用於測量液體樣本的電特性的樣本筒和裝置的製作方法

2023-05-27 19:06:26 1

專利名稱：用於測量液體樣本的電特性的樣本筒和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於測量液體樣本的電特性的樣本筒和裝置。更具體地，本發明涉及具有用於高精度測量液體樣本的電特性的結構的樣本筒等。
背景技術：
已經進行了測量液體樣本的電特性、然後由測量結果進行樣本物理性能的確定，或者識別包含在樣本中的細胞等的種類(例如，參考日本未審查專利申請公開號 2009-042141)。作為測量的電特性，可給出復介電常數或復介電常數的頻率分散(介電頻譜)。通常，使用設置有用於將電壓施加到溶液的電極的溶液保持器等等，通過測量電極之間的復電容或者復阻抗來計算復介電常數或其頻率分散。日本未審查專利申請公開號2010-181400中，公開了從血液介電常數中獲得關於血液凝固信息的技術，並且描述了「一種血液凝固系統分析裝置，包括一對電極；用於在預定的時間間隔內將交流電壓施加到該對電極上的施加裝置；用於測量設置在該對電極之間的血液的介電常數的測量裝置；以及用於使用血液介電常數分析血液凝固系統的工作度的分析裝置，其中，該血液介電常數在作用在血液上的抗凝固劑作用解除以後在預定的時間間隔內測得」。在過去，作為血液凝固系統的測試，眾所周知凝血酶原時間或者活化部分凝血活酶時間。在日本未審查專利申請公開號2010-181400中描述的血液凝固系統分析裝置中， 從粘彈性的動態觀點看，通過使用在血液開始凝固之前介電常數隨時間的變化，可分析早期血液凝固系統的工作。因此，考慮與過去的測試方法相比，能夠增大分析精度並能夠進行早期分析。

發明內容
在液體樣本的電特性測量中，液體樣本和用於將電場施加到樣本溶液的電極之間的接觸是不可避免的。然而，存在一種情況液體樣本在電極的接觸表面進行化學反應。在這種情況下，化學反應會影響測量結果，使得變得不可能精確地測量液體樣本的電特性。例如，在平行板型電容器類電極之間充滿血液，然後測量其凝固過程，在這種情況下，由於與電極表面的接觸，血液的內源性凝血反應被激活，使得與原本的過程相比，該凝固過程被進一步地促進(accelerate)，由此存在不可能獲得正確的測量結果的情況。此外，在液體樣本的電特性測量中，存在在液體樣本和電極之間的接觸面處發生界面極化的情況，並且也是在這種情況下，由於界面極化的影響，很難精確測量液體樣本的電特性。需要提供一種通過抑制液體樣本在與電極的接觸面內的化學反應或界面極化對測量結果的影響而具有高精度的測量液體樣本電特性的技術。根據本發明實施例，提供了一種用於測量液體樣本的電特性的樣本筒，該樣本筒通過將絕緣材料形成為筒狀體而製成，該樣本筒能夠在由分別從兩端的開口插入內腔的彼此相對的電極的表面和內腔的表面構成的區域內保持液體樣本，其中，該區域內設置有位於兩個相對電極之間並具有窄化的內腔的狹窄部。在本發明實施方式的樣本筒中，該狹窄部的內腔的橫截面面積比構成該區域的各電極表面的面積小。根據該構造，在樣本筒中，充滿在整個區域內的液體樣本的復阻抗約等於存在於狹窄區域內的液體樣本的復阻抗。該樣本筒可具有作為內部構造的電極。此外，根據本發明的另一個實施方式，提供了一種用於測量液體樣本的電特性的裝置，包括一對電極，用於將電壓施加到液體樣本上；樣本筒，通過將絕緣材料形成為筒狀體而製成該樣本筒，該樣本筒能夠在由分別從兩端的開口插入內腔的彼此相對的電極的表面和內腔的表面構成的區域內保持液體樣本，其中，在該區域內設置有位於兩個相對電極之間並具有變窄的內腔的狹窄部；施加部，將電壓施加到所述電極；以及測量部，測量所述液體樣本的電特性。在該電特性測量裝置中，充滿在整個區域內的液體樣本的復阻抗約等於存在於狹窄區域內的液體樣本的復阻抗。通過使用血液作為液體樣本並測量該血液的介電常數，該電特性測量裝置可優選地用作血液凝結系統分析裝置。根據本發明，通過抑制液體樣本在與電極的接觸面內的化學反應或界面極化對測量結果的影響而提供了一種具有高精度的測量液體樣本電特性的技術。


圖1為示出了關於本發明的電特性測量裝置的示意性構造的示意圖。圖2為示意性示出關於本發明的樣本筒構造的透視圖。圖3為示意性示出關於本發明的樣本筒構造的截面圖。圖4為示出了用於實施例中的樣本筒各部分的尺寸的示意圖。圖5為示出了實施例中血液凝固過程的介電光譜測量結果的曲線圖。圖6為示出了實施例中通過使用自由振動式流變儀測量的血液凝固過程的測量結果的曲線圖。圖7為示出了實施例中通過使用過去使用的電容式電極電池以及關於本發明的樣本筒進行血液凝固過程的介電光譜測量結果的曲線圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖描述本發明的優選實施方式。此外，下面要描述的實施方式要闡述本發明的典型實施方式的實施例，本發明的範圍不由本實施方式狹義地解釋。此外， 將按照下面的順序進行描述。1.液體樣本的電特性測量裝置(1)裝置的整體構造(2)樣本筒的構造1.液體樣本的電特性測量裝置
(1)裝置的整體構造圖1中，示出了關於本發明的液體樣本的電特性測量裝置(下文中簡稱為「測量裝置」)的示意性構造。在該圖中，符號A所表示的測量裝置包括樣本筒2，保持液體樣本和把電壓施加到保持在樣本筒2內的液體樣本的一對電極11和12 ；把電壓施加到電極11和12的電源 (施加部)3;以及測量液體樣本的電特性的測量部(測量部)41。該測量部41和分析部42 一起構成信號處理部分4，分析部42從測量部41接收測量結果的輸出，並在液體樣本上進行物理特性測量等等。在樣本筒2和/或信號處理部4設置了溫度傳感器(未示出)和熱電元件(未示出)。測量裝置A使用溫度傳感器測量液體樣本的溫度，並把對應於測量結果的信號量提供給熱電元件，由此調整液體樣本的溫度。電源3在接收測量開始命令的時間點或者作為開始的時間點的接通電源的時間點施加電壓。具體地說，在設置的每個測量間隔內，電源3向電極11和12施加預定頻率的交流電壓。此外，電源3施加的電壓可根據測量的電特性設置為直流電壓。測量部41在接收到測量開始命令的時間點或者作為開始時間點的接通電源的時間點測量電特性，例如，復介電常數(下文中簡稱為「介電常數」)，或其者頻率分散。具體地，例如，在測量介電常數的情況下，測量部41以預定周期測量電極11和12之間的電流或阻抗，並由測量結果得到介電常數。在介電常數導出的過程中，使用表達電流或阻抗和介電常數之間的關係的現有函數或關係表達式。在每個測量間隔內，表示從測量部41得到的介電常數的數據(下文中也稱為「介電常數數據」)被提供給分析部42。分析部42接收由測量部41提供的介電常數數據，然後在液體樣本上開始物理特性測量等等。分析部42通知液體樣本的物理特性測量等的結果和/或介電常數數據中的一個或這兩者。比如，該通知通過在監視器上顯示圖形或者在給定的介質上印刷來執行。在上面提及的日本未審查專利申請公開號第2010-181400中，發明人闡明了血液介電常數的時間變化反映了血液凝固過程，介電常數的上升變化可變成在數量上表達血液凝固過快或血液凝固能力的程度的指數。尤其地，根據介電常數的測量，可觀察開始階段的血液凝固過程，在過去的自由阻尼振動式流變儀中不可能進行這種觀察。因此，如果在測量裝置A中，血液用作液體樣本，就可以由血液介電常數數據執行血液凝固系統的分析。具體地，例如，在分析部42，檢測最接近在分析階段內接收的多個介電常數數據項分別表示的介電常數的直線。然後，所檢測的直線的傾斜度被求得為表示血液凝固過程的初始階段介電常數的增加量的參數，該傾斜度預測血液凝固過快或凝固能力的程度由該傾斜度預測到。由於直線的傾斜度越大，血液凝固過快或凝固能力的程度就越大，例如，在資料庫或函數的基礎上進行該預測，其中該程度和直線的傾斜度彼此關聯。通過以這種方式在所檢測的直線傾斜度的基礎上預測血液凝固過快或凝固能力的程度，變得可在短時間內進行血液凝固系統的分析。出了下面將要描述的樣本筒2的構造以外，上述的測量裝置A的構造可為一裝置， 該裝置相當於發明人在日本未審查專利申請公開號2010-181400中公開的血液凝固系統分析裝置的構造或者是對該血液凝固系統分析裝置的構的適當改進。
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(2)樣本筒的構造在圖2和圖3中，示意性地示出了樣本筒2的構造。圖2為透視圖，圖3為截面圖。樣本筒2通過把絕緣材料形成為筒狀體而製成。作為絕緣材料，雖然沒有受到特別的限制，該絕緣材料可為比如疏水性和絕緣聚合物、共聚物、或者共混聚合物，例如聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或者聚四氟乙烯。進一步地，樣本筒2也可以是這些疏水性和絕緣聚合物等等塗覆在給定材料形成的筒狀體的表面上的元件。樣本筒2的形狀也可為具有多邊形(三角形、四邊形或更多邊形)橫截面的筒狀體，而非附圖中所示的圓柱體。上述電極11和12從樣本筒2兩端的開口 21和22插入筒狀體的內腔。上述的電源3和測量部41通過配線(未示出)被連接到電極11和12。樣本筒2把液體樣本保持在由電極11和12的表面以及筒狀體內腔的表面構成的區域23內。因此，優選通過電極11 和12密封開口 21和22而氣密地配置區域23。然而，如果液體樣本可停滯測量所需要的一段時間，區域23可不具有密封構造。此外，在此，電極11和12已被描述為樣本筒2的外部構造。然而，電極11和12也可被製成附接到樣本筒2的內部構造。在樣本筒2被製成一次性的情況下，優選電極11和12被設置為外部構造。液體樣本引入區域23可通過在將電極11和12插入樣本筒2兩端的開口 21和22 後，將注射針B從圓柱體的外表面插入內腔，然後注射樣本溶液來完成。注射後，通過用油脂等阻斷注射針B的貫通部分，可維持區域23的氣密狀態。在測量裝置A中進行血液凝固系統分析的情況下，血液被引入區域23，抗凝固作用被解除，然後開始測量。在區域23，設置了位於彼此相對電極11和12之間並具有變窄的內腔的狹窄部 24(參考圖幻。通過把圓柱體內腔的表面突出到內腔側來設置窄化部24。通過基於絕緣材料的具有絕緣特性的狹窄部24，區域23被分為電極11側的第一區域231和電極12側的第二區域232。然後，第一區域231的一部分和第二區域232的一部分通過作為狹窄部M內腔部分的狹窄區域233彼此聯通。引入區域23的液體樣本連續充滿第一區域231、狹窄區域233和第二區域232。狹窄部M可被設置為多個。即，狹窄區域233可通過在分隔壁內打多個通孔製成，其中，分隔壁通過將圓柱體內腔的表面突出到內腔側而設置。狹窄部的內腔的橫截面積(狹窄區域233)形成為小於每個電極11和12的表面面積。如將在下面詳細描述的，通過該構造，填滿整個區域23的液體樣本的復阻抗約等於存在於狹窄區域233內的液體樣本的復阻抗，存在於狹窄區域233內的液體樣本的電特性決定填滿整個區域23的液體樣本的電特性的測量結果。因此，甚至在由於與電極11和12接觸在第一區域231或第二區域232內進行液體樣本化學反應的情況下，也可測量液體樣本的電特性，而不受化學反應的影響。進一步地， 甚至在第一區域231或第二區域232內每個電極11和12和液體樣本之間的接觸面發生界面極化的情況下，也可測量液體樣本的電特性，而不受界面極化的影響。具體地，在測量裝置A內進行血液凝固系統分析的情況下，甚至在由於在第一區域231或第二區域232內與電極11和12的接觸而激活血液的內源性凝血反應，因此促進凝固過程的情況下，或者在與電極11和12的接觸表面內發生界面極化的情況下，高精度測量血液的介電常數，使得可精確地評估血液凝固系統的作用(function)。狹窄區域233的橫截面面積製成使充滿樣本溶液的狹窄區域233部分的復阻抗變得遠遠小於狹窄部除了狹窄區域233以外的部分)的復阻抗的尺寸。而且，狹窄區域233的橫截面面積的上限值和長度(參看圖3的符號d)的下限值根據每個電極11和12的表面面積和電極之間的距離(參看圖3中的符號L)來設置，使得充滿樣本溶液的狹窄區域 233部分的復導納(復阻抗的倒數)和狹窄部M(除了狹窄區域233以外的部分)的復導納之和約等於整個區域23的復導納。此外，狹窄區域233的橫截面面積被製成使得狹窄區域233內充滿的樣本溶液的電特性與樣本溶液的宏觀電特性相同的尺寸。
在已經使用樣本筒2測量了區域23內充滿的液體樣本的復阻抗的情況下，所觀察的復阻抗a!通過下列表達式(ι)表示。
權利要求
1.一種用於測量液體樣本的電特性的樣本筒，所述樣本筒通過將絕緣材料形成為筒狀體而製成，其中，所述樣本筒能夠在由分別從兩端的開口插入內腔的彼此相對的電極的表面和所述內腔的表面構成的區域內保持所述液體樣本，所述區域內設置有位於兩個相對的所述電極之間並具有變窄的內腔的狹窄部。
2.根據權利要求1所述的樣本筒，其中，所述狹窄部的內腔的橫截面面積比構成所述區域的各電極表面的面積小。
3.一種用於測量液體樣本的電特性的樣本筒，包括 筒狀體，由絕緣材料構成；以及電極，彼此相對並且分別從所述筒狀體兩端的開口插入內腔，其中，所述液體樣本能夠保持在由所述電極的表面和所述筒狀體的內腔表面構成的區域內，在所述區域內設置有位於兩個相對的所述電極之間並具有變窄的內腔的狹窄部。
4.一種用於測量液體樣本的電特性的裝置，包括 一對電極，用於將電壓施加到所述液體樣本上；樣本筒，通過將絕緣材料形成為筒狀體製成所述樣本筒，並且所述樣本筒能夠在由分別從兩端的開口插入內腔的彼此相對的電極的表面和所述內腔的表面構成的區域內保持所述液體樣本，其中，在所述區域內設置有位於兩個相對的所述電極之間並具有變窄的內腔的狹窄部； 施加部，將電壓施加到所述電極；以及測量部，測量所述液體樣本的所述電特性。
5.一種血液凝固系統分析裝置，包括 一對電極，用於將電壓施加到血液；樣本筒，通過將絕緣材料形成為筒狀體而製成，並且能夠在由分別從兩端的開口插入內腔的彼此相對的所述電極的表面和所述內腔的表面構成的區域內保持所述血液，其中， 位於兩個相對的所述電極之間並具有變窄的內腔的狹窄部設置在所述區域內； 施加部，將交流電壓施加到所述電極；以及測量部，測量所述血液的介電常數。
全文摘要
本發明提供了一種用於測量液體樣本的電特性的樣本筒和裝置，該樣本筒通過將絕緣材料形成為筒狀體而製成，所述樣本筒能夠在分別從兩端的開口插入內腔的電極的表面和內腔的表面構成的區域內保持液體樣本，其中，在該區域內設置有位於兩個相對電極之間並具有變窄的內腔的狹窄部。
文檔編號G01R31/00GK102435855SQ20111025633
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月31日 優先權日2010年9月1日
發明者林義人, 勝本洋一 申請人:索尼公司