JP2001194335A - バイオセンサー装置 - Google Patents
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- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
Abstract
較的短時間に輸送する能力を製造者に提供するトップド
ースセンサー(top dose sensor)を提供する。 【解決手段】 基板;基板上に置かれた電極;入口を含
むカバー;電極とカバーの間に置かれた1枚以上のプレ
ートであって、開口部および該開口部から間隔をおいて
配置されたミクロ構造体を含む1枚以上のプレート;お
よび該1枚以上のプレート上に存在する試薬;を含むこ
とを特徴とするバイオセンサー装置を提供する。
Description
にはトップドースセンサー(top dose sensor)に関す
る。
該バイオセンサーは、生物サンプル、特に血液からの様
々なアナライト(被検体)の濃度を測定するために使わ
れている。電気化学バイオセンサーは、米国特許第5,41
3,690号;第5,762,770号;および第5,798,031号、なら
びに国際公開(International Publication)WO99/3015
2に記載されており、これらのいずれの開示も参照によ
り本明細書に組み入れられる。
は、液体サンプルを水平および垂直の両方向に比較的短
時間に輸送する能力を有するトップドースセンサー(to
p dose sensor)を提供することである。また、多重ア
ッセイが可能な有孔プレートを有するバイオセンサーを
提供する。
(base)、基板上に置かれた電極、入口(port)を含む
カバー、電極とカバーとの間に置かれた1枚以上のプレ
ート、および1枚以上のプレート上に位置する試薬から
成るバイオセンサー装置が提供される。1枚以上のプレ
ートには、開口部および該開口部と間隔をおいて配置さ
れたミクロ構造体が含まれる。
置かれた電極、基板上に置かれたプレート、カバー、お
よびプレートとカバーとの間に置かれた1つ以上の試薬
から成るバイオセンサー装置が提供される。プレートは
1つ以上の電極と連絡する開口部を含み、カバーはカバ
ーを貫通して設けられた入口を含む。入口はプレートと
連絡しており、開口部とオフセット(offset)してい
る。
置かれた電極、基板上に置かれた第1プレート、第1プ
レート上に置かれた第2プレート、第2プレート上に置
かれたカバー、ならびに第1および第2プレートの少な
くとも1つの上に置かれた試薬から成るバイオセンサー
装置を提供する。第1および第2プレートは、それぞれ
お互いにオフセットの関係にある開口部を含み、カバー
は第2プレートの開口部とオフセットの関係にある入口
を含む。
のアナライトを検出するためのバイオセンサー装置が提
供される。該バイオセンサー装置は、基板、基板上に置
かれた電極、電極から間隔をおいて配置されかつ液体サ
ンプル試薬を受け入れる大きさの入口を含むように形成
されたカバー、および液体サンプルをカバーの入口から
電極へ分配する手段から成る。該分配手段は、液体サン
プルをカバーの入口から放射状に外側へ拡大させかつ液
体がカバーにほぼ垂直な方向で電極に向って流れうるよ
うに形成される。
本発明を実施する最良の方式を例示する以下の好ましい
実施形態の詳細な説明を考慮すれば、当業者には明らか
になるであろう。
よび垂直の両方向に比較的短時間に輸送する能力を製造
者に提供するトップドースセンサー(top dose senso
r)に関する。本発明のセンサーは有孔プレートの1シ
リーズから成り、該プレートは、隣接するプレートがほ
ぼ平行に重なる関係に配置され、隣接するプレート間に
液体分配間隙(liquid distribution gap)を形成する
ように作られる。プレートの開口部(aperture)はお互
いにオフセットしている。従って、液体は、開口部を通
過する垂直流とプレート間の液体分配間隙を通過する水
平流とを交替しながら、プレートのシリーズを通過す
る。
が、これらの図は一定の縮尺で描かれておらず、複数図
内の類似の構成要素には同じ番号が付されている。い
ま、特定的に図1〜3を参照すると、本発明のセンサー
10は基板12、基板12に置かれた電極セット14、カバー1
6、プレートのシリーズ18、および基板12、カバー16、
およびプレートのシリーズ18を一緒に接続するヒンジの
シリーズ23を含む。サンプル24が電極セット14に移動す
る時に、カバー16とプレートのシリーズ18は協同して液
体サンプル24を水平に分配する。以下に詳細に考察され
るように、基板12、カバー16、プレートのシリーズ18お
よびヒンジ23は、成形した多樹脂材料(multi-resinous
material)の単一片から形成される。
はセンサー10の基板12上に支持される。基板12は、プレ
ートのシリーズ18に面する頂表面26、底表面28、前端面
30、後端面32、および側壁34、36を含む。頂表面26と前
端面30によってへこみ38が形成されている。へこみ38
は、中に電気絶縁体40を受け入れるサイズに作られてい
る。基板12はほぼ矩形の形状で示されているが、基板12
は、本発明の開示によれば、様々な形状およびサイズで
作ることができる。
こみ38内で基板12と結合されている。絶縁体40は、上側
42、基板12とかみ合っている下側44、基板12の前端面30
に隣接して置かれる前端面46、後端面48、および側面5
0、52を含む。図1に示されるように、電極セット14は
絶縁体40の上側42を前端面46から後端面48へ向かって横
切る。絶縁体40は電極セットの電極間に電気的接続が生
じるのを防止するために作られる。適当な絶縁体の非限
定的な例は、ガラス、セラミックおよびポリエステルま
たはポリイミドのようなポリマーを含む。適当な材料の
具体的な例としては、ガラス;TECHNI-MET(コネチカッ
ト州、米国)から金、パラジウムまたは白金でプレコー
トしたものが市販されている宇部興産株式会社(UBE IN
DUSTRIES,LTD、日本)のポリイミドUPILEX;または銅で
プレコートしたものが市販されているGEのULTEM 1000
(ポリエーテルイミド)が挙げられる。好ましくは、該
絶縁体をガラスで構築し、電極セット14をガラス中に置
く。さらに、絶縁体40は、基板12と接着剤によって結合
される。しかし、絶縁体40は、本明細書の開示によれ
ば、溶媒系接着剤、超音波溶接、またはダブテール(do
vetail)、ピン、スナップ、リベット、ねじ、ステープ
ルなどのような機械的締結具を使って、基板12と結合し
うると考えられる。
縁体40の上側42中に敷設された2つの電気伝導性トラッ
ク(track)54、56を含む。トラック54は作用電極(wor
kingelectrode)とし、かつトラック56は対向電極(cou
nter electrode)としうる。トラック54、トラック56は
導電性材料で構築する。例としてはアルミニウム、炭素
(グラファイトのような)、コバルト、銅、ガリウム、
金、インジウム、イリジウム、鉄、鉛、マグネシウム、
水銀(アマルガムとして)、ニッケル、ニオビウム、オ
スミウム、パラジウム、白金、レニウム、ロジウム、セ
レン、珪素(高度にドーピングした多結晶珪素のよう
な)、銀、タンタル、スズ、チタン、タングステン、ウ
ラン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、それらの混合
物、およびこれらの元素の合金または金属化合物を含
む。好ましくは、該トラックは、金、白金、パラジウ
ム、イリジウム、またはこれらの金属の合金を含む、何
故なら、これらの貴金属およびそれらの合金は生物学的
系において不活性であるからである。最も好ましくは、
トラック54は金で作られた作用電極であり、トラック56
は同じく金で作られた対向電極でありかつ実質的に作用
電極と同じサイズである。
役割を担うトラック54、56は、センサー領域61と電気的
に接続された接触パッド59を有する。図1〜3に図解し
た寸法の値は、1つの特定の実施形態に対するものであ
り、これらの値は特定の用途に対して必要に応じて選択
することができる。例えば、電極セット14の長さは1.5
〜250mm、巾は0.4〜40mm、接触パッド59の間の間隙は0.
1μm〜5mm、そしてそれぞれの接触パッド59の幅は0.1〜
20mmであってよい。図1に示す電極パターンは対称であ
る;しかしこれは必要要件でなく、不規則または非対称
のパターン(または電極形状)が可能である。また、電
極セット14は、本発明の開示によれば、接着剤、ダブテ
ール接続、フックおよびループ型締結具などのような多
様な技術を使って、絶縁体40と結合しうると考えられ
る。電極は、本発明の開示によれば、スクリーン印刷、
スパッタリング、レーザーアブレーション、フォトリソ
グラフィーなどのような市販の技術を使って、基板12上
に配置しうると考えられる。
との間に延び、サンプル24がカバー16から電極セット14
へ移動するときにサンプル24を水平方向に分配させる。
シリーズ18は、基板12上にある第1プレート22、第1プ
レート22の上にある第2プレート20、およびカバー16に
隣接し第2プレート20の上にある第3プレート25を含
む。図2を参照すること。シリーズ18は1もしくは2枚
のプレートまたは3枚を超えるプレートを有しうると考
えられる。プレートのシリーズ18は、図2に示すよう
に、折りたたまれた位置のとき、プレート20、22、25が
相互にほぼ平行な関係に置かれるように、一緒に結合さ
れる。
面58および外側面60を含む。図2および3に示すよう
に、プレート20、22、25は、基板12に対して、シリーズ
18における下のプレートの外側面60はシリーズ18におけ
る隣接する上のプレートの内側面58をそれぞれ支持する
ように配置される。次に図3を参照すると、プレート2
0、22、25の外側面60は、上面70と上面70から延びる壁7
2により画定される上側窪み66を含む。同様に、プレー
ト20、22、25の内側面58は、下面74と下面74から延びる
壁76により画定される下側窪み68を含む。壁72、76は相
互にほぼ整合してプレート20、22、25上のサンプル24の
水平分配の量を制限する。各プレート20、22、25の上面
70は好ましくは親水性であってサンプル24の分配を助け
る。上面70および下面74はそれぞれほぼ円形(図1)で
あるが、面は、本発明の開示によれば、長方形、三角
形、正方形、矩形、台形等の形状であってよいと考えら
れる。
りたたまれた位置であれば、プレート20、22、25は1つ
の上に他が積み重ねられる。カバー16の下側窪み68とプ
レート25の上側窪み66は協同して第1の水平分配間隙81
を画定する。プレート25の下側窪みとプレート20の上側
窪みは協同して第2の水平分配間隙83を画定する。同様
に、プレート20の下側窪み68とプレート22の上側窪み66
は協同して第3の水平分配間隙85を画定し、そしてプレ
ート22の下側窪み68と絶縁体40は協同して第4の水平分
配間隙87を画定する。分配間隙81、83、85、87はシリー
ズ18のプレートの開口部88に対してほぼ垂直である。さ
らに、プレート22は、プレート22の下側窪み68と端部62
との間に延びる空気ベント102を含む。ベント102は、本
発明の開示によれば、サンプル24が電極セット14へ向っ
て移動するときに空気がセンサー10から抜かれる限りに
おいて、様々なサイズと経路を有しかつプレート22、2
0、25の任意の1つ以上を通ってまたは上側窪み66から
延びてもよいと考えられる。
ー16から電極セット14へ向って引張る。サンプル24がカ
バー16から電極セット14に向って移動するとき、この運
動は、重力および毛細管引張力増加の両方によって達成
される。カバー16から絶縁体40に向うプレートのシリー
ズ18の毛細管作用強度は、分配間隙81、83、85、87の高
さが減少すると増加する。水平分配間隙81、83、85、87
は、高さが約5μm〜1000μm、好ましくは約10μm〜200
μm、そして最も好ましくは約25μm〜100μmまでの範囲
にある。例えば、第1分配間隙81は約100μmの高さを有
し、第2分配間隙83は約75μmの高さを有し、第3分配
間隙85は約50μmの高さを有し、そして第4分配間隙87
は約25μmの高さを有する。分配間隙81、83、85、87の
高さは実質的に等しいかまたは、毛細管作用により間隙
81、83、85、87の高さが対応するプレート25、20、22ま
たは絶縁体40を横切ってサンプル24を引張るために十分
である限りにおいて、異なっていてもよいと考えられ
る。
は、上面70から窪み66中に延びているミクロ構造体86な
らびに上面70および下面74を貫通する開口部88を含む。
次に図4を参照すると、ミクロ構造体86は円錐形であ
り、サンプル24にエッジを与え、サンプル24が各プレー
ト20、22、25間を円滑に移行するために適した溝付き面
(interrupted face)87を含むように形成されている。
ミクロ構造体の溝付き面87は、4つのお互いに間隔をお
いて配置されたV形の溝89により規定される。本発明の
開示によれば、溝は数および溝付き面87表面まわりの位
置において変化していてもよく、また、ミクロ構造体は
なめらかな面で形成されうると考えられる。さらにミク
ロ構造体は溝付き面87から突き出たプラットホームを含
むように形成されうると考えられる。
すように、サンプル24の移動を間隙81、83、85内でほぼ
水平な方向に導く。ミクロ構造体86は、シリーズ18中の
垂直方向上方のプレートの開口部88に整合している。ミ
クロ構造体86は、シリーズ18の隣接するプレートの開口
部88の通路を通じるように延びる。ミクロ構造体86は、
本発明の開示によれば、様々な高さおよび角度を有し、
円筒、こぶ(bump)、三角形、ピラミッド、ブロック等
として形成されうると考えられる。開口部88も様々な形
状およびサイズでプレート20、22、および25を貫通しう
ると考えられる。さらに、本発明の開示によれば、プレ
ート20、22、25は図解したものより多いまたは少ないミ
クロ構造体および開口部を含んでよく、かつプレート2
0、22、25は、様々なパターンでミクロ構造体および開
口部を含むように形成されうる。
2、84および対向端面82、84の間を各プレート20、22、2
5の長さを横切って延びる端部62、64を含む。図1に示
すように、シリーズ18のプレート20、22、25は各対向端
面82、84において一緒に結合し、製造時にシリーズ18を
展開した位置に置くことができるようにする。ヒンジ23
はそれぞれ、基板12とプレート22の第2端面84の間に、
プレート20、22の第1端面82およびプレート20、25の第
2端面84、それぞれの間に、そしてプレート25とカバー
16の第1端面82の間に延びる。ヒンジ23を図解している
が、ストラップ、コード、接着剤、スナップ、ロッド、
ピン、ステープル等を使って隣接するプレート20、22、
25を一緒に結合しうると考えられる。
は、サンプル24の流れをプレートのシリーズ18に向けて
導く。カバー16の上面70は、サンプル24を置くために使
用者の指をその上に受けるように形成する。さらに、カ
バー16は上面70および下面74を貫通する入口92を含む。
テーパー部分94とほぼ円筒形の部分96は各入口92を画定
する。しかし、入口92は様々な形状およびサイズをとっ
てカバー16を貫通しうると考えられる。入口92は第3プ
レート25のミクロ構造体86とほぼ整合し、開口部88から
離れている。図2は円形パターンの入口をもつカバー16
を図解するが、本発明の開示によれば、カバーは図解よ
り多いかまたは少ない入口を含むことができ、入口は様
々なパターンで配置されてカバー16を貫通することがで
き、そして入口は直径が変りうると考えられる。
気化学的プローブを提供する。特定の試薬100の選択
は、測定すべき特定のアナライトまたはアナライト群に
依存し、当業者には公知である。本発明のセンサー10に
使われる試薬の1例は、全血サンプルからグルコースを
測定するための試薬である。ヒト血液サンプル中のグル
コース測定に対する試薬の非限定的な例は、62.2mgポリ
エチレンオキサイド(平均分子量100〜900キロダルト
ン)、3.3mg NATROSOL 250M、41.5mg AVICEL RC-591
F、89.4mg一塩基性リン酸カリウム、157.9mg二塩基性リ
ン酸カリウム、437.3mgフェリシアン化カリウム、46.0m
gコハク酸ナトリウム、148.0mgトレハロース、2.6mg TR
ITON X-100界面活性剤、および試薬1グラム当り2,000
〜9,000ユニットの酵素活性を含有する。酵素は、12.5m
gの補酵素PQQおよび1.21百万(1.21 x 10 6)ユニットの
キノタンパク質グルコースデヒドロゲナーゼのアポ酵素
から酵素溶液として調製する。この試薬については、さ
らにWO99/30152に記載されており、この開示は本明細書
に参照により組み入れられる。
は、可逆性電気活性化合物の酸化型および還元型(それ
ぞれ、ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム(「フェリシア
ン化物」)およびヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム(「フ
ェロシアン化物」))、電解質(リン酸カリウムバッフ
ァー)、および微結晶性材料(FMC社から入手可能なAvi
cel RC-591F;88%微結晶性セルロースと12%カルボキシ
ルメチル-セルロースナトリウムのブレンド)を含む。
乾燥前の該試薬内成分の濃度は次の通りである:400ミ
リモル(mM)フェリシアン化物、55mMフェロシアン化
物、400mMリン酸カリウムおよび2.0%(重量:容積)AVI
CEL。ヘマトクリットアッセイ用試薬のさらなる記載は
米国特許第5,385,846号にあり、該特許の開示は本明細
書に参照により組み入れられる。
イトを測定するのに使用しうる酵素および媒介物質(me
diator)の他の非限定的な例を以下の表1に掲げる。
の追加の酵素を反応触媒として使用する。また、表1に
示したいくつかの例は、媒介物質酸化型への電子移動を
容易にする追加の媒介物質を利用することができる。追
加の媒介物質は、媒介物質酸化型より少ない量で試薬に
与えることができる。上記のアッセイに関らず、本発明
の開示によれば、センサー10を用いて、電流、電荷、イ
ンピーダンス、コンダクタンス、電位、または他の電気
化学的に示されるサンプル24の物性を、サンプル24中の
アナライト濃度に正確に相関させることができると考え
られる。
n injection molding)により製作される。このような
成形プロセスはヴァイドマン社(H.Weidmann AG, Neue
Jonastrasse 60, CH-8640 Rapperswil,スイス)から市
販されている。多樹脂射出成形には、基板12、プレート
20、22、25、ヒンジ23、およびカバー16に所望の特性を
与えるために適当な多樹脂性材料を選択する必要があ
る。多樹脂性材料は、基板12、プレート20、22、25、ヒ
ンジ23、およびカバー16にそれぞれ個別化した剛性(st
iffness)を持たせることができる。センサー10は、多
樹脂射出成形を使って製作されるのが好ましいが、本発
明の開示の範囲を超えることなくカバー16、プレートの
シリーズ18、および基板12を別々に作って一緒に結合し
うると考えられる。
えばアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ア
セタール、アクリル、ポリカーボネート(PC)、ポリエ
ステル、ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリイミド、ナイ
ロン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレン(P
P)、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、
ポリ(メタクリレート)、ポリ(メチルメタクリレー
ト)、またはそれらの混合物もしくはコポリマーにより
構築される。さらに好ましくは、基板12、プレート18、
およびカバー16は、コンパクトディスクを作るのに使わ
れるようなポリカーボネートから形成され、ヒンジ23は
熱可塑性ゴム(TPR)で構築される。ポリカーボネート
の具体的な例としては、バイエル社(Bayer AG of Leve
rkusen、ドイツ)からのMAKROLONTM 2400;および三菱
エンジニアリングプラスチック社(日本、東京)からの
NOVAREXTM 7020 HFが挙げられる。TPRの非限定的な例
は、ポリプロピレンまたはポリエチレンのようなポリオ
レフィンを含む。具体的には、TPRは、シェル化学(She
ll Chemical)から市販されているCawitonである。基板
12、プレートのシリーズ18、ヒンジ23、およびカバー16
を形成するために射出成形される材料は、熱可塑性ポリ
マー材料、またはモノマーもしくはポリマー前駆体のよ
うに反応して熱可塑性ポリマー材料を形成する成分のい
ずれかである。
であり、しばしば液状に一緒に混ぜ合わせて、その後、
センサーが展開した位置にあるときに各プレート20、2
2、25の上面70に塗布する。次に、図3を参照すると、
その後、該液体を蒸発させ、試薬100を固体として残し
て上側窪み66中の上面70およびミクロ構造体86をコート
する。単一試薬100を各プレート20、22、25の上面70に
コートしてもよいが、本発明の開示によれば、試薬100
を異なる成分に分離しうると考えられる。例えば、第1
酵素を第1プレート25上に置き、第2酵素を第2プレー
ト20上に置き、そして媒介物質を第3プレート22上に置
くことができる。
ー16の内側面58に塗布する。その後、カバー16およびプ
レート20、22、25を1つの上に他を折りたたんで、センサ
ー10を図2の折りたたまれた位置にする。あるいは、セ
ンサー10を、拡散接合もしくはアノード接合(diffusio
n or anodic bonding)、超音波溶接、レーザー溶接、
溶媒系接着剤により一緒に結合すること、または締結
具、ダブテール(dovetail)、ピン、スナップ、リベッ
ト、ねじ、ステープル等を用いて機械的に折りたたまれ
た位置に保持しうると考えられる。機械的接続を利用す
るとき、プレート20、22、25のそれぞれの間にガスケット
のようなシールを置いてセンサー10からのサンプルと試
薬の流出を遮断するのが有効である。
上側窪み66に置く。サンプル24は、図3の矢印98により
示すように入口92中に流入する。サンプル24は、入口92
を通って移動する間に、試薬をコートしたミクロ構造体
86に出会い、該ミクロ構造体86はサンプル24の流れを第
1分配間隙81中に水平方向に導く。サンプル24は、矢印
90により示すように、毛細管作用によりミクロ構造体86
を横切りプレート25の上面70に沿って流れる間に試薬10
0を溶解する。サンプル24は毛細管作用により引張られ
てプレート25を横切り、そしてサンプル24はプレート25
の開口部88に出会う。その後、サンプル24は、開口部88
を垂直に流れて第2プレート20の対応する試薬がコート
されたミクロ構造体86と交わる。
毛細管引張力を生じて、プレート25の開口部88からプレ
ート20を横切りサンプル24を引張る。
の開口部88中に延び、サンプル24の流れをほぼ水平方向
に導く。図3を参照すること。サンプル24はプレート20
に沿って引張られるにつれて、ミクロ構造体86およびプ
レート20の表面70をコートする試薬100は溶解される。
サンプル24はプレート20を横切る移動を続けた後、サン
プル24はプレート20の開口部88に出会う。その後、サン
プルは開口部88を通って垂直に流れて第1プレート22の
対応する試薬がコートされたミクロ構造体86と交わる。
い毛細管引張力を生じて、プレート22を横切ってサンプ
ル24を引張る。プレート22のミクロ構造体86はプレート
20の開口部88中に延び、サンプル24の流れをほぼ水平方
向に導く。図3を参照すること。サンプルはプレート22
に沿って引張られるにつれて、ミクロ構造体86およびプ
レート22の表面70をコートする試薬100は溶解される。
サンプル24はプレート22を横切る移動を続けた後、サン
プル24はプレート22の開口部88に出会う。再び、第4分
配間隙87は、第3分配間隙85より強い毛細管引張力を生
じてプレート22の開口部88から電極セット14を横切って
サンプル24を引張る。
ト20、22、25上の試薬100を溶解すると、アナライトは酸
化され、媒介物質酸化型は還元される。アナライトと試
薬100との間の反応を完了させる。(完了とは、アナラ
イト濃度と作用電極表面の媒介物質還元型の酸化により
発生する拡散制限電流(diffusion limited current)
とを相関させるために十分なアナライト、酵素、および
媒介物質(酸化型)に関わる反応として定義される。)
反応が完了した後、電源(例えば、バッテリー)は電極
間に電位差をかける。電位差がかけられたとき、対向電
極の媒介物質酸化型の量と電位差は、作用電極表面の媒
介物質還元型の拡散制限電気酸化(diffusion limited e
lectrooxidation)を起すのに十分でなければならない。
電流計(図示してない)は作用電極表面の媒介物質還元
型の酸化により発生する拡散制限電流を測定する。測定
電流は、次の要件が満たされたときに、サンプル24内の
アナライト濃度と正確に相関させることができる。 1. 媒介物質還元型の酸化速度が媒介物質還元型の作
用電極表面への拡散速度により支配される。 2. 生じる電流は作用電極表面の媒介物質還元型の酸
化により制限される。
を含む試薬100を使用することによりかつ拡散制限電気
酸化中に生じる電流が作用電極表面の媒介物質還元型の
酸化により制限されることを保証するために十分な量の
媒介物質酸化型を有する試薬を供給することにより上記
の要件を満たす。電気酸化中に生じる電流が作用電極表
面の媒介物質還元型の酸化により制限されるためには、
対向電極表面の媒介物質酸化型の量は常に作用電極の表
面の媒介物質還元型の量を超えなければならない。セン
サー10は、次のものと一緒に使用する。 1. 作用電極および対向電極と電気的接続がなされ、
かつ作用電極表面で媒介物質還元型の拡散制限電気酸化
を起すために十分な作用電極と対向電極との間の電位差
を供給する能力をもつ電源;および 2. 作用電極および対向電極と電気的接続がなされ、
かつ上記電位差がかけられたときに媒介物質還元型の酸
化により生じる拡散制限電流を測定する能力のある計
器。
度が与えられかつ可視的に表示される電流測定のアルゴ
リズムを利用するように適用される。このような電源、
計器、およびバイオセンサーシステムの改良は共同出願
された、1990年10月16日付けの米国特許第4,963,814
号;1991年3月12日付けの米国特許第4,999,632号;1991
年3月12日付けの米国特許第4,999,582号;1993年9月7日
付けの米国特許第5,243,516号;1994年10月4日付けの米
国特許第5,352,351号;1994年11月22日付けの米国特許
第5,366,609号;1995年4月11日付けのWhiteら,米国特許
第5,405,511号;1995年8月1日付けのWhiteら,米国特許
第5,438,271号;の主題であり、これらの開示は本明細
書に参照により組み入れられる。
を実施することにより、液体サンプルのアナライト濃度
を定量することができる: a. 液体サンプルをカバー16の上面70上に置き; b. 本明細書に記載したように、サンプルをプレートの
シリーズ18を通して移動させ、それによりサンプルは試
薬100と接触し、そしてアナライトと媒介物質酸化型と
の間の反応を完了にまで至らせ; c. その後、作用電極表面の媒介物質還元型の拡散制限
電気酸化を起すために十分な直流電位差を電極間にか
け; d. その後、生じた拡散制限電流を測定し;そして e. 電流測定値をサンプル中のアナライト濃度と相関さ
せること。
る。例えば、全血、血清、尿、および脳脊髄液のような
ヒト体液を測定することができる。また、潜在的に環境
汚染物を含有する食物、発酵製品および環境物質を測定
することができる。
体サンプルを水平方向および垂直方向の両方に比較的短
時間に移動させる能力を製造者に与えるセンサー110が
提供される。センサー110はまた、サンプルを区切られ
た室内に分離して様々な試薬および別個の電極セットに
接触させることにより、使用者に単一サンプルを用いて
多重アッセイを行うことも可能にする。例えば、グルコ
ースおよびヘマトクリット濃度を測定するためおよびブ
ランク電流を測定するために、センサー110を使うこと
ができる。センサー110の基板12は、電極116、118、120
の3セットおよび電極セット118に対応する参照電極122
を支持する絶縁体114を支える。各電極セット116、11
8、120は、作用電極および対向電極にそれぞれ対応する
2つの導電性トラック54、56を含む。
板12から延びる第1プレート150および第1プレート150
とカバー16との間に延びる第2プレート152を含む。本
発明の開示によれば、プレートのシリーズは、1枚のプ
レートを有しうるし、または2枚以上のプレートを有し
うると考えられる。プレート150、152は、図7に示した
ように、センサー110が折りたたまれた位置のとき、相
互にほぼ平行な関係に積む。
ト150、152は、プレート20、22と同様に形成されるが、
プレート150、152の上面70は、窪み66、68を壁72と協同
して3つの区切られた領域136、140、142に分離する仕
切132、134を含む点が異なる。仕切132、134は、上面70
から窪み66、68を通ってシリーズ18の垂直方向上方のプ
レートの下面74と交わるのに十分な高さまで延びる。従
って、センサー110が折りたたまれた位置であるとき
(図7)、プレート150の仕切132、134はプレート152と
交わりかつプレート152の仕切132、134はカバー16と交
わって、プレート150、152上のサンプルの水平分配の量
を制限する。図6において領域136、140、142はある特
定のパターンで図解されているが、これは必要要件でな
く、本発明の開示によれば、対称、不規則、または非対
称パターンが可能である。さらに、3つより大きいまた
は少ない領域を各プレート150、152上に形成しうると考
えられる。
6、および120とそれぞれ協同して、使用者が多重アッセ
イを実施しうるようにする。例えば、グルコースアッセ
イは、サンプル24の一部を領域136中に分配して電極セ
ット118および参照電極122に接触させて実施する。ヘマ
トクリットアッセイは、サンプル24の一部を領域140中
に分配して電極セット116と接触させて実施する。さら
に、ブランク電流は、サンプル24の一部を領域142中に
分配して電極セット120と接触させて測定する。表1に
記載したものを含む様々なアッセイを本発明のセンサー
110を用いて使いうると考えられる。さらに、センサー1
10は、サンプル24の一部をサーミスター(図示されてな
い)に接触させるための領域に分配することによりサン
プルの温度を測定するために使うことができる。
で、多樹脂射出成形を使って構築する。センサー110は
また、センサー10に関して先に考察した熱可塑性ポリマ
ー材料からも構築する。好ましくは、基板12、プレート
150、152およびカバー16はポリカーボネートにより形成
し、ヒンジ23は熱可塑性ゴムで構築し、そして仕切はTP
Rにより形成する。グルコース、ヘマトクリット、およ
びブランク電流を測定するときは、フェリシアン化物の
ような共通の媒介物質160を、液状でプレート152の各領
域136、140、142に塗布する。個々の酵素を液状でプレ
ート150の領域136、140に塗布する。その後、液体を蒸
発させて、試薬を上面70およびミクロ構造体86をコート
する固体として残す。具体的な試薬の選択は、測定すべ
き特定のアナライトに依存し、当業者には公知である。
側窪み66に置く。サンプル24は、図7に示すように入口
92中に流入する。サンプル24は入口92を通って移動する
と、試薬をコートしたミクロ構造体86に交わり、該ミク
ロ構造体86はサンプル24の流れを領域136、140、142の
第1分配間隙81中を水平に導く。サンプル24は、矢印90
により示すように、毛細管作用によりミクロ構造体86を
通りかつプレート152の上面70に沿って流れる間に、媒
介物質160を溶解する。仕切132、134は、プレート152を
横切るサンプル24の水平流の量を制限する。サンプル24
は毛細管作用により領域136、140、142中プレート152を
横切って引張られ、そしてサンプル24はプレート152の
開口部88に出会う。その後、サンプル24は開口部88を垂
直に流れ、そしてプレート150の対応領域136、140、142
の試薬コートされたミクロ構造体86と出会う。
い毛細管引張力を生じてサンプル24をプレート150を横
切るように引張る。プレート150のミクロ構造体86はプ
レート152の開口部88中に延び、サンプル24の流れをほ
ぼ水平方向に導く。図7を参照すること。サンプル24は
プレート150に沿って引張られる間に、ミクロ構造体86
とプレート150の上面70の領域136,140をコートする酵素
162、164を溶解する。サンプル24はプレート150を横切
る移動を続けた後、サンプル24は仕切132、134と交わる
かプレート150の開口部88に出会う。サンプル24が開口
部88と出会うと、サンプル24は開口部88を垂直に流れ
て、そこからサンプルが流れ出る領域136、140、142に
対応する電極セット116、118、120に向って流れる。
ト152、150上の試薬を溶解すると、アナライトは酸化さ
れ、媒介物質酸化型は還元される。電流測定について
は、アナライトと試薬100との間の反応を完了に至るま
で進ませ、そして電源(例えば、バッテリー)は電極セ
ット116、118の電極間に電位差をかける。電流計(図示
してない)は作用電極表面の媒介物質還元型の酸化によ
り発生する拡散制限電流を測定する。電位差はまた、電
極セット120の電極間にもかけられ、酵素の不在の場合
の作用電極表面の媒介物質還元型の酸化により発生する
拡散制限電流、すなわちブランク電流を測定する。従っ
て、該システムのブランク電流の影響を考慮し、センサ
ー10に関して上に考察したように、グルコースおよびヘ
マトクリットアッセイの測定電流を使ってサンプル内の
アナライト濃度と正確に相関させることができる。
り、液体サンプルを水平および垂直の両方に比較的短時
間に移動させる能力を製造者に与えるセンサー210が提
供される。センサー210はまた、サンプルを区切られた
室中に分離して異なる試薬および別個の電極セットに接
触させることにより使用者に単一サンプルを用いて多重
アッセイを実施することも可能にする。例えば、センサ
ー210を使ってグルコース、ヘマトクリット、およびブ
ランク電流を測定することができる。
216を含む。基板216は側壁34、36から延びるサイドパネ
ル218を含む。各パネル218は、カバー212およびプレー
トのシリーズ18をしっかりと基板216上に保持するよう
に形成されたつまみ220を含む。図8および9に示した
プレートのシリーズ18は、基板216から延びる第1プレ
ート250および第1プレート250とカバー212の間に延び
る第2プレート252を含む。本発明の開示によれば、プ
レートのシリーズは、1枚のプレートまたは2枚以上の
プレートを有しうると考えられる。プレート250、252
は、センサー210が図10に示されるように折りたたまれ
た位置にあるとき、相互にほぼ平行な関係で積まれるよ
うに置かれる。
バー16と同様であるが、カバー212は下面74の周縁部に
広がるシール254を含む点が異なる。シール254はまた、
下面74を横切って2つの区切られた領域256、258を形成
する内側部分255も含む。センサー210が図10の折りたた
まれた位置にあるとき、シール254はプレート252の外側
面60と交わってカバー212とプレート252との間のシール
結合を形成する。シール254は好ましくは先に考察したT
PRで構築される。
カバー16およびプレート20、22と同様に形成されるが、
プレート252の上面70がシール254の内側部分255とほぼ
整合している仕切260を含む点が異なる。仕切260は上面
を領域256、258に分割する。さらに、プレート250、252
は下面74の周縁部に広がるシール262を含む。シール262
も、下面74を横切って3つの区切られた領域256、268、
270を形成する第1および第2の内側部分264、266を含
む。シール262は好ましくは、先に考察したTPRで構築さ
れる。
にあるとき、カバー212のシール254とプレート252のシ
ール262は、それぞれプレート252、250の外側面60と交
わる。従って、カバー212とプレート252との間およびプ
レート252と250との間にシール係合(sealing engageme
nt)が形成される。同様に、プレート250のシール262は
絶縁体140の上側42と結合してプレート250と絶縁体140
との間の密封関係を形成する。領域256、258、268、270
を図8では特定のパターンで図解したが、これは必要要
件ではなく、本発明の開示によれば、対称、不規則また
は非対称のパターンが可能である。さらに、2つより大
きいまたは少ない領域をカバー212上に形成しうること
および3つより大きいまたは少ない領域をプレート25
2、250の下面74上に形成しうると考えられる。
および120とそれぞれ協同して使用者が多重アッセイを
実施することができるようにする。例えば、グルコース
アッセイは、サンプル24の一部を領域268中に分配して
電極セット118、および参照電極122と接触させることに
より実施する。ヘマトクリットアッセイは、サンプル24
の一部を領域256中に分配して電極セット116と接触させ
て実施する。さらに、ブランク電流は、サンプル24の一
部を領域270中に分配して電極セット120と接触させて測
定する。表1に記載したアッセイを含む様々なアッセイ
に本発明のセンサー210を使いうると考えられる。
樹脂射出成形を使い構築される。センサー210はまた、
上にセンサー10に関して考察した熱可塑性ポリマー材料
により構築する。好ましくは、基板216、プレート250、
252およびカバー212はポリカーボネートにより形成し、
ヒンジ23、仕切260、およびシール254、262はTPRで形成
する。
ンク電流を測定するときは、フェリシアン化物のような
共通の媒介物質を、プレート252の領域256、258に液状
で塗布する。個々の酵素を液状でプレート250の領域25
6、268に塗布する。その後、液体を蒸発させて、プレー
ト250、252の上面70およびミクロ構造体86をコートする
固体として試薬を残す。具体的な試薬の選択は、測定す
べき特定のアナライトに依存し、当業者には公知であ
る。
様に機能するが、シール254、262が仕切255、264、266
と協同して、液体サンプル24の流れを領域256、268、27
0中に導く点が異なる。グルコース、ヘマトクリット、
およびブランク測定は、センサー110に関して考察した
ように実施される。
細に記載したが、以下の請求の範囲に記載かつ規定した
本発明の範囲および精神内で変更および改変が存在す
る。
は以下のようなものである。
よる電気化学的センサーの図である。
図である。
る。
態による電気化学的センサーの図である。
面図である。
断面図である。
態による電気化学的センサーの図である。
の図である。
の図である。
に分割する仕切 136、140、142 プレート上の区切られた領域 254、262 シール
1)
Claims (32)
- 【請求項1】 基板;基板上に置かれた電極;入口を含
むカバー;電極とカバーの間に置かれた1枚以上のプレ
ートであって、開口部および該開口部から間隔をおいて
配置されたミクロ構造体を含む1枚以上のプレート;お
よび該1枚以上のプレート上に存在する試薬;を含むこ
とを特徴とするバイオセンサー装置。 - 【請求項2】 1枚以上のプレートが上面および上面か
ら延びる壁により画定された上側窪みを含むように形成
される、請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 ミクロ構造体が上面から上側窪み中に延
びている、請求項2記載の装置。 - 【請求項4】 ミクロ構造体が円錐形である、請求項3
記載の装置。 - 【請求項5】 ミクロ構造体が溝付き面を含む、請求項
4記載の装置。 - 【請求項6】 1枚以上のプレートが上面から延びてお
りかつ上側窪みを複数の領域に分割する仕切を含む、請
求項2記載の装置。 - 【請求項7】 前記領域に置かれている分離した試薬を
含む、請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 センサーが折りたたまれた位置にあると
きにカバーがプレートと係合するシールを含む、請求項
6記載の装置。 - 【請求項9】 センサーが折りたたまれた位置にあると
きに1枚以上のプレートが基板に面するシールを含む、
請求項2記載の装置。 - 【請求項10】 2枚のプレートを含む、請求項1記載
の装置。 - 【請求項11】 カバーにある入口が隣接するプレート
のミクロ構造体とほぼ整合している、請求項10記載の装
置。 - 【請求項12】 カバーと隣接するプレートとが協同し
て第1分配間隙を画定する、請求項11記載の装置。 - 【請求項13】 隣接するプレート同士が協同して第2
分配間隙を画定する、請求項12記載の装置。 - 【請求項14】 3枚のプレートを含む、請求項1記載
の装置。 - 【請求項15】 基板;基板上に置かれた電極;基板上
に置かれたプレートであって、1つ以上の電極と連絡す
る開口部を含むように形成されたプレート;カバーを貫
通して配置された入口であって、プレートと連絡しかつ
開口部とオフセットしている入口を含むように形成され
たカバー;およびプレートとカバーの間に置かれた1つ
以上の試薬;を含むことを特徴とするバイオセンサー装
置。 - 【請求項16】 プレートが上面と上面から延びる壁に
より画定された上側窪みを含むように形成されている、
請求項15記載の装置。 - 【請求項17】 プレートが下面と下面から延びている
壁により画定された下側窪みを含むように形成されてい
る、請求項16記載の装置。 - 【請求項18】 開口部が上面および下面間を貫通して
いる、請求項17記載の装置。 - 【請求項19】 プレートが上面から上側窪み中に延び
ているミクロ構造体を含む、請求項18記載の装置。 - 【請求項20】 ミクロ構造体がカバーの入口の中へ延
びている、請求項19記載の装置。 - 【請求項21】 プレートが、上面から延びて上側窪み
を複数の領域に分割する仕切を含む、請求項15記載の装
置。 - 【請求項22】 カバーとプレートの間に延びるヒンジ
をさらに含む、請求項14記載の装置。 - 【請求項23】 基板とプレートの間に延びるヒンジを
さらに含む、請求項14記載の装置。 - 【請求項24】 基板;基板上に置かれた電極;基板上
に置かれた第1プレート;第1プレート上に置かれた第
2プレート、ただし、第1および第2プレートがそれぞ
れ相互にオフセットの関係にある開口部を含むように形
成されているもの;第2プレート上に置かれたカバーで
あって、第2プレートの開口部とオフセットの関係にあ
る入口を含むように形成されているカバー;および第1
および第2プレートの少なくとも1枚の上に置かれた試
薬;を含むことを特徴とするバイオセンサー装置。 - 【請求項25】 第1プレートが第2プレートの開口部
の中へ延びているミクロ構造体を含む、請求項24記載の
装置。 - 【請求項26】 第2プレートがカバーの入口の中へ延
びているミクロ構造体を含む、請求項25記載の装置。 - 【請求項27】 第1プレートが、ミクロ構造体間に延
びておりかつ第2プレートと係合している少なくとも1
つの仕切を含む、請求項25記載の装置。 - 【請求項28】 第2プレートが、ミクロ構造体間に延
びておりかつカバーと係合している少なくとも1つの仕
切を含む、請求項26記載の装置。 - 【請求項29】 液体サンプル中のアナライトを検出す
るためのバイオセンサー装置であって、基板;基板上に
置かれた電極;電極から間隔をおいて配置されかつ液体
サンプルを受け入れる大きさの入口を含むように形成さ
れたカバー;試薬;およびカバーの入口から電極へ液体
サンプルおよび試薬を分配するための手段であって、液
体サンプルをカバーの入口から放射状に外側へ拡大させ
かつ液体サンプルがカバーにほぼ垂直な方向で電極に向
って流れうるように形成された分配手段;を含むことを
特徴とする装置。 - 【請求項30】 分配手段がカバーと基板との間に置か
れた有孔プレートを含む、請求項29記載の装置。 - 【請求項31】 分配手段が2枚の有効プレートを含
む、請求項30記載の装置。 - 【請求項32】 分配手段が3枚の有孔プレートを含
む、請求項30記載の装置。
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