JP2004163411A - 全血試料中のグルコース濃度を測定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 全血試料からより正確なグルコース濃度を得る方法を提供する。
【解決手段】 全血試料中のグルコース濃度は、グルコース濃度及びヘマトクリット濃度を計測するように適合された電気化学的センサを提供することによって測定することができる。全血試料のヘマトクリット濃度は、電気化学的センサを使用して、電気化学的インピーダンス分光法によって計測される。全血試料の初期グルコース濃度は、電気化学的センサを使用して計測される。全血試料中の偏りのないグルコース濃度は、初期グルコース濃度計測及びヘマトクリット濃度を使用して計算される。
【選択図】 なし

Description

本発明は一般に、全血試料中のグルコース濃度を測定する方法、より具体的には、ヘマトクリット濃度を使用して全血試料中のグルコース濃度を測定する方法に関する。

多年にわたり、人は全血試料中のグルコース濃度を測定しようと試みてきた。全血試料中のグルコース濃度の測定は多様な用途で重要である。たとえば、糖尿病患者にとって、グルコース濃度の測定及びモニタは、危険を減らし、生活の質を改善するのに重要である。このような試験の結果を使用して、もしあればどのインスリン又は他の薬を投与するのかを決定することができる。

全血試料中のグルコース濃度は、全血ヘマトクリット濃度に関連する偏りのせいで、測定が難しいことがある。ヘマトクリット濃度とは、全血試料中の赤血球の濃度である。全血試料のヘマトクリット濃度の変動がグルコース濃度計測に偏りを生じさせる。グルコース濃度に対する偏りは、有意な程度、たとえばヘマトクリット濃度の変化１％に対して１％になることもある。

全血試料のグルコース濃度を計測するために使用される典型的なセンサは、そのヘマトクリット濃度に依存する。グルコースセンサの化学的性質を変化させることによって全血試料のグルコース濃度の偏りを最小限にする又はなくすための試みが実施されてきた。化学的性質を変化させる一つの例が溶血である。溶血は、赤血球を開裂させ、赤血球の内容物を露出させることを含む。赤血球を開裂させることにより、グルコース濃度を計測するセンサ中での化学反応がより速く起こる。このような試みは一般に、計測されるグルコース濃度に対するヘマトクリット濃度の影響を減らしたが、一般に、実グルコース濃度の測定において理想には遠い結果しか出さない。溶血のもう一つの欠点は、試験過程を実施するのに必要な追加的時間である。さらには、溶血は、グルコース濃度の計測に干渉するおそれのある細胞内容物を露出させるかもしれない。

他の試みは、グルコース濃度を計測する前に全血試料から赤血球を取り出すことを含むものであった。このような取り出し法は、赤血球を取り出すことなく単にグルコース濃度を計測する方法よりも複雑である。さらには、このような技術は、少なめの量の全血、たとえば使い捨てセルフテストマーカで使用される量を使用するとき、より困難になる。

グルコース濃度読み値の偏りを最小限にする又はなくすための他の試みは、ヘマトクリット濃度をグルコース濃度とは別に計測することを含むものであった。全血試料のヘマトクリット計測は、導電率の計測を使用して実施されてきた。これらの試みは、種々の欠点、たとえば、ヘマトクリット濃度の計測とグルコース濃度の計測とで別々の電極を要する欠点をかかえている。さらには、この手法は、少なくとも一部の臨床分析装置には適するかもしれないが、使い捨てセルフテストマーカには費用的に使えない。

全血試料からより正確なグルコース濃度を得る方法を有することが望ましいであろう。

全血試料中のグルコース濃度は、一つの方法にしたがって、グルコース濃度及びヘマトクリット濃度を計測するように適合された電気化学的センサを用意することによって測定することができる。全血試料のヘマトクリット濃度は、電気化学的センサを使用して、電気化学的インピーダンス分光法によって計測される。全血試料中の初期グルコース濃度は、電気化学的センサを使用して計測される。全血試料中の偏りのないグルコース濃度は、初期グルコース濃度計測及びヘマトクリット濃度を使用して計算される。

発明の実施の形態

本発明は、全血試料中のグルコース濃度の測定に関する。全血試料は血漿及び赤血球を含む。グルコース濃度はヘマトクリット濃度に基づいて変化するため、グルコース濃度を測定する際には、全血試料のヘマトクリット濃度（赤血球濃度）をも測定する。ヘマトクリット濃度を考慮して補正することにより、より正確な全血試料のグルコース濃度を計算することができる。

全血試料のグルコース濃度は、本発明の一つの実施態様の電気化学的センサを使用して測定することができる。電気化学的センサが信頼性及び再現性のある計測を提供するということが重要である。電気化学的センサの一例は、電流測定モニタリングシステムで使用することができるセンサである。グルコース濃度を計測するために使用することができる電気化学的センサの例は、Bayer社のGlucometer DEX（登録商標）及びELITE（登録商標）システムで使用されているものである。

一つの実施態様によると、電気化学的センサは、電極システムを上に設けられた絶縁ベースプレートを含む。電極システムは、少なくとも計測用の電極及び対電極を含む。電極システムには、バイオセンシングもしくは試薬物質、たとえば酵素及び電子受容体を含有する反応層が含まれる。反応層の酵素は、親水性ポリマーと組み合わされていてもよい。カバーを使用してベースプレートと嵌合させて、反応層を含む空間を形成することもできる。全血試料が導入口を介してこの空間に導入される。全血試料の流入により、ガスがこの空間から排気口を介して排出される。全血試料中のグルコースが、電極に担持されたグルコースオキシダーゼの作用により、酵素と反応して過酸化水素を生成すると考えられている。電極間に電圧（たとえば１Ｖ）が印加され、計測用の電極がアノード方向に分極される。アノード方向に電圧を印加することにより、生成される過酸化水素のための酸化電流が得られる。この電流レベルが全血試料中のグルコース濃度に対応する。

このような電気化学的センサに関するさらなる詳細が、いずれも全体を引用例として取り込む米国特許第５，１２０，４２０号及び第５，３２０，７３２号で見いだすことができる。１種以上の電気化学的センサは、松下電器産業から購入することができる。他の電気化学的センサを本発明で使用することも考えられる。たとえば、ある電気化学的センサが、全体を引用例として取り込む米国特許第５，７９８，０３１号に開示されている。電流測定モニタリングシステムで使用することができる電気化学的センサのさらなる例が米国特許第５，４２９，７３５号に開示されている。他のセンサを本発明で使用することも考えられる。

電気化学的センサは、複数のセンサ又は試験要素を収容するセンサパックを中に装填されるように適合されている血糖センサ分与器の中に配置することができる。各センサは、センサパックから弾き出されるように適合されている。センサ分与器に装填されるセンサパックの一例が米国特許第５，６６０，７９１号に開示されている。

全血試料のヘマトクリット濃度の変動から生じる初期グルコース濃度の偏りを減らすために、ヘマトクリット濃度を先に計測することが好ましい。しかし、全血試料の初期グルコース濃度を計測する前にヘマトクリット濃度を計測することも考えられる。初期グルコース濃度を計測するために使用される電気化学的センサが全血試料のヘマトクリット濃度に依存するため、ヘマトクリット濃度が計測されなければならない。全血試料のグルコース濃度を正確に計測する際の最大感度は、高めのグルコースレベル（たとえば２５０又は４００mg/dL）で生じる。このようなグルコースレベルでは、低め又は高めのヘマトクリット％値（たとえば２０容量％又は７０容量％）が、平均的なヘマトクリット濃度（たとえば４０容量％）と比較して、初期グルコース濃度計測値と実グルコース濃度との間で実質的な偏差を生じさせる。

計測されるグルコース濃度に対する全血試料のヘマトクリット濃度の影響は、電流測定モニタリングシステムにおける電気化学的センサでは一貫していると考えられている。計測されるグルコース濃度に対するヘマトクリット濃度のこの一貫性は、使い捨て電流測定モニタリングシステム及び臨床分析装置の両方で生じる。このように、偏りがあるとしても、ヘマトクリット濃度を計測したのち初期グルコース計測値を調節することによってそれを修正することができる。

ヘマトクリット濃度は、全血試料の初期グルコース濃度を測定するものと同じ電気化学的センサを使用して測定される。一つの実施態様によると、ヘマトクリット濃度は、グルコースモニタリングシステム、たとえば上記電流測定モニタリングシステムに統合される電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ）を使用して測定される。ＥＩＳは、本質的には、一つの周波数又は複数の周波数をカバーする溶液インピーダンス計測である。全血試料の計測インピーダンスが高いほど、その中のヘマトクリットの濃度は高い。

電気化学的センサは、一般には約１〜約１０，０００HzのＡＣ波形を印加することによって使用することができる。ＡＣ波形が１０，０００Hzよりも高いことも考えられる。ＡＣ波形は、電圧が変化することができるが、一般には約１〜約１００mV、より具体的には約３〜約３０mVである。ＡＣ波形は、離散的周波数又は後でフーリエ変換（ＦＴ）ルーチンを使用して畳み込み解除されるcoaddされた波形のいずれかである。フーリエ変換法は、他の技術に対して計測時間を有意に減らすため、望ましい。フーリエ変換以外の技法を使用してヘマトクリット濃度の最終的測定を支援することも考えられる。

一以上の周波数計測を使用する代わりに、又はそれに加えて、インピーダンス計測の移相及び／又は大きさを使用してヘマトクリット濃度を計測してもよい。得られるインピーダンスの移相及び／又は大きさを各周波数で計測する。ＡＣ波形を、たとえば、電気化学的センサを作動させることができる印加電位である１５０mVのバイアス電圧に重畳する。インピーダンス計測の移相及び／又は大きさを比較することにより、ヘマトクリット濃度を測定することができる。インピーダンス計測の移相及び／又は大きさをヘマトクリット濃度間で容易に区別することができる周波数を使用することが望ましい。

インピーダンス計測の移相の計測で使用することができる周波数の例は、約８００〜９００Hzの周波数を含む。他の周波数をインピーダンス計測の移相の計測に使用することも考えられる。インピーダンス計測の大きさの計測で使用することができる周波数の例は、約３００〜１０，０００Hzの周波数を含む。他の周波数をインピーダンス計測の大きさの計測に使用することも考えられる。

ヘマトクリット濃度を測定したのち、それを使用して、全血試料中の初期グルコース濃度計測に伴う偏りがあるならばそれを修正する。ヘマトクリット濃度と初期グルコース濃度計測値との間に関係又は偏りがあるならば、それを較正テーブルに記憶してもよい。較正テーブルは通常、多数のヘマトクリット濃度及び初期グルコース濃度計測値を使用して生成される。初期グルコース計測に対してヘマトクリット濃度によって加えられる偏りを考慮して修正を加えることにより、より正確な全血グルコース計測値が測定される。

ヘマトクリット濃度によって生じる偏りを減らす又はなくすことによってグルコース濃度をより正確に測定する方法は、使い捨てセルフテスト系で実施することができる。使い捨てセルフテスト系は、最終消費者、特に糖尿病患者である最終消費者によって使用されることが多い。あるいはまた、ヘマトクリット濃度によって生じる偏りを減らす又はなくすことによってグルコース濃度をより正確に測定する方法は、臨床分析装置で実施することもできる。臨床分析装置は、病院や診療所で使用されることが多い。

本発明は、新生児（生後１ヶ月未満）に関して特に望ましい。新生児は通常、相当に高い血中ヘマトクリット濃度を有する（正常範囲は約５５容量％〜６５容量％）。成人だけでなく新生児にも起こりうる症状の一つが低血糖症である。低血糖症に関して、新生児における判定点は成人の判定点よりも低い（４０mg/dL対６０mg/dL）。低めのグルコース濃度と高めのヘマトクリット濃度との組み合わせは、ヘマトクリット濃度の偏りから生じる非常に不正確な初期グルコース読み値につながるおそれがある。したがって、本発明は、新生児の全血試料中のグルコース濃度を測定する際に望ましい。

センサの試験端は、試験される全血試料と接する状態に配置されるように適合されている。全血試料は、穿刺装置、たとえばマイクロレットによって生成することができる。穿刺装置は、たとえば人の指を刺すことによって血液を得ることができる。一つの方法によると、全血試料は、（ａ）電気化学的センサをパケットから取り出し、（ｂ）電気化学的センサをグルコース濃度計測器に入れ、（ｃ）全血試料を生成し、（ｄ）センサと全血試料とを接触させて、毛管作用によって血液をセンサ中に引き込むことにより、試験のために準備することができる。

（ａ）ヘマトクリットレベルと、（ｂ）移相、グルコース濃度、周波数及びインピーダンスとの関係を示すため、いくつかのグラフを作成した。

図１は、全血試料の移相対周波数のグラフである。全血試料は３００mg/dLのグルコース濃度を有し、ヘマトクリット濃度は、２０容量％、４０容量％又は６０容量％のいずれかであった。試験は、Bayer社のGlucometer DEX（登録商標）システムで、３パス試薬電気化学的センサを使用して実施した。この電気化学的センサを１５０mVの印加電位で作動させた。周波数（ヘルツで計測）をｘ軸に対数的に標定し、それに対し、移相（度で計測）をｙ軸に標定した。図１は、異なるヘマトクリット濃度の間で明瞭な移相を生じさせる周波数が多くあることを示す。異なるレベルのヘマトクリット濃度の間で移相がより顕著に出る周波数を選択することが望ましい。

図２は、全血試料のインピーダンス（Ｚ）対周波数のグラフである。全血試料は１００mg/dLのグルコース濃度を有し、ヘマトクリット濃度は、２０容量％、４０容量％又は６０容量％のいずれかであった。試験は、Bayer社のGlucometer DEX（登録商標）システムで、３パス試薬電気化学的センサを使用して実施した。この電気化学的センサを１５０mVの印加電位で作動させた。周波数（ヘルツで計測）をｘ軸に対数的に標定し、それに対し、インピーダンス（オームで計測）をｙ軸に標定した。図２は、異なるヘマトクリット濃度の間で明瞭なインピーダンス計測を生じさせる周波数が多くあることを示す。異なるレベルのヘマトクリット濃度の間でインピーダンス計測がより顕著に出る周波数、たとえば高めの周波数を選択することが望ましい。

図３は、全血試料の移相対ヘマトクリットのグラフである。いくつかのグルコース濃度：０mg/dL、５０mg/dL、１００mg/dL、３００mg/dL及び６００mg/dLを試験した。各グルコース濃度を図３で別々に標定した。図３のグラフを形成するのに使用した個々のデータ点を以下の表１に一覧する。

表１に示すように、掲記したグルコース濃度とヘマトクリット濃度との組み合わせのほぼすべてを２回試験した。表１で報告し、図３に示した移相対ヘマトクリット濃度の試験は、８１１Hzの周波数で実施した。試験は、Bayer社のGlucometer DEX（登録商標）システムで、３パス試薬電気化学的センサを使用して実施した。この電気化学的センサを１５０mVの印加電位で作動させた。ヘマトクリット濃度（容量％）をｘ軸に標定し、それに対し、移相（度で計測）をｙ軸に標定した。図３は、少なくとも８１１Hzの周波数でグルコース濃度に関して移相に変化があることを示す。図３はまた、ヘマトクリット濃度に関して移相に変化があることを示す。

図４は、全血試料のインピーダンス（Ｚ）対ヘマトクリット濃度のグラフである。いくつかのグルコース濃度：０mg/dL、５０mg/dL、１００mg/dL、３００mg/dL及び６００mg/dLを試験した。各グルコース濃度を図４で別々に標定した。図４のグラフを形成するのに使用した個々のデータ点を以下の表２に一覧する。

表２に示すように、掲記したグルコース濃度とヘマトクリット濃度との組み合わせすべてを２回試験した。表２で報告し、図４に示したインピーダンス対ヘマトクリット濃度の試験は、９６６１Hzの周波数で実施した。試験は、Bayer社のGlucometer DEX（登録商標）システムで、３パス試薬電気化学的センサを使用して実施した。この電気化学的センサを１５０mVの印加電位で作動させた。ヘマトクリット濃度（容量％）をｘ軸に標定し、それに対し、インピーダンス（オームで計測）をｙ軸に標定した。図４は、少なくとも９６６１Hzの周波数でヘマトクリット濃度に関してインピーダンスに変化があることを示す。図４は、少なくとも９６６１Hzの周波数でインピーダンスの大きさがグルコース濃度に依存しないことを示すように思われる。

本発明の具体的な実施態様及び応用を例示し、説明したが、本発明が本明細書で開示した正確な構造及び構成に限定されず、請求の範囲で定義する発明の本質及び範囲を逸することなく種々の変形、変更及び改変が前記記載から明らかになるということが理解されよう。

一つのグルコース濃度及び変化するヘマトクリット濃度を有する全血試料の移相対周波数のグラフである。 一つのグルコース濃度及び変化するヘマトクリット濃度を有する全血試料のインピーダンス対周波数のグラフである。 一つの周波数で変化するグルコース濃度を有する全血試料の移相対ヘマトクリット濃度のグラフである。 一つの周波数で変化するグルコース濃度を有する全血試料のインピーダンス対ヘマトクリット濃度のグラフである。

Claims (28)

1. 全血試料中のグルコース濃度を測定する方法であって、
   グルコース濃度及びヘマトクリット濃度を計測するように適合された電気化学的センサを用意することと、
   前記電気化学的センサを使用して、電気化学的インピーダンス分光法によって全血試料のヘマトクリット濃度を計測することと、
   前記電気化学的センサを使用して前記全血試料の初期グルコース濃度を計測することと、
   前記初期グルコース濃度計測及び前記ヘマトクリット濃度を使用して前記全血試料中の偏りのないグルコース濃度を計算することと
   を含む方法。
2. 電流測定モニタリングシステムを使用して前記全血試料の前記グルコース濃度を測定する、請求項１記載の方法。
3. 前記電気化学的センサが、絶縁ベースプレートと、前記ベースプレート上の電極システムと、前記ベースプレートと嵌合して、電極層が前記全血試料と接触することができる空間を形成するように適合されたカバーとを含む、請求項１記載の方法。
4. 前記全血試料中のグルコースと反応する酵素を含む反応層をさらに含む、請求項３記載の方法。
5. 前記反応層中の前記酵素が親水性ポリマーと組み合わされている、請求項４記載の方法。
6. 使い捨てセルフテスト系で実施する、請求項１記載の方法。
7. 臨床分析装置で実施する、請求項１記載の方法。
8. 前記初期グルコース濃度を計測する前に前記全血試料中の前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１記載の方法。
9. 一つの周波数計測を使用して前記全血試料の前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１記載の方法。
10. 複数の周波数計測を使用して前記全血試料の前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１記載の方法。
11. インピーダンス計測の移相を使用して前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１記載の方法。
12. 約８００〜約９００Hzの少なくとも一つの周波数で前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１１記載の方法。
13. インピーダンス計測の大きさ成分を使用して前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１記載の方法。
14. 約３００〜約１０，０００Hzの少なくとも一つの周波数で前記ヘマトクリットの計測を実施する、請求項１３記載の方法。
15. 約１〜約１０，０００HzのＡＣ波形を前記電気化学的センサに印加することをさらに含む、請求項１記載の方法。
16. 約１〜約１００mVのＡＣ波形を前記電気化学的センサに印加することをさらに含む、請求項１記載の方法。
17. 後でフーリエ変換を使用して畳み込み解除されるＡＣ波形を印加することをさらに含む、請求項１記載の方法。
18. 全血試料中のグルコース濃度を測定する方法であって、
    グルコース濃度及びヘマトクリット濃度を計測するように適合された電気化学的センサを用意することと、
    前記電気化学的センサを使用して、電流測定モニタリングシステムを使用する電気化学的インピーダンス分光法によって全血試料のヘマトクリット濃度を計測することと、
    前記電気化学的センサを使用して前記全血試料の初期グルコース濃度を計測することと、
    前記初期グルコース濃度計測及び前記ヘマトクリット濃度を使用して前記全血試料中の偏りのないグルコース濃度を計算することと
    を含む方法。
19. 使い捨てセルフテスト系で実施する、請求項１８記載の方法。
20. 一つの周波数計測を使用して前記全血試料の前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１９記載の方法。
21. 複数の周波数計測を使用して前記全血試料の前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１９記載の方法。
22. インピーダンス計測の移相を使用して前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１９記載の方法。
23. 約８００〜約９００Hzの少なくとも一つの周波数で前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項２２記載の方法。
24. インピーダンス計測の大きさ成分を使用して前記ヘマトクリット濃度の計測を実施する、請求項１９記載の方法。
25. 約３００〜約１０，０００Hzの少なくとも一つの周波数で前記ヘマトクリットの計測を実施する、請求項２４記載の方法。
26. 約１〜約１０，０００HzのＡＣ波形を前記電気化学的センサに印加することをさらに含む、請求項１９記載の方法。
27. 約１〜約１００mVのＡＣ波形を前記電気化学的センサに印加することをさらに含む、請求項１９記載の方法。
28. 後でフーリエ変換を使用して畳み込み解除されるＡＣ波形を印加することをさらに含む、請求項１９記載の方法。

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