JP2013524196A - 電気化学的な分析物測定法及びシステム - Google Patents

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Abstract

計測器とテストストリップとを有する分析物測定システムを操作するシステムと例示的方法について、本明細書で説明及び例示する。1つの実施形態では、前記方法は、参照電極と第2の作用電極との間に第1の検査電圧を印加すると共に、参照電極と第1の作用電極との間に第2の検査電圧を印加し、分析物を含む血液試料をテストストリップに投入した後に、第2の作用電極において第1の検査電流、第2の検査電流、第3の検査電流及び第4の検査電流を測定し、第1の作用電極において第5の検査電流を測定し、第1、第2、第3、第4、及び第5の検査電流からヘマトクリット値補正分析物濃度を推定し、そのヘマトクリット値補正分析物濃度を通知することによって行う。
【選択図】図6B

Description

本願は、米国特許法119条及び/又は120条に基づき、2010年3月31日に提出された先出願の米国仮特許出願第61/319,470号に基づく利益を主張するものであり、その出願内容は参照によりその全体が本願に組み込まれる。
電気化学センサは、液体試料中の物質の存在を検出又は測定するのに用いられてきた。電気化学センサは、少なくとも電子伝達剤(「電子伝達体」とも呼ばれる)及び分析物特異的生体触媒タンパク質(例えば、特定の酵素)を含有する試薬混合物、並びに1つ以上の電極を含む。このようなセンサは、電子伝達体と電極表面との間の電子伝達に基づき、電気化学的酸化還元反応を測定することにより機能する。電気化学的バイオセンサシステム又はデバイスで用いるとき、電子伝達反応は、液体試料中の測定される分析物濃度と相関する電気信号によりモニタリングされる。
血液又は血液由来産物、涙液、尿、及び唾液などの体液中の分析物検出のためのかかる電気化学センサの使用が重要になってきており、場合によっては、特定の個人の健康維持に不可欠である。医療の分野では、糖尿病などの人は、例えば、体液中の特定の構成成分をモニタリングする必要がある。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液体構成成分濃度のモニタリングを便利に行うため、多くのシステムは、血液、尿、又は唾液などの体液を検査できる。膵臓の疾患であり、不十分なインスリン産生が糖質の適切な消化を妨げる糖尿病を患う患者は、血中グルコース濃度を日々慎重にモニタリングする必要がある。糖尿病患者にとって、習慣的に血中グルコースを検査し、制御することは、目、神経、及び腎臓に対する重篤な障害のリスクを低減し得る。
電気化学的バイオセンサは、測定値に好ましくない影響を与え得る特定の血液成分が存在することにより悪影響を受け、検出信号の誤りにつながる場合がある。この誤りにより不正確なグルコース値をもたらし、患者が、例えば、潜在的に危険な血糖値に気付かないままとなる場合がある。一例として、血液ヘマトクリット値(すなわち、赤血球が占める血液量の割合)は、分析物濃度測定の結果に誤った影響を与えることがある。
血液中の赤血球量が変化すると、使い捨て電気化学的テストストリップで測定したグルコースの値が変動する原因になり得る。典型的には、高ヘマトクリット値で負のバイアス(すなわち、低く算出された分析物濃度)がみられ、一方、低ヘマトクリット値で正のバイアス(すなわち、高く算出された分析物濃度)がみられる。高ヘマトクリット値では、例えば、赤血球は、酵素と電気化学的伝達体の反応を妨害し、化学反応物質を溶媒和する血漿量が少ないため化学的溶解率を低下させ、伝達体の拡散を遅くする場合がある。これらの因子により、電気化学的プロセス中に生じる電流が少なくなり、期待されるグルコース測定値より低い結果となり得る。反対に低ヘマトクリット値において、期待より赤血球が少ないと電気化学的反応に影響を与える場合があり、その結果電流がより高く測定され得る。加えて、血液試料抵抗もまたヘマトクリット値に依存し、電圧及び/又は電流の測定値に影響を与え得る。
ヘマトクリット値による血中グルコースの変動を低減する、又は回避するため、様々な方策が用いられている。例えば、テストストリップは、試料から赤血球を除去するメッシュを組み込むように設計されており、又は赤血球の粘度を上げ、濃度測定への低ヘマトクリット値の影響を弱めるように設計される様々な化合物若しくは処方物を含んでいる。その他のテストストリップは、ヘマトクリット値を補正する目的でヘモグロビン濃度を測定するよう構成される、溶解剤及び系を含んでいる。更に、バイオセンサは、血液試料に光を照射した後の可視光変化を測定すること、又は試料チャンバ充填時間の関数に基づいてヘマトクリット値を測定することにより、ヘマトクリット値を測定するよう構成されている。これらのセンサには、ある特定の欠点がある。
出願人らは、本分野における欠点を回避する、正確なグルコース濃度を測定するために使用できるシステム及び方法の必要性を認識している。
上記を考慮し、一態様に従って、計測器及びテストストリップを有する分析物測定システムを操作する方法が提供される。そのテストストリップは、参照電極と、第1の作用電極と、第2の作用電極と、を含んでよく、この第1の電極は試薬層でコーティングされている。計測器は、参照電極と第1の作用電極との間に検査電圧を印加し、参照電極と第2の作用電極との間に第2の検査電圧を印加する電子回路を備えてよい。計測器はまた、複数の検査電流を測定し、その検査電流からグルコース濃度を算出する信号プロセッサも備えてよい。この方法は、参照電極と第2の作用電極との間に第1の検査電圧を印加すると共に、参照電極と第1の作用電極との間に第2の検査電圧を印加し、分析物を含む血液試料をテストストリップに投入した後に、第2の作用電極において第1の検査電流、第2の検査電流、第3の検査電流及び第4の検査電流を測定し、第1の作用電極において第5の検査電流を測定し、第1、第2、第3、第4及び第5の検査電流からグルコース濃度を確認し、そのグルコース濃度を通知することによって行ってよい。
代表的な方法では、グルコース濃度は、次式で得られる値であってよい。
Figure 2013524196
式中、
Gはヘマトクリット値補正されたグルコース濃度であり、
は第1の検査電流であり、
は第2の検査電流であり、
は第3の検査電流であり、
は第4の検査電流であり、
は第5の検査電流であり、
a及びbは、実験により導き出されるチューニングパラメーターであり、
interceptは、
Figure 2013524196
の参照グルコース濃度に対するプロットの線形回帰から割り出される切片値であり、
slopeは、
Figure 2013524196
の参照グルコース濃度に対するプロットの線形回帰から割り出される勾配値である。
検査液体が検出されたらすぐに第1及び第2の検査電圧がテストストリップに印加される実施形態では、第1のチューニングパラメーターaは、約9.5〜約10.5であってよく、第2のチューニングパラメーターbは、約10.5〜11.5であってよい。検査液体を試薬層と、ある期間にわたって反応させた後に、第1及び第2の検査電圧がテストストリップに印加される別の実施形態では、第1のチューニングパラメーターaは、約31.5〜約32.5であってよく、第2のチューニングパラメーターbは、約53.5〜54.5であってよい。
更なる実施形態では、テストストリップ及び計測器を有するシステムを用いて測定可能なヘマトクリット値補正された検査電流の決定方法が提供される。この方法は、参照電極と、試薬層でコーティングされている第2の作用電極との間に第1の検査電圧を印加すると共に、参照電極と第1の作用電極との間に第2の検査電圧を印加し、分析物を含む血液試料をテストストリップに投入した後に、第2の作用電極において第1の検査電流、第2の検査電流、第3の検査電流及び第4の検査電流を測定し、第1の作用電極において第5の検査電流を測定し、第1の検査電流の第2の検査電流に対する比を指数の数だけ掛け合わせ(この指数は、第1のチューニングパラメーターと第2のチューニングパラメーターの関数である)、その比に第5の検査電流を乗じることによって、ヘマトクリット値補正検査電流を確認することによって行うことができる。
更なる実施形態では、ユーザーの生理液中の少なくともグルコースの濃度を測定する分析物測定システムが提供される。このシステムは、テストストリップ及び計測器を含む。このテストストリップは、参照電極と、第1の作用電極と、第2の作用電極と、を有する基板を含み、これらの電極はいずれも試薬層でコーティングされている。電極は、対応する接触パッドに接続される。分析物計測器が、生理液を電極に投入した後に、第1及び第2の検査電圧を対応する第2及び第1の作用電極に印加し、分析物計測器によって検査電圧を印加した後に、第1、第2、第3、第4及び第5の別個の間隔における第1、第2、第3、第4及び第5の検査電流測定値からヘマトクリット値補正グルコース濃度を割り出すように構成されるように、分析物計測器は、テストストリップの接触パッドを受容するテストストリップポートと接続した検査回路を有する。
これら及び他の実施形態、特徴及び利点は、以下に述べる本発明の例示的実施形態のより詳細な説明を、はじめに下記に簡単に述べる付属の図面とあわせて参照することによって当業者にとって明らかになるであろう。
本明細書に組み込まれ、本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及び以下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。
分析物濃度を測定するシステムの平面図の代表的な実施形態。 図1Aの分析物測定装置内に配置されている電気コンポーネントの代表的な回路基板。 テストストリップの透視分解図の代表的な実施形態。 図2に示すテストストリップの平面図の代表的な実施形態。 図2及び3のテストストリップと電気的接続を形成する、図1Aに示す計測器の概略の機能要素の代表的な実施形態。 図1Aに示すシステムを用いてヘマトクリット値補正されたグルコース濃度を推定する方法のフローチャートの代表的な実施形態。 計測器がテストストリップに印加した検査電圧を示すグラフの代表的な実施形態。 図6Aの検査電圧がテストストリップに印加されるときに生成する検査電流を示すグラフの代表的な実施形態。 図1Aに示されているシステムを用いて、ヘマトクリット値補正グルコース濃度を推定する方法のフローチャートの別の代表的な実施形態。 計測器がテストストリップに印加した検査電圧を示すグラフの代表的な実施形態。 図8Aの検査電圧がテストストリップに印加されるときに生成する検査電流を示すグラフの代表的な実施形態。 終止電流アルゴリズムによって得た検査データのバイアスプロット。 図6Aに示されているように検査電圧をテストストリップに印加する本発明の方法によって得た検査データのバイアスプロット。 図7Aに示されているように検査電圧をテストストリップに印加する本発明の方法によって得た検査データのバイアスプロット。
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、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、選択した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。詳細な説明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説明するものである。この説明文は、当業者による発明の製造及び使用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。
図1Aは、分析物濃度を測定するシステム100を示しており、システム100は、計測器102と、テストストリップ120と、を含んでよい。計測器102は、ディスプレイ104、ハウジング106、複数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を備えてよい。計測器102は、図1Bに関連させながら更に説明するように、ハウジング106内に電子回路を更に含んでもよい。テストストリップ120の近位部をストリップポート110に挿入してよい。ディスプレイ104は、分析物濃度、例えばグルコース濃度を通知してよく、ユーザーに検査の実施方法を指示するためのユーザーインターフェースを表示させる目的で用いてよい。本明細書で使用する場合、「通知する」という用語、及びこの基本用語の変形表現は、文字、音声、画像、又はあらゆる伝達法を組み合わせたものを介して、ユーザー、ユーザーの介護者、又は医療提供者に通知を行うことを示す。複数のユーザーインターフェースボタン108により、ユーザーインターフェースソフトウェアを介して誘導することにより、ユーザーは計測器102を操作できる。ディスプレイ104は、場合により背面照明を含んでもよい。
図1Bに示すように、ハウジング106の内部に配置されるのは、メモリ154、クロック156、オペアンプ158、及びディスプレイコネクタ160に接続されるマイクロコントローラ162を有する回路基板150である。オペアンプ158及びマイクロコントローラ162は、試験ストリップ120上の対応する導電性経路と機械的に接触するための接点152a、152b、及び152bを有するストリップポートコネクタ152に動作可能なように接続される。その他データ処理装置との通信を容易にするため、無線トランシーバーモジュール164が設けられ、ユニット100のメモリ154に保存されたデータの双方向通信を可能にする。回路基板150の反対側には、電池の形態の電源(図示なし)が設けられている。データポートも設けてもよい。計測器ユニット100は、携帯するのに好ましい寸法及び構成であり、トランシーバー164は、短距離無線ネットワーク(例えば、BlueTooth(登録商標)若しくはWi−Fiなど)、又はより長距離の無線ネットワーク(例えば、GSM(登録商標)、CDMA、3Gなど)のいずれか又は両方と共に使用できることに留意されたい。
マイクロコントローラ162は、ストリップポート152、オペアンプ回路158、第1の無線モジュール164、ディスプレイ104、不揮発性メモリ154、クロック156、データポート、及びユーザーインターフェースボタン108と電気的に接続できる。ボタン、トランシーバー、又はグルコース測定回路を介して入力されるデータとしては、分析物濃度を表す値、又はその人の日常の生活習慣に関連した情報と共に、分析物濃度の値と関連する値を挙げることができる。日常の生活習慣に関連した情報は、日又は週の特定の時間にユーザーの分析物の濃度値に組み合わされて、すなわちこれと「タグが付けられて」、個人の食物の摂取、薬の使用、健康診断の実施、並びに一般的な健康状態及び運動レベルを含むことができる。
オペアンプ回路158は、ポテンシオスタット機能及び電流測定機能の一部を与えるように構成された2つ以上のオペアンプであってもよい。ポテンシオスタット機能とは、試験ストリップの少なくとも2つの電極間に試験電圧を加えることを指し得る。電流機能とは、試験ストリップ120に印加された試験電圧に起因する試験電流の測定を指し得る。電流測定は、電流電圧変換器によって行うことができる。マイクロコントローラ162は、例えばTexas Instrument MSP430F2419などの混合シグナルマイクロプロセッサ(MSP)の形態であってよい。TI−MSP430F2419は、ポテンシオスタット機能及び電流測定機能の一部を実行するようにも構成されてよい。更に、MSP430F2419は、揮発性及び不揮発性メモリを含んでもよい。別の実施形態では、電子要素の多くを特定用途向け集積回路(ASIC)の形態でマイクロコントローラに組み込むことができる。
ストリップポート152は、試験ストリップと電気的接続を形成するように構成することができる。ディスプレイコネクタ160は、ディスプレイ104に取り付けるように構成することができる。ディスプレイ104は、測定された血糖値を報告し、生活習慣に関連した情報の入力を助け、並びにグラフィックデータ、画像結果、及び動画ビデオの操作のための液晶ディスプレイの形態であってよい。ディスプレイ104は、バックライトを含んでもよい。データポートは、接続リード線に接続されている好適なコネクタに対応でき、それによりパソコンなどの外部装置に計測器ユニット100を接続できるようになる。データポートは、例えばシリアル、USB、又はパラレルポートなどの、データ送信が可能な任意のポートであってよい。クロック156は、時間を測定するように構成することができ、振動結晶の形態であってよい。
図2及び3は、基板205上に7つの層が配置されてよい、テストストリップ120のそれぞれ代表的な分解透視図及び組立品の平面図である。基板205の上に配置されている7つの層は、導電層250、絶縁層216、試薬層218、接着層260、親水層270、及び最上層280であってよい。例えば、スクリーン印刷プロセスを用いて、導電層250、絶縁層216、試薬層218、及び接着層260を基板205の上に順次堆積させる一連の工程で、テストストリップ120を製造してよい。親水層270及び最上層280は、ロールストックから配置され、一体化ラミネート、又は個別の層のいずれかとして基板205上に積層されてよい。テストストリップ120は、図2に示すように末端部203及び近位部204を有する。
テストストリップ120は、そこから血液試料を吸い込める試料収容チャンバ292を備えてよい。試料収容チャンバ292は、テストストリップ120の近位端に入口を備えてよい。以下で述べるように、排気口、つまり空気抜きが親水層270に備えられる。分析物濃度を測定できるように、血液試料をこの入口から入れて、試料収容チャンバ292に充填してよい。図2に示されているように、試薬層218に隣接して位置する接着層260の切り抜き部分の側端部が、試料収容チャンバ292の壁を画定する。試料収容チャンバ292の底部すなわち「床」となる部分には、基板205、導電層250、及び絶縁層216の一部を含んでよい。試料収容チャンバ292の上部すなわち「天井」となる部分には、末端側親水性部分282を含んでよい。
図2に示すように、テストストリップ120において、基板205は、後に適用される層の支持を助ける基盤として用いてよい。基板205は、ポリエステルシート、例えばポリエチレンテレフタレート(polyethylene tetraphthalate)(PET)材料の形態であってよい。基板205は、公称350マイクロメートル厚×370ミリメートル幅、長さ約60メートルのロール形態であってよい。
導電層250は、グルコースの電気化学的測定に用いることができる電極の形成に必要である。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ることができる。スクリーン印刷プロセスにおいて、カーボンインクはスクリーン上に乗せられ、続いてスキージを用いてスクリーンを通じて転写される。印刷されたカーボンインクは、約140℃の温風で乾燥させることができる。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、並びに樹脂、カーボン及びグラファイト混合物用の1つ以上の溶媒を含んでよい。より詳細には、カーボンインクは、好適な比のカーボンブラック対カーボンインク中VAGH樹脂を包含してよい。
図2に示されているようなテストストリップ120では、導電層250は、参照電極210、第1の作用電極212、第2の作用電極214、参照接触パッド211、第1の接触パッド213、第2の接触パッド215、参照電極トラック207、第1の作用電極トラック208、及び第2の作用電極トラック209を含んでよい。図2に示す実施形態では、第1の作用電極212と第2の作用電極214との間のクロストークを最小限に抑えるように、第1の作用電極212と第2の電極214との間に参照電極210が配置される。
導電層250は、カーボンインクから形成することができる。参照接触パッド211、第1の接触パッド213及び第2の接触パッド215は、検査計測器と電気的に接続されるように構成されてよい。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備える。同様に、第1の作用電極トラック208は、第1の作用電極12から第1の接触パッド213に至る電気的に連続した経路を備える。同様に、第2の作用電極トラック209は、第2の作用電極214から第2の接触パッド215に至る電気的に連続した経路を備える。
絶縁層216は、参照電極210、第1の作用電極212、及び第2の作用電極214の一部を露出する開口217を有してよく、これにより、液体試料によってこれらの電極を濡らすことができる。第1の作用電極212、第2の作用電極214、及び参照電極210の領域は、液体試料に曝露される領域として画定することができる。電極領域の画定に加え、絶縁層216は、液体試料が電極トラック207、208、及び209に触れるのを防ぐ。検査電流の大きさが電極の有効領域に正比例するため、作用電極の機能領域を正しく画定すべきであると考えられる。例として、絶縁層216は、Ercon,Inc.から購入できるErcon E6110−116 Jet Black Insulayer(商標)のインクであってよい。この時点のテストストリップをプラズマで処理してよい。このプラズマは、高圧ACによって、周囲温度及び圧力で作製される。イオン化高エネルギー粒子からなる、得られたプラズマを気流中で下流に押し流して、基板に着弾させる。プラズマ処理を用いて、スクリーン印刷した炭素系電極の表面を改質する。この表面改質は、炭素表面の電気化学的活性を増大させると共に、印刷層の表面エネルギーを増加させて、印刷済みの層と後で印刷される層との間を更に良好に接着可能にすると考えられる。プラズマ処理は炭素表面の電気化学性も向上させ、それにより、測定サイクル中の電気化学反応の一部として、伝達体との反応が更に理想的なものになるとも考えられる。
試薬層218は、図2に示されているように、導電層250と絶縁層216の一部の上に配置されている。1つの実施形態では、2つの重なった試薬層が、導電層250と絶縁層216の一部の上に印刷されていてもよい。
試薬層218は、酵素、及び当該分析物と選択的に反応する伝達体、並びに所望のpHを維持する緩衝剤のような化学物質を含んでよい。例えば、血液試料中のグルコースを割り出す場合、試薬層218は、機能操作に必要な他の成分と共に、酵素と伝達体を含んでよい。酵素試薬層18は、例えば、グルコースオキシダーゼ、トリクエン酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ヒドロキシルエチルセルロース、フェリシアン化カリウム、消泡剤、cabosil、PVPVA、及び水を含み得る。
試薬層で用いるのに適した代表的な酵素としては、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ(ピロロキノリンキノン(PQQ)補因子を伴う)、及びグルコースデヒドロゲナーゼ(フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)補因子を伴う)が挙げられる。試薬層に使用するのに適した例示的な伝達体としては、フェリシアニドがあり、この場合では酸化型である。試薬層は、グルコースを酵素副産物に物理的に変換し、そのプロセスで、グルコース濃度値に比例する量の還元伝達体(例えば、フェロシアニド)を生成するように構成されてよい。試薬層及び電気化学ベースの分析物検査ストリップ全般に関する更なる詳細は、米国特許第6,241,862号に記載されており、その内容は参照により全体が本明細書に組み込まれる。
1つの実施形態では、試薬層218の面積は、参照電極210、第1の作用電極212、及び第2の作用電極214の面積全体を覆うのに十分な大きさである。試薬層218の幅及び長さは、テストストリップ120で用いてよい最大電極面積を少なくとも占めるのに十分な幅及び長さである。試薬層218の幅は約2ミリメートルであってよく、これは、方形開口217の幅の2倍超である。
接着層260は、第1の接着パッド262と、第2の接着パッド264と、第3の接着パッド266を含み、試薬層218の堆積後、テストストリップ120の上に配置してよい。接着層260の一部は、試薬層218にすぐ隣接するか、触れるか、又は部分的に重なるように配列されてよい。接着層260は、市販の水系アクリルコポリマー感圧性接着剤を含んでよい。接着層260は絶縁層216、導電層250、及び基板205の一部の上に配される。接着層260は、親水層270をテストストリップ120に結合させる。
図2に示すように、親水層270は、末端側親水性部分272及び近位側親水性部分274を備えてよい。間隙276は、末端側親水性部分272と近位側親水性部分274との間に備わる。血液が試料収容チャンバ292(図3に示されている)を満たすと、間隙276が、空気用の側部排出口としての役割を果たす。親水層270は、3Mから市販されている曇り止めコーティングのような、1つの親水性表面を有するポリエステル材であってよい。
図2に示すように、テストストリップ120に最後に追加される層は最上層280である。最上層280は、透明部分282及び不透明部分284を備える。最上層280は、親水層270上に配されると共に親水層270に接着される。最上層280は、その一方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282は、末端側親水性部分272に実質的に重なり合っており、試料収容チャンバ292が充分充填され得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。不透明部分238によって使用者は、例えば、試料収容チャンバ292内の血液などの色を有する液体と、不透明部分284と、を高いコントラストで観察することが可能となる。
図4は、テストストリップ120とインターフェースをとる計測器102の簡略化概略図を示す。計測器102は、参照コネクタ180、第1のコネクタ182及び第2のコネクタ184を備えてよく、それぞれ参照端子211、第1の端子213及び第2の端子215と電気的接続を形成する。上記3つのコネクタは、ストリップポート110の一部である。検査を行うときには、第1の検査電圧源186(図1Bの回路由来)が、第2の作用電極214と参照電極210との間に検査電圧VWE2を印加できる。検査電圧VWE2を受けて、続いて計測器102は、第2の作用電極で検査電流IWE2を測定できる。同様の形で、第2の検査電圧源188(図1Bの回路由来)は、第1の作用電極212と参照電極210との間に検査電圧VWE1を印加する。検査電圧VWE1を受けて、続いて計測器102は、検査電流IWE1を測定できる。ある実施形態では、検査電圧VWE2及び第2の検査電圧VWE1は、ほぼ等しくてよい。
図5を参照し、上記計測器102及びテストストリップ120の実施形態を用いるヘマトクリット値補正された分析物濃度(例えば、グルコース)を決定する方法300を、ここで説明する。
例示工程310では、計測器102及びテストストリップ120が提供される。計測器102は、第1及び第2の検査電圧をテストストリップに印加し、第2の作用電極214と第1の作用電極212それぞれに流れる電流を測定するのに用いることができる電子回路を含んでよい。計測器102は、本明細書に開示されているような液体試料中の分析物濃度を割り出す方法に関する一連の命令を含む信号プロセッサも含んでよい。1つの実施形態では、この分析物は血糖である。
図6Aは、テストストリップ120に印加される検査電圧の代表的なグラフである。液体試料をテストストリップ120に投入する前に、検査計測器102は、第2の作用電極214と参照電極210との間に約400ミリボルトの第1の検査電圧を印加する液体検出モードにする。約400ミリボルトの第2の検査電圧を好ましくは同時に、第1の作用電極212と参照電極210との間に印加する。あるいは、第1の検査電圧の印加の時間間隔が、第2の検査電圧の印加の時間間隔と重複するように、第2の検査電圧を同時期に印加してもよい。検査計測器は、tの生理液検出前、液体検出時間間隔時間tFDの間、液体検出モードであってよい。液体検出モードでは、液体が第2の作用電極214と参照電極210を濡らすように、例示的工程320において液体がテストストリップ120に投入された時点を検査計測器120が判定する。例えば、第2の作用電極214における検査電流測定値の十分な上昇によって、生理液が投入されたことを検査計測器120が認識すると、検査計測器120は、時間tの0秒マーカーを割り当て、検査時間間隔tを開始させる。検査時間間隔tが完了すると、検査電圧を除去する。簡潔化のために、図6Aは、テストストリップ120に印加される第1の検査電圧のみを示している。
図6Bは、図6Aの検査電圧がテストストリップ120に印加されたときに測定される過渡電流(すなわち、時間の関数として、ナノアンペアで測定された電流応答)の例示的なグラフである。下記の例示的工程370で説明するように、過渡電流から得られる検査電流Iは、試料中の分析物濃度を一般的に示す。図5及び6Aを参照すると、例示的工程330では、第2の作用電極214と参照電極210との間に第1の検査電圧を印加し、第1の作用電極212と参照電極210との間に第2の検査電圧を時間tにおいて印加する。例示的工程340では、第1の検査電流Iを時間tで、第2の検査電流Iを時間tで、第3の検査電流Iを時間tで、第4の検査電流Iを時間tで第2の作用電極214にて測定する。分析に備えて、これらの電流I(i=1、2、3、4...n)を計測器のメモリユニットに格納又は記録する。例示的工程340では、第5の検査電流Iも時間tで第1の作用電極212にて測定する。テストストリップ120に印加される第1及び第2の検査電圧は一般に、約+100ミリボルト〜約+600ミリボルトである。電極がカーボンインクを含み、伝達体がフィリシアニドである1つの実施形態では、検査電圧は約+400ミリボルトである。その他の伝達体及び電極材料の組み合わせでは、異なる検査電圧が必要となるであろう。電圧の持続時間は一般に、反応時間後約2〜約4秒であり、典型的には、反応時間後約3秒である。典型的には、時間tは、時間tに対して測定される。実際には、各検査電流Iは、ti+1(iは1〜少なくとも6の範囲である)から始めて短い間隔で得た一連の測定値、例えば0.01秒間隔で得た5回の測定値の平均値である。
図5を参照すると、例示工程350では、ヘマトクリット値補正されたグルコース濃度を以下のように決定できる。
Figure 2013524196
式中、
Gはヘマトクリット値補正されたグルコース濃度であり、
は第1の検査電流であり、
は第2の検査電流であり、
は第3の検査電流であり、
は第4の検査電流であり、
は第5の検査電流であり、
a及びbは、実験により導き出されるチューニングパラメーターであり、
interceptは、
Figure 2013524196
の参照グルコース濃度に対するプロットの線形回帰から割り出される切片値であり、
slopeは、
Figure 2013524196
の参照グルコース濃度に対するプロットの線形回帰から割り出される勾配値である。
1つの実施形態では、第1の検査電流Iは、時間t後約0.98秒〜約1.00秒で測定してよく、第2の検査電流Iは、時間t後約1.98秒〜約2.00秒で測定してよく、第3の検査電流Iは、時間t後約2.43秒〜約2.45秒で測定してよく、第4の検査電流は、時間t後約2.61秒〜約2.63秒で測定してよく、第5の検査電流は、時間t後約2.70秒〜約2.72秒で測定してよい。
1つの実施形態では、aは、約9.9〜約10.2の第1のチューニングパラメーターであり、bは、約10.8〜約11.2の第2のチューニングパラメーターである。
例示的工程360では、続いてヘマトクリット値補正グルコース濃度を計測器102上で通知してよい。
図7を参照しながら、ヘマトクリット値補正分析物濃度(例えば、グルコース)を割り出す方法であって、上記の計測器102及びテストストリップ120の実施形態を用いる別の方法400を説明していく。
例示工程410では、計測器102及びテストストリップ120が提供される。計測器102は、第1及び第2の検査電圧をテストストリップに印加し、第2の作用電極214と第1の作用電極212それぞれに流れる電流を測定するのに用いることができる電子回路を含んでよい。計測器102は、本明細書に開示されているような液体試料中の分析物濃度を割り出す方法に関する一連の命令を含む信号プロセッサも含んでよい。1つの実施形態では、この分析物は血糖である。
図8Aは、テストストリップ120に印加される検査電圧の代表的なグラフである。液体試料をテストストリップ120に投入する前に、検査計測器102は、第2の作用電極214と参照電極210との間に約400ミリボルトの検査電圧を印加する液体検出モードにする。約400ミリボルトの第2の検査電圧も、第1の作用電極212と参照電極210との間に印加する。例示工程420では、tで液体試料をテストストリップ100に投入し、反応時間tにわたり、試薬層218と反応させる。テストストリップ120の反応領域での試料の存在は、第2の作用電極214を流れる電流を測定することにより決定される。反応時間tは、第2の作用電極214を流れる電流が所望の値、典型的には約150ナノアンペア(図示せず)に達したときに始まるものと定め、この時点では、約0ミリボルトの検査電圧が第2の作用電極214と参照電極210との間、及び第1の作用電極212と参照電極210との間に印加される。反応時間tは、典型的には測定開始後、すなわちt後約2秒〜約4秒であり、より典型的には測定開始後約3秒である。例示的工程430では、反応時間tの経過後、第1及び第2の検査電圧をテストストリップ120に、tにて、総検査時間tで印加する。簡潔化のために、図8Aは、テストストリップ120に印加される第1の検査電圧のみを示している。
図8Bは、図8Aの検査電圧がテストストリップ120に印加されたときに測定される過渡電流の例示的なグラフである。下記の例示的工程470で説明するように、過渡電流から得られる検査電流Iは、試料中の分析物濃度を一般的に示す。図7及び8Aを参照すると、例示的工程440では、第1及び第2の検査電圧をテストストリップ120に時間tで印加した後、第1の検査電流Iを時間tで、第2の検査電流Iを時間tで、第3の検査電流Iを時間tで、第4の検査電流Iを時間tで、第2の作用電極214にて測定する。例示的工程440では、第5の検査電流Iも時間tで第1の作用電極212にて測定する。テストストリップ120に印加される第1及び第2の検査電圧は一般に、約+100ミリボルト〜約+600ミリボルトである。電極がカーボンインクであり、伝達体がフィリシアニドである1つの実施形態では、検査電圧は約+400ミリボルトである。伝達体と電極材料とのその他の組み合わせでは、別の値の検査電圧が必要となる場合がある。電圧の持続時間は一般に、反応時間後約4〜約6秒であり、典型的には、反応時間後約5秒である。典型的には、時間tは、時間tに対して測定される。実際には、各検査電流Iは、ti+1(Iは1〜6の範囲)から始めて短い間隔で得られた一連の測定値、例えば、0.01秒間隔で得られた5回の測定値の平均値である。
図7を参照すると、例示的工程470では、ヘマトクリット値補正グルコース濃度は、上記の式1によって割り出してよい。
1つの実施形態では、第1の検査電流Iは、反応時間t後約3.37秒〜約3.39秒で測定してよく、第2の検査電流Iは、反応時間t後約3.46秒〜約3.48秒で測定してよく、第3の検査電流Iは、反応時間t後約3.54秒〜約3.56秒で測定してよく、第4の検査電流は、反応時間t後約4.05秒〜約4.07秒で測定してよく、第5の検査電流は、反応時間t後約4.08秒〜約4.10秒で測定してよい。
1つの実施形態では、aは、約31〜約33の第1のチューニングパラメーターであり、bは、約53〜約55の第2のチューニングパラメーターである。
例示的工程480では、続いてヘマトクリット補正値グルコース濃度を計測器102上で通知してよい。
実施例1:液体試料を試薬層と反応させる反応時間を取らない場合のヘマトクリット値補正グルコース濃度の測定。
グルコース濃度が異なり(すなわち、50mg/dL、240mg/dL、及び450mg/dLであり)、ヘマトクリット値が30〜55%の範囲である2118種類の全血試料を用いて、テストストリップのバッチを検査した。検査電流を第2の作用電極で0.99秒、1.99秒、2.44秒及び2.62秒にて、第1の作用電極で2.71秒にて測定した。上記のような各データポイントのヘマトクリット値補正グルコース濃度を方法300(すなわち、検査電圧の印加前に反応時間を取らない方法)によって割り出した。実験によって導き出した勾配値0.0136、及び切片値0.312と共に、実験によって導き出したチューニングパラメーターa(値10.05)及びb(値10.99)を式1で用いて、ヘマトクリット補正値グルコース濃度を割り出した。
グルコース濃度が3つの値(すなわち、50mg/dL、240mg/dL、及び450mg/dL)のうちの1つであり、ヘマトクリット値が30〜55%の範囲である2000種類超の全血試料(具体的には約2122種類の試料)の未補正グルコース濃度も割り出した。同じバッチのテストストリップを用いた。各試料の5秒時点の検査電流(以下「終止電流」という)を測定及び記録した。続いて、計測器に格納されている検量線テーブルから、未補正グルコース濃度を割り出した。検量線は、基準計器で測定した場合の既知のグルコース濃度の関数として終止電流をグラフ化することによって、終止電流データから生成してよい。
実施例2:液体試料を試薬層と反応時間にわたって反応させる場合のヘマトクリット値補正グルコース濃度の決定。
グルコース濃度が3つの値(すなわち、50mg/dL、240mg/dL、及び450mg/dL)のうちの1つであり、ヘマトクリット値が約30%〜約55%の範囲である約2150種類の全血試料によって、実施例1で用いたのと同じバッチのテストストリップを検査した。検査電流を第2の作用電極で約3.4秒、3.5秒、3.6秒及び4.1秒にて、第1の作用電極で4.1秒にて測定した。上記のような各データポイントのヘマトクリット値補正グルコース濃度を方法400(すなわち、検査電圧の印加前に反応時間を取る方法)によって割り出した。実験によって導き出した勾配値約0.0103、及び切片値約0.377と共に、実験によって導き出したチューニングパラメーターa(値約32.03)及びb(値約53.96)を式1で用いて、ヘマトクリット補正グルコース濃度を割り出した。
次に、実施例1及び2で説明した3つの方法(すなわち、終止電流、方法300及び方法400)によって割り出した各グルコース濃度のバイアス(グルコース測定値の相対誤差の推定値)を算出した。各グルコース濃度のバイアスは、下記の式によって割り出した。
Biasabs=Gcalculated−Greference(Greferenceがグルコース75mg/dL未満の場合)
Figure 2013524196
(Greferenceがグルコース75mg/dL以上の場合)
式中、Biasabsは絶対バイアスであり、Biasはバイアス率であり、Gcalculatedは、実施例1及び2で説明した3つの方法のうちの1つによって割り出したグルコース濃度であり、Greferenceは参照グルコース濃度である。
図9、10及び11は、バイアスのヘマトクリット値(%)に対するバイアスプロットを示す。図9は、終止電流を用いてグルコース濃度を割り出したデータのバイアスプロットを示す。図10は、方法300(すなわち、検査電圧の印加前に反応時間を取らない方法)によって割り出した場合のデータのバイアスプロットを示す。図11は、方法400(すなわち、検査電圧の印加前に反応時間を取る方法)によって割り出した場合のバイアスプロットを示す。
図9、10及び11のデータは、下記の表1に示されているように、ISO(国際標準化機構)の異なるバイアス基準の範囲内の低下率(%)として表すこともできる。
Figure 2013524196
表1のデータによって、方法300及び400を用いて、ヘマトクリット値の作用に対してデータを補正すると、各ISOバイアス基準内に含まれるデータの割合が上昇することが示されている。
結論として、本明細書に記載され示されるシステム及び方法を用いて、ヘマトクリット値補正されたグルコース濃度を決定することができる。したがって、代表的な当該システム及び方法で得られたグルコース値の結果は、より正確であると考えられる。
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よう。更に、上述の方法及び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、こうした工程のうちのあるものは、上述のように順次行われるが、場合に応じて並行したプロセスで同時に行われてもよい。したがって、開示の趣旨及び本発明の同等物の範囲内にある本発明の変形が存在する範囲では、本特許請求がこうした変形例をも包含することが意図されるところである。

Claims (25)

  1. テストストリップと、マイクロプロセッサを含む検査回路を有する計測器と、を有するシステムによって測定可能なグルコース濃度を割り出す方法であって、
    前記検査回路によって、参照電極と、テストストリップの試薬層でコーティングされている第2の作用電極との間に第1の検査電圧を印加すると共に、参照電極と、試薬層でコーティングされている第1の作用電極との間に第2の検査電圧を印加する工程と、
    血液試料を前記テストストリップに投入した後、第1の検査電流、第2の検査電流、第3の検査電流及び第4の検査電流を第2の作用電極で測定する工程と、
    第5の検査電流を第1の作用電極で測定する工程と、
    前記マイクロプロセッサで、第1、第2、第3、第4及び第5の検査電流に基づきグルコース濃度を割り出す工程と、
    前記グルコース濃度を通知する工程と、を含む、方法。
  2. 前記参照電極、前記第1の電極及び前記第2の電極が、単一の平面上に配置されている、請求項1に記載の方法。
  3. 測定開始後、約0.98〜約1.00秒で前記第1の検査電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  4. 測定開始後、約1.98〜約2.00秒で前記第2の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  5. 測定開始後、約2.43〜約2.45秒で前記第3の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  6. 測定開始後、約2.61〜約2.63秒で前記第4の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  7. 測定開始後、約2.70〜約2.72秒で前記第5の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  8. 反応時間後、約3.37〜約3.39秒で前記第1の検査電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  9. 反応時間後、約3.46〜約3.48秒で前記第2の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  10. 反応時間後、約3.54〜約3.56秒で前記第3の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  11. 反応時間後、約4.05〜約4.07秒で前記第4の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  12. 反応時間後、約4.08〜約4.10秒で前記第5の電流を測定する、請求項1に記載の方法。
  13. 前記グルコース濃度が、下記の式によって得られた値を含み、
    Figure 2013524196
    式中、
    Gがグルコース濃度であり、
    は第1の検査電流であり、
    は第2の検査電流であり、
    は第3の検査電流であり、
    が第4の検査電流であり、
    が第5の検査電流であり、
    aが第1のチューニングパラメーターであり、bが第2のチューニングパラメーターであり、
    interceptが、
    Figure 2013524196
    の参照グルコース濃度に対するプロットの線形回帰から割り出される切片値であり、
    slopeが、
    Figure 2013524196
    の参照グルコース濃度に対するプロットの線形回帰から割り出される勾配値である、請求項1に記載の方法。
  14. 前記第1のチューニングパラメーターが約9.9〜約10.2であり、前記第2のチューニングパラメーターが約10.8〜約11.2である、請求項13に記載の方法。
  15. テストストリップと計測器とを有するシステムによって測定可能なグルコース濃度を割り出す方法であって、
    参照電極と、試薬層でコーティングされている第2の作用電極との間に第1の検査電圧を印加すると共に、参照電極と、試薬層でコーティングされている第1の作用電極との間に第2の検査電圧を印加する工程と、
    グルコースを含む血液試料を前記テストストリップに投入した後、第1の検査電流、第2の検査電流、第3の検査電流及び第4の検査電流を第2の作用電極で測定する工程と、
    第5の検査電流を第1の作用電極で測定する工程と、
    第1、第2、第3、第4及び第5の検査電流から、下記の式によってグルコース濃度を割り出す工程と、を含み、
    Figure 2013524196
    式中、
    Gがグルコース濃度であり、
    は第1の検査電流であり、
    は第2の検査電流であり、
    は第3の検査電流であり、
    が第4の検査電流であり、
    が第5の検査電流であり、
    aが第1のチューニングパラメーターであり、bが第2のチューニングパラメーターである、方法。
  16. 前記第1のチューニングパラメーターが、約9.9〜約10.2であり、前記第2のチューニングパラメーターが、約10.8〜約11.2である、請求項15に記載の方法。
  17. テストストリップと計測器とを有するシステムによって測定可能なヘマトクリット値補正検査電流を割り出す方法であって、
    参照電極と、試薬層でコーティングされている第2の作用電極との間に第1の検査電圧を印加すると共に、参照電極と、試薬層でコーティングされている第1の作用電極との間に第2の検査電圧を印加する工程と、
    グルコースを含む血液試料を前記テストストリップに投入した後、第1の検査電流、第2の検査電流、第3の検査電流及び第4の検査電流を第2の作用電極で測定する工程と、
    第5の検査電流を第1の作用電極で測定する工程と、
    第1の検査電流の第2の検査電流に対する比を指数の数だけ掛け合わせ、その比に第5の検査電流を乗じることによって、ヘマトクリット値補正検査電流を割り出す工程で、前記指数が、第1のチューニングパラメーターと第2のチューニングパラメーターの関数である工程と、を含む、方法。
  18. 前記第1のチューニングパラメーターが約31〜約33であり、前記第2のチューニングパラメーターが約53〜約55であり、前記第1の検査電流が、測定開始後約0.9〜約1.0秒で測定した電流を含み、前記第2の電流が、測定開始後約1.1〜約2.0秒で測定した電流を含み、前記第3の電流が、測定開始後約2.4〜約2.5秒で測定した電流を含み、前記第4の電流が、測定開始後約2.61〜約2.63秒で測定した電流を含み、前記第5の電流が、測定開始後約2.70〜約2.72秒で測定した電流を含む、請求項17に記載の方法。
  19. 生理液を堆積させた後、ある期間にわたり検査電圧を印加せずに、検査電圧を印加する前に反応時間を取る、請求項17に記載の方法。
  20. 前記反応時間後約3.37〜約3.39秒で前記第1の検査電流を測定し、前記反応時間後約3.46〜約3.48秒で前記第2の電流を測定し、前記反応時間後約3.54〜約3.56秒で前記第3の電流を測定し、前記反応時間後約4.05〜約4.07秒で前記第4の電流を測定し、前記反応時間後約4.08〜約4.10秒で前記第5の電流を測定する、請求項19に記載の方法。
  21. 前記参照電極、前記第1の電極及び前記第2の電極が1つの平面上に配置されている、請求項20に記載の方法。
  22. ユーザーの生理液中のグルコース濃度を測定する分析物測定システムであって、
    参照電極と、第1の作用電極と、伝達体を有する試薬層でコーティングされている第2の作用電極と、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テストストリップと、
    生理液を電極に堆積させた後に、分析物計測器が検査電圧を印加し、前記分析物計測器によって検査電圧を印加した後に、第1、第2、第3、第4及び第5の別個の間隔における第1、第2、第3、第4及び第5の検査電流測定値からヘマトクリット値補正グルコース濃度を割り出すように構成されるように、テストストリップの接触パッドを受容するテストストリップポートと接続したマイクロプロセッサ及び検査回路を有する分析物計測器と、を含む、システム。
  23. ユーザーの生理液中のグルコース濃度を測定する分析物測定システムであって、
    参照電極と、第1の作用電極と、伝達体を有する試薬層でコーティングされている第2の作用電極と、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テストストリップと、
    生理液を電極に堆積させた後に、検査電圧を印加し、第1、第2、第3、第4及び第5の検査電流測定値からヘマトクリット値補正グルコース濃度を割り出し、複数の試料の少なくとも97%が、約±20%というISO(国際標準化機構)のバイアス基準の範囲内となり、複数の試料の少なくとも85%が、約±15%というISOバイアス基準の範囲内となり、試料の少なくとも69%が、約±10%というISOバイアス基準の範囲内となるように分析物計測器が構成されるように、テストストリップの接触パッドを受容するテストストリップポートと接続したマイクロプロセッサ及び検査回路を有する分析物計測器と、を含む、システム。
  24. 前記第1の検査電流が、測定開始後約0.98〜約1.00秒で測定した電流を含み、前記第2の電流が、測定開始後約1.09〜約2.00秒で測定した電流を含み、前記第3の電流が、測定開始後約2.43〜約2.45秒で測定した電流を含み、前記第4の電流が、測定開始後約2.61〜約2.63秒で測定した電流を含み、前記第5の電流が、測定開始後約2.70〜約2.72秒で測定した電流を含む、請求項22及び23のいずれか一項に記載のシステム。
  25. 反応時間後約3.37〜約3.39秒で前記第1の検査電流を測定し、反応時間後約3.46〜約3.48秒で前記第2の電流を測定し、反応時間後約3.54〜約3.56秒で前記第3の電流を測定し、反応時間後約4.05〜約4.07秒で前記第4の電流を測定し、反応時間後約4.08〜約4.10秒で前記第5の電流を測定する、請求項22及び23のいずれか一項に記載のシステム。
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