JP2003185615A - 試料体積の十分性の決定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料体積の十分性を決定する技法であって、
試料体積が不十分であることを決定するのに検体濃度測
定試験の中止を必要としない技法を開発する。 【解決手段】 生物学的試料の体積が正確な電気化学的
検体濃度測定値を生成するのに十分であるかを決定する
方法およびシステムである。そのような方法およびシス
テムのあるものは正確な検体濃度測定を進行するために
十分量未満であると決定された生物学的試料体積を補償
する追加の機能を備える。本発明は、生物学的溶液の試
料体積が体積された電気化学的試験片のようなバイオセ
ンサーおよびそのような試験片を受容しその中の選択さ
れた検体の濃度を測定するように構成された計測器と共
に使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の分野は生物学的液体
中の検体の電気化学的決定であり、特に検体を濃縮する
ために被験生物学的液体試料の体積の十分性の電気化学
的決定である。

【０００２】

【従来の技術】生物学的液体、例えば血液や血漿のよう
な血液由来製品中の検体濃度の決定は今日の社会にとっ
てますます重要となっている。そのような検定は、臨床
試験室における検査、家庭における検査等を始めとする
広範な応用および環境において用途を見いだしており、
そこではそのような検査の結果は広範な疾患状態の診断
と管理に卓越した役割を果たしている。一般に関心のあ
る検体としては糖尿病管理のためのグルコース、心臓血
管の状態をモニターするためのコレステロール等が上げ
られる。検体濃度決定の重要性が増していることに即応
して臨床用および家庭用の種々の検体検出プロトコルお
よび装置が開発されている。

【０００３】検体検出に用いられる方法の一つのタイプ
は電気化学的方法である。この種の方法では、水性液体
試料を、少なくとも２つの電極、すなわち対／参照極と
作用極から構成される電気化学セル内の反応ゾーンに置
き、電極にインピーダンスをかけて電流測定が適切に行
われるようにしている。分析すべき成分、すなわち検
体、は電極と直接反応させるか、または酸化還元試薬と
直接または間接的に反応させて該検体の濃度に相当する
量の酸化性（または還元性）の物質を形成する。次い
で、この酸化性（または還元性）の物質の存在量を電気
化学的に推計し、当初試料中の検体の存在量に関連づけ
る。

【０００４】一般に、電気化学セルは、生物学的試料を
堆積し、かつ電気化学的な検体測定が行われる計量器内
に受容し得る使い捨て試験片（strip）の形をしてい
る。バイオセンサーと呼ばれることが多いこれらのタイ
プの試験片を用いる検定系および計測器の例は「特許文
献１」、「特許文献２」および「特許文献３」に見出す
ことができる。これらの特許文献の内容は本明細書にお
いて参照されることによって本発明の一部をなす。これ
らの系を用いた生物学的試料中の検体濃度の決定は、ま
ず生物学的試料を取得し、この試料を試験片の反応領域
と接触させてこの生物学的試料、特に関心のある検体ま
たはその誘導体が反応領域に結合された成分、例えば試
験試薬（類）と反応できるようにすることを含む。関心
のある特定の検体（類）を正確に測定するためには最小
量の試料体積を反応領域に適用する必要がある。不十分
な量の試料体積が提供されることは稀ではないが、これ
はユーザーの過誤、患者に経験不足または誤判断による
ことが多い。測定が不正確であると誤診や不適切な措
置、例えば不適切な用量の医薬の投与、患者が処方通り
服用しない不服従などの結果を生じる。このような事態
は、例えば糖尿病患者のように体内の検体をしばしばモ
ニターすることに生命を依存している者にとっては、重
大かつ生命を脅かす結果となり得る。

【０００５】十分な生物学的試料体積を保証する一つの
取り組み方法は過飽和させること、すなわち試験片の反
応領域を満たすのに必要とされるよりも大きな体積のサ
ンプリングされた液体を使用することである。不必要に
大量のサンプリングされた液体、特に血液を使用するこ
との欠点は患者から血液試料をより大量に抜き取る必要
があることである。これはかなり大きい血液試料体積を
使用することを必要とするため、より大径の注射針を使
用したり、皮膚内により深く挿入したりすることが必要
となる。これらの要因は患者の感じる不快感と苦痛を増
すことがあり、毛細血管が容易に表れない患者について
は達成することが困難であることがある。このサンプリ
ング方法は例えば多くの糖尿病患者に対しては一日のう
ちに何度も繰り返されることがあるので、苦痛が増加す
るとすぐ耐え難さが増し、ついには耐えられなくなる。

【０００６】試料体積の十分性を視覚的に確認する検体
検出バイオセンサーがいくつか開発されているが、この
特徴は試料体積の十分性を判断する際に患者が過誤を犯
す可能性を排除するものではない。例えば、糖尿病患者
は視力が悪化していることがある。他の検体決定バイオ
センサーのあるものはユーザーに依存しない、試料特性
の十分性を決定する手段を提供している。そのようなバ
イオセンサー類の例が「特許文献４」、「特許文献５」
および「特許文献６」に記載されている。特に「特許文
献６」はバイオセンサーに適用された試料の特性の十分
性を決定することを企図した電気化学的なグルコース・
モニタリング装置であり、低レベルＡＣ電圧信号（ＤＣ
電圧オフセットなし）を既知の周波数でバイオセンサー
に適用し、次いで得られたインピーダンスの実部と虚部
との双方を測定することにより決定するものである。次
いで、これらのインピーダンス値をマイクロプロセッサ
のプログラム・メモリ中の索引テーブルと比較する。こ
のシステムが血液のヘマトクリット値と環境温度変化と
依存していることを考慮すると、この方法の正確度はさ
らに疑問視し得る。

【０００７】「特許文献６」に記載された技法のもう一
つの欠点は、試料特性が不十分であると決定されたと
き、すなわち、継続か中止かを決める状況であるとき、
検定測定試験を中途で止めなければならないことであ
る。その結果、患者からさらに別の試料を採取すること
が必要となるが、これは上述のように不都合であり、患
者にとって非常に苦痛であり、投薬計画に対する患者の
不服従を招く恐れがある。さらに、この試験は繰り返す
必要があるため、試験片を浪費し、処置にかかるコスト
が増大する結果となる。

【０００８】

【特許文献１】米国特許第５，９４２，１０２号公報

【特許文献２】米国特許第６，１７４，４２０号公報

【特許文献３】米国特許第６，１７９，９７９号公報

【特許文献４】米国特許第５，６２８，８９０号公報

【特許文献５】米国特許第５，６５０，０６２号公報

【特許文献６】国際公開第ＷＯ ９９／３２８８１号公
報（ＰＣＴ／ＵＳ９８／２７２０３）

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そのようなものとし
て、電気化学的検体濃度決定に使用される試料特性の十
分性を正確かつ精密に測定する新規な技法を確立するこ
とに引き続き関心が寄せられている。特に関心があると
考えられるのは試料体積の十分性を正確かつ迅速に決定
することができる方法を開発することであろう。試料体
積の十分性を決定する技法であって、試料体積が不十分
であることを決定するのに検体濃度測定試験の中止を必
要としない技法を開発することはさらに有益である。こ
の技法が、新しい試料を提供したり、新しい試験を行っ
たりすることなく、極大よりも少ない試料体積を補償す
ることが理想的であると考えられる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は生物学的試料の
体積を測定し、その体積が生物学的試料の少なくとも一
つの選択された特性、例えばその中に含有される検体の
濃度、の正確な測定値を生成するのに十分であるかを決
定するための方法およびシステムを提供する。そのよう
な方法およびシステムのあるものは測定手順を進行させ
るために、十分量未満であると決定された試料体積を補
償する追加の機能を提供する。

【００１１】本発明は生物学的溶液の試料体積が堆積し
た電気化学的試験片のようなバイオセンサーと、そのよ
うな試験片を受容しその生物学的試料中の選択された検
体の濃度を測定する形状に構成された計測器とを用いて
使用される。この電気化学的試験片は、以下により十分
に説明するように、生物学的試料を受容するための反応
ゾーンを対向する電極間に画定してなる電気化学的セル
を含み、この反応ゾーンを所定の厚さと体積に設定した
ものである。

【００１２】十分な電圧を電気化学的セルに印加する
と、二重層の帯電と電気化学反応が起きる。その結果、
電荷が電気セルの電極に流れる。この電極−溶液界面は
コンデンサーのものと類似している。この電荷の電圧に
対する比により電極−溶液界面のキャパシタンスが決ま
る。全電荷が上記二重層の帯電と電気化学的反応とによ
っているので、２つの別個のキャパシタンス成分、Ｃ_dl
およびＣ_s とがそれぞれ上記セルの全または等価キャパ
シタンスに寄与する（Bard, A.J. and Faulkner,L.R.,
Electrochemical Methods，１９８０年参照）。

【００１３】本発明者は、相当キャパシタンスが試料と
接触している電極の表面積の量（「被覆セル面積」）に
一次比例しているため、セル内、すなわち電極間、の試
料の体積に一次比例しているので、電気化学的セルの等
価キャパシタンスが試料体積を精密に決定する際にもっ
とも関連性が高い要因であることを発見した。また、本
発明者は、等価セル抵抗が被覆セル面積に逆比例し、従
って試料体積に逆比例するため、電気化学的セルの等価
抵抗が試料体積を精密に決定する際にさらに関係してい
ることを発見した。

【００１４】従って、本発明の一つの特徴はそのような
被覆セル面積と相当する試料体積を等価セルキャパシタ
ンスから、または等価セルキャパシタンスと等価セル抵
抗の双方から導くことである。本発明のもう一つの特徴
は、試料体積の正確な測定を妨げることがある他の特定
の要因（例えばセル厚、イオン種の濃度等）を制御して
等価セルキャパシタンスが試料中のグルコース濃度およ
び血液のヘマトクリット値、環境温度、血液ドナーの独
自性その他の一般的な血液の干渉成分とは独立しそれら
に影響されないようにすることである。本発明のさらに
別の特徴は、測定手順を進行させるために、十分量未満
であると決定された試料体積を補償する追加の機能を提
供することである。

【００１５】従って、本発明は、これらの目的を達成
し、これらの特徴を提供する方法である、ドナーの試料
中の一種類または二種類以上の選択された検体の濃度を
決定するのに使用される生物学的試料の体積を正確に決
定する方法を提供する。

【００１６】本発明の方法のある実施態様においては、
低振幅かつ選択された周波数の交流電圧（ＡＣ電圧）
を、被験生物学的試料を含有するバイオセンサーに印加
することにより、このバイオセンサーを帯電する。任意
的に、直流電圧（ＤＣ電圧）をＡＣ電圧と共に同時に印
加してバイオセンサーのキャパシタンスが安定化される
速度を向上してもよい。次いで、そのような帯電により
生じた交流を測定し、得られた交流からバイオセンサー
の等価セルキャパシタンスを決定する。次いで、この等
価セルキャパシタンスを用いて試料溶液と接触するバイ
オセンサーの表面積の量を決定し、次いでこの表面積を
用いてバイオセンサー内の試料の体積を導く。試料体積
が正確な検体濃度測定を行うのに十分であることを決定
する際に、そのような検体濃度を測定する。一方、試料
体積が不十分であることが決定される場合、本発明の方
法はさらにこの検体濃度測定工程の間にその不十分な試
料体積を補償することを含む。不十分な体積の補償は、
実際の試料体積を含むバイオセンサーの等価セルキャパ
シタンスの全利用可能体積が満たされているときのバイ
オセンサーのセルキャパシタンスに対する比を少なくと
も部分的に決定することを含む。

【００１７】本発明はまた上記本発明の方法を実施する
ためのシステムを含む。これら本発明のシステムはバイ
オセンサー、例えば電気化学的測定セルであって、例え
ば試験するサンプリングされた溶液を内部に堆積または
毛細管作用により吸引した使い捨て試験片の形をしたセ
ル、と共にまたは電気的に接続して用いることを企図さ
れた電子部品および／または回路を含む。もっとも典型
的には、そのような電気化学的セル、例えば使い捨て試
験片を受容し、これと作用的に係合するように構成さ
れ、かつこの電気化学的セル内に保持された生物学的試
料の物理的または化学的特性の一つまたは二つ以上を測
定するように構成された、計測器その他の自動装置にそ
のような電子回路を内蔵させる。もっとも典型的には、
そのような特性は生物学的試料中の一種類または二種類
以上の標的検体の濃度を含む。そのような電子回路は分
離した電子部品、例えば電圧供給回路および／または集
積回路であり、これらは多数の回路素子および／または
半導体装置、例えば、電気化学的セルから受けた特定の
信号またはデータ入力に基づいて上記本発明方法の特定
の工程または機能を実行するように適切にプログラムさ
れたマイクロプロセッサを有する。

【００１８】ある実施態様においては、本発明のシステ
ムは直前に説明したそのような電子回路およびそのよう
な自動化測定装置または計測器であって、この電子回路
が構造的および機能的に上記自動化測定装置と完全に一
体化されているものを含む。

【００１９】本発明の方法およびシステムは種々の生物
学的試料、例えば尿、涙、唾液等の試料体積を決定する
のに使用することができるが、それらは血液または血液
画分等の試料体積を決定に使用するのに特に好適であ
る。さらに、本発明の試料体積決定システムおよび方法
は一方で試料の広範な物理的および化学的特性を測定す
るための下調べ（preparation）に有効であるが、それ
らは試料中の選択された検体の濃度を測定するための下
調べに特に有効である。

【００２０】本発明のこれらおよび他の目的、利点およ
び特徴は、以下により十分に説明する本発明の方法およ
びシステムの詳細を読めば当業者には明らかになるであ
ろう。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は試料の選択された特性、
例えば検体濃度、を測定する目的で生物学的試料の体積
を決定し、かつその体積がそのような選択された特性の
正確な測定値を生成するのに十分であるかを決定するシ
ステムおよび方法を提供する。そのようなシステムおよ
び方法のあるものは、そのような特性の正確な測定値を
生成するのに十分量未満であると決定された試料体積を
補償する追加の機能を提供する。

【００２２】本発明をさらに詳細に説明する前に、本発
明は特定の説明された実施態様に限定されず、もちろん
変更することができることを了解すべきである。また、
ここに用いた用語は特定の実施態様を説明するためのも
のであるに留まり、限定的であることは意図されていな
いが、これは本発明の範囲は特許請求の範囲によっての
み限定されるからである。

【００２３】ある範囲の値が与えられる場合、その範囲
の上下限の間の、特に文脈中にそれと異なる旨が明記さ
れていない限り下限値の１０分の１に至る、各中間値お
よびその記述された範囲内にある任意の他の記述された
値または中間値も本発明に含まれるものとする。これら
のより小さい範囲の上下限はそれぞれこのより小さい範
囲に含まれていてもよく、この記述された範囲内に特に
除外する限定がない限り、これもまた本発明の範囲内に
含まれる。記述された範囲が上下限の一方または双方を
含む場合、これらの含まれた上下限の一方または双方を
除外する範囲も本発明に含まれる。

【００２４】異なる定義がされていない限り、ここに用
いられている技術用語および科学的用語はすべて本発明
の属する分野の当業者により一般に理解されるものと同
じ意味を有する。ここに記載されているものと同様また
は同等の任意の方法および材料も本発明の実施または試
験に使用することができ、ここには限られた数の例示的
方法および材料が説明されている。

【００２５】本明細書および特許請求の範囲において使
用されているように、文脈中にこれと異なる旨が明記さ
れていないかぎり、単数表示は複数の指示物をも含むも
のとする。

【００２６】本明細書において言及したすべての刊行物
は本明細書において参照されることにより本発明に係る
方法および／または材料の一部をなす。本明細書におい
て論じた刊行物本出願の出願日前の開示内容を単に提示
するものであり、本明細書中に記載のいずれの事項も、
本発明が先発明によりそれらの刊行物より先行する資格
を有していないと自認するものであると解釈されるべき
ものでは決してない。さらに、提示された刊行物の日付
が実際の刊行日と異なることがあり得るので、それらは
それぞれ確認を要するかも知れない。

【００２７】定義集 本明細書において使用されている「二重層」という用語
は、電極に電圧を印加したときに、電極表面とこの電極
表面に接触する溶液、例えば生物学的溶液の試料との間
の界面に存在する帯電種と配向した双極子のアレイ全体
を示称する。本明細書において使用されている「二重層
キャパシタンス」、Ｃ_dl、という用語は上記電極−溶液
界面の二重層の帯電により生じるキャパシタンスを指称
する。本明細書において使用されている「ファラデー・
キャパシタンス」、Ｃ_s 、という用語は、上記電極表面
に生じる電気化学的過程による疑似キャパシタンス成分
を指称する。本明細書において使用されている「ファラ
デー電流」、Ｉ_F 、という用語は、電圧が印加された電
極の表面において起きる電流または電子伝達を意味す
る。本明細書において電気化学的セルについて使用され
ている「等価セルキャパシタンス」、Ｃ、という用語
は、電気化学的セルに電圧が印加されていたときに生じ
る、電気化学的セルの両端間の全等価キャパシタンスを
意味する。この等価セルキャパシタンスは主として二重
層キャパシタンスとファラデー・キャパシタンスであ
る。

【００２８】本明細書において電気化学的セルについて
使用されている「等価セル抵抗」、Ｒ、という用語は、
電気化学的セルに電圧が印加されていたときに生じる、
電気化学的セルの両端間の全等価抵抗を意味する。本明
細書において電子回路または部品、例えば電気化学的セ
ルについて使用されている「等価セルインピーダン
ス」、Ｚ、という用語は、電気化学的セルに電圧が印加
されていたときに生じる、等価セルキャパシタンスと等
価セル抵抗の組み合わせを含むがこれに必ずしも限定さ
れない回路の全インピーダンスを意味する。本明細書に
おいて電気化学的セルについて使用されている「ファラ
デー電流」、ｉ_F 、という用語は、電圧が印加されてい
たときの電気化学的反応の結果試料成分と電極の表面と
の間に起きる電子伝達により生じる電流を意味する。本
明細書においては、「導く」、「決定する」、「計算す
る」等の用語およびそれらのそれぞれの派生語は、相互
交換可能に使用されている。

【００２９】次に、本発明を詳細に説明する。本発明を
さらに説明する際に、まず、本発明のシステムと共に使
用可能なかつ本発明の方法により使用可能な例示的電気
化学的バイオセンサー類を説明し、引き続き、本発明の
方法およびシステムの詳細な説明、並びに本発明の方法
を実施する際に使用する本発明のシステムを含む本発明
のキットの説明をする。

【００３０】電気化学的バイオセンサー類 以上に要約したように、本発明は検体濃度測定に使用さ
れる生物学的材料の試料の体積を測定し、その体積が正
確な検体濃度測定値を生成するのに十分であるかを決定
する方法およびシステムを提供する。これらの方法およ
びシステムは、サンプリングされた生物学的材料を堆積
または移転させたバイオセンサー、さらに詳しくは、電
気化学的セルを主体とするバイオセンサーと共に使用可
能である。電気化学的セルを主体とするバイオセンサー
のデザインは種々のものがある。検体濃度モニタリング
の分野で用いられるこれらのデザインの内でもっとも一
般的なものとしては、米国特許第６，１９３，８７３
号、および米国特許出願第０９／４９７，３０４号、同
第０９／４９７，２６９号、同第０９／７３６，７８８
号、および同第０９／７４６，１１６号に木味されてい
るもののような、試験片形状が挙げられる（これらの特
許および出願の内容は本明細書において参照されること
により本発明の一部をなす）。このような試験片は電気
化学的測定用に構成された計測器、例えば上記特許公報
等中に開示されているものと共に使用される。

【００３１】試験片以外の電気化学的バイオセンサーも
本発明と共に使用するのに適している。例えば、上記電
気化学的セルは円筒形状を有し、コア電極が第２の円筒
状電極内に共軸状に配置されていてもよい。そのような
電気化学的セル形状はマイクロニードルの形状をしてい
てもよく、そのようなものとして現場（例えば、典型的
には皮膚表面下）測定用の注射針構造内に一体化され
て、または他の態様でマイクロニードル構造と物理的ま
たは液体連絡している。そのようなマイクロニードルの
例が２００１年６月１２日に出願された米国特許出願第
０９／８７８，７４２号および同第０９／８７９，０１
６号に開示されている（これらの出願の内容は本明細書
において参照されることにより本発明の一部をなす）。
本明細書の説明の目的では、本装置を試験片形状の電気
化学的セルと共に使用する場合について説明するが、当
業者には分かるように、本装置はマイクロニードル形状
を始めとする任意の適当な電気化学的セル形状と共に使
用することができる。

【００３２】行われる電気化学的測定のタイプは電気化
学的試験片と共に用いる検定法および計測器の特定の性
質によって、例えば検定が電量測定、電流測定、または
電位差測定によるかによって変えてもよい。電気化学的
セルは電量測定検定においては電荷を、電流測定検定に
おいては電流を、そして電位測定検定においては電位を
測定する。本開示の目的のためには、本発明を電流測定
検定の文脈で説明するが、本装置は任意のタイプの検定
および電気化学的測定と共に用いることができる。

【００３３】一般に、任意の形状において、電気化学的
セルは少なくとも試料面に対向配置または並列配置のい
ずれかで離隔して設けられた２つの電極を含む。第一の
配置では、これら電極は薄いスペーサー層により分離さ
れて、検体濃度測定のために生物学的試料がその中に堆
積または移転される反応領域もしくはゾーン、またはチ
ャンバを画成する。並列配置では、これら電極は所定の
厚さおよび容積のチャンバ内にある。この反応領域また
はチャンバ内に存在する、すなわちこれら電極の一方ま
たは双方の対向面状に塗布されているのは、標的検体
（類）と化学的に反応するように選択された一種類また
は二種類以上の酸化還元試薬である。そのような酸化還
元試薬は典型的には少なくとも一種類の酵素と伝達物質
（mediator）とを含む。

【００３４】本発明と共に用いるのに好適な例示的な従
来の電気化学的試験片２が図１の展開図に示されてい
る。試験片２は、反応ゾーンまたは領域１４を画成する
切欠き部を有するスペーサー層１２により分離された二
つの電極４，８から構成されている。一般に、電極４，
８は細長い矩形片の形に構成されており、それぞれの片
が約２ｃｍ乃至６ｃｍ、通常約３ｃｍ乃至４ｃｍの範囲
内の長さ、約０．３ｃｍ乃至１．０ｃｍ、通常約０．５
ｃｍ乃至０．７ｃｍの範囲内の幅、および約０．２ｍｍ
乃至１．２ｍｍ、通常約０．３８ｍｍ乃至０．６４ｍｍ
の範囲内の厚さを有する。

【００３５】試験片の反応領域に対向する電極４，８の
表面は導電性材料、好ましくは金属で構成されており、
関心のある金属としてはパラジウム、金、プラチナ、イ
リジウム、不純物添加酸化イリジウム錫、ステンレス
鋼、炭素等が挙げられる。電極４，８の外表面６，１０
は不活性支持体または基材（backing material）から成
る。任意の適当な基材を電極４，８と共に使用すること
ができるが、典型的にはこの材料は電極、延いては電気
化学的試験片全体に構造的支持を与えることができる剛
性材料である。そのような好適な材料としてはプラスチ
ック類、例えばＰＥＴ、ＰＥＴＧ、ポリイミド、ポリカ
ーボネート、ポリスチレン、シリコン、セラミック、ガ
ラス等が挙げられる。電極４，８と試験片２は当該技術
の当業者に知られた種々の製造技法の内の任意のものを
用いて作成することができる。

【００３６】上述したように、薄いスペーサー層１２を
電極４，８の間に配置すなわち挟持する。スペーサー層
１２の厚さは一般に約１μｍ乃至５００μｍ、通常約５
０μｍ乃至１５０μｍの範囲内である。スペーサー層１
２は任意の都合のよい材料から作製することができる
が、代表的な好適な材料としてはＰＥＴ、ＰＥＴＧ、ポ
リイミド、ポリカーボネート等が挙げられる。スペーサ
ー層１２の表面を処理してそれぞれの電極４，８に接着
性を持つようにし、それにより電気化学的試験片２の構
造を維持するようにしてもよい。

【００３７】スペーサー層１２を切断して、円形、正方
形、三角形、矩形または不規則形状の反応領域を含む任
意の適当な形の反応ゾーンまたは領域１４を提供する。
反応ゾーン１４の頂部および底部は電極４，８の対向面
により画成されるが、スペーサー層１２は反応領域１４
の側壁を画成する。反応領域の容積は少なくとも約０．
１μｌ乃至１０μｌ、通常約０．２μｌ乃至５．０μ
ｌ、さらに約０．３μｌ乃至１．６μｌの範囲である。

【００３８】反応領域１４内には酸化還元試薬系が存在
し、この試薬系は電極により検出され、従って生物学的
試料中の検体の濃度を導くのに使用される種を供給す
る。反応領域内に存在するこの酸化還元試薬系は、典型
的には少なくとも一種類の酵素と、伝達物質とを含む。
多くの実施態様において、酸化還元試薬系のこの酵素メ
ンバー（類）は一種類の酵素または協同して関心のある
検体を酸化する複数種類の酵素である。換言すると、酸
化還元試薬系の酵素成分は単一の検体酸化酵素または協
同して関心のある検体を酸化する二種類またはそれ以上
の酵素の集合体から成る。関心のある酵素の典型的なも
のとしては、酸化還元酵素、ヒドロラーゼ、トランスフ
ェラーゼ等が挙げられるが、反応領域内に存在する特定
の酵素は電気化学的試験片がそれを検出するように設計
された特定の検体によって決まる。関心のある検体が例
えばグルコースである場合、好適な酵素としてはグルコ
ース・オキシダーゼ、グルコース・デヒドロゲナーゼ
（β−ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド主体
（ＮＡＤ）または４，５−ジヒドロ−４，５−ジオキソ
−１Ｈ−ピロロ［２，３−ｆ］キノリン−２，７，９−
トリカルボン酸主体（ＰＱＱ）のいずれか）が挙げられ
る。検体がコレステロールである場合、好適な酵素とし
てはコレステロール・エステラーゼおよびコレステロー
ル・オキシダーゼが挙げられる。他の検体としては、限
定されないが、リポプロテイン・リパーゼ、グリセロー
ル・キナーゼ、グリセロール−３−ホスフェート・オキ
シダーゼ、ラクテート・オキシダーゼ、ラクテート・デ
ヒドロゲナーゼ、ピルベート・オキシダーゼ、アルコー
ル・オキシダーゼ、ビリルビン・オキシダーゼ、ウリカ
ーゼ等を使用することができる。

【００３９】上記酸化還元試薬系の第二成分は伝達物質
成分であり、これは一種類または二種類以上の伝達剤か
ら成る。種々の異なる伝達剤が当技術において知られて
おり、これらとしては、フェリシアニド、フェナジン・
エトサルフェート、フェナジン・メトサルフェート、フ
ェニレンジアミン、１−メトキシ−フェナジン・メトサ
ルフェート、２，６−ジメチル−１，４−ベンゾキノ
ン、２，５−ジクロロ−１，４−ベンゾキノン、フェロ
セン誘導体、オスミウム・ビピリジル錯体、ルテニウム
錯体等が挙げられる。グルコースが関心のある検体であ
り、グルコース・オキシダーゼまたはグルコース・デヒ
ドロゲナーゼが酵素成分である実施態様では、特に関心
のある伝達物質はフェリシアニドである。反応領域内に
存在させることができる他の試薬類としては緩衝剤、例
えばシトラコネート、シトレート、ホスフェート、「グ
ッド」緩衝剤等が挙げられる。上記酸化還元試薬系は一
般に乾燥形態で存在する。種々の成分の量は変わること
があるが、酵素成分の量は典型的には約０．１〜２０重
量％の範囲内である。

【００４０】本発明の方法 以上に要約したように、本発明は所定の容積を持つ反応
ゾーンまたはチャンバを有する電気化学的セルに堆積ま
たは移転された生物学的試料の体積を決定し、その体積
が正確な検体濃度測定値を生成するのに十分であるかを
決定する方法を含む。上述したように、試料の体積を決
定する際の本方法の特徴はセルの等価キャパシタンスと
等価セル抵抗の決定にある。そのようなものとして、本
方法は従来技術により達成されたものよりもより正確な
試料体積の測定値を提供する。

【００４１】等価セルキャパシタンスおよび抵抗、およ
び試料体積を決定する際の本方法のもう一つの特徴はサ
ンプリングされた溶液のある特性または因子あるいは周
囲条件であって等価キャパシタンスおよび／または等価
抵抗に影響しないか、またはさもなければそのような影
響を持たないように厳密にコントロールされるものを無
視することである。等価キャパシタンスをコントロール
され、またはこれとは独立しているそのような因子とし
ては、限定されないが、イオン種の濃度、血液のヘマト
クリット値、血中グルコース濃度、環境温度、血液ドナ
ーおよび血中に典型的に見出されるセンサー緩衝物、セ
ルの厚さおよびバイオセンサーの老化が挙げられる。

【００４２】本方法の説明を理解のために、図１の試験
片の電気化学的セルのインピーダンス回路４０の単純化
されたモデルを図２に示す。インピーダンス回路４０は
生物学的溶液の試料を含有し、電圧をそれに印加したと
きの試験片のインピーダンス因子の代表例である。この
セルにＡＣとＤＣの両方の電圧を印加すると、インピー
ダンス回路４０は二重層キャパシタンスおよびファラデ
ーキャパシタンスを含む等価セルキャパシタンス（Ｃ）
４２と、電気化学的セルの等価セル抵抗（Ｒ）４６とを
含む。

【００４３】本方法を実施する前に、まず、測定すべき
生物学的試料を取得し、この試料を試験片セル内に置く
必要がある。試験片内に試料を置くことは、最初に試験
片を試験計測器内に挿入し、次いでこの試料を試験片に
適用すること（「計測器上添加」（“on-meter dosin
g”））によるか、または最初に試料を試験片に適用
し、次いでこの試験片を試験計測器内に挿入すること
（「計測器外添加」（“off-meter dosing”））により
達成することができる。後者のシーケンスが病院環境に
おいては好まれることが多いが、これは計測器内で交差
汚染が起きる恐れがより大きいからである。次いで、こ
の測定計測器は（米国特許第６，１９３，８７３号公報
に開示されているように）生物学的試料が電気化学的セ
ル内に導入されたことを検知する。

【００４４】ひとたびそのような試料が検出されると、
本方法の第一の工程は低振幅の交流電圧（Ｖ_AC）をバイ
オセンサーに印加することである。印加されたＡＣ電圧
の振幅はその印加がファラデー電流（ｉＦ）、すなわち
電圧を電極に印加した際の電気化学的反応の結果起きる
電子の移転、を生じないように選択される。そのような
ものとして、印加されたＡＣ電圧の振幅は約２ｍＶｒｍ
ｓ乃至１００ｍＶｒｍｓ（２乗平均以下同じ）の範囲
内、典型的には約５ｍＶｒｍｓ乃至７５ｍＶｒｍｓの範
囲内、そしてより典型的には約５０ｍＶｒｍｓである。
印加されたＡＣ電圧の周波数（ｆ）も信号／ノイズ比
（すなわち測定された等価セルキャパシタンスの測定さ
れた等価セルキャパシタンスの変量（variability）に
対する比を最大にするように選択される。そのようなも
のとして、印加されたＡＣ電圧の許容し得る周波数は約
５０Ｈｚ乃至１０，０００Ｈｚの範囲内、典型的には約
７５Ｈｚ乃至１，０００Ｈｚの範囲内、そしてより典型
的には約１００Ｈｚである。

【００４５】任意に、ＤＣ電圧をバイオセンサーに、Ａ
Ｃ電圧と同時にまたは数分の１秒ＡＣ電圧の印加に先立
って、印加してもよい。このＤＣ電圧は一般に約０ｍＶ
乃至６００ｍＶの範囲内、典型的には約２００ｍＶ乃至
５００ｍＶの範囲内、そしてより典型的には３００ｍＶ
乃至４００ｍＶの範囲内である。このＤＣ電圧成分は電
気化学的セルの等価キャパシタンスを、ＡＣ単独を用い
るよりもより迅速に安定化させる。セルのキャパシタン
スが迅速に安定化すると検体測定を開始する前に試料体
積を決定することが可能となり、従って全体の試験時間
を最小にすることができる。

【００４６】ＡＣ電圧とＤＣ電圧を印加した後、電気化
学的セルを帯電することにより生成された交流（ｉ_AC）
を測定する。次いで、バイオセンサーの等価セルキャパ
シタンスを得られた交流の振幅と位相から決定すること
ができる。

【００４７】等価セルキャパシタンスが生物学的試料に
より接触されたセルの表面積のみによって決まるために
は、二重層キャパシタンスの電荷分離距離（ｄ_dl）を厳
密に制御して試料溶液の体積を決定する間、一定にする
必要がある。二重層コンデンサーの厚さは印加された電
圧、溶液中の帯電された種の濃度によって決まる。電荷
分離層の一定した厚さを保証するために、従って各電極
の試料溶液と接触する表面積の正確な決定および試料体
積の正確な決定を保証するために、酸化還元試薬のイオ
ン濃度を厳密に制御し、一方試料のイオン濃度を非常に
狭い範囲内に生理学的に制御する。

【００４８】上述したように、電気化学的セルの等価抵
抗はさらに正確に試料体積を決定することに関係してい
る。従って、等価セルキャパシタンス（Ｒ）が試料によ
って被覆された表面積に逆比例すること、および等価セ
ルキャパシタンス（Ｃ）が下記関係式

【数１】 （上式中ρは電気化学的セルの抵抗率、ｌはセル電極の
長さ、およびＡはセルの導電性表面積である）によって
表される被覆されたセル面積に一次比例することを立証
すると、下記の関係が存在する。

【００４９】

【数２】 従って、生物学的試料によって被覆されたセルの表面積
の量を等価セルキャパシタンスの等価セル抵抗に対する
比によって決定することができる。試料体積のセルの２
つのインピーダンス成分（キャパシタンスと抵抗）の一
方だけ（例えば、キャパシタンス）に対する効果ではな
く、それらの双方に対する効果を考慮に入れることによ
り、生物学的試料によって被覆されるセルの表面積の量
の変化に応答してより大きな感度を与える関係式が確立
される。さらに詳しくは、セルキャパシタンスのセル抵
抗に対する比が生物学的試料によって被覆されるセルの
表面積に関する一次の関係式でなく、二次の関係式を与
えるので、被覆されたセル領域に対する変化の測定にお
ける感度が増加する。従って、本方法による被覆された
セル領域の決定は等価セルキャパシタンスのみを考慮し
た場合よりもさらにいそう正確である。

【００５０】試料溶液と接触またはこれにより被覆され
た電極の表面積を決定する際に、バイオセンサー内、す
なわち電気化学的セルの反応ゾーン内、の試料溶液の体
積（Ｖ_S ）は、それ故、次式に従って決定することがで
きる。

【００５１】

【数３】 上式中、ｄは対向電極構成におけるセル電極間の距離、
または並列電極構成におけるセルの深さである。

【００５２】次いで、試験片に供給された試料の体積が
検体濃度測定を進行させるのに十分であるかを決定す
る。そのような決定は計算された試料体積を電気化学的
セルの全容積と比較することによりなされる。以下に本
発明のシステムに関してより詳細に述べるように、特定
のセルに関する他のデータ（静的および動的の双方）ま
たはパラメータ類の内、限定されないが、全セル容積の
値、操作時間の範囲、計測器への試験片の適切な挿入を
含むあるパラメータは、例えば計測器その他の本システ
ムに関連する部品を較正する際にマイクロプロセッサの
メモリ内に格納される。

【００５３】試料体積が十分であると決定されると、所
望の特性、例えば検体濃度、の測定がなされるが、その
結果を、本システムに関して以下により詳細に説明する
ように、ディスプレイ・ユニット上に表示することがで
きる。一方、試料体積が正確な測定値を提供するのに不
十分である、すなわち低すぎる、と決定されると、ディ
スプレイ・ユニットが体積不足アイコンを表示するよう
に構成してもよい。

【００５４】上述したように、本方法のある実施例は選
択された特性、例えば標的検体（類）の濃度を、サンプ
リングおよび試験工程を再実行する必要なく、正確に測
定するために、少ない溶液体積を補償する追加の機能を
含む。

【００５５】セル内の生物学的試料の選択された検体、
例えばグルコース、の濃度はＤＣ電圧を印加したときに
電気化学的セルを通されるファラデー電流（Ｉ_F ）に比
例すること、セル電流が試料溶液により被覆されるセル
の表面積に比例することが当技術において知られてい
る。上述したように、本発明者はそのような表面積がセ
ルの等価キャパシタンスに比例することを確認してい
る。従って、選択された検体の濃度は等価セルキャパシ
タンスに比例する。試料溶液が存在するときの等価セル
キャパシタンスを決定することにより、そして生物学的
溶液で完全に満たされたときの（較正方法により決定さ
れた）セルキャパシタンスを知ることにより、少ない試
料体積を補償するのに、かつ正確な検体濃度測定値を提
供するのに必要な補償因子（Ｆ_cf）を下記の式：

【００５６】

【数４】 （上式中、Ｃ_f は完全に満たされた電気化学的セルの等
価キャパシタンスであり、Ｃ_pfは不十分な体積の生理学
的試料を含有する電気化学的セルの等価キャパシタンス
である）に従って決定することができる。次いで、較正
された検体濃度測定値（Ｇ）を適当な補償因子（Ｆ_cf）
を用いて下記式：

【００５７】

【数５】 （上式中、Ｇ_pfは不十分な体積の生理学的試料を含有す
るセルから計算された検体濃度である）に従って作成す
る。不十分で少ない試料体積を補償することができるの
で、本方法は試験片を浪費せずに済み、コストを低減
し、かつ検体測定を行うのに必要な時間を短縮してい
る。

【００５８】従って、上記原理および発見に従って一般
的に要約すると、本発明のある方法は、ＤＣ電圧をもバ
イオセンサーに印加すると共に、または印加することな
く、選択された振幅と選択された周波数を有するＡＣ電
圧をバイオセンサーに印加する工程と、この電圧または
これらの電圧の印加により生成されたＡＣ電流を測定す
る工程と、測定されたＡＣ電流からバイオセンサーのキ
ャパシタンスまたはキャパシタンスと抵抗の双方を決定
する工程と、この決定されたキャパシタンスに基づいて
またはこの決定されたキャパシタンスとこの決定された
抵抗の双方に基づいて試料と接触するバイオセンサーの
部分の表面積を決定する工程と、次いでこの決定された
表面積に基づいてバイオセンサー内の試料の体積を決定
する工程とを含む。

【００５９】他の本方法は、さらに、生物学的試料の一
種類または二種類以上の物理的または化学的特性、例え
ば一種類または二種類以上の検体の濃度、を試料体積が
十分であるという決定に基づいて測定する工程を含む。
さらに他の本方法は、生物学的試料の少なくとも一つの
特性を測定するために電気化学的バイオセンサー内に保
持されている生物学的試料の不十分な体積をこの特性の
値を正確に測定するために補償することを含む。そのよ
うな補償方法は、不十分な試料体積が決定された場合に
これを補償するのに必要な補償因子を決定し、その後こ
の不十分な試料体積を補償し、一方試料内に存在する選
択された検体の例えば濃度を測定することを含む。この
必要な補償因子を決定する工程は試料で完全に満たされ
ているときのバイオセンサーの等価キャパシタンスの不
十分な試料体積のバイオセンサーの決定された等価キャ
パシタンスに対する比を決定することを含む。上記試料
で完全に満たされたときのバイオセンサーの等価キャパ
シタンスの値はメモリ格納手段によりアクセスすること
ができる。

【００６０】本発明のシステム 本発明はまた上記の本方法を実施するためのシステムを
提供する。一般的に説明すると、そのようなシステムは
本発明の上記の方法の諸工程を実施するための下記の部
品を含んでいてもよい。すなわち、電気化学的セルに電
圧を印加するように構成された電圧供給部、上記セルに
電圧が印加されたときに上記セルにより生成される電流
を測定する手段、この測定された電流値からセルのキャ
パシタンスおよび／または抵抗を導く手段、このセルの
キャパシタンスおよび／または抵抗から生物学的試料に
より被覆されたセルの表面積を導く手段、およびこのセ
ルの表面積から生物学的試料の体積を導く手段を含んで
いてもよい。あるシステムは、さらに、試料体積が、限
定されないが生物学的試料内の一種類または二種類以上
の検体の濃度を含む、生物学的試料の一つまたは二つ以
上の選択された特性の正確な測定を行うのに十分である
かを決定する手段を含む。これらのシステムのあるもの
は、さらに、生物学的試料の選択された特性の測定をす
る間に不十分な体積を補償する手段を含む。

【００６１】図３は本発明の例示的システム５０のブロ
ック図である。システム５０はバイオセンサー７０に電
子的に結合するように構成された電子部品および回路、
例えば図１に関して上記のように説明した、サンプリン
グされた試験する生物学的試料をその中に堆積または移
転した使い捨て試験片の形の電気化学的測定セルを含
む。さらに詳しくは、システム５０は必要なＡＣおよび
ＤＣ投入電圧をバイオセンサー７０に供給するための電
圧供給部５２を含む。システム５０はさらに電流−電圧
変換器５４、アナログ−デジタル変換器５６、およびマ
イクロプロセッサ５８を含み、これらは全体としてバイ
オセンサー７０からのデータを受領処理するように動作
する。特に、電流−電圧変換器５４はバイオセンサー７
０の出力端子に作用的に接続され、電圧が電圧供給部５
２により印加されたときにバイオセンサー７０からのこ
の出力電流信号を受領するように、かつその電流信号を
相当する電圧信号に変換するようにしている。この相当
する電圧信号は次いでアナログ−デジタル変換器５６に
対して入力として与えられ、この変化器はアナログ信号
を相当するデジタル信号に変換する。次いで、このデジ
タル電圧値は、関心のある因子またはパラメータ、例え
ば等価セルキャパシタンス、等価セル抵抗、生物学的試
料と接触するバイオセンサーの表面積生物学的試料の体
積、体積補償因子等を導きおよび／または決定するよう
に、かつこれらの各機能のそれぞれのタイミングを制御
するようにプログラムされたマイクロプロセッサ５８に
対して入力信号として与えられる。前述したように、マ
イクロプロセッサ５８は本方法の工程および機能を実行
するのに必要または有効である所定の、予備選択された
または較正されたデータもしくは情報、例えば電気化学
的セルの全容積、較正パラメータ、操作温度範囲、試料
タイプ情報、試料検出情報等を格納する格納手段を含ん
でいてもよい。マイクロプロセッサは本発明の原理に従
ってデータを格納しかつ処理する目的のために説明され
ているが、当業者は他の別個の電子部品類が全体として
本発明の目的を達成するように構成されていてもよいこ
とを認識するであろう。

【００６２】本システムは、さらに、選択された経験に
より得られたまたは制御装置もしくはマイクロプロセッ
サにより供給される記号によるデータ、情報もしくは出
力を表示するためのディスプレイ装置またはユニット６
０を含んでいてもよい。そのようなデータ、情報または
出力は限定されないが、選択された出力信号およびイン
ピーダンスの測定されたまたは導かれた値、試料体積サ
イズ、体積の十分性／不十分性指示アイコン、不十分な
体積の補償因子、関心のある検体の濃度、生物学的試料
対対照試料指示アイコン、較正結果等を含んでいてもよ
い。

【００６３】多くの実施態様において、上述のような電
気化学的信号の印加、測定導出、計算、補償および表示
工程は、電気化学的セルと共に動作するように設計され
た本システムにより自動的に実行される。そのようなも
のとして、本システムの電子回路は、電気化学的セル、
例えば使い捨て試験片、を受容し、これと作用的に係合
するように、かつこの電気化学的セルに保持されている
生物学的試料の一つまたは二つ以上の物理的または化学
的特性を測定するように構成された計測器その他の自動
化装置内に構造的かつ作用的に一体化されていてもよ
い。もっとも典型的には、そのような特性としては生物
学的試料中の一種類または二種類以上の検体の濃度が挙
げられる。同じまたは類似の工程および機能のいくつか
を、ユーザーが生物学的試料を電気化学的セルの反応ゾ
ーンに適用し、次いで最終的な検体濃度の結果を装置か
ら読み取るだけでよいように、自動的に実施するための
代表的計測器または装置がさらに米国特許第６，１９
３，８７３号Ｂ１公報に記載されている（該特許の内容
は本明細書において参照されることにより本発明の一部
をなす）。

【００６４】当業者には分かるように、本システムは上
述したタイプのバイオセンサーを含まない検定システム
と共に使用可能である。そのような他のシステムは、例
えば、少なくとも２つの電極を有する電気化学的セルと
固定されたイオン濃度の酸化還元試薬系とを含み、これ
ら電極が生理学的試料内または固定されたイオン濃度環
境内に配置されるように構成されている。

【００６５】実施例 本発明に関して下記の結果が観察されている。図４乃至
図８は十分な試料体積を有する試験片（すなわち試料溶
液または材料で完全に満たされた反応ゾーンを有する試
験片）でなされた測定の結果、および十分量未満の体積
を有する試験片（すなわち試料溶液または材料で半分満
たされた反応ゾーンを有する試験片）でなされた測定の
実験結果における変動を示す図である。さらに詳しく
は、電気化学的セルの等価キャパシタンスおよび試料溶
液の抵抗の測定を選択された時間にわたって行ったが、
その間適当な電圧を試験片に印加した。下記の実験結果
を説明のために提示するが、本発明を限定するものでは
ない。示された結果は、試験片に異なる血液ドナーから
の５種類の血液試料、グルコース濃度範囲４０ｍｇ／ｄ
ｌ乃至６００ｍｇ／ｄｌ、ヘマトクリット値２０％およ
び７０％、を室温で添加して集めたものである。

【００６６】図４は、血液試料で完全に満たされた試験
片１３０および血液試料で半分満たされた試験片１３２
における時間（ｘ軸）に対する等価セルキャパシタンス
の変化（ｙ軸）の比較を示す図である。このグラフは完
全に満たされた試験片１３０が半分満たされた試験片１
３２の等価キャパシタンスの２倍の等価キャパシタンス
を生じたことを示している。

【００６７】図５は、血液試料で完全に満たされた試験
片１３６および血液試料で半分満たされた試験片１３４
における時間（ｘ軸）に対する等価セル抵抗の変化（ｙ
軸）の比較を示す図である。このグラフは血液試料の体
積が大きくなるとより小さい体積の血液試料で満たされ
た試験片の等価セル抵抗の約半分の等価セル抵抗を生じ
たことを示している。

【００６８】図６は、血液試料で完全に満たされた試験
片１４０および血液試料で半分満たされた試験片１３８
の等価セルキャパシタンス（ｘ軸）のヒストグラムであ
り、この等価セルキャパシタンスは血液試料が試験片に
適用されてから０．５秒後に測定されたものである。こ
のグラフは完全に満たされた試験片１４０が半分満たさ
れた試験片１３８の等価キャパシタンスの２倍の等価キ
ャパシタンスを生じたことを非常に良好な再現性をもっ
て示している。

【００６９】図７は、血液試料で完全に満たされた試験
片１４２および血液試料で半分満たされた試験片１４４
の時間（ｘ軸）に対する、等価セルキャパシタンスの等
価セル抵抗の比（Ｃ／Ｒ）の変化（ｙ軸）の比較を示す
図である。このグラフは完全に満たされた試験片１４２
が半分満たされた試験片１４４のＣ／Ｒ値の約４倍のＣ
／Ｒ値を生じたことを示している。

【００７０】図８は、血液試料で完全に満たされた試験
片１４６および血液試料で半分満たされた試験片１４８
の、等価セルキャパシタンスの等価セル抵抗の比（Ｃ／
Ｒ）の変化（ｙ軸）対等価セルキャパシタンス（ｘ軸）
分散図の比較を示し、このキャパシタンスおよび抵抗は
血液試料が試験片に適用されてから０．５秒後に測定さ
れたものである。このグラフはＣ／Ｒ値が等価セルキャ
パシタンスＣに対する感度と比較してより多くの感度を
試料体積に対して生じたことを示している。

【００７１】キット類 本発明により、本方法を実施するのに使用されるキット
類も提供される。本発明のキット類は、試験片に適用さ
れた試料の体積が正確な検体濃度の測定値を提供するの
に十分であるかを決定するための、上述のように電子回
路を含むまたは上述のように計測器その他の自動化され
た機器の形をした本システムを含む。他のキットの内の
あるものにおいては、本システムはまた、検体濃度測定
をするときにそのような不十分な体積を補償する。この
キットはさらに、本システムを、電気化学的セルを用い
る本発明の方法に従って、試験片、またはマイクロニー
ドルの形でこの電気化学的セル内に保持されたサンプリ
ングされた溶液または材料の体積の決定に使用するため
の指示を含んでいてもよい。これらの指示は包装、ラベ
ルインサート等の一つまたは二つ以上の上に存在してい
てもよい。

【００７２】以下に本発明の好適な実施態様の例を挙げ
るが、本発明はこれらの実施態様に限定されない。 （１）前記試料体積が前記試料中の一つまたは二つ以上
の選択された特性を測定するのに十分であるかを決定す
ることをさらに含む請求項１記載の方法。 （２）前記試料内に存在する一種類または二種類以上の
選択された検体の濃度を前記試料体積が十分であるとい
う決定に基づいて測定することをさらに含む実施態様
（１）記載の方法。 （３）前記不十分な体積を前記試料体積が不十分である
という決定に基づいて補償するのに必要な補償因子を決
定すること、および前記不十分な試料体積を補償するこ
とを含む実施態様（１）記載の方法。 （４）前記必要な補償因子が、前記バイオセンサーが前
記試料で完全に満たされたときの前記バイオセンサーの
キャパシタンスの、前記バイオセンサーが前記不十分な
試料体積で満たされたバイオセンサーのキャパシタンス
に対する比を決定することを含む実施態様（３）記載の
方法。 （５）前記測定された電流値から前記バイオセンサーの
抵抗を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。

【００７３】（６）前記試料と接触する前記バイオセン
サーの表面積を前記決定されたキャパシタンスおよび前
記決定された抵抗に基づいて決定することをさらに含む
実施態様（５）記載の方法。 （７）前記バイオセンサーに直流電圧を印加することを
さらに含む請求項１記載の方法。 （８）前記直流電圧および前記交流電圧を同時に印加す
る実施態様（７）記載の方法。 （９）前記少なくとも一つの特性が、前記試料中に存在
する一種類または二種類以上の検体の濃度である請求項
３記載の方法。 （１０）前記試料体積が前記生物学的試料中の一つまた
は二つ以上の選択された特性を測定するのに十分である
かを決定することをさらに含む請求項４記載のシステ
ム。 （１１）前記試料中に存在する一種類または二種類以上
の選択された検体の濃度を測定する手段、および不十分
であると決定された前記試料体積を補償し、一方前記生
物学的試料中の一種類または二種類以上の検体の濃度を
測定する手段をさらに含む実施態様（１０）記載のシス
テム。

【００７４】

【発明の効果】上述の説明から明白なように、本方法お
よびシステムの特徴は検体濃度の電気化学的分析用の試
験片に堆積された生理学的試料の体積を決定するための
従来技術の欠点の多くを克服し、限定されないが、その
ような試料体積の決定をするための非常に正確な手段お
よび技法を提供することおよび検体濃度測定を行うのに
必要な時間を短縮することを含む。さらに、そのような
試料体積の決定は血中グルコース濃度、血液ヘマトクリ
ット値、血液ドナー、試験温度、および血液試料中に存
在していることが多い干渉物の濃度の変化に影響されな
い。本発明の他の利点としては、不十分な試料体積を補
償するとともに、試験手順を中止する必要なく検体濃度
測定を進行し、無駄とコストを最低限にする能力が挙げ
られる。そのようなものとして、本発明は生理学的試料
の液体の体積決定および検体濃度測定の分野に顕著な貢
献をするものである。

【００７５】ここに、本発明をもっとも実践的かつ好適
であると考えられる実施態様について図示し、説明した
が本発明の範囲内で上記説明から逸脱することができ、
本明細書の開示内容を読む当業者には自明な改変が行え
ることが分かる。具体的に開示された装置および方法は
説明のためのものであり、限定的なものではない。開示
された概念の均等の意味および範囲内に入る改変、例え
ば当業者が容易に想到し得るもの、は特許請求の範囲に
含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と共に使用できる、電気化学的検体濃度
決定用の例示的な従来の電気化学的試験片の展開図であ
る。

【図２】図１の試験片の等価セルインピーダンスの回路
の代表例の概略図である。

【図３】電圧が電気化学的バイオセンサーに印加された
ときのその等価セルキャパシタンスを測定するための電
気化学的バイオセンサーに作用的に接続された本発明の
システムを示すブロック図である。

【図４】図１の試験片の電気化学的セルの、このセルが
サンプリングされた溶液でそれぞれ完全に満たされたと
きおよび半分満たされたときの時間（ｘ軸）に対する等
価セルキャパシタンスの変化（ｙ軸）の関係を示すグラ
フ図である。

【図５】図１の試験片の電気化学的セルの、このセルが
サンプリングされた溶液でそれぞれ完全に満たされたと
きおよび半分満たされたときの時間（ｘ軸）に対する等
価セル抵抗の変化（ｙ軸）の関係を示すグラフ図であ
る。

【図６】図１の試験片の電気化学的セルの、このセルが
サンプリングされた溶液でそれぞれ完全に満たされたと
きおよび半分満たされたときの、試料溶液が試験片に適
用されてから０．５秒後における等価セルキャパシタン
ス（ｘ軸）のヒストグラムである。

【図７】図１の試験片の電気化学的セルがサンプリング
された溶液でそれぞれ完全に満たされたときおよび半分
満たされたときの時間（ｘ軸）に対する、等価セルキャ
パシタンスの等価セル抵抗の比（Ｃ／Ｒ）の変化（ｙ
軸）を示すグラフ図である。

【図８】図１の試験片の電気化学的セルが血液試料でサ
ンプリングされた溶液でそれぞれ完全に満たされたとき
および半分満たされたときの、試料適用の０．５秒後に
測定された、等価セルキャパシタンスの等価セル抵抗に
対する比（Ｃ／Ｒ）の変化（ｙ軸）対等価セルキャパシ
タンス（ｘ軸）の分散図である。

【符号の説明】

５０ システム ５２ 電圧供給部 ５４ 電流−電圧変換器 ５６ アナログ−デジタル変換器 ５８ マイクロプロセッサ ７０ バイオセンサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーマニ・マイヤー・ゼット アメリカ合衆国、94588 カリフォルニア 州、プレザントン、ガルフストリーム・ド ライブ 3154 (72)発明者 テオドアツァイク・マリア アメリカ合衆国、95135 カリフォルニア 州、サン・ホセ、ランニング・スプリング ス・ロード 6014 (72)発明者 グ・シェリー・エックス アメリカ合衆国、95132 カリフォルニア 州、サン・ホセ、ミグノン・ドライブ 2651 Ｆターム(参考） 2G045 FB05 GC08 JA02 2G060 AA06 AC10 AD06 AE17 AE40 AF02 AF03 AF10 FA01 FB02 HA01 HA02 HC07 HC13 HC19 HD03 KA05 KA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気化学的バイオセンサー内に保持され
   た生物学的試料の体積を決定する方法であって、 選択された振幅と選択された周波数を有する交流電圧を
   該バイオセンサーに印加すること、 前記交流電圧の印加により生成された交流電流を測定す
   ること、 前記測定された交流電流値から前記バイオセンサーのキ
   ャパシタンスまたはキャパシタンスと抵抗の双方を決定
   すること、 前記決定されたキャパシタンスに基づいて前記試料と接
   触する前記バイオセンサーの表面積を決定すること、お
   よび前記決定された表面積に基づいて前記バイオセンサ
   ー内の前記試料の体積を決定することを含むことを特徴
   とする方法。
2. 【請求項２】 電気化学的バイオセンサー内に保持され
   た生物学的試料の少なくとも一つの特性を測定するため
   に該生物学的試料の不十分な体積を補償する方法であっ
   て、前記バイオセンサーが前記試料で完全に満たされた
   ときの該バイオセンサーのキャパシタンスの、前記バイ
   オセンサーが前記試料で不十分な試料体積で満たされた
   ときの前記バイオセンサーのキャパシタンスに対する比
   を決定することを含むことを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 電気化学的バイオセンサー内に保持され
   た生物学的試料の少なくとも一つの特性を測定するであ
   って、 前記生物学的試料の体積を決定すること、 前記生物学的試料の体積の十分性を決定すること、 電気化学的バイオセンサー内の生物学的試料の不十分な
   体積を前記体積が不十分であるという決定に基づいて補
   償すること、および前記生物学的試料の前記少なくとも
   １つの特性を正確に測定することを含むことを特徴とす
   る方法。
4. 【請求項４】 表面積と容積を有する電気化学的セル内
   の生物学的試料の体積を決定するシステムであって、 前記電気化学的セルに電圧を印加するように構成された
   電圧供給部、 前記セルに電圧が印加されたときに前記セルにより生成
   される電流を測定する手段、 前記測定された電流値から前記セルのキャパシタンスお
   よび／または抵抗を導く手段、 前記セルのキャパシタンスおよび／または抵抗から前記
   生物学的試料により被覆されたセルの表面積を導く手
   段、および前記セルの表面積から生物学的試料の体積を
   導く手段を含むことを特徴とするシステム。
5. 【請求項５】 電気化学的セルに係合するように、かつ
   該電気化学的セル内に保持されている生物学的試料の一
   つまたは二つ以上の物理的または化学的特性を測定する
   ように構成された計測器と共に使用するシステムであっ
   て、 前記セルに交流および／または直流電流を印加するよう
   に構成された電圧供給部、および前記電気化学的セルに
   電圧が印加されたときに前記電気化学的セルにより発生
   された電流を受容し、前記発生された電流を測定し、前
   記セルのキャパシタンスを前記測定された電流値から決
   定し、前記セルの前記生物学的試料により被覆された表
   面積を決定し、かつ前記生物学的試料の体積を前記生物
   学的試料により被覆された前記セルの表面積から決定す
   るように構成された電子回路を含むことを特徴とするシ
   ステム。