JP2011203032A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】FAD−GDH及びフェリシアン化カリウムを含む試薬の測定系により、溶存酸素やマルトースなどの他の糖が測定値に影響することを抑制し、かつPAMが測定値に影響することを抑制する血糖測定手段を提供する。
【解決手段】バイオセンサ11は、第1電極24と、第2電極26と、空間40と、試薬と、を備える。試薬は、少なくとも、フラビン化合物を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ及びフェリシアン化カリウムを含む。試薬の各成分は、第1電極24又は第2電極26の少なくともいずれか一方に塗布されている。血糖測定装置10は、200mV以下の電圧を第1電極24と第2電極26との間に一定時間印加したときに、第1電極24と第2電極26との間に生じた電流値を測定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、フラビン化合物を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ及びフェリシアン化カリウムを含む試薬が塗布された電極に電位を印加して、電極間に生じた電流値を測定する測定装置及び測定方法に関する。
近年、糖尿病の患者が各国において増加している。糖尿病の治療としては、例えば、インスリン療法がある。インスリンは血糖値をコントロールする薬物として知られており、糖尿病の治療薬として糖尿病患者に投与されている。インスリンを投与する必要性は、糖尿病患者の血糖値に基づいて判断される。このため、糖尿病患者にとって、血糖値の把握が重要である。血糖値とは、血液中のグルコース濃度である。糖尿病患者自らが自分の血糖値を簡易に測定できることを目的として、簡易な血糖測定装置が開発されている。
前述された血糖測定装置として、バイオセンサが用いられるものが知られている(特許文献1〜4)。バイオセンサは、血糖と反応する酵素が固定された電極を有する。血糖値の測定に用いられる酵素として、グルコースオキシターゼ(以下、「GOD」と略されることがある。)やグルコースデヒドロゲナーゼ(以下、「GDH」と略されることがある。)が知られている。バイオセンサにおいて、酵素が固定された電極が作用極と称され、試料中に電子を供給する電極が対極と称される。
試料である血液がバイオセンサに導入され、その血液中のグルコースに作用極のGODが反応すると、グルコースがグルコン酸及び過酸化水素に分解され、その過酸化水素が水及び電子に分解される。このようにして発生した電子が作用極に伝達される。一方、対極からは血液中に電子が供給される。このようにして、GODとグルコースとの反応によって、作用極と対極との間に電流が流れる。そして、流れた電流値に基づいて、血液中のグルコース濃度、つまり血糖値が算出される。また、作用極には、電子を伝達する物質が固定されることがある。この物質は、電子メディエータと称される。電子メディエータとして、例えば、フェリシアン化カリウム(ヘキサシアノ酸(III)カリウム)、ヘキサアンミンルテニウムやキノン誘導体類等の有機化合物、又は有機−金属錯体などが挙げられる。
GODは、グルコースに対する特異性が高く、かつ熱安定性に優れているという利点を有する一方、血液中の溶存酸素が測定値に影響するという問題が知られている。GDHは、溶存酸素の影響を受けないという利点があるが、安定性が低く、また、基質特異性に乏しいので、マルトースやラクトースのようなグルコース以外の糖類にも反応するという問題が知られている。このような問題に対して、フラビン化合物を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ(以下、「FAD−GDH」と略されることがある。)が、熱安定性に優れ、マルトースなどの影響を受けにくい酵素として見いだされている(特許文献5)。
また、前述された血糖測定装置において、作用極と対極との間に印加する電位を変化させることによって、測定範囲や測定精度を向上させることが試みられている(特許文献6,7)。
特開2009−97877号公報 特開2005−43280号公報 特開2005−37335号公報 特開2002−107325号公報 特開2009−195250号公報 特許第3487064号公報 特許第3528521号公報
近年、血糖測定において、プラリドキシムヨウ化メチル(以下、「PAM」と略されることがある。)の影響があることが知られてきている。PAMは、有機リン中毒の解毒剤として静脈注射などによってヒトに投与される。血中にPAMが存在すると、血糖測定において実際よりも高い血糖値が測定される傾向にある。その結果、真の血糖値より高いPAMの影響を受けた血糖値に基づいてインスリンが過量に投与され、低血糖症状を惹起させるというおそれがある。
本発明者らは、鋭意研究の結果、FAD−GDHに最適なメディエータとして用いられるフェリシアン化カリウムがPAMの影響を受ける可能性を見いだし、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の目的とするところは、FAD−GDH及びフェリシアン化カリウムを含む試薬の測定系により、溶存酸素やマルトースなどの他の糖が測定値に影響することを抑制し、かつPAMが測定値に影響することを抑制する血糖測定手段を提供することにある。
本発明は、バイオセンサが装置本体に着脱可能に設けられた測定装置に関する。上記バイオセンサは、第1電極と、第2電極と、検体が当該第1電極及び第2電極と接触可能に導入される試料空間と、試薬と、を備える。上記測定装置は、第1電極及び第2電極と電気的に接続された電圧印加手段と、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定する測定手段と、を備える。上記試薬は、少なくとも、フラビン化合物を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ及びフェリシアン化カリウムを含む。上記試薬の各成分が、第1電極又は第2電極の少なくともいずれか一方に塗布されている。上記電圧印加手段は、200mV以下の電圧を上記第1電極と上記第2電極との間に一定時間印加する。上記測定手段は、上記電圧印加手段が200mV以下の電圧を上記第1電極と上記第2電極との間に印加したときに、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定する。
測定装置は、検体中のグルコースを電気化学的に検出するためのものである。検体としては、血液や唾液、尿などの主として液体が挙げられる。試料空間において、検体が第1電極及び第2電極と接触されることにより、検体とFAD−GDH及びフェリシアン化カリウムとが混合されて、グルコースが酵素反応を起こす。第1電極と第2電極との間に印加される電位によって、酵素反応の過程において生成される電荷がフェリシアン化カリウムを介して第1電極及び第2電極間に流れることによって、グルコースが電気的に検出可能となる。
上記電圧印加手段が、上記第1電極と上記第2電極との間に一定時間印加する電圧は、100〜200mVの範囲内であることが好ましい。
また、上記第1電極は作用極として機能するものであってカーボン製であることが好ましい。
また、本発明は、第1電極と、第2電極と、検体が当該第1電極及び第2電極と接触可能に導入される試料空間と、上記第1電極又は上記第2電極の少なくとも一方に塗布された試薬と、を有するバイオセンサを備えた測定装置による測定方法であって、上記試薬として、少なくとも、フラビン化合物を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ及びフェリシアン化カリウムを用い、上記第1電極と上記第2電極との間に200mV以下の電圧を一定時間印加して、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定する測定方法として捉えられてもよい。
本発明によれば、FAD−GDHが用いられることにより、溶存酸素やマルトースなどの他の糖が測定値に影響することが抑制され、かつ第1電極と第2電極との間に印加される電位が200mV以下とされることにより、PAMが測定値に影響することが抑制される。
図1は、本発明の実施形態に係る血糖測定装置10の外観を示す斜視図である。 図2は、バイオセンサ11の分解斜視図である。
以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される各実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態が適宜変更できることは言うまでもない。
[血糖測定装置10]
図1に示されるように、血糖測定装置10は、バイオセンサ11と装置本体12とを有する。バイオセンサ11が装置本体12の接続部13に差し込まれることによって、バイオセンサ11と装置本体12とが電気的に接続される。バイオセンサ11は、1回の血糖測定毎に取り替えられるものである。
[装置本体12]
図1に示されるように、装置本体12は、筐体50に電子部品が収容された電子装置である。筐体50の表側には、液晶ディスプレイ51及び操作キー52,53,54が配置されている。操作キー52,53,54は、ユーザの操作に基づいて対応するコマンドを発生させるためのものである。液晶ディスプレイ51は、装置本体12の状態や測定結果、エラー表示などを行う。各図には現れていないが、筐体50の内部には、電圧印加手段及び測定手段としての制御基板が内蔵されている。制御基板は、CPU、ROM、RAMなどを有する演算装置として構成されており、液晶ディスプレイ51及び操作キー52,53,54と電気的に接続されている。操作キー52,53,54からの入力に応じて、制御基板は、予めROMに格納されたプログラムを動作させる。また、筐体50の内部には、バイオセンサ11に電位を印加するための電源が内蔵されている。制御基板は、電源から所定の電位をバイオセンサ11に印加する。この電源及び制御基板によって、電圧印加手段が構成されている。また、制御基板は、所定の電位に応答してバイオセンサ11に流れた電流値から血糖値を演算する。演算された血糖値は、液晶ディスプレイ51に表示される。
[バイオセンサ11]
図1に示されるように、バイオセンサ11は、細長なシート形状である。バイオセンサ11の長手方向101の一端が、装置本体12の接続部13に差し込まれることによって、バイオセンサ11が装置本体12に装着される。また、バイオセンサ11が長手方向101に引き抜かれることによって、バイオセンサ11が装置本体10から取り外される。
バイオセンサ11の表裏は相対的な関係なので、いずれが表であっても裏であってもよい。本実施形態においては、図1に現れる側が表と称され、図1に現れない側が裏と称される。つまり、バイオセンサ11は、表面21及び裏面22が表裏面をなすシート形状である。
図2に示されるように、バイオセンサ11は、主として、第1基板23、第1電極24、スペーサ25、第2電極26、第3電極27及び第2基板28を有する。図2における上側、つまり表側から順に、第1基板23、スペーサ25、第1電極24、第2電極26及び第3電極27、第2基板28の順に積層されて、シート形状のバイオセンサ11が構成されている。
[第1基板23]
図2に示されるように、第1基板23は、平面視がバイオセンサ11と概ね同じ形状であって、長手方向101において第2基板24より若干短いシートである。第1基板23は、電気絶縁性の材料からなる。この電気絶縁性の材料として、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のポリエステルや、フッ素樹脂及びポリカーボネイト、ガラスなどが挙げられる。
第1基板23の一方の面は、表面21を構成する。第1基板23の表面21には、方向102の両端に一対の着色部30,31が形成されている。着色部30,31は、表面21と色分けされたものである。着色部30,31は、後述される試料導入口41の位置の視認を容易にするためのものである。したがって、着色部30,31は、試料導入口41の直上に配置されている。第1基板23において、空間40に対応する領域42には、試薬の各成分が固定されている。試薬の各成分の詳細については、後述される。
[第2基板28]
図2に示されるように、第2基板28は、平面視がバイオセンサ11と概ね同じ形状のシートである。第2基板28は、電気絶縁性の材料からなる。この電気絶縁性の材料として、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のポリエステルや、フッ素樹脂及びポリカーボネイト、ガラスなどが挙げられる。
第2基板28の一方の面は、裏面22を構成する。裏面22と反対側の面34には第1電極24,第2電極26及び第3電極27が設けられている。第2基板28において、装置本体12の接続部13に差し込まれる長手方向101の一端側は、第1基板23とは対向されていない。なお、各図には現れていないが、第2基板28の裏面22には、着色部30,31と同様の着色部が形成されている。
[第1電極24]
図2に示されるように、第1電極24は、第2基板28における裏面22と反対側の面34に設けられている。第1電極24は、第2基板28の面34において、長手方向101へ延出されており、方向102において第2基板28の1/3程度の幅を有する。面34において、第1電極24は、後述される第2電極26及び第3電極27と電気的に非接続に配置されている。第1電極24の素材としては、例えば、カーボンが挙げられる。第1電極24にカーボンが用いられることによって、銀/塩化銀、金、パラジウム、白金などが用いられた電極の抵抗値より、カーボン製の第1電極24の抵抗値が低くなるので、比較的弱い電位による小さな応答電流によっても、血糖値の測定感度が維持され易くなる。第1電極24は、第1基板23に対して、スクリーン印刷法、インクジェット法、スパッタリング、真空蒸着、ゾルゲル法、クラスタビーム蒸着又はPLDなどの手法によって面34に積層されている。第1電極24において、装置本体12の接続部13側に対応する端部は、第1基板23と対向せずに露出されている。この端部が装置本体12と電気的に接続される接続端子33である。
[第2電極26]
図2に示されるように、第2電極26は、第2基板28における裏面22と反対側の面34に設けられている。第2電極26は、第2基板28の面34において、長手方向101へ延出されており、方向102において第2基板28の1/3程度の幅を有する。面34において、第2電極26は、第1電極24及び後述される第3電極27と電気的に非接続に配置されている。第2電極26の素材としては、例えば、カーボン、銀/塩化銀、金、パラジウム、白金などが挙げられる。第2電極26において、装置本体12の接続部13側に対応する端部は、第1基板23と対向せずに露出されている。この端部が装置本体12と電気的に接続される接続端子37である。
[第3電極27]
図2に示されるように、第3電極27は、第2基板28における裏面22と反対側の面34に設けられている。第3電極27は、第2基板28の面34において、長手方向101へ延出されており、方向102において第2基板28の1/3程度の幅を有する。面34において、第3電極27は、第1電極24及び第2電極26と電気的に非接続に配置されている。第3電極27の素材としては、例えば、カーボン、銀/塩化銀、金、パラジウム、白金などが挙げられる。第3電極27は、空間40へ血液が導入されたか否かを検出するための電極である。第3電極27において、装置本体12の接続部13側に対応する端部は、第1基板23と対向せずに露出されている。この端部が装置本体12と電気的に接続される接続端子39である。
[スペーサ25]
図2に示されるように、スペーサ25は、平面視がバイオセンサ11と概ね同じ形状のシートである。スペーサ25としては、電気絶縁性を有する両面テープが好適に用いられる。スペーサ25は、着色部30,31に対応する位置に、方向102へ延びる空間40を有する。つまり、スペーサ25は、長手方向101に対して空間40によって分断された2枚のシートから構成されている。空間40によって、領域38と領域42との間に、スペーサ25の厚み分の試料空間が形成される。つまり、空間40が試料空間となる。空間40には、第1電極24の一部、第2電極26の一部及び第3電極27の一部がそれぞれ露出されている。第1電極24において、空間40に対応する領域38には、試薬の各成分が固定されている。試薬の各成分の詳細については、後述される。
図1に示されるように、空間40は、バイオセンサ11の端に開口されており、この開口が試料導入口41となる。なお、図1には現れていないが、試料導入口41と対向する位置においても空間40が開口されている。試料導入口41が血液に曝されると、毛細管作用によって血液が空間40に流れ込む。
[領域38,42へ固定される試薬の成分]
領域38,42に固定される試薬は、FAD−GDH、フェリシアン化カリウム、水溶性高分子、界面活性剤及び緩衝液を含む。なお、試薬は、更に他の成分を含んでもよい。この試薬の各成分は、領域38,42に任意に選択的に固定されてよいが、本実施形態のように、第1電極24が作用極として機能し、第2電極26が対極として機能するのであれば、FAD−GDH及びフェリシアン化カリウムは第1電極24の領域38に固定されることが好ましい。また、試薬の各成分が、領域38,42にそれぞれ塗布される手法は、公知の手法が採用される。このような公知の手法として、例えば、ディッピング法やスクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法などが挙げられる。
[血糖の測定方法]
以下、血糖測定装置10を用いた血糖の測定方法が説明される。
ユーザは、血糖の測定に際して、装置本体12の接続部13にバイオセンサ11を差し込む。ユーザは、指などから採取して血液を、空間40に導入する。空間40において、血液が第1電極24及び第3電極27に接触すると、第1電極24と第3電極27との間の導電状態が変化する。制御基板により構成される演算装置は、この導電状態の変化によって、空間40に血液が導入されたと判断する。
制御基板及び電源により構成される電圧印加手段は、血液40に血液が導入されたと判断してから、10秒間待機し、その後に、第1電極24の接続端子33及び第2電極26の接続端子37に所定の電位を10秒間印加する。所定の電位は、100〜200mVの範囲内に設定されている。これにより、第1電極24が作用極となり、第2電極26が対極となる。空間40においては、第2電極26に固定されたFAD−GDHによって、血液中のグルコース及びフェリシアン化カリウムが電解したフェリシアンイオンから、D−グルコノ−1,5−ラクトン及びフェロシアンイオンが生成される。このフェロシアンイオンが第1電極24において酸化されることにより、第1電極24と第2電極26との間に酸化応答電流が流れる。このようにして第1電極24及び第2電極26間に流れた酸化応答電流に基づいて、制御基板により構成される測定手段はグルコース濃度を演算し、その結果を液晶ディスプレイ51に表示する。
[本実施形態の作用効果]
本実施形態によれば、グルコースと反応する酵素としてFAD−GDHが用いられることにより、溶存酸素やマルトースなどの他の糖が測定値に影響することが抑制され、かつ第1電極24と第2電極26との間に印加される電位が200mV以下とされることにより、PAMが測定値に影響することが抑制される。
以下、本発明の実施例が説明される。
[バイオセンサ]
バイオセンサとしては、前述された実施形態と同様の構成のバイオセンサ11を用いた。第1電極24、第2電極26及び第3電極27の素材としてはカーボンを用いた。バイオセンサ11の領域38には、2.31w/v%FAD−GDH、7.10w/v%フェリシアン化カリウム、4.61w/v%ポリビニルピロリドン、1.68w/v%テトラデシルトリメチルアンモニウム、及び2.70w/v%MESを含む試薬を0.88μL塗布して乾燥させた。バイオセンサ11の領域42には、0.14w/v%のToritonX−100を含む試薬を0.44μL塗布して乾燥させた。
[実施例1]
PAMを0.0mg/mL,0.5mg/mL,1.0mg/mL,1.5mg/mL,2.0mg/mLとなるように添加されたMES緩衝液各0.3μLを検体として用い、検体が検知された後に、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、0mVに保持し、その後、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、150mVに保持して、150mVを印加した2秒後の応答電流を測定した。この測定を3回(n=3)繰り返した。3回の測定結果の平均値を表1に示す。
[実施例2]
PAMを0.0mg/mL,0.5mg/mL,1.0mg/mL,1.5mg/mL,2.0mg/mLとなるように添加されたMES緩衝液各0.3μLを検体として用い、検体が検知された後に、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、0mVに保持し、その後、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、200mVに保持して、200mVを印加した2秒後の応答電流を測定した。この測定を3回(n=3)繰り返した。3回の測定結果の平均値を表1に示す。
[比較例1]
PAMを0.0mg/mL,0.5mg/mL,1.0mg/mL,1.5mg/mL,2.0mg/mLとなるように添加されたMES緩衝液各0.3μLを検体として用い、検体が検知された後に、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、0mVに保持し、その後、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、250mVに保持して、250mVを印加した2秒後の応答電流を測定した。この測定を3回(n=3)繰り返した。3回の測定結果の平均値を表1に示す。
[比較例2]
PAMを0.0mg/mL,0.5mg/mL,1.0mg/mL,1.5mg/mL,2.0mg/mLとなるように添加されたMES緩衝液各0.3μLを検体として用い、検体が検知された後に、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、0mVに保持し、その後、第1電極24と第2電極26との間の電位を10秒間、300mVに保持して、300mVを印加した2秒後の応答電流を測定した。この測定を3回(n=3)繰り返した。3回の測定結果の平均値を表1に示す。
Figure 2011203032
表1に示されるように、実施例1,2では、PAMが添加されていない検体の測定値(電流値;μA)に対して、PAMが添加された検体の測定値(μA)の増加が、20.4%以下であった。これに対して、比較例1では、PAMの添加量が1.5mg/mL以上になると、測定値(μA)が35%以上増加した。また、比較例2では、PAMの添加量が0.5mg/mLであっても、測定値(μA)が35%近く増加し、PAMの添加量が1.0mg/mL以上になると、測定値(μA)が45%以上増加した。これにより、実施例1、2において、測定値(μA)がPAMの影響を受け難いことが確認された。
24・・・第1電極
26・・・第2電極
40・・・空間(試料空間)

Claims (5)

  1. バイオセンサが装置本体に着脱可能に設けられた測定装置であって、
    上記バイオセンサは、第1電極と、第2電極と、検体が当該第1電極及び第2電極と接触可能に導入される試料空間と、試薬と、を備え、
    上記測定装置は、第1電極及び第2電極と電気的に接続された電圧印加手段と、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定する測定手段と、を備え、
    上記試薬は、少なくとも、フラビン化合物を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ及びフェリシアン化カリウムを含み、
    上記試薬の各成分が、第1電極又は第2電極の少なくともいずれか一方に塗布されており、
    上記電圧印加手段は、200mV以下の電圧を上記第1電極と上記第2電極との間に一定時間印加し、
    上記測定手段は、上記電圧印加手段が200mV以下の電圧を上記第1電極と上記第2電極との間に印加したときに、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定するものである測定装置。
  2. 上記電圧印加手段は、100〜200mVの電圧を上記第1電極と上記第2電極との間に一定時間印加し、
    上記測定手段は、上記電圧印加手段が100〜200mV以下の電圧を上記第1電極と上記第2電極との間に印加したときに、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定するものである請求項1に記載の測定装置。
  3. 上記第1電極は作用極として機能するものであってカーボン製である請求項1又は2に記載の測定装置。
  4. 第1電極と、第2電極と、検体が当該第1電極及び第2電極と接触可能に導入される試料空間と、上記第1電極又は上記第2電極の少なくとも一方に塗布された試薬と、を有するバイオセンサを備えた測定装置による測定方法であって、
    上記試薬として、少なくとも、フラビン化合物を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ及びフェリシアン化カリウムを用い、
    上記第1電極と上記第2電極との間に200mV以下の電圧を一定時間印加して、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定する測定方法。
  5. 上記第1電極と上記第2電極との間に100〜200mVの電圧を一定時間印加して、当該第1電極と当該第2電極との間に生じた電流値を測定する請求項4に記載の測定方法。
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