JP2003240747A - サンプルの種類及び量を検出するバイオセンサ装置及び方法 - Google Patents
サンプルの種類及び量を検出するバイオセンサ装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サンプルの種類及び赤血球量を検出するバイ
オセンサ装置及方法を提供する。 【解決手段】 バイオセンサ装置１００は、ＡＣ信号を
サンプルの入っているバイオセンサセル１０２に印加す
る正弦波発生器１４６と、電流−電圧変換器１１４と、
移相器１１６と、方形波発生器１１２と、同期復調器１
１８と、サンプルの量に比例したバイオセンサセルの有
効キャパシタンスに比例する信号を出力する低域フィル
タ１２０とを有する。加うるに、電流−電圧変換器は、
バイオセンサセル内に入っているサンプルの種類を表す
信号を出力する。本発明の方法は、正弦波をバイオセン
サセルに印加する段階と、結果的に得られた信号の位相
を変える段階と、正弦波と同期した方形波を発生させる
段階と、上記結果的に得られた信号を方形波で復調する
段階と、復調した信号を濾波してバイオセンサセルの有
効キャパシタンスに比例した信号を生じさせる段階とを
有する。
オセンサ装置及方法を提供する。 【解決手段】 バイオセンサ装置１００は、ＡＣ信号を
サンプルの入っているバイオセンサセル１０２に印加す
る正弦波発生器１４６と、電流−電圧変換器１１４と、
移相器１１６と、方形波発生器１１２と、同期復調器１
１８と、サンプルの量に比例したバイオセンサセルの有
効キャパシタンスに比例する信号を出力する低域フィル
タ１２０とを有する。加うるに、電流−電圧変換器は、
バイオセンサセル内に入っているサンプルの種類を表す
信号を出力する。本発明の方法は、正弦波をバイオセン
サセルに印加する段階と、結果的に得られた信号の位相
を変える段階と、正弦波と同期した方形波を発生させる
段階と、上記結果的に得られた信号を方形波で復調する
段階と、復調した信号を濾波してバイオセンサセルの有
効キャパシタンスに比例した信号を生じさせる段階とを
有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイオセンサに関
し、特にバイオセンサセル内に入っているサンプルの種
類及び量を検出する方法及び装置に関する。
し、特にバイオセンサセル内に入っているサンプルの種
類及び量を検出する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイオセンサは、バイオセンサセル内に
入っているサンプル中の種々の化学成分の存在量を測定
する装置である。例えば、バイオセンサを用いると血液
サンプル中に存在しているグルコースの量を測定するこ
とができる。一般に、バイオセンサセルは、１対の導
体、例えば金及びパラジウムを有し、これら導体は、サ
ンプルをこれらの間に受け入れるように構成されてい
る。典型的には、バイオセンサは、或る量を有するとみ
なされるサンプル中の或る成分、例えばグルコースの量
に比例した電気信号を出力する。しかしながら、サンプ
ルが少なすぎ又は多すぎると、電気信号は、サンプル中
の成分の実際の濃度よりも低い又は高い濃度を指示する
ことになり、その結果、不適切な診断及び治療が行われ
る恐れが生じる。したがって、生物学的サンプルが妥当
であるかどうかを判定する方法及び装置が有用である。
入っているサンプル中の種々の化学成分の存在量を測定
する装置である。例えば、バイオセンサを用いると血液
サンプル中に存在しているグルコースの量を測定するこ
とができる。一般に、バイオセンサセルは、１対の導
体、例えば金及びパラジウムを有し、これら導体は、サ
ンプルをこれらの間に受け入れるように構成されてい
る。典型的には、バイオセンサは、或る量を有するとみ
なされるサンプル中の或る成分、例えばグルコースの量
に比例した電気信号を出力する。しかしながら、サンプ
ルが少なすぎ又は多すぎると、電気信号は、サンプル中
の成分の実際の濃度よりも低い又は高い濃度を指示する
ことになり、その結果、不適切な診断及び治療が行われ
る恐れが生じる。したがって、生物学的サンプルが妥当
であるかどうかを判定する方法及び装置が有用である。
【０００３】バイオセンサセル内のサンプルの妥当性を
判定する一方法は、電気センサを用いることによる。電
気センサは、電気の流れを検出する導体である。この方
法では、１以上の検出用導体がバイオセンサセル中の互
いに異なる場所に配置される。サンプルが検出用導体に
接触すると、検出用導体は、電気を導くことになり、そ
れにより、その場所にサンプルが存在しているかどうか
が分かる。この場合、電気回路を用いると適量のサンプ
ルがバイオセンサセル内に入れられたかどうかを、電気
を導く検出用導体の数に基づいて判定することができ
る。この方法にはいくつかの欠点がある。第１に、バイ
オセンサセルの２つの既存の互いに平行なプレート状導
体に加えて幾つかの検出用導体が必要である。第２に、
サンプルが導体の領域を完全に充填しないで検出用導体
に触れると、誤差が引き起こされる。第３に、この方法
は、サンプル内に閉じ込められた気泡を補償することが
できず、かかる気泡はサンプルの量を減少させる。
判定する一方法は、電気センサを用いることによる。電
気センサは、電気の流れを検出する導体である。この方
法では、１以上の検出用導体がバイオセンサセル中の互
いに異なる場所に配置される。サンプルが検出用導体に
接触すると、検出用導体は、電気を導くことになり、そ
れにより、その場所にサンプルが存在しているかどうか
が分かる。この場合、電気回路を用いると適量のサンプ
ルがバイオセンサセル内に入れられたかどうかを、電気
を導く検出用導体の数に基づいて判定することができ
る。この方法にはいくつかの欠点がある。第１に、バイ
オセンサセルの２つの既存の互いに平行なプレート状導
体に加えて幾つかの検出用導体が必要である。第２に、
サンプルが導体の領域を完全に充填しないで検出用導体
に触れると、誤差が引き起こされる。第３に、この方法
は、サンプル内に閉じ込められた気泡を補償することが
できず、かかる気泡はサンプルの量を減少させる。
【０００４】バイオセンサセルに投入又は適用されるサ
ンプルの妥当性を判定する別の方法は、サンプルの量を
目で確認することである。この方法では、装置のユーザ
は、バイオセンサ内のサンプルを目で見て調べて十分な
量のサンプルがバイオセンサに投入されたかどうかを判
定する。この方法は、サンプルの量の主観的な判定を利
用しているので、誤差を生じがちである。これは、バイ
オセンサがユーザの視覚的鋭敏さを低下させる或る特定
の病気、例えば糖尿病と関連した化学成分を測定するの
に用いられる場合には特に問題である。
ンプルの妥当性を判定する別の方法は、サンプルの量を
目で確認することである。この方法では、装置のユーザ
は、バイオセンサ内のサンプルを目で見て調べて十分な
量のサンプルがバイオセンサに投入されたかどうかを判
定する。この方法は、サンプルの量の主観的な判定を利
用しているので、誤差を生じがちである。これは、バイ
オセンサがユーザの視覚的鋭敏さを低下させる或る特定
の病気、例えば糖尿病と関連した化学成分を測定するの
に用いられる場合には特に問題である。
【０００５】サンプルの妥当性を判定するのに用いられ
る従来方法では、結果的に検査はサンプルの量が狭い範
囲内にある場合にのみ行われることになる。サンプルの
量がこの範囲から外れていれば、検査は打ち切られる。
サンプルの量が狭い範囲内にあることをあてにして生物
学的サンプルを用いるこの「ゴー・ノーゴー（go/no-g
o）」検査法の利用の結果として、この狭い範囲から外
れたサンプルについて時間及びサンプルが無駄になる。
る従来方法では、結果的に検査はサンプルの量が狭い範
囲内にある場合にのみ行われることになる。サンプルの
量がこの範囲から外れていれば、検査は打ち切られる。
サンプルの量が狭い範囲内にあることをあてにして生物
学的サンプルを用いるこの「ゴー・ノーゴー（go/no-g
o）」検査法の利用の結果として、この狭い範囲から外
れたサンプルについて時間及びサンプルが無駄になる。
【０００６】したがって、バイオセンサセル内のサンプ
ルの量を正確に求めると共に広い範囲のサンプル量につ
いて各成分の濃度を求める装置及び方法が要望されてい
る。本発明は、とりわけこの要望に応えるものである。
ルの量を正確に求めると共に広い範囲のサンプル量につ
いて各成分の濃度を求める装置及び方法が要望されてい
る。本発明は、とりわけこの要望に応えるものである。
【０００７】本発明は、十分な量のサンプルがバイオセ
ンサ内へ入れられたかどうかを判定することができ、サ
ンプルの量のばらつきを許容でき、バイオセンサ内に入
っているサンプルの種類を決定することができる装置及
び方法を提供する。上述の問題は、バイオセンサセル内
のサンプルの量に比例したバイオセンサセルの有効キャ
パシタンスを求めることによりバイオセンサセル内のサ
ンプルの量を正確に検出することによって解決される。
ンサ内へ入れられたかどうかを判定することができ、サ
ンプルの量のばらつきを許容でき、バイオセンサ内に入
っているサンプルの種類を決定することができる装置及
び方法を提供する。上述の問題は、バイオセンサセル内
のサンプルの量に比例したバイオセンサセルの有効キャ
パシタンスを求めることによりバイオセンサセル内のサ
ンプルの量を正確に検出することによって解決される。
【０００８】本発明の一特徴は、第１の導体接続部及び
第２の導体接続部を備えていて、量をもつサンプルを受
け入れるよう構成されたバイオセンサセルの有効キャパ
シタンスを測定する装置に関する。この装置は、バイオ
センサセルの第１の導体接続部に結合される出力を備え
ていて、ＡＣ信号を生じさせる正弦波発生器と、バイオ
センサセルの第２の導体接続部に結合される入力を備
え、更に出力を備えた電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換器と、
Ｉ／Ｖ変換器の出力に結合された入力を備え、更に出力
を備える移相器と、ＡＣ信号と同期する方形波を生じさ
せる方形波発生器と、出力、移相器に結合された第１の
入力及び方形波発生器に結合された第２の入力を備える
同期復調器と、同期復調器の出力に結合された入力を備
える低域フィルタ（ＬＰＦ）とを有し、ＬＰＦは、バイ
オセンサセルの有効キャパシタンスに比例する信号を出
力のところに生じさせる。
第２の導体接続部を備えていて、量をもつサンプルを受
け入れるよう構成されたバイオセンサセルの有効キャパ
シタンスを測定する装置に関する。この装置は、バイオ
センサセルの第１の導体接続部に結合される出力を備え
ていて、ＡＣ信号を生じさせる正弦波発生器と、バイオ
センサセルの第２の導体接続部に結合される入力を備
え、更に出力を備えた電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換器と、
Ｉ／Ｖ変換器の出力に結合された入力を備え、更に出力
を備える移相器と、ＡＣ信号と同期する方形波を生じさ
せる方形波発生器と、出力、移相器に結合された第１の
入力及び方形波発生器に結合された第２の入力を備える
同期復調器と、同期復調器の出力に結合された入力を備
える低域フィルタ（ＬＰＦ）とを有し、ＬＰＦは、バイ
オセンサセルの有効キャパシタンスに比例する信号を出
力のところに生じさせる。
【０００９】本発明の別の特徴は、第１の導体接続部及
び第２の導体接続部を有していて、量をもつサンプルを
受け入れるためにバイオセンサに用いられるよう構成さ
れたバイオセンサセルの有効キャパシタンスを測定する
方法に関する。この方法は、決められた周波数をもつ正
弦波をバイオセンサセルの第１の導体接続部に印加して
ＡＣ信号を生じさせる段階と、ＡＣ信号の位相をずらす
段階と、正弦波と同期した方形波を生じさせる段階と、
ＡＣ信号を方形波で復調して復調信号を生じさせる段階
と、復調信号を濾波してバイオセンサセルの有効キャパ
シタンスに比例した信号を生じさせる段階とを有する。
び第２の導体接続部を有していて、量をもつサンプルを
受け入れるためにバイオセンサに用いられるよう構成さ
れたバイオセンサセルの有効キャパシタンスを測定する
方法に関する。この方法は、決められた周波数をもつ正
弦波をバイオセンサセルの第１の導体接続部に印加して
ＡＣ信号を生じさせる段階と、ＡＣ信号の位相をずらす
段階と、正弦波と同期した方形波を生じさせる段階と、
ＡＣ信号を方形波で復調して復調信号を生じさせる段階
と、復調信号を濾波してバイオセンサセルの有効キャパ
シタンスに比例した信号を生じさせる段階とを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、バイオセンサセル１０２
内に配置されたサンプルの量及びバイオセンサセル１０
２内に配置されたサンプルの種類を求める本発明の一実
施形態としてのバイオセンサ装置１００のブロック図で
ある。加うるに、図１は、バイオセンサ装置１００内の
種々の場所で得られる信号レベルを示している。全体を
概観すると、ＡＣ正弦波発生器１０４によって生じたＡ
Ｃ正弦波とＤＣ電圧源１０６によって生じたＤＣバイア
ス電圧がコンバイナ１４６によって組み合わされてこれ
がバイオセンサセル１０２に印加され、バイオセンサセ
ル１０２両端間の有効抵抗１０８及びキャパシタンス１
１０を反映した信号が得られる。加うるに、ＡＣ正弦波
を方形波発生器１１２に導き、この方形波発生器は、正
弦波と同期した方形波を発生させる。バイオセンサセル
１０２からの信号を電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換器１１４
に入力すると、この信号は電圧信号に変換される。Ｉ／
Ｖ変換器１１４からの電圧信号は、移相器１１６によっ
て移相される。移相器１１６の出力は、方形波発生器１
１２の出力を用いて復調して復調信号を生じさせる同期
復調器１１８に入力される。復調信号をＬＰＦ１２０に
入力すると、サンプルの量に比例したバイオセンサセル
１０２の有効キャパシタンスに比例する信号が得られ
る。この信号をＡ／Ｄ変換器１２２によってディジタル
形式に変換し、ディジタル信号をプロセッサ１２４で処
理してバイオセンサセル１０２の有効キャパシタンスに
基づいてサンプルの量を求める。加うるに、Ｉ／Ｖ変換
器１１４の出力をフィルタ１２６に入力し、このフィル
タは、ＡＣ正弦波成分を除去し、その結果得られた信号
は、Ａ／Ｄ変換器１２２によってディジタル形式に変換
され、プロセッサ１２４によって処理されてバイオセン
サセル１０２に投入又は適用されたサンプル、例えば検
査サンプル又は生物学的サンプルの種類が決定される。
本発明は、血液のサンプル中のグルコースレベルを求め
るために糖尿病患者によって用いられるグルコース測定
システムで特に有用であるが、これには限られない。
内に配置されたサンプルの量及びバイオセンサセル１０
２内に配置されたサンプルの種類を求める本発明の一実
施形態としてのバイオセンサ装置１００のブロック図で
ある。加うるに、図１は、バイオセンサ装置１００内の
種々の場所で得られる信号レベルを示している。全体を
概観すると、ＡＣ正弦波発生器１０４によって生じたＡ
Ｃ正弦波とＤＣ電圧源１０６によって生じたＤＣバイア
ス電圧がコンバイナ１４６によって組み合わされてこれ
がバイオセンサセル１０２に印加され、バイオセンサセ
ル１０２両端間の有効抵抗１０８及びキャパシタンス１
１０を反映した信号が得られる。加うるに、ＡＣ正弦波
を方形波発生器１１２に導き、この方形波発生器は、正
弦波と同期した方形波を発生させる。バイオセンサセル
１０２からの信号を電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換器１１４
に入力すると、この信号は電圧信号に変換される。Ｉ／
Ｖ変換器１１４からの電圧信号は、移相器１１６によっ
て移相される。移相器１１６の出力は、方形波発生器１
１２の出力を用いて復調して復調信号を生じさせる同期
復調器１１８に入力される。復調信号をＬＰＦ１２０に
入力すると、サンプルの量に比例したバイオセンサセル
１０２の有効キャパシタンスに比例する信号が得られ
る。この信号をＡ／Ｄ変換器１２２によってディジタル
形式に変換し、ディジタル信号をプロセッサ１２４で処
理してバイオセンサセル１０２の有効キャパシタンスに
基づいてサンプルの量を求める。加うるに、Ｉ／Ｖ変換
器１１４の出力をフィルタ１２６に入力し、このフィル
タは、ＡＣ正弦波成分を除去し、その結果得られた信号
は、Ａ／Ｄ変換器１２２によってディジタル形式に変換
され、プロセッサ１２４によって処理されてバイオセン
サセル１０２に投入又は適用されたサンプル、例えば検
査サンプル又は生物学的サンプルの種類が決定される。
本発明は、血液のサンプル中のグルコースレベルを求め
るために糖尿病患者によって用いられるグルコース測定
システムで特に有用であるが、これには限られない。
【００１１】図２は、バイオセンサセル１０２内に入れ
られたサンプルの量及び種類を求める装置の略図であ
り、かかる装置は、本発明の実施形態を詳細に説明する
ために用いられることになる。バイオセンサセル１０２
は、サンプル、例えば血液の容器である。バイオセンサ
セル１０２を、バイオセンサセル１０２の第１の導体接
続部１２８と第２の導体接続部１３０との間で有効キャ
パシタンス１１０と並列状態にある有効抵抗１０８によ
って公知の方法でモデル化するのがよい。バイオセンサ
セル１０２は、第１の導体連結部１２８に結合された第
１の導体及び第２の導体連結接続部１３０に結合された
第２の導体を有している。第１の導体と第２の導体は、
互いに実質的に平行な１対の平行プレートであるのがよ
く、これらプレートは、これらの間にサンプルを受け入
れるよう構成されている。サンプルをバイオセンサセル
１０２内に配置すると、バイオセンサセル１０２の有効
キャパシタンス１１０は、サンプルの量に比例すること
になる。変形実施形態では、第１の導体及び第２の導体
は、サンプルを付着させた状態で受け入れるように同一
平面上に位置した１対のプレートであってもよく、或い
は互いに同軸状に設けられていて、間にサンプルを受け
入れるよう構成された１対の円筒形導体であってもよ
い。
られたサンプルの量及び種類を求める装置の略図であ
り、かかる装置は、本発明の実施形態を詳細に説明する
ために用いられることになる。バイオセンサセル１０２
は、サンプル、例えば血液の容器である。バイオセンサ
セル１０２を、バイオセンサセル１０２の第１の導体接
続部１２８と第２の導体接続部１３０との間で有効キャ
パシタンス１１０と並列状態にある有効抵抗１０８によ
って公知の方法でモデル化するのがよい。バイオセンサ
セル１０２は、第１の導体連結部１２８に結合された第
１の導体及び第２の導体連結接続部１３０に結合された
第２の導体を有している。第１の導体と第２の導体は、
互いに実質的に平行な１対の平行プレートであるのがよ
く、これらプレートは、これらの間にサンプルを受け入
れるよう構成されている。サンプルをバイオセンサセル
１０２内に配置すると、バイオセンサセル１０２の有効
キャパシタンス１１０は、サンプルの量に比例すること
になる。変形実施形態では、第１の導体及び第２の導体
は、サンプルを付着させた状態で受け入れるように同一
平面上に位置した１対のプレートであってもよく、或い
は互いに同軸状に設けられていて、間にサンプルを受け
入れるよう構成された１対の円筒形導体であってもよ
い。
【００１２】正弦波発生器１０４は、バイオセンサセル
１０２に印加できる正弦波を生じさせる。正弦波を第１
の導体接続部１２８のところでバイオセンサセル１０２
に印加することにより、第２の導体接続部１３０のとこ
ろには、バイオセンサセル１０２の有効抵抗１０８及び
キャパシタンス１１０を反映した信号が生じる。合成さ
れた正弦波の振幅は、これがバイオセンサセル１０２内
の電気化学反応に影響を及ぼさず、システムのノイズレ
ベルを十分に上回る信号を生じさせることができるよう
に選択される。合成正弦波の周波数は、バイオセンサの
ＳＮ比を最大にするように選択される。一実施形態で
は、この正弦波の振幅は、約５０ｍＶであり、周波数は
約１０９．０６５Ｈｚである。適当な正弦波発生器の一
例は、直接ディジタル合成（ＤＤＳ）チップであり、こ
れは、アプリケーションに特化した集積回路（ＡＳＩ
Ｃ）中に組み込まれた計数器（カウンタ）及び正弦ディ
ジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を有しており、例え
ば、米国マサチューセッツ州ノーウッド所在のアナログ
・デバイシズ・インコーポレイテッド（Analog Device
s, Inc.）によって製造されているＤＤＳチップ部品番
号ＡＤ９８３２である。この構成の結果として、非常に
安定した「階段状」の正弦波が得られる。
１０２に印加できる正弦波を生じさせる。正弦波を第１
の導体接続部１２８のところでバイオセンサセル１０２
に印加することにより、第２の導体接続部１３０のとこ
ろには、バイオセンサセル１０２の有効抵抗１０８及び
キャパシタンス１１０を反映した信号が生じる。合成さ
れた正弦波の振幅は、これがバイオセンサセル１０２内
の電気化学反応に影響を及ぼさず、システムのノイズレ
ベルを十分に上回る信号を生じさせることができるよう
に選択される。合成正弦波の周波数は、バイオセンサの
ＳＮ比を最大にするように選択される。一実施形態で
は、この正弦波の振幅は、約５０ｍＶであり、周波数は
約１０９．０６５Ｈｚである。適当な正弦波発生器の一
例は、直接ディジタル合成（ＤＤＳ）チップであり、こ
れは、アプリケーションに特化した集積回路（ＡＳＩ
Ｃ）中に組み込まれた計数器（カウンタ）及び正弦ディ
ジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を有しており、例え
ば、米国マサチューセッツ州ノーウッド所在のアナログ
・デバイシズ・インコーポレイテッド（Analog Device
s, Inc.）によって製造されているＤＤＳチップ部品番
号ＡＤ９８３２である。この構成の結果として、非常に
安定した「階段状」の正弦波が得られる。
【００１３】ＤＣ電圧源１０６は、バイオセンサセル１
０２に印加できるＤＣ電圧を生じさせる。ＤＣ電圧によ
り、有効キャパシタンス１１０をバイオセンサセル１０
２両端間に素早く生じさせることができ、それにより、
バイオセンサセル１０２内に投入されたサンプルの量を
短時間で求めることができる。一実施形態では、ＤＣ電
圧の振幅は、約−３００ｍＶである。バイオセンサセル
１０２内のサンプルの量は、ＤＣ電圧をバイオセンサセ
ル１０２に印加しないでも正確に決定できる。しかしな
がら、ＤＣ電圧を印加することにより、有効キャパシタ
ンス１１０を一層迅速に生じさせることができる。した
がって、ＤＣ電圧源１０６を、本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなく図示のバイオセンサから省いてもよ
いが、これを設けると、有効キャパシタンス１１０を求
める際のバイオセンサの性能にプラスの結果が得られ
る。
０２に印加できるＤＣ電圧を生じさせる。ＤＣ電圧によ
り、有効キャパシタンス１１０をバイオセンサセル１０
２両端間に素早く生じさせることができ、それにより、
バイオセンサセル１０２内に投入されたサンプルの量を
短時間で求めることができる。一実施形態では、ＤＣ電
圧の振幅は、約−３００ｍＶである。バイオセンサセル
１０２内のサンプルの量は、ＤＣ電圧をバイオセンサセ
ル１０２に印加しないでも正確に決定できる。しかしな
がら、ＤＣ電圧を印加することにより、有効キャパシタ
ンス１１０を一層迅速に生じさせることができる。した
がって、ＤＣ電圧源１０６を、本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなく図示のバイオセンサから省いてもよ
いが、これを設けると、有効キャパシタンス１１０を求
める際のバイオセンサの性能にプラスの結果が得られ
る。
【００１４】図示の実施形態では、ＤＣ電圧源１０６
は、第１の従来型オペアンプ（演算増幅器）１３２及び
第２の従来型オペアンプ１３４を有している。第１のオ
ペアンプ１３２の非反転入力は、バンドギャップ電圧１
３６に結合されている。バンドギャップ電圧１３６は、
電圧源、例えば電池から安定した電圧を生じさせる公知
のバンドギャップ回路によって得られる。バンドギャッ
プ電圧１３６は、電圧源の出力電圧の変動にもかかわら
ず一定のままである。第１のオペアンプ１３２は、反転
入力が接地用抵抗器１３８を介して接地され、出力が帰
還抵抗器１４０を介して反転入力に結合された利得段
（ゲインステージ）として構成されている。加うるに、
第１のオペアンプ１３２の出力は、第１の接地用抵抗器
１４２を介して仮想アースに結合されると共に第１の接
地用抵抗器１４２及び第２の接地用抵抗器１４４を介し
てシステムアースに結合されている。第２のオペアンプ
１３４の非反転入力は、第１のオペアンプ１３２の出力
に結合されている。第２のオペアンプ１３４は、出力が
反転入力に結合された緩衝段（バッファステージ）とし
て構成され、第２のオペアンプ１３４の出力は、ＤＣ電
圧源１０６のＤＣ電圧を反映している。
は、第１の従来型オペアンプ（演算増幅器）１３２及び
第２の従来型オペアンプ１３４を有している。第１のオ
ペアンプ１３２の非反転入力は、バンドギャップ電圧１
３６に結合されている。バンドギャップ電圧１３６は、
電圧源、例えば電池から安定した電圧を生じさせる公知
のバンドギャップ回路によって得られる。バンドギャッ
プ電圧１３６は、電圧源の出力電圧の変動にもかかわら
ず一定のままである。第１のオペアンプ１３２は、反転
入力が接地用抵抗器１３８を介して接地され、出力が帰
還抵抗器１４０を介して反転入力に結合された利得段
（ゲインステージ）として構成されている。加うるに、
第１のオペアンプ１３２の出力は、第１の接地用抵抗器
１４２を介して仮想アースに結合されると共に第１の接
地用抵抗器１４２及び第２の接地用抵抗器１４４を介し
てシステムアースに結合されている。第２のオペアンプ
１３４の非反転入力は、第１のオペアンプ１３２の出力
に結合されている。第２のオペアンプ１３４は、出力が
反転入力に結合された緩衝段（バッファステージ）とし
て構成され、第２のオペアンプ１３４の出力は、ＤＣ電
圧源１０６のＤＣ電圧を反映している。
【００１５】コンバイナ１４６は、正弦波発生器１０４
からの正弦波とＤＣ電圧源１０６からのＤＣ電圧信号を
組み合わせて、バイオセンサセル１０２の第１の導体接
続部１２８に印加される信号を生じさせる。図示の実施
形態では、コンバイナ１４６は、従来型オペアンプ１４
８を有している。オペアンプ１４８の非反転入力は、第
１の入力抵抗器１５０を介して正弦波発生器１０４に結
合されると共に第２の入力抵抗器１５２を介してＤＣ電
圧源１０６に結合されている。オペアンプ１４８の反転
入力は、接地用抵抗器１５４を介して仮想アースに結合
され、オペアンプ１４８の出力は、帰還抵抗器１５６を
介してオペアンプ１４８の非反転入力に結合されてい
る。当業者であれば、ＤＣ電圧源１０６を用いない場
合、コンバイナ１４６を省いてもよく、この場合、正弦
波発生器１０４を直接バイオセンサセル１０２に結合す
ればよいことは理解されよう。
からの正弦波とＤＣ電圧源１０６からのＤＣ電圧信号を
組み合わせて、バイオセンサセル１０２の第１の導体接
続部１２８に印加される信号を生じさせる。図示の実施
形態では、コンバイナ１４６は、従来型オペアンプ１４
８を有している。オペアンプ１４８の非反転入力は、第
１の入力抵抗器１５０を介して正弦波発生器１０４に結
合されると共に第２の入力抵抗器１５２を介してＤＣ電
圧源１０６に結合されている。オペアンプ１４８の反転
入力は、接地用抵抗器１５４を介して仮想アースに結合
され、オペアンプ１４８の出力は、帰還抵抗器１５６を
介してオペアンプ１４８の非反転入力に結合されてい
る。当業者であれば、ＤＣ電圧源１０６を用いない場
合、コンバイナ１４６を省いてもよく、この場合、正弦
波発生器１０４を直接バイオセンサセル１０２に結合す
ればよいことは理解されよう。
【００１６】Ｉ／Ｖ変換器１１４は、バイオセンサセル
１０２からの電流信号を受け取り、これを電圧信号に変
換する。図示の実施形態では、Ｉ／Ｖ変換器は、従来型
オペアンプ１５８を有している。オペアンプ１５８の反
転入力は、バイオセンサセル１０２の第２の導体接続部
１３０に接続されている。オペアンプ１５８の非反転入
力は、仮想アースに接続されている。オペアンプ１５８
の出力と反転入力との間に結合された帰還抵抗器１６０
によって、Ｉ／Ｖ変換器１１４の利得が定まる。
１０２からの電流信号を受け取り、これを電圧信号に変
換する。図示の実施形態では、Ｉ／Ｖ変換器は、従来型
オペアンプ１５８を有している。オペアンプ１５８の反
転入力は、バイオセンサセル１０２の第２の導体接続部
１３０に接続されている。オペアンプ１５８の非反転入
力は、仮想アースに接続されている。オペアンプ１５８
の出力と反転入力との間に結合された帰還抵抗器１６０
によって、Ｉ／Ｖ変換器１１４の利得が定まる。
【００１７】移相器１１６は、Ｉ／Ｖ変換器１１４から
の信号の位相をずらし、もし存在していればＤＣ成分を
信号から除去する。一実施形態では、Ｉ／Ｖ変換器１１
４からの信号の位相は、９０゜ずらされる。図示の実施
形態では、移相器１１６は、キャパシタ１６２及び抵抗
器１６４を有し、その次に緩衝増幅器１６６が設けられ
ている。緩衝増幅器１６６は、従来型オペアンプである
のがよく、緩衝増幅器１６６の出力は、緩衝増幅器１６
６の反転入力に結合されている。キャパシタ１６２は、
Ｉ／Ｖ変換器１１４のオペアンプ１５８の出力と緩衝増
幅器１６６の非反転入力との間に結合されている。抵抗
器１６４は、一端がキャパシタ１６２と緩衝増幅器１６
６の非反転入力との間に結合され、他端が仮想アースに
結合されている。
の信号の位相をずらし、もし存在していればＤＣ成分を
信号から除去する。一実施形態では、Ｉ／Ｖ変換器１１
４からの信号の位相は、９０゜ずらされる。図示の実施
形態では、移相器１１６は、キャパシタ１６２及び抵抗
器１６４を有し、その次に緩衝増幅器１６６が設けられ
ている。緩衝増幅器１６６は、従来型オペアンプである
のがよく、緩衝増幅器１６６の出力は、緩衝増幅器１６
６の反転入力に結合されている。キャパシタ１６２は、
Ｉ／Ｖ変換器１１４のオペアンプ１５８の出力と緩衝増
幅器１６６の非反転入力との間に結合されている。抵抗
器１６４は、一端がキャパシタ１６２と緩衝増幅器１６
６の非反転入力との間に結合され、他端が仮想アースに
結合されている。
【００１８】方形波発生器１１２は、正弦波発生器１０
４によって生じた正弦波と同期する方形波を出力のとこ
ろに発生させる。一実施形態では、方形波は、正弦波発
生器１０４によって生じた正弦波が負のサイクル中にあ
る場合比較的低い値をとり、正弦波が正のサイクル中に
ある時には比較的高い値をとることになる。図示の実施
形態では、方形波発生器１１２は、或る程度のヒステリ
シスを持つシュミットトリガとして構成された従来型オ
ペアンプ１６８を有しており、正弦波発生器１０４に結
合されて正弦波発生器１０４によって生じた正弦波と同
期する方形波を生じさせる。オペアンプ１６８の非反転
入力は、入力抵抗器１７０を介して正弦波発生器１０４
に結合されている。オペアンプ１６８の反転入力は、仮
想アースに結合されている。オペアンプ１６８の出力
は、帰還抵抗器１７２を介してオペアンプ１６８の非反
転入力に結合されている。正弦波発生器１０４がＤＤＳ
チップを含むＡＳＩＣである場合、方形波をＡＳＩＣに
よって発生させることができ、それにより方形波を生じ
させる別個のコンポーネント、例えば方形波発生器１１
２を不要にできることが考えられる。
４によって生じた正弦波と同期する方形波を出力のとこ
ろに発生させる。一実施形態では、方形波は、正弦波発
生器１０４によって生じた正弦波が負のサイクル中にあ
る場合比較的低い値をとり、正弦波が正のサイクル中に
ある時には比較的高い値をとることになる。図示の実施
形態では、方形波発生器１１２は、或る程度のヒステリ
シスを持つシュミットトリガとして構成された従来型オ
ペアンプ１６８を有しており、正弦波発生器１０４に結
合されて正弦波発生器１０４によって生じた正弦波と同
期する方形波を生じさせる。オペアンプ１６８の非反転
入力は、入力抵抗器１７０を介して正弦波発生器１０４
に結合されている。オペアンプ１６８の反転入力は、仮
想アースに結合されている。オペアンプ１６８の出力
は、帰還抵抗器１７２を介してオペアンプ１６８の非反
転入力に結合されている。正弦波発生器１０４がＤＤＳ
チップを含むＡＳＩＣである場合、方形波をＡＳＩＣに
よって発生させることができ、それにより方形波を生じ
させる別個のコンポーネント、例えば方形波発生器１１
２を不要にできることが考えられる。
【００１９】同期復調器１１８は、方形波発生器１１２
からの方形波を用いて移相器１１６から受け取った移相
信号を復調する回路である。同期復調器１１８の出力
は、方形波発生器１１２によって得られた方形波の比較
振幅で決まる符号を持つ信号である。方形波振幅が低い
（正弦波が負のサイクル中にあることを意味する）場
合、信号の符号は変化することになる。方形波の振幅が
高い（正弦波が正のサイクル中にあることを意味する）
場合、信号の符号は変化しないことになる。
からの方形波を用いて移相器１１６から受け取った移相
信号を復調する回路である。同期復調器１１８の出力
は、方形波発生器１１２によって得られた方形波の比較
振幅で決まる符号を持つ信号である。方形波振幅が低い
（正弦波が負のサイクル中にあることを意味する）場
合、信号の符号は変化することになる。方形波の振幅が
高い（正弦波が正のサイクル中にあることを意味する）
場合、信号の符号は変化しないことになる。
【００２０】図示の実施形態では、同期復調器１１８
が、オペアンプ１７４及びスイッチ１７５、例えばトラ
ンジスタを有している。オペアンプ１７４の反転入力及
び非反転入力はそれぞれ、第１の入力抵抗器１７６及び
第２の入力抵抗器１７８を介して緩衝増幅器１６６の出
力に結合されている。オペアンプ１７４の出力は、帰還
抵抗器１８０を介してオペアンプ１７４の反転入力に結
合されている。加うるに、オペアンプ１７４の非反転入
力をスイッチ１７５を介して仮想アースに結合するのが
よく、このスイッチは、方形波発生器１１２によって制
御される。方形波の振幅が高い場合、スイッチ１７５は
閉成状態にあり、オペアンプ１７４の非反転入力は仮想
アースに結合され、それによりオペアンプ１７４の出力
のところの信号の符号を変える。方形波の振幅が低い場
合、スイッチは開離状態にあり、オペアンプ１７４の非
反転入力は仮想アースに結合されず、それによりオペア
ンプ１７４の出力のところの信号の符号は変化しないま
まである。
が、オペアンプ１７４及びスイッチ１７５、例えばトラ
ンジスタを有している。オペアンプ１７４の反転入力及
び非反転入力はそれぞれ、第１の入力抵抗器１７６及び
第２の入力抵抗器１７８を介して緩衝増幅器１６６の出
力に結合されている。オペアンプ１７４の出力は、帰還
抵抗器１８０を介してオペアンプ１７４の反転入力に結
合されている。加うるに、オペアンプ１７４の非反転入
力をスイッチ１７５を介して仮想アースに結合するのが
よく、このスイッチは、方形波発生器１１２によって制
御される。方形波の振幅が高い場合、スイッチ１７５は
閉成状態にあり、オペアンプ１７４の非反転入力は仮想
アースに結合され、それによりオペアンプ１７４の出力
のところの信号の符号を変える。方形波の振幅が低い場
合、スイッチは開離状態にあり、オペアンプ１７４の非
反転入力は仮想アースに結合されず、それによりオペア
ンプ１７４の出力のところの信号の符号は変化しないま
まである。
【００２１】ＬＰＦ１２０は、同期復調器１１８の出力
を濾波してバイオセンサセル１０２の有効キャパシタン
ス１１０に比例した電気信号を生じさせ、この有効キャ
パシタンスはバイオセンサ内のサンプルの量に比例して
いる。一実施形態では、ＬＰＦ１２０の「カットオフ」
周波数は、同期復調器１１８からの信号の周波数よりも
非常に低い。カットオフ周波数が同期復調器１１８から
の信号の周波数よりも非常に低いので、ＬＰＦ１２０は
その信号を平均化する。結果的に得られる信号は、バイ
オセンサセル１０２の有効キャパシタンス１１０に比例
したＤＣ信号である。結果的に得られる信号が有効キャ
パシタンス１１０に比例し、有効抵抗１０８を表さない
ということを示す裏付けについては、方程式（１）乃至
方程式（８）を参照して以下に説明する。図示の実施形
態では、ＬＰＦ１２０は、抵抗器１８２及びキャパシタ
１８４を有している。抵抗器１８２は、一端が同期復調
器１１８の出力に結合され、他端がキャパシタ１８４に
結合されている。キャパシタ１８４は、抵抗器１８２と
仮想アースとの間に結合されている。
を濾波してバイオセンサセル１０２の有効キャパシタン
ス１１０に比例した電気信号を生じさせ、この有効キャ
パシタンスはバイオセンサ内のサンプルの量に比例して
いる。一実施形態では、ＬＰＦ１２０の「カットオフ」
周波数は、同期復調器１１８からの信号の周波数よりも
非常に低い。カットオフ周波数が同期復調器１１８から
の信号の周波数よりも非常に低いので、ＬＰＦ１２０は
その信号を平均化する。結果的に得られる信号は、バイ
オセンサセル１０２の有効キャパシタンス１１０に比例
したＤＣ信号である。結果的に得られる信号が有効キャ
パシタンス１１０に比例し、有効抵抗１０８を表さない
ということを示す裏付けについては、方程式（１）乃至
方程式（８）を参照して以下に説明する。図示の実施形
態では、ＬＰＦ１２０は、抵抗器１８２及びキャパシタ
１８４を有している。抵抗器１８２は、一端が同期復調
器１１８の出力に結合され、他端がキャパシタ１８４に
結合されている。キャパシタ１８４は、抵抗器１８２と
仮想アースとの間に結合されている。
【００２２】増幅器１８５が、ＬＰＦ１２０の出力を増
幅する。図示の実施形態では、増幅器１８５は、従来型
オペアンプ１８６である。オペアンプ１８６の非反転入
力は、ＬＰＦ１２０に結合されている。オペアンプ１８
６の反転入力は、接地用抵抗器１８８を介して仮想アー
スに結合され、オペアンプ１８６の出力は、帰還抵抗器
１９０を介してオペアンプ１８６の反転入力に結合され
ている。
幅する。図示の実施形態では、増幅器１８５は、従来型
オペアンプ１８６である。オペアンプ１８６の非反転入
力は、ＬＰＦ１２０に結合されている。オペアンプ１８
６の反転入力は、接地用抵抗器１８８を介して仮想アー
スに結合され、オペアンプ１８６の出力は、帰還抵抗器
１９０を介してオペアンプ１８６の反転入力に結合され
ている。
【００２３】分圧器１９１が、増幅器１８５からの電圧
レベルをＡ／Ｄ変換器１２２に適したレベルまで減少さ
せる。図示の実施形態では、分圧器１９１は、オペアン
プ１８６の出力とシステムアースとの間で直列に結合さ
れた第１の抵抗器１９２と第２の抵抗器１９４とから成
っている。抵抗器１９２，１９４を相互に接続すること
により、抵抗器１９２，１９４について選択された値で
決まる減少した電圧レベルが得られる。
レベルをＡ／Ｄ変換器１２２に適したレベルまで減少さ
せる。図示の実施形態では、分圧器１９１は、オペアン
プ１８６の出力とシステムアースとの間で直列に結合さ
れた第１の抵抗器１９２と第２の抵抗器１９４とから成
っている。抵抗器１９２，１９４を相互に接続すること
により、抵抗器１９２，１９４について選択された値で
決まる減少した電圧レベルが得られる。
【００２４】フィルタ１２６は、Ｉ／Ｖ変換器１１４か
らの信号からＡＣ成分を除去する従来型フィルタであ
る。フィルタ１２６からの結果的に得られた信号は、バ
イオセンサセル１０２に投入されたサンプルの種類を表
している。例えば、血液中のグルコースレベルを測定す
る際、まず最初に、検査サンプル、例えば砂糖水をバイ
オセンサセル１０２に投入して、バイオセンサが正しく
動作しているかどうかを判定する。結果的に得られた信
号を公知の方法で用いると、サンプルの種類、例えば血
液又は砂糖水を判定することができる。一実施形態で
は、フィルタ１２６は、正弦波発生器１０４によって生
じたＡＣ信号周波数と等価なＡＣ信号周波数を除去する
よう構成されている。変形実施形態では、フィルタ１２
６は、全てのＡＣ信号を除去する。
らの信号からＡＣ成分を除去する従来型フィルタであ
る。フィルタ１２６からの結果的に得られた信号は、バ
イオセンサセル１０２に投入されたサンプルの種類を表
している。例えば、血液中のグルコースレベルを測定す
る際、まず最初に、検査サンプル、例えば砂糖水をバイ
オセンサセル１０２に投入して、バイオセンサが正しく
動作しているかどうかを判定する。結果的に得られた信
号を公知の方法で用いると、サンプルの種類、例えば血
液又は砂糖水を判定することができる。一実施形態で
は、フィルタ１２６は、正弦波発生器１０４によって生
じたＡＣ信号周波数と等価なＡＣ信号周波数を除去する
よう構成されている。変形実施形態では、フィルタ１２
６は、全てのＡＣ信号を除去する。
【００２５】Ａ／Ｄ変換器１２２は、入力のところで受
け取ったアナログ信号を出力のところでのディジタル信
号に変換する。一実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１２２
は、スイッチ１９６、例えばトランジスタを介して分圧
器１９１及び増幅器１８５を通ってＬＰＦ１２０に結合
されていて、バイオセンサセル１０２の有効キャパシタ
ンス１１０に比例した信号をアナログからディジタルに
変換する第１の機能を実行するようになっている。加う
るに、Ａ／Ｄ変換器１２２をスイッチ１９８、例えば別
のトランジスタを介してフィルタ１２６を通ってＩ／Ｖ
変換器１１４の出力に結合してバイオセンサセル１０２
内のサンプルの種類を表す信号をアナログからディジタ
ルに変換する第２の機能を実行するようになっているの
がよい。スイッチ１９６，１９８の閉成は、２以上の信
号が一度にＡ／Ｄ変換器１２２に入るのを阻止するうえ
で互いに相反する（トレードオフの関係にある)。当業
者であれば、バイオセンサセル１０２の有効キャパシタ
ンス１１０を求めるＡ／Ｄ変換及びバイオセンサセル１
０２内に入っているサンプルの種類を決定するＡ／Ｄ変
換を２つの別々のＡ／Ｄ変換器で行うことができるとい
うことは理解されよう。別々のＡ／Ｄ変換器を用いる場
合、又は１つの機能だけを実行しようとする場合、スイ
ッチ１９６，１９８を省くことができる。
け取ったアナログ信号を出力のところでのディジタル信
号に変換する。一実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１２２
は、スイッチ１９６、例えばトランジスタを介して分圧
器１９１及び増幅器１８５を通ってＬＰＦ１２０に結合
されていて、バイオセンサセル１０２の有効キャパシタ
ンス１１０に比例した信号をアナログからディジタルに
変換する第１の機能を実行するようになっている。加う
るに、Ａ／Ｄ変換器１２２をスイッチ１９８、例えば別
のトランジスタを介してフィルタ１２６を通ってＩ／Ｖ
変換器１１４の出力に結合してバイオセンサセル１０２
内のサンプルの種類を表す信号をアナログからディジタ
ルに変換する第２の機能を実行するようになっているの
がよい。スイッチ１９６，１９８の閉成は、２以上の信
号が一度にＡ／Ｄ変換器１２２に入るのを阻止するうえ
で互いに相反する（トレードオフの関係にある)。当業
者であれば、バイオセンサセル１０２の有効キャパシタ
ンス１１０を求めるＡ／Ｄ変換及びバイオセンサセル１
０２内に入っているサンプルの種類を決定するＡ／Ｄ変
換を２つの別々のＡ／Ｄ変換器で行うことができるとい
うことは理解されよう。別々のＡ／Ｄ変換器を用いる場
合、又は１つの機能だけを実行しようとする場合、スイ
ッチ１９６，１９８を省くことができる。
【００２６】一実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１２２は、
デュアルスロープ形Ａ／Ｄ変換器である。デュアルスロ
ープ形Ａ／Ｄ変換器は、指定された期間についてアナロ
グ信号を積分し、次に時間間隔をカウントして積分され
た信号をゼロに戻すことにより、アナログ信号をディジ
タルに変換する装置である。カウントされた時間間隔
は、デュアルスロープ形Ａ／Ｄ変換器によって出力され
るディジタル信号の基礎となる。当業者であれば、デュ
アルスロープ形Ａ／Ｄ変換器の積分時間は、正弦波発生
器１０４によって生じたＡＣ周波数を除去し、それによ
りＩ／Ｖ変換器１１４からのＡＣ信号を効果的に除去し
て別個のフィルタ１２６を不要にするよう選択できるこ
とは理解されよう。一実施形態では、積分時間は、６０
／５０Ｈｚライン干渉を除くよう選択され、例えば１
８．３４ミリ秒である。加うるに、正弦波発生器１０４
によって得られる正弦波の周波数は、１８．３４ミリ秒
の選択された積分時間で最大の減衰量を持つよう選択さ
れ、例えば１０９．０６５Ｈｚである。
デュアルスロープ形Ａ／Ｄ変換器である。デュアルスロ
ープ形Ａ／Ｄ変換器は、指定された期間についてアナロ
グ信号を積分し、次に時間間隔をカウントして積分され
た信号をゼロに戻すことにより、アナログ信号をディジ
タルに変換する装置である。カウントされた時間間隔
は、デュアルスロープ形Ａ／Ｄ変換器によって出力され
るディジタル信号の基礎となる。当業者であれば、デュ
アルスロープ形Ａ／Ｄ変換器の積分時間は、正弦波発生
器１０４によって生じたＡＣ周波数を除去し、それによ
りＩ／Ｖ変換器１１４からのＡＣ信号を効果的に除去し
て別個のフィルタ１２６を不要にするよう選択できるこ
とは理解されよう。一実施形態では、積分時間は、６０
／５０Ｈｚライン干渉を除くよう選択され、例えば１
８．３４ミリ秒である。加うるに、正弦波発生器１０４
によって得られる正弦波の周波数は、１８．３４ミリ秒
の選択された積分時間で最大の減衰量を持つよう選択さ
れ、例えば１０９．０６５Ｈｚである。
【００２７】図示の実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１２２
は、バイオセンサセル１０２からの電圧及び電流を変換
し、次に有効キャパシタンス１１０を求めることをしな
いで、バイオセンサセル１０２の有効キャパシタンス１
１０に比例したＤＣ信号を変換する。これにより、バイ
オセンサセル１０２からの電圧及び電流をディジタル化
するのに必要なレベルよりも低速のＡ／Ｄ変換器１２
２、例えば上述の実施形態ではデュアルスロープ形Ａ／
Ｄ変換器を用いることができる。
は、バイオセンサセル１０２からの電圧及び電流を変換
し、次に有効キャパシタンス１１０を求めることをしな
いで、バイオセンサセル１０２の有効キャパシタンス１
１０に比例したＤＣ信号を変換する。これにより、バイ
オセンサセル１０２からの電圧及び電流をディジタル化
するのに必要なレベルよりも低速のＡ／Ｄ変換器１２
２、例えば上述の実施形態ではデュアルスロープ形Ａ／
Ｄ変換器を用いることができる。
【００２８】プロセッサ１２４は、Ａ／Ｄ変換器１２２
からのディジタル信号を処理する。プロセッサ１２４を
スイッチ１９８、フィルタ１２６及びＡ／Ｄ変換器１２
２を介してＩ／Ｖ変換器１１４の出力に結合すると、プ
ロセッサ１２４は、バイオセンサセル１０２内のサンプ
ルが第１の種類のものであるか、第２の種類のものであ
るかを判定するよう公知の仕方で構成されている。プロ
セッサ１２４を増幅器１８５、分圧器１９１、Ａ／Ｄ変
換器１２２及びスイッチ１９６を介してＬＰＦ１２０の
出力に結合すると、プロセッサ１２４は、バイオセンサ
セル１０２内のサンプルの量を求めるよう構成される。
ＬＰＦ１２０の出力はバイオセンサ内のサンプルの量に
比例していることは明らかなので、公知の処理方法を用
いてサンプルの量を求めることができる。プロセッサ１
２４としては、マイクロプロセッサ、マイクロコントロ
ーラ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、状態機械
（状態遷移機械ともいう）、汎用プロセッサ、特定目的
用プロセッサ、アプリケーション特化集積回路（ＡＳＩ
Ｃ）又は本質的にディジタル信号を処理できる任意の装
置が挙げられるが、これらには限定されない。
からのディジタル信号を処理する。プロセッサ１２４を
スイッチ１９８、フィルタ１２６及びＡ／Ｄ変換器１２
２を介してＩ／Ｖ変換器１１４の出力に結合すると、プ
ロセッサ１２４は、バイオセンサセル１０２内のサンプ
ルが第１の種類のものであるか、第２の種類のものであ
るかを判定するよう公知の仕方で構成されている。プロ
セッサ１２４を増幅器１８５、分圧器１９１、Ａ／Ｄ変
換器１２２及びスイッチ１９６を介してＬＰＦ１２０の
出力に結合すると、プロセッサ１２４は、バイオセンサ
セル１０２内のサンプルの量を求めるよう構成される。
ＬＰＦ１２０の出力はバイオセンサ内のサンプルの量に
比例していることは明らかなので、公知の処理方法を用
いてサンプルの量を求めることができる。プロセッサ１
２４としては、マイクロプロセッサ、マイクロコントロ
ーラ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、状態機械
（状態遷移機械ともいう）、汎用プロセッサ、特定目的
用プロセッサ、アプリケーション特化集積回路（ＡＳＩ
Ｃ）又は本質的にディジタル信号を処理できる任意の装
置が挙げられるが、これらには限定されない。
【００２９】一実施形態では、プロセッサは、求めた量
を所定値と比較することにより、サンプルの量が適量で
あるかどうかを判定することになろう。サンプルの量が
適当であれば、サンプルを用いた成分測定を行う。サン
プルの量が不適当であれば、成分測定を行わずエラーメ
ッセージをバイオセンサのユーザに表示するのがよい。
或る特定の実施形態では、プロセッサ１２４は、サンプ
ルが第１の種類のものであればサンプルについての成分
測定値を記憶し、第２の種類のサンプルについての測定
値を破棄する。例えば、グルコース測定システムでは、
サンプルの種類が血液であるというプロセッサ１２４の
判定がなされると、プロセッサ１２４はグルコース測定
値を記憶する。しかしながら、サンプルの種類が砂糖水
（グルコース計器の正しい動作を確認するのに用いられ
るありふれた物質）であるというプロセッサの判定がな
されると、グルコース測定値が破棄される。
を所定値と比較することにより、サンプルの量が適量で
あるかどうかを判定することになろう。サンプルの量が
適当であれば、サンプルを用いた成分測定を行う。サン
プルの量が不適当であれば、成分測定を行わずエラーメ
ッセージをバイオセンサのユーザに表示するのがよい。
或る特定の実施形態では、プロセッサ１２４は、サンプ
ルが第１の種類のものであればサンプルについての成分
測定値を記憶し、第２の種類のサンプルについての測定
値を破棄する。例えば、グルコース測定システムでは、
サンプルの種類が血液であるというプロセッサ１２４の
判定がなされると、プロセッサ１２４はグルコース測定
値を記憶する。しかしながら、サンプルの種類が砂糖水
（グルコース計器の正しい動作を確認するのに用いられ
るありふれた物質）であるというプロセッサの判定がな
されると、グルコース測定値が破棄される。
【００３０】プロセッサ１２４は、バイオセンサセル１
０２内のサンプル中の成分の量を求めるよう構成された
ものであるのがよい。例えば、プロセッサ１２４を利用
すると、血液サンプル中のグルコースの量を求めること
ができる。サンプル中のグルコースレベルを求めるため
に、プロセッサ１２４はスイッチ１９８を介してＩ／Ｖ
変換器１１４の出力に結合されている。ＤＣ電圧源１０
６によってバイオセンサセル１０２に印加された電圧、
例えば−３００ｍＶは、バイオセンサセル１０２中に
「第１のパルス」電流ｉfpを生じさせる。この場合、Ｄ
Ｃ電圧源１０６は、極性が逆の電圧、例えば＋３００ｍ
Ｖを印加するように公知の仕方で改造されており、バイ
オセンサセル１０２中に「定常状態」パルス電流ｉssを
生じさせるようになっている。一実施形態では、サンプ
ルについてのグルコースレベルを以下に記載する方程式
（９）乃至方程式（１８）を参照して説明するようにプ
ロセッサ１２４で求めることができ、この場合、グルコ
ースレベルの計算に先立ってバイオセンサセル１０２の
有効キャパシタンス１１０に基づいてパルス電流を求め
てこれを補償する。変形実施形態では、プロセッサ１２
４は、パルス電流に基づいてグルコースレベルを公知の
仕方で求め、次に有効キャパシタンス１１０を用いてグ
ルコースレベルを補償してもよい。
０２内のサンプル中の成分の量を求めるよう構成された
ものであるのがよい。例えば、プロセッサ１２４を利用
すると、血液サンプル中のグルコースの量を求めること
ができる。サンプル中のグルコースレベルを求めるため
に、プロセッサ１２４はスイッチ１９８を介してＩ／Ｖ
変換器１１４の出力に結合されている。ＤＣ電圧源１０
６によってバイオセンサセル１０２に印加された電圧、
例えば−３００ｍＶは、バイオセンサセル１０２中に
「第１のパルス」電流ｉfpを生じさせる。この場合、Ｄ
Ｃ電圧源１０６は、極性が逆の電圧、例えば＋３００ｍ
Ｖを印加するように公知の仕方で改造されており、バイ
オセンサセル１０２中に「定常状態」パルス電流ｉssを
生じさせるようになっている。一実施形態では、サンプ
ルについてのグルコースレベルを以下に記載する方程式
（９）乃至方程式（１８）を参照して説明するようにプ
ロセッサ１２４で求めることができ、この場合、グルコ
ースレベルの計算に先立ってバイオセンサセル１０２の
有効キャパシタンス１１０に基づいてパルス電流を求め
てこれを補償する。変形実施形態では、プロセッサ１２
４は、パルス電流に基づいてグルコースレベルを公知の
仕方で求め、次に有効キャパシタンス１１０を用いてグ
ルコースレベルを補償してもよい。
【００３１】図２に示すバイオセンサ内における電子部
品のばらつきの作用効果を減少させるため、校正手順が
用いられる。校正手順は、空のバイオセンサセル１０２
の有効キャパシタンス１１０に比例したディジタル信号
及びバイオセンサセル１０２の両端間に結合された既知
のキャパシタンスに関するディジタル信号を平均化する
段階と、既知のキャパシタンスで得られた値を、空のバ
イオセンサセル１０２で得られた値と既知のキャパシタ
ンスで得られた値の差で割ることにより、キャパシタン
ス変換勾配を計算する段階を有する。次に、キャパシタ
ンス変換勾配をプロセッサ１２４でアクセス可能に記憶
してバイオセンサセル１０２の有効キャパシタンス１１
０に比例した信号を補正する。一実施形態では、標準の
値、例えば０．４７μＦ±２％の公知のキャパシタを選
択する。公知の校正された計器、例えばアジレント（Ag
ilent）ＬＣＲ計器を用いてキャパシタのキャパシタン
ス値を測定する。次に、キャパシタをバイオセンサセル
１０２がバイオセンサに接続されている導体接続部１２
８，１３０相互間に接続し、Ａ／Ｄ変換器１２２からの
Ａ／Ｄの読みを記録する。Ａ／Ｄの読み及び既知の測定
キャパシタンスを用いて一点校正を発揮させ、プロセッ
サ１２４によりアクセス可能に不揮発性メモリに記憶さ
せることができるキャパシタンス変換勾配を求める。動
作中、Ａ／Ｄ変換器１２２のＡ／Ｄ読みを記憶したキャ
パシタンス変換勾配を用いてプロセッサ１２４によって
キャパシタンス値に変換する。
品のばらつきの作用効果を減少させるため、校正手順が
用いられる。校正手順は、空のバイオセンサセル１０２
の有効キャパシタンス１１０に比例したディジタル信号
及びバイオセンサセル１０２の両端間に結合された既知
のキャパシタンスに関するディジタル信号を平均化する
段階と、既知のキャパシタンスで得られた値を、空のバ
イオセンサセル１０２で得られた値と既知のキャパシタ
ンスで得られた値の差で割ることにより、キャパシタン
ス変換勾配を計算する段階を有する。次に、キャパシタ
ンス変換勾配をプロセッサ１２４でアクセス可能に記憶
してバイオセンサセル１０２の有効キャパシタンス１１
０に比例した信号を補正する。一実施形態では、標準の
値、例えば０．４７μＦ±２％の公知のキャパシタを選
択する。公知の校正された計器、例えばアジレント（Ag
ilent）ＬＣＲ計器を用いてキャパシタのキャパシタン
ス値を測定する。次に、キャパシタをバイオセンサセル
１０２がバイオセンサに接続されている導体接続部１２
８，１３０相互間に接続し、Ａ／Ｄ変換器１２２からの
Ａ／Ｄの読みを記録する。Ａ／Ｄの読み及び既知の測定
キャパシタンスを用いて一点校正を発揮させ、プロセッ
サ１２４によりアクセス可能に不揮発性メモリに記憶さ
せることができるキャパシタンス変換勾配を求める。動
作中、Ａ／Ｄ変換器１２２のＡ／Ｄ読みを記憶したキャ
パシタンス変換勾配を用いてプロセッサ１２４によって
キャパシタンス値に変換する。
【００３２】裏付け
表面積がＡの互いに平行なプレートをこれらの間に絶縁
体を入れた状態で距離ｄだけ離した場合、キャパシタン
スは次の方程式によって計算される。
体を入れた状態で距離ｄだけ離した場合、キャパシタン
スは次の方程式によって計算される。
【００３３】
【数１】
ε0 は、自由空間の誘電率、εr は、２枚のプレート相
互間に挿入された絶縁体の比誘電率である。キャパシタ
ンスは、表面積Ａ（又は、サンプル溶液と接触状態にあ
る電極表面積）に正比例し、２枚のプレート相互間の距
離ｄに反比例する。
互間に挿入された絶縁体の比誘電率である。キャパシタ
ンスは、表面積Ａ（又は、サンプル溶液と接触状態にあ
る電極表面積）に正比例し、２枚のプレート相互間の距
離ｄに反比例する。
【００３４】投入されたサンプルの量に比例した信号を
生じさせるためには、測定は、有効抵抗１０８とは無関
係でなければならない。図２を参照して説明した回路の
出力がバイオセンサセルの有効キャパシタンス１１０に
比例し、バイオセンサセルの有効抵抗１０８の関数では
ないことを立証するために、合成正弦波が振幅Ｖ及び周
波数ｆを持つ連続正弦波であると仮定する。
生じさせるためには、測定は、有効抵抗１０８とは無関
係でなければならない。図２を参照して説明した回路の
出力がバイオセンサセルの有効キャパシタンス１１０に
比例し、バイオセンサセルの有効抵抗１０８の関数では
ないことを立証するために、合成正弦波が振幅Ｖ及び周
波数ｆを持つ連続正弦波であると仮定する。
【００３５】
【数２】
上式において、ω＝２πｆ、ｔは時間である。サンプル
がバイオセンサセルに投入されたときに、バイオセンサ
セル１０２を流れる電流は、位相ずれがφ゜の同一の形
を持つことになろう。即ち、
がバイオセンサセルに投入されたときに、バイオセンサ
セル１０２を流れる電流は、位相ずれがφ゜の同一の形
を持つことになろう。即ち、
【００３６】
【数３】
上式において、Ｉ＝｛Ｖ／＊Ｚ＊｝、φ＝ｔａｎ-1（ω
ＲＣ）である。バイオセンサセルのインピーダンスＺは
次式で表される。
ＲＣ）である。バイオセンサセルのインピーダンスＺは
次式で表される。
【００３７】
【数４】
ＬＰＦ１２０の出力Ｖ0 は、９０゜移相された後のＩ／
Ｖ変換器１１４の出力の平均値である。
Ｖ変換器１１４の出力の平均値である。
【００３８】
【数５】
上式において、Ｒs は、Ｉ／Ｖ変換器１１４についての
センス抵抗器である。この方程式において、移相器によ
る利得が１であると仮定する。Ｚを代入し、その積分の
値を求めると、次式が得られる。
センス抵抗器である。この方程式において、移相器によ
る利得が１であると仮定する。Ｚを代入し、その積分の
値を求めると、次式が得られる。
【００３９】
【数６】
【数７】
或る程度数学的に簡単にすると次式が得られる。
【００４０】
【数８】
したがって、出力電圧Ｖ0 は、バイオセンサセルの有効
キャパシタンス１１０の一次関数であり、バイオセンサ
セルの有効抵抗１０８の関数ではない。かくして、電
圧、周波数及びセンス抵抗器の値を測定してこれらが分
かると、バイオセンサセルの有効キャパシタンス１１０
を求めることができ、これはサンプルの量の指標であ
る。
キャパシタンス１１０の一次関数であり、バイオセンサ
セルの有効抵抗１０８の関数ではない。かくして、電
圧、周波数及びセンス抵抗器の値を測定してこれらが分
かると、バイオセンサセルの有効キャパシタンス１１０
を求めることができ、これはサンプルの量の指標であ
る。
【００４１】本発明の一実施形態によれば、たとえ最適
ではないサンプル量をバイオセンサ１０２に投入して
も、正確なグルコース測定値を求めることができる。図
３は、グルコースレベルを測定するために用いられる信
号の発生状態を示すのに用いられるタイミング表示図で
ある。第１のＤＣバイアス電圧、例えば−３００ｍＶを
もつ第１のパルス（ｆｐ）の間、サンプルの量を表す有
効キャパシタンスレベルをＡＣ信号がサンプルに印加さ
れている量を検出期間中に検出する。また、第１のパル
スの間、ＡＣ信号を除いた後、バイオセンサセル１０２
を通る第１の電流レベルを測定する。第２のＤＣバイア
ス電圧、例えば＋３００ｍＶを持つ第２のパルスの間、
整定時間後、第２の電流レベルを測定する。次に、電流
レベルをバイオセンサセル１０２の有効キャパシタンス
１１０に基づいて補償し、これを用いてサンプルについ
てのグルコースレベルを求めることができる。この方法
について以下に詳細に説明する。グルコース濃度（Ｇ）
は次のようにして計算できる。
ではないサンプル量をバイオセンサ１０２に投入して
も、正確なグルコース測定値を求めることができる。図
３は、グルコースレベルを測定するために用いられる信
号の発生状態を示すのに用いられるタイミング表示図で
ある。第１のＤＣバイアス電圧、例えば−３００ｍＶを
もつ第１のパルス（ｆｐ）の間、サンプルの量を表す有
効キャパシタンスレベルをＡＣ信号がサンプルに印加さ
れている量を検出期間中に検出する。また、第１のパル
スの間、ＡＣ信号を除いた後、バイオセンサセル１０２
を通る第１の電流レベルを測定する。第２のＤＣバイア
ス電圧、例えば＋３００ｍＶを持つ第２のパルスの間、
整定時間後、第２の電流レベルを測定する。次に、電流
レベルをバイオセンサセル１０２の有効キャパシタンス
１１０に基づいて補償し、これを用いてサンプルについ
てのグルコースレベルを求めることができる。この方法
について以下に詳細に説明する。グルコース濃度（Ｇ）
は次のようにして計算できる。
【００４２】
【数９】
上式において、ｉfpは、第１のパルス（ｆｐ）中に求め
た一方の極性の第１のパルス電流であり、ｉssは、第２
のパルス（ｓｐ）の間に求めた逆の極性の定常状態パル
ス電流であり、ｐ及びｚは、校正定数であり、Ｇspは第
２のパルス中に計算したグルコース濃度である。第２の
パルスグルコース濃度Ｇspは次のようにして計算でき
る。
た一方の極性の第１のパルス電流であり、ｉssは、第２
のパルス（ｓｐ）の間に求めた逆の極性の定常状態パル
ス電流であり、ｐ及びｚは、校正定数であり、Ｇspは第
２のパルス中に計算したグルコース濃度である。第２の
パルスグルコース濃度Ｇspは次のようにして計算でき
る。
【００４３】
【数１０】
上式において、ｄは、バイオセンサセルの厚さ、Ｆは、
ファラデー定数、Ａは、バイオセンサセル面積、Ｄは、
拡散係数である。一実施形態では、第１のパルス電流ｉ
fpは、−３００ｍＶから＋３００ｍＶへのバイアス電圧
の移行の直前において、第１のパルス中に求め、定常状
態電流ｉssを、電流レベルが実質的に一定のレベルに落
ち着いた後において、第２のパルス中に求める。
ファラデー定数、Ａは、バイオセンサセル面積、Ｄは、
拡散係数である。一実施形態では、第１のパルス電流ｉ
fpは、−３００ｍＶから＋３００ｍＶへのバイアス電圧
の移行の直前において、第１のパルス中に求め、定常状
態電流ｉssを、電流レベルが実質的に一定のレベルに落
ち着いた後において、第２のパルス中に求める。
【００４４】バイオセンサセルがサンプルによって完全
には満たされておらず、バイオセンサセルの面積がＡに
等しい場合、部分的に充填された量に基づいてＧsp及び
Ｇを計算することができる。この概念を説明するため、
バイオセンサセルの一部が部分的に充填された面積ＡPF
で表されたサンプルによって覆われている部分充填状態
のバイオセンサセルを仮定する。なお、ＰＦは、部分的
に満たされた状態を表している。グルコース値を計算す
るため、この面積は、部分充填状態のグルコース値を計
算するために用いられる。
には満たされておらず、バイオセンサセルの面積がＡに
等しい場合、部分的に充填された量に基づいてＧsp及び
Ｇを計算することができる。この概念を説明するため、
バイオセンサセルの一部が部分的に充填された面積ＡPF
で表されたサンプルによって覆われている部分充填状態
のバイオセンサセルを仮定する。なお、ＰＦは、部分的
に満たされた状態を表している。グルコース値を計算す
るため、この面積は、部分充填状態のグルコース値を計
算するために用いられる。
【００４５】
【数１１】
上式において、
【００４６】
【数１２】
【００４７】したがって、
【数１３】
【００４８】セル電流ｉss及びセル電流ｉfpは、セル面
積Ａに比例し、等価セルキャパシタンスはセル面積に比
例する。即ち、
積Ａに比例し、等価セルキャパシタンスはセル面積に比
例する。即ち、
【００４９】
【数１４】
上式において、Ｆは、完全充填状態のセルを表してい
る。
る。
【００５０】したがって、部分充填状態のセル電流ｉ
ssPF，ｉfpPFを計算し、これを代入してそのバイオセン
サセルを部分的に充填しているサンプルのグルコース濃
度を計算する場合、次式が成り立つ。
ssPF，ｉfpPFを計算し、これを代入してそのバイオセン
サセルを部分的に充填しているサンプルのグルコース濃
度を計算する場合、次式が成り立つ。
【００５１】
【数１５】
キャパシタンスの比を面積の比で置き換えると、次式が
成り立つ。
成り立つ。
【００５２】
【数１６】
及び、
【数１７】
これは、方程式（９）で完全充填状態のバイオセンサセ
ルから計算されたグルコースと等価である。即ち、
ルから計算されたグルコースと等価である。即ち、
【００５３】
【数１８】
これで分かることは、たとえバイオセンサセル１０２を
部分的にしか充填していなくても正確なグルコースレベ
ルを計算できるということである。
部分的にしか充填していなくても正確なグルコースレベ
ルを計算できるということである。
【００５４】図４は、本発明に従ってバイオセンサセル
の有効キャパシタンスに基づいて補償を行う前における
第１のパルス及び第２のパルス期間中の完全充填状態及
び半分充填状態のバイオセンサセルについてのパルス電
流値を示している図である。第１のパルスから第２のパ
ルスへの移行は、図４に示す例では約１０秒で生じる。
図示のように、電流プロフィールの形は、完全充填状態
及び半分充填状態のバイオセンサセルについてほぼ同一
であるが、この電流値には著しい差がある。これらの差
は、実際のグルコースレベル及びサンプルの量のばらつ
きに起因している場合がある。例えば、グルコースレベ
ルの計算値が低いことはグルコースレベル低いこと及び
（又は）サンプル量が少ないことに起因している場合が
ある。したがって、補償に先立つ電流レベルに基づいて
得られるグルコースレベルの計算値は不正確な場合があ
る。図４に示す結果は、４０ｍｇ／ｄＬ乃至６００ｍｇ
／ｄＬのグルコースを含み、ヘマトクリットレベルが２
０％乃至７０％の血液サンプルをバイオセンサセルに投
入することによって収集された。
の有効キャパシタンスに基づいて補償を行う前における
第１のパルス及び第２のパルス期間中の完全充填状態及
び半分充填状態のバイオセンサセルについてのパルス電
流値を示している図である。第１のパルスから第２のパ
ルスへの移行は、図４に示す例では約１０秒で生じる。
図示のように、電流プロフィールの形は、完全充填状態
及び半分充填状態のバイオセンサセルについてほぼ同一
であるが、この電流値には著しい差がある。これらの差
は、実際のグルコースレベル及びサンプルの量のばらつ
きに起因している場合がある。例えば、グルコースレベ
ルの計算値が低いことはグルコースレベル低いこと及び
（又は）サンプル量が少ないことに起因している場合が
ある。したがって、補償に先立つ電流レベルに基づいて
得られるグルコースレベルの計算値は不正確な場合があ
る。図４に示す結果は、４０ｍｇ／ｄＬ乃至６００ｍｇ
／ｄＬのグルコースを含み、ヘマトクリットレベルが２
０％乃至７０％の血液サンプルをバイオセンサセルに投
入することによって収集された。
【００５５】図５は、サンプルを公知の仕方で検出した
後、０．６秒乃至０．８秒の間での完全充填状態及び半
分充填状態のバイオセンサセルについての量検出Ａ／Ｄ
の読みを示している図である。合成ＡＣ正弦波を第１の
パルスの開始時に印加し、そして量検出Ａ／Ｄの読みを
得る前に量検出回路を安定化させる。図示のように、半
分充填状態バイオセンサセルについてのＡ／Ｄの読み
は、完全充填状態バイオセンサセルについてのＡ／Ｄの
読みの約半分であり、それにより、Ａ／Ｄの読みがバイ
オセンサセル内のサンプルの量に関連していることが立
証される。図５に示す結果は、４０ｍｇ／ｄＬ乃至６０
０ｍｇ／ｄＬのグルコースを含み、ヘマトクリットレベ
ルが２０％乃至７０％の血液サンプルをバイオセンサセ
ルに投入することによって収集された。
後、０．６秒乃至０．８秒の間での完全充填状態及び半
分充填状態のバイオセンサセルについての量検出Ａ／Ｄ
の読みを示している図である。合成ＡＣ正弦波を第１の
パルスの開始時に印加し、そして量検出Ａ／Ｄの読みを
得る前に量検出回路を安定化させる。図示のように、半
分充填状態バイオセンサセルについてのＡ／Ｄの読み
は、完全充填状態バイオセンサセルについてのＡ／Ｄの
読みの約半分であり、それにより、Ａ／Ｄの読みがバイ
オセンサセル内のサンプルの量に関連していることが立
証される。図５に示す結果は、４０ｍｇ／ｄＬ乃至６０
０ｍｇ／ｄＬのグルコースを含み、ヘマトクリットレベ
ルが２０％乃至７０％の血液サンプルをバイオセンサセ
ルに投入することによって収集された。
【００５６】図６は、本発明に従ってサンプルの検出後
０．８秒の時点における完全充填状態及び半分充填状態
のバイオセンサセルのＡ／Ｄ読み、平均偏差、標準偏差
及び変動係数（ＣＶ）のヒストグラムを示すグラフ図で
ある。図示のように、Ａ／Ｄの読みは、サンプルの量と
強い相関関係がある。
０．８秒の時点における完全充填状態及び半分充填状態
のバイオセンサセルのＡ／Ｄ読み、平均偏差、標準偏差
及び変動係数（ＣＶ）のヒストグラムを示すグラフ図で
ある。図示のように、Ａ／Ｄの読みは、サンプルの量と
強い相関関係がある。
【００５７】図７及び図８は、それぞれバイオセンサセ
ルに適用されたサンプルの量についての補正前及び補正
後における米国オハイオ州イエロースプリングス所在の
ワイエスアイ・インコーポレイテッド（YSI Incorporat
ed）から入手できるＹＳＩグルコースアナライザ（これ
は、グルコース測定を行う上で業界により「金賞」の認
定を受けた標準型）によって得られたグルコース測定値
に対する本発明のバイオセンサのグルコースの偏りの比
較図である。グルコース偏りは、本発明のバイオセンサ
によって測定されたグルコースレベルとＹＳＩグルコー
スアナライザによって測定されたグルコースレベルの差
を表している。図７及び図８では、ＹＳＩグルコースア
ナライザによって測定されたグルコースレベルが１００
ｍｇ／ｄＬを下回っている場合、偏りは、ｍｇ／ｄＬで
表され、ＹＳＩグルコースアナライザによって測定され
たグルコースレベルが１００ｍｇ／ｄＬを上回っている
場合、偏りは、百分率（％）で表される。
ルに適用されたサンプルの量についての補正前及び補正
後における米国オハイオ州イエロースプリングス所在の
ワイエスアイ・インコーポレイテッド（YSI Incorporat
ed）から入手できるＹＳＩグルコースアナライザ（これ
は、グルコース測定を行う上で業界により「金賞」の認
定を受けた標準型）によって得られたグルコース測定値
に対する本発明のバイオセンサのグルコースの偏りの比
較図である。グルコース偏りは、本発明のバイオセンサ
によって測定されたグルコースレベルとＹＳＩグルコー
スアナライザによって測定されたグルコースレベルの差
を表している。図７及び図８では、ＹＳＩグルコースア
ナライザによって測定されたグルコースレベルが１００
ｍｇ／ｄＬを下回っている場合、偏りは、ｍｇ／ｄＬで
表され、ＹＳＩグルコースアナライザによって測定され
たグルコースレベルが１００ｍｇ／ｄＬを上回っている
場合、偏りは、百分率（％）で表される。
【００５８】図７は、量検出Ａ／Ｄの読みで補償される
前の完全充填状態及び半分充填状態のバイオセンサセル
についてのグルコース偏りを示している図である。図示
のように、半分充填状態バイオセンサセルは、グルコー
スレベルが６００ｍｇ／ｄＬのサンプルについては最高
−７０％の偏りを有し、グルコースレベルが４０ｍｇ／
ｄＬのサンプルについては−２５ｍｇ／ｄＬの偏りを有
する場合がある。図８は、量検出Ａ／Ｄの読みで補償さ
れた後の半分充填状態バイオセンサセルのグルコース偏
りの顕著な改善結果を示している図である。図示のよう
に、半分充填状態バイオセンサセルの偏りは、グルコー
スレベルが６００ｍｇ／ｄＬのサンプルについては約−
３０％以下、グルコースレベルが４０ｍｇ／ｄＬのサン
プルについては約−１０ｍｇ／ｄＬ以下に減少してい
る。
前の完全充填状態及び半分充填状態のバイオセンサセル
についてのグルコース偏りを示している図である。図示
のように、半分充填状態バイオセンサセルは、グルコー
スレベルが６００ｍｇ／ｄＬのサンプルについては最高
−７０％の偏りを有し、グルコースレベルが４０ｍｇ／
ｄＬのサンプルについては−２５ｍｇ／ｄＬの偏りを有
する場合がある。図８は、量検出Ａ／Ｄの読みで補償さ
れた後の半分充填状態バイオセンサセルのグルコース偏
りの顕著な改善結果を示している図である。図示のよう
に、半分充填状態バイオセンサセルの偏りは、グルコー
スレベルが６００ｍｇ／ｄＬのサンプルについては約−
３０％以下、グルコースレベルが４０ｍｇ／ｄＬのサン
プルについては約−１０ｍｇ／ｄＬ以下に減少してい
る。
【００５９】本発明の数種類の特定の実施形態を説明し
たが、当業者であれば種々の変形例、設計変更例及び改
造例を容易に想到できよう。本願の開示内容に照らして
容易に想到できるようなかかる変形例、設計変更例及び
改造例は、本明細書に明記されてはいないが、本明細書
の開示内容の一部とみなされ、本発明の精神及び範囲に
属するものである。したがって、上記説明は、例示であ
って、本発明を限定するものではない。本発明の範囲
は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲にのみ基づ
いて定められる。
たが、当業者であれば種々の変形例、設計変更例及び改
造例を容易に想到できよう。本願の開示内容に照らして
容易に想到できるようなかかる変形例、設計変更例及び
改造例は、本明細書に明記されてはいないが、本明細書
の開示内容の一部とみなされ、本発明の精神及び範囲に
属するものである。したがって、上記説明は、例示であ
って、本発明を限定するものではない。本発明の範囲
は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲にのみ基づ
いて定められる。
【００６０】本発明の具体的な実施態様は、以下の通り
である。 （１）バイオセンサセルの第１の導体接続部に結合され
たＤＣ電圧源を更に有し、前記ＤＣ電圧源は、ＤＣ成分
を前記第１の導体に付加することを特徴とする請求項１
記載の装置。 （２）前記移相器は、前記Ｉ／Ｖ変換器からの信号の位
相をずらし、前記Ｉ／Ｖ変換器からの前記信号から前記
ＤＣ成分を除去することを特徴とする実施態様（１）記
載の装置。 （３）前記ＬＰＦの出力に結合されたアナログ入力を備
え、更にディジタル出力を備えるアナログ−ディジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記Ａ／Ｄ変換器は、バ
イオセンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記信
号をアナログからディジタルに変換することを特徴とす
る請求項１記載の装置。 （４）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合されて
いて、バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例す
る前記ディジタル信号を処理してバイオセンサセルの有
効キャパシタンスを求めるプロセッサを更に有している
ことを特徴とする実施態様（３）記載の装置。 （５）前記プロセッサは更に、バイオセンサセルの有効
キャパシタンスに基づいてサンプルの量を求めることを
特徴とする実施態様（４）記載の装置。
である。 （１）バイオセンサセルの第１の導体接続部に結合され
たＤＣ電圧源を更に有し、前記ＤＣ電圧源は、ＤＣ成分
を前記第１の導体に付加することを特徴とする請求項１
記載の装置。 （２）前記移相器は、前記Ｉ／Ｖ変換器からの信号の位
相をずらし、前記Ｉ／Ｖ変換器からの前記信号から前記
ＤＣ成分を除去することを特徴とする実施態様（１）記
載の装置。 （３）前記ＬＰＦの出力に結合されたアナログ入力を備
え、更にディジタル出力を備えるアナログ−ディジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記Ａ／Ｄ変換器は、バ
イオセンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記信
号をアナログからディジタルに変換することを特徴とす
る請求項１記載の装置。 （４）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合されて
いて、バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例す
る前記ディジタル信号を処理してバイオセンサセルの有
効キャパシタンスを求めるプロセッサを更に有している
ことを特徴とする実施態様（３）記載の装置。 （５）前記プロセッサは更に、バイオセンサセルの有効
キャパシタンスに基づいてサンプルの量を求めることを
特徴とする実施態様（４）記載の装置。
【００６１】（６）前記正弦波発生器は、合成された正
弦波を発生させることを特徴とする請求項１記載の装
置。 （７）前記合成正弦波は、階段状正弦波であることを特
徴とする実施態様（６）記載の装置。 （８）前記ＬＰＦの出力に結合されたアナログ入力を備
え、更にディジタル出力を備えるアナログ−ディジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記Ａ／Ｄ変換器は、バ
イオセンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記信
号をアナログからディジタルに変換することを特徴とす
る請求項２記載のバイオセンサ。 （９）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合されて
いて、バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例す
る前記ディジタル信号を処理してサンプルの量を求める
プロセッサを更に有していることを特徴とする実施態様
（８）記載のバイオセンサ。 （１０）前記バイオセンサセルの第１の導体に結合され
たＤＣ電圧源を更に有し、前記ＤＣ電圧源は、ＤＣ成分
を装置に付加することを特徴とする請求項２記載のバイ
オセンサ。
弦波を発生させることを特徴とする請求項１記載の装
置。 （７）前記合成正弦波は、階段状正弦波であることを特
徴とする実施態様（６）記載の装置。 （８）前記ＬＰＦの出力に結合されたアナログ入力を備
え、更にディジタル出力を備えるアナログ−ディジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記Ａ／Ｄ変換器は、バ
イオセンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記信
号をアナログからディジタルに変換することを特徴とす
る請求項２記載のバイオセンサ。 （９）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合されて
いて、バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例す
る前記ディジタル信号を処理してサンプルの量を求める
プロセッサを更に有していることを特徴とする実施態様
（８）記載のバイオセンサ。 （１０）前記バイオセンサセルの第１の導体に結合され
たＤＣ電圧源を更に有し、前記ＤＣ電圧源は、ＤＣ成分
を装置に付加することを特徴とする請求項２記載のバイ
オセンサ。
【００６２】（１１）前記移相器は、前記Ｉ／Ｖ変換器
からの信号の位相をずらし、前記ＤＣ成分を除去するこ
とを特徴とする実施態様（１０）記載のバイオセンサ。 （１２）ディジタル出力及びアナログ入力を備えたアナ
ログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記ア
ナログ入力は、前記第１のスイッチを介してＩ／Ｖ変換
器の出力に結合されると共に第２のスイッチを介して前
記ＬＰＦの出力に結合されており、前記スイッチのうち
の一方だけが、一度に閉成されることを特徴とする実施
態様（１０）記載のバイオセンサ。 （１３）前記第１のスイッチを含む経路中でＩ／Ｖ変換
器とＡ／Ｄで変換器との間に結合されていて、ＡＣ成分
を前記経路から除去するフィルタを更に有していること
を特徴とする実施態様（１２）記載のバイオセンサ。 （１４）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合され
ていて、前記第２のスイッチが閉成されると、バイオセ
ンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記ディジタ
ル信号を処理し、前記第１のスイッチが閉成されるとサ
ンプルが特定種類のものであるかどうかを判定するよう
前記Ｉ／Ｖ変換器の出力を処理するプロセッサを更に有
していることを特徴とする実施態様（１２）記載のバイ
オセンサ。 （１５）前記サンプルは、血液であり、前記成分は、グ
ルコースであり、前記プロセッサは、求めた量を用いて
血液のサンプルに関するグルコースレベルを更に計算す
ることを特徴とする実施態様（１２）記載のバイオセン
サ。
からの信号の位相をずらし、前記ＤＣ成分を除去するこ
とを特徴とする実施態様（１０）記載のバイオセンサ。 （１２）ディジタル出力及びアナログ入力を備えたアナ
ログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記ア
ナログ入力は、前記第１のスイッチを介してＩ／Ｖ変換
器の出力に結合されると共に第２のスイッチを介して前
記ＬＰＦの出力に結合されており、前記スイッチのうち
の一方だけが、一度に閉成されることを特徴とする実施
態様（１０）記載のバイオセンサ。 （１３）前記第１のスイッチを含む経路中でＩ／Ｖ変換
器とＡ／Ｄで変換器との間に結合されていて、ＡＣ成分
を前記経路から除去するフィルタを更に有していること
を特徴とする実施態様（１２）記載のバイオセンサ。 （１４）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合され
ていて、前記第２のスイッチが閉成されると、バイオセ
ンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記ディジタ
ル信号を処理し、前記第１のスイッチが閉成されるとサ
ンプルが特定種類のものであるかどうかを判定するよう
前記Ｉ／Ｖ変換器の出力を処理するプロセッサを更に有
していることを特徴とする実施態様（１２）記載のバイ
オセンサ。 （１５）前記サンプルは、血液であり、前記成分は、グ
ルコースであり、前記プロセッサは、求めた量を用いて
血液のサンプルに関するグルコースレベルを更に計算す
ることを特徴とする実施態様（１２）記載のバイオセン
サ。
【００６３】（１６）前記ＤＣ電圧源は、第１の期間
中、第１の極性の第１の電圧を前記バイオセンサセルに
印加し、第２の期間中、第２の極性の第２のＤＣ電圧を
前記バイオセンサセルに印加するよう構成されているこ
とを特徴とする実施態様（１５）記載のバイオセンサ。 （１７）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合され
ていて、前記第２のスイッチが閉成されると、バイオセ
ンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記ディジタ
ル信号を処理し、第１のスイッチが閉成されると前記Ｉ
／Ｖ変換器の出力を処理して前記第１の期間中に前記バ
イオセンサセルを通る第１の電流を求めると共に前記第
２の期間中に前記バイオセンサセルを通る第２の電流を
求め、前記有効キャパシタンス、前記第１の電流及び前
記第２の電流に基づいて前記血液のサンプルに関するグ
ルコースレベルを求めるプロセッサを更に有しているこ
とを特徴とする実施態様（１６）記載のバイオセンサ。 （１８）ＤＣ成分を導入するＤＣ電圧をバイオセンサセ
ルの第１の導体接続部に印加する段階と、前記ＤＣ成分
を前記ＡＣ信号の復調に先立って除去する段階とを更に
有していることを特徴とする請求項３記載の方法。 （１９）前記バイオセンサセルの有効キャパシタンスに
比例した前記信号をアナログからディジタルに変換する
段階を更に有していることを特徴とする請求項３記載の
方法。 （２０）バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例
した前記信号を処理してバイオセンサセルによって受け
取られたサンプルの量を求める段階を更に有しているこ
とを特徴とする請求項３記載の方法。
中、第１の極性の第１の電圧を前記バイオセンサセルに
印加し、第２の期間中、第２の極性の第２のＤＣ電圧を
前記バイオセンサセルに印加するよう構成されているこ
とを特徴とする実施態様（１５）記載のバイオセンサ。 （１７）前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合され
ていて、前記第２のスイッチが閉成されると、バイオセ
ンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記ディジタ
ル信号を処理し、第１のスイッチが閉成されると前記Ｉ
／Ｖ変換器の出力を処理して前記第１の期間中に前記バ
イオセンサセルを通る第１の電流を求めると共に前記第
２の期間中に前記バイオセンサセルを通る第２の電流を
求め、前記有効キャパシタンス、前記第１の電流及び前
記第２の電流に基づいて前記血液のサンプルに関するグ
ルコースレベルを求めるプロセッサを更に有しているこ
とを特徴とする実施態様（１６）記載のバイオセンサ。 （１８）ＤＣ成分を導入するＤＣ電圧をバイオセンサセ
ルの第１の導体接続部に印加する段階と、前記ＤＣ成分
を前記ＡＣ信号の復調に先立って除去する段階とを更に
有していることを特徴とする請求項３記載の方法。 （１９）前記バイオセンサセルの有効キャパシタンスに
比例した前記信号をアナログからディジタルに変換する
段階を更に有していることを特徴とする請求項３記載の
方法。 （２０）バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例
した前記信号を処理してバイオセンサセルによって受け
取られたサンプルの量を求める段階を更に有しているこ
とを特徴とする請求項３記載の方法。
【００６４】（２１）バイオセンサを校正する段階を更
に有していることを特徴とする請求項３記載の方法。 （２２）前記校正段階は、サンプルがバイオセンサセル
によって受け取られていないときに、バイオセンサセル
の有効キャパシタンスに比例した前記ディジタル信号に
ついて第１の信号平均値を求める段階と、既知のキャパ
シタンスをバイオセンサセルの両端間に結合して第２の
信号平均値を求める段階と、前記基準キャパシタの値
を、第１の信号平均値と第２の信号平均値の差で割り算
してキャパシタンス変換勾配を算出する段階と、バイオ
センサセルの有効キャパシタンスに比例した信号を補正
するために前記キャパシタンス変換勾配を記憶させる段
階とから成ることを特徴とする実施態様（２１）記載の
方法。 （２３）サンプルが特定種類のものであるかどうかを判
定する段階と、サンプルが前記特定種類のものであれば
グルコース測定値を記憶させる段階とを更に有している
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
に有していることを特徴とする請求項３記載の方法。 （２２）前記校正段階は、サンプルがバイオセンサセル
によって受け取られていないときに、バイオセンサセル
の有効キャパシタンスに比例した前記ディジタル信号に
ついて第１の信号平均値を求める段階と、既知のキャパ
シタンスをバイオセンサセルの両端間に結合して第２の
信号平均値を求める段階と、前記基準キャパシタの値
を、第１の信号平均値と第２の信号平均値の差で割り算
してキャパシタンス変換勾配を算出する段階と、バイオ
センサセルの有効キャパシタンスに比例した信号を補正
するために前記キャパシタンス変換勾配を記憶させる段
階とから成ることを特徴とする実施態様（２１）記載の
方法。 （２３）サンプルが特定種類のものであるかどうかを判
定する段階と、サンプルが前記特定種類のものであれば
グルコース測定値を記憶させる段階とを更に有している
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【００６５】
【発明の効果】請求項１に記載された測定装置、請求項
２に記載されたバイオセンサ、請求項３に記載された測
定方法、請求項４及び請求項５に記載されたグルコース
測定方法の構成によれば、バイオセンサセル内のサンプ
ル、例えば血液の量を正確に求めると共に広い範囲のサ
ンプル量について各成分の濃度、例えばグルコースレベ
ルを求めることができる。本発明によれば、十分な量の
サンプルがバイオセンサ内へ入れられたかどうかを判定
することができ、サンプルの量のばらつきを許容でき、
バイオセンサ内に入っているサンプルの種類を決定する
ことができる。これは、バイオセンサセル内のサンプル
の量に比例したバイオセンサセルの有効キャパシタンス
を求めることによりバイオセンサセル内のサンプルの量
を正確に検出することによって達成される。また、本発
明によれば、たとえ最適ではないサンプル量がバイオセ
ンサに投入されても、正確なグルコース測定値を求める
ことができる。
２に記載されたバイオセンサ、請求項３に記載された測
定方法、請求項４及び請求項５に記載されたグルコース
測定方法の構成によれば、バイオセンサセル内のサンプ
ル、例えば血液の量を正確に求めると共に広い範囲のサ
ンプル量について各成分の濃度、例えばグルコースレベ
ルを求めることができる。本発明によれば、十分な量の
サンプルがバイオセンサ内へ入れられたかどうかを判定
することができ、サンプルの量のばらつきを許容でき、
バイオセンサ内に入っているサンプルの種類を決定する
ことができる。これは、バイオセンサセル内のサンプル
の量に比例したバイオセンサセルの有効キャパシタンス
を求めることによりバイオセンサセル内のサンプルの量
を正確に検出することによって達成される。また、本発
明によれば、たとえ最適ではないサンプル量がバイオセ
ンサに投入されても、正確なグルコース測定値を求める
ことができる。
【図１】本発明のバイオセンサ及びこれに関連した信号
レベルのブロック図である。
レベルのブロック図である。
【図２】本発明のバイオセンサの略図である。
【図３】本発明に従ってサンプルの量及びグルコースレ
ベルを測定するための時間関係を示す略図である。
ベルを測定するための時間関係を示す略図である。
【図４】本発明に従って完全充填状態及び半分充填状態
のバイオセンサセルについて電流値を示すグラフ図であ
る。
のバイオセンサセルについて電流値を示すグラフ図であ
る。
【図５】本発明に従って完全充填及び半分充填状態のバ
イオセンサセルについての量検出Ａ／Ｄ読みを示すグラ
フ図である。
イオセンサセルについての量検出Ａ／Ｄ読みを示すグラ
フ図である。
【図６】本発明に従ってサンプルの適用後０．８秒の時
点における完全充填状態及び半分充填状態のバイオセン
サセルのＡ／Ｄ読み、平均偏差、標準偏差及び変動係数
（ＣＶ）のヒストグラムを示すグラフ図である。
点における完全充填状態及び半分充填状態のバイオセン
サセルのＡ／Ｄ読み、平均偏差、標準偏差及び変動係数
（ＣＶ）のヒストグラムを示すグラフ図である。
【図７】本発明による量の補償前における業界標準と比
較した場合のグルコースの偏りを示すグラフ図である。
較した場合のグルコースの偏りを示すグラフ図である。
【図８】本発明による量の補償後における業界標準と比
較した場合のグルコースの偏りを示すグラフ図である。
較した場合のグルコースの偏りを示すグラフ図である。
１００ バイオセンサ装置
１０２ バイオセンサセル
１１２ 正弦波発生器
１１４ 電流−電圧変換器
１１６ 移相器
１１８ 同期復調器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１５年４月２１日（２００３．４．２
１）
１）
【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】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】本発明の具体的な実施態様は、以下の通り
である。 （１） バイオセンサセルの第１の導体接続部に結合さ
れたＤＣ電圧源を更に有し、前記ＤＣ電圧源は、ＤＣ成
分を前記第１の導体に付加することを特徴とする請求項
１記載の装置。 （２） 前記移相器は、前記Ｉ／Ｖ変換器からの信号の
位相をずらし、前記Ｉ／Ｖ変換器からの前記信号から前
記ＤＣ成分を除去することを特徴とする実施態様（１）
記載の装置。 （３） 前記ＬＰＦの出力に結合されたアナログ入力を
備え、更にディジタル出力を備えるアナログ−ディジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記Ａ／Ｄ変換器は、
バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記
信号をアナログからディジタルに変換することを特徴と
する請求項１または実施態様（１）〜（２）記載の装
置。 （４） 前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合され
ていて、バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例
する前記ディジタル信号を処理してバイオセンサセルの
有効キャパシタンスを求めるプロセッサを更に有してい
ることを特徴とする実施態様（３）記載の装置。 （５） 前記プロセッサは更に、バイオセンサセルの有
効キャパシタンスに基づいてサンプルの量を求めること
を特徴とする実施態様（４）記載の装置。
である。 （１） バイオセンサセルの第１の導体接続部に結合さ
れたＤＣ電圧源を更に有し、前記ＤＣ電圧源は、ＤＣ成
分を前記第１の導体に付加することを特徴とする請求項
１記載の装置。 （２） 前記移相器は、前記Ｉ／Ｖ変換器からの信号の
位相をずらし、前記Ｉ／Ｖ変換器からの前記信号から前
記ＤＣ成分を除去することを特徴とする実施態様（１）
記載の装置。 （３） 前記ＬＰＦの出力に結合されたアナログ入力を
備え、更にディジタル出力を備えるアナログ−ディジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器を更に有し、前記Ａ／Ｄ変換器は、
バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例する前記
信号をアナログからディジタルに変換することを特徴と
する請求項１または実施態様（１）〜（２）記載の装
置。 （４） 前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力に結合され
ていて、バイオセンサセルの有効キャパシタンスに比例
する前記ディジタル信号を処理してバイオセンサセルの
有効キャパシタンスを求めるプロセッサを更に有してい
ることを特徴とする実施態様（３）記載の装置。 （５） 前記プロセッサは更に、バイオセンサセルの有
効キャパシタンスに基づいてサンプルの量を求めること
を特徴とする実施態様（４）記載の装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６１】（６） 前記正弦波発生器は、合成された
正弦波を発生させることを特徴とする請求項１または実
施態様（１）〜（５）のうち何れか一に記載の装置。 （７） 前記合成正弦波は、階段状正弦波であることを
特徴とする実施態様（６）記載の装置。（８） サンプル中の成分を測定するバイオセンサであ
って、実施態様（１）〜（７）のうち何れか一に記載の
装置を有していることを特徴とするバイオセンサ。 （９） 第１の導体接続部及び第２の導体接続部を備え
ていて、バイオセンサに用いられて量をもつサンプルを
受け入れるよう構成されたバイオセンサセルの有効キャ
パシタンスを測定する方法であって、実施態様（１）〜
（７）のうち何れか一に記載の前記装置を用いてバイオ
センサセルの有効キャパシタンスを測定する段階を有す
ることを特徴とする方法。 （１０） 前記方法は、グルコースの測定方法であるこ
とを特徴とする実施態様（９）記載の方法。
正弦波を発生させることを特徴とする請求項１または実
施態様（１）〜（５）のうち何れか一に記載の装置。 （７） 前記合成正弦波は、階段状正弦波であることを
特徴とする実施態様（６）記載の装置。（８） サンプル中の成分を測定するバイオセンサであ
って、実施態様（１）〜（７）のうち何れか一に記載の
装置を有していることを特徴とするバイオセンサ。 （９） 第１の導体接続部及び第２の導体接続部を備え
ていて、バイオセンサに用いられて量をもつサンプルを
受け入れるよう構成されたバイオセンサセルの有効キャ
パシタンスを測定する方法であって、実施態様（１）〜
（７）のうち何れか一に記載の前記装置を用いてバイオ
センサセルの有効キャパシタンスを測定する段階を有す
ることを特徴とする方法。 （１０） 前記方法は、グルコースの測定方法であるこ
とを特徴とする実施態様（９）記載の方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６２】
【発明の効果】請求項１に記載された測定装置、請求項
２に記載されたバイオセンサ、請求項３に記載された測
定方法、請求項４に記載されたグルコース測定方法の構
成によれば、バイオセンサセル内のサンプル、例えば血
液の量を正確に求めると共に広い範囲のサンプル量につ
いて各成分の濃度、例えばグルコースレベルを求めるこ
とができる。本発明によれば、十分な量のサンプルがバ
イオセンサ内へ入れられたかどうかを判定することがで
き、サンプルの量のばらつきを許容でき、バイオセンサ
内に入っているサンプルの種類を決定することができ
る。これは、バイオセンサセル内のサンプルの量に比例
したバイオセンサセルの有効キャパシタンスを求めるこ
とによりバイオセンサセル内のサンプルの量を正確に検
出することによって達成される。また、本発明によれ
ば、たとえ最適ではないサンプル量がバイオセンサに投
入されても、正確なグルコース測定値を求めることがで
きる。
２に記載されたバイオセンサ、請求項３に記載された測
定方法、請求項４に記載されたグルコース測定方法の構
成によれば、バイオセンサセル内のサンプル、例えば血
液の量を正確に求めると共に広い範囲のサンプル量につ
いて各成分の濃度、例えばグルコースレベルを求めるこ
とができる。本発明によれば、十分な量のサンプルがバ
イオセンサ内へ入れられたかどうかを判定することがで
き、サンプルの量のばらつきを許容でき、バイオセンサ
内に入っているサンプルの種類を決定することができ
る。これは、バイオセンサセル内のサンプルの量に比例
したバイオセンサセルの有効キャパシタンスを求めるこ
とによりバイオセンサセル内のサンプルの量を正確に検
出することによって達成される。また、本発明によれ
ば、たとえ最適ではないサンプル量がバイオセンサに投
入されても、正確なグルコース測定値を求めることがで
きる。
─────────────────────────────────────────────────────
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 33/66 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３３６Ｃ
// Ａ６１Ｂ 5/145 ３３８
３３６Ｂ
Ａ６１Ｂ 5/14 ３１０
(72)発明者 カーマニ・マハイヤー・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
3154
Ｆターム(参考） 2F014 EA01 GA01
2G045 DA31 FB05 JA01
2G060 AA07 AC10 AE17 AF10 FA01
FB02 HA01 HA03 HC07 HC12
HC13 HC19 HC21 HC22 HD01
HD03 HE01 HE03 KA06
4C038 KK10 KL01 KL09 KM01 KX02
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の導体接続部及び第２の導体接続部
を備えていて、量をもつサンプルを受け入れるよう構成
されたバイオセンサセルの有効キャパシタンスを測定す
る装置であって、バイオセンサセルの第１の導体接続部
に結合される出力を備えていて、ＡＣ信号を生じさせる
正弦波発生器と、バイオセンサセルの第２の導体接続部
に結合される入力を備え、更に出力を備えた電流−電圧
（Ｉ／Ｖ）変換器と、前記Ｉ／Ｖ変換器の出力に結合さ
れた入力を備え、更に出力を備える移相器と、前記ＡＣ
信号と同期する方形波を生じさせる方形波発生器と、出
力、前記移相器に結合された第１の入力及び前記方形波
発生器に結合された第２の入力を備える同期復調器と、
前記同期復調器の出力に結合された入力を備える低域フ
ィルタ（ＬＰＦ）とを有し、前記ＬＰＦは、バイオセン
サセルの有効キャパシタンスに比例する信号を出力のと
ころに生じさせることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 サンプル中の成分を測定するバイオセン
サであって、第１の導体接続部及び第２の導体接続部を
備えていて、サンプルを受け入れるよう構成されたバイ
オセンサセルと、前記バイオセンサセルの第１の導体接
続部に結合されていて、決められた周波数をもつＡＣ信
号を生じさせる正弦波発生器と、前記バイオセンサセル
の第２の導体接続部に結合された入力を備え、更に出力
を備えた電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換器と、前記Ｉ／Ｖ変
換器の出力に結合された入力を備え、更に出力を備える
移相器と、前記ＡＣ信号と同期する方形波を生じさせる
方形波発生器と、出力、前記移相器の出力に結合された
第１の入力及び前記方形波発生器に結合された第２の入
力を備える同期復調器と、前記同期復調器の出力に結合
された入力を備える低域フィルタ（ＬＰＦ）とを有し、
前記ＬＰＦは、前記バイオセンサセルの有効キャパシタ
ンスに比例する信号を出力のところに生じさせることを
特徴とするバイオセンサ。 - 【請求項３】 第１の導体接続部及び第２の導体接続部
を有していて、量をもつサンプルを受け入れるためにバ
イオセンサに用いられるよう構成されたバイオセンサセ
ルの有効キャパシタンスを測定する方法であって、決め
られた周波数をもつ正弦波をバイオセンサセルの第１の
導体接続部に印加してＡＣ信号を生じさせる段階と、前
記ＡＣ信号の位相をずらす段階と、前記正弦波と同期し
た方形波を生じさせる段階と、前記ＡＣ信号を前記方形
波で復調して復調信号を生じさせる段階と、前記復調信
号を濾波してバイオセンサセルの有効キャパシタンスに
比例した信号を生じさせる段階とを有することを特徴と
する方法。 - 【請求項４】 量をもつサンプルを受け入れるよう構成
されたバイオセンサに用いられるグルコース測定方法で
あって、サンプルを受け入れたときに同期復調によりサ
ンプルの量を求める段階と、前記量がサンプルの求めら
れた量に基づく第１のレベルよりも大きい場合、サンプ
ルに関するグルコース測定値を求める段階とを有してい
ることを特徴とする方法。 - 【請求項５】 完全充填状態における有効キャパシタン
スを有するバイオセンサセルを部分的に充填したサンプ
ル中のグルコースレベルを測定する方法であって、サン
プルについて部分充填状態における有効キャパシタンス
を求める段階と、第１のパルス中にバイオセンサセルを
通る第１の電流レベルを求める段階と、第２のパルスの
定常状態部分中にバイオセンサセルを通る第２の電流レ
ベルを求める段階と、前記第１の電流レベルに、完全充
填状態における有効キャパシタンスと前記部分充填状態
における有効キャパシタンスの比を掛けて第１の補正電
流レベルを生じさせる段階と、前記第２の電流に、完全
充填状態における有効キャパシタンスと前記部分充填状
態における有効キャパシタンスの比を掛けて第２の補正
電流レベルを生じさせる段階と、前記第１の補正電流レ
ベル及び前記第２の補正電流レベルに基づいて部分充填
状態のサンプルに関するグルコースレベルを計算する段
階とを有していることを特徴とする方法。
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