JP2708276B2 - バイオセンサ電極用励起回路 - Google Patents

バイオセンサ電極用励起回路

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JP2708276B2
JP2708276B2 JP3504096A JP50409691A JP2708276B2 JP 2708276 B2 JP2708276 B2 JP 2708276B2 JP 3504096 A JP3504096 A JP 3504096A JP 50409691 A JP50409691 A JP 50409691A JP 2708276 B2 JP2708276 B2 JP 2708276B2
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    • G01N27/28—Electrolytic cell components
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、バイオセンシングセル、特に回路に係り、
バイオセンシングセル中の電極を確実に励起するととも
に電極が正しく接続されていることを確認するものに関
する。
関連出願の表示 本発明は、以下に記載の発明に関連する。
1989年12月15日出願のパークス（Parks）及びホワイ
ト（White）による「調整二股電源（Regulated Bifurca
ted Power Supply）」と称する米国特許出願第07/451,1
02号 1989年12月15日出願のパークス（Parks）による「ノ
イズの減少を伴うアナログディジタル変換（Analog to
Digital Conversion With Noise Reduction）」と称す
る米国特許出願第07/451,212号 1989年12月15日出願のホワイト（White）による「バ
イオセンシング機器およびその方法（Biosensing Instr
ument and Method）」と称する米国特許出願第07/451,3
09号 発明の背景 分析対象物（例：グルコース、コレステロール）の濃
度を検出するバイオセンシング機器が、先行技術にて知
られている。最近、血液サンプルのグルコース濃度を測
定するための電流測定バイオセンサが現れた。ナンカイ
（Nankai）らの欧州特許出願第0 230 472号及びポット
ゲン（Pottgen）らのPCT出願公開第89/08713号には、グ
ルコース濃度を測定するための電流測定技術が開示され
ている。各システムとも、グルコースが、酵素、例えば
グルコースオキシダーゼにより、フェリシアン化カリウ
ムがフェロシアン化カリウムになる反応を促進させる反
応に依存している。この反応の終了後、反応域に印加さ
れた電圧によって、少量ではあるが測定可能な電流が流
れながらこの反応は逆行する。この電流は、コットレル
電流と呼ばれ、反応域のグルコースの濃度に依存して、
逆反応の間はあらかじめ決められた曲線をたどる。そこ
で、このコットレル電流を読取るとグルコース濃度の値
に変換することができる。
コットレル電流を利用して分析対象物の濃度を表示す
る電流測定バイオセンサには、多くの問題がある。上述
のように、まず、正反応を完了するまで進行させてか
ら、反応域をはさむ電極に電圧を印加して逆反応を生じ
させる必要がある。それ故、反応域の励起電位のオン・
オフを切換えられるようにしなければならない。電圧を
印加しなければ、電流読取りの精度は保証されない。さ
らに、グルコースやコレステロールなどの分析対象物の
濃度を測定するバイオセンサは、多くが家庭用であるか
ら、機器の未熟な使用に対しても対応できなければなら
ない。
従って、本発明の目的は、電流測定バイオセンサ用の
電圧励起回路を設けて、バイオセンシングセルに生じた
電位を正確に測定することにある。
さらに、本発明の目的は、テストセルがバイオセンシ
ング機器に正しく挿入された場合または挿入されない場
合のいずれにおいても明確な表示を行うバイオセンシン
グ励起回路を提供することにある。
発明の概要 バイオセンシングテストセルの２つのバイオセンシン
グ電極間に電位を与える回路を説明する。この電極は、
雌コネクタに正しく挿入されると、一方のバイオセンシ
ング電極が離間配置された一対の接点と接触する。回路
は、励起電位のソースと、一方の入力端子が励起電位の
ソースに接続している演算増幅器とを含む。スイッチ回
路が、インピーダンスを有するスイッチ手段とともに、
離間配置された一対の接点のうちの第１接点と演算増幅
器との間に結合される。帰還回路が、離間配置された一
対の接点のうちの第２接点と演算増幅器の他方の入力端
子との間に接続されて、第２接点に現れる電位を帰還さ
れる。この帰還は、スイッチ回路でのインピーダンス損
失を補償するレベルに演算増幅器の出力を維持すること
を目的とする。この帰還回路は、電極に生じた電位が励
起電位のソースに等しくなるように、演算増幅器の出力
を変えることができる。離間配置された接点間に開放状
態または高インピーダンス状態が現れた場合を検出する
ために、さらに回路が帰還回路に接続される。
図面の簡単な説明 図１は、本発明で用いられるバイオセンシングテスト
セルを雌コネクタに挿入するときの状態を示す図であ
る。
図２は、雌コネクタの内部で電極が接点に接触するテ
ストセルの端部の拡大図である。
図３は、バイオセンシング励起回路の回路図である。
発明の詳細な説明 図１を参照すると、テストセル10は、ポリマーシート
16に保持された一対の電極12及び14からなる。カバーシ
ート18には開口部20及び24が形成されて導体12及び14が
露出している。開口部20は、井戸状に形成され、電極12
及び14間に反応域を形成している。反応体のゲル層（図
示せず）が導体12,14の上を覆って基板を形成し、この
基板上には引続き分析対象物を含有する流体サンプルを
配置することができる。
バイオセンシング機器26の一面26は、雌コネクタが配
置される開口部28を有して図示されている。図２に示す
ように、テストセル10が開口部28に挿入されると、雌コ
ネクタの接点によって、Ａ、ＢおよびＣの各点で電極12
および14との接続が得られる。接点Ａ、ＢおよびＣが接
続するようにテストセル10を挿入した後で、測定すべき
分析対象物を含有する流体のサンプルが開口部20に配置
され、反応域で分析対象物と反応体との間で正反応が始
まる。この間、電極12および14には電圧を印加せず、正
反応を完了させる。次に、端子Ｂに電位を与えて逆反応
を生じさせる。そして、電極12と電極14との間を流れる
電流値を読取る。
電極12及び14を励起する回路を図３に示す。テストセ
ル10が、接点Ａ、ＢおよびＣを電極12及び14に接続した
状態で図示されている。励起電位Veが演算増幅器52の非
反転入力端子50に与えられる。供給電圧Vsは、増幅器52
に必要なバイアスを供給し、Veのレベルを越えている。
演算増幅器52の出力は、スイッチ54を介して接点Ｂに供
給され、そこから電極12に供給される。スイッチ54は、
内部インピーダンス56（図示）を有し、この内部インピ
ーダンスは、制御ライン58がスイッチ54を閉じて演算増
幅器52の出力を接点Ｂに出力したときに、回路に組込ま
れる。
接点Ａは、導体60を介して演算増幅器52の反転入力端
子62に戻って接続され、単一の回路利得を保証する帰還
回路を形成する。また、導体60はスイッチ64を介し導体
68を介してアナログデジタル変換回路66に接続してい
る。さらに、供給電圧Vsが高インピーダンス抵抗70を介
して導体68に接続している。スイッチ64の閉成または開
放は、導体72を介して入力される入力によって制御され
る。
上述したように、正反応の間は、電圧を電極12および
14に印加しない。正反応が完了した時点で、電極12およ
び14間に電流を流す電圧を電極12に印加する。この電流
は、導体74を介して演算増幅器76に供給され、この演算
増幅器76で対応する電圧に変換されて導体78に出力とし
て供給される。
端子Ｂに励起電圧を印加するには、制御電位をライン
58を介してスイッチ54を閉じる（こうすることにより、
スイッチ54の特性インピーダンスが演算増幅器52の出力
端子と端子Ｂとの間に入り込む）。演算増幅器52の非反
転入力端子50に印加される励起電圧Veによって、インピ
ーダンス56を通過して若干降下した電圧が端子Ｂに印加
される。接点ＡおよびＢの間に電極12が正しく挿入され
ていれば、接点Ｂの電圧は、接点Ａおよび導体60を介し
て演算増幅器52の反転入力端子62に帰還される。その結
果、演算増幅器52の出力は、供給電圧Vsの値に向けて増
大する。ライン60上の帰還電圧が最終的に励起電圧Veに
等しくなると、回路は安定し、演算増幅器52の出力は、
接点ＢへのVeの継続印加を保証するに必要なレベルに維
持される。このようにして、電流は、電極12と電極14と
の間を流れて演算増幅器76によって検出され、導体78で
対応する出力電圧に変換される。
接点ＡおよびＢを帰還回路に組込むと、この帰還回路
を、テストセル10がバイオセンシング機器に正しく挿入
されたかどうかの判定に利用することもできる。テスト
セル10が正しく挿入されず電極12が両接点ＡおよびＢと
正しく接続していないならば、帰還回路は遮断される。
また、何らかの理由により、接点Ａ及びＢ間の電流の流
れを妨げる腐食または汚染物が存在するならば、これら
の接点間に高インピーダンスが現れ、帰還回路に異常が
生じたことも判る。いずれの場合にも、反転入力端子62
に印加される帰還電圧のレベルは、必要とされるレベル
よりも大幅に低下することになる。
適切な電圧が帰還されていることを判定するために、
制御ライン72はスイッチ64を閉じて導体68を演算増幅器
52の反転入力端子62に接続する。スイッチ64の閉成によ
っても、供給電圧Vsが（高インピーダンス70を介して）
帰還回路に入力される。
適切な電圧（すなわちVe）がライン60で演算増幅器52
に帰還されるならば、ライン68の電位はそのレベルに固
定され、AD変換器66は、適切な励起電圧（Ve）が電極12
に印加されていることを示す出力を出力する。一方、ス
イッチ64が閉じているときに接点Ａと接点Ｂとの間に高
インピーダンスが存在すれば、スイッチ64が閉じている
とライン68の電位はVsに向けて上昇して、AD変換器66に
よって障害状態を示す出力が出力される（スイッチ64が
閉じた時に、AD変換器66の出力は制御表示を表示するた
めにサンプリングされたにすぎないことは明白であ
る。）そのときは、誤測定を避けるために、制御回路に
よって適切な修復措置を施すことができる。
上述の記載は単に本発明の一実施例を示しただけであ
ることに注意すべきである。当業者であれば、本発明か
ら逸脱することなく多様な代替例および変形例を発案す
ることができる。よって、本発明は添付の請求項の範囲
に収まる代替例および変形例をすべて包含することを意
図している。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２電極接続自在型テストセルの２つのバイ
    オセンシング電極のうちの一方のバイオセンシング電極
    がコネクタに正しく挿入された時に一対の離隔配置され
    た接点と接触し、前記一方のバイオセンシング電極に電
    位を印加することによって前記バイオセンシング電極の
    間に電流を生成する回路であって、 一対の入力端子と１つの出力端子とを有し、一対の入力
    端子のうちの一方の入力端子が励起電位と接続する演算
    増幅手段と、 前記演算増幅手段の前記出力端子と前記一対の離間配置
    された接点のうちの第１接点との間に接続され、内部イ
    ンピーダンスを有するスイッチ手段と、 前記一対の離間配置された接点のうちの第２接点と前記
    演算増幅手段の他方の入力端子との間に接続され、前記
    第２接点での電位を前記他方の入力端子に帰還する帰還
    回路手段と、 前記２電極接続自在型テストセルの前記２つのバイオセ
    ンシング電極のうちの他方のバイオセンシング電極に接
    続される電流検出器と を含み、 前記演算増幅手段の出力は、前記スイッチ手段の内部イ
    ンピーダンスによる電位降下を補償するとともに前記励
    起電位に対して所定の関係を与える電位を前記第１接点
    に印加するレベルに維持されることを特徴とする回路。
  2. 【請求項２】前記離隔配置された接点間に存在する高イ
    ンピーダンスが前記帰還回路手段での帰還電位に変化を
    もたらし、 前記変化した帰還電位の存在を表示して前記回路に関す
    る誤作動を示すために前記帰還回路手段に接続された信
    号手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の回
    路。
  3. 【請求項３】前記信号手段が、 供給電圧と、 前記供給電圧に接続された高インピーダンスと、 前記高インピーダンスを前記帰還回路手段に接続するス
    イッチ手段と、 前記供給電圧に近い数値を呈する前記スイッチ手段での
    電位に反応して障害状態を示し、前記第１および第２接
    点間に高インピーダンスが存在することを示す検出手段
    と、 を含むことを特徴とする請求項２記載の回路。
  4. 【請求項４】前記演算増幅手段は反転入力端子および非
    反転入力端子を備え、前記帰還回路手段は前記第２接点
    と前記反転入力端子との間に直接接続されていることを
    特徴とする請求項１記載の回路。
  5. 【請求項５】前記接続自在型テストセルは、分析対象物
    が存在するときに前記電極と接続して前記電極間に電流
    を流すことができる反応域を含むことを特徴とする請求
    項１記載の回路。
JP3504096A 1989-12-15 1990-12-14 バイオセンサ電極用励起回路 Expired - Lifetime JP2708276B2 (ja)

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