JP2019500610A - 電極電圧検知接続部を有する電気化学式分析試験ストリップ及び同ストリップと共に使用するための手持ち式検査計 - Google Patents

電極電圧検知接続部を有する電気化学式分析試験ストリップ及び同ストリップと共に使用するための手持ち式検査計 Download PDF

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Abstract

体液試料中の検体の判定において、電気化学式分析試験ストリップと共に使用するための手持ち式検査計は、ハウジングと、ハウジング内に少なくとも部分的に配設され、電気化学式分析試験ストリップを受容するように構成された、ストリップ口接続部と、ハウジング内に配設され、マイクロコントローラコマンド信号を発生させるように構成された、マイクロコントローラと、ハウジング内に配設され、マイクロコントローラコマンド信号に基づいて、バイアス駆動信号を発生させるように構成された、電極バイアス駆動回路ブロックと、ハウジング内に配設され、少なくとも1つの検知された電極電圧を受信し、検知された電極電圧に基づいて、電極バイアス駆動回路ブロックからのバイアス駆動信号を調節して、調節されたバイアス駆動信号を生成するように構成された、動的バイアス駆動調節回路ブロックと、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、全般的には、医療用装置に関し、特に、医療用装置と共に使用するための電気化学式分析試験ストリップ及び手持ち式検査計に関する。
流体試料中の検体の判定(例えば、検出及び/又は濃度測定)又は流体試料の特性の提要は、医療分野において特に関心が持たれている。例えば、体液(例えば、尿、血液、血漿、又は間質液)の試料中のグルコース、ケトン体、コレステロール、リポタンパク質、トリグリセリド、アセトアミノフェン、ヘマトクリット、及び/又はHbA1c濃度を測定することが所望され得る。こうした判定は、例えば、視覚的、測光的、又は電気化学的技法に基づいた分析試験ストリップを、手持ち式検査計と共に使用することで遂行することができる。従来の電気化学式分析試験ストリップは、例えば、いずれも全体が参照により本明細書に援用されている米国特許第5,708,247号及び米国特許第6,284,125号に記載されている。
添付の図面は、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成するものであるが、本発明の現時点で好ましい実施形態を例示し、前述の概要及び後述の詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明する役割を果たすものである。
本発明の実施形態による電気化学式分析試験ストリップの簡易分解斜視図である。 酵素試薬層の場所が破線で示されている、図1の電気化学式分析試験ストリップのパターン化導体層及び基材層の簡易平面図である。 本発明の実施形態による、手持ち式検査計の簡易平面図である。 図4の手持ち式検査計の簡易ブロック図である。 本発明の実施形態で利用可能な、単一の作用電極(WE)及び基準電極(REF)対のための自動バイアス駆動調節回路ブロックの簡易概略図である。
以下の詳細な説明は、図面を参照しながら読まれるべきものであり、異なる図面における同様の要素には同一の番号が付けられている。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、単に説明の目的のために例示的な実施形態を図示するものであり、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。詳細な説明は、本発明の原理を限定ではなく一例として例証するものである。この説明により、当業者による本発明を実施すること及び使用することが明確に可能になり、本発明を実施する最良の形態であると現時点において考えられるものを含む、本発明のいくつかの実施形態、適用例、変形例、代替例、及び使用が説明される。
本明細書で使用する場合、任意の数値又は数値の範囲についての「約」又は「およそ」という用語は、構成要素又は構成要素の集合が、本明細書で述べる意図された目的に沿って機能することを可能とするような好適な許容範囲を示すものである。
体液試料(例えば、全血試料)中の検体(例えば、グルコース)の判定において手持ち式検査計と共に使用するための電気化学式分析試験ストリップは、電気絶縁性ベース層と、電気絶縁性ベース層上に配設されたパターン化導電層と、酵素試薬層と、パターン化スペーサ層と、最上層と、を備える。パターン化導電層は、少なくとも1つの電極(例えば、2つの電極、つまり、作用電極及び基準電極)と、少なくとも1つの電極における電圧を検知するように構成された少なくとも1つの電極電圧検知接続部(例えば、作用電極電圧検知接続部及び基準電極電圧検知接続部)と、少なくとも1つの電極トラックと、少なくとも1つの電極電圧検知接続トラックと、を含む。更に、電極電圧検知接続部は、少なくとも1つの電極電圧検知接続部を介して、関連する手持ち式検査計に対する検知された電極電圧の動作可能な通信のために構成される。
本発明の実施形態による電気化学式分析試験ストリップは、電極電圧検知接続部及び電極電圧検知接続トラックを、(本明細書に記載の)関連する手持ち式検査計によって用いて、電気化学式分析試験ストリップに対する有害な(複数の)電圧降下を測定することができるという点において有益である。その後、このような測定された(複数の)電圧降下を手持ち式検査計が用いて、電気化学式分析試験ストリップに印加された(複数の)電圧バイアス駆動を手持ち式検査計によって自動的に(例えば、動的に)調節することができる。このような自動調節の結果、有益なことに、本発明の電気化学式分析試験ストリップ及び手持ち式検査計の実施形態を正確に使用するために、電極トラックの抵抗及び寸法公差がさほど重要ではなくなる。
図1は、本発明の実施形態による電気化学式分析試験ストリップ10の簡易分解斜視図である。図2は、酵素試薬層の場所が破線で示されている、電気化学式分析試験ストリップ10のパターン化導体層及び基材層の簡易平面図である。図3は、本発明の実施形態による手持ち式検査計100の簡易平面図である。図4は、手持ち式検査計100の簡易ブロック図である。図5は、本発明の手持ち式検査計の実施形態で用いられることが可能な、単一の作用電極(WE)及び基準電極(REF)対のための電極バイアス調節回路ブロックの簡易概略図である。
図1及び図2を参照して、体液試料(例えば、全血試料)中の検体(例えば、グルコース)の判定のための電気化学式分析試験ストリップ10は、電気絶縁性ベース層12と、パターン化導電層14と、内部を通る開口部17を有するパターン化絶縁層16と、酵素試薬層18と、パターン化スペーサ層20と、部分24a、24bを有する、親水性副層22及び上面テープ24からなる最上層と、を備える。
図1及び図2の実施形態では、少なくともパターン化スペーサ層及び最上層は、電気化学式分析試験ストリップ10内の試料受容チャンバ25を画定する。
電気化学式分析試験ストリップ10は、体液試料中の検体の判定において、手持ち式検査計(例えば、本明細書に記載の、本発明の実施形態による、手持ち式検査計)と共に使用するために構成されている。例えば、図3、図4、及び図5に関して記載された手持ち式検査計を参照。
電気絶縁性ベース層12は、例えば、ナイロンベース層、ポリカーボネートベース層、ポリイミドベース層、ポリ塩化ビニルベース層、ポリエチレンベース層、ポリプロピレンベース層、グリコール変性ポリエステル(PETG)ベース層、又はポリエステルベース層などの、当業者に既知の任意の好適な電気絶縁性ベース層とすることができる。電気絶縁性ベース層は、例えば、約5mmの幅寸法、約27mmの長さ寸法、及び約0.5mmの厚さ寸法を含む、任意の好適な寸法を有することができる。
電気絶縁性ベース層12は、取り扱いを容易にするための構造を電気化学式分析試験ストリップ10に与えると共に、後に形成される層(例えば、パターン化導電体層、及び本明細書に記載され、本発明による、酵素試薬層のインクジェット印刷又はスクリーン印刷により形成された酵素試薬)を適用(例えば、印刷又は堆積)するためのベースとしての役割を果たす。
パターン化導電層14は、電気絶縁性ベース層12の上に配設され、第1の電極14aと、第2の電極14bと、第3の電極14cと、を含む。第1の電極14a、第2の電極14b、及び第3の電極14cは、それぞれ、例えば、対向/基準電極、第1の作用電極及び第2の作用電極として構成されてもよい。したがって、第2及び第3の電極は、本明細書においては作用電極14b及び14cとも呼ばれ、第1の電極は、対向電極14aとも呼ばれる。単なる説明の目的のために、電気化学式分析試験ストリップ10は、合計で3個の電極を含むものとして図示されているが、本発明の実施形態を含む電気化学式分析試験ストリップの実施形態は、任意の好適な数の電極を含むことができる。
パターン化導電層14はまた、それぞれ、対向/基準電極、第1の作用電極、及び第2の作用電極において電極電圧を検知するように構成された、第1の電極電圧検知接続部14dと、第2の電極電圧検知接続部14eと、第3の電極電圧検知接続部14fと、を含む。
パターン化導電層14はまた、手持ち式検査計に対する第2の電極電圧の動作可能な通信のために構成された複数の電極接続トラック14gを含む。
パターン化導電層14は、例えば、カーボンインクを含む導電性炭素系材料を含む任意の好適な導電性材料で形成することができる。本発明の実施形態による電気化学式分析試験ストリップに用いられるパターン化導電性層は、任意の好適な形状とすることができ、例えば、金属材料及び導電性炭素材料などの任意の好適な材料で形成することができることに留意されたい。
図1及び図2を参照すると、第1の電極14a、第2の電極14b、及び第3の電極14c、並びに酵素試薬層18は、電気化学式分析試験ストリップ10が、試料受容チャンバ25を充填した体液試料(例えば、全血試料など)中の検体(例えば、グルコースなど)を電気化学的に判定するように構成されるように配設されている。
酵素試薬層18は、パターン化導電体層14の少なくとも一部の上に配設されている(酵素試薬層18の配設が破線で示される図2を参照)。いったん本開示を知らされた当業者は、様々な好適な酵素試薬が当業者に既知であることを認識するだろう。試薬層全般及び電気化学式分析試験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号及び同第6,733,655号に記載されており、これらの内容全体が参照により本明細書に援用されている。
図1及び図2を参照すると、パターン化絶縁層16は、市販のスクリーン印刷可能な誘電性インクなどの任意の好適な電気絶縁性の誘電材料で形成することができる。
パターン化スペーサ層20は、例えば、Apollo Adhesives(Tamworth,Staffordshire,UK)から市販されているスクリーン印刷可能な感圧接着剤から形成することができる。図1及び2の実施形態では、パターン化スペーサ層20が、試料受容チャンバ25の外壁を画定している。パターン化スペーサ層20は、例えば、およそ110マイクロメートルの厚さを有してもよく、非導電性であってもよく、上面と下面にアクリル系感圧性接着剤を有するポリエステル材料で形成してもよい。
最上層24は、例えば、流体試料(例えば、全血試料)による電気化学式分析試験ストリップ10の濡れ及び充填を促進する親水性を有する透明フィルムであってもよい。かかる透明フィルムは、例えば、3M(Minneapolis,Minnesota,U.S.A.)及びCoveme(San Lazzaro di Savena,Italy)から市販されている。最上層24は、例えば、10度未満の親水性接触角をもたらす界面活性剤でコーティングされたポリエステルフィルムであってもよい。最上層24はまた、界面活性剤でコーティングされるか、又は他の表面処理を施されたポリプロピレンフィルムであってもよい。そのような状況では、界面活性剤コーティングは、親水性副層22としての役割を果たす。最上層24は、厚さを、例えば、およそ100μmとすることができる。
電気化学式分析試験ストリップ10は、例えば、図1に図示された層を順次位置合わせして成形することにより製造できる。そのような順次位置合わせして成形することを実行する際には、例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フォトリソグラフィ、グラビア印刷、化学蒸着、及びテープ積層法などをはじめとする、当業者に既知の任意の好適な技法を使用できる。しかしながら、本発明の実施形態による酵素試薬は、比較的低コストの印刷技法、及びそれ以外の従来のインクジェット印刷技法及びスクリーン印刷技法に好適な水性組成物として調合できるという点で、特に有益である。
電気化学式分析試験ストリップ10は、(電極関連電極電圧検知接続部14d、14e、14f、関連する電極接続トラック14g、及び関連する手持ち式検査計を使用して、)種々の電極電圧を検知することができるように構成されている。電極自体で検知された電圧を使用して、有害な電圧降下を測定し、関連する手持ち式検査計からのバイアス駆動を増加させて、有害な電圧降下を補償することができる。これは、例えば、閉ループ誤差増幅回路(又は本明細書の他の箇所に記載のもの)を動的に使用すれば実行できる。
本発明の実施形態による、体液試料中の検体の判定において、電気化学式分析試験ストリップと共に使用するための手持ち式検査計は、ハウジングと、ハウジング内に少なくとも部分的に配設され、電気化学式分析試験ストリップを受容するように構成された、ストリップ口接続部と、ハウジング内に配設され、マイクロコントローラコマンド信号を発生させるように構成された、マイクロコントローラと、ハウジング内に配設され、マイクロコントローラコマンド信号に基づいて、バイアス駆動信号を発生させるように構成された、電極バイアス駆動回路ブロックと、ハウジング内に配設され、少なくとも1つの検知された電極電圧を受信し、少なくとも1つの検知された電極電圧に基づいて、電極バイアス駆動回路ブロックからのバイアス駆動信号を調節して、調節されたバイアス駆動信号を生成するように構成された、自動バイアス駆動調節回路ブロックと、を備える。
図3、図4、及び図5を参照して、手持ち式検査計100は、ディスプレイ102と、複数のユーザインタフェースボタン104と、ストリップ口接続部106と、USBインタフェース108と、ハウジング110と、を備える(図1を参照)。特に、図2を参照して、手持ち式検査計100はまた、マイクロコントローラブロック112と、ハウジング内に配設され、マイクロコントローラコマンド信号に基づいて、バイアス駆動信号を発生させるように構成された、電極バイアス駆動回路ブロック114と、ハウジング内に配設され、少なくとも1つの検知された電極電圧を受信し、少なくとも1つの検知された電極電圧に基づいて、電極バイアス駆動回路ブロックからのバイアス駆動信号を調節して、調節されたバイアス駆動信号を生成するように構成された、自動バイアス駆動調節回路ブロック116と、電気的バイアス(例えば、交流[AC]及び/又は直流[DC]バイアス)を電気化学式分析試験ストリップ(図3及び図4においてTSと表示)に印加するための、かつ電気化学的反応(例えば、複数の試験電流値、フェーズ、及び/又は大きさ)を測定し、電気化学的反応に基づいて、検体又は特性を判定するための、(図示されていない)他の電子部品と、を備える。この説明を単純化するために、図は、すべてのそのような電子回路を示しているわけではない。
ディスプレイ102は、例えば、スクリーン画像を示すように構成された液晶ディスプレイ又は双安定性ディスプレイであり得る。体液試料中の検体の判定の間のスクリーン画像の例としては、グルコース濃度、日時、エラーメッセージ及びどのように試験を実行するかをユーザに指示するためのユーザインターフェースを挙げることができる。動作範囲試験ストリップシミュレーション回路ブロックの使用中のスクリーン画像の例は、手持ち式検査計動作範囲試験に合格したことを報告する画像、又は手持ち式検査計動作範囲試験でエラーが生じたことを報告する画像であり得る。
ストリップ口接続部106は、電気化学式分析試験ストリップTS、例えば、全血試料中のヘマトクリット及び/又はグルコースの判定用に構成された電気化学式分析試験ストリップと動作可能にインタフェース接続するように構成されている。したがって、電気化学式分析試験ストリップは、ストリップ口接続部106への動作可能な挿入、及び、例えば、当業者に既知の好適な電気接点、配線、電気相互接続部又は別の構造を介してマイクロコントローラブロック112と動作可能にインタフェース接続するように構成されている。
USBインタフェース108は、当業者に既知の任意の好適なインタフェースであり得る。USBインタフェース108は、手持ち式検査計100に電力を供給し、データラインを提供するように構成されている電気部品である。
マイクロコントローラブロック112はまた、分析試験ストリップの電気化学反応に基づく検体の判定のための、また、導入された体液試料の特性(例えば、ヘマトクリット)を判定するための好適なアルゴリズムを格納しているメモリサブブロックを含む。マイクロコントローラブロック112は、ハウジング110内に配設されていて、当業者に既知の任意の好適なマイクロコントローラ及び/又はマイクロプロセッサを含むことができる。好適なマイクロコントローラとしては、部品番号MSP430シリーズのもとにTexas Instruments(Dallas,Texas,USA)から市販されているもの、部品番号STM32F及びSTM32LシリーズでST MicroElectronics(Geneva,Switzerland)から市販されているもの、部品番号SAM4LシリーズでAtmel Corporation(San Jose,California,USA)から市販されているものが挙げられるが、これらに限定されない。
特に、図5を参照して、単一の作用電極及び関連する対向/基準電極のための、例示的であるが、非限定的な自動バイアス駆動調節回路ブロック116が、従来の電子部品のシンボルを使用して示されている。図5において、WEは、作用電極であり、REFは、対向/基準電極であり、Rは、抵抗を表わし、Uは、増幅器を表わす。自動バイアス駆動調節回路ブロック116は、概ね、閉ループ誤差増幅回路とみなすことができる。
ここで、手持ち式検査計100の動作を、図3、図4、及び、特に、図5を参照して説明する。動作中、システムマイクロコントローラ112は、電極バイアス駆動回路ブロック114を介して(例えば、電極バイアス駆動回路ブロックとして機能するDACを介して)、バイアス駆動信号に対して必要なバイアスを指令する(図5参照)。Rwe及びRrefは、電極トラックにより誘導された回路における付加抵抗を表す。U3は、電極WEの両端の実電圧の測定値を提供するゲインx1を有する差動増幅器である。U4は、指令されたバイアス駆動値に対して測定電極電圧を比較する誤差増幅器である。この誤差増幅器U4は、典型的には、高いゲイン(少なくとも100)を有する。
U1は、例えば、U4の出力を使用して、電極(図5のWE及びREF)の両端のバイアスを駆動し、かつ作用電極WEの電流を測定するトランスインピーダンス増幅器である。U4の駆動は、所要のバイアス駆動を事実上わずかに上回り、電極トラック抵抗にわたる電圧降下を補償している。作用電極WEを通って流れる全電流は、RFBを通って押し進められるため、RFBの両端の電圧の実際の測定値は、作用電極の電流を示すことになる。最大の作用電極電流に応じて、RFBは、最大のWE電流に対する最大のADC入力を提供するようにスケーリングされる。値RFBは、例えば、炭素で形成されたパターン化導電層に対しておよそ100Kオーム程度である。U2は、ゲインx1を有する差動増幅器であり、U1の出力に対してRFBの両端の電圧の正確な測定値を提供する。その後、U1の出力は、システムマイクロコントローラのADC入力に供給される。
本開示を知ると、当業者は、本発明の実施形態による手持ち式検査計に用いられた自動バイアス駆動回路ブロックが、図5に示す実施形態に限定されることなく、様々な形態をとることができることを理解するであろう。
本発明の好ましい実施形態を本明細書で図示し説明したが、このような実施形態は単に一例として与えられているものであることは当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく多くの変形、変更、及び代用が想到されるであろう。本発明の実施に際して、本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代替例が用いられ得る点を理解されたい。以下の「特許請求の範囲」は、本発明の範囲を定義すると共に、特許請求の範囲に含まれる装置及び組成物、並びにそれらの均等物をこれによって網羅することを目的としたものである。

Claims (14)

  1. 体液試料中の検体の判定において、手持ち式検査計と共に使用するための電気化学式分析試験ストリップであって、前記電気化学式分析試験ストリップは、
    電気絶縁性ベース層と、
    前記電気絶縁性ベース層の上に配設され、少なくとも1つの電極を含む、パターン化導電層と、
    前記少なくとも1つの電極の上に配設された酵素試薬層と、
    パターン化スペーサ層と、
    最上層と、を備え、
    前記パターン化導電層は、
    複数の電極と、
    前記複数の電極のうちの少なくとも1つの電極の電極電圧を検知するように構成された少なくとも1つの電極電圧検知接続部と、
    複数の電極トラックと、
    手持ち式検査計に対する検知された電極電圧の動作可能な通信のために構成された少なくとも1つの電極電圧検知接続トラックと、を含む、電気化学式分析試験ストリップ。
  2. 前記複数の電極は、
    第1の作用電極と、
    第2の作用電極と、
    基準電極と、を含む、請求項1に記載の電気化学式分析試験ストリップ。
  3. 前記少なくとも1つの電極電圧検知接続部は、
    前記第1の作用電極と電気的に連通している第1の電極電圧検知接続部と、
    前記第2の作用電極と電気的に接続している第2の電極電圧検知接続部と、
    前記基準電極と電気的に接続している第3の電極電圧検知接続部と、を含む、請求項2に記載の電気化学式分析試験ストリップ。
  4. 前記パターン化導電層は、炭素含有材料を含む、請求項1に記載の電気化学式分析試験ストリップ。
  5. 複数の電圧検知接続部のそれぞれは、10mm未満の距離で、前記電極のうちの単一の電極に電気的に接続されている、請求項1に記載の電気化学式分析試験ストリップ。
  6. 複数の電極電圧検知接続部のそれぞれは、
    電極電圧検知トラックと、
    電極電圧検知パッドと、を含む、請求項1に記載の電気化学式分析試験ストリップ。
  7. 前記電極検知トラックの電圧降下は、関連する電極における電圧降下と比較して重要ではない、請求項6に記載の電気化学式分析試験ストリップ。
  8. 前記体液試料は、全血試料であり、前記検体は、グルコースである、請求項1に記載の電気化学式分析試験ストリップ。
  9. 体液試料中の検体の判定において、電気化学式分析試験ストリップと共に使用するための手持ち式検査計であって、前記手持ち式検査計は、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に少なくとも部分的に配設され、電気化学式分析試験ストリップを受容するように構成された、ストリップ口接続部と、
    前記ハウジング内に配設され、マイクロコントローラコマンド信号を発生させるように構成された、マイクロコントローラと、
    前記ハウジング内に配設され、前記マイクロコントローラコマンド信号に基づいて、バイアス駆動信号を発生させるように構成された、電極バイアス駆動回路ブロックと、
    前記ハウジング内に配設され、少なくとも1つの検知された電極電圧を受信し、前記少なくとも1つの検知された電極電圧に基づいて、前記電極バイアス駆動回路ブロックからのバイアス駆動信号を調節して、調節されたバイアス駆動信号を生成するように構成された、自動バイアス駆動調節回路ブロックと、を備える、手持ち式検査計。
  10. 前記電極バイアス駆動回路ブロックは、デジタル−アナログ変換器(DAC)である、請求項9に記載の手持ち式検査計。
  11. 前記自動バイアス駆動調節回路ブロックは、少なくとも1つの閉ループ誤差増幅回路を含む、請求項9に記載の手持ち式検査計。
  12. 前記自動バイアス駆動調節回路ブロックは、2つの閉ループ誤差増幅回路を含む、請求項9に記載の手持ち式検査計。
  13. 前記自動バイアス駆動調節回路ブロックは、誤差増幅器と、トランスインピーダンス増幅器と、2つの異なる増幅器と、を含む、請求項9に記載の手持ち式検査計。
  14. 前記手持ち式検査計は、前記電気化学式分析試験ストリップに適用された全血試料中のグルコースの判定のために構成されている、請求項9に記載の手持ち式検査計。
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