JP2003247966A - バイオセンサー装置内のサンプル量の適性の決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な分析物濃度測定を行なうために生物学
的サンプルの量が適当であるか否かを決定するためのシ
ステムおよび方法を提供する。 【解決手段】 上記の特定のシステムおよび方法は正確
な分析物濃度測定を進行するために適当な値よりも少な
いと決定されたサンプルの量に対して補正を行なうとい
う付加的な機能を提供する。本発明はサンプル量の生物
学的溶液が配置される電気化学的試験片等のバイオセン
サー、および当該試験片を受容して上記生物学的サンプ
ル中の選択された分析物の濃度を測定するように構成さ
れている計器と共に使用される。

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流体
内の分析物の電気化学的な決定方法であり、特に分析物
濃度について試験される生物学的流体サンプルの量の適
性の電気化学的な決定方法である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、血漿等の血液または血液から誘
導される生成物のような生物流体中の分析物濃度決定は
今日の社会においてその重要性を高めつつある。このよ
うなアッセイ（定量）は臨床実験用の試験および家庭用
の試験等を含む種々の用途および設備において有用であ
ることが分かっており、このような試験により得られる
結果は種々の病気の状況の診断および管理において傑出
した役割を果たす。関連の一般的な分析物は糖尿病患者
の管理のためのグルコース、心臓血管の状況をモニター
するためのコレステロール等を含む。このような分析物
濃度検出の高まりつつある重要性に応じて、臨床用およ
び家庭用の両方のための種々の分析物検のプロトコルお
よび装置がこれまでに開発されている。

【０００３】分析物濃度のために用いられている方法の
一例は電気化学的手法を基礎とする方法である。このよ
うな方法においては、水性の液体サンプルが少なくとも
２個の電極、すなわち、対向／基準電極および作用電極
により構成されている電気化学的セル内の反応領域の中
に配置され、この場合に、これらの電極はこれらを電流
測定式の測定に適するようにする一定のインピーダンス
値を有している。例えば、分析物のような分析を必要と
する成分は一方の電極に対して直接的に反応するか、あ
るいは、レドックス（酸化還元）試薬に対して直接的ま
たは間接的に反応してこの分析を必要とする成分、すな
わち分析物の濃度に対応する一定の量で酸化可能（また
は還元可能）な物質を形成することが可能になる。その
後、このような存在している酸化可能（または還元可
能）な物質の量が電気化学的に推定されて初めのサンプ
ル中に存在している分析物の量に関連付けられる。

【０００４】一般的に、上記の電気化学的セルは廃棄可
能な試験片の形態であり、この試験片の上に生物学的サ
ンプルが置かれ、この試験片は電気化学的濃度を決定す
るための計器の中に収容できる。バイオセンサーとして
呼ばれる場合の多いこのような種類の試験片を用いてい
るアッセイ・システムの例、および計器は米国特許第
５，９４２，１０２号、同第６，１７４，４２０Ｂ１号
および同第６，１７９，９７９Ｂ１号において見ること
ができ、これらの開示はそれぞれ本明細書に参考文献と
して含まれる。これらのシステムにおいて、生物学的サ
ンプル中の分析物の濃度決定は先ず生物学的サンプルを
入手する処理およびこのサンプルを上記試験片の反応領
域に接触させる処理を含み、これにより、この生物学的
サンプル、特に関連の分析物またはその誘導体が、例え
ば、上記反応領域に付随している１種類以上の試験試薬
等の薬品に対して反応できるようにする。関連の１種類
以上の特定の分析物の正確な測定値を得るために、最少
のサンプル量を上記反応領域に供給する必要がある。し
かしながら、使用者の間違いまたは患者の経験不足また
は判断の誤りによる場合の多い、不適正な量のサンプル
量が供給されることは稀でない。さらに、不正確な測定
値は、不適正な投薬量の薬物、患者の非応諾状態等の、
誤診または不適当な治療状況を生じる可能性がある。こ
のような状況は、例えば、糖尿病患者の体内における分
析物の頻繁なモニターに自分の生命を依存している人々
にとって深刻で生命を危うくすることさえもある結果を
生じる可能性がある。

【０００５】適当な生物学的サンプルの量を確保するた
めの方法の一例は過飽和にすること、または上記試験片
の反応領域を満たすために必要な量よりも多い量のサン
プル流体を使用することである。しかしながら、不必要
に多量の特に血液サンプル等のサンプル流体の使用にお
ける不都合は患者から比較的多量の血液サンプルを抜き
取る必要性である。このことはかなり多量の血液サンプ
ルの使用を必要とするので、それだけ大きな直径の針の
使用および／または深い皮膚内への侵入を必要とする。
これらの要因は患者に与える不快感および痛みを増し
て、毛細血管が容易に現れない人々に対して行なうこと
が困難になる可能性がある。例えば、多くの糖尿病患者
において、このようなサンプリング処理は１日に頻繁に
繰り返されることが有り得るので、その痛みの増加はす
ぐに耐えがたくなり、ほとんど耐えることができなくな
る。

【０００６】一部の分析物検出バイオセンサーはサンプ
ル量の適性の視覚的確認を行なうために開発されている
が、この特徴は、例えば、糖尿病患者の視力低下の可能
性等の、サンプル量の適性の判断における患者による潜
在的な誤差を排除していない。上記以外の特定の分析物
決定用のバイオセンサーはサンプル量の適性を決定する
ための使用者依存型の手段を提供している。このような
バイオセンサーの例が米国特許第５，６２８，８９０号
および同第５，６５０，０６２号およびＰＣＴ国際公開
第ＷＯ ９９／３２８８１号（ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ
／ＵＳ９８／２７２０３号）において開示されている。
特に、上記ＷＯ ９９／３２８８１号公告は既知の周波
数において低レベルのＡＣ電圧信号（ＤＣ電圧オフセッ
トを含まない）を上記バイオセンサーに供給した後に得
られたインピーダンスの実数成分および虚数成分の両方
を測定することによりバイオセンサーに供給するサンプ
ルの量の適性を決定することを目的としている電気化学
的なグルコース・モニター・システムを記載している。
その後、これらのインピーダンス値はマイクロプロセッ
サーのプログラム・メモリー内のルック−アップ・テー
ブルに対して比較される。しかしながら、上記のシステ
ムが血液のヘマトクリット値および環境の温度変化に依
存していることを考えると、この方法の精度もまた問題
になると考えられる。

【０００７】上記ＷＯ ９９／３２８８１号公告におい
て開示されている技法の別の不都合点は上記サンプルの
量が不適である、すなわち、「中止（go-no-go）」と決
定された場合に、その分析物測定試験を中止する必要が
あることである。このことにより、患者からさらに別の
サンプルを採集することが必要になり、このことは、上
述したように、不都合であり、その患者の投薬プログラ
ムにおいて患者を非応諾状態にするような、患者に極め
て痛みを与えることが考えられる。加えて、この試験は
繰り返されることが必要であり、これにより、試験片を
浪費してその処置の費用が嵩む。

【０００８】

【特許文献１】米国特許第５，９４２，１０２号明細書

【特許文献２】米国特許第６，１７４，４２０Ｂ１号明
細書

【特許文献３】米国特許第６，１７９，９７９Ｂ１号明
細書

【特許文献４】米国特許第５，６２８，８９０号明細書

【特許文献５】米国特許第５，６５０，０６２号明細書

【特許文献６】ＰＣＴ国際公開第ＷＯ ９９／３２８８
１号明細書

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、電気化学的な
分析物濃度決定において使用するサンプルの量の適性を
正確且つ高精度に測定するための新しい技法の認識に対
して関心が寄せられ続けている。特に重要であることは
サンプルの量の適性を極めて正確且つ迅速に決定できる
装置および方法の開発であると考えられる。さらに、サ
ンプル量が不適当であるという決定がその分析物濃度測
定試験の中止を必要としないサンプル量適性決定のため
の装置および技法を開発することが有益的であると考え
られる。理想を言えば、この装置および技法は最適なサ
ンプル量よりも少ない値に対して補正を行い、新しいサ
ンプルの供給または新しい試験の実行を必要とせずに正
確な測定値を提供できることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は生物学的サンプ
ルの量を測定して、当該サンプルの中に含まれる分析物
の濃度のような、その生物学的サンプルにおける少なく
とも１個の選択された特性の正確な測定値を得るために
そのサンプルの量が適当であるか否かを決定するための
方法、システムおよび装置を提供する。特定のこのよう
な方法、システムおよび装置は一定の測定手順を進行さ
せるために必要な量よりも少ないと決定された一定のサ
ンプル量に対して補正を行なう付加的な機能を備えてい
る。

【００１１】本発明は一定のサンプル量の生物流体が置
かれる電気化学的試験片等のバイオセンサーと、当該試
験片を受容して上記生物サンプル中の選択された各分析
物の濃度を測定するように構成されている計器と共に用
いられる。上記電気化学的試験片は、以下にさらに詳し
く説明されているように、対向電極により構成されてい
る電気化学的セルを備えており、これらの電極の間に上
記生物サンプルを受容するための反応領域が定められて
いて、この反応領域が一定の厚さおよび容積を有してい
る。

【００１２】上記電気化学的セルに対して十分な電圧が
供給されると、このセルが帯電して当該帯電したセルの
中において電気化学的な反応が生じる。この結果、電荷
がこの電気化学的セルにおける各電極に流れる。この電
極−溶液間の中間領域はコンデンサーの中間領域に類似
している。この電荷の電圧に対する比率がこの電極−溶
液間の中間領域における静電容量を決定する。この合計
の電荷はこの二重の層の変化と上記の電気化学的反応と
により決まるので、これら２種類の異なる静電容量成分
ＣｄｌおよびＣｓが、それぞれ、上記セルの合計のまた
はこれと等価な静電容量に寄与する（バード，Ａ．Ｊ．
（Bard, A.J.）およびフォールクナー，Ｌ．Ｒ．（Faul
kner, L.R.），エレクトロケミカル・メソッド（Electr
ochemical Methods），１９８０年を参照されたい）。

【００１３】本発明者は上記電気化学的セルの等価な静
電容量が上記サンプルに接触している上記セルの各電極
の表面積の量（「被覆されているセルの面積（covered
cellarea）」）に線形に比例し、それゆえ、当該セル
内、すなわち、各電極間におけるサンプルの容積に線形
に比例するので、この電気化学的セルの等価な静電容量
がサンプル量を正確に決定する場合の最も関連している
ファクターであることを発見している。

【００１４】また、本発明者は電気化学的セルに一定の
ＤＣ電圧を供給した時にこの電気化学的セルにより生成
されるセル等価静電容量に比例する一定の発振周期（ま
たは発振周波数の逆数）を有する発振回路の一部分とし
て当該電気化学的セルが使用できることも発見してい
る。従って、本発明の特徴は一定の周期を測定してその
測定した周期から上記等価な静電容量を導出するため
に、一定の発振が当該等価な静電容量に比例する一定の
周期を有して生成されるように、上記電気化学的セルに
操作可能に連結される発振器を提供することである。

【００１５】概略的に言って、本発明のシステムは以下
の構成要素、すなわち、上記電気化学的セルを帯電する
ために当該セルに一定の電圧を供給するように構成され
ている電圧供給手段と、上記帯電したセルから電圧信号
を受け取り、この電圧信号を一定の発振信号に変換する
ための手段と、この発振情報から上記セルの静電容量を
導出するための手段と、このセルの静電容量から生物学
的サンプルにより被覆されているセルの表面積を導出す
るための手段と、この被覆されているセルの表面積から
生物学的サンプルの量を導出するための手段を備えるこ
とができる。特定のシステムは、さらに、上記サンプル
の量が、当該生物学的サンプル中の１種類以上の選択さ
れた分析物の濃度を含むがこれらに限らない、当該生物
学的サンプルの１種類以上の選択された特性の正確な測
定を行なうことにおける適否を決定するための手段を備
えている。上記システムの内の特定のものは、さらに、
不適当なサンプル量並びに上記選択された生物学的サン
プルの特性に対して補正を行なうための手段を備えてい
る。

【００１６】実施形態の一例において、本発明のシステ
ムは上記電気化学的セルに対して第１の電圧を供給する
ように構成されている電圧供給手段と、この第１の電圧
が上記セルに供給される時に当該セルにより発生される
第２の電圧を測定するための手段と、この第２の電圧を
一定の発振電圧に変換するための手段と、この発振電圧
から上記セルの静電容量を導出するための手段と、この
セルの静電容量から上記生物学的サンプルにより被覆さ
れている電気化学的セルの表面積を導出するための手段
と、この表面積から上記生物学的サンプルの量を導出す
るための手段を備えている。

【００１７】上記本発明のシステムにおける各手段は、
サンプリングされる試験溶液が内部に置かれるか毛細管
作用により吸引される、例えば、廃棄可能な試験片等の
形態の、例えば、電気化学的測定セル等のバイオセンサ
ーと共に使用されてこれに電気的に連結されるように構
成されている各電子部品および／または回路を備えてい
る。最も一般的には、このような電子回路は、例えば、
廃棄可能な試験片等の電気化学的セルを受容してこれに
操作可能に係合し、当該電気化学的セルの中に保持され
ている生物学的サンプルの１種類以上の物理的または化
学的な特性を測定するように構成されている計器または
その他の自動化装置の中に組み込まれている。上記のよ
うな電子回路は市場において入手可能な各部品により実
施可能であり、あるいは、ＡＳＩＣ（アプリケーション
・スペシフィック・インテグレーテド・サーキット（Ap
plication Specific Integrated Circuit）の一部とし
て実施可能である。最も一般的には、上記特性は生物学
的サンプル中の１種類以上の目的の分析物の濃度を含
む。また、上記電子回路は、例えば、電圧供給手段等の
分離している電子部品、および／または、多数の回路要
素および／または、例えば、上記電気化学的セルから受
信される特定の信号またはデータ入力に基づいて本発明
の方法における特定の工程または機能を実行するように
適当にプログラムされているマイクロプロセッサー等の
半導体装置を有する集積回路により構成できる。

【００１８】上記本発明の回路は、さらに、上記制御装
置またはマイクロプロセッサーにより供給される選択さ
れた経験的または記号的なデータ、情報または出力を表
示するための表示装置またはユニットを備えることがで
きる。これらのデータ、情報または出力は選択された入
出力信号、インピーダンス要素、サンプル量の大きさ、
容量の適性／不適性の指示アイコン、不適当な量の補正
係数、関連の分析物の濃度、生物学的サンプル対対照サ
ンプルの指示アイコン、各種較正結果等を含むことがで
きるが、これらに限らない。

【００１９】特定の実施形態において、本発明のシステ
ムは上記のような電子回路および自動化した測定装置ま
たは計器を備えており、この場合の電子回路は上記自動
化した測定装置に対して完全に構造的および機能的に一
体化している。例えば、このような実施形態の一例は生
物学的サンプルを受容して一定の電圧が電気化学的セル
に供給される時に当該生物学的サンプルにより形成され
る一定の静電容量を有するように構成されている一定の
電気化学的セルを受容するための計器を備えている。こ
のシステムは、さらに、上記電気化学的セルを帯電させ
て一定のセル静電容量を形成するために当該電気化学的
セルに電気的に接続可能に構成されているＤＣ電圧供給
手段、および上記計器に対して一体に構成されていて上
記電気化学的セルに対して電気的に接続可能に構成され
ている電子回路を備えている。この回路は上記電気化学
的セルの帯電および放電により生じる一定の電圧入力信
号を受信するように構成されていて、さらに、当該電圧
入力信号を一定の発振電圧出力信号に変換するように構
成されている発振回路を備えており、この場合の発振電
圧出力信号の周期は上記セルの静電容量に比例してい
る。

【００２０】本発明は、さらに、バイオセンサーに配置
または移された生物学的サンプル中の１種類以上の選択
された分析物の濃度を決定するために使用される生物学
的サンプルの量の適性を決定するための方法も含む。上
記発振器は上記セルの静電容量を帯電または放電するの
で、その発振の周波数または周期は当該セルの静電容量
の大きさにより決まる。このセルの帯電および放電の電
圧は一定の実効ＤＣ電圧が当該セルに印加されるように
調整される。次に、上記バイオセンサーの等価セル静電
容量がこの発振電圧により決定される。その後、この等
価静電容量により、生物学的サンプルに接触している上
記バイオセンサーの部分の表面積（「被覆されているセ
ルの面積（covered cell area）」が当該バイオセンサ
ーの中における生物学的サンプルの量を導出するために
用いられる。この結果、このサンプル量がその測定試験
による進行に十分であると決定されると、その目的の特
性、例えば、分析物濃度が測定される。一方、上記サン
プル量が不適正であると決定される場合に、本発明の方
法は、さらに、その測定処理中に当該不適正なサンプル
量に対して補正を行なう処理を含むことができる。この
ような不適正な量の補正はサンプルの完全に利用可能な
量が充填されている場合のバイオセンサーのセル静電容
量に対する実際のサンプル量を収容しているバイオセン
サーの等価セル静電容量の比率を決定する処理を含む。

【００２１】上記本発明のシステムおよび方法は尿、
涙、唾液等の異なる生物学的サンプルのサンプル量を決
定するために使用できるが、これらは特に血液または血
液フラクション等のサンプル量の決定における使用にお
いて適している。さらに、本発明のシステムおよび方法
は上記サンプルにおける種々の物理的および化学的な諸
特性を測定するために準備するサンプル量の決定のため
の手段であるが、これらは特に上記サンプル中の選択さ
れた各分析物の濃度測定の準備において有用である。

【００２２】本発明の上記およびその他の目的、利点、
および特徴は以下においてさらに完全に説明されている
本発明の各方法および各システムの詳細を読むことによ
り当該技術分野における熟練者において明らかになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は、例えば、分析物濃度等
のサンプルにおける選択された特性を測定するための生
物学的サンプルの量を決定して、この量が上記選択され
た特性の正確な測定を行なうために適しているか否かを
決定するためのシステムおよび方法を提供する。これら
本発明のシステムおよび方法の特定の実施形態は正確な
分析物濃度測定を行なうために適している量よりも少な
いと決定されたサンプルの量に対して補正を行なう付加
的な機能を提供する。

【００２４】本発明を説明する前に、本発明が以下に説
明する特定の各実施形態に限定されず、当然に、変更可
能であることが理解されるべきである。また、本明細書
において使用されている用語が特定の各実施形態を説明
する目的のためのみに用いられていて、限定することを
目的としておらず、本発明の範囲が本明細書に記載され
ている特許請求の範囲およびその実施態様のみにより限
定されることが理解されるべきである。

【００２５】一定の値の範囲が与えられる場合に、その
範囲およびそれ以外に述べられているあらゆる範囲の上
限値と下限値との間における各中間の値、または上記述
べられている範囲内の各中間の値は、その内容が特別に
明示しない限り、その下方の制限値の１／１０の単位ま
で、本発明に含まれる。これらの比較的に小さい範囲に
おける上限値および下限値はそれぞれの比較的に小さい
範囲内に独立して含まれることが可能であり、上記述べ
られている範囲において特定的に除外される制限値とし
て本発明の範囲に含まれることもある。また、述べられ
ている範囲が上記制限値の一方または両方を含む場合
に、これらの含まれている制限値のいずれかまたは両方
を含む範囲も本発明に含まれる。

【００２６】特別に定めない限り、本明細書において使
用されている全ての技術的および科学的な用語は本発明
が属する技術分野における通常の熟練者により一般的に
理解されている意味と同一の意味を有する。本明細書に
おいて記載されている方法および材料に対して類似また
は等価である任意の方法および材料も本発明の実施また
は試験において使用可能であるが、一定の制限された数
の例示的な方法および材料が本明細書において説明され
ている。

【００２７】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、単数の形態の「１個または一定の
（a）または（an）」、および「そのまたはこの（th
e）」はその内容が特別に明示しない限り複数の表現も
含む場合があることに注意する必要がある。

【００２８】本明細書に記載した全ての公報または刊行
物はこれらの文献が引用される各方法および／または材
料に関連する各方法および材料を開示および説明するた
めに本明細書に参考文献として含まれる。また、本明細
書に記載した各特許公告は本特許出願の出願日よりも前
におけるそれぞれの開示について引用されているのみで
あり、（この引用を）、本発明が先の発明の効力により
当該公告よりも先行する権利がないという承認として何
ら解釈する必要はない。さらに、それぞれに与えられて
いる公告の期日は実際の公告日と異なっている可能性が
あり、これらについてはそれぞれ別個に確認する必要が
ある。

【００２９】定義 本明細書において使用されているように、用語の「二重
の層（double layer）」は電極表面と、一定の電圧がこ
の電極に印加されている時に当該電極表面に接触してい
る、例えば、生物学的溶液のサンプル等の溶液との間の
中間領域において存在している帯電された物体および配
向された双極子の配列構造全体を言う。

【００３０】本明細書において使用されているように、
用語の「二重層静電溶液（double layer capacitanc
e）」Ｃ_dlは上記電極−溶液の中間領域における上記二
重の層の変化に起因される静電容量を意味する。

【００３１】本明細書において使用されているように、
用語の「ファラデー静電容量（Faradaic capacitanc
e）」Ｃ_s は上記電極表面上において生じる電気化学的
反応による擬似静電容量成分を言う。

【００３２】本明細書において使用されているように、
用語の「ファラデー電流（Faradaiccurrent）」Ｉ_F は
一定の電圧が印加されている電極の表面において生じる
電流または電子の移動を意味する。

【００３３】また、用語の「等価セル静電容量（equiva
lent cell capacitance）」Ｃは、電気化学的セルに関
連して本明細書において使用される場合に、当該電気化
学的セルを跨ぐ合計の等価な静電容量を意味しており、
この静電容量は一定の電圧が上記電気化学的セルに印加
された時に生じる。この等価セル静電容量は上記二重の
層の静電容量およびファラデー静電容量により主に構成
されている。

【００３４】また、用語の「等価セル抵抗（equivalent
cell resistance）」Ｒは、電気化学的セルに関連して
本明細書において使用される場合に、当該電気化学的セ
ルを跨ぐ合計の等価な抵抗を意味しており、この抵抗は
一定の電圧が上記電気化学的セルに印加された時に生じ
る。

【００３５】さらに、用語の「等価セル・インピーダン
ス（equivalent cell impedance）」Ｚは、電気回路ま
たは部品に関連して本明細書において交換可能に使用さ
れる場合に、上記等価セル静電容量と上記等価セル抵抗
との組み合わせを含むがこれに限定する必要のない合計
のインピーダンスを意味しており、このインピーダンス
は一定の電圧が上記電気化学的セルに印加された時に生
じる。

【００３６】以下において、本発明を詳細に説明する。
本発明をさらに説明することにおいて、上記本発明のシ
ステムと共に使用可能であり、本発明の方法により採用
可能な、例示的な電気化学的バイオセンサーを初めに説
明した後に、本発明のシステムおよび本発明の方法を詳
細に説明し、さらに、当該本発明の方法の実施において
使用するために本発明のシステムを備えている本発明の
キットについて説明する。以下の説明において、本発明
は分析物濃度測定用途の内容において説明されている
が、この説明は本発明の限定を目的としておらず、当該
技術分野における熟練者であれば、本発明の各システム
および各方法が血液凝固時間および血液コレステロール
の測定等の生物学的な物質における別の物理的および化
学的な諸特性の測定において有用であることが理解でき
る。

【００３７】電気化学的バイオセンサー 上記において概説したように、本発明は分析物濃度測定
において使用される生物学的物質のサンプルの量を測定
してこの量が正確な分析物濃度測定に適しているか否か
を決定するためのシステムおよび方法を提供する。これ
らの方法およびシステムはバイオセンサー、特に電気化
学的セルに基づくバイオセンサーと共に使用可能であ
り、このバイオセンサーの中にサンプリングした生物学
的物質が配置または移される。これらの電気化学的セル
に基づくバイオセンサーには種々の設計が存在してい
る。このような分析物濃度モニターの分野において採用
されているこれらの設計の最も一般的なものは、それぞ
れの開示が本明細書に参考文献として含まれる、同時係
属の米国特許第６，１９３，８７３号および同時係属の
米国特許出願第０９／４９７，３０４号、同第０９／４
９７，２６９号、同第０９／７３６，７８８号および同
第０９／７４６，１１６号において開示されている形態
のような、試験片の形態を含む。これらの試験片は上記
において確認されている各参考文献に開示されている計
器のような、電気化学的測定のために構成されている計
器と共に使用される。

【００３８】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ことに適することができる。例え
ば、上記電気化学的セルは円筒形の形態を有することが
でき、この場合に、コア状の電極が第２の管状の電極の
中に同軸に配置されている。このような電気化学的セル
の構成は微小針の形態にすることができ、それゆえ、原
位置（例えば、一般的に皮膚表面の下）の測定装置にお
ける針の構造体の中に一体になっているか、あるいは、
一定の微小針構造体に対して物理的にまたは液体を介し
て連絡している。このような微小針の例が、２００１年
６月１２日に出願されていて本明細書に参考文献として
含まれている同時係属の米国特許出願第０９／８７８，
７４２号および同第０９／８７９，１０６号において開
示されている。本発明の開示の目的において、本発明の
装置は試験片の形態における電気化学的セルを伴う使用
において説明されるが、当該技術分野における熟練者で
あれば、本発明の装置が微小針の形態を含む任意の適当
な電気化学的セルの形態を伴って使用可能であることが
理解できる。

【００３９】行なわれる電気化学的測定の種類はそのア
ッセイおよび上記電気化学的試験片が用いられている計
器の特定の性質により、例えば、上記アッセイが電量分
析式、電流測定式または電位測定式のいずれであるかに
より、変更可能である。つまり、上記電気化学的セルは
電量分析式アッセイにおいて電荷を測定し、電流測定式
アッセイにおいて電流を測定し、電位測定式アッセイに
おいては電位を測定する。本発明の開示の目的におい
て、本発明は電流測定式アッセイの内容において説明さ
れているが、本発明の装置は任意の種類のアッセイおよ
び電気化学的測定法と共に使用可能である。

【００４０】一般に、任意の形態において、電気化学的
セルは対向している配列様式または同一平面内における
横並びの配列様式のいずれかで離間している少なくとも
２個の電極を備えている。この第１の配列様式におい
て、各電極は薄いスペーサー層により分離されており、
このスペーサー層は一定の反応領域または区域、あるい
はチャンバーを定めており、この中に生物学的サンプル
が分析物濃度測定のために配置または移送される。ま
た、横並びの形態においては、各電極は一定の厚さおよ
び容積のチャンバーの中に存在している。さらに、上記
目的の各分析物に対して化学的に反応するように選択さ
れた１種類以上のレドックス試薬が上記反応領域または
チャンバーの中に存在しており、上記各電極の対向面部
の１個以上に塗布されている。これらのレドックス試薬
は一般的に酵素および仲介物質を含む。

【００４１】本発明と共に使用することに適している例
示的な従来の電気化学的試験片２の代表例が図１の分解
図において示されている。この試験片２はスペーサー層
１２により分離されている２個の電極４，８により構成
されており、スペーサー層１２は反応領域または反応区
域１４を定めている切取部分を有している。一般に、各
電極４，８は細長い長方形の部材片の形態で構成されて
おり、各部材片は約２ｃｍ乃至６ｃｍ、通常的に約３ｃ
ｍ乃至４ｃｍの範囲内の長さを有しており、さらに約
０．３ｃｍ乃至１．０ｃｍ、通常的に約０．５ｃｍ乃至
０．７ｃｍの範囲内の幅を有しており、さらに約０．２
ｍｍ乃至１．２ｍｍ、通常的に約０．３８ｍｍ乃至０．
６４ｍｍの範囲内の厚さを有している。

【００４２】上記試験片内の反応領域に面している各電
極４，８の表面部分は導電性の材料、好ましくは金属に
より作成されており、この場合の関連の金属はパラジウ
ム、金、プラチナ、銀、イリジウム、炭素、ドーピング
したインジウム錫酸化物、ステンレス・スチール等を含
む。また、各電極４，８の外側の表面部分６，１０は不
活性な支持材料または裏打ち材料により作成されてい
る。任意の適当な不活性な裏打ち材料が各電極４，８に
おいて使用可能であり、この場合に、一般的に、この材
料は各電極、さらに、全体としての上記電気化学的試験
片に対して構造的な支持を行なうことのできる剛性材料
である。このような適当な材料は、例えば、ＰＥＴ、Ｐ
ＥＴＧ、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、ガラス等の可塑材料を含
む。各電極４，８および試験片２は関連の技術における
熟練者において既知の任意の種々の製造技法により製造
できる。上述したように、薄いスペーサー層１２は各電
極４，８の間に配置または挟まれている。このスペーサ
ー層１２の厚さは一般に約１ｍｍ乃至５００ｍｍ、通常
的に約５０ｍｍ乃至１５０ｍｍの範囲である。このスペ
ーサー層１２は任意の従来的な材料により製造可能であ
り、この場合の代表的で適当な材料はＰＥＴ、ＰＥＴ
Ｇ、ポリイミド、ポリカーボネート等を含む。また、こ
のスペーサー層１２の各表面部分は各電極４，８に対し
て接着性を有するように処理することができ、これによ
り上記電気化学的試験片２の構造が維持できる。

【００４３】上記スペーサー層１２は円形、正方形、三
角形、長方形または不規則な形状の各反応領域等を含む
任意の適当な形状の反応領域または反応区域１４を形成
するために切断されている。この反応領域１４の上部お
よび下部は各電極４，８の対向面部により定められ、ス
ペーサー層１２はこの反応領域１４の各側壁部を定めて
いる。この反応領域の容積は少なくとも約０．１ｍｌ乃
至１０ｍｌ、通常的に約０．２μｌ乃至５．０μｌ、さ
らに通常的に約０．３μｌ乃至１．６μｌの範囲であ
る。

【００４４】上記反応領域１４の中にレドックス試薬シ
ステムが存在しており、この試薬システムは上記電極に
より検出されることにより生物学的サンプル中の分析物
の濃度を導出するために使用される種類の物質を提供す
る。この反応領域内に存在しているレドックス試薬シス
テムは一般的に少なくとも１種類以上の酵素および仲介
物質を含む。多くの実施形態において、上記レドックス
試薬システムの酵素要素は関連の分析物を協力して酸化
するように作用する１種類の酵素または複数の酵素であ
る。換言すれば、このレドックス試薬システムにおける
酵素成分は１種類の分析物酸化性の酵素または関連の分
析物を協力して酸化するように作用する２種類以上の酵
素の集合物により構成されている。関連の一般的な酵素
はオキドレダクターゼ、ヒドロラーゼ、トランスファラ
ーゼ等を含むが、上記反応領域内に存在している特定の
酵素は上記電気化学的試験片が検出するために設計され
ている特定の分析物により決まる。上記関連の分析物
が、例えば、グルコースである場合に、適当な酵素はグ
ルコース・オキシダーゼ、グルコース・デヒドロゲナー
ゼ（ｂ−ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド基
剤型（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−トリカルボン酸機剤型（ＰＱＱ）のいずれか）を含
む。また、上記分析物がコレステロールの場合は、適当
な酵素はコレステロール・エステラーゼおよびコレステ
ロール・オキシダーゼを含む。上記以外の分析物の場合
には、リポタンパク質リパーゼ、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、ウリカーゼ等を含
むがこれらに限らない酵素が使用できる。

【００４５】上記レドックス試薬システムにおける第２
の成分は仲介物質成分であり、この成分は１種類以上の
仲介物質により構成されている。種々の異なる仲介物質
が当業界において知られており、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
ニウム錯体等を含む。グルコースが関連の分析物であ
り、グルコース・オキシダーゼまたはグルコース・デヒ
ドロゲナーゼがその酵素成分である各実施形態において
は、特定の関連の仲介物質はフェリシアニドである。さ
らに、上記反応領域内に存在し得る別の試薬は、例え
ば、シトラコン酸塩、クエン酸塩、リン酸塩、「グッド
（Good）」緩衝液等の緩衝剤を含む。

【００４６】上記レドックス試薬システムは乾燥状態の
形態で一般に存在している。上記種々の成分の量は変更
可能であるが、この場合の上記酵素成分の量は一般的に
約０．１重量％乃至２０重量％の範囲である。

【００４７】本発明の各システムおよび各方法の以下に
おける説明を理解するために、図１の試験片の電気化学
的セルにおけるインピーダンス回路４０の単純化したモ
デルが図２において示されている。このインピーダンス
回路４０は生物学的溶液のサンプルを収容していて一定
の電圧が印加されている場合の試験片における各インピ
ーダンス要素の代表例である。一定のＤＣ電圧が上記セ
ルに印加されている場合に、インピーダンス回路４０は
等価セル静電容量（Ｃ）４２を含み、この静電容量は二
重層（Ｃ_dl）の静電容量およびファラデー（Ｃ_s ）静電
容量の各成分を含み、さらに、上記回路４０は上記電気
化学的セルにおける等価セル抵抗（Ｒ）４６を含む。

【００４８】本発明のシステム 本発明のシステムは、例えば、図１に関連して既に説明
したような廃棄可能な試験片の形態の電気化学的測定セ
ルのようなバイオセンサーに電気的に連結するように構
成されている電子回路を含み、このバイオセンサーの中
に試験するためにサンプリングされた生物学的溶液が配
置または移される。一般的に、このような電子回路は上
記において参照されている種類の電気化学的計器の中に
一体に構成されている。さらに、本発明のシステムはこ
のような計器および一体に構成されている本発明の各装
置を備えている。

【００４９】図３において、バイオセンサー７０、特
に、上述したような試験片内の電気化学的セルにおける
各電極（図示せず）に電気的に連結されている本発明の
システムにおける例示的な電子回路５０の概略的ブロッ
ク図が示されている。バイオセンサー７０内に示されて
いる並列のコンデンサーＣおよび抵抗器Ｒは上記電気化
学的セルにおける等価静電容量および等価抵抗をそれぞ
れ示しており、集合的にバイオセンサー７０のインピー
ダンスを示している。回路５０は発振回路５４に電気的
に連結しているマイクロプロセッサー５２を含む。バイ
オセンサー７０は各端子７２および７４を介して発振回
路５４に電気的に連結している。上記セルに印加される
電圧が図４において示されており、その平均のＤＣ電圧
が基準数６０により示されている。

【００５０】上記回路５４は一般に発振回路として動作
して、図４において示されているように、長方形状の波
形の出力電圧Ｖ_O を供給する。この回路５４は電力供給
手段Ｖ_cc、フィードバック抵抗器Ｒ１、コンデンサーＣ
１および演算増幅器５６および各抵抗器Ｒ２，Ｒ３およ
びＲ４を含むシュミット・トリガー（Schmidt trigge
r）回路を含む。本発明の電子回路と共に使用できる別
の適当な発振器は集積回路型発振器を含むがこれに限ら
ない。上記シュミット・トリガー回路はバイオセンサー
７０からの電圧入力信号Ｖ_I を受信して、この信号をバ
イオセンサー７０の等価セル静電容量Ｃに比例する一定
の発振周期を有する正確に整形された長方形のパルス波
形の形態の出力信号Ｖ_O に変換して、この出力信号Ｖ_O
をデジタル入力としてマイクロプロセッサー５２に供給
する。

【００５１】上記シュミット・トリガー回路は約３５０
ｍＶの上方トリガー電圧Ｖ_H と、約２５０ｍＶの下方ト
リガー電圧Ｖ_L を有している。従って、上記セル内に全
くサンプル溶液が存在していない場合に、ＲおよびＣは
存在しないことになる。この回路が電力供給されると、
Ｃ１が初めに放電し、これにより入力信号Ｖ_I が２５０
ｍＶよりも低くなる。この条件下において、演算増幅器
５６の出力は高電圧、すなわち、供給電圧Ｖ_CCにほぼ近
くなり、これによりＣ１がＲ１を介して電力供給電圧Ｖ
_CCにより帯電して、出力電圧Ｖ_O が約１．８Ｖ乃至５Ｖ
の範囲内、さらに一般的に約３Ｖである供給電圧Ｖ_CCに
維持される。コンデンサーＣ１が帯電している時と、端
子７２からの入力信号Ｖ_I はその電圧が３５０ｍＶ以上
に到達するまで増加する。この時点において、演算増幅
器５６の出力はゼロ・ボルトになり、これによりＣ１が
抵抗器Ｒ１を介して放電して、出力電圧Ｖ_O がゼロ・ボ
ルトに維持される。この結果、コンデンサーＣ１の帯電
および放電が上記シュミット・トリガー回路の出力電圧
Ｖ_O を調整して長方形の発振を生じるようにする。上記
バイオセンサー７０の中にサンプルが存在していない場
合に、Ｒ１およびＣ１が上記出力電圧Ｖ_O の発振周期ま
たは周波数を決定する。この後者の発振周期は以下の式
により決定される。

【数１】 この式におけるＴ₁ は発振周期であり、Ｒ１およびＣ１
は上述した各成分であり、Ｖ_H およびＶ_L はそれぞれ上
記シュミット・トリガー回路の高電圧水準および低電圧
水準であり、Ｖ_CCはシュミット・トリガー回路に対する
供給電圧である。さらに、サンプルがバイオセンサー７
０に供給されると、上記セル静電容量Ｃがバイオセンサ
ー７０の中に形成されて、Ｒ１をＲ１＜＜Ｒとなるよう
に選択している、以下の式により決定される出力電圧の
発振周期を生じる。

【数２】

【００５２】従って、サンプル無しのバイオセンサー７
０の入力信号から発生する出力信号の発振周期（Ｔ１）
およびサンプル有りのバイオセンサー７０の場合の発振
周期（Ｔ２）における差または変化（ＤＴ）は以下の式
により決定される。

【数３】

【００５３】

【数４】 上記の式は上記セル等価静電容量Ｃの線形関数である。
それゆえ、この等価セル静電容量を測定することにより
上記の差が測定できる。

【００５４】本発明のシステムと共に使用できる発振回
路の別の実施形態が図５において示されており、この場
合に、抵抗器Ｒ１はサンプルに供給される電流の量を制
御するために一定電流供給源Ｉ_CCに置き換えられてい
る。この電流供給源により供給される電流の方向は演算
増幅器５６の出力、すなわち、出力信号Ｖ_O により制御
される。この出力信号Ｖ_O が高い場合には、上記電流供
給源は端子７２を介してバイオセンサー７０に電流を供
給して上記等価セル静電容量を帯電させる。この結果、
コンデンサーＣ１を跨ぐ電圧が図３の実施形態における
ように指数関数的ではなく線形に上昇する。Ｖ₁ が３５
０ｍＶの近くに到達すると、演算増幅器５６の出力が電
流供給源５７の方向を変えて、上記セルのコンデンサー
Ｃおよび回路のコンデンサーＣ１を放電させるので、Ｖ
₁ が降下する。この工程が繰り返されて、長方形の形状
の波形が演算増幅器５６の出力において発生する
（Ｖ_O ）。

【００５５】上記発振回路のいずれかにより、上記出力
信号Ｖ_O が端子５８を介してマイクロプロセッサー５２
に供給される。この出力電圧はゼロ・ボルトか電力供給
電圧に近いので、利用可能なマイクロプロセッサーのＩ
／Ｏポートの一方に直接的に接続されており、その周期
信号をデジタル形式に変換するためのアナログ−デジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器を使用する必要がない。マイクロプ
ロセッサー５２は上記信号Ｖ_O を受信し、例えば、セル
静電容量、生物学的サンプルに接触しているバイオセン
サーの表面積、生物学的サンプルの量、補正係数等の関
連の各要素またはパラメーターを導出および／または決
定して、これらの関数のそれぞれのタイミングを調整す
るようにプログラムされている。また、このマイクロプ
ロセッサー５２は本発明の各方法における各工程および
各機能を実行するために必要または有用である電気化学
的セルの合計の容積、較正パラメーター、動作温度範
囲、サンプルの種類の情報、サンプル検出情報等の所定
の、予め選択されているまたは較正されているデータま
たは情報を記憶するためのメモリー記憶手段を備えるこ
とができる。なお、上記においてマイクロプロセッサー
を本発明の原理に従ってデータを記憶および処理する目
的のために説明してきたが、当該技術分野における熟練
者であれば、別の異なる電子部品が本発明の諸目的を達
成するために集合的に構成可能であることが認識でき
る。

【００５６】本発明のシステムはさらに上記制御装置ま
たはマイクロプロセッサーにより供給される選択された
経験的または記号的なデータ、情報または出力を表示す
るための表示装置またはユニット８０を備えることがで
きる。これらのデータ、情報または出力は選択される出
力信号およびインピーダンス要素の測定値または導出
値、サンプル量の大きさ、量の適性／不適性の指示アイ
コン、不適当な量に対する補正係数、関連の分析物濃
度、生物学的サンプル／対照サンプルの指示アイコン、
較正結果等を含むことができるが、これらに限らない。

【００５７】関連技術における熟練者であれば、本発明
の装置が上述した種類のバイオセンサーまたは電気化学
的測定装置を備えていないアッセイ・システムと共に使
用可能であることが理解できる。このような別の種類の
システムは、例えば、少なくとも２個の電極および一定
濃度の各種イオンを含むレドックス試薬システムを備え
ている電気化学的セルを含み、この場合に、各電極は生
物学的サンプルまたは一定濃度の各種イオンを含む環境
の中に配置されるように構成されている。

【００５８】本発明の方法 本発明により、分析物濃度測定のために供給される生物
学的サンプルの量を決定し、この量が正確な分析物濃度
測定を行なうために適当であるか否かを決定するための
方法およびプロトコルも提供される。上述したように、
サンプル量を決定することにおける本発明の特徴は上記
セルの等価静電容量、並びに、等価セル抵抗の決定であ
る。従って、本発明の方法は従来技術により達成されて
いた測定方法よりもさらに正確なサンプル量の測定を行
なう。

【００５９】上記等価セル静電容量およびサンプル量を
決定することにおける本発明の別の特徴は上記等価静電
容量の決定に影響を及ぼさないかそのような影響を示さ
ないように厳密に制御されているサンプリングした溶液
または周囲の諸条件における特定の特性または要素を無
視することである。このような制御されているまたは上
記等価静電容量に無関係な各要素はイオン性物質の濃
度、血液のヘマトクリット値、血液グルコース濃度、環
境温度、血液ドナー、および血液、細胞の厚さおよびバ
イオセンサーの経時変化において一般的に見られるセン
サー障害を含むがこれらに限らない。

【００６０】さらに、本発明の別の特徴は一定の発振が
上記等価セル静電容量に比例する一定の周期を有して生
成されてこの発振周期からその静電容量が導出できるよ
うに上記電気化学的セルに操作可能に連結される発振器
を提供することである。

【００６１】本発明を実施する前に、測定するための生
物学的サンプルを入手してこのサンプルを上記試験片の
セルの中に配置することが先ず必要である。このことは
上記試験片を試験計器の中に先ず挿入してから上記サン
プルをこの試験片に供給すること（「オン−メーター供
給（on-meter-dosing）」方式）により達成できるか、
あるいは、上記サンプルを先ず試験片に供給してからこ
の試験片を試験計器の中に挿入すること（「オフ−メー
ター供給（off-meter-dosing）」方式）により達成でき
る。後者の順序は病院の環境内において好まれる場合が
多く、この理由は、計器の中において交差汚染しやすい
からである。その後、（米国特許第６，１９３，８７３
号において開示されているように）上記測定計器は生物
学的サンプルが電気化学的セルの中に導入されているこ
とを検出する。

【００６２】本発明の各方法を実施する場合に、サンプ
ルの上記バイオセンサー７０の中、すなわち、上記試験
片における電気化学的セルの反応領域内への配置または
移送の直後に、発振回路が上記試験片に取り付けられて
いてその電気化学的セルが帯電および放電できることが
検出される。このセルに供給される電圧の平均値は当該
電気化学的セルの等価静電容量を比較的に速く安定化さ
せるための一定の実効ＤＣ電圧である。この印加される
ＤＣ電圧の大きさの平均値はグルコース測定の要求条件
に対して互換性のあるグルコース測定において使用され
る値に等しい。その後、上記セル静電容量（Ｃ）を跨ぐ
帯電および放電電圧が入力信号Ｖ_I として電気回路５
０、特に発振回路５４に供給または印加される。この入
力信号Ｖ_Iから、回路５４は上記等価セル静電容量の周
期に比例する一定の周期を有する発振電圧出力（Ｖ_O ）
を形成する。

【００６３】当該技術分野における熟練者において周知
であるように、一定のコンデンサーの単純化したモデ
ル、すなわち、絶縁体または誘電体の材料により分離さ
れている２個の平行なプレートにおける静電容量（Ｃａ
ｐ）は以下の関係式により示される。

【数５】

【００６４】この式におけるε_O は８．８５×１０^-12
Ｎ^-1ｍ^-2Ｃ² であり、自由空間における誘電率または比
誘電率であるε_r は上記誘電体材料の比誘電率であり、
Ａは当該誘電体材料に接触しているプレートの側面の表
面積であり、ｄは各プレートにおける誘電体に接触して
いる各表面の間の離間距離である。従って、上記のコン
デンサー・モデルの特性はその静電容量が各プレートの
表面積に直接的に比例することである。それゆえ、発振
器の出力信号の周期を測定することにより、上記等価セ
ル静電容量が測定され、この静電容量が上記セルの被覆
面積に対して線形的に比例するので、この被覆されたセ
ルの面積が発振器の周期から得られる。

【００６５】上記サンプル溶液に接触している電極の表
面積を決定すると、そのバイオセンサーの中、すなわ
ち、その電気化学的セルにおける反応領域の中のサンプ
ル溶液の量（Ｖ_S ）が以下の式に従って決定できる。

【数６】 この式におけるｄは対向している電極形態の各セル電極
の間の距離または横並びの電極形態におけるセルの深さ
である。

【００６６】次に、上記試験片に供給されたサンプルの
量がその分析物濃度測定による進行に適しているか否か
について決定が行なわれる。この量の適性決定は上記の
計算したサンプル量を上記電気化学的セルの合計の容積
に対して比較することにより行なわれる。

【００６７】本発明の各システムについて既に説明した
ように、合計のセル容積の値、動作温度範囲、適正な試
験片の計器内への挿入を含むがこれらに限らない特定の
パラメーターは、上記特定の電気化学的セルに関連する
これら以外のデータ（静的および動的の両方）またはパ
ラメーターの中から、例えば、計器および本発明のシス
テムにおけるその他の関連の構成部品の較正時に、マイ
クロプロセッサーのメモリーの中に保管される。

【００６８】上記サンプル量が適当であると決定される
場合に、例えば、分析物濃度のような所望の特性の測定
が行なわれて、これらの結果を本発明について既に説明
したような表示装置上に表示することができる。一方、
上記サンプル量が不適当である、すなわち、正確な測定
を行なうためには少なすぎる、と決定される場合には、
上記表示装置は一定の少量アイコンを示すことができ
る。

【００６９】上述したように、本発明の各方法の特定の
実施形態は、上記のサンプリングおよび試験の各工程を
繰り返すことを必要とせずに、例えば、目的の各分析物
の濃度のような選択された特性の正確な測定を行なうた
めに、不適当なサンプル溶液の量に対して補正を行なう
付加的な機能を備えている。

【００７０】上記セル内の生物学的サンプルにおける、
グルコース等の、選択された分析物の濃度が一定のＤＣ
電圧を印加した場合に上記電気化学的セル内を通過する
ファラデー電流（Ｉ_F ）に比例すること、すなわち、こ
のセル電流が上記サンプルの溶液により被覆されている
上記セルの表面積に比例することが当業界において知ら
れている。上述したように、本発明者は上記表面積が上
記セルの等価静電容量に比例することを既に確定してい
る。従って、上記選択された分析物の濃度はこの等価セ
ル静電容量に比例することになる。それゆえ、サンプル
溶液が存在している場合の上記等価セル静電容量を決定
してその生物学的溶液により完全に満たされている場合
のこのセルの静電容量（一定の較正処理により決定され
る）を知ることにより、一定の少ないサンプル量に対す
る補正および正確な分析物濃度測定を行なうために必要
な補正係数（Ｆ_cf）が以下の式により決定できる。

【数７】

【００７１】この式におけるＣ_f は完全に充填されてい
る時の上記電気化学的セルの等価静電容量であり、Ｃ_pf
は不適当な量の生物学的サンプルを収容している電気化
学的セルの等価静電容量である。その後関連の分析物の
濃度測定値（Ｇ）が以下の式に従って上記の適当な補正
係数（Ｆ_cf）により作成される。

【数８】

【００７２】この式におけるＧ_pfは不適当な量の生物学
的サンプルを収容している上記セルにより計算した分析
物濃度である。不適当に少ないサンプル量に対する補正
を可能にすることにおいて、本発明の方法は試験片の浪
費を回避して、費用を削減し、分析物測定を行なうため
に必要な時間を短縮する。

【００７３】従って、上記の原理および発見に従って概
ねまとめると、本発明の特定の方法はバイオセンサーを
帯電させるために当該バイオセンサーに一定のＤＣ電圧
を印加する工程と、その変化の結果として発生する電圧
信号を一定の発振信号に変化する工程と、この発振信号
により上記バイオセンサーの静電容量を決定する工程
と、この決定された静電容量に基づいてサンプルに接触
しているバイオセンサーの部分の表面積を決定する工程
と、その後にこの決定された表面積に基づいてバイオセ
ンサー内のサンプルの量を決定する工程を含む。

【００７４】別の本発明の方法は、上記サンプルの量が
適当であるという決定に基づいて、１種類以上の選択さ
れた分析物の濃度等の、上記生物学的サンプルの１種類
以上の物理的または化学的な特性を測定する工程を含む
ことができる。また、さらに別の本発明の方法は上記生
物学的サンプルの少なくとも１種類の特性の測定のため
に電気化学的なバイオセンサーの中に保持されている不
適当な量の生物学的サンプルに対して補正を行なってそ
の特性の値を正確に測定するための工程を含むことがで
きる。このような補正の方法は不適当なサンプル量とし
て決定されているサンプルの量に対して補正を行なうた
めに必要な補正係数を決定し、その後に、例えば、その
サンプル中に存在している選択された分析物の濃度等を
測定しながらその不適当なサンプル量に対して補正を行
なう工程を含む。この必要な補正係数を決定する工程は
不適当なサンプル量により充填されているバイオセンサ
ーの等価静電容量に対するサンプルにより完全に充填さ
れているバイオセンサーの等価静電容量の比率値を決定
する処理を含む。なお、上記サンプルにより完全に充填
されているバイオセンサーの等価静電容量の値はメモリ
ー記憶手段によりアクセス可能である。

【００７５】実験的実施例 以下の結果は本発明に関して観察されたものである。図
６は適当な血液サンプル量を有する試験片１３０と適当
な血液サンプル量よりも少ないサンプル量を有する試験
片１３２とにより得られた時間（ｘ軸）に対する各発振
周期（ｙ軸）の比較を示している。この実験の結果は試
験片がサンプル溶液により完全に満たされている場合に
発振周期における著しい増加があることを示している。
なお、これらの経験的な結果は例示のために示されてお
り、限定を目的としていない。

【００７６】キット さらに、本発明の実施において使用するためのキットも
本発明により提供される。この本発明のキットは、試験
片に供給されているサンプルの量が正確な分析物濃度測
定を行なうために十分に適当であるか否かを決定するた
めの、上述したような、電子回路を含む、あるいは、上
述したような、計器またはその他の自動化した器具の形
態の本発明のシステムを備えている。その他の特定のキ
ットにおいて、本発明のシステムは一定の分析物濃度測
定を行なう際に不適当な量に対して補正も行なう。これ
らのキットはさらに電気化学的セル内に保持されている
サンプリングした溶液または材料の量の決定において、
試験片または微小針等の形態の電気化学的セルを伴う本
発明の方法に従って本発明のシステムを使用するための
指示または説明を備えている。これらの説明は１個以上
のパッケージ、ラベル・インサート等において存在させ
ることができる。

【００７７】本発明のシステム、装置および方法におけ
る各特徴が電気化学的な分析物濃度分析用の試験片上に
配置される生物学的サンプルの量を決定するための従来
技術の各技法における不都合点の多くを解消して、当該
従来技術の各装置よりもはるかに迅速で簡単なサンプル
量の決定を行なうための極めて正確な手段および技法を
提供することを含むがこれらに限らない特定の利点を提
供することが上記の説明により明らかである。さらに、
本発明の別の利点は不適当なサンプル量に対して補正を
行なってその試験手順を中止することを必要とせずにそ
の分析物濃度測定を進行させるための能力を含む。従っ
て、本発明は流体の生物学的サンプル量の決定および分
析物濃度測定の分野に有意義な貢献を提供する。

【００７８】本発明は最も実用的で好ましい実施形態と
考えられる形態で本明細書において図示および説明され
ている。しかしながら、これらの変形および変更がこれ
らに基づいて作成可能であると共に、本発明の範囲内に
含まれていること、および上記における本発明の開示を
読むことにより当該技術分野における熟練者においてそ
の明らかな変更が考え出せることが認識されると考え
る。

【００７９】開示されている特定の各装置および各方法
は例示的であり限定を目的としていない。すなわち、関
連技術における熟練者において容易に考え出せる各態様
のような、開示されている概念の等価物の意味および範
囲内に含まれる各変更は、本明細書において記載されて
いる特許請求の範囲およびその実施態様に当然に含まれ
ると考えられる。

【００８０】本発明の実施態様は以下の通りである。 （１）前記発振回路がシュミット・トリガー（Schmidt
trigger）回路である請求項１に記載の電子回路。 （２）さらに、前記発振回路に操作可能に電気的に連結
されているマイクロプロセッサーを備えている請求項１
に記載の電子回路。 （３）前記マイクロプロセッサーが前記サンプルの量の
値を導出するための手段を備えている実施態様（２）に
記載の電子回路。 （４）前記マイクロプロセッサーが前記サンプル中の１
種類以上の分析物の測定における前記量の適性を決定す
るための手段を備えている実施態様（３）に記載の電子
回路。 （５）前記マイクロプロセッサーが前記分析物測定を進
行させるために不適当なサンプルの量に対して補正を行
なうための手段を備えている実施態様（４）に記載の電
子回路。

【００８１】（６）さらに、約１．８Ｖ乃至５．０Ｖの
範囲内の一定の供給電圧を備えており、前記発振回路が
約２００ｍＶ乃至６００ｍＶの範囲内の一定の上方電圧
および約０ｍＶ乃至５００ｍＶの範囲内の一定の下方電
圧を有する演算増幅器を備えている請求項１に記載の電
子回路。 （７）前記供給電圧が約３Ｖであり、前記上方電圧が約
３５０ｍＶおよび前記下方電圧が約２５０ｍＶである実
施態様（６）に記載の電子回路。 （８）前記電子回路がさらに前記発振回路に電気的に接
続されていて前記生物学的サンプルの量を決定するよう
に構成されているマイクロプロセッサーを備えている請
求項２に記載のシステム。 （９）さらに、前記サンプルの量が不適当であるという
決定に基づいて当該不適当な量に対して補正を行なうた
めに必要な補正係数を決定する工程と、前記不適当なサ
ンプルの量に対して補正を行なう工程と、前記サンプル
の少なくとも１種類の特性を測定する工程を含む請求項
３に記載の方法。 （１０）前記電気化学的バイオセンサーが一定のセル容
積を有する電気化学的セルを形成している少なくとも２
個の電極を備えており、前記決定された表面積が前記生
物学的サンプルにより被覆されている前記少なくとも２
個の電極の表面積である請求項３に記載の方法。 （１１）前記平均の直流電圧が約０ｍＶ乃至６００ｍＶ
の範囲内である請求項３に記載の方法。

【００８２】

【発明の効果】従って、本発明によれば、電気化学的な
分析物濃度決定において使用するサンプルの量の適性を
正確且つ高精度に測定するための新しい装置および方法
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と共に使用可能な電気化学的な分析物濃
度決定のための例示的な従来の電気化学的試験片の分解
図である。

【図２】図１の試験片の等価セル・インピーダンスを表
す回路の概略図である。

【図３】本発明によるサンプル量の適性を決定するため
の電気化学的バイオセンサーに操作可能に連結されてい
る本発明のシステムの実施形態の電子回路の部分概略的
な部分ブロック図である。

【図４】図３の電子回路からの本発明による試験片の電
気化学的セルに供給される入力電圧（Ｖ_I ）の波形およ
び発振器出力電圧（Ｖ_o ）の波形を示しているグラフで
ある。

【図５】図３の電子回路における発振回路の別の実施形
態の概略図である。

【図６】一定のサンプリング溶液による、それぞれセル
を完全に充填した場合および半分だけ充填した場合の、
血液サンプルを当該セルに供給した後の、経時的に（ｘ
軸）電気化学的セルにより生成される発振周期（ｙ軸）
における変化の関係を示しているグラフである。

【符号の説明】

２ 電気化学的試験片 ４，８ 電極 ６，８ 各電極の外表面部 １２ スペーサー層 １４ 反応領域 ４０ インピーダンス回路 ５０ 電子回路 ５２ マイクロプロセッサー ５４ 発振回路 ６０ 基準数 ７０ バイオセンサー

───────────────────────────────────────────────────── 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 33/483 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３３６Ｇ ３８６Ｇ ３３８ (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） 2G045 AA40 FB05 JA01 2G060 AA07 AC10 AD06 AE17 AF10 FA01 HA01 HA02 HC08 HC09 HC13 HC19 HD03 HE01 HE03 KA06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生物学的サンプルを受容して電気化学的
   セルに一定の電圧が印加される時に前記生物学的サンプ
   ルにより形成される一定の静電容量を有する電気化学的
   セルに電気的に接続可能であるように構成されている電
   子回路において、 前記電気化学的セルの帯電および放電により生じる電圧
   入力信号を受信するように構成されており、さらに当該
   電圧入力信号を前記セルの静電容量に比例する一定の発
   振電圧出力信号に変換するように構成されている発振回
   路を備えている電子回路。
2. 【請求項２】 システムにおいて、 生物学的サンプルを受容して電気化学的セルに一定の電
   圧が印加される時に当該生物学的サンプルにより形成さ
   れる一定の静電容量を有するように構成されている電気
   化学的セルを受容するための計器と、 前記電気化学的セルを帯電させて一定のセル静電容量を
   形成するために当該電気化学的セルに電気的に接続可能
   に構成されているＤＣ電圧供給手段と、 前記計器と一体に構成されており、さらに前記電気化学
   的セルに電気的に接続可能に構成されている電子回路を
   備えており、当該回路が前記電気化学的セルの帯電およ
   び放電により生じる電圧入力信号を受信するように構成
   されており、さらに当該電圧入力信号を一定の発振電圧
   出力信号に変換するように構成されている発振回路を備
   えており、当該発振電圧出力信号の周期が前記セルの静
   電容量に比例しているシステム。
3. 【請求項３】 電気化学的バイオセンサーに供給される
   生物学的サンプルの量を決定するための方法において、 一定の直流電圧を前記バイオセンサーに印加することに
   より当該バイオセンサーを帯電させる工程を含み、一定
   の静電容量が当該バイオセンサーの中に形成されて、一
   定の電圧が当該バイオセンサーを帯電させることにより
   発生し、さらに、 前記電圧を前記静電容量に比例する一定の周期を有する
   発振電圧に変換する工程と、 前記バイオセンサーの静電容量を決定する工程と、 前記決定された静電容量に基づいて前記生物学的サンプ
   ルに接触している前記バイオセンサーの部分の表面積を
   決定する工程と、 前記決定された表面積から前記サンプルの量を決定する
   工程を含む方法。