[发明专利]电化学测定装置及转换器

说明书

提供一种电化学测定装置，测定溶液中的生物样本所生成或消耗的化学物质，其包括：多个电极面、间隔部、至少一个壁板。多个电极面、间隔部和壁板配置在同一平面上。各电极面的直径d_el为80μm以下。间隔部的高度是h＝21.8(d_el+0.8)/(d_el+9.7)±5[μm]的范围内的规定值。间隔部具有如下构造：在生物样本与间隔部接触的状态下，不形成由生物样本、平面和间隔部封闭的三维区域。壁板具有使溶液中的溶质不能透过的性质，并具有间隔部的高度以上的高度。两个电极面由壁板隔开。

技术领域

本发明涉及用来对生物样本所生成或消耗的化学物质进行电化学测定的电化学测定装置及转换器。生物样本是(1)构成生物的要素，或是(2)构成生物的要素的集合体，或是(3)生物相关物质[生物相关物质是存在于生物体内的化学物质，例如包括生物高分子、构成生物高分子的要素、生物生存所需的化学物质]，或是(4)包括(1)～(3)之中一项以上的有形物。作为生物样本，可例示包含细胞、细胞团、组织片、生物相关物质的非生物有形物。

背景技术

构建对细胞所生成或消耗的化学物质进行定量评价的技术不仅有助于基础生物化学的发展，对医疗及生命科学的发展也大有助益。该技术例如可用作癌检中使用的细胞诊断、再生医疗及免疫细胞治疗中使用的移植用细胞的品质评价、药效评价及毒性评价中的动物实验的替代。

但是，细胞的生理活性不仅因温度、pH、培养基成分、相邻的细胞、胞外基质等细胞周围环境而变化，而且也随着基因导入、药物暴露、应力施加等外部刺激、和细胞分裂或细胞死亡等细胞活动而经时变化。

因此，实际上为了评价在生物内运动的细胞的真实性质，重要的是：将生物样本即细胞在活体状态(即，保持细胞生理活性的状态)下设置在尽可能接近生物内的环境中，进一步地，针对外部刺激和细胞活动而实时地测定该细胞所生成或消耗的化学物质。

作为将生物样本即细胞设置在接近生物内的环境中的方法之一，已知有如下方法：不使用单一细胞，而是将多个细胞和胞外基质(extracellular matrix：ECM)成分的聚集体即细胞团(spheroids：球状体)用作生物样本。

细胞具有的种种生理活性大多由该细胞与该细胞接触的相邻细胞或ECM的相互作用表达，因而，认为细胞团比单一细胞更忠实地再现生物内的环境。

作为细胞团，可例示从胰腺提取的胰岛细胞、受精卵、通过细胞培养得到的肝细胞或神经细胞的球状体、ES(embryonic stem)细胞的胚状体等。

细胞活性的评价中使用的细胞团的直径因构成细胞的种类、生物内的提取部位、培养条件等而不同，但是，为100～600μm左右。这是因为：直径100μm以下的小细胞团中，由于构成细胞数过少，故而细胞团特有的生理活性难以呈现；而直径600μm以上的大细胞团中，氧不会扩散至细胞团中心部的细胞，容易导致细胞坏死。

作为对细胞所生成或消耗的化学物质进行实时测定的方法，使用电化学方法。电化学方法中，用于对生物样本的各种电化学信号进行检测的电极(工作电极)被使用。工作电极设置在浸有生物样本的溶液内。按照工作电极的电位控制或者电流控制的不同，存在各种检测法。在细胞等的代谢活性相关的测定中，从可比性高、解析简易的角度出发，使用以计时电流(Chrono Amperometry)法、循环伏安(Cyclic Voltammetry)法为代表的控制电位电解法(定电位电解法)。控制电位电解法是将工作电极的电位作为时间的函数进行控制，检测工作电极上产生的电流值。

通常的细胞团所生成或消耗的化学物质的电化学测定中，预先设定有如下反应系：随着细胞团的物质代谢，在细胞团内或者细胞团表面生成或消耗具有氧化还原活性的化学物质。该化学物质在工作电极上被氧化或被还原，产生电流。

作为随着细胞的物质代谢而生成或消耗具有氧化还原活性的化学物质的反应系，可根据关注的代谢系设计各种系。在以高灵敏度地检测极微量的代谢物质为目的的情况下，优选使用利用了酶促反应的系。