance free. SOLUTION: This device for measuring the number of microorganisms is equipped with a cell 1 capable of introducing a liquid containing the microorganisms and equipped with plural electrodes 2, an electrophoresis power source circuit 3 for charging an alternate electric voltage for generating the induced electrophoretic force in the cell between any of the electrodes among the electrodes 2, a measuring part 4 for measuring an impedance between the electrodes charged with the electric voltage among the electrodes 2, a calculating part 5 for obtaining the number of the microorganisms by calculating the measuring result of the measuring part 4, and a controlling means 6 for controlling the electrophoresis power source circuit 3, the measuring part 4 and the calculating part 5. In the electrodes for generating the induced electrophoretic power among the electrodes 2, thin membrane electrodes formed on a base substrate are included and characterized in that an electric field is concentrated at least to an end lead line of the thin membrane electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は溶液中の微生物数を
測定するための微生物数測定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the number of microorganisms in a solution.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、溶液中の微生物数を測定する方法
として特開昭57−50652に記載されたもの等の多
数の技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, many techniques for measuring the number of microorganisms in a solution, such as that described in JP-A-57-50652, are known.

【0003】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。
[0003] However, in the method of measuring the number of microorganisms according to the conventional technique, a special agent such as an enzyme or a dye is added to a sample solution to cause a biochemical reaction, and the progress or result of the reaction is measured by fluorescence or luminescence. Although the measurement sensitivity is relatively high, specialized knowledge in the field of microorganisms and biochemistry is required, and a dedicated and expensive large measuring device is required, and furthermore, work by a dedicated person is required. However, it was not very common and easy to measure the number of microorganisms.

【0004】そこで、特開昭59−91900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(1ml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。
[0004] Therefore, using only physical means, such as that described in JP-A-59-91900, without using any chemicals, it is small and can be automatically measured by incorporating it into a sample system. Although a simple microorganism number detection device has been proposed, it cannot be detected unless the number of microorganisms exceeds 10 8 cells / ml (the number of microorganisms is 100 million in 1 ml). Was.

【0005】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。
[0005] As described above, in order to increase the measurement sensitivity of the conventional microorganism counting apparatus, it is necessary to use some kind of drug, a dedicated measuring apparatus, 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.

【0006】[0006]

【発明の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、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、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及び微生物数
測定方法を提供することを目的とする。
Therefore, in order to solve these problems, the present invention provides a simple and highly sensitive measurement without requiring a medicine or a special device, and is capable of automatic measurement and maintenance-free. An object of the present invention is to provide a microorganism counting device and a microorganism counting method.

【0007】[0007]

【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数測定装置は、微生物含有の液体を
導入することができ、内部に複数の電極を備えたセル
と、前記セル中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泳動電
源回路と、前記電極のうち電圧を印加する電極間のイン
ピーダンスを測定する測定部と、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部と、前記泳動電源
回路と前記測定部と前記演算部を制御するための制御手
段とを備え、前記電極のうち誘電泳動力を発生させるた
めの電極には基盤上に形成された薄膜電極が含まれてい
ることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a microbial cell counting apparatus which can introduce a liquid containing microorganisms and has a plurality of electrodes therein. An electrophoresis power supply circuit that applies an AC voltage for generating a dielectrophoretic force between any of the electrodes, and a measurement unit that measures impedance between the electrodes that apply a voltage among the electrodes, An arithmetic unit for calculating the number of microorganisms by calculating the measurement result of the measurement unit, and a control unit for controlling the electrophoresis power supply circuit, the measurement unit and the arithmetic unit, and the dielectrophoretic force among the electrodes The electrode for generation includes a thin film electrode formed on a substrate.

【0008】これにより、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、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
ことができる。
[0008] This makes it possible to provide a maintenance-free microbial count device which can perform simple and highly sensitive measurement without requiring a drug or a special device, can perform automatic measurement, and is maintenance-free.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】請求項1に記載された発明は、微
生物含有の液体を導入することができ、内部に複数の電
極を備えたセルと、前記セル中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
印加する泳動電源回路と、前記電極のうち電圧を印加す
る電極間のインピーダンスを測定する測定部と、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部
と、前記泳動電源回路と前記測定部と前記演算部を制御
するための制御手段とを備え、前記電極のうち誘電泳動
力を発生させるための電極には基盤上に形成された薄膜
電極が含まれており、少なくとも前記薄膜電極の端線に
電界が集中することを特徴とした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、小型、簡易で高感度な測定ができる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a cell having a plurality of electrodes therein, into which a liquid containing microorganisms can be introduced, and a dielectrophoretic force generated in the cell. An electrophoresis power supply circuit that applies the AC voltage between any of the electrodes, a measurement unit that measures the impedance between the electrodes to which a voltage is applied among the electrodes, and calculates a measurement result of the measurement unit. And a control unit for controlling the electrophoresis power supply circuit, the measurement unit, and the arithmetic unit, and an electrode for generating a dielectrophoretic force among the electrodes is provided on a substrate. The microbial count measurement device is characterized in that the electric field is concentrated at least on the end line of the thin-film electrode. After letting It is possible to measure the number of microorganisms by electrical means, without the need for drugs or special equipment, small, it is highly sensitive measurement in simple.

【0010】請求項2に記載された発明は、微生物含有
の液体を導入することができ、内部に複数の電極を備え
たセルと、前記セル中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
泳動電源回路と、前記電極のうち電圧を印加する電極間
のインピーダンスを測定する測定部と、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部と、前記泳
動電源回路と前記測定部と前記演算部を制御するための
制御手段とを備え、前記電極のうち誘電泳動力を発生さ
せるための電極には基盤上に形成された所定厚みの薄膜
電極が含まれており、少なくとも前記薄膜電極の端面に
電界が集中することを特徴とするから、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、小型、簡
易で高感度な測定ができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cell having a plurality of electrodes therein capable of introducing a liquid containing microorganisms, and an AC voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell. An electrophoresis power supply circuit applied between any of the electrodes, a measurement unit that measures impedance between the electrodes to which a voltage is applied among the electrodes, and a measurement result of the measurement unit is used to calculate the number of microorganisms. A calculating unit for calculating, a control unit for controlling the electrophoresis power supply circuit, the measuring unit, and the calculating unit, and an electrode for generating a dielectrophoretic force among the electrodes is formed on a substrate. Since a thin film electrode having a predetermined thickness is included, and an electric field is concentrated at least on the end face of the thin film electrode, even in a sample having a small number of microorganisms, the microorganisms are concentrated near the electrode, and then the electric means is used. Yo It is possible to measure the number of microorganisms, without the need for drugs or special equipment, small, it is highly sensitive measurement in simple.

【0011】請求項3に記載された発明は、インピーダ
ンスを測定する電極が薄膜電極を含む複数組の電極であ
って、前記複数組の電極は異なるインピーダンスをも
ち、それぞれの測定結果を演算部が比較することにより
微生物数を算出することを特徴とするから、複数の電極
における電気特性を総合的に評価して微生物数を算出す
ることができ、ダイナミックレンジの広い測定を行なう
ことができる。
According to a third aspect of the present invention, the electrodes for measuring impedance are a plurality of sets of electrodes including thin-film electrodes, and the plurality of sets of electrodes have different impedances, and the calculation unit calculates the respective measurement results. Since the number of microorganisms is calculated by comparison, the number of microorganisms can be calculated by comprehensively evaluating the electrical characteristics of a plurality of electrodes, and measurement with a wide dynamic range can be performed.

【0012】請求項4に記載された発明は、インピーダ
ンスを測定する電極が薄膜電極を含む複数組の電極であ
って、前記複数組の電極は同一のものからなり、それぞ
れの測定結果を演算部が比較することにより微生物数を
算出することを特徴とするから、複数の電極の組におけ
る測定結果を総合的に評価して微生物数を算出すること
ができ、精度の高い測定を行なうことができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the electrodes for measuring impedance are a plurality of sets of electrodes including thin-film electrodes, and the plurality of sets of electrodes are the same, and the respective measurement results are calculated by an arithmetic unit. Is characterized by calculating the number of microorganisms by comparing, it is possible to calculate the number of microorganisms by comprehensively evaluating the measurement results in a plurality of electrode sets, it is possible to perform highly accurate measurement .

【0013】請求項5に記載された発明は、インピーダ
ンスを測定する電極が薄膜電極を含む複数組の電極であ
って、前記複数組の電極は同一のものからなり、所定時
間内に微生物の移動でインピーダンスが変化した電極の
数を測定手段が計数することにより微生物数を算出する
ことを特徴とするから、微生物濃度が低くても高感度な
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ができる。
According to a fifth aspect of the present invention, the electrodes for measuring impedance are a plurality of sets of electrodes including thin-film electrodes, and the plurality of sets of electrodes are the same, and the movement of microorganisms within a predetermined time is performed. The number of microbes is calculated by the measurement means counting the number of electrodes whose impedance has changed in step 1. Therefore, highly sensitive measurement can be performed even when the microbial concentration is low, and automatic measurement is possible and maintenance-free microbes can be used. A counting device can be provided.

【0014】請求項6に記載された発明は、測定部がイ
ンピーダンスを測定するとき、制御手段が誘電泳動力を
発生するための電圧の印加を停止することを特徴とする
から、ノイズの少ない状態で高精度の測定を行なうこと
ができる。
According to a sixth aspect of the present invention, when the measuring section measures the impedance, the control means stops applying the voltage for generating the dielectrophoretic force. And high-accuracy measurement can be performed.

【0015】請求項7に記載された発明は、電極が絶縁
薄膜で被覆されていることを特徴とするから、電極に微
生物又はゴミ等が付着することがなく繰り返し安定性の
高い、洗浄性の良い電極を構成することができ、高感度
で使い勝手の良い微生物数測定装置を提供することがで
きる。
According to a seventh aspect of the present invention, since the electrodes are coated with an insulating thin film, microorganisms or dusts do not adhere to the electrodes, so that the electrodes have high repetition stability and high cleaning properties. A good electrode can be formed, and a highly sensitive and easy-to-use microorganism counting apparatus can be provided.

【0016】請求項8に記載された発明は、微生物含有
の液体を導入することができ、内部に複数の電極を備え
たセルと、前記セル中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
泳動電源回路と、前記電極のうち電圧を印加する電極間
のインピーダンスを測定する測定部と、前記測定部の測
定値と微生物数との関係を予め演算しメモリした換算テ
ーブルと、前記泳動電源回路と前記測定部と前記演算部
を制御するための制御手段とを備え、前記電極のうち誘
電泳動力を発生させるための電極には基盤上に形成され
た薄膜電極が含まれており、少なくとも前記薄膜電極の
端線に電界が集中することを特徴とした微生物数測定装
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、装置を小型、簡易な
構造にでき、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、
迅速かつ高感度な測定ができる。
According to the present invention, a cell having a plurality of electrodes therein, into which a liquid containing microorganisms can be introduced, and an AC voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell, are provided. An electrophoresis power supply circuit applied between any of the electrodes, a measurement unit that measures the impedance between the electrodes that apply a voltage among the electrodes, and a relationship between the measurement value of the measurement unit and the number of microorganisms. A conversion table calculated and stored in advance, and a control unit for controlling the migration power supply circuit, the measurement unit, and the calculation unit, and an electrode for generating a dielectrophoretic force among the electrodes is provided on a substrate. The microorganism counting device is characterized in that the formed thin film electrode is included, and the electric field is concentrated at least on the end line of the thin film electrode. Therefore, even in a sample having a small number of microorganisms, the microorganism is concentrated near the electrode. It is possible to measure the number of microorganisms by electrical means after a small device can be a simple structure, without the need for drugs or special equipment,
Quick and highly sensitive measurement is possible.

【0017】請求項9に記載された発明は、微生物含有
の液体を導入することができ、内部に複数の電極を備え
たセルと、前記セル中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
泳動電源回路と、前記電極のうち電圧を印加する電極間
のインピーダンスを測定する測定部と、前記測定部の測
定値と微生物数との関係を予め演算しメモリした換算テ
ーブルと、前記泳動電源回路と前記測定部と前記演算部
を制御するための制御手段とを備え、前記電極のうち誘
電泳動力を発生させるための電極には基盤上に形成され
た所定厚みの薄膜電極が含まれており、少なくとも前記
薄膜電極の端面に電界が集中することを特徴とするか
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、装置、小型を簡易な構造にで
き、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、迅速かつ
高感度な測定ができる。
According to a ninth aspect of the present invention, a cell having a plurality of electrodes therein, into which a liquid containing microorganisms can be introduced, and an AC voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell are provided. An electrophoresis power supply circuit applied between any of the electrodes, a measurement unit that measures the impedance between the electrodes that apply a voltage among the electrodes, and a relationship between the measurement value of the measurement unit and the number of microorganisms. A conversion table calculated and stored in advance, and a control unit for controlling the migration power supply circuit, the measurement unit, and the calculation unit, and an electrode for generating a dielectrophoretic force among the electrodes is provided on a substrate. Since a thin film electrode having a predetermined thickness is included and an electric field is concentrated at least on the end face of the thin film electrode, even in a sample having a small number of microorganisms, the microorganism is concentrated near the electrode. It is possible to measure the number of microorganisms by means, devices, compact can turn a simple structure, without the need for drugs or special apparatus, it is rapid and sensitive measurements.

【0018】請求項10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を導入し、前記電
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
内の微生物に誘電泳動力を及ぼして電界集中部に集める
とともに、電極間でインピーダンスを測定して微生物数
を算出する微生物数測定方法であって、交流電極を印加
する電極を薄膜電極とし、前記薄膜電極の端線または端
面に沿って微生物を集中させて微生物数を測定する微生
物数測定方法であるから、微生物濃度が低くても精度良
く高感度にその数を測定することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, a microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an alternating voltage is applied between any of the electrodes to apply a voltage to the cell. A method for measuring the number of microorganisms by exerting dielectrophoretic force on microorganisms and collecting them in an electric field concentration portion, and measuring the impedance between the electrodes to calculate the number of microorganisms, wherein the electrode to which an AC electrode is applied is a thin film electrode, and the thin film electrode In this method, the number of microorganisms is measured by concentrating the microorganisms along the edge line or the end face of the microorganism, and thus the number can be measured with high sensitivity and high accuracy even if the concentration of microorganisms is low.

【0019】請求項11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を導入し、前記電
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
内の微生物に誘電泳動力を及ぼして電界集中部に集める
とともに、電極間でインピーダンスを測定して微生物数
を算出する微生物数測定方法であって、インピーダンス
を測定するための電極を異なる特性の複数組の電極から
構成し、前記複数組の電極間のインピーダンスをそれぞ
れ測定して、これを比較し微生物数を算出する微生物数
測定方法であるから、簡易な構造でありながら高感度か
つダイナミックレンジの広い範囲にわたって高精度に微
生物数を測定することができる。
[0019] According to the eleventh aspect of the present invention, a microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an AC voltage is applied between any of the electrodes to apply a voltage to the cell. A method for measuring the number of microorganisms by applying a dielectrophoretic force to the microorganisms and collecting them in an electric field concentration portion, and measuring the impedance between the electrodes, wherein a plurality of sets of electrodes having different characteristics are used for measuring the impedance. It is composed of electrodes and measures the impedance between the plurality of sets of electrodes, respectively, and is a method for measuring the number of microorganisms by comparing the impedances. Therefore, the simple structure has a high sensitivity and a wide dynamic range. And the number of microorganisms can be measured with high accuracy over a wide range.

【0020】請求項12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を導入し、前記電
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
内の微生物に誘電泳動力を及ぼして電界集中部に集める
とともに、電極間でインピーダンスを測定して微生物数
を算出する微生物数測定方法であって、インピーダンス
を測定するための電極を同一な複数組の電極から構成
し、前記複数組の電極間のインピーダンスをそれぞれ測
定して、これを比較し微生物数を算出する微生物数測定
方法であるから、複数組の電極での測定結果を統計的に
評価することができ、高精度の測定を行なうことができ
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, a microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an alternating voltage is applied between any of the electrodes to apply a voltage to the cell. A method for measuring the number of microorganisms by applying a dielectrophoretic force to the microorganisms and collecting them in an electric field concentration portion, and measuring the impedance between the electrodes, wherein a plurality of sets of electrodes for measuring the impedance are used. It is a method of measuring the number of microorganisms by measuring the impedance between the plurality of sets of electrodes and comparing them to calculate the number of microbes.Therefore, statistically evaluate the measurement results with the plurality of sets of electrodes. And highly accurate measurement can be performed.

【0021】請求項13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を導入し、前記電
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
内の微生物に誘電泳動力を及ぼして電界集中部に集める
とともに、電極間でインピーダンスを測定して微生物数
を算出する微生物数測定方法であって、所定時間内に前
記電界集中部内で微生物を移動させ、微生物の移動によ
ってインピーダンスが変化した電極の数を計数して微生
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、微生物濃度の低い試料であっても誤差の小さな
精度良い測定を行なうことができる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, a microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an alternating voltage is applied between any of the electrodes to apply a voltage to the cell. A microbial count measurement method for applying dielectrophoretic force to the microorganisms and collecting them in the electric field concentration portion, measuring impedance between the electrodes to calculate the number of microorganisms, and moving the microorganisms within the electric field concentration portion within a predetermined time, The microorganism count method is characterized by calculating the number of microorganisms by counting the number of electrodes whose impedance has changed due to the movement of microorganisms, so that accurate measurement with small errors is performed even for samples with low microorganism concentration. be able to.

【0022】以下、本発明の実施の形態について、図1
〜図11と(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.
11 and (Equation 1) to (Equation 5).

【0023】(実施の形態1)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1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
1における電極の説明図、図3は本発明の実施の形態1
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は試料中の微生物数と測定時間と電極間の
静電容量Cの関係を説明するためのグラフ、図10は電
極間の静電容量の計算方法を説明するための図、図11
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
つの図である。
(Embodiment 1) An apparatus for measuring the number of microorganisms 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 Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of an electrode according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3 is Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the number of microorganisms in the sample, the measurement time, and the capacitance C between the electrodes, and FIG. FIG. 11 is a view for explaining a method of calculating the capacitance between the two.
FIG. 6 is another diagram for explaining a method of calculating capacitance between electrodes.

【0024】図1において、1はセル、2は基板上の薄
膜電極からなる平板電極、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、1
0は電極の基板、11は薄膜電極、12は薄膜電極に挟
まれた微小なギャップである。また、図3(a)及び図
3(b)において、13は薄膜電極間に印加される電圧
によって生じる電気力線、14は薄膜電極11よりも膜
厚の厚い薄膜電極、15は11よりも膜厚の厚い薄膜電
極14間に印加される電圧によって生じる電気力線であ
る。また図10(a)において、50は薄膜電極11の
一方の極、51は薄膜電極11の他方の極、52は想定
されるCR並列等価回路を構成する静電容量、53は想
定されるCR等価回路を構成する抵抗、図10(b)に
おいて、54は時間軸、55は電圧または電流軸、56
は電流、57は電圧である。
In FIG. 1, 1 is a cell, 2 is a flat plate electrode composed of a thin film electrode on a substrate, 3 is an electrophoresis power supply circuit, 4 is a measuring section, 5 is an arithmetic section, 6 is control means, 7 is a sample system pipe, 8 is a solenoid valve, and 9 is a display means. In FIG. 2, 1
Reference numeral 0 denotes an electrode substrate, 11 denotes a thin-film electrode, and 12 denotes a minute gap sandwiched between the thin-film electrodes. 3 (a) and 3 (b), 13 is a line of electric force generated by a voltage applied between the thin-film electrodes, 14 is a thin-film electrode having a thickness larger than that of the thin-film electrode 11, and 15 is a thin-film electrode which is larger than 11 These are lines of electric force generated by a voltage applied between the thin film electrodes 14 having a large thickness. In FIG. 10A, reference numeral 50 denotes one pole of the thin film electrode 11, reference numeral 51 denotes the other pole of the thin film electrode 11, reference numeral 52 denotes a capacitance constituting an assumed CR parallel equivalent circuit, and reference numeral 53 denotes an assumed CR. 10 (b), 54 is a time axis, 55 is a voltage or current axis, 56
Is a current, and 57 is a voltage.

【0025】図1ないし図3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、平板電極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1にお
いて平板電極2は2つの極からなり、図1および図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を有している。二つの極によって薄
膜電極の端線間に構成されるギャップ12は実施の形態
1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1におけ
る電界集中部になる。詳細は後述するが、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。
As shown in FIGS. 1 to 3, the thin film electrode 11 on the plate electrode 2 has a small gap 12 to move the microorganisms in the sample liquid to a predetermined position by dielectrophoresis.
Are provided to face each other. In the first embodiment, the plate electrode 2 is composed of two poles, 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 formed in close contact with the substrate 10 by a method such as sputtering, vapor deposition, or plating, and has a portion on the substrate where the thin film electrode 11 is in close contact and a portion where the substrate surface is exposed. Has an end line that is a boundary of The gaps 12 formed between the end lines of the thin film electrode by the two poles are all at the same interval in the first embodiment. Since the electric field in the vicinity of the gap 12 becomes strongest by the application of the voltage for dielectrophoresis, the gap 12 becomes the electric field concentration portion in the first embodiment. Although the details will be described later, the microorganisms migrate toward the vicinity of the gap 12 where the electric field is concentrated most.

【0026】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。本発明で言う微生物とは一
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、蛋白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. 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 and the like in a broad sense. In the present invention, a microorganism in a liquid is assumed as a measurement target.

【0027】実施の形態1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100μm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
極と考えることが出来る。そこで、本実施の形態1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、本実施の形態1で用いている平板電極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
(a)に示すようなものとなる。実施の形態1における
薄膜電極11の膜厚は約5nmと薄いために図3(a)
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。
The thickness of the thin film electrode 11 in the first embodiment is about 5 nm. Since the film thickness of 5 nm is very small as compared with an interval of the gap 12 to be described later of 100 μm and compared with the microorganism to be detected, the thin-film electrode 11 has only a two-dimensional spread in which the thickness is practically negligible. It can be considered an electrode. Therefore, in the first embodiment, a boundary between a portion where the electrodes are in close contact with each other and a 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 plate electrode 2 used in the first embodiment is shown in FIG.
The result is as shown in FIG. Since the film thickness of the thin film electrode 11 in the first embodiment is as thin as about 5 nm, FIG.
As shown in (1), the electric field concentrates most on the portion between the end lines of the two thin film electrodes 11.

【0028】薄膜電極の膜厚は実施の形態1においては
5nmであるが、異なる膜厚の電極を用いても本発明の
効果を実現する事ができる。たとえばより膜厚の大きな
電極を用いた場合の電界集中部の様子を図3(b)に示
す。図3(b)の薄膜電極14の膜厚は50nmであ
り、図3(a)の薄膜電極11に比較して十分に厚く、
基板10上で薄膜電極14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から基
板に垂直な方向に電極材料からなる壁面を構成する。こ
の壁面を本発明では電極の端面と表現している。そして
電極14の二つの極による端面に挟まれた部分の電界分
布は図3(b)の符号15のようになる。
Although the thickness of the thin film electrode is 5 nm in the first embodiment, the effect of the present invention can be realized even if electrodes having different thicknesses are used. For example, FIG. 3B shows the state of the electric field concentration portion when an electrode having a larger thickness is used. The thickness of the thin-film electrode 14 in FIG. 3B is 50 nm, which is sufficiently thicker than the thin-film electrode 11 in FIG.
A wall surface made of an electrode material is formed in a direction perpendicular to the substrate from an end line which is a boundary between a portion where the thin film electrode 14 is in close contact with the substrate 10 and a portion where the substrate surface is exposed. In the present invention, this wall surface is referred to as an end face of the electrode. The electric field distribution at the portion between the two poles of the electrode 14 between the end faces is as indicated by reference numeral 15 in FIG.

【0029】図3(b)の場合は理想的に記載されてお
り、二つの電極それぞれの端面は互いに平行であるが、
実際に製作することのできる電極において端面は完全に
は平行になることはなく、端面の表面も微小な凹凸をも
っている。導体表面の電界分布が凸部に集中するという
ことは電極のエッジ効果として一般に知られているが、
図3(b)の電極においても、図に示したように、電極
面上方の電極エッジ部分で電界集中が生じ不均一な電界
を生じると共に、詳細な図は省略するが、端面の表面に
存在する微小な凹凸の凸部同志にもエッジ効果による電
界集中が生じる。このように図3(b)の電極における
ギャップ12間の電界分布は実際に作製することのでき
る端面が不均一なものになるために複雑、不均一なもの
となる。本発明においてはこのような事情を考慮し、図
3(b)における電極面上方の電極エッジ部分で生じる
電界集中と端面の表面に存在する微小な凹凸の凸部同志
に生じる電界集中等をあわせてギャップ12部分への電
界集中と考えることにする。従って、図3(b)の電極
における電界集中部はギャップ12である。図3(b)
のような電極を用いることにより、傷等による破断に強
く寿命の長い電極を実現することができるようになる。
The case of FIG. 3B is ideally described, wherein the end faces of the two electrodes are parallel to each other.
In an electrode that can be actually manufactured, the end faces are not completely parallel, and the surface of the end face also has minute irregularities. It is generally known that the electric field distribution on the conductor surface is concentrated on the convex portion as an edge effect of the electrode,
Also in the electrode of FIG. 3B, as shown in the figure, an electric field concentration occurs at an electrode edge portion above the electrode surface to generate a non-uniform electric field, and a detailed diagram is omitted. The electric field concentration due to the edge effect also occurs between the convex portions of the minute irregularities. As described above, the electric field distribution between the gaps 12 in the electrode of FIG. 3B is complicated and non-uniform because the end face that can be actually manufactured is non-uniform. In the present invention, in consideration of such circumstances, the electric field concentration generated at the electrode edge portion above the electrode surface in FIG. 3B and the electric field concentration generated at the minute projections and convexities existing on the surface of the end face are combined. Therefore, it is considered that the electric field is concentrated on the gap 12. Therefore, the electric field concentration portion in the electrode of FIG. FIG. 3 (b)
The use of such an electrode makes it possible to realize an electrode that is resistant to breakage due to scratches or the like and has a long life.

【0030】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。本実施の形態1では平板電極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12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、平板電極2の断面を描
いた図3(a)または図3(b)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12付近に浮遊す
る微生物は平板電極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24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1
2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24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試料系7に存在する微生
物数に比例するものである。
Here, the dielectrophoresis 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. In the first embodiment, the configuration near the gap 12 of the plate electrode 2 corresponds to the electric field concentration portion, and the electric field is most concentrated in the gap 12. Therefore, the microorganism is most strongly electrophoresed in the gap 12 portion. FIG.
Is a portion sandwiched between parallel electrodes, and an electric field is applied in a direction in which the electrodes extend, that is, in a direction perpendicular to the plane of FIG. 3A or FIG. Are uniform. 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. Microorganisms floating near the gap 12 are attracted to the gap 12 by such an electric field effect generated between the plate electrodes 2 and aligned along the lines of electric force. At this time, the moving state of the microorganisms 24 near the gap 12 depends on the number of microorganisms existing in the sample liquid and the gap 1.
Depending on the spacing of two, when the number of micro-organisms is sufficiently large, the gap 12 will be sufficiently cross-linked by the chains composed of the micro-organisms 24. At this time, microorganisms floating near the gap 12 from the beginning move immediately to the gap 12 portion, and microorganisms floating away from the gap 12 reach the gap 12 portion after a predetermined time elapses according to the distance. Therefore, the number of microorganisms gathering in a predetermined area near the gap 12 after a certain 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 sample system 7.

【0031】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1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
てしまうものである。このようなことを鑑み、本実施の
形態1では電極の主材料として白金を使用している。
The thin-film electrode 11 may be made of any material as long as the resistance is not extremely high. However, it is assumed that the thin-film electrode 11 is used in a liquid, particularly in water as in the first embodiment. A metal having a low ionization tendency is desirable. Because a strong electric field is generated between the electrodes during dielectrophoresis,
Electrolysis may occur depending on the applied frequency and the electrolyte concentration in water. In the case of an electrode composed of a metal having a high tendency to ionize when electrolysis occurs, the electrode is dissolved and the shape of the electrode is collapsed, and in extreme cases, the electrode is broken. In view of the above, in the first embodiment, platinum is used as a main material of the electrode.

【0032】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、誘電率は低いほうが望ましい。すなわち
低誘電率基板を使用するのが望ましい。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1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。
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. That is, it is desirable to use a low dielectric constant substrate. 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 the first embodiment, a borosilicate glass substrate is used as the low dielectric constant substrate because the smoothness is high, the fine processing is easy, and the dielectric constant is relatively low.

【0033】本実施の形態1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。フォトリソグラフィーによる
電極作成について以下に簡単に説明する。
In the first embodiment, the thin-film electrode 11 is formed on the substrate 10 by a general method using photolithography. The following briefly describes how to make an electrode by photolithography.

【0034】フォトリソグラフィーによる電極作成法に
は多くのやり方があるが、本実施の形態1では、まずホ
ウ珪酸ガラスからなる基板10の片面全面にスパッタリ
ングや蒸着によってクロムを下地とした白金薄膜を強固
に付着させた物を作製する。ついでこの薄膜上に感光性
樹脂をスピンコーティングによって均一に塗布し、感光
性樹脂の硬化を促すために熱をかけてプリベークする。
これに電極のパターンをあらかじめ形成したマスクを密
着させて感光性樹脂を露光する。マスクによって光を遮
られた部分の感光性樹脂は変化しないが、光が当たった
部分の感光性樹脂は軟化し洗浄によって容易に剥離して
白金蒸着面がむき出しになる。ついでこの基板を反応性
のガス雰囲気下においてエッチングする。この時基板上
で白金がむき出しになっている部分はエッチングによっ
て侵され白金と下地のクロムが除去されるが、感光性樹
脂が残っている部分、すなわち電極のパターン部分は樹
脂によって保護されているために何ら影響を受けること
がない。エッチング終了後、基板を硬化した感光性樹脂
を除去する洗浄液に浸すことによって感光性樹脂を取り
去る。基板上には感光性樹脂で保護されていた部分すな
わち電極のパターンが残る。
There are many methods for forming an electrode by photolithography. In the first embodiment, first, a platinum thin film having chromium as a base is firmly formed by sputtering or vapor deposition on one entire surface of a substrate 10 made of borosilicate glass. A product attached to is prepared. Next, a photosensitive resin is uniformly applied on the thin film by spin coating, and prebaked by applying heat to promote curing of the photosensitive resin.
A photosensitive resin is exposed by bringing a mask in which an electrode pattern is previously formed into close contact with this. The portion of the photosensitive resin that is shielded from light by the mask does not change, but the portion of the photosensitive resin that is exposed to light softens and is easily peeled off by washing, exposing the platinum-deposited surface. Next, the substrate is etched in a reactive gas atmosphere. At this time, the portion where the platinum is exposed on the substrate is etched and the platinum and the underlying chromium are removed, but the portion where the photosensitive resin remains, that is, the electrode pattern portion is protected by the resin. So it is not affected at all. After the etching is completed, the photosensitive resin is removed by immersing the substrate in a cleaning liquid for removing the cured photosensitive resin. The portion protected by the photosensitive resin, that is, the electrode pattern, remains on the substrate.

【0035】この説明の例ではマスクを使った作成法を
説明した。なお、マスクとは作成したい電極の形状と同
一形のガラス基板上の遮光性薄膜からなるいわゆる
「型」であり、ガラス基板上の遮光性物質を電子ビーム
等によって電極のパターンに合わせて除去することで作
成される。作成する電極が少数の場合には白金蒸着基板
上に直接電子ビームによって電極パターンを描画しても
良いが、同じ物を複数作成するときには一般に上記で説
明したフォトリソグラフィーの方が効率的である。
In the example of this description, the production method using a mask has been described. Note that a mask is a so-called "mold" composed of a light-shielding thin film on a glass substrate having the same shape as an electrode to be formed, and a light-shielding substance on the glass substrate is removed by an electron beam or the like in accordance with an electrode pattern. Created by: When the number of electrodes to be formed is small, an electrode pattern may be drawn directly on the platinum-deposited substrate by an electron beam. However, when a plurality of same objects are formed, the photolithography described above is generally more efficient.

【0036】以上、簡単にフォトリソグラフィーによる
電極作成法を説明したが、これはあくまで一例であり、
本実施の形態1で使用されている電極を作成する方法は
ほかにも多数考えられ、上記の方法以外の方法によって
電極が作成されることを妨げるものではない。
The method of forming an electrode by photolithography has been described briefly, but this is merely an example.
Numerous other methods for producing the electrode used in the first embodiment are conceivable, and do not prevent the electrode from being produced by a method other than the above method.

【0037】さて、本実施の形態1におけるギャップ1
2の間隔は100μmに設定されているが、ギャップ1
2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1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。
Now, the gap 1 in the first embodiment will be described.
2 is set to 100 μm, but the gap 1
The interval 2 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, when the gap 12 is narrowed,
The power and time required for the measurement are reduced, but the dynamic range of the measurement is reduced. For the reasons described above, in the first embodiment,
The interval between the gaps 12 is set to 100 μm, which is 0.2 to 300 μm according to the microorganism to be detected.
It is desirable to adjust appropriately within the range.

【0038】泳動電源回路3は誘電泳動を起こすための
交流電流を平板電極2間に供給するものである。本実施
の形態1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。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。
The electrophoresis power supply circuit 3 supplies an alternating current for causing dielectrophoresis between the plate electrodes 2. In the first embodiment, as will be described later, an alternating current for causing dielectrophoresis is temporarily interrupted to measure a change in impedance between the electrodes. The migration power supply circuit 3 is controlled by the control means 6 together with the electromagnetic valve 8 and the like.

【0039】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、平板電極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 control means 6 comprises a microprocessor (not shown), a memory for storing a preset program, a timer, and the like. The control means 6 opens and closes the electromagnetic valve 8 according to the program, and controls the electrophoresis power supply circuit 3. Then, an AC voltage having a specific frequency and voltage is applied to the plate 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.

【0040】実施の形態1において測定部4は、平板電
極2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、インピーダ
ンスを調べるために必要となる平板電極2間にかかる電
圧と、それによって平板電極2を流れる電流と、前記電
圧と電流の位相の差を測定するための回路等から構成さ
れ、誘電泳動によって微生物が移動し、電界集中部近傍
に濃縮されることに起因する平板電極2のインピーダン
スの変化を測定する。インピーダンスを調べるために必
要となる平板電極2間にかかる電圧と、それにより平板
電極2を流れる電流と、前記電圧と電流の位相の差は演
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1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
一連の測定動作を連携して円滑に進めることができる。
In the first embodiment, the measuring section 4 is provided with an AC voltage (hereinafter, referred to as an AC voltage) for examining the impedance of the plate electrode 2.
A circuit for applying a voltage for measurement), a voltage applied between the plate electrodes 2 necessary for checking the impedance, a current flowing through the plate electrode 2 and a phase difference between the voltage and the current are measured. For measuring the change in impedance of the plate electrode 2 caused by the movement of microorganisms by dielectrophoresis and concentration near the electric field concentration portion. The voltage applied between the plate electrodes 2 necessary for checking the impedance, the current flowing through the plate electrode 2 and the difference between the voltage and the phase of the current are passed to the calculation unit 5, and the calculation is performed by the procedure described later. Will be In the first embodiment, the measurement unit 4 is controlled by the control unit 6, and can smoothly advance a series of measurement operations in cooperation with each other according to a preset program.

【0041】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平板電極2のインピーダンス
を解析し平板電極2間の静電容量を演算する。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、
最終的に試料系配管7に含まれている微生物数を算出し
表示部9に表示を行うなどする。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同様制御手段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
一連の測定動作を連携して円滑に進めることができる。
The arithmetic unit 5 is composed of a microprocessor, a memory, and the like (not shown). As will be described in detail later, the impedance of the plate electrode 2 is analyzed based on the result measured by the measurement unit 4, and the electrostatic capacitance between the plate electrodes 2 is analyzed. Calculate the capacity. Then, if necessary, the operation result is stored in the memory 14, or data stored in advance is read and compared, and the like.
Finally, the number of microorganisms contained in the sample system pipe 7 is calculated and displayed on the display unit 9. This microprocessor can be shared by the control means 6 and the arithmetic unit 5. Also, the arithmetic unit 5 is controlled by the control unit 6 like the measuring unit 4, and a series of measuring operations can be smoothly performed in cooperation with each other according to a preset program.

【0042】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1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1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、表示手段としてはたとえば多いまた
は少ないであるとか、目的に応じてほかの表示方法であ
っても良い。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無く、本微生物
数測定装置を含む任意の装置の制御を行うために微生物
数が明らかであれば良いような場合には、表示手段は特
に設ける必要がないのは言うまでもない。
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 first embodiment. In the first embodiment, the user can directly know the measured number of microorganisms as the number of microorganisms per 1 ml of the sample, but the display means may be, for example, a large or small number, or other display methods depending on the purpose. There may be. Furthermore, there is no need for the user to directly know the number of microorganisms, such as controlling the sterilization device by checking the number of microorganisms in the sample or controlling the culture conditions such as temperature. It is needless to say that the display means does not need to be particularly provided when it is sufficient that the number of microorganisms is clear to perform the control.

【0043】以下、試料の導入からセル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、試料系配管7の液体はセ
ル1内を自由に通過している。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の開始を指令する。
Hereinafter, a series of flows from the introduction of the sample to the concentration, measurement, and washing of the microorganisms in the cell 1 will be described. In an 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 in the sample system pipe 7 freely passes through the cell 1. 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 and connects the cell 1 to the sample piping 7.
To form a closed system only in the cell 1. Thereafter, the control unit 6 sends a signal of measurement start to the measuring unit 4 to instruct the measurement unit 4 to start measurement when a predetermined time, which is expected to stop the flow of the liquid in the cell 1, elapses.

【0044】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平板電極2間に周波数100
kHz、電圧1Vの正弦波交流電圧を印加し、その時の
電流値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の周波数、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む試
料による較正時に最適なものを選択すればよく、100
kHz、1Vという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。
Upon receiving the measurement start command, the measuring section 4 immediately applies a voltage of 100 Hz between the plate electrodes 2 as a voltage for measurement.
A sinusoidal AC voltage of 1 kHz and a voltage of 1 kHz is applied, and a current value and a phase difference between the voltage and the current at that time are measured. 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 described later.
It is not necessary to be limited to the values exemplified in this embodiment such as kHz and 1V. Here, the AC voltage is not only a sine wave but also a voltage that changes the direction of flow at a substantially constant cycle, and the average value of the current in both directions is equal.

【0045】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、平板電極2間のインピーダン
ス、平板電極2間に想定される等価回路を後述する抵抗
と静電容量からなるCRの並列回路であるとみなしたと
きの静電容量値を算出する。インピーダンスは印加電圧
と電流の除算で、また静電容量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
タンスとレジスタンスの値を、想定されるCR並列回路
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Rと共に算出することができる。
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、レジスタンスをrとして、図10、図11と
(数1)〜(数5)の式を用いて詳細に説明する。
The measurement result is sent to the arithmetic unit 5. Arithmetic unit 5
Is an impedance value between the plate electrodes 2 from the obtained measurement results, and a capacitance value when an equivalent circuit assumed between the plate electrodes 2 is regarded as a parallel circuit of CR composed of a resistance and a capacitance described later. Is calculated. The impedance is the division of the applied voltage and the current, and the capacitance is the reactance calculated using the value that expresses the difference between the impedance, the phase of the voltage and the current as the angular difference of the angular frequency (hereinafter referred to as the phase angle). The resistance value can be calculated together with R by substituting the resistance value into an expression representing the assumed combined impedance of the CR parallel circuit and solving the simultaneous equations.
Hereinafter, the impedance is Z, the capacitance is C, the reactance is x, and the resistance is r, which will be described in detail with reference to FIGS. 10 and 11 and equations (1) to (5).

【0046】[0046]

【数1】 (Equation 1)

【0047】[0047]

【数2】 (Equation 2)

【0048】[0048]

【数3】 (Equation 3)

【0049】[0049]

【数4】 (Equation 4)

【0050】[0050]

【数5】 (Equation 5)

【0051】(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。
(Equation 1) is an equation representing the combined impedance of the CR parallel equivalent circuit. (Equation 2) is an expression representing the resistance of the CR parallel equivalent circuit. (Equation 3) is an equation representing the reactance of the CR parallel equivalent circuit. (Equation 4) is an equation 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.

【0052】図10(a)は、電極間の電気的状態を等
価回路で示したものである。電極50.51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C52と水による電気伝導抵
抗R53が並列に電極50と51間を結んでいると考え
られる。また、誘電泳動によって微生物が移動した後も
後述するように微生物体が誘電体微粒子としてふるまう
ために静電容量C52と抵抗R53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。以下この等価回路をCR並列回路と呼ぶ。
FIG. 10A shows an electrical state between the electrodes in an equivalent circuit. Water containing microorganisms is present between the electrodes 50.51. Before the microorganisms move to the gap between the electrodes by dielectrophoresis, the water is formed by the capacitance C52 formed as a dielectric between the electrodes and the water. It is considered that the electric conduction resistance R53 connects the electrodes 50 and 51 in parallel. Further, even after the microorganisms move by dielectrophoresis, the microorganisms behave as dielectric fine particles as described later, so that even if the absolute values of the capacitance C52 and the resistance R53 change, the connection form of the equivalent circuit does not change. be able to. Hereinafter, this equivalent circuit is called a CR parallel circuit.

【0053】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56と印加した電圧57の間
に図10(b)に示すような位相の差が現れることが一
般に知られている。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
11に示す関係がある。
It is generally known that when an AC voltage is applied to such a CR parallel circuit, a phase difference as shown in FIG. 10 (b) appears between the current 56 flowing in the circuit and the applied voltage 57. . When the frequency of the voltage to which the phase difference is applied is represented by the angular difference θ when expressed by the angular frequency ω, the voltage, current, and phase angle have the relationship shown in FIG.

【0054】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11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、レジス
タンスrはr=Zsinθとして図10(a)に示され
たCR並列回路の合成インピーダンスの抵抗性成分、リ
アクタンスxはx=Zcosθとして同回路の容量性成
分の逆数に関連付けられる。
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 r is r = Zsinθ, the resistance component of the combined impedance of the CR parallel circuit shown in FIG. 10A, and the reactance x is x = Zcosθ. It is related to the reciprocal of the capacitive component of the circuit.

【0055】一方図10(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)をZ=r
+jxの関係からレジスタンス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)及び(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R53と静電容量C5
2を知ることができる。
On the other hand, the combined impedance of the CR equivalent circuit of FIG. 10A is expressed by (Equation 1), and
From the relation of + jx, it is decomposed into resistance r and reactance x to obtain (Equation 2) and (Equation 3). (Equation 2) and (Equation 3)
(4) and (5) are obtained by simultaneous transformation of
(Equation 4) and (Equation 5) show the voltage value for measurement, the current value at that time, r calculated from the measured value of the phase angle between voltage and current,
By substituting x and ω, the resistance R53 and the capacitance C5 are obtained.
2 can be known.

【0056】このように説明すると大変煩雑であるが、
演算部5は図示しないマイクロプロセッサを備えてお
り、一連の演算は一瞬のうちに終了する。
Although it is very complicated to explain in this way,
The operation unit 5 includes a microprocessor (not shown), and a series of operations is completed in an instant.

【0057】演算部5は算出された静電容量C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。以下、制御手段
6と測定部4、演算部5は必要に応じて適宜信号のやり
取りを行い、予め設定されたプログラムにしたがった円
滑な動作を行う。
The calculating section 5 stores the calculated value of the capacitance C as an initial value in a memory, and sends a signal to the control means 6 that the measurement of the initial value has been completed. Hereinafter, the control unit 6, the measuring unit 4, and the calculating unit 5 exchange signals as needed, and perform a smooth operation according to a preset program.

【0058】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
書き込まれている換算式である。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。
If calculations corresponding to the measured values are performed in advance and stored in a table as a memory, the calculations can be converted to microorganisms simply by referring to the table instead of performing the calculation each time the measurement is performed. . That is, after the microorganisms are concentrated by dielectrophoresis for a preset time, the measurement is performed, and the voltage value for the measurement, the current value at that time, the phase difference between the voltage and the current are measured, and the three values are stored in the memory. Referring to the above table, there is a conversion formula in which the previously calculated number of microorganisms is written. 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.

【0059】次いで制御手段6は泳動電源回路3を制御
して平板電極2間に周波数1MHzでピーク電圧100
Vの正弦波交流電圧(以下泳動のための電圧とする)を
印加させる。この時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平板電極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1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1では100Vとしているが、試料の導伝率が
大きい場合には、望ましくない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ことができる。た
だこの時、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二つの異なる周波数
ではなく、同一の周波数を用いても良い。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
物種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 control the peak voltage 100 between the plate electrodes 2 at a frequency of 1 MHz.
A sine wave AC voltage of V (hereinafter referred to as voltage for electrophoresis) is applied. The frequency of the alternating current applied at this time can be arbitrarily selected as long as it is within the frequency range in which dielectrophoresis occurs. However, if the frequency is too low, undesirable electrolysis occurs between the plate electrodes 2 and, conversely, too much. A high frequency complicates the power supply circuit. Therefore, in the first 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 the electrophoresis is 100 V in the first embodiment, when the conductivity of the sample is large, a lower voltage can be selected so that undesirable electrolysis does not occur. However, at this time, depending on the type of the microorganism to be measured, the voltage for measurement and the voltage for electrophoresis may use the same frequency instead of two different frequencies. The AC frequency to be applied for the most efficient migration of any microorganism and the AC frequency to be applied for the most efficient measurement are not necessarily the same. Will be the same.
In this case, the migration and measurement can be performed at a single frequency, so that the migration power supply circuit 3 can be simplified. In addition, the measurement can be performed continuously while performing the migration. Precise results can be obtained.

【0060】さて、予め設定された所定時間が経過した
後、制御手段6は平板電極2間に印加している交流電圧
を一旦遮断し、測定動作を行う。測定部4と演算部5は
連携して前述した方法により、平板電極2間のインピー
ダンスを測定、平板電極2間の静電容量を演算し、得ら
れた値をメモリに格納する。測定終了後、制御手段6は
再び誘電泳動のための交流電圧を印加する。
After a predetermined period of time has elapsed, the control means 6 once interrupts the AC voltage applied between the plate electrodes 2 to perform a measuring operation. The measuring unit 4 and the calculating unit 5 measure the impedance between the plate electrodes 2 and calculate the capacitance between the plate electrodes 2 in cooperation with the above-described method, and store the obtained value in the memory. After the measurement is completed, the control means 6 again applies an AC voltage for dielectrophoresis.

【0061】以下、予め設定された時間毎に、制御手段
6と測定部4は連携して泳動と測定を繰り返し、測定部
4は算出された静電容量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12付近への
移動と平板電極2のインピーダンス測定を繰り返すこと
によって、平板電極2間の静電容量の時間変化を調べる
ことができる。
Thereafter, the control means 6 and the measuring section 4 repeat the electrophoresis and the measurement in cooperation with each other at a preset time, and the measuring section 4 stores the calculated capacitance in the memory each time. As described above, by repeating the movement of the microorganisms to the vicinity of the gap 12 by the dielectrophoresis and the impedance measurement of the plate electrode 2, it is possible to examine the time change of the capacitance between the plate electrodes 2.

【0062】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の回数の平板電極2のインピー
ダンス測定を行うと、測定部4はメモリに格納されてい
る複数の時点における静電容量Cの演算結果から、図4
に示すようにその時までの平板電極2間の静電容量Cの
時間変化の傾きを計算し、後述する変換式に従って試料
系配管7の微生物数を算出する。
After the start of the application of the AC voltage for dielectrophoresis, when the impedance of the plate electrode 2 is measured a predetermined number of times in advance, the measuring unit 4 detects the capacitance C at a plurality of times stored in the memory. From the calculation result of FIG.
As shown in (2), the gradient of the time change of the capacitance C between the plate electrodes 2 up to that time is calculated, and the number of microorganisms in the sample piping 7 is calculated according to a conversion formula described later.

【0063】なぜ静電容量の時間変化の傾きを測定すれ
ば微生物数を算出することができるかというと、微生物
はイオンリッチで比較的電気伝導率が大きな細胞壁と、
リン脂質からなるとともに、電気伝導率の小さな細胞膜
に囲まれており、微小な誘電体粒子とみなすことができ
る。そして、誘電体微粒子としてみた微生物の誘電率は
一般的な液体と比較して、さらに液体としては高い誘電
率を持つ水と比較しても大きな値を持っている。したが
って、誘電泳動によってギャップ12に移動する微生物
の数が増えるに連れてギャップ12付近の見かけの誘電
率は上昇していく。電極の条件を固定した状態で、その
間の媒体の誘電率を変化させると静電容量Cが変化する
のは周知の事実である。そこで、平板電極2間の静電容
量Cの変化を通じて平板電極2間の誘電率の変化を測定
すればその値はギャップ12付近に移動してきた微生物
数、ひいては試料系配管7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。このような静電容量C
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、測定初期の静電容量Cの時間変化
の傾き(勾配)も静電容量Cの時間変化と同様に、微生
物数に対応して増加しているのが分かる。静電容量Cの
時間変化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、測定初期の静電容量の時間変化の傾き(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。
The reason why the number of microorganisms can be calculated by measuring the gradient of the time change of the capacitance is as follows. Microorganisms are cell walls that are ion-rich and have relatively large electric conductivity.
It is composed of phospholipids and is surrounded by cell membranes with low electrical conductivity, and can be regarded as fine dielectric particles. The dielectric constant of microorganisms viewed as dielectric fine particles has a large value as compared with a general liquid, and also as compared with water having a high dielectric constant as a liquid. Therefore, as the number of microorganisms moving to the gap 12 by dielectrophoresis increases, the apparent dielectric constant near the gap 12 increases. It is a well-known fact that the capacitance C changes when the dielectric constant of the medium is changed while the electrode conditions are fixed. Therefore, if the change in the dielectric constant between the plate electrodes 2 is measured through the change in the capacitance C between the plate electrodes 2, the measured value is the number of microorganisms that have moved to the vicinity of the gap 12, and thus the number of microorganisms existing in the sample system pipe 7. Can be obtained. Such capacitance C
FIG. 4 shows an example of the time change of the data. And FIG.
As can be seen from the graph, the gradient (gradient) of the time change of the capacitance C at the initial stage of measurement also increases in accordance with the number of microorganisms, similarly to the time change of the capacitance C. When calculating the number of microorganisms based on the time change of the capacitance C, it is more accurate to perform the measurement after the transient state. Therefore, it takes much time. However, the slope (gradient) of the time change of the capacitance at the initial stage of the measurement is required. ) Has the characteristic that the number of microorganisms can be calculated in a relatively short time.

【0064】さて、静電容量C変化と試料系配管7の微
生物数を関連付けるためには静電容量C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
校正用試料を、本実施の形態1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
静電容量C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静電容量C変化
の値を代入することにより試料系配管7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。
Now, in order to correlate the change in capacitance C with the number of microorganisms in the sample system pipe 7, a conversion formula between the capacitance C and the number of microorganisms is required. This conversion equation measures a calibration sample with a clear number of microorganisms in advance using the measurement system of the microorganism number measurement device described in the first embodiment, and shows a correlation between the number of microorganisms and the capacitance C at that time. And a function representing a curve obtained by regression analysis of variations. This conversion formula is stored in the memory of the arithmetic unit 5, and when a sample whose number of microorganisms is unknown is measured, the number of microorganisms in the sample system pipe 7 is determined by substituting the value of the change in capacitance C within a predetermined time. Can be calculated. In the case of using the conversion table, the calculation result by the conversion formula is stored in advance.

【0065】ここで実施の形態1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、微生物の種類とその構成比が大
きく変化しない限り、前もって同様の変換式を算出して
おいて測定することが可能である。
Here, the sample of Embodiment 1 is assumed to be a single microbial system such as a culture solution of yeast. However, even in the case of a mixed microbial system, the type and composition ratio of the microbe vary greatly. Unless otherwise, a similar conversion equation can be calculated in advance and measured.

【0066】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は平板電極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
った微生物は、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 the energization of the plate electrode 2 and opens the electromagnetic valve 8 to start cleaning. Microorganisms that have gathered near the gap 12 are washed away by the liquid in the sample system piping 7 that flows in by opening the solenoid valve 8, and a series of measurement operations is completed.

【0067】さて、本実施の形態1では、単一組の薄膜
電極を使用した場合の実施の形態について説明したが、
これは、薄膜電極が複数組用いられることを妨げるもの
ではない。即ち平板電極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静電容量
C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。
In the first embodiment, the case where a single set of thin-film electrodes is used has been described.
This does not prevent a plurality of thin film electrodes from being used. That is, a plurality of electrodes having the same shape as the plate electrode 2, that is, having the same impedance under the same conditions, may be installed in the cell 1. In that case, a more accurate measurement result can be obtained by calculating the capacitance C after performing the statistical processing such as independently measuring the impedance of each electrode and averaging the values. Will be possible.

【0068】たとえば複数の電極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
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。そして薄膜電極であるが故に、複数組
用いる場合でも小型にすることができる。
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 a plurality of electrodes, the influence can be reduced by averaging the measured values. At a higher level, processing such as discarding an abnormal value with reference to a measurement result at another electrode is also possible. It can be said that performing measurement using a plurality of pairs of electrodes having the same shape as described above is rather desirable from the viewpoint of improving accuracy, except that the structure is slightly complicated. And since it is a thin film electrode, it can be downsized even when a plurality of sets are used.

【0069】このように本実施の形態1では、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による平板電極2のインピーダンスを測
定することができ、演算部5によって平板電極2間の静
電容量C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、小型、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, in the first embodiment, the alternating current voltage for dielectrophoresis and the voltage for measurement are alternately applied. , The impedance of the plate electrode 2 can be measured, and the arithmetic unit 5 can detect a change in the capacitance C between the plate electrodes 2 over time. However, it is possible to provide a maintenance-free microorganism counting apparatus which has high measurement sensitivity, is capable of automatic measurement, and is maintenance-free.

【0070】(実施の形態2)本発明のもう一つの実施
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。本実施の形態2は、実施の形態1
の微生物数測定装置と重複する部分があるため、実施の
形態1と異なる部分について詳細な説明を加える。
(Embodiment 2) A microorganism counting apparatus according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The second embodiment corresponds to the first embodiment.
Since there is a portion that overlaps with the microbial count measuring device, detailed description will be added to a portion different from the first embodiment.

【0071】図5は本発明の実施の形態2における微生
物数測定装置の全体構成図、図6は本発明の実施の形態
2における電極の詳細説明図である。試料中の微生物数
と測定時間と電極間の静電容量Cの関係を説明するため
のグラフは図4と同様であるので詳細な説明は実施の形
態1に譲って省略する。
FIG. 5 is an overall configuration diagram of an apparatus for measuring the number of microorganisms according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a detailed explanatory view of an electrode according to the second embodiment of the present invention. A graph for explaining the relationship between the number of microorganisms in the sample, the measurement time, and the capacitance C between the electrodes is the same as that in FIG. 4, and a detailed description thereof will be omitted in the first embodiment.

【0072】図5および図6において、20は実施の形
態2における電極、21は電極20上に作成された薄膜
電極A21、薄膜電極B22はやはり電極20上に作成
された薄膜電極B22、図6において、23は薄膜電極
A21のギャップ、24は薄膜電極B22のギャップで
ある。
In FIGS. 5 and 6, reference numeral 20 denotes the electrode of the second embodiment, reference numeral 21 denotes a thin film electrode A21 formed on the electrode 20, and reference numeral 22 denotes a thin film electrode B22 also formed on the electrode 20. In the figure, 23 is a gap of the thin film electrode A21, and 24 is a gap of the thin film electrode B22.

【0073】実施の形態2が実施の形態1ともっとも異
なる点は電極20の構成である。電極20上には薄膜電
極A21と薄膜電極B22とが異なるインピーダンスを
持った薄膜電極として構成されている。異なるインピー
ダンスとは、薄膜電極A21と薄膜電極B22をまった
く同一の条件下で測定した場合、測定のための電圧の値
と周波数を同一にしたとしても、測定される電流値や、
位相角の値が異なるということである。実施の形態2で
は具体的には薄膜電極A21と薄膜電極B22はそれぞ
れが構成するギャップの距離が異なっている。即ち、薄
膜電極A21のギャップ23は薄膜電極B22より狭
い。具体的には、ギャップ23の距離は10μm、ギャ
ップ24の距離は100μmである。
The most different point of the second embodiment from the first embodiment is the configuration of the electrode 20. On the electrode 20, the thin film electrode A21 and the thin film electrode B22 are configured as thin film electrodes having different impedances. The different impedance means that when the thin-film electrode A21 and the thin-film electrode B22 are measured under exactly the same conditions, even if the voltage value and frequency for measurement are the same, the measured current value,
This means that the values of the phase angles are different. In the second embodiment, specifically, the gap distance between the thin film electrode A21 and the thin film electrode B22 is different. That is, the gap 23 of the thin-film electrode A21 is narrower than the thin-film electrode B22. Specifically, the distance of the gap 23 is 10 μm, and the distance of the gap 24 is 100 μm.

【0074】図5において、泳動電源回路3は実施の形
態1と同様のものである。泳動電源回路3は誘電泳動の
ための電圧を薄膜電極A21と薄膜電極B22に同時に
印加することができる。
In FIG. 5, the migration power supply circuit 3 is the same as in the first embodiment. The migration power supply circuit 3 can simultaneously apply a voltage for dielectrophoresis to the thin film electrode A21 and the thin film electrode B22.

【0075】実施の形態2での測定部4は構成的には実
施の形態1の測定部4と同様であるが、薄膜電極A21
と薄膜電極B22のインピーダンスをそれぞれ独立して
測定できるような切り替え部を持っている(詳細には図
示しない)。この切り替え部は実施の形態1においては
トランジスタスイッチまたはリレー等から構成され、制
御手段6によって制御されているが、同様の目的を満た
すものであればどのような構成でもよい。
The measuring section 4 in the second embodiment is structurally the same as the measuring section 4 in the first embodiment, except that the thin film electrode A21
And a switching unit (not shown in detail) for independently measuring the impedance of the thin film electrode B22. In the first embodiment, the switching unit is configured by a transistor switch, a relay, or the like, and is controlled by the control unit 6. However, any configuration may be used as long as it satisfies the same purpose.

【0076】実施の形態2において微生物数を知るため
に行われる測定と演算の基本的な考え方は実施の形態1
と同様である。即ち、微生物の誘電泳動によるギャップ
付近への移動によって変化する電極の静電容量Cを調べ
て微生物数に換算するものである。これら一連の測定の
流れを以下に説明するが、実施の形態1と重複する部分
については実施の形態1に説明を譲って割愛する。
In the second embodiment, the basic concept of measurement and calculation performed to know the number of microorganisms is described in the first embodiment.
Is the same as That is, the capacitance C of the electrode, which changes as the microorganism moves to the vicinity of the gap due to dielectrophoresis, is examined and converted into the number of microorganisms. The flow of a series of these measurements will be described below, but the parts overlapping with the first embodiment will be omitted from the description of the first embodiment.

【0077】試料が導入されると、制御手段6は、信号
を送って測定部4に初期値の取得を行わせる。この時測
定部4は薄膜電極A21と薄膜電極B22のインピーダ
ンスを別々に測定する。演算部5は得られた測定値から
薄膜電極A21と薄膜電極B22の静電容量Cを算出し
てメモリに記憶する。初期値取得後制御手段6は誘電泳
動のための電圧を薄膜電極A21と薄膜電極B22に同
時に印加させる。以降、あらかじめ設定された測定時間
ごとに薄膜電極A21と薄膜電極B22のインピーダン
スの測定と静電容量Cの算出が行われてメモリに記憶さ
れていく。
When the sample is introduced, the control means 6 sends a signal to cause the measuring section 4 to acquire an initial value. At this time, the measuring unit 4 separately measures the impedance of the thin film electrode A21 and the thin film electrode B22. The calculation unit 5 calculates the capacitance C of the thin-film electrode A21 and the thin-film electrode B22 from the obtained measurement values and stores the capacitance in the memory. After obtaining the initial value, the control means 6 simultaneously applies a voltage for dielectrophoresis to the thin-film electrode A21 and the thin-film electrode B22. Thereafter, the impedance of the thin-film electrode A21 and the thin-film electrode B22 is measured and the capacitance C is calculated at every preset measurement time and stored in the memory.

【0078】さて、ここで互いに異なるインピーダンス
を持った電極で同時に独立して測定を行っていく利点に
ついて説明する。
Now, the advantage of simultaneously and independently measuring electrodes having different impedances will be described.

【0079】異なるインピーダンスを持った複数組の電
極で同時に独立して測定を行う利点はいくつかあるが、
特に実施の形態2のように互いに相似な形状で、ギャッ
プ間隔だけが異なるような電極の組み合わせである場合
には測定のダイナミックレンジの拡大が挙げられる。
Although there are some advantages of simultaneously and independently measuring with a plurality of sets of electrodes having different impedances,
In particular, in the case of a combination of electrodes having shapes similar to each other and different only in the gap interval as in the second embodiment, the dynamic range of measurement can be increased.

【0080】薄膜電極A21と薄膜電極B22を比較す
ると、薄膜電極B22のギャップ24の間隔はギャップ
23よりも大きいためにギャップ24間の電界強度は弱
くなり、微生物を泳動する速度は小さくなる。さらに、
ギャップ24が大きいために、ギャップ24間の誘電率
を微生物の移動によって変化させるためにはギャップ2
3に比べて多数の微生物を必要とする。このように、薄
膜電極B22は薄膜電極A21に比較してより感度が低
い「鈍い」電極であるといえる。したがって、微生物の
濃度が高い試料において、薄膜電極A21が直ちに飽和
してしまい正確な静電容量Cの時間変化の傾きが算出で
きないような試料においても薄膜電極B22の静電容量
Cの時間変化は緩やかであるので、その傾きを正確に算
出することが可能である。このようにギャップ間隔の異
なる互いに相似な電極を用いることで測定のダイナミッ
クレンジを拡大することができる。
When comparing the thin-film electrode A21 and the thin-film electrode B22, since the interval between the gaps 24 of the thin-film electrode B22 is larger than the gap 23, the electric field intensity between the gaps 24 is weakened, and the speed at which microorganisms migrate is reduced. further,
Since the gap 24 is large, the gap 2 is required to change the dielectric constant between the gaps 24 by the movement of microorganisms.
Requires more microorganisms than 3 Thus, it can be said that the thin film electrode B22 is a "dull" electrode having lower sensitivity than the thin film electrode A21. Therefore, in a sample in which the concentration of microorganisms is high, even in a sample in which the thin-film electrode A21 is immediately saturated and the slope of the change in capacitance C with time cannot be calculated accurately, the change in the capacitance C of the thin-film electrode B22 with time does not change. Since it is gentle, the inclination can be calculated accurately. By using similar electrodes having different gap intervals in this manner, the dynamic range of measurement can be expanded.

【0081】所定回数の測定を終了すると演算部5は2
つの電極から得られた2つの静電容量Cの時間変化を表
すグラフの傾きを総合的に判断して最終的な試料系配管
7の微生物濃度を決定する。次いでセル1内が洗浄され
てすべての測定が終了する。
When a predetermined number of measurements have been completed,
The final gradient of the microorganisms in the sample system piping 7 is determined by comprehensively judging the slope of the graph representing the time change of the two capacitances C obtained from the two electrodes. Next, the inside of the cell 1 is washed, and all the measurements are completed.

【0082】このように、互いにインピーダンスの異な
る複数組の電極を組み合わせることでより広範な条件下
での測定を行うことができるようになり、簡易な構造で
ありながら、精度が高く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, by combining a plurality of sets of electrodes having different impedances from each other, measurement can be performed under a wider range of conditions. A counting device can be provided.

【0083】(実施の形態3)本発明のさらにもう一つ
の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。本実施の形態3において
も、実施の形態1の微生物数測定装置と重複する部分が
あるため、実施の形態1と異なる部分について詳細な説
明を加える。
(Embodiment 3) A microorganism counting apparatus according to yet another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Also in the third embodiment, since there is a portion that overlaps with the microbial count measuring device of the first embodiment, a detailed description will be given of a portion different from the first embodiment.

【0084】図7は本発明の実施の形態3における微生
物数測定装置の全体構成図、図8は本発明の実施の形態
3における電極の説明図、図9は本発明の実施の形態3
における電極の一部を拡大した詳細説明図である。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of an apparatus for measuring the number of microorganisms according to the third embodiment of the present invention, FIG. 8 is an explanatory view of an electrode according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged detailed explanatory view of a part of the electrode in FIG.

【0085】図7〜9において、30は実施の形態3に
おける平板電極、31は平板電極30上に作成された薄
膜電極、32は個々の薄膜電極への配線、33は個々の
薄膜電極の対極への配線、34は各薄膜電極への通電状
態を切り替える切り替え手段、35は薄膜電極のギャッ
プである。
7 to 9, reference numeral 30 denotes a plate electrode in the third embodiment, 31 denotes a thin film electrode formed on the plate electrode 30, 32 denotes a wiring to each thin film electrode, and 33 denotes a counter electrode of each thin film electrode. Is a switching means for switching the state of current supply to each thin film electrode, and 35 is a gap between the thin film electrodes.

【0086】実施の形態3の実施の形態1,2との相違
点も平板電極30の構成にある。実施の形態3における
平板電極30は、図8に示すごとく、同一の形状で同一
のインピーダンスを持った個々の薄膜電極31が多数整
然と集積された構造をしている。個々の薄膜電極31は
個々の薄膜電極への配線32と個々の薄膜電極の対極へ
の配線33によって誘電泳動のための電圧と測定のため
の電圧が供給されるように構成されている。実施の形態
3における電界集中部は図9に示すギャップ35であ
り、ギャップ35は全ての薄膜電極31について同一で
ある。つまり、個々の薄膜電極31のインピーダンスは
同一条件下ではすべて同じである。実施の形態3におけ
るギャップの大きさは2μm、整列した電極相互の間隔
は8μmである。
The third embodiment differs from the first and second embodiments in the configuration of the plate electrode 30. As shown in FIG. 8, the plate electrode 30 according to the third embodiment has a structure in which a number of individual thin film electrodes 31 having the same shape and the same impedance are orderly integrated. Each thin-film electrode 31 is configured such that a voltage for dielectrophoresis and a voltage for measurement are supplied by a wiring 32 to each thin-film electrode and a wiring 33 to a counter electrode of each thin-film electrode. The electric field concentration part in the third embodiment is a gap 35 shown in FIG. 9, and the gap 35 is the same for all the thin film electrodes 31. That is, the impedances of the individual thin-film electrodes 31 are all the same under the same conditions. In the third embodiment, the size of the gap is 2 μm, and the interval between the aligned electrodes is 8 μm.

【0087】電極の上面及び側面部分は絶縁性の薄膜が
被覆されている。実施の形態3における電極のギャップ
35は2μmと狭いため、電極がむき出しのままである
と泳動のための電圧の印加によってギャップ35間の電
位差が非常に大きくなり、電気分解が起きやすくなる。
これは周波数が低くなるほどに顕著になり、測定のため
の電圧と泳動のための電圧ともに選択できる周波数の範
囲を狭めることになり望ましいことではない。しかしな
がら実施の形態3のように電界集中部を含む上面及び側
面部分を絶縁性の薄膜で被覆することにより、望ましく
ない電気分解の発生をなくすことができる。実施の形態
3においても測定と泳動のために印加される電圧は交流
であるため、電極先端部が絶縁薄膜で被覆されていても
静電容量変化で微生物数を測定するという本発明の原理
上問題は生じない。実施の形態3では、絶縁薄膜として
シリカ膜を使用している。
The top and side surfaces of the electrode are covered with an insulating thin film. Since the gap 35 between the electrodes in the third embodiment is as narrow as 2 μm, if the electrode is left bare, the potential difference between the gaps 35 becomes extremely large by application of a voltage for electrophoresis, so that electrolysis easily occurs.
This becomes more remarkable as the frequency becomes lower, and the range of frequencies that can be selected for both the voltage for measurement and the voltage for migration is narrowed, which is not desirable. However, by covering the top and side surfaces including the electric field concentration portion with an insulating thin film as in the third embodiment, it is possible to eliminate undesirable occurrence of electrolysis. Also in the third embodiment, since the voltage applied for measurement and migration is an alternating current, the principle of the present invention is that the number of microorganisms is measured by a change in capacitance even when the electrode tip is covered with an insulating thin film. No problem. In the third embodiment, a silica film is used as an insulating thin film.

【0088】一方、個々の薄膜電極31への配線32と
個々の薄膜電極31の対極への配線33は、電極の上面
及び側面部分に施された薄膜に比べて十分に厚い絶縁性
の厚膜で被覆されている。また、個々の薄膜電極31へ
の配線32と個々の薄膜電極31の対極への配線33の
間も同様の絶縁性の厚膜によって絶縁されている。さら
に、個々の薄膜電極31への配線32と個々の薄膜電極
31の対極への配線33は、浮遊静電容量が極力小さく
なるように配置されている。厚膜を通して試料中に漏れ
出る電界は電極の上面及び側面部分からの電界に比較す
ると非常に弱いものである。したがって、配線による電
界は微生物の誘電泳動に対して殆ど影響を与えることは
ない。実施の形態3では、絶縁厚膜としてシリカ膜を使
用しているが、これは前述の電界の漏れ出しを小さくす
るという条件を満たすものであればどのようなものであ
っても構わない。
On the other hand, the wirings 32 to the individual thin film electrodes 31 and the wirings 33 to the counter electrode of the individual thin film electrodes 31 are insulating thick films which are sufficiently thicker than the thin films formed on the upper and side surfaces of the electrodes. It is covered with. The wiring 32 to each thin film electrode 31 and the wiring 33 to the counter electrode of each thin film electrode 31 are also insulated by a similar insulating thick film. Further, the wiring 32 to each thin-film electrode 31 and the wiring 33 to the counter electrode of each thin-film electrode 31 are arranged such that the floating capacitance is as small as possible. The electric field leaking into the sample through the thick film is very weak as compared with the electric field from the top and side portions of the electrode. Therefore, the electric field generated by the wiring hardly affects the dielectrophoresis of the microorganism. In the third embodiment, a silica film is used as the insulating thick film. However, any film may be used as long as it satisfies the above-described condition of reducing the leakage of the electric field.

【0089】また、詳細には図示しないが、個々の薄膜
電極31への配線32と個々の薄膜電極31の対極への
配線33への配線は切り換え手段34を介して泳動電源
回路3や測定部4に接続されており、切換回路34は平
板電極30を構成する個々の薄膜電極31に対し一斉に
誘電泳動のための電圧を印加することができると同時
に、個々の薄膜電極31に対して測定のための電圧をそ
れぞれ個別に独立して印加することもできる。切り替え
手段34は実施の形態2と同様に、トランジスタスイッ
チまたはリレー等から構成されており、制御手段6によ
って制御されている。また、前述した切り替え手段に求
められる機能が満足されれば、構成にはとらわれないこ
とも実施の形態2と同じである。
Although not shown in detail, the wiring 32 to each thin-film electrode 31 and the wiring to the wiring 33 to the counter electrode of each thin-film electrode 31 are connected via a switching means 34 to the migration power supply circuit 3 and the measuring section. 4, the switching circuit 34 can simultaneously apply a voltage for dielectrophoresis to the individual thin-film electrodes 31 constituting the plate electrode 30 and simultaneously measure the individual thin-film electrodes 31. Can be applied individually and independently. The switching means 34 includes a transistor switch or a relay, as in the second embodiment, and is controlled by the control means 6. Further, as long as the function required of the above-described switching means is satisfied, the configuration is not limited, as in the second embodiment.

【0090】さらに、平板電極30を構成する個々の薄
膜電極31には整列した順に仮想的に通し番号が割り付
けられており、前述した測定のための電圧の印加は整列
した個々の薄膜電極31に対して通し番号順にスキャン
するように行なうことができる。そして多数の電極に対
しても一瞬のうちに測定を終了することが可能である。
Furthermore, serial numbers are virtually assigned to the individual thin-film electrodes 31 constituting the plate electrode 30 in the order in which they are arranged. Scanning in the order of serial numbers. Then, the measurement can be completed for a large number of electrodes in an instant.

【0091】実施の形態3での測定部4及び演算部5は
構成的には実施の形態1の測定部4と基本的に同様であ
るが、平板電極30を構成する個々の薄膜電極31のイ
ンピーダンスを測定することと、個々の薄膜電極31に
ついての演算結果を電極の番号と共にメモリに保存でき
る点が異なっている。
The measuring unit 4 and the calculating unit 5 in the third embodiment are basically similar in construction to the measuring unit 4 in the first embodiment. The difference is that the impedance can be measured and the calculation result of each thin film electrode 31 can be stored in a memory together with the electrode number.

【0092】実施の形態3において微生物数を知るため
に行われる測定と演算の考え方は、測定される項目が個
々の薄膜電極31間にかかる電圧と、それにより個々の
薄膜電極31を流れる電流と、前記電圧と電流の位相の
差であることと、測定結果から静電容量Cが演算される
ことは実施の形態1および2と同一であるが、その後、
微生物数を算出する過程が実施の形態1及び2と異な
る。これについて以下に説明する。
In the third embodiment, the concept of measurement and calculation performed to know the number of microorganisms is that the items to be measured are the voltage applied between the individual thin-film electrodes 31 and the current flowing through each individual thin-film electrode 31. , The difference between the phase of the voltage and the current and the calculation of the capacitance C from the measurement result are the same as in the first and second embodiments.
The process of calculating the number of microorganisms is different from the first and second embodiments. This will be described below.

【0093】実施の形態3における平板電極30を構成
する個々の薄膜電極31のギャップ35は実施の形態1
及び2と比較して小さな値となっている。したがって、
実施の形態2で説明したように個々の電極はダイナミッ
クレンジは狭いが「より感度の高い」電極であるといえ
る。したがって個々の薄膜電極31は例えば細菌等の微
生物では数個〜10個程度、酵母やそれ以上の大きさの
微生物については1個が泳動によってギャップ35に移
動するとそのインピーダンスが変化する、と同時に飽和
によって以降それ以上インピーダンスの変化は観察され
なくなる。このように、実施の形態3における平板電極
30は、たいへん感度が高いが飽和もしやすい個々の薄
膜電極31の集積されたものであるといえる。
In the third embodiment, the gaps 35 between the individual thin-film electrodes 31 constituting the plate electrode 30 are different from those of the first embodiment.
And 2 are smaller values. Therefore,
As described in the second embodiment, each electrode has a narrow dynamic range but can be said to be a "higher sensitivity" electrode. Therefore, the impedance of the individual thin-film electrodes 31 changes when, for example, several to ten microorganisms such as bacteria and one of yeast and microorganisms of a larger size move to the gap 35 by electrophoresis. Thereafter, no further change in impedance is observed. Thus, it can be said that the plate electrode 30 according to the third embodiment is an integrated one of the individual thin-film electrodes 31 that have very high sensitivity but are easily saturated.

【0094】実施の形態3においては、同一特性を持っ
た多数の薄膜電極31に一斉に誘電泳動のための電圧を
印加し、一定時間内にその中のどれだけの数の薄膜電極
31のインピーダンスが微生物のギャップ35への移動
によって変化するかを計数し、それを基にして微生物数
の算出を行なう方法をとっている。
In the third embodiment, a voltage for dielectrophoresis is simultaneously applied to a large number of thin film electrodes 31 having the same characteristics, and the impedance of any number of the thin film electrodes 31 within a given time is determined. Is changed by the movement of the microorganisms into the gap 35, and the number of microorganisms is calculated based on the counted number.

【0095】具体的な測定の流れは基本的に実施の形態
1と同様であるので詳細な説明は実施の形態1に譲る。
異なる点は、測定毎に平板電極30上の個々の薄膜電極
31全てがスキャンされてインピーダンスが測定される
ことである。測定は、初期値の取得後所定時間ごとに行
われ、測定ごとの個々の薄膜電極31の静電容量Cの変
化からあらかじめ設定された時点でそれまでにインピー
ダンスが変化した薄膜電極31の個数が算出される。
The specific flow of the measurement is basically the same as that of the first embodiment, and thus the detailed description will be given to the first embodiment.
The difference is that the impedance is measured by scanning all the individual thin-film electrodes 31 on the plate electrode 30 for each measurement. The measurement is performed every predetermined time after the acquisition of the initial value, and the number of the thin-film electrodes 31 whose impedance has changed so far at a preset time from the change of the capacitance C of each thin-film electrode 31 for each measurement is determined. Is calculated.

【0096】なぜ一定時間内にインピーダンスが変化し
た電極の数を数えることによって試料中の微生物数が算
出できるのかについて説明する。
The reason why the number of microorganisms in a sample can be calculated by counting the number of electrodes whose impedance has changed within a certain time will be described.

【0097】図7、図8、及び図9において平板電極3
0近傍に浮遊している微生物は、平板電極30に誘電泳
動のための電圧が印加されるともっとも距離的に近い電
極のギャップに向かって移動していく。これは微生物と
電極との距離が近いほど誘電泳動力も強く感じられるか
らである。今、試料中の微生物数が十分に多いとする
と、平板電極30上の任意の位置の個々の薄膜電極31
の近傍に微生物が浮遊している可能性はきわめて高く、
誘電泳動のための電圧が印加されると短時間のうちに平
板電極30上の多くの電極31のインピーダンスが微生
物のギャップ付近への移動によって変化する確率も高
い。一方、試料中の微生物数が極めて少ない場合には、
平板電極30上の任意の位置の個々の薄膜電極31の近
傍に微生物が浮遊している可能性は低くなり、誘電泳動
のための電圧印加後も、たまたまある電極の近傍に浮遊
していた微生物は直ちにその電極に引き寄せられるが、
平板電極30上のその他の個々の薄膜電極31はより遠
くを浮遊している微生物を移動させないとインピーダン
スが変化しないことになり、結果的に一定時間内にイン
ピーダンスが変化する個々の薄膜電極31の数は少なく
なる。
In FIGS. 7, 8 and 9, the plate electrode 3
When a voltage for dielectrophoresis is applied to the plate electrode 30, the microorganisms floating near 0 move toward the electrode gap that is the closest in distance. This is because the closer the distance between the microorganism and the electrode is, the stronger the dielectrophoretic force is felt. Now, assuming that the number of microorganisms in the sample is sufficiently large, the individual thin-film electrodes 31 at arbitrary positions on the plate electrode 30
It is extremely likely that microorganisms are floating near
When a voltage for dielectrophoresis is applied, there is a high probability that the impedance of many electrodes 31 on the plate electrode 30 changes in a short time due to the movement of microorganisms to the vicinity of the gap. On the other hand, when the number of microorganisms in the sample is extremely small,
Microorganisms are less likely to float near the individual thin-film electrodes 31 at any position on the plate electrode 30, and even after the application of voltage for dielectrophoresis, the microorganisms that happen to float near certain electrodes are reduced. Is immediately attracted to the electrode,
The impedance of the other individual thin-film electrodes 31 on the plate electrode 30 will not change unless microorganisms floating further away are moved, and as a result, the individual thin-film electrodes 31 whose impedance changes within a certain time period Fewer numbers.

【0098】このように、試料中の微生物数と一定時間
内にインピーダンスが変化する電極の数には比例関係が
あり、実施の形態1で説明したように、微生物数が明ら
かな校正用試料を予め測定し、その時の微生物数と一定
時間内に静電容量Cが変化した電極の数の間の相関関係
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
数を知ることにより、試料系配管7の微生物数を算出で
きる。
As described above, there is a proportional relationship between the number of microorganisms in the sample and the number of electrodes whose impedance changes within a certain period of time. As described in the first embodiment, a calibration sample having a clear number of microorganisms is used. By measuring in advance and knowing a function representing a curve obtained by regression analysis of the variation from the correlation between the number of microorganisms at that time and the number of electrodes whose capacitance C has changed within a certain time, the sample system piping 7 Can be calculated.

【0099】このように本実施の形態3では、一定時間
内にインピーダンスが変化した電極の数を数えることに
よって試料中の微生物数が算出でき、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, in the third embodiment, the number of microorganisms in the sample can be calculated by counting the number of electrodes whose impedance has changed within a certain period of time. An automatic measurement is also possible, and a maintenance-free microorganism counting apparatus can be provided.

【0100】[0100]

【発明の効果】本発明によれば、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、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及び
微生物数測定方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a simple and highly sensitive measurement which can be carried out without the need for a drug or a special device, and which can perform an automatic measurement and is maintenance-free. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1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 counting apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1における電極の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of an electrode according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1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 first embodiment of the present invention.

【図4】試料中の微生物数と測定時間と電極間の静電容
量C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 in a sample, measurement time, and capacitance C between electrodes.

【図5】本発明の実施の形態2における微生物数測定装
置の全体構成図
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a microorganism counting apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態2における電極の詳細説明
FIG. 6 is a detailed explanatory view of an electrode according to Embodiment 2 of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態3における微生物数測定装
置の全体構成図
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a microorganism counting apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態3における電極の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of an electrode according to Embodiment 3 of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態3における電極の一部を拡
大した詳細説明図
FIG. 9 is a detailed explanatory view in which a part of an electrode according to Embodiment 3 of the present invention is enlarged.

【図10】電極間の静電容量の計算方法を説明するため
の図
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of calculating capacitance between electrodes;

【図11】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. 11 is another diagram for explaining a method of calculating capacitance between electrodes;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セル 2,30 平板電極 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 11,14,31 薄膜電極 12,23,24,35 ギャップ 13,15 電気力線 20 電極 21 薄膜電極A 22 薄膜電極B 32,33 配線 34 切り替え手段 50 一方の極 51 他方の極 52 静電容量 53 抵抗 54 時間軸 55 電圧または電流軸 56 電流 57 電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell 2, 30 Plate electrode 3 Electrophoresis power supply circuit 4 Measuring part 5 Operation part 6 Control means 7 Sample piping 8 Solenoid valve 9 Display means 10 Substrate 11, 14, 31 Thin film electrode 12, 23, 24, 35 Gap 13, 15 Line of electric force 20 Electrode 21 Thin film electrode A 22 Thin film electrode B 32, 33 Wiring 34 Switching means 50 One pole 51 The other pole 52 Capacitance 53 Resistance 54 Time axis 55 Voltage or current axis 56 Current 57 Voltage

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】微生物含有の液体を導入することができ、
内部に複数の電極を備えたセルと、前記セル中に誘電泳
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泳動電源回路と、前記電極のう
ち電圧を印加する電極間のインピーダンスを測定する測
定部と、前記測定部の測定結果を演算して微生物数を算
出する演算部と、前記泳動電源回路と前記測定部と前記
演算部を制御するための制御手段とを備え、前記電極の
うち誘電泳動力を発生させるための電極には基盤上に形
成された薄膜電極が含まれており、少なくとも前記薄膜
電極の端線に電界が集中することを特徴とする微生物数
測定装置。
1. A microorganism-containing liquid can be introduced,
A cell having a plurality of electrodes therein, an electrophoresis power supply circuit for applying an alternating voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell between any of the electrodes, and a voltage among the electrodes. A measuring unit for measuring the impedance between the electrodes to be applied, a calculating unit for calculating the number of microorganisms by calculating the measurement result of the measuring unit, and a control for controlling the electrophoresis power supply circuit, the measuring unit, and the calculating unit Means, wherein the electrode for generating dielectrophoretic force among the electrodes includes a thin-film electrode formed on a substrate, and an electric field is concentrated at least on an end line of the thin-film electrode. Microorganism counting device.
【請求項2】微生物含有の液体を導入することができ、
内部に複数の電極を備えたセルと、前記セル中に誘電泳
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泳動電源回路と、前記電極のう
ち電圧を印加する電極間のインピーダンスを測定する測
定部と、前記測定部の測定結果を演算して微生物数を算
出する演算部と、前記泳動電源回路と前記測定部と前記
演算部を制御するための制御手段とを備え、前記電極の
うち誘電泳動力を発生させるための電極には基盤上に形
成された所定厚みの薄膜電極が含まれており、少なくと
も前記薄膜電極の端面に電界が集中することを特徴とす
る微生物数測定装置。
2. A liquid containing microorganisms can be introduced,
A cell having a plurality of electrodes therein, an electrophoresis power supply circuit for applying an alternating voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell between any of the electrodes, and a voltage among the electrodes. A measuring unit for measuring the impedance between the electrodes to be applied, a calculating unit for calculating the number of microorganisms by calculating the measurement result of the measuring unit, and a control for controlling the electrophoresis power supply circuit, the measuring unit, and the calculating unit Means, the electrode for generating a dielectrophoretic force among the electrodes includes a thin film electrode having a predetermined thickness formed on a base, and at least an electric field is concentrated on an end face of the thin film electrode. Characteristic microorganism counting device.
【請求項3】インピーダンスを測定する電極が薄膜電極
を含む複数組の電極であって、前記複数組の電極は異な
るインピーダンスをもち、それぞれの測定結果を演算部
が比較することにより微生物数を算出することを特徴と
する請求項1または2に記載の微生物数測定装置。
3. An electrode for measuring impedance is a plurality of sets of electrodes including a thin-film electrode, wherein the plurality of sets of electrodes have different impedances, and a calculation unit compares the respective measurement results to calculate the number of microorganisms. The apparatus for measuring the number of microorganisms according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】インピーダンスを測定する電極が薄膜電極
を含む複数組の電極であって、前記複数組の電極は同一
のものからなり、それぞれの測定結果を演算部が比較す
ることにより微生物数を算出することを特徴とする請求
項1または2に記載の微生物数測定装置。
4. An electrode for measuring impedance is a plurality of sets of electrodes including a thin-film electrode, wherein the plurality of sets of electrodes are the same, and the calculation unit compares the respective measurement results to determine the number of microorganisms. The microorganism counting device according to claim 1, wherein the number is calculated.
【請求項5】インピーダンスを測定する電極が薄膜電極
を含む複数組の電極であって、前記複数組の電極は同一
のものからなり、所定時間内に微生物の移動でインピー
ダンスが変化した電極の数を測定手段が計数することに
より微生物数を算出することを特徴とする請求項1また
は2に記載の微生物数測定装置。
5. An electrode for measuring impedance is a plurality of sets of electrodes including a thin-film electrode, wherein the plurality of sets of electrodes are the same, and the number of electrodes whose impedance has changed due to the movement of microorganisms within a predetermined time. The number of microorganisms is calculated by counting the number of microorganisms by the measuring means.
【請求項6】測定部がインピーダンスを測定するとき、
制御手段が誘電泳動力を発生するための電圧の印加を停
止することを特徴とする請求項1〜5記載の微生物数測
定装置。
6. When the measuring section measures the impedance,
6. The apparatus according to claim 1, wherein the control unit stops applying a voltage for generating a dielectrophoretic force.
【請求項7】電極が絶縁薄膜で被覆されていることを特
徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の微生物数測定
装置。
7. An apparatus according to claim 1, wherein the electrode is covered with an insulating thin film.
【請求項8】微生物含有の液体を導入することができ、
内部に複数の電極を備えたセルと、前記セル中に誘電泳
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泳動電源回路と、前記電極のう
ち電圧を印加する電極間のインピーダンスを測定する測
定部と、前記測定部の測定値と微生物数との関係を予め
演算しメモリした換算テーブルと、前記泳動電源回路と
前記測定部と前記演算部を制御するための制御手段とを
備え、前記電極のうち誘電泳動力を発生させるための電
極には基盤上に形成された薄膜電極が含まれており、少
なくとも前記薄膜電極の端線に電界が集中することを特
徴とする微生物数測定装置。
8. A microorganism-containing liquid can be introduced,
A cell having a plurality of electrodes therein, an electrophoresis power supply circuit for applying an alternating voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell between any of the electrodes, and a voltage among the electrodes. A measuring unit for measuring the impedance between the electrodes to be applied, a conversion table in which the relationship between the measured value of the measuring unit and the number of microorganisms is calculated and stored in advance, and the electrophoresis power supply circuit, the measuring unit, and the calculating unit are controlled. Control means for generating a dielectrophoretic force among the electrodes includes a thin-film electrode formed on a substrate, and an electric field is concentrated at least on an end line of the thin-film electrode. A microorganism counting device characterized by the above-mentioned.
【請求項9】微生物含有の液体を導入することができ、
内部に複数の電極を備えたセルと、前記セル中に誘電泳
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泳動電源回路と、前記電極のう
ち電圧を印加する電極間のインピーダンスを測定する測
定部と、前記測定部の測定値と微生物数との関係を予め
演算しメモリした換算テーブルと、前記泳動電源回路と
前記測定部と前記演算部を制御するための制御手段とを
備え、前記電極のうち誘電泳動力を発生させるための電
極には基盤上に形成された所定厚みの薄膜電極が含まれ
ており、少なくとも前記薄膜電極の端面に電界が集中す
ることを特徴とする微生物数測定装置。
9. A microorganism-containing liquid can be introduced,
A cell having a plurality of electrodes therein, an electrophoresis power supply circuit for applying an alternating voltage for generating a dielectrophoretic force in the cell between any of the electrodes, A measuring unit for measuring the impedance between the electrodes to be applied, a conversion table in which the relationship between the measured value of the measuring unit and the number of microorganisms is calculated and stored in advance, and the electrophoresis power supply circuit, the measuring unit, and the calculating unit are controlled. Control means for generating a dielectrophoretic force among the electrodes includes a thin-film electrode having a predetermined thickness formed on a substrate, and an electric field is concentrated on at least an end face of the thin-film electrode. A microorganism counting device characterized by performing the following.
【請求項10】複数の電極を備えたセル内に微生物含有
の液体を導入し、前記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の微生物に誘電泳動力を及ぼ
して電界集中部に集めるとともに、電極間でインピーダ
ンスを測定して微生物数を算出する微生物数測定方法で
あって、交流電極を印加する電極を薄膜電極とし、前記
薄膜電極の端線または端面に沿って微生物を集中させて
微生物数を測定することを特徴とする微生物数測定方
法。
10. A microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an alternating voltage is applied between any of the electrodes to exert a dielectrophoretic force on the microorganisms in the cell. A method for measuring the number of microorganisms by collecting impedance in an electric field concentration portion and measuring impedance between the electrodes, wherein the electrode to which the AC electrode is applied is a thin-film electrode, and along the edge line or end surface of the thin-film electrode. A method for measuring the number of microorganisms, wherein the number of microorganisms is measured by concentrating the microorganisms.
【請求項11】複数の電極を備えたセル内に微生物含有
の液体を導入し、前記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の微生物に誘電泳動力を及ぼ
して電界集中部に集めるとともに、電極間でインピーダ
ンスを測定して微生物数を算出する微生物数測定方法で
あって、インピーダンスを測定するための電極を異なる
特性の複数組の電極から構成し、前記複数組の電極間の
インピーダンスをそれぞれ測定して、これを比較し微生
物数を算出する微生物数測定方法。
11. A microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an AC voltage is applied between any of the electrodes to exert a dielectrophoretic force on the microorganisms in the cell. A method for measuring the number of microorganisms by collecting impedance in an electric field concentrating part and measuring impedance between electrodes, wherein the electrodes for measuring impedance are composed of a plurality of sets of electrodes having different characteristics, and A method for measuring the number of microorganisms by measuring the impedance between the electrodes and comparing the measured impedances.
【請求項12】複数の電極を備えたセル内に微生物含有
の液体を導入し、前記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の微生物に誘電泳動力を及ぼ
して電界集中部に集めるとともに、電極間でインピーダ
ンスを測定して微生物数を算出する微生物数測定方法で
あって、インピーダンスを測定するための電極を同一な
複数組の電極から構成し、前記複数組の電極間のインピ
ーダンスをそれぞれ測定して、これを比較し微生物数を
算出する微生物数測定方法。
12. A microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an AC voltage is applied between any of the electrodes to exert a dielectrophoretic force on the microorganisms in the cell. A method for counting the number of microorganisms by collecting impedance in an electric field concentrating part and measuring the impedance between the electrodes, wherein the electrodes for measuring the impedance are composed of the same plural sets of electrodes, and the plural sets of the electrodes are used. A method for measuring the number of microorganisms, which measures the impedance between electrodes and compares the measured values to calculate the number of microorganisms.
【請求項13】複数の電極を備えたセル内に微生物含有
の液体を導入し、前記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の微生物に誘電泳動力を及ぼ
して電界集中部に集めるとともに、電極間でインピーダ
ンスを測定して微生物数を算出する微生物数測定方法で
あって、所定時間内に前記電界集中部内で微生物を移動
させ、微生物の移動によってインピーダンスが変化した
電極の数を計数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。
13. A microorganism-containing liquid is introduced into a cell provided with a plurality of electrodes, and an AC voltage is applied between any of the electrodes to exert a dielectrophoretic force on the microorganisms in the cell. A method for counting the number of microorganisms by collecting impedance in an electric field concentration part and measuring impedance between electrodes, wherein the microorganisms are moved within the electric field concentration part within a predetermined time, and the impedance is changed by the movement of the microorganisms. A method for measuring the number of microorganisms, comprising calculating the number of microorganisms by counting the number of electrodes.
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