JP2010230496A

JP2010230496A - バイオセンサが取り付けられる計測表示装置

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Publication number: JP2010230496A
Application number: JP2009078592A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ishio; 和彦石尾
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP5155919B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、バイオセンサの全ての電極間の短絡や漏洩電流を確認できる計測表示装置を提供することにある。
【解決手段】計測表示装置１０は、マイクロコンピュータ１２と、各電極の取り付け端子Ｔ１〜Ｔ６と、マイクロコンピュータ１２と端子Ｔ１〜Ｔ３との間に設けられた増幅回路１４と、マイクロコンピュータ１２と端子Ｔ４〜Ｔ６との間に設けられた電流電圧変換回路１６と、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０を備える。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０をオンにする組み合わせを順番に実行することによって、全ての電極間に順番に電圧を印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオセンサが取り付けられて検体の基質の成分量（濃度）を計測する計測表示装置に関するものである。

従来、下記の特許文献をはじめとして種々のバイオセンサおよび計測表示装置が開発・開示されている。図６および図７にバイオセンサ５０および計測表示装置８０の一例を示す。バイオセンサ５０は、絶縁体からなる基板５２と、基板５２の上に設けられた複数の電極５４，５６，５８，６０，６２，６４と、それらの電極５４，５６，５８，６０，６２，６４の上に設けられた反応部６６とを備える。

また、反応部６６と一定間隔で対向するカバー６８を備える。カバー６８を支えるために基板５２の上にスペーサー７０が設けられるが、少なくとも基板５２の先端部にはスペーサー７０を設けず、基板５２の先端部とカバー６８の先端部によって開口７２を形成する。十分な量の検体が開口７２に供給されると、毛細管現象によって反応部６６とカバー６８との間に検体が広がり、検体が反応部６６に吸入される。

基板５２は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、脂肪族ユニットおよび芳香族ユニットからなる生分解性ポリエステル樹脂などのポリエステル系樹脂シート、耐熱性、耐薬品性、強度などに優れるポリアミドシート、ポリイミドフィルムシートなどのプラスチックシート、セラミックなどの無機系基板などである。

複数の電極は、測定用作用電極５４、測定用対向電極５６、点着検知用作用電極５８、点着検知用対向電極６０、検出用作用電極６２、および検出用対向電極６４である。各電極５４，５６，５８，６０，６２，６４から延びたところに設けられた端子７４が、計測表示装置８０の取り付け端子Ｔ１〜Ｔ６に接続される。

測定用作用電極５４と測定用対向電極５６は、ほぼ半円形であり、直線部分が一定間隔を有して対向している。測定用作用電極５４と測定用対向電極５６とは、検体の基質の成分量を測定するために使用される。なお、電極５４，５６の形状は半円形に限定されず、帯状であってもよい。

点着検知用作用電極５８と点着検知用対向電極６０は、測定用作用電極５４と測定用対向電極５６よりも開口側に設けられ、一定間隔で対向している。検体が反応部６６に吸入開始されたことを検知するために使用される。

検出用作用電極６２と検出用対向電極６４は、測定用作用電極５４と測定用対向電極５６に対して開口７２の反対側に設けられる。測定用作用電極５４と測定用対向電極５６を間に介して一定間隔で対向している。検体が反応部６６に十分吸入されたことを検知するために使用される。

各電極５４，５６，５８，６０，６２，６４は、白金、金、パラジウム、インジウム−スズ酸化物などの導体によって形成される。形成方法としては、ホットスタンピングなどが挙げられるが、真空蒸着又はスパッタリングによる方法が微細な電極パターンを精度良く形成できるので好ましい。スパッタリングの場合は、電極形成部分以外をマスキングすることで一挙に形成できる。

反応部６６は、酸化還元酵素および電子受容体を含んだ膜である。反応部６６は、液体状の材料をディスペンサによって所望の位置に滴下し、乾燥して形成する。反応部６６と検体とは不可逆反応を起こすため、バイオセンサ５０は取り替え式である。

反応部６６に検体が吸入されると、反応部６６と検体が反応する。このとき、電極間に電位差を生じさせると電子の授受が発生する。このことを利用して検体の基質の成分量の測定がおこなわれる。測定は、以下の（１）〜（３）の手順でおこなう。（１）点着検知用作用電極５８と点着検知用対向電極６０に電位差を生じさせることによって、検体の反応部６６への吸入開始を確認する。（２）検出用作用電極６２と検出用対向電極６４に電位差を生じさせることによって、検体が反応部６６に十分吸入されたことを確認する。（３）測定用作用電極５４と測定用対向電極５６に電位差を生じさせることによって、検体の基質の成分量を測定する。

反応部６６の材料によって検体の基質の成分量に比例した電子の授受を生じさせることができる。例えば、血液中に存在するグルコースを測定する場合には、例えば酸化還元酵素としてグルコースオキシダーゼ、電子受容体としてフェリシアンが挙げられる。グルコース濃度に応じて、授受される電子の量が変わる。したがって、基質の成分量が測定できる。

上記のように電位差を生じさせたり、検体の基質の成分量を測定したりするために、図７に示すような計測表示装置１００が使用される。バイオセンサ５０の各電極５４，５６，５８，６０，６２，６４から延びる端子７４が計測表示装置８０の端子Ｔ１〜Ｔ６に接続され、バイオセンサ５０の各電極５４，５６，５８，６０，６２，６４と計測表示装置８０の電子回路とが電気的に接続される。どの電極５４，５６，５８，６０，６２，６４を動作させるかは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６のオン・オフを制御することによって決定する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ６はＭＯＳＦＥＴなどの電気的にオン・オフが可能な半導体スイッチを使用する。マイクロコンピュータ８２の制御部９２から信号を送ってスイッチを制御する。

マイクロコンピュータ８２の電源部８８から所定の電圧が出力され、Ｄ／Ａ変換回路２８でアナログの電圧に変換される。この電圧は、増幅回路１４を介して端子Ｔ１〜Ｔ３に接続された測定用作用電極５４、点着検知用作用電極５８、または検出用作用電極６２に印加される。反応部６６と検体とが反応することによって、電圧が印加された作用電極５４，５８，６２とその対向電極５６，６０，６４の間に電流が流れる。流れる電流は、反応部６６に対する検体の吸引状況や検体の基質の成分量に応じて異なる。電流電圧変換回路１６およびＡ／Ｄ変換回路３０を介してマイクロコンピュータ８２の計測部９０に、電極間に流れた電流に対応する電圧が入力される。マイクロコンピュータ８２の計算部９６は、入力された電圧の値に基づいて反応部６６と検体との吸入状況のチェックや検体の基質の成分量を求める。計測表示装置８０は小型のディスプレイ（図示せず）を備え、求められた基質の成分量をディスプレイに表示させる。

なお、制御部９２によって、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６に対するオン・オフのタイミング、電極間の電圧印加のタイミング、および計算部９６が計測部９０から電流値を受け取るタイミングの同期を取る。どの電極が動作したかを認識すると共に、検体の吸入状況のチェックであるか基質の成分量の測定であるかを一致させるためである。

バイオセンサ５０の製造不良などによって、電極間が短絡したり漏洩電流が生じたりする場合がある。例えば、電極がファインパターンの場合に電極間が完全に絶縁できなかったり、電極間に不純物が付着する場合などである。そのため、計測表示装置８０は、検体が開口７２に供給される前に、電極間の短絡や漏洩電流を確認する。確認作業は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６によって２本の電極を選択し、電源部８８から所定電圧を出力し、測定部９０で電圧を計測することによっておこなう。電圧が計測された場合、電極間に電流が流れたこととなり、短絡または漏洩電流が確認できる。スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の選択方法を表１に示す。なお、表１は各電極が接続される端子Ｔ１〜Ｔ６で示しており、他の表も同様である。

表１より、作用電極同士および対向電極同士の短絡や漏洩電流は確認できない。これは、各作用電極５４，５８，６２が電源部８８に接続され、各対向電極５６，６０，６４が測定部９０に接続されるため、作用電極同士または対向電極同士を選択した場合に、電源部８８から測定部９０までの電気経路が構成できないためである。全ての電極間で短絡や漏洩電流が確認できないため、電極間に短絡や漏洩電流を有するバイオセンサ５０で測定をおこなうおそれがあり、誤った基質の成分量を使用者に示すおそれがある。

また、点着検知用作用電極５８と点着検知用対向電極６０とを省略し、電極を４本にしたバイオセンサ５０ｂも存在する（図８）。このとき、図９の計測表示装置８０ｂは、図７の計測表示装置８０と比較して、電極の本数に応じて必要な回路素子が省略される。この場合のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の選択方法を表２に示す。

表２より、表１と同様に作用電極同士および対向電極同士を選択した場合、電源部８８から測定部９０までの電気経路が形成できない。したがって、作用電極同士および対向電極同士の短絡や漏洩電流の確認はできない。

特開２００８−３０４１９７号公報特許２８００９８１号公報特開２９０１６７８号公報特開平０４−３５７４５２号公報

本発明の目的は、バイオセンサの全ての電極間の短絡や漏洩電流を確認できる計測表示装置を提供することにある。

本発明の計測表示装置に取り付けられるバイオセンサは、絶縁性の基板と、基板上に設けられた複数の作用電極と、複数の作用電極に対して一定間隔で設けられた複数の対向電極と、作用電極および対向電極の上を覆う酵素を含む反応部とを備える。

本発明の計測表示装置は、作用電極または対向電極に電圧を印加する手段と、作用電極と対向電極、作用電極同士、または対向電極同士の間に流れた電流を計測する手段と、電圧を印加する手段と作用電極とを接続するための第１スイッチと、電流を計測する手段と対向電極とを接続するための第２スイッチと、電圧を印加する手段と対向電極とを接続するための第３スイッチと、電流を計測する手段と作用電極とを接続するための第４スイッチと、第１〜４スイッチのオン・オフを制御する手段とを備える。

制御部が第１〜４スイッチのオン・オフを制御することによって、作用電極と対向電極、作用電極同士、または対向電極同士を介して、電圧を印加する手段と電流を計測する手段の間に電気経路を形成することができる。

電流を計測する手段によって計測された電流値から、作用電極と対向電極、作用電極同士、または対向電極同士の短絡または漏洩電流を検知する手段を備える。全ての電極間の短絡または漏洩電流を検知する。

オン・オフを制御する手段が第１〜４スイッチを制御することによって、作用電極と対向電極、作用電極同士、および対向電極同士の間に順番に電圧が印加される。

第１〜４スイッチが、電気的にオン・オフが可能な半導体スイッチを含む。半導体スイッチによって接続される電極の切り替えをおこなう。

本発明によると、スイッチによって全ての電極間の短絡または漏洩電流を検知することができる。検体の吸入される前におこなうことにより、不良品を使用して測定をおこなうことを防止できる。正確な検体の基質の成分量を使用者に示すことができる。

電極が６本のバイオセンサが取り付けられる本発明の計測表示装置の構成を示す図である。図１の第３および第４スイッチの接続位置を変更した計測表示装置の構成を示す図である。電極が４本のバイオセンサが取り付けられる本発明の計測表示装置の構成を示す図である。電極が５本のバイオセンサを示す図である。図４のバイオセンサが取り付けられる本発明の計測表示装置の構成を示す図である。電極が６本のバイオセンサを示す図である。図６のバイオセンサが取り付けられる従来の計測表示装置の構成を示す図である。電極が４本のバイオセンサを示す図である。図８のバイオセンサが取り付けられる従来の計測表示装置の構成を示す図である。

本発明の計測表示装置について図面を使用して説明する。計測表示装置に接続されるバイオセンサは従来技術の図６と図８で説明したものと同じであるため、説明を省略する。先ず、図６のバイオセンサ５０が接続される計測表示装置について説明する。

図１に示す計測表示装置１０は、マイクロコンピュータ１２と、各電極の取り付け端子Ｔ１〜Ｔ６と、マイクロコンピュータ１２と端子Ｔ１〜Ｔ３との間に設けられた増幅回路１４と、マイクロコンピュータ１２と端子Ｔ４〜Ｔ６との間に設けられた電流電圧変換回路１６と、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０を備える。

マイクロコンピュータ１２は、ソフトウェア、ハードウェア、またはその両方によって説明するような動作をおこなうものである。マイクロコンピュータ１２は、電極間に電圧を印加する電源部１８と、電極間に流れた電流を計測する測定部２０と、計測された電流値から検体の吸入状況および基質の成分量を求める計算部２６と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０のオン・オフを切り替える制御部２２と、短絡および漏洩電流を検知する検知部２４とを備える。

電源部１８は、検体の基質の成分量を測定するときに電圧を出力する。電圧は、所定のタイミングで時間と共に変化する。また、電源部１８は、短絡および漏洩電流を検知するときにも所定の電圧が出力される。

増幅回路１４は、オペアンプを備え、オペアンプの−端子が抵抗を介して電源部１８に接続される。また、オペアンプの出力端子と−端子間に抵抗が接続される。さらに、オペアンプの＋端子はグランドに接続されている。増幅回路１４と電源部１８の間にはＤ／Ａ変換回路２８を設け、アナログの電圧が各電極に印加されるようにする。増幅回路１４は、接続された抵抗の値を操作することにより、電位変化の最小ステップの大きさを操作することができる。

増幅回路１４と各作用電極５４，５８，６２の取り付け端子Ｔ１〜Ｔ３との間には、第１スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が設けられる。第１スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は電源部１８と各作用電極５４，５８，６２を接続するものである。いずれかの第１スイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオンになることによって、選択された作用電極５４，５８，６２に所定の電圧を印加することができる。

電流電圧変換回路１６は、オペアンプを備え、オペアンプの出力端子が測定部２０に接続される。また、オペアンプの出力端子と−端子間に抵抗が接続される。さらに、オペアンプの−端子には対向電極５６，６０，６４の取り付け端子Ｔ４〜Ｔ６が接続され、＋端子はグランドに接続されている。電流電圧変換回路１６は、電極間で流れた電流を電圧に変換する。電流電圧変換回路１６と測定部２０の間にはＡ／Ｄ変換回路３０を設け、電流電圧変換回路１６から出力された電圧をディジタル値に変換し、マイクロコンピュータ１２でデータ処理がおこなえるようにする。

電流電圧変換回路１６と対向電極５６，６０，６４の取り付け端子Ｔ４〜Ｔ６との間には、第２スイッチＳＷ４〜ＳＷ６が設けられる。第２スイッチＳＷ４〜ＳＷ６は、測定部２０と各対向電極５６，６０，６４を接続するものである。第２スイッチＳＷ４〜ＳＷ６がオンになることによって、選択された対向電極５６，６０，６４に流れた電流を計測することができる。

第１スイッチＳＷ１〜ＳＷ３と第２スイッチＳＷ４〜ＳＷ６だけでは、従来と同じであり、全ての電極間の短絡や漏洩電流を検知することができない。そこで、本発明は第３スイッチＳＷ７，ＳＷ８と第４スイッチＳＷ９，ＳＷ１０を設ける。第３スイッチＳＷ７，ＳＷ８は、増幅回路１４と対向電極５６，６４の取り付け端子Ｔ４，Ｔ５との間に設けられる。第３スイッチＳＷ７，ＳＷ８がオンになることによって、選択された対向電極５６，６４に所定の電圧を印加することができる。また、第４スイッチＳＷ９，ＳＷ１０は電流電圧変換回路１６と作用電極５４，６２の取り付け端子Ｔ２，Ｔ３との間に設けられる。第４スイッチＳＷ９，ＳＷ１０がオンになることによって、選択された作用電極５４，６２に流れた電流を計測することができる。

なお、１つの増幅回路１４に２つの第３スイッチＳＷ７，ＳＷ８が接続され、１つの電流電圧変換回路１６に２つの第４スイッチＳＷ９，ＳＷ１０が接続されているが、この構成に限定されない。例えば、２つの増幅回路１４にそれぞれ１つの第３スイッチＳＷ７，ＳＷ８を接続し、２つの電流電圧変換回路１６にそれぞれ１つの第４スイッチＳＷ９，ＳＷ１０を接続する（図２）。

制御部２２が全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０のオン・オフを切り替える。スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０はＭＯＳＦＥＴなどの電気的なオン・オフが可能な半導体スイッチが挙げられる。例えばＭＯＳＦＥＴのゲートに対して信号をオン・オフすることによって、スイッチのオン・オフを切り替える。制御部２２は、全ての電極間に電圧が印加できるように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０を２つずつ選択する。制御部２２がおこなうスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０の選択を表３に示す。

表３に示すように、第３スイッチＳＷ７，ＳＷ８および第４スイッチＳＷ９，ＳＷ１０によって、作用電極同士および対向電極同士の選択であっても電源部１８から測定部２０までの電気経路を形成することができる。表３に示されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０をオンにする組み合わせを順番に実行することによって、全ての電極間に順番に電圧を印加することとなる。したがって、全ての電極間の短絡および漏洩電流を検知することができる。

測定部２０は、電極間に流れた電流を計測する。電流電圧変換回路１６によって電流が電圧に変換されており、測定部２０は、実際には電圧を計測することによって、電極間に流れた電流値を求める。

検知部２４は、測定部２０で計測された電流値によって、電極間の短絡および漏洩電流を検知する。正常であれば電流が流れないため、電流値が計測されることによって電極間に短絡または漏洩電流を検知できる。

また、電極間に電圧を印加するタイミング、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０をオン・オフするタイミング、および検知部２２が測定部２０から電流値を受け取るタイミングがある。制御部２２が選択するスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０の順番を決定しておき、制御部２２によって、上記３つのタイミングの同期を取ってもよい。受け取った電流値の順番によって、どの電極間で短絡または漏洩電流が流れたかを判定することができる。

計算部２６は、測定部２０で計測された電流値に基づいて検体の反応部６６への吸入状況、検体の基質の成分量を求める。計算部２６は、検知部２４で全ての電極間で短絡および漏洩電流がないことが確認できた後に動作する。

その他、短絡または漏洩電流の有無やその箇所を表示したり、検体の基質の成分量を表示したりするディスプレイを備える。また、計測表示装置１０の操作をおこなうためのボタンを適宜設ける。

以上のように、本発明は全ての電極間で短絡および漏洩電流の検知をおこなうことができる。検体の基質の成分量を測定する前に、バイオセンサ５０の電極間の良否を判定することができ、良品を使用して測定がおこなえる。正確な測定値を使用者に示すことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、図８の作用電極５４，６２と対向電極５６，６４がそれぞれ２本のバイオセンサ５０ｂにおいても本発明が適用できる。

図１の計測表示装置１０と比べて、図３の計測表示装置１０ｃは、第３スイッチＳＷ５と第４スイッチＳＷ６がそれぞれ１つになる。それ以外は図１の計測表示装置１０と同様である。この場合、制御部２２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ７の選択は表４のようになる。

表４に示されるように、作用電極同士および対向電極同士であっても電源部１８から測定部２０までの電気経路を形成することができる。全ての電極間の短絡および漏洩電流の検知をおこなうことができる。

また、図４のバイオセンサ５０ｃのように点着検知用作用電極と検出用作用電極を１本にまとめたものもある。点着検知用対向電極６０と検出用対向電極６４を切り替えて使用することによって、検体の吸入開始と十分な吸入を検出することができる。この場合であっても、図５の計測表示装置１０ｄのように、第３スイッチＳＷ６と第４スイッチＳＷ７，ＳＷ８を設ける。図１の計測表示装置１０と同様に、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８の制御によって全ての電極間の短絡および漏洩電流を検知することができる。

図１〜３、５において、第３スイッチが取り付けられる増幅回路１４や第４スイッチが取り付けられる電流電圧変換回路１６は変更されてもよい。

図１〜３，５において、増幅回路１４および電流電圧変換回路１６をそれぞれ１つにまとめた回路であってもよい。１つの増幅回路１４に複数の第１および第２スイッチが接続される。１つの電流電圧変換回路１６に複数の第２および第４スイッチが接続される。

マイクロコンピュータ１２は１つになっているが、機能ごとに分割されていてもよい。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０：計測表示装置
１２：マイクロコンピュータ
１４：増幅回路
１６：電流電圧変換回路
１８：電源部
２０：測定部
２２：制御部
２４：検知部
２６：計算部
２８：Ｄ／Ａ変換回路
３０：Ａ／Ｄ変換回路
５０：バイオセンサ
５２：基板
５４，５６，５８，６０，６２，６４：電極
６６：反応部
６８：カバー
７０：スペーサー
７２：開口
７４：端子
ＳＷ１〜ＳＷ１０：スイッチ
Ｔ１〜Ｔ６：取り付け端子

Claims

絶縁性の基板と、
前記基板上に設けられた複数の作用電極と、
前記複数の作用電極に対して一定間隔で設けられた複数の対向電極と、
前記作用電極および対向電極の上を覆う酵素を含む反応部と、
を備えるバイオセンサが取り付けられる計測表示装置であって、
前記作用電極または対向電極に電圧を印加する手段と、
前記作用電極と対向電極、作用電極同士、または対向電極同士の間に流れた電流を計測する手段と、
前記電圧を印加する手段と作用電極とを接続するための第１スイッチと、
前記電流を計測する手段と対向電極とを接続するための第２スイッチと、
前記電圧を印加する手段と対向電極とを接続するための第３スイッチと、
前記電流を計測する手段と作用電極とを接続するための第４スイッチと、
前記第１〜４スイッチのオン・オフを制御する手段と、
を備える計測表示装置。
前記電流を計測する手段によって計測された電流値から、作用電極と対向電極、作用電極同士、または対向電極同士の短絡または漏洩電流を検知する手段を備えた請求項１の計測表示装置。
前記オン・オフを制御する手段が第１〜４スイッチを制御することによって、作用電極と対向電極、作用電極同士、および対向電極同士の間に順番に電圧が印加される請求項１または２の計測表示装置。
前記第１〜４スイッチが、電気的にオン・オフが可能な半導体スイッチを含む請求項１から３のいずれかの計測表示装置。