JP2013543116A - エラー検出を有するグルコースの電気化学的測定法 - Google Patents

Abstract

計測器とテストストリップとを有する検体測定システムを操作するシステム及び代表的方法が本明細書で説明及び例示される。本明細書に記載される該方法及びシステムは、テストストリップを構成する構造体及び材料並びに周囲温度の変化に起因する、検体の算出中の様々なエラーをトラップすることを可能にする。
【選択図】なし

Description

本出願は、パリ条約、米国特許法第１１９条、１２０条、又は３６５条の１つ以上の下、２０１０年９月２８日出願の「ＡＮＡＬＹＴＥ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＥＲＲＯＲ ＴＲＡＰＰＩＮＧ」と題された米国仮特許出願第６１／３８７，３６６号（代理人整理番号ＤＤＩ５２０３ＵＳＰＳＰ）への優先権を主張し、該特許出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

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）及び検体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検体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検体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に、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注意深く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。

出願者らは、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。上記の観点から及び一態様によると、テストストリップと計測器とを有するシステムでグルコース濃度を測定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。本方法は、テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間の化学反応を開始させる工程；第１及び第２の作用電極の一方の一次検査電流及び二次検査電流を測定する工程；一次検査電流と二次検査電流との差がゼロ未満かどうかを判定する工程；真と判定された場合には、複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出又は算出し、そうでなければエラーを戻す工程；により達成され得る。

更なる実施形態において、テストストリップと計測器とを有するシステムを用いたグルコース濃度を測定する方法。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。該方法は、テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間の化学反応を開始させる工程；血液試料をテストストリップに適用した後に複数の検査電流をサンプリングする工程；第２及び第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から電流比を決定する工程；及び、第２の作用電極と第１の作用電極との電流比がＫ未満かどうか質問し、真の場合、複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出又は算出し、そうでなければエラーを戻す工程；によって達成され得る。

別の実施形態において、テストストリップと計測器とを有するシステムでグルコース濃度を判定する方法。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。該方法は、テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間の化学反応を開始させる工程；第１及び第２の作用電極の一方の一次検査電流及び二次検査電流を測定する工程；一次検査電流と二次検査電流との差がゼロ未満かどうかを判定する工程；第２及び第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から電流比を決定する工程；第２及び第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から得た電流比がＫより大きいかどうかを評価する工程；及び、判定ステップ又は評価ステップの一方又は両方が真である場合にはエラーを戻し、そうでなければ複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出又は算出する工程；によって達成され得る。

これら及び他の実施形態、特徴並びに利点は、以下に述べる本発明の代表的実施形態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。

検体濃度を測定するシステムの代表的な実施形態の平面図。 図１Ａの検体測定装置内に配置されている代表的な回路基板の電気的構成要素を示す図。 代表的な実施形態のテストストリップの透視分解図。 図２に示される代表的な実施形態のテストストリップの平面図。 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に示される計測器に関する代表的な実施形態の概略的機能要素を示す図。 代表的な実施形態の、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。 代表的な実施形態の、図５Ａの検査電圧がテストストリップに印加されたときに生成される検査電流を示すグラフ。 テストストリップの電流トランジェント（current transient）が不適切な減衰を受け（図５Ｂの電流トランジェントと比較した場合）、それによって誤ったグルコース濃度を引き起こす可能性がある状態を示す図。 テストストリップの電流トランジェントが不適切な初期ピークを受け（図５Ｂの電流トランジェントと比較した場合）、それによって誤ったグルコース濃度を引き起こす可能性がある状態を示す図。 第１の作用電極及び第２の作用電極のそれぞれの電流トランジェントが、グルコース測定試験の期間を通して適切な比を維持しない状態を示す図。 図６Ａ及び図６Ｂに例示されたエラーをトラップし、誤ったグルコース読取りの提供を防止する技術を示す図。 図６Ｃに例示されたエラーをトラップし、誤ったグルコース読取りの提供を防止する技術を示す図。 図７Ａ及び図７Ｂの技術を組み合わせた方法を示す図。

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。

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」という用語は、構成要素の部分又は構成要素の集合が、本明細書で述べるその所望の目的に沿って機能することを可能とするような適切な寸法の許容誤差を示すものである。更に、本明細書で用いる「患者」、「ホスト」、「ユーザー」、及び「被験者」という用語は任意のヒト又は動物患者を指し、システム又は方法をヒトにおける使用に限定することを目的としたものではないが、ヒト患者における本発明の使用は好ましい実施形態を代表するものである。

図１Ａは、検体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（２００）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（２００）の近位部分をストリップポート１１０に挿入できる。ディスプレイ１０４は、検体濃度、例えばグルコース濃度を知らせることができ、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ることができる。本明細書で使用する場合、「知らせる」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（２００）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に動作可能に接続される。その他データ管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、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、検体濃度を表す値、又はその人の日常の生活習慣に関連した情報と共に、検体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検体の濃度値に組み合わされて、即ちこれと「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分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印加することを指し得る。電流機能とは、試験ストリップ１２０（２００）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分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。別の実施形態において、電子構成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を受容でき、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（２００）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（２００）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（２００）は、図２に示すように遠位部２０３及び近位部２０４を有する。

テストストリップ１２０（２００）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（２００）の近位端に入口を備えてよい。以下で述べるように、排出口、つまり空気排気口が親水層２７０に備えられる。検体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。試料収容室２９２の底部即ち「床」となる部分には、基板２０５、導電層２５０、及び絶縁層２１６の一部分を含んでよい。試料収容チャンバ２９２の上部即ち「天井」となる部分には、遠位側親水性部分２８２を含んでよい。

図２に示すように、テストストリップ１２０（２００）において、基板２０５は、後に貼合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トラフタレート（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及び３７０ミリメートル幅の、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供給され、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（商品名）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種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、カーボンインク中に好適な比のカーボンブラック：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（２００）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与える。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与える。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与える。

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の一部分を露出する開口部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の面積は、液体試料に曝露される面積として画定することができる。電極面積の画定に加え、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面積に正比例するため、作用電極の機能面積を正しく画定すべきであると考えられる。一例として、絶縁層２１６は、Ｅｒｃｏｎ，Ｉｎｃ．から購入可能なＥｒｃｏｎ Ｅ６１１０−１１６ Ｊｅｔ Ｂｌａｃｋ Ｉｎｓｕｌａｙｅｒ（商標）インクであってもよい。テストストリップはこの時点でプラズマ処理されてもよい。このプラズマは、高圧ＡＣによって、室温及び大気圧で発生される。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空気流中で下流に押し流して、基板に衝突させる。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の一部分の上に配置されている。一実施形態では、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、及び当該検体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測定する場合、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、クエン酸三ナトリウム、クエン酸、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、カーボジル、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代表的な調節物質としては、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、そのプロセス中で、グルコース濃度値に比例する量の還元された媒介物質（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検体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。

一実施形態では、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（２００）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、方形開口部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の堆積後の、テストストリップ１２０（２００）の上に配置してよい。接着層２６０の一部分は、試薬層２１８に直隣接するか、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の一部分の上に配される。接着層２６０は、親水層２７０をテストストリップ１２０（２００）に結合させる。

図２に示すように、親水層２７０は、遠位側親水性部分２７２及び近位側親水性部分２７４を備えてよい。間隙２７６は、遠位側親水性部分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、空気用の側部排気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種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（２００）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上に配置されると共に親水層２７０に接着される。最上層２８０は、その一方の面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、遠位側親水性部分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２８４（２３８）は使用者が、例えば、試料収容チャンバ２９２内の血液などの着色した液体と、不透明部分２８４とを高いコントラストで観察する助けとなる。

代表的実施形態において、グルコースの測定は、フラボ酵素グルコースオキシダーゼによる特異的酸化に基づく。グルコース・テスト・ストリップで生じ得るこの反応は、以下の式Ａ及びＢ（２）にまとめられる。

Ｄ−グルコース＋ＧＯ（ｏｘ）→グルコン酸＋ＧＯ（ｒｅｄ） （Ａ）
ＧＯ（ｒｅｄ）＋２Ｆｅ（ＣＮ）６３−→ＧＯ（ｏｘ）＋２Ｆｅ（ＣＮ）６４−（Ｂ）

式Ａに示されるように、グルコースは、グルコースオキシダーゼの酸化型（ＧＯ（ｏｘ））によって、化学的に形質転換又は酸化される。ＧＯ（ｏｘ）は「酸化型酵素」とも呼ばれることに留意すべきである。式Ａの化学反応の間、酸化型酵素ＧＯ（ｏｘ）は、ＧＯ（ｒｅｄ）で表わされるその還元状態（即ち、「還元酵素」）に化学的に形質転換又は変換される。次に、この還元型酵素ＧＯ（ｒｅｄ）は、式Ｂに示されるようにＦｅ（ＣＮ）６３−（酸化された媒介物又はフェリシアニドと呼ばれる）との反応により再度形質転換又は再酸化されてＧＯ（ｏｘ）に戻る。ＧＯ（ｒｅｄ）が酸化状態ＧＯ（ｏｘ）に戻る間、Ｆｅ（ＣＮ）６３−は還元されてＦｅ（ＣＮ）６４−（還元された媒介物質又はフェロシアニドと呼ばれる）となる。

２本の電極の間に試験電位を印加して上記説明した反応が行われると、電極表面で還元された媒介物質が電気化学的に再酸化することにより検査電流が生成される可能性がある。従って、理想的な環境では、上記の化学反応時に生成されるフェロシアニドの量は、電極間に配置された試料中のグルコースの量と正比例するため、生成された検査電流は、試料のグルコース含有量と比例することになる。フェリシアニドなどの媒介物質とは、グルコースオキシダーゼなどの酵素から電子を受けた後、この電子を電極に渡す化合物である。試料中のグルコース濃度が増加すると、生成される還元された媒介物質の量も増加することから、グルコース濃度と還元された媒介物質の再酸化により発生する検査電流との間には直接の因果関係がある。特に、電気的境界面（electrical interface）を横断する電子の移動が、検査電流の流れとなる（１モルのグルコースが酸化されるごとに２モルの電子が移動する）。したがって、グルコースの導入により生じた検査電流を、グルコース電流トランジェント（glucose current transient）又は経時的にサンプリングされた電流値の総和と呼ぶことがある。

図４は、テストストリップ１２０（２００）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Ｖ_ＷＥ２を印加できる。検査電圧Ｖ_ＷＥ２を受けて、続いて計測器１０２は、第２の作用電極で検査電流Ｉ_ＷＥ２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Ｖ_ＷＥ１を印加する。検査電圧Ｖ_ＷＥ１を受けて、続いて計測器１０２は、検査電流Ｉ_ＷＥ１を測定できる。ある実施形態では、検査電圧Ｖ_ＷＥ２及び第２の検査電圧Ｖ_ＷＥ１は、ほぼ等しくてよい。

図５Ａは、テストストリップ１２０（２００）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（２００）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_０の生理液検出前、液体検出時間間隔ｔ_ＦＤ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（２００）に投入された時点を検査計測器１２０（１０２）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（１０２）が認識すると、検査計測器１２０（１０２）は、時間ｔ_０の０秒マーカーを割り当て、検査時間間隔ｔ_Ｔを開始させる。検査時間間隔ｔ_Ｔが完了すると、検査電圧を除去する。簡潔化のため、図５Ａは、テストストリップ１２０（２００）に印加される第１の検査電圧のみを示している。

図５Ｂは、図５Ａの検査電圧がテストストリップ１２０（２００）に印加されたときに測定される電流トランジェント（即ち、時間の関数として、ナノアンペアで測定された電流応答）の代表的なグラフである。下記の例示的工程３７０（３４０）で説明するように、電流トランジェントから得られる検査電流Ｉ_ｉは、試料中の検体濃度を一般的に示す。図５及び５Ａ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、時間ｔ_０において、第１の作用電極２１２と参照電極２１０との間に第２の検査電圧を印加する。例示的工程３４０では、それぞれ、第１の検査電流Ｉ_１を時間ｔ_２で、第２の検査電流Ｉ_２を時間ｔ_３で、第３の検査電流Ｉ_３を時間ｔ_４で、第４の検査電流Ｉ_４を時間ｔ_５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（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_５も時間ｔ_６で第１の作用電極２１２にて測定する。テストストリップ１２０（２００）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、伝達体がフェリシアニドである一実施形態では、検査電圧は約＋４００ミリボルトである。その他の調節物質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、反応期間後約２〜約４秒であり、代表的には、反応期間後約３秒である。典型的には、時間ｔ_ｉは、時間ｔ_０に対して測定される。実際には、各検査電流Ｉ_ｉは、ｔ_ｉ＋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。

ヘマトクリット補正されたグルコース濃度は、図５Ｂに示されるもののような電流トランジェントのサンプリングを併用して測定することができる。グルコース濃度の測定は、以下により達成され得る。

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、
Ｉ_１は第１の検査電流であり、
Ｉ_２は第２の検査電流であり、
Ｉ_３は第３の検査電流であり、
Ｉ_４は第２の検査電流であり、
Ｉ_５は第３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であり、
切片は、

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決定される切片値であり、
勾配は、

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決定される勾配値である。

図５Ｂに示される一実施形態では、第１の検査電流Ｉ_１は、時間ｔ_０後約０．９８秒〜約１．００秒で測定され得、第２の検査電流Ｉ_２は、時間ｔ_０後約１．９８秒〜約２．００秒で測定され得、第３の検査電流Ｉ_３は、時間ｔ_０後約２．４３秒〜約２．４５秒で測定され得、第４の検査電流は、時間ｔ_０後約２．６１秒〜約２．６３秒で測定され得、第５の検査電流は、時間ｔ_０後約２．７０秒〜約２．７２秒で測定され得る。一実施形態では、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である。この技術の更なる詳細は、２０１０年３月３１日出願の関連米国仮特許出願シリアル番号６１／３１９４７０号（代理人整理番号ＤＤＩ−５１９９）に示されかつ記載されており、該特許出願は、その写しが本出願の付属書類として添付され、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

上記の技術は、トランジェント全体に渡るおよそ５つの別個のサンプルポイントを用いるので、この技術の感度を踏まえて、非常に高い又は低い結果をもたらす可能性のある波形を除去するための特定の検査が必要である。こうしたエラーの一般的な原因は様々であるが、特に代表的な実施形態が作用電極によって供給された電流トランジェントをサンプリングするトランジェント領域において、トランジェントの形状を変化させる可能性のあるあらゆる要因と関係があると考えられている。トランジェント形状に影響を与える可能性がある現象の例は、酵素パッドの厚み、フェロシアニド不純物、剥離酵素、部分的充填、及び高温又は低温である。その結果、以下に記載されるように、異常結果を除去するための付加的な検査が開発された。

場合によっては、テストストリップ１２０（２００）に試験電位を印加すると、図６Ａ及び図６Ｂに示されるような異常な電流トランジェントが得られる。即時減衰によりピークを有さない（図６Ａ）か又は初期ピークを有する（図６Ｂ）、こうした異常な電流トランジェントは、試薬層２１８の不十分な厚さ及び／又は試料収容チャンバ２９２における血液の部分的充填に起因すると考えられる。「正常な」電流トランジェントは、図５Ｂと同様に、約０秒から約１秒の間に電流の正の変化率を示すべきである。

図６Ａ及び図６Ｂの状況に対処するために、本出願人らは、代表的システムでグルコース濃度を測定する間のエラーをトラップするための、図７Ａに示される方法を発見した。本方法は、ステップ３００における、テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間で化学反応を開始させる工程と；ステップ３１０における、血液試料をテストストリップに適用した後に複数の検査電流をサンプリングする工程と；ステップ３２０にける、第１及び第２の作用電極の一方の一次検査電流及び二次検査電流を測定する工程と；ステップ３３０における、一次検査電流と二次検査電流との差がゼロ未満かどうかを判定する工程と；ステップ３３０で真と判定された場合には、次にステップ３４０において、複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出又は算出し、そうでなければ、ステップ３５０において、システムのメモリに保存されるか又はユーザーに表示されることができるエラーを戻す工程と；グルコース値の測定を終了する工程と、を含む。この場合のエラーは、サンプリングされた電流トランジェントの傾斜度エラー（gradient error）であると考えられる。この技術において、一次検査電流は、サンプリングステップのほぼ開始時（好ましくは時間ｔ_０である）にサンプリングされた電流Ｉ_ａを含み得る。二次検査電流は、サンプリングステップの開始後（好ましくは時間ｔ_０である）約０．８秒の時点でサンプリングした電流Ｉ_ｂを含み得る。

グルコース濃度の導出又は算出ステップは、２０１０年３月３１日出願の米国仮特許出願シリアル番号第６１／３１９４７０号（代理人整理番号ＤＤＩ−５１９９）に示されかつ記載されているように、上記式（１）を利用することができ、該特許出願は、その写しが本出願の付属書類として添付され、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

場合によっては、テストストリップ１２０（２００）に試験電位を印加すると、図６Ｃに示されるように、それぞれの作用電極の異常な電流トランジェントも得られる。この例では、第１の作用電極２１２及び第２の作用電極２１４の電流トランジェントは、初期の時点で分散するが、後の時間帯において収束する。この種の異常な電流トランジェントは、厚さが不規則な試薬層２１８、フェロシアニド媒介物質中の不純物、及び／又は試料収容チャンバ２９２における血液の部分的充填に起因すると考えられている。両方の作用電極における正常な電流トランジェントは、約１．０〜約１．４という、第２の作用電極と第１の作用電極との約１秒の時点での電流比Ｒを呈するべきである。かかるエラーの考えられる原因は、各電極における拡散速度の違いであると考えられている。これは、酵素の堆積が不均一である、又は一方の電極における反応を他方よりも早くする又は遅くすることになるストリップの凹凸に起因し得る。比Ｒは次のように表わすことができる。

式中Ｉ_{ＷＥ２＠ｔｎ}＝第２の作用電極で時間ｔｎにサンプリングした電流、
Ｉ_{ＷＥ１＠ｔｎ}＝第２（second）の作用電極で時間ｔｎにサンプリングした電流、
ｔｎ〜１．１秒、好ましくは１．１２秒、及び
Ｋ〜本明細書の特定の実施形態では１〜２、好ましくは１．４である。

図６Ｃの状況に対処するために、本出願人らは、代表的システムでグルコース濃度を測定する間のエラーをトラップするための、図７Ｂに示される別の方法を発見した。該方法は、ステップ４００における、テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間で化学反応を開始させる工程と；ステップ４１０における、血液試料をテストストリップに適用した後に複数の検査電流をサンプリングする工程と；ステップ４２０における、第２及び第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から電流比を決定する工程と；ステップ４３０における、第２の作用電極と第１の作用電極との電流比がＫ未満かどうか質問し、真の場合、ステップ４４０において、複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出又は算出し、そうでなければ、ステップ４５０において、システムのメモリに保存されるか又はユーザーに表示されることができるエラーを戻す工程と；グルコース値の測定を終了する工程と、を含む。

前述のように、グルコース濃度の導出又は算出ステップは、２０１０年３月３１日出願の米国仮特許出願シリアル番号第６１／３１９４７０号（代理人整理番号ＤＤＩ−５１９９）に示されかつ記載されているように、上記式（１）を利用することができ、該特許出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

図７Ａ及び図７Ｂに例示的に図示された技術の両方は、組み合わされて、図７Ｃに例示的に示される単一のエラートラッピング方法とすることができる。この組み合わせ法は、ステップ５００における、テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間で化学反応を開始させる工程と；ステップ５１０における、血液試料をテストストリップに適用した後に複数の検査電流をサンプリングする工程と；ステップ５２０における、第１及び第２の作用電極の一方の一次検査電流及び二次検査電流を測定する工程と；ステップ５３０における、第２及び第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から電流比を決定する工程と；ステップ５４０における、一次検査電流と二次検査電流との差がゼロ未満かどうかを判定する工程と；ステップ５５０における、第２及び第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から得た電流比がＫより大きいかどうかを評価する工程と；判定ステップ５４０又は評価ステップ５５０の一方又は両方が真である場合にはエラーを戻し、そうでなければ、ステップ５６０において、複数のサンプリング又は測定検査電流に基づいてグルコース濃度を導出又は算出する工程と、によって実施され得る。

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、開示の趣旨及び請求項に見出される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 (17)

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を用いてグルコース濃度を測定する方法であって、
   前記テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び前記参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間の化学反応を開始させる工程と、
   前記第１及び前記第２の作用電極の一方の一次検査電流及び二次検査電流を測定する工程と、
   前記一次検査電流と前記二次検査電流との差がゼロ未満かどうかを判定する工程と、
   真と判定された場合には、前記の複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出し、真でない場合にはエラーを戻す工程と、を含む方法。
2. 前記一次検査電流が、サンプリングステップのほぼ開始時にサンプリングされた電流を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記二次検査電流が、前記サンプリングステップの開始後約０．８秒でサンプリングされた電流を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２及び前記第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から電流比を決定する工程と、
   前記第２の作用電極と前記第１の作用電極との前記電流比が約Ｋより大きい場合には、導出ステップを飛び越えて進む工程と、を更に含む、請求項１に記載の方法。
5. Ｋが約１〜約２の定数を有する、請求項４に記載の方法。
6. Ｋが約１．４の定数を有する、請求項４に記載の方法。
7. 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を用いてグルコース濃度を測定する方法であって、
   前記テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び前記参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間の化学反応を開始させる工程と、
   血液試料を前記テストストリップに適用した後に、複数の検査電流をサンプリングする工程と、
   前記第２及び前記第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から電流比を決定する工程と、
   前記第２の作用電極と前記第１の作用電極との電流比がＫ未満であるかどうか質問し、真である場合、前記複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出し、真でない場合には、エラーを戻す工程と、を含む方法。
8. 前記第１及び前記第２の作用電極の一方の一次検査電流及び二次検査電流を測定する工程と、
   前記一次検査電流と前記二次検査電流との差が約ゼロ未満かどうかを判定する工程と、
   真と判定された場合には、導出ステップを終了させる工程と、を更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 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を用いてグルコース濃度を測定する方法であって、
   前記テストストリップの参照電極と試薬層でコーティングされた第２の作用電極との間、及び前記参照電極と試薬層でコーティングされた第１の作用電極との間の化学反応を開始させる工程と、
   前記第１及び前記第２の作用電極の一方の一次検査電流及び二次検査電流を測定する工程と、
   前記一次検査電流と前記二次検査電流との差がゼロ未満かどうかを判定する工程と、
   前記第２及び前記第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から電流比を決定する工程と、
   前記第２及び前記第１の作用電極のそれぞれからサンプリングしたそれぞれの三次検査電流から得た電流比が、約Ｋより大きいかどうか評価する工程と、
   前記判定する工程又は前記評価する工程の一方又は両方が真である場合にはエラーを戻し、真でない場合には、前記複数の検査電流に基づいてグルコース濃度を導出する工程と、を含む方法。
10. 前記複数の測定された又はサンプリングされた検査電流が、第１、第２、第３、第４、及び第５の検査電流を有し、Ｋが約１．０〜約１．４の値を有する、請求項１、７、又は９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第１の検査電流が、前記測定の開始後約０．９８〜約１．００秒で測定された検査電流を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の電流が、前記測定の開始後約１．９８〜約２．００秒で測定された検査電流を有する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記第３の電流が、前記測定の開始後約２．４３〜約２．４５秒で測定された検査電流を含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記第４の電流が、前記測定の開始後約２．６１〜約２．６３秒で測定された検査電流を含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記第５の電流が、前記測定の開始後約２．７０〜約２．７２秒で測定された検査電流を含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記導出する工程が、次の形の式を用いてグルコース濃度を表す値を算出する工程を含む：
    

    

    （式中、
    Ｇはグルコース濃度を意味し、
    Ｉ_１は前記第１の検査電流を意味し、
    Ｉ_２は前記第２の検査電流を意味し、
    Ｉ_３は前記第３の検査電流を意味し、
    Ｉ_４は前記第４の検査電流を意味し、
    Ｉ_５は前記第５の検査電流を意味し、
    ａは第１のチューニングパラメータを意味し、ｂは第２のチューニングパラメータを意味し、
    切片は、
    

    

    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決定される切片値を有し、
    勾配は、
    

    

    の前記参照グルコース濃度に対するプロットの線形回帰から決定される勾配値を有する）、請求項１０に記載の方法。
17. 第１のチューニングパラメータが約９．９〜約１０．２の値を有し、第２のチューニングパラメータが約１０．８〜約１１．２の値を有する、請求項１６に記載の方法。

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