JP2011123074A - 充填十分性の方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】生理学的流体試料中の物質測定に使用される試験ストリップを用いた電気化学センサーシステムにおいて、試験ストリップに適用される流体試料が十分な充填量であるかを認識するための方法を提供する。
【解決手段】試験ストリップは、第１作用電極、参照電極、第２作用電極を有する。既知の第１電流及び既知の第２電流からの許容可能な充填量データを使用して、試験手順の第２時間周期付近における推定第２電流を予測する。この第２時間間隔付近における推定第２電流と実際の試験中の第２時間間隔付近において測定された実際の第２電流とを比較することにより、試験ストリップ中の生理学的流体試料が十分な体積であるかを判定する。
【選択図】図１

Description

本出願は、参考としてその全体が本出願に組み込まれる、先行出願の米国仮出願第６１／２８５，９１６号（２００９年１２月１１日出願）からの３５ ＵＳＣ§ １１９及び／又は§１２０に基づく優先権の利益を主張する。

本発明は充填十分性の方法及びシステムに関する。

電気化学センサーは、流体試料中の物質の存在を検出又は測定するために長きにわたって使用されてきた。電気化学センサーは、少なくとも、電子移動剤（「電子伝達体」とも称される）と検体特異的生物触媒タンパク質（例えば、特定の酵素）とを含有する試薬混合物、及び１つ以上の電極を含む。そのようなセンサーは、電子伝達体と電極表面との間の電子移動、及び電気化学的酸化還元反応の測定による機能に依存する。電気化学バイオセンサーシステム又はデバイスにおいて使用される場合、電子移動反応は、流体試料中の測定されている検体の濃度に相関を示す電気信号によって監視される。

血液又は血液由来の産物、涙、尿、及び唾液のような体液中の検体を検出するためのそのような電気化学センサーの使用は、特定個人の健康を維持するために重要であり、場合によっては不可欠なものとなっている。保健医療分野において、例えば、糖尿病患者のような人々は、体液中の特定構成成分を監視しなければならない。数多くのシステムにより、血液、尿、又は唾液などの体液を試験して、コレステロール、タンパク質、及びグルコースなどの特定の流体構成要素の濃度を容易に監視することが可能である。糖尿病、即ち、不充分なインスリン産生によって適正な糖質消化が妨げられる膵臓疾患を患っている患者は、血糖値を日単位で慎重に監視する必要がある。糖尿病の人々に対する日常検査及び血糖の制御が、目、神経、及び腎臓への重大な障害のリスクを低減させ得る。

電気化学バイオセンサーは、測定に望ましくない影響を与え、また検出信号の精度不良の原因となり得る、試験試料中の妨害物質の存在によって、悪影響を受ける場合がある。精度不良の別の原因は、十分な試料が試験ストリップに適用されていないことによるものである。精度不良のこれらの原因は、不正確なグルコース指数を生じさせ、潜在的に危険な血糖値に患者が気付かないままとなる場合がある。

例えば、特許文献１では、作用電極から下流側に配置された追加の充填検出用電極を有し、十分な体積の流体が試験ストリップに適用されているかを判定することが知られている。追加の電極は、電極セルの寸法を増大させ、このことがセルを充填するために必要な試料の寸法を増大させる。

米国特許第５，５８２，６９７号明細書

出願者らは、別個の充填検出用電極を必要とすることのない、試験ストリップに適用される流体試料の体積の十分性の判定に使用可能なシステム及び方法が必要であるという認識に至った。

以上のことを考慮し、また一態様に従って、計測器と試験ストリップとを有するシステムを動作させる方法を提供する。試験ストリップは、第１作用電極、共用の参照電極、及び第２作用電極を含み、全ての電極は伝達層でコーティングされる。一実施形態では、第１検体の濃度を測定するための第１試薬層が、第１作用電極を覆う伝達層の一部分上に配置され、第２検体の濃度を測定するための第２試薬層が、第２作用電極を覆う伝達層の一部分上に配置される。別の実施形態では、第１作用電極は伝達層によってのみコーティングされる。

計測器は、共用の参照電極と第１作用電極との間に第１試験電圧を印加し、また共用の参照電極と第２作用電極との間に第２試験電圧を印加するための、電子回路を含む。計測器はまた、第１試験電流及び第２試験電流を測定し、少なくとも２つの検体濃度をこれら第１及び第２試験電流から算出するための、信号プロセッサを含む。この方法は、試験ストリップ内の第１作用電極と、共用の参照電極と、第２作用電極との間に第１電圧を印加する工程と、第１時間周期の間の第１作用電極における電流を測定する工程と、第１電圧以外の電圧を、共用の参照電極と第２作用電極との間に、第１時間周期後の第２時間周期の間、印加する工程と、第２時間周期の間の第２作用電極における電流を計測器で測定する工程と、第１電流に基づき、第２時間周期の間の第２作用電極における推定第２電流を予測する工程と、第２作用電極における、第２時間周期の間の測定第２電流と第２時間周期の間の推定第２電流との差異を評価する工程と、第２時間周期の間の測定第２電流と第２時間周期の間の推定第２電流との差異が許容限界を超える場合に、体積の不十分性を示すエラー状態を表示する工程と、によって達成され得る。

一実施形態では、第１電圧はゼロであり、第１作用電極と、共用の参照電極と、第２作用電極との間に、約０秒〜約４秒の間、印加される。

一実施形態では、第１時間周期後の第２時間周期の間の、第１電圧以外の電圧は、約２００ミリボルト〜約５００ミリボルトを含む。

一実施形態では、第２時間周期の間の推定第２電流は、十分に充填された試料からの既知の第１電流のデータ及び既知の第２電流のデータと相関させて、測定第１電流から決定される。

一実施形態では、許容限界は約−４０％〜約＋４０％を含む。

これら及び他の実施形態、特徴並びに利点は、以下に述べる発明のより詳細な説明を、はじめに簡単に述べる付属の図面と共に参照することによって当業者にとって明らかになろう。

本明細書中に用いた明細書の一部をなす添付図面は、本発明の好適な実施形態を示したものであって、上記に述べた一般的説明並びに下記に述べる詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明する役割（同様の数字は、同様の要素を表す）を果たすものである。

少なくとも２つの検体の濃度を測定するためのシステムの平面図の代表的な実施形態。 試験ストリップの斜視分解図の代表的な実施形態。 図２に示す試験ストリップの平面図の代表的な実施形態。 試験ストリップの遠位部上の導電層上に配置された、伝達層及び試薬層の平面図の代表的な実施形態。 試験ストリップの遠位部上の導電層上に配置された、伝達層及び試薬層の平面図の代表的な実施形態。 図２及び図３の試験ストリップと電気的接続を形成する、図１に示す計測器の機能的構成要素の概略図の代表的な実施形態。 図１に示すシステムを使用して体積の十分性を判定する方法のフローチャートの代表的な実施形態。 計測器によって試験ストリップに印加される試験電圧を示すグラフの代表的な実施形。 図７の試験電圧が試験ストリップに印加される際に発生する試験電流を示すグラフの代表的な実施形態。 図７の試験電圧が試験ストリップに印加される際に第２電極において発生する試験電流。 較正された試験ストリップの群に関して作成した過去のデータに基いた、ｔ_１において第１電極で発生する電流とｔ_Ｔにおいて第２電極で発生する電流との間の相関。 ｔ_Ｔにおける第２電流とｔ_Ｔにおける実際の第２電流との間の相関。 本発明の方法の代表的な実施形態を、図２及び図３に示す試験ストリップで得たデータに適用する前の、一致／エラーのグリッド。 本発明の方法の代表的な実施形態を、図２及び図３に示す試験ストリップで得たデータに適用した後の、一致／エラーのグリッド。

以下の詳細な説明は、図面を参照しつつ読まれるべきものであって、異なる図面中、同様の要素は同様の参照符号にて示してある。図面は必ずしも一定の縮尺を有さず、特定の実施形態を示したものであって、本発明の範囲を限定するものではない。「発明を実施するための形態」は本発明の原理を限定するものではなく、あくまでも例として記載するものである。この説明文は、当業者による発明の製造、実施を明確に可能ならしめるものであり、出願時における発明を実施するための最良の形態と考えられるものを含む、発明の複数の実施形態、適応例、変形例、代替例、並びに使用例を述べるものである。

本明細書で任意の数値や数値の範囲について用いる「約」又は「およそ」なる語は、構成要素部分又は構成要素集合が、本明細書で述べるその所望の目的に見合って機能することを可能とするような適当な寸法交差を指していうものである。更に、本明細書で用いられる「患者」、「ホスト」、「ユーザー」、及び「被験者」なる語は、いずれかのヒト又は動物被験対象を指し、ヒト患者における本発明の使用は好ましい実施形態であるが、システム又は方法をヒトへの使用に制限することは意図されない。

図１は、少なくとも２つの検体の濃度を測定するためのシステム１００を示し、このシステム１００は、計測器１０２及び試験ストリップ２００を含む。計測器１０２は、ディスプレイ１０４、ハウジング１０６、複数個のユーザーインターフェースボタン１０８、及びストリップポート１１０を含む。計測器１０２は、ハウジング１０６内部に、メモリー１２０、マイクロプロセッサ１２２、試験電圧を印加し、また少なくとも２つの試験電流値を測定するための電子的構成要素、などの電子回路機構を更に含む。試験ストリップ２００の近位部２０４は、ストリップポート１１０内に挿入され得る。ディスプレイ１０４は、少なくとも２つの検体の濃度、例えば、グルコース、及び／又はケトンの濃度を出力し得、また試験の実施方法についてユーザーにプロンプトを出すためのユーザーインターフェースを示すために使用され得る。複数個のユーザーインターフェースボタン１０８によって、ユーザーは、ユーザーインターフェースソフトウェアを進めて行くことにより計測器１０２を動作させることができる。ディスプレイ１０４は、所望により、バックライトを含み得る。

任意選択のデータポート１１４は、接続導線に取り付けられた好適なコネクタを受容し、これにより計測器１０２は、パーソナルコンピュータなどの外部デバイスに接続され得る。データポート１１４は、データ（直列又は並列）の伝送を可能にするいずれのポート、例えば、有線若しくは無線形態の、シリアルポート又はパラレルポートであってよい。パーソナルコンピュータは、適切なソフトウェアを実行することで、セットアップ情報（例えば、現在の時刻、日付、及び言語）の入力及び変更を可能とし、また、計測器１０２によって収集されたデータの分析を実行することができる。更に、パーソナルコンピュータは、改善された診断及び治療のための、高度な分析機能の遂行、及び／又は他のコンピュータへのデータの転送（即ち、インターネット上で）を可能にし得る。計測器１０２をローカル又はリモートコンピュータと接続することにより、医療提供者による改善された治療が促される。

図２及び図３は、試験ストリップ２００の、それぞれ代表的な分解斜視図及び平面組立図であり、基板２０５上に配置される７つの層を含み得る。基板２０５上に配置される７つの層は、導電層２５０、絶縁層２１６、伝達層２２２、第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６、接着層２６０、親水層２７０、並びに最上層８０であり得る。試験ストリップ２００は、基板２０５上に、導電層２５０、絶縁層２１６、伝達層２２２、第１試薬層２２４、第２試薬層２２６、及び接着層２６０が、例えばスクリーン印刷法を使用して順次配置される、一連の工程において製造され得る。親水層２７０及び最上層２８０は、一体化ラミネート、又は個別の層のいずれかとして、ロール状素材から基板２０５上に配置され、積層され得る。試験ストリップ２００は、図２に示すように、遠位部２０３及び近位部２０４を有する。

試験ストリップ２００は、血液試料を引き込むことができる試料収容室２９２を含み得る。試料収容室２９２は、試験ストリップ２００の近位端に入口を含み得る。以下に記載するように、出口又は空気抜きが、親水層２７０に含まれる。血液試料は、少なくとも２つの検体の濃度が測定され得るように、入口に適用されて試料収容室２９２を充填し得る。第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６に隣接して位置する、接着層２６０の切り欠き部分の側縁部は、図２に示すように、試料収容室２９２の壁部を画定する。試料収容室２９２の底部、即ち「床」は、基板２０５、導電層２５０、及び絶縁層２１６の一部を含み得る。試料収容室２９２の上部、即ち「天井」は、遠位親水性部分２３２を含み得る。

試験ストリップ２００に関して、基板２０５は、図２に示すように、順次適用される層の支持に役立つ土台として使用され得る。基板２０５は、例えばＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉなどの供給元から市販されている、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）材料のような、ポリエステルシートの形態であってよい。基板２０５は、名目上、厚さ３５０ミクロン、幅３７０ミリメートル、及び長さ約６０メートルの、ロール状フォーマットであってよい。

導電層は、グルコースの電気化学的測定のために使用され得る電極を形成するために必要とされる。導電層２５０は、基板２０５上にスクリーン印刷されるカーボンインクから作製され得る。スクリーン印刷プロセスでは、カーボンインクをスクリーン上に積載し、次いでスキージを使用してスクリーンを通過させて移動させる。印刷されたカーボンインクは、約１４０℃の高温の空気を使用して乾燥され得る。カーボンインクは、ＶＡＧＨ樹脂、カーボンブラック、グラファイト（ＫＳ１５）、並びにこれら樹脂、カーボン、及びグラファイトの混合物のための１つ以上の溶媒を含み得る。より具体的には、カーボンインクは、カーボンブラックとＶＡＧＨ樹脂とを、好適な比率でカーボンインク中に混和してよく、これは、例えばＤｕＰｏｎｔ、Ｆｕｊｉｆｉｌｍ Ｓｅｒｉｃｏｌ、Ｇｗｅｎｔ、Ａｃｈｅｓｏｎ、又はＥｌｔｅｃｋｓから市販されている。

試験ストリップ２００に関して、導電層２５０は、図２に示すように、第１作用電極２１２、第２作用電極２１４、第１作用電極２１２及び第２作用電極２１４に共用される参照電極２１０、参照接触パッド２１１、第１接触パッド２１３、第２接触パッド２１５、参照電極トラック２０７、第１作用電極トラック２０８、第２作用電極トラック２０９、及びストリップ検出バー２１７を含み得る。図２に示す実施形態では、第１作用電極２１２と第２作用電極２１４との間のクロストークを最小限に抑えるために、参照電極２１０は、第１作用電極２１２と第２作用電極２１４の中間に位置決めされる。また、第１作用電極２１２は、参照電極２１０及び第２作用電極２１４の上流側にある。別の実施形態（図示せず）では、第２作用電極２１４が、参照電極２１０及び第１作用電極２１２の上流側にある。

この導電層は、カーボンインクから作製することができる。参照接触パッド２１１、第１接触パッド２１３、及び第２接触パッド２１５は、試験計測器に電気的に接続するように構成され得る。参照電極トラック２０７は、参照電極２１０から参照接触パッド２１１に至る電気的に連続した経路を提供する。同様に、第１作用電極トラック２０８は、第１作用電極２１２から第１接触パッド２１３に至る電気的に連続した経路を提供する。同様に、第２作用電極トラック２０９は、第２作用電極２１４から第２接触パッド２１５に至る電気的に連続した経路を提供する。ストリップ検出バー２１７は、参照接触パッド２１１に電気的に接続する。試験計測器は、試験ストリップ２００が適切に挿入されたことを、参照接触パッド２１１とストリップ検出バー２１７との間の導通状態を測定することにより検出し得る。

絶縁層２１６は、液体試料によって湿潤され得る、参照電極２１０、第１作用電極２１２、及び第２作用電極２１４の一部分を露出させる、矩形開口２１８を含み得る。第１作用電極２１２、第２作用電極２１４、及び参照電極２１０の、この領域は、液体試料に曝露される領域として画定され得る。電極領域の画定に加えて、絶縁層２１６は、液体試料が電極トラック２０７、２０８、及び２０９に接触することを防止する。試験電流の振幅は、電極の有効面積に正比例するため、作用電極の機能領域を正確に画定することが重要である。一例として、絶縁層２１６は、Ｅｒｃｏｎ，Ｉｎｃから購入可能なＥｒｃｏｎインクであってよい。試験ストリップはこの時点でプラズマ処理され得る。プラズマは、イオン化した高エネルギー粒子からなり、大気温度及び標準大気圧にて、高電圧ＡＣにより作り出される。得られたプラズマを、基板から約１００ミリメートルに定置させ、空気流中で下流に掃引して基板に衝突させる。プラズマ処理を使用して、スクリーン印刷されたカーボンベースの電極の表面を改質する。この表面改質は、カーボン表面の電気化学活性を増大させ、印刷層の表面エネルギーを増大させることにより、それらの層とその後の印刷層との間の良好な接着を可能にすると考えられる。プラズマ処理はまた、カーボン表面の電気化学性を改善し、伝達体との反応をより理想的にすると考えられる。

伝達層２２２は、例えば、フェリシアニドのような伝達体、及び例えば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）のような補助因子を含む。一実施形態では、伝達層２２２は、フェリシアン化カリウム、ＮＡＤＨ、トリス−ＨＣＬ緩衝剤、ヒドロキシエチルセルロース、ＤＣ １５００消泡剤、Ｃａｂｏｓｉｌ ＴＳ ６１０、ポリ（ビニルピロリドンビニルアセテート）、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、塩化カルシウム及びａｎａｌａｒ水を含み得る。

第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６は、図２に示すように、伝達層２２２上にそれぞれ配置される。第２試薬層２２６は、第２作用電極２１４及び参照電極２１０の上の伝達層２２２上に配置される。第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６は、対象検体と選択的に反応する酵素のような化学物質をそれぞれ含み得、それにより検体の濃度を判定し得る。糖尿病の監視のための代表的な対象検体としては、グルコース及びケトンが挙げられる。一実施形態では、第１試薬層２２４は、ケトンと選択的に反応する少なくとも１つの酵素を含み、第２試薬層２２６は、グルコースと選択的に反応する酵素を含む。更に別の実施形態（図示せず）では、第１試薬層２２４は、検体と選択的に反応する酵素を含まず、第２試薬層２２６は、グルコースと選択的に反応する酵素を含む。

一実施形態では、ケトンの濃度を判定するために使用される試薬層内の構成成分としては、β−ヒドロキシブチラートデヒドロゲナーゼ（ＢＨＤ）、トリス−ＨＣＬ緩衝剤、ヒドロキシエチルセルロース、フェリシアン化カリウム、ＤＣ １５００消泡剤、Ｃａｂｏｓｉｌ ＴＳ ６１０、ポリ（ビニルピロリドンビニルアセテート）、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、塩化カルシウム及びａｎａｌａｒ水が挙げられる。別の実施形態では、ケトンを測定するために使用される試薬層は、例えば、ジアホラーゼのような第２の酵素を含む。

グルコースを測定するための試薬層内での使用に適した酵素の例は、グルコースオキシダーゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼのいずれかを含み得る。より具体的には、グルコースデヒドロゲナーゼは、ピロロ−キノリンキノン（ＰＱＱ）補助因子、又はフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）補助因子を有し得る。一実施形態では、グルコースの濃度を判定するために使用される試薬層内の構成成分としては、グルコースオキシダーゼ、トリス−ＨＣＬ緩衝剤、ヒドロキシエチルセルロース、フェリシアン化カリウム、ＤＣ １５００消泡剤、Ｃａｂｏｓｉｌ ＴＳ ６１０、ポリ（ビニルピロリドンビニルアセテート）、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、塩化カルシウム及びａｎａｌａｒ水を挙げることができる。

第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６は、試薬インクから形成され得、伝達層２２２上に配置されて乾燥される。試薬インクはまた、酵素インク又は試薬製剤とも称され得ることを留意されたい。試薬インクは、典型的には、グルコースなどの検体の電気化学的検出に使用される材料の分散及び／又は溶解のための、緩衝剤のような液体を含む。一実施形態では、第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６は、連続する２つの工程において、伝達層２２２上にスクリーン印刷され得る。試薬インクは、スクリーン上に溢れるまで積載され得る。次に、スキージを使用して、試薬インクを、スクリーンを通過させて伝達層２２２上に移動させ得る。付着後、試薬インクは、約５０℃の高温空気を使用して乾燥され得る。

一実施形態では、第１試薬層２２４の領域は、第１作用電極２１２の全領域を覆うに十分な大きさであり、第２試薬層２２６は、第２作用電極２１４及び参照電極２１０の全領域を覆うに十分な大きさである。第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６のそれぞれは、試験ストリップ２００において使用され得る最大の電極領域に少なくとも相当する、十分な大きさの幅及び長さを含む。第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６の幅は、約２ミリメートルであってよく、これは矩形開口２１８の幅の２倍を超える。

図２を参照すると、第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６の付着後に、接着層２６０が試験ストリップ２００上に配置され得る。接着層２６０の諸部分は、第１試薬層２２４及び第２試薬層２２６と直接隣接、接触、又は部分的に重なり合うように位置合わせされ得る。接着層２６０は、供給元から市販の、水性アクリル共重合体感圧接着剤を含み得る。接着層２６０は絶縁層２１６、導電層２５０、及び基板２０５の一部分の上に配置される。接着層２６０は親水層２７０を試験ストリップ２００に結合させる。

親水層２７０は、図２に示すように、遠位親水性部分２３２及び近位親水性部分２３４を含み得る。間隙部２３５は、遠位親水部分２３２と近位親水部分２３４との間に含まれる。間隙部２３５は、血液が試料収容室２９２を充填する際に、側方空気抜きとしての役割を果たす。親水層２７０は、市販されている防曇コーティングのような親水性の一方の表面を有するポリエステルであってよい。

試験ストリップ２００に加えられる最終層は、図２に示すように、最上層２８０である。最上層２８０は、透明部分２３６及び不透明部分２３８を含み得る。最上層２８０は親水層２７０上に配置されると共に親水層２７０に接着される。最上層２８０は、一方の面上に接着剤コーティングを有するポリエステルであってよい。透明部分２３６は、遠位親水性部分２３２に実質的に重なり合っており、試料収容室２９２が十分に充填されていることを使用者が視覚的に確認できるようになっていることに留意されたい。不透明部分２３８によって、使用者は、例えば試料収容室２９２内の血液などの色を有する液体と、不透明部分２３８とを、高いコントラストで観察することが可能となる。

図５は、試験ストリップ２００と連携する計測器１０２の簡易化した概略図を示す。計測器１０２は、参照コネクタ１８０、第１コネクタ１８２、及び第２コネクタ１８４を含み、それぞれが、参照接触２１１、第１接触２１３、及び第２接触２１５と電気的接続を形成する。上述の３つのコネクタは、ストリップポート１１０の部分である。試験実施の際、第１試験電圧源１８６が、第１試験電圧Ｖ_１を、第１作用電極２１２と参照電極２１０との間に印加し得る。第１試験電圧Ｖ_１の結果として、次に計測器１０２が第１試験電流Ｉ_１を測定し得る。同様の方法で、第２試験電圧源１８８が、第２試験電圧Ｖ_２を、第２作用電極２１４と参照電極２１０との間に印加する。第２試験電圧Ｖ_２の結果として、次に計測器１０２が第２試験電流Ｉ_２を測定し得る。一実施形態では、第１試験電圧Ｖ_１と第２試験電圧Ｖ_２とは、ほぼ等しくてよい。

図４Ａに示すように、３つの電極の全て（第１作用電極２１２、参照電極２１０、及び第２作用電極２１４）は、好適な伝達体、例えば、ルテニウム又はフェリシアニドなどをその中に配置して有するマトリックス層でコーティングされる。第１酵素試薬２２５を、第１作用電極２１２及び参照電極２１０のそれぞれの少なくとも一部分の上に付着させる。第２酵素試薬２２６を、参照電極２１０及び第２作用電極２１４の上に付着させる。この構成により、２つの異なる検体の検出が可能になると考えられる。

この実施形態の動作を説明するために、図４Ｂにおける試験ストリップの一部分の概略の構成を参照されたい。図４Ｂでは、試験ストリップの全ての電極（２１０、２１２、及び２１４）は、内部に分散された好適な伝達体（例えば、フェリシアニド）を有するマトリックス層２２２によって覆われている。この試験ストリップを、約０Ｖの第１電圧を各電極ペア（第１のペアは第１作用電極２１２及び参照電極２１０であり、第２のペアは第２作用電極２１４及び参照電極２１０である）に印加する計測器内に挿入する。試験ストリップが血液２３０で充填される場合、血液２３０は複数の検体（例えば、ケトン及びグルコース）を含有する。酵素は、いったん血液２３０で湿潤するとフェロシアニドを形成する、フェリシアニドと反応する。第１電圧（例えば、〜０Ｖ）が維持されている状態では、フェリシアニドへと戻るフェロシアニドの電気触媒再酸化は、第２電圧（例えば、約４００ｍＶ）が印加されるまでは発生しないと考えられる。第２酵素試薬２２６がグルコースデヒドロゲナーゼ（ＰＱＱ補助因子又はＦＡＤ補助因子を含み得る）を含む場合、第２作用電極２１４における反応が速まり、第２作用電極２１４におけるフェロシアニドの迅速な蓄積を可能にする。第１作用電極２１２におけるフェロシアニドのいかなる蓄積も、第２作用電極２１４におけるものよりもはるかに少ないと考えられる。こうして、第１作用電極２１２と第２作用電極２１４との間にフェロシアニドの濃度勾配が確立し、これによって第１作用電極２１２と第２作用電極２１４との間に電位差が発生すると考えられる。

しかしながら、３つの電極は全て、塩橋として機能する試料２３０と電気的に接続するため、回路が作り出され、これによって、印加された第１電圧（例えば、〜０Ｖ）による電位差を復元させる第２の負の電流が発生する。このことが、第２作用電極２１４でのフェロシアニドのフェリシアニドへの酸化、及び第１作用電極２１２での対応するフェロシアニドのフェリシアニドへの還元を引き起こすと考えられる。第１の電極ペア（２１２及び２１０）を流れるいずれの逆電流も相対的に小さいことを想定すると、第１電圧（例えば、〜０Ｖ）が印加される第１時間周期の間、事実上、第２作用電極２１４は「作用」電極として機能し、第１作用電極２１２は「参照」電極として機能する。第２酵素試薬２２６は、第２作用電極２１４及び参照電極２１０の双方を実質的に覆うように付着されるため、参照電極２１０は、第１時間周期の間、第２作用電極として機能すると同時に、第１作用電極２１２は独立参照電極として機能すると考えられる。第２時間周期の間に測定される第２電流は単一電極の測定であるが、一方、第１時間周期の間に測定される電流は、２つの電極の集合体（即ち、第２作用電極２１４及び参照電極２１０）から事実上引き出されるため、第１時間周期の間の第１測定電流と第２時間周期の間の第２測定電流とが良好な相関性を示す場合、第１時間周期の間の参照電極反応は、第１時間周期の間の第２作用電極反応と同様であったことが想定できると考えられる。したがって、この類似性は、これらの電極が血液試料２３０によって十分に覆われていたということ、即ち、第２作用電極２１４及び参照電極２１０の双方が十分に覆われ、そのため同様の反応を示した、十分に充填された試験ストリップであるということを示唆する。

反対に、第２作用電極２１４に関する第２時間周期の間の第２電流と、第１電極ペア（第１作用電極２１２及び参照電極２１０）に関する第１時間周期の間の第１電流測定値との間に、一致性が乏しかった場合は、この不一致の原因はおそらくは、第１時間周期の間の、通常は等価の２つの電極からの不等な反応であろうと考えられ、これらの電極が不十分に充填されていたことを示唆する。

このように、好適な第１電圧（例えば、約０ボルト）を第１時間周期の間、第１作用電極２１２及び参照電極２１０に印加し、第１電圧以外の第２電圧を第２時間周期の間印加すると同時に、第２作用電極２１４及び参照電極２１０によって発生した第２電流を測定し、この測定された第２電流を、ストリップの３つの電極上に付着した生理学的試料に関して推定された第２電流と比較することによって、出願者らは、第４の電極を必要とすることなく、３つの電極の十分な試料の充填を検出することが可能になった。

図６を参照として、前述の計測器１０２及び試験ストリップ２００の実施形態を使用する、試験ストリップに適用される流体試料の体積の十分性を判定するための方法３００を、ここで説明する。代表的な工程３１０では、計測器１０２及び試験ストリップ２００が準備される。計測器１０２は、時間周期ｔ_１の間の、少なくとも１つの第１試験電圧Ｖ_０、及びｔ_１後、ｔ_Ｔまでの、少なくとも１つの第２試験電圧Ｖ_２を試験ストリップに印加（図７）するため、また第１作用電極２１２を通って流れる第１電流Ｉｗ１_{測定＠ｔ１}（第１時間周期ｔ_１の間）、及び第２作用電極２１４を通って流れる第２電流Ｉｗ２_{測定＠ｔＴ}（第２時間周期ｔ_Ｔの間）を測定するために使用可能な電子回路機構を含む。代表的な工程３２０では、流体試料を試験ストリップ２００に適用した後、例えば約０ミリボルトの第１試験電圧Ｖ_０を、ｔ_０から第１時間周期ｔ_１の間、第１作用電極２１２と、第２作用電極２１４と、参照電極２１０との間に印加する。第１時間周期ｔ_１は、典型的には、約０秒〜約４秒であり、より典型的には、約３秒である。

図８Ａは、図７の第１試験電圧Ｖ_０及び第２試験電圧Ｖ_２を試験ストリップ２００の第１作用電極に印加した際に測定される電流過度Ａ１（即ち、時間の関数としての、ナノアンペア単位で測定された電流応答）の時間対電流の代表的なグラフである。図８Ａはまた、第２作用電極に関する電流過度Ａ２を示す。代表的な工程３３０では、第１時間周期ｔ_１の終了時、又は終了時近くに、第１作用電極２１２と参照電極２１０との間の第１試験電流Ｉｗ１_{測定＠ｔ１}を測定する（また、通常は計測器に記録される）。代表的な工程３４０では、第１時間周期ｔ_１の後、第２試験電圧Ｖ_２を、時間ｔ_１から総試験時間ｔ_Ｔの間、第２作用電極２１４と参照電極２１０との間に印加する。

時間ｔ_Ｔにおいて、第２作用電極２１４及び参照電極２１０からの第２試験電流Ｉｗ２_{測定＠ｔＴ}を、第２試験電圧Ｖ_２の終了時又は終了時近くに測定する（また、通常は計測器に記録される）。第２作用電極２１４と参照電極２１０との間に印加される第２試験電圧Ｖ_２は、一般に約＋１００ミリボルト〜約＋６００ミリボルトであってよい。第２作用電極２１２がカーボンインクであり、伝達体がフェリシアニドである一実施形態では、第２試験電圧Ｖ_２は、約＋４００ミリボルトである。伝達体と電極材料の他の組合せでは、異なる試験電圧が必要とされる場合がある。第２試験電圧Ｖ_２の持続時間は、一般に約２秒〜６秒であってよく、典型的には約５秒である。典型的には、時間ｔ_Ｔは、時間ｔ_１に対して計測される。実際には、第２試験電流Ｉｗ２_{測定＠ｔＴ}は、短い間隔を置いて得られた一連の測定値、例えば、ｔ_Ｔから開始する０．０１秒の間隔を置いて得られた５つの測定値の平均である。

代表的な工程３６０では、既知の第１試験電流Ｉｗ１_{既知＠ｔ１}及び既知の第２電流Ｉｗ２_{既知−ｔＴ}が、計測器１０２に保存された較正データから決定される。較正曲線は、例えば図８Ｃにおけるように、良好な充填データを有する試料からの、ｔ_Ｔでの既知の第２試験電流Ｉｗ２_{既知＠ｔＴ}の関数としての既知の第１試験電流Ｉｗ１_{既知＠ｔ１}をグラフ化することによって、製作所にて作成し得る。

図８Ｃは、第１時間周期ｔ_１の終了時での各第１電流Ｉｗ１_{既知＠ｔ１}に対して、第２時間周期ｔ_Ｔの終了時での対応する第２電流Ｉｗ２_{既知＠ｔＴ}が、十分な充填体積を有する試料に関するこれら２つの電流値の間で、様々な領域についてクラスター化して存在することを示す。これら第１電流及び第２電流により、図８Ｃに示す相関線Ｃが、既知の許容可能な試料充填のデータから作成され得る。

測定第１電流と図８Ｃの既知の第２電流との間の相関から、推定電流Ｉｗ２_{推定＠ｔＴ}を、測定第１電流Ｉｗ１_{測定＠ｔ１}（工程３３０より）が図８Ｃの線Ｃに沿ってどの位置にあるかを位置決めし、測定第１電流Ｉｗ１_{測定＠ｔ１}のそのような値が、図８Ｃのｘ−軸に沿ってどの位置で、推定第２電流に対応するかをプロットすることにより決定することができる。このプロセスはまた、ルックアップテーブルによって達成することも可能であることを留意されたい。この推定電流は、Ｉｗ２_{推定＠ｔＴ}と称され、第２時間周期ｔ_Ｔにおける測定第２電流Ｉｗ２_{測定＠ｔＴ}と比較して、１対１の対応からの許容不可能な偏差が存在するか否かを判定する。図８Ｄから、推定第２電流と測定第２電流との間の十分な相関（Ｌ１）が、許容可能な充填を示す好適な標準偏差（Ｌ２及びＬ３）と共に確立され得ることが認められる。

つまり、ｔ_１における測定第１電流を既知の良好な充填のデータ（図８Ｃ）と関連させて使用することにより、（試験ストリップの所定のバッチに関して）第２時間周期ｔ_Ｔにおける推定第２電流が予測される。時間ｔ_Ｔにおける（図８Ｃから導かれるような）推定第２電流を、次に図８Ｄで、ｔ_Ｔにおいて測定した実際の第２電流と比較して、測定した実際の第２電流が、推定第２電流と実質的に等しいか、又は許容可能なパーセント偏差内であるか否かを判定する。

代表的な工程３８０では、測定されたＩｗ２_{測定＠ｔＴ}と推定第２電流Ｉｗ２_{推定＠ｔＴ}との差異が許容限界を超える場合に、エラー状態が表示される。一実施形態では、第２時間周期の間の測定第２電流と、第２時間周期の間の推定第２電流との差異は、約＋／−４０パーセント以下であり得る。

実施例１：図２及び図３に示す試験ストリップを使用した体積の十分性の決定
図２及び図３に示す試験ストリップを、約６０ｍｇ／ｄＬ〜約５００ｍｇ／ｄＬの範囲のグルコース濃度と約３０％〜約５５％の範囲のヘマトクリット値とを有する１５４個の全血液試料で試験した。これら試料のそれぞれに関して、約０ミリボルトの第１電圧を試験ストリップに印加した約３秒後に、第１作用電極における第１時間周期の間の電流を測定した。第１時間周期後の第２時間周期の間の約４００ミリボルトの（第１電圧以外の値の）第２電圧を試験ストリップに印加した約５秒後に、第２作用電極における第２時間周期の間の電流もまた測定した。総数１５４個の試料の中の３０個については、不十分な試料を試験ストリップに適用した。

図９Ａ及び図９Ｂは、規準計器で判定した参照グルコース濃度の関数としての、試験グルコース濃度の一致／エラーのグリッドを示す。一致／エラーのグリッドの分析は、血糖監視デバイスの臨床上の精度を査定する方法を提供する。そのような分析のエラーグリッドは、参照値に対するデバイスの応答を、臨床上の精度の５つの領域、即ち、領域Ａ〜Ｅのうちの１つへと分類する。領域Ａは、臨床上正確な結果であることを示し、領域Ｂは、臨床上正確ではないが患者の健康に対してもたらされるリスクは最小限であるという結果を示し、領域Ｃ〜Ｅは、患者の健康に対して潜在的なリスクの増加をもたらす臨床上不正確な結果と判定する（Ｐａｒｋｅｓ，Ｊｏａｎ Ｌ．らの、Ａ Ｎｅｗ Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ Ｅｒｒｏｒ Ｇｒｉｄ ｔｏ Ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ Ｉｎａｃｃｕｒａｃｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｇｌｕｃｏｓｅ，Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｃａｒｅ，Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．８，１１４３〜１１４７［２０００］を参照）。仕様は、様々なエラーグリッド領域内に収まる結果の百分率に基づいて展開し得る。現行の実施例では、少なくとも９５％のデータが領域Ａ及び領域Ｂ内にあることが望ましい。図９Ａは、試料によって完全に充填されたストリップ及び試料によって部分的に充填されたストリップからの試験結果を含むデータを示す。図９Ｂは、部分的に充填されたストリップを除外した結果によるデータを示す。全てのデータ、及び部分的に充填されたストリップを除外したデータに関して、各領域内に収まるデータの百分率の要約を下記の表１に示す。

表１のデータは、部分的に充填されたストリップからのデータを除外した場合に、領域Ａ内のデータポイントの百分率が増加することを示す。

結論として、本明細書で記載し、説明したシステム及び方法は、充填検出用電極を備えずとも、体積の十分性を判定するために使用可能である。

本発明を特定の変形例及び説明図に関して述べたが、当業者には本発明が上述された変形例又は図に限定されないことが認識されるであろう。更に上述の方法並びに工程が特定の順序で起こる特定の事象を示している場合、当業者には特定の工程の順序が変更可能であり、そうした変更は本発明の変形例に従うものである点が認識されよう。更にこうした工程の内のあるものは、上述のように順次行われるが、場合に応じて同時に行われてもよい。したがって、本発明の開示の精神及び均等物の範囲内にある本発明の変形の範囲で、本特許請求がこうした変形例をも包含することは意図するところである。

Claims (13)

1. グルコース濃度を測定するための計測器に電気的に接続する試験ストリップに適用される流体試料の体積の十分性を判定する方法であって、前記方法が、
   第１作用電極と、
   共用の参照電極と、
   第２作用電極と、
   前記第１作用電極の少なくとも一部分と、前記共用の参照電極の少なくとも一部分と、前記第２作用電極の少なくとも一部分との上に配置される、少なくとも１つの伝達層と、
   前記第１作用電極の少なくとも一部分の上に配置される前記伝達層の少なくとも一部分の上に配置される、第１検体試薬層と、
   前記第２作用電極の少なくとも一部分と前記共用の参照電極の少なくとも一部分との上に配置される前記伝達層の少なくとも一部分の上に配置される、第２検体試薬層と、を有する試験ストリップを準備する工程と、
   前記第１検体試薬層及び前記第２検体試薬層の一方の少なくとも一部分の上に、生理学的試料を付着させる工程と、
   前記付着させる工程の後、前記第１作用電極と、前記共用の参照電極と、前記第２作用電極との間に、第１時間周期の間、第１電圧を近似的に印加する工程と、
   前記第１時間周期の間の、前記第１作用電極における第１電流を測定する工程と、
   第１電圧以外の電圧を、前記共用の参照電極と前記第２作用電極との間に、前記第１時間周期後の第２時間周期の間、印加する工程と、
   前記第２作用電極及び前記参照電極における第２電流を測定する工程と、
   前記第２時間周期の間の、前記第２作用電極における推定第２電流を予測する工程と、
   前記第２時間周期の間の、前記測定第２電流と前記推定第２電流との差異を評価する工程と、
   前記第２時間周期の間の前記測定第２電流と前記第２時間周期の間の前記推定第２電流との差異が許容限界を超える場合に、体積の不十分性を示すエラー状態を表示する工程と、を含む、方法。
2. 前記第１電圧がゼロボルトを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１電圧が、前記参照電極と、前記第１作用電極と、前記第２作用電極との間に、約０秒〜約４秒の間印加される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１時間周期後の第２時間周期の間の、前記第１電圧以外の電圧が、約２００ミリボルト〜約５００ミリボルトのいずれの値の電圧をも含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２時間周期の間の前記推定第２電流が、十分に充填された試料からの既知の第１電流のデータ及び既知の第２電流のデータと相関されて、前記測定第１電流から判定される、請求項１に記載の方法。
6. 前記測定第２電流と前記推定第２電流との間の、前記許容限界は、約−４０％〜約＋４０％を含む、請求項１に記載の方法。
7. グルコース濃度を測定するための計測器に電気的に接続する試験ストリップに適用される流体試料の体積の十分性を判定する方法であって、前記方法が、
   伝達層上に配置される第１試薬層によってコーティングされた第１作用電極と、伝達層によってコーティングされた共用の参照電極と、伝達層上に配置される第２試薬層によってコーティングされた第２作用電極との間に、第１電圧を印加する工程と、
   前記第１時間周期の間の、前記第１作用電極における電流を測定する工程と、
   第１電圧以外の電圧を、前記参照電極と前記第２作用電極との間に、前記第１時間周期後の第２時間周期の間、印加する工程と、
   前記第２時間周期の間の、前記第２作用電極における電流を計測器で測定する工程と、
   前記第２時間周期の間の、前記第２作用電極における推定第２電流を予測する工程と、
   前記第２作用電極における、前記第２時間周期の間の前記測定第２電流と前記第２時間周期の間の前記推定第２電流との差異を評価する工程と、
   前記第２時間周期の間の前記測定第２電流と前記第２時間周期の間の前記推定第２電流との差異が許容限界を超える場合に、体積の不十分性を示すエラー状態を表示する工程と、を含む、方法。
8. 前記第１電圧がゼロボルトを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１電圧が、前記参照電極と、前記第１作用電極と、前記第２作用電極との間に、約０秒〜約４秒の間印加される、請求項７に記載の方法。
10. 前記第１時間周期後の第２時間周期の間の、前記第１電圧以外の電圧が、約２００ミリボルト〜約５００ミリボルトを含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記第２時間周期の間の前記推定第２電流が、十分に充填された試料からの既知の第１電流のデータ及び既知の第２電流のデータと相関されて、前記測定第１電流から判定される、請求項７に記載の方法。
12. 前記測定第２電流と前記推定第２電流との間の、前記許容限界は、約−４０％〜約＋４０％を含む、請求項７に記載の方法。
13. ユーザーの生理学的流体中の少なくともグルコース濃度を測定するための検体測定システムであって、前記システムが、
    参照電極と、伝達体を有するマトリックス層上に配置される第１試薬層によってコーティングされた第１作用電極と、前記マトリックス層上に配置される第２試薬層を有する第２電極と、を有する基板を含み、前記電極が対応する接触パッドに接続されている、試験ストリップと、
    前記試験ストリップの前記接触パッドを受容する試験ストリップポートと接続する試験回路を有し、前記第２作用電極における予測された第２電流と前記第２作用電極における測定された第２電流との比較によって、前記試薬層の不十分な試料の充填を判定するように構成された検体計測器と、を含む、システム。

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