JP2002071619A - バイオセンサ - Google Patents

バイオセンサ

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JP2002071619A JP2001182551A JP2001182551A JP2002071619A JP 2002071619 A JP2002071619 A JP 2002071619A JP 2001182551 A JP2001182551 A JP 2001182551A JP 2001182551 A JP2001182551 A JP 2001182551A JP 2002071619 A JP2002071619 A JP 2002071619A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】少量の試料でも分析可能な利便性のある電気化
学的バイオセンサの提供。 【解決手段】エッジ２８，５４と該エッジから延伸した
フランジ３０，５６とを含む底部１８と、前記底部上に
支持されてエッジと該エッジから前記底部のフランジに
沿って延伸したフランジとを含む頂部１４と、前記頂部
及び底部のフランジによって形成されるキャピラリーチ
ャンネル２０と、前記底部フランジのキャピラリーチャ
ンネルに配置された第１の電極７０と、前記頂部フラン
ジのキャピラリーチャンネルに配置された第２の電極７
１とからなるバイオセンサ１０。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はバイオセンサに関
し、特に電気化学的バイオセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】生物学的検体、特に血液から得られる様々
な検体の濃度を決定するために使用する電気化学的バイ
オセンサが知られている。このようなバイオセンサは、
米国特許第5,413,690号、第5,762,770号、第57,980,031
号及び第5,997,817号に記載されており、これらによる
開示はそれぞれ本明細書中に含まれている。
【０００３】
【発明の要旨】本発明によれば、エッジ及びエッジから
延伸したフランジを有する底部と、エッジ及びエッジか
ら底部フランジに沿って延伸したフランジを有し底部上
に支持された頂部と、第１の電極及び第２の電極とから
なるバイオセンサが提供される。このバイオセンサにお
いて、頂部及び底部のフランジは共にキャピラリーチャ
ンネルを形成する。さらに、第１の電極は底部フランジ
のキャピラリーチャンネル内に配置され、第２の電極は
頂部フランジのキャピラリーチャンネル内に配置され
る。
【０００４】また本発明によれば、ベース及び外周部を
有する第１の電極と、第１の電極のベース上に配置され
たスペーサと、スペーサ及び外周部に配置されたベース
を有する第２の電極とからなるバイオセンサが提供され
る。第１の電極及び第２の電極の外周部は共に片持ち梁
状のキャピラリーチャンネルを形成する。
【０００５】さらに本発明によれば、底部と、底部上に
配置された第１の電極と、スペーサと、第２の電極とか
らなるバイオセンサが提供される。第１の電極及び第２
の電極はそれぞれベース及び外周部を有する。スペーサ
は第１の電極及び第２の電極のベースに近接して配置さ
れる。さらに、第１の電極及び第２の電極の外周部は共
にキャピラリーチャンネルを形成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を添
付図面を参照しながら以下に詳細に記載する。これによ
って本発明のさらなる特徴が当業者に明らかとなるであ
ろう。本発明の様々な特徴を図１〜図１４に示している
が、本発明のバイオセンサ及びメータの寸法を規定する
ものではない。複数の図面において共通する部材には同
一の参照番号を付してある。
【０００７】本発明のバイオセンサ10をメータ12内で使
用する際の外観を図１に示す。バイオセンサ10は、片持
ち梁状のキャピラリー設計のため、少量の試料でも扱う
ことができる。図２に示すようにバイオセンサ10は、リ
ング状の頂部14、スペーサ16及び底部18からなる。スペ
ーサ16は頂部14及び底部18を隔離し、頂部14及び底部18
によって複数個の隔離されたキャピラリーチャンネル20
が形成される。バイオセンサ10は、使用者に個々のチャ
ンネルが見えるように軸22の周囲を所定距離ずつ回転で
きるようディスク状であるのが好ましい。しかしなが
ら、本発明のバイオセンサ10はどのような形状でもよ
く、少なくとも１つの片持ち梁状キャピラリーチャンネ
ルを有していればよい。
【０００８】本発明のバイオセンサ10は熱可塑性樹脂か
ら成形することができる。これに適した樹脂は、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、フッ素プラスチック、ポリイミド、ナイロ
ン、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレン（PP）、
スチレン−アクリル共重合体、ポリスチレン、ポリスル
ホン、塩化ポリビニル、ポリメタクリル酸エステル、ポ
リルメタクリル酸メチル、又はこれらの混合物などの熱
可塑性樹脂である。頂部14及び底部18は、コンパクトデ
ィスクに使用されるようなポリカーボネートからなるの
が好ましく、さらに、補強材を含まず、ポリカーボネー
トのような熱可塑性材料のみを含んでいるのが好まし
い。ポリカーボネートの具体例としては、Bayer AG社
（ドイツ、レバークーゼン）のMAKROLON2400や、三菱化
学株式会社（旧三菱化成株式会社）市販のポリカーボネ
ート樹脂NOVAREX（登録商標）などが挙げられる。スペ
ーサ16は厚さ約３〜７milの熱安定化ポリエステルフィ
ルムから形成するのが好ましい。そのようなフィルムの
例として、E.I. DuPont de Nemours and Company社（ド
イツ、ウイルミントン）からMELINEX ST-505又はST-454
として市販されている透明ポリエステルフィルムがある
が、これに限定されるものではない。スペーサ16は厚さ
約75〜125μmとし、好ましくは約75μmとする。スペー
サ16の厚さは変更してもよい。また、スペーサ16は孔66
を有する。
【０００９】図２〜図５に示すように、バイオセンサ10
の底部18は、外部側面24、スペーサ16に面する内部側面
26、円周状の外部エッジ28、該外部エッジ28から放射方
向外側に延伸した一連の外部フランジ30、円周状の内部
エッジ32及び該内部エッジ32から放射方向内側に延伸し
た一連の内部フランジ34、を有する。図５に示すよう
に、各外部フランジ30と内部側面26の間には凹部38が存
在し、また各外部フランジ30は内部側面26とほぼ並列し
た内部表面36を有する。
【００１０】図４及び図５に示すように、底部18の外部
側面24は内部エッジ32の付近に隆起部40を有する。隆起
部40は円周状の内部エッジ42を有し、内部エッジ42の放
射方向内側には一連の歯44が延伸している。外部側面24
上の歯44はメータ12の歯車と噛み合うような形状及び寸
法を有し、これにより底部18は軸22の周囲を回転できる
ようになっている。さらに、底部18には外部表面24の隆
起部40から内部表面26まで貫通した８つの孔46が形成さ
れている。本発明では、孔46の数は８つより多くとも少
なくともよい。
【００１１】図２及び図３において、バイオセンサ10の
底部18上には頂部14が支持されている。ここで、頂部14
及び底部18の位置関係に関して、「底部18上に頂部14が
支持される」とは、頂部14が底部18上に近接して位置す
ることを示す。頂部14及び底部18の間にはスペーサ16が
配置できるようになっており、または、後述のように頂
部14又は底部18のいずれかにスペーサ16が一体形成され
ていてもよい。図５及び図６に示すように、頂部14は外
部側面48及びスペーサ16と面する内部側面50を有する。
頂部14には外部側面48から内部側面50まで貫通した８つ
の孔52が形成されており、バイオセンサ10を組み立てた
ときには孔52と孔46はほぼ一列になるように配置されて
いる。本発明では、頂部14の孔52の数は８つより多くと
も少なくともよい。図６に示すように、頂部14はまた円
周状の外部エッジ54及び内部エッジ58を有し、外部エッ
ジ54には放射方向外側に延伸した一連の外部フランジ56
が形成され、内部エッジ58には放射方向内側に延伸した
一連の内部フランジ60が形成されている。各外部フラン
ジ56の内部表面62は頂部14の内部側面50とほぼ並列して
おり、内部表面62と内部側面50との間には凹部64が形成
されている。バイオセンサ10を組み立てると、頂部14の
外部フランジ56の内部表面62と底部18の外部フランジ30
の内部表面36に面とが対面して、キャピラリーチャンネ
ル20が形成される。
【００１２】頂部14の内部側面50と底部18の内部側面26
の間には、スペーサ16が配置されている。スペーサ16に
は８つの孔66が形成されており、これらの孔66は底部18
の孔46及び頂部14の孔52と一列になるよう配置される。
スペーサ16により底部18の内部側面26と頂部14の内部側
面50とが隔離されているので、内部側面26での電気化学
的活動が内部側面50での電気化学的活動を誘発するのが
妨げられる。
【００１３】頂部14及び底部18はコネクタピン68によっ
てスペーサ16に取り付けられる。図１に示すように、バ
イオセンサ10は、一列に並んだ孔52、66及び46を貫通で
きる寸法の８つのコネクタピン68を有している。コネク
タピン68は頂部14及び底部18と同じような材料からなっ
ている。本発明によれば、コネクタピン68の数は８つよ
り多くても少なくてもよく、また様々な形状及び寸法の
コネクタピンを使用することができる。また、ステープ
ル、接着剤、超音波接合などの方法により、頂部14及び
底部18をスペーサ16に取り付けることもできる。
【００１４】頂部14及び底部18には、バイオセンサ10の
電極としてそれぞれ導電体71及び70が備えられている。
したがって、導電体70を電極とすれば導電体71は対電極
となる。図２において、導電体70は底部18の内部側面26
にわたったベース73と、外部フランジ30の外縁上の外周
部75とを含んでおり、これにより外部フランジ30と内部
フランジ34とが通電するようになっている。同様に、図
６において、導電体71は頂部14の内部側面50にわたった
ベース77と、外部フランジ56の外縁上の外周部79とを含
んでおり、これにより外部フランジ56と内部フランジ60
とが通電するようになっている。導電体71の外周部75と
導電体70の外周部79の間にはキャピラリーチャンネル20
が形成される。外周部75及び外周部79間の距離はおよそ
35〜125μmであり、75μmであるのが好ましい。
【００１５】導電体70及び71の適した導電性材料として
は、アルミニウム、炭素（グラファイトなど）、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、ノビウム、オスミアム、パラジウム、白金、レニウ
ム、ロジウム、セレニウム、シリコン（不純物を含むシ
リコン多結晶体など）、銀、タンタル、スズ、チタニウ
ム、タングステン、ウラン、バナジウム、亜鉛、ジルコ
ニウム、及びこれらの混合物、ならびにこれらの元素の
合金又は金属化合物などが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。貴金属及びその合金は生物系内で
反応しないので、導電体70及び71は金、プラチナ、パラ
ジウム、イリジウム、又はこれらの合金を含んでいるの
が好ましい。導電体70は金でできた作用電極であり、導
電体71は作用電極とほぼ同寸法の金からできた対電極で
あるのが最も好ましい。
【００１６】図３及び図５に示すように、バイオセンサ
10を組み立てると、スペーサ16は頂部14及び底部18の間
に配置されて、外部フランジ56及び30が共に各キャピラ
リーチャンネル20を形成するようになっている。本発明
の好ましい実施例において、頂部14及び底部18はそれぞ
れ60個の外部フランジを有する。さらに、本発明におい
て、キャピラリーチャンネル20の配列は設計事項である
ので、例えば普通の直線的配列、Ｓ字型の配列、及び楕
円形の配列などを取ることができるが、これらの例に限
られるものではない。
【００１７】各キャピラリーチャンネル20は、外部フラ
ンジ30及び56の間に導電体70及び71の露出した部分を有
し、そこに試料を置くことができるようになっている。
導電体70及び71の露出の程度により、各電極の表面積が
決定される。作用電極及び対電極の表面積はほぼ等し
く、それぞれ約２mm2以下、好ましくは約1.25mm2であ
る。本発明によれば、導電体70及び71の露出の程度は様
々な値を取ることができる。
【００１８】図５に示すように、内部フランジ60及び34
は共にギャップ84を形成する。各ギャップ84には導電体
71及び70の部分が露出されており、メータ12に接続して
電気化学的測定ができるようになっている。本発明の好
ましい実施例では、頂部14及び底部18はそれぞれ６つの
隔離された内部フランジ60及び34を有する。本発明で
は、導電体70及び71がメータ12に接続可能である限り、
頂部14及び底部18には内部フランジがいくつ形成されて
いてもよく、又は内部フランジが全く形成されていなく
てもよい。さらに、ギャップ84の配列及び幅は設計事項
であり、様々な値を取ることができる。例えば普通の直
線的配列、Ｓ字型の配列、及び楕円形の配列などを取る
ことができるが、これらの例に限られるものではない。
【００１９】各キャピラリーチャンネル20内には、特定
の検体に対するプローブとなる試薬72を配置することが
できる。試薬72は、ほぼ均一な厚さを有するフィルムの
形状で、各外部フランジ30上の導電体70の外周部75の少
なくとも一部分の上に配置される。図２にその例を示
す。特定の検体又は測定されるべき検体に応じて特定の
試薬72が選択されるが、これらの試薬72は通常の知識を
有する当業者にとって周知のものである。本発明では、
例えば、全血試料からグルコースを測定するための試薬
を試薬72として使用することができる。このような試薬
の例として、62.2mgのポリエチレン酸化物（平均分子量
100〜900キロダルトン）、3.3mgの250M NATROSOL、41.5
mgのAVICEL RC-591F、89.4mgの第一リン酸カリウム、15
7.9mgの第二リン酸カリウム、437.3mgのフェリシアンカ
リウム、46.0mgのコハク酸ナトリウム、148.0mgのトレ
ハロース、2.6mgの界面活性剤TRITON X-100、及び酵素
活性度が2000〜9000ユニット/gの試薬を含む、ヒト血液
中のグルコース測定用試薬を使用することができるが、
この例に限られるものではない。酵素は12.5mgの補酵素
PQQ及び121万ユニットのアポ酵素キノプロテイングルコ
ースデヒドロゲナーゼからなる酵素溶液として調整され
る。この試薬はまた、米国特許第5,997,817号に記載さ
れており、この特許による開示は参照資料として本明細
書中に含まれている。
【００２０】他の好適な試薬の例として、ヘマトクリッ
ト値を決定するための試薬がある。ヘマトクリット値を
決定するための試薬は、例えば、可逆的電気活性化合物
（ヘキサシアノ鉄III酸カリウム（フェリシアンカリウ
ム）、ヘキサシアノ鉄II酸カリウム（フェロシアンカリ
ウム）の混合物）の酸化体及び還元体と、電解質（リン
酸カリウム緩衝溶液）と、及び微結晶性物質（Avicel R
C-591F−FMC Corp.社販売の微結晶性セルロース88%とカ
ルボキシメチルセルロースナトリウム12%の混合物）と
を含む。乾燥前の試薬中の各成分濃度は、フェリシアン
化合物400mM（ミリモル、以下同じ）、フェロシアン化
合物55mM、リン酸カリウム400mM、及びAvicel 2.0重量%
である。ヘモクリット値分析のための試薬についてのさ
らなる記述は、米国特許第5,385,846号に記載されてお
り、この特許による開示は参照資料として本明細書中に
含まれている。本発明のバイオセンサ10において特定の
検体の測定に使用する他の酵素及び媒体の例を表１に示
すが、これらの例に限られるものではない。
【００２１】
【表１】 表１に示したいくつかの例では、少なくとも一つの追加
酵素を反応触媒として使用している。また、表１に示し
たいくつかの例では追加媒体を使用して、媒体の酸化体
に電子が移動しやすいようにしている。試薬に加える追
加媒体は、媒体に含まれる酸化体よりも少量であっても
よい。
【００２２】上記の試薬については電流滴定を参照して
記載したが、本発明のバイオセンサ10では、試料の電
流、電荷、インピーダンス、コンダクタンス、ポテンシ
ャル、又は他の電気化学的性質は、試料中の検体の濃度
と精確な相関関係にある。
【００２３】再び図１において、メータ12はバイオセン
サ10を受け入れるのに適している。メータ12は、ベース
76を備えたシェル74、ベース76から延伸した側壁78及び
ベース76の第１の部分を覆うカバー80を有する。また、
メータ12の側壁78に取り付けられた蓋82は、ベース76の
第２の部分からドア110にわたって旋回できるようにな
っている。本発明において、シェル74の形状は設計事項
であり様々な形状を取ることができる。例として、長方
形、楕円形及び三角形などが挙げられるが、これに限ら
れるものではない。
【００２４】シェル74のドア110はスクリーン112を有
し、図８に示すように、ドア110が閉まった状態のと
き、スクリーン112が側壁78の開口部124を覆うようにな
っている。図９Ａに示すように、ドア110は、スクリー
ン112とベース76の間に延伸したピボットアーム126を有
する。これにより、スクリーン112は開口部124から離れ
た位置に旋回して、図１及び図７に示す開いた位置を取
ることができるようになっている。このとき使用者は、
スクリーン112の隆起部142を持つことにより任意に旋回
させることができる。ドア110のピボットアーム126は、
ベース76の凹部128を軸に旋回できるようになってい
る。凹部128は、互いに隔離された２つのタブ150を有
し、タブ150の間にピボットアーム126が保持されて旋回
するようになっている。本発明では、ドア110は、側壁7
8の周囲を旋回するもの、側壁78から脱着自在のもの、
又は折りたたみ式のものなどを使用できるが、メータ12
にはドアが形成されていなくてもよい。
【００２５】また図９Ａに示すように、メータ12のシェ
ル74は、上部キャビティ88及び下部キャビティ90を仕切
るパーティション86を有する。パーティション86は、上
部キャビティ88に延伸しバイオセンサ10の底部18の外部
側面24を支持する支持部92及び93を有する。さらに、下
部キャビティ90には、バイオセンサ駆動システム94が収
納されている。バイオセンサ駆動システム94は、底部18
に力を及ぼして、メータ12の上部キャビティ88内のバイ
オセンサ10を回動させることができる。
【００２６】図９Ａ、図９Ｂ及び図１０に示すように、
バイオセンサ駆動システム94は、モータ98により回転さ
れるモータシャフト96と、モータシャフト96に固定又は
キーイングされてモータシャフト96とともに回転する駆
動ホイール100とを有する。駆動ホイール100は、底部18
の歯44と係合する歯102を有する。このようにして、モ
ータシャフト96及び駆動ホイール100の回転運動によ
り、バイオセンサ10を軸22の周囲に回転させるようにな
っている。バイオセンサ駆動システム94はまた、動力供
給用バッテリー130、クロック132、モータ駆動ＩＣ13
4、メータＣＰＵ136、シグナルインターフェース138及
び近接センサ140を含む電気回路を備えたアクチュエー
タシステムを有する。ＩＣ134は、Advanced Micro Syst
ems（米国ニューハンプシャー州Nashua）から市販され
ているSMC-C24/50 Intelligent MotionControl ICであ
るのが好ましい。ＩＣ134は、バッテリー130、クロック
132、ＣＰＵ136及びモータ98と接続されており、ＣＰＵ
136はＩＣ134及びシグナルインターフェース138と接続
されている。近接センサ140はバイオセンサ10に近接し
て配置され、シグナルインターフェース138に接続され
ており、また導電部材120が電極70及び71と係合するよ
うになっているのが好ましい。
【００２７】モータ98は通常、一方向に角力積を生じ、
バイオセンサ10を回転させて未使用の実験部位を開口部
124に順次開放するようになっている。しかしながら、
もしバイオセンサ10の回転により未使用の実験部位が開
口部124を通過したのを近接センサ140が感知すると、モ
ータ98はバイオセンサ10を逆方向に回転させて、未使用
の実験部位を開口部124近辺の所望の位置に戻すように
なっている。モータ98の作動時間はバイオセンサ10の軸
22に対する回転位置によって制御される。特に、導電部
材120が電極70及び71と係合したのを近接センサ140が感
知するまでの間、接触モータ98は回転し、駆動ホイール
100及びモータシャフト96を通じてバイオセンサ10にト
ルクが加えられる。モータ98の作動開始時間は、各回の
実験の完了に伴い使用者が制御する。
【００２８】使用の際には、メータ12のボタンを押すと
モータ駆動ＩＣ134に電源が入り、電動モータ98が作動
する。一旦バイオセンサ10が軸22に対して所定の回転位
置に達し、未使用の実験部位が使用者に向けて開放され
ると、モータ98は作動停止する。さらに、ＩＣにはトリ
ップポイントが設計されており、トリップポイントにお
いてあらかじめ設定した動作を起こすようにプログラム
されている。例えばモータ98の位置がトリップポイント
に一致したときにバイオセンサ10が使用済みとなったこ
とを報知するようにすることができる。作動中にはIC13
4の位置カウンタが継続的に更新され、トリップポイン
トと比較されるようになっている。通常の知識を有する
当業者にとって明らかなように、本発明の範囲を逸脱す
ることなく、様々な方法によりバイオセンサ駆動システ
ム96をメータ12内で作動させることができる。
【００２９】メータ12のコネクタアセンブリ114では、
ポスト116が上部キャビティ88内をパーティション86か
ら離れる方向に延伸しており、またタブ118がポスト116
から側壁78に向けて延伸している。タブ118は６つの導
電部材120を備えており、このうち３つの導電部材はタ
ブ118の上部側面から、他の３つはタブ118の下部側面か
ら延伸している。導電部材120は、それぞれメータ12の
第１部分内に設けられたＣＰＵ136と通電している。タ
ブ118は適度な柔軟性を有しており、バイオセンサ10を
メータ12に取り付けた際に、導電部材120が内部フラン
ジ34及び60と係合することができるようになっている。
本発明では、導電部材120の数及び形状は様々に決定す
ることができる。
【００３０】メータ12の電子部材（図示していない）が
導電部材120と通電している。通常、これらの電子部材
において電流測定にアルゴリズムを適用することによ
り、検体の濃度が計測されてディスプレイ122に表示さ
れるようになっている。米国特許第4,963,814号（1990
年10月16日発行）、特許第4,999,632号（1991年3月12日
発行）、特許第4,999,582号（1991年3月12日発行）、特
許第5,243,516号（1993年7月7日発行）、特許第5,352,3
51号（1994年10月4日発行）、特許第5,366,609号（1994
年11月22日発行）、特許第5,405,511号（1995年4月11日
発行；White etal.）、及び特許第5,438,271号（1995年
8月1日発行；White et al.）は、共通して各部材の改良
を目的としているが、これらの特許による開示は参照資
料として本明細書中に含まれている。
【００３１】本発明のバイオセンサ10では、多くの液体
試料を分析することができる。例えば、全血、血漿、血
清、リンパ液、胆汁、尿、精液、脳脊髄液、脊髄液、涙
液及び便などのヒトの体液、ならびに当業者にとって自
明な他の生物学的液体を測定することができる。環境汚
染を潜在的に含んだ細胞組織の液体試料、食物、発酵物
及び環境物質なども分析可能である。
【００３２】バイオセンサ10をメータ12に取り付けるに
は、図１に示すように、開口部124のドア110を開け、メ
ータ12の蓋82を持ち上げて、上部キャビティ88及びパー
ティション86を開放する。次にバイオセンサ10を上部キ
ャビティ88内に挿入して、底部18の外部側面24が支持部
92及び93上に位置し、底部18の歯44は駆動ホイール100
の歯102に係合し、またタブ118がギャップ84内に延伸し
て導電部材120と外部フランジ34及び60が係合するよう
にする。そして蓋82を閉じる。近接センサ140はバイオ
センサ10の位置を感知し、その情報をシグナルインター
フェース138及びメータＣＰＵ136を通じてＩＣ134に伝
達する。必要に応じてモータ98を駆動し、バイオセンサ
10を所定の回転位置まで回転させて未使用の実験部位を
開放させる。このまま実験を行ってもよいし、開口部12
4のドア110を閉じて、バイオセンサ10を上部キャビティ
内に密閉してもよい。
【００３３】バイオセンサ10を用いて実験を行う際に
は、必要に応じてドア110を開けてキャピラリーチャン
ネル20の少なくとも一つを開放する。液体試料（図示し
ていない）を外部フランジ30及び56間のキャピラリーチ
ャンネル20に配置する。検体を含む試料は毛管現象によ
りキャピラリーチャンネル20内に吸い込まれて試薬72を
溶解する。吸い込まれた試料が凹部38及び64に達する
と、チャンネルの寸法が大きくなるため、毛管現象の効
果は大幅に減少する。上述の例ように、例えば電気滴定
法によりヒトの血液内のグルコースを測定する目的で試
薬72を調整した場合、試薬72が試料中に溶けるとともに
検体は酸化され、媒体の酸化体の数は減少する。検体と
試薬72の反応を完結させる。ここで、反応の完結とは、
検体、酵素及び媒体（酸化体）を含む反応において、作
用電極表面での媒体還元体の酸化により生じた拡散限界
電流と検体の濃度とを相関させるのに十分な反応が行わ
れたことを示す。
【００３４】反応が完結すると、動力源（バッテリーな
ど）により導電体70及び71に電位差（ポテンシャル）を
与える。このとき、対電極での媒体の酸化体の量及び電
位差は、作用電極表面での媒体還元体の電子移動（拡散
限界電流）による酸化を起こすのに十分な値でなくては
ならない。メータ12は、作用電極表面での媒体還元体の
酸化により生じた拡散限界電流を測定する。測定された
電流は、以下の２つの条件が満たされているとき、試料
中の検体の濃度と精確な相関関係を有する １．媒体還元体の酸化される速度が、作業電極表面にお
ける媒体還元体の拡散速度によって制御されている場
合。
【００３５】２．発生する電流が、作業電極表面におけ
る媒体還元体の酸化により制限されている場合。
【００３６】再び、電気滴定法について述べる。本発明
のバイオセンサ10及びメータ12を用いれば、電流、電
荷、インピーダンス、コンダクタンス、コンダクタン
ス、ポテンシャル、その他試料の電気化学的性質を精確
に測定することができ、またそれらの測定値は試料中の
検体の濃度に相関している。
【００３７】検体の濃度を決定し終わると、メータ12の
ボタンを押してモータ98を駆動し上部キャビティ88のバ
イオセンサ10を回転させて、新たなキャピラリーチャン
ネル20をメータ12の開口部124近辺に移動させる。この
ようにして、バイオセンサ10をセットし直し、次の実験
を行うことができる。バイオセンサ10をメータ12内で回
転させることにより、キャピラリーチャンネル20の数に
基づいた所定回数の実験を行うことができるようになっ
ている。全てのキャピラリーチャンネル20が開口部124
に開放されると、メータ12はバイオセンサ10が使用され
尽くし、交換が必要であることを報知できるようになっ
ている。
【００３８】バイオセンサ10を作製するには、まずNova
rex（登録商標）などのポリカーボネートから頂部14及
び底部18を射出形成する。次に、通常の知識を有する当
業者に明らかな方法で、導電体71及び70を頂部14及び底
部18にスパッタリングにより接合する。試薬72を外部フ
ランジ30上の導電体70の上に配置する。さらに、スペー
サ16をフィルムから所望の形状にパンチアウトし、これ
を導電体70の外部フランジ30と離れた部分上に配置す
る。頂部14をスペーサ16上に、孔52、66及び46が互いに
ほぼ一列になるようにして配置する。頂部14、スペーサ
16及び底部18をコネクタピン68で一体に固定する。
【００３９】シェル74、蓋82、パーティション86及びド
ア110を射出形成することによりメータ12を作製する。
メータ12は、ＢＡＳＦ株式会社（ルートヴィヒスハッフ
ェン、ドイツ）から市販されているメチルメタクリラー
ト／アクリルニトリル／ブタジエン／スチレンポリマー
（MABS）からなるのが好ましい。図９Ａに示すように、
バイオセンサ駆動システム94をシェル74の凹部128に配
置し、パーティション86をバイオセンサ駆動システム94
上にスナップ嵌めする。駆動ホイール100は上部キャビ
ティ88内に配置される。さらに、蓋82をシェル74の側壁
78にスナップ嵌めし、ドア110を凹部128のタブ150の間
にスナップ嵌めする。電子部品をメータ12のカバー80の
下に設置する。通常の知識を有する当業者であれば、電
子部品は様々な方法で作製することができる。
【００４０】図11及び図12は、本発明により提供される
別のバイオセンサ210を示す。バイオセンサ210は頂部21
4、底部218及びこれらを隔離するスペーサ216からな
る。底部218及び頂部214はそれぞれ一連の隔置されたト
ラック270及び271を有する。図11に示すように、各トラ
ック270は底部218の一つの外部フランジ30と内部フラン
ジ34との間に延伸している。同様に、図12において、各
トラック271は頂部214の一つの外部フランジ56と内部フ
ランジ60との間に延伸している。さらに、底部218に
は、外部側面24の隆起部40から内部表面26まで貫通した
６つの孔246が形成されている。頂部214にもまた、6つ
の孔252が形成されており、バイオセンサ210を組み立て
たとき、孔252と孔246がほぼ一列になるように配置され
ている。スペーサ216は、孔246及び252とほぼ一列にな
るよう配置された６つの孔266を有する以外は、スペー
サ16と同様に形成されている。本発明では、孔246、252
及び266の数は６つより多くとも少なくともよい。
【００４１】上述のバイオセンサ10と同じ方法で、バイ
オセンサ210をメータ12内に設置する。使用時には、液
体試料（図示していない）をキャピラリーチャンネル20
の外部フランジ30及び56の間に配置する。検体を含んだ
試料は毛管現象によりキャピラリーチャンネル20内に吸
引されて試薬72を溶解する。動力源によりトラック270
及び271の間に電位差が与えられており、上述のバイオ
センサ10同様に、検体と試薬72の反応が起こる。メータ
12によりトラック270及び271間の拡散限界電流を測定す
る。上述のとおり、測定された電流は試料中の検体の濃
度と精確な相関関係を有する。
【００４２】バイオセンサ210は、底部218の内部側面26
及び頂部214の内部側面50それぞれの導電材料をストリ
ップ状に除去することによりトラック270及び271を形成
する以外、バイオセンサ10と同様の方法で作製される。
導電材料の除去は機械加工により行う。また本発明で
は、トラック270及び271を選択的スパッタリング工程に
より形成することができることが、通常の知識を有する
当業者に明らかである。頂部214、スペーサ216及び底部
218をコネクタピン68で取り付ける。
【００４３】図13及び図14は、本発明により提供される
さらに別のバイオセンサ310を示す。バイオセンサ310
は、バイオセンサ10及びバイオセンサ210と同様の方法
で、メータ12に取り付けられる。バイオセンサ310は頂
部リング214及び底部318を有する。頂部214及び底部318
はともに、複数個の隔離された片持ち梁状キャピラリー
チャンネル320を形成する。
【００４４】図14において、バイオセンサ310の底部318
は、頂部214に面した内部側面326を有する。内部側面32
6は複数個の隔置された支持部316を有し、支持部316は
キャピラリーチャンネル320を形成する。各支持部316は
外部エッジ28と内部エッジ32の間に延伸しており、並列
された各外部フランジ30及び内部フランジ34の間に配置
される。支持部316は、底部318の内部側面326での電気
化学反応が頂部214の内部側面50での電気化学反応を誘
発しないように、内部側面326と内部側面50を隔離す
る。本発明では、支持部316の高さは様々な値にするこ
とができ、また頂部214及び底部318のそれぞれには、６
つ（又はそれより多くとも少なくともよい）の孔252及
び366が形成されていてもよい。
【００４５】各キャピラリーチャンネル320には、支持
部316の壁面350に沿って導電体324が配置されている。
バイオセンサ10の導電体70と同様に、導電体324はバイ
オセンサ310の１つの電極となる。導電体324は、外部フ
ランジ30の外部エッジにおいて、キャピラリーチャンネ
ル320内に延伸したベース328と外周部330とを有し、外
部フランジ30と内部フランジ34が通電するようになって
いる。
【００４６】バイオセンサ10と同様の方法で、バイオセ
ンサ310をメータ12に取り付ける。使用時には、液体試
料（図示していない）を外部フランジ30及び56間のキャ
ピラリーチャンネル220に配置する。試料は、毛管現象
によりキャピラリーチャンネル220内に吸引されて試薬7
2を溶解する。動力源により導電体324及び271の間に電
位差が与えられており、上述のバイオセンサ10同様に、
検体と試薬72の反応が起こる。メータ12により導電体32
4及び271間の拡散限界電流を測定する。上述のとおり、
測定された電流は試料中の検体の濃度と精確な相関関係
を有する。
【００４７】バイオセンサ310は、支持部316と底部プレ
ート318とを一体に成形する以外、バイオセンサ10と同
様の方法で作製される。支持部316及びキャピラリーチ
ャンネル320に導電体を塗布した後、図13に示すよう
に、支持部316を面取りして、キャピラリーチャンネル3
20の導電体と支持部316上部表面の導電体との間にギャ
ップができるようにする。次に、孔252及び366が一列に
なるようにして頂部214を底部318の上部表面上に配置す
る。コネクタピン68を孔252及び366内に通して頂部214
及び底部318を取り付ける。
【００４８】以上、好ましい実施例に基づいて本発明を
詳細に説明したが、特許請求の範囲により定義した本発
明の範囲を逸脱することなく、変形及び修正を加えるこ
とができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 メータとともに使用されるバイオセンサの外
観を示す斜視図である。
【図２】 図１のバイオセンサを解体した拡大組立図で
ある。
【図３】 図２のバイオセンサを組み立てた際の側面図
である。
【図４】 図２のバイオセンサの底部の下方斜視図であ
る。
【図５】 図１の５−５線に沿った拡大断面図である。
【図６】 図２のバイオセンサの頂部の下方斜視図であ
る。
【図７】 メータ内に配置された図１のバイオセンサの
斜視図である。
【図８】 図７のメータ及びバイオセンサの一部を切り
欠いた拡大斜視図である。
【図９】 図９Ａは図７の９Ａ−９Ａ線に沿った拡大断
面図である。図９Ｂは図９Ａのメータ及びバイオセンサ
の拡大図である。
【図１０】 本発明のバイオセンサ駆動システムのダイ
アグラム図である。
【図１１】 本発明の他の実施形態によるバイオセンサ
の拡大組立図である。
【図１２】 図１１のバイオセンサの頂部の一部を切り
欠いた下方斜視図である。
【図１３】 本発明のさらに他の実施形態によるバイオ
センサの拡大組立図である。
【図１４】 図１３のバイオセンサを組み立てた際の拡
大断面図である。
【符号の説明】
10,210,310 バイオセンサ 12 メータ 14,214 頂部 16,216 スペーサ 316 支持部 18,218,318 底部 20,320 キャピラリーチャンネル 22 軸 24,48 外部側面 26,50,326 内部側面 28,54 外部エッジ 30,56 外部フランジ 32,58 内部エッジ 34,60 内部フランジ 36,62 内部表面 38 凹部 40 隆起部 42 内部エッジ 44 歯 46,52,66,246,252,266,366 孔 64 凹部 68 コネクタピン 70,71,324 導電体 270,271 トラック又は導電体 72 試薬 73 ベース 74 シェル 75,79 外周部 76 ベース 78 側壁 80 カバー 82 蓋 84 ギャップ 86 パーティション 88 上部キャビティ 90 下部キャビティ 92,93 支持部 94 バイオセンサ駆動システム 96 モータシャフト 98 モータ 100 駆動ホイール 102 駆動ホイールの歯 110 ドア 112 スクリーン 114 コネクタアセンブリ 116 ポスト 118 タブ 120 導電部材 124 開口部 126 ピボットアーム 128 凹部 130 バッテリー 132 クロック 134 ＩＣ 136 ＣＰＵ 138 シグナルインターフェース 140 近接センサ 142 隆起部 150 タブ 328 ベース 350 壁面 352 上部表面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年６月１５日（２００１．６．１
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/44 Ｇ０１Ｎ 27/30 ３５３Ｔ ３５３Ｒ 27/46 ３３８ (72)発明者 ダグラス ポール ワリング アメリカ合衆国 46256 インディアナ州 インディアナポリス シーブリーズ ウ ェイ 10216 Ｆターム(参考） 2G060 AA07 AD06 AE17 AF06 AF15 AF20 AG11 HA01 HC08 HC13 HC19 HC21 HE01 HE02 4B063 QA01 QQ03 QR03 QR04 QR10 QR12 QS39 QX04

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エッジと該エッジから延伸したフランジ
    とを含む底部と、前記底部上に支持されてエッジと該エ
    ッジから前記底部のフランジに沿って延伸したフランジ
    とを含む頂部と、前記頂部及び底部のフランジによって
    形成されるキャピラリーチャンネルと、前記底部フラン
    ジのキャピラリーチャンネルに配置された第１の電極
    と、前記頂部フランジのキャピラリーチャンネルに配置
    された第２の電極とからなるバイオセンサ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のバイオセンサにおい
    て、前記頂部及び底部はリング状であり、隔置された内
    部エッジ及び外部エッジを有することを特徴とするバイ
    オセンサ。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のバイオセンサにおい
    て、各フランジは頂部及び底部それぞれの外部エッジか
    ら延伸していることを特徴とするバイオセンサ。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載のバイオセンサにおい
    て、頂部及び底部はそれぞれそれぞれの外部エッジから
    延伸した複数個のフランジを含むことを特徴とするバイ
    オセンサ。
  5. 【請求項５】 請求項２に記載のバイオセンサにおい
    て、前記第１の電極は前記底部フランジから前記底部の
    内部エッジに向かって延伸していることを特徴とするバ
    イオセンサ。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載のバイオセンサにおい
    て、前記第２の電極は前記頂部フランジから前記頂部の
    内部エッジに向かって延伸していることを特徴とするバ
    イオセンサ。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載のバイオセンサにおい
    て、前記底部は内部エッジ及び外部エッジと、該内部エ
    ッジに近接する歯とを含むことを特徴とするバイオセン
    サ。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のバイオセンサにおい
    て、前記底部は内部表面及び外部表面含み、前記歯は前
    記外部表面上に配置されていることを特徴とするバイオ
    センサ。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載のバイオセンサにおい
    て、前記頂部及び底部は複数個のフランジを含むことを
    特徴とするバイオセンサ。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載のバイオセンサにおい
    て、前記第１の電極は隔置されたトラックを含むことを
    特徴とするバイオセンサ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のバイオセンサにお
    いて、前記第２の電極は隔置されたトラックを含むこと
    を特徴とするバイオセンサ。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載のバイオセンサにおい
    て、前記第１の電極及び第２の電極のうち少なくとも１
    つに試薬が配置されていることを特徴とするバイオセン
    サ。
  13. 【請求項１３】 ベース及び外周部を含む第１の電極
    と、前記第１の電極のベース上に配置されたスペーサ
    と、前記スペーサ及び前記外周部上に配置されたベース
    を含む第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極の
    外周部によって形成される片持ち梁状のキャピラリーチ
    ャンネルとからなるバイオセンサ。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載のバイオセンサにお
    いて、前記第１の電極及び第２の電極の間に試薬が配置
    されていることを特徴とするバイオセンサ。
  15. 【請求項１５】 請求項１３に記載のバイオセンサにお
    いて、前記第１の電極のベースは隔置されたトラックを
    含むことを特徴とするバイオセンサ。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のバイオセンサにお
    いて、前記第２の電極のベースは隔置されたトラックを
    含むことを特徴とするバイオセンサ。
  17. 【請求項１７】 請求項１３に記載のバイオセンサにお
    いて、前記第１の電極及び第２の電極のベースはそれぞ
    れリング状であることを特徴とするバイオセンサ。
  18. 【請求項１８】 底部と、ベース及び外周部を含み前記
    底部上に配置された第１の電極と、前記第１の電極のベ
    ースに近接するスペーサと、前記スペーサに近接するベ
    ース並びに外周部を含む第２の電極と、前記第１の電極
    及び第２の電極の外周部によって形成されるキャピラリ
    ーチャンネルとからなるバイオセンサ。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載のバイオセンサにお
    いて、前記第１の電極及び第２の電極のベースはそれぞ
    れ隔置されたトラックを含み、前記トラックは互いに揃
    って配置されていることを特徴とするバイオセンサ。
  20. 【請求項２０】 請求項１９に記載のバイオセンサにお
    いて、前記スペーサは前記第１の電極及び第２の電極の
    トラックの間に配置されていることを特徴とするバイオ
    センサ。
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