JP3478799B2 - サンプルの電気化学的分析のためのセルおよび方法。 - Google Patents
サンプルの電気化学的分析のためのセルおよび方法。Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的分析用
の試験セルに関する。
の試験セルに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電気化
学的分析用の試験セルは公知である。該セルは、生物学
的サンプル由来、特に血液由来の様々なアナライトの濃
度を判定するために使用されてきた。電気化学的分析用
のセルは、米国特許第5,413,690号；第5,762,770号；お
よび第5,798,031号、ならびに国際公開第W099/13101号
に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細
書に組み入れられる。
学的分析用の試験セルは公知である。該セルは、生物学
的サンプル由来、特に血液由来の様々なアナライトの濃
度を判定するために使用されてきた。電気化学的分析用
のセルは、米国特許第5,413,690号；第5,762,770号；お
よび第5,798,031号、ならびに国際公開第W099/13101号
に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細
書に組み入れられる。
【０００３】電気化学的バイオセンサーは典型的にセン
サーストリップを含む。このセンサーストリップは、分
析しようとするサンプルを保持するスペースを含み、該
サンプル中に放出すべき試薬を含むことができ、そして
電極セットを含む。通常該電極セットは、絶縁性基板、
およびサンプルと接触する電極を含み、分析装置の電子
回路に電極を電気的に接続するための接触パッドを有す
る。
サーストリップを含む。このセンサーストリップは、分
析しようとするサンプルを保持するスペースを含み、該
サンプル中に放出すべき試薬を含むことができ、そして
電極セットを含む。通常該電極セットは、絶縁性基板、
およびサンプルと接触する電極を含み、分析装置の電子
回路に電極を電気的に接続するための接触パッドを有す
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の態様により、電
気化学的分析用のセルが提供される。このセルは、チャ
ンバーを有する本体、およびチャンバー内で互いに向き
合う電極対を含む。該チャンバーは、縦軸方向に対して
横切って本体を貫通する金属ロッドを含み、この金属ロ
ッドは毛細管チャネル内では除かれている。好ましい実
施形態によると、少なくとも１種の試薬を、該毛細管チ
ャネル内に供給する。該セルは、複数の順次接続された
かかるセルの一部であってもよい。
気化学的分析用のセルが提供される。このセルは、チャ
ンバーを有する本体、およびチャンバー内で互いに向き
合う電極対を含む。該チャンバーは、縦軸方向に対して
横切って本体を貫通する金属ロッドを含み、この金属ロ
ッドは毛細管チャネル内では除かれている。好ましい実
施形態によると、少なくとも１種の試薬を、該毛細管チ
ャネル内に供給する。該セルは、複数の順次接続された
かかるセルの一部であってもよい。
【０００５】本発明のさらなる態様によると、電気化学
的分析用のセルの作製方法が提供される。この方法は、
金属ロッドを有する本体を成型すること、金属ロッドを
横切る毛細管チャネルを形成すること、および毛細管チ
ャネル内から金属ロッドを除いて対向電極対を形成する
ことを含む。好ましい実施形態によれば、該方法はさら
に、少なくとも１種の試薬を毛細管チャネル内に投入す
ることを含む。本発明のさらなる態様によれば、該方法
は、セル本体の列に対して横切る金属ロッドを有するセ
ル本体の平行な列として本体を成型することを含む。
的分析用のセルの作製方法が提供される。この方法は、
金属ロッドを有する本体を成型すること、金属ロッドを
横切る毛細管チャネルを形成すること、および毛細管チ
ャネル内から金属ロッドを除いて対向電極対を形成する
ことを含む。好ましい実施形態によれば、該方法はさら
に、少なくとも１種の試薬を毛細管チャネル内に投入す
ることを含む。本発明のさらなる態様によれば、該方法
は、セル本体の列に対して横切る金属ロッドを有するセ
ル本体の平行な列として本体を成型することを含む。
【０００６】本発明のさらなる態様によれば、サンプル
を電気化学的に分析する方法が提供される。この方法
は、上記のタイプの電気化学的分析用セル内のサンプル
を吸い込むこと、および電極間に電位差を印加すること
を含む。
を電気化学的に分析する方法が提供される。この方法
は、上記のタイプの電気化学的分析用セル内のサンプル
を吸い込むこと、および電極間に電位差を印加すること
を含む。
【０００７】多くの液体サンプルを、本発明の数多くの
態様に従って分析しうる。例えば、全血、血清、尿およ
び脳脊髄液などのヒトの体液を測定しうる。また環境汚
染物質を含んでいる可能性のある環境物質および発酵産
物も測定しうる。
態様に従って分析しうる。例えば、全血、血清、尿およ
び脳脊髄液などのヒトの体液を測定しうる。また環境汚
染物質を含んでいる可能性のある環境物質および発酵産
物も測定しうる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の種々の態様を図１〜２２
に示すが、これらの図は一定の尺度で描かれておらず、
類似構成要素には同じ番号が付されている。ここで図１
〜４を参照すると、電気化学的分析用セル10の多数の図
が、本発明の態様に従って提示される。図１はセル10の
透視図、図２は上面図、図３は図２の3‐3の線に沿った
側断面図、図４は図２の4‐4の線に沿った側断面図を示
す。
に示すが、これらの図は一定の尺度で描かれておらず、
類似構成要素には同じ番号が付されている。ここで図１
〜４を参照すると、電気化学的分析用セル10の多数の図
が、本発明の態様に従って提示される。図１はセル10の
透視図、図２は上面図、図３は図２の3‐3の線に沿った
側断面図、図４は図２の4‐4の線に沿った側断面図を示
す。
【０００９】セル10は、縦軸方向16に伸びるチャンバー
14を有する誘電性材料のセル本体12を含む。図１〜４に
示された例において、該セル本体12は、チャンバー14を
規定する環状壁である。該チャンバー内で互いに向き合
う電極18および19の対は、縦軸方向16に対して横切るセ
ル本体12を貫通する導電性材料のロッドを含み、該ロッ
ドはチャンバー14内では除かれている。チャンバー14
は、導電性材料のロッドを分割し、それによって対向電
極対18および19を形成する。導電性材料のロッドは、好
ましくはセル本体12(特に円筒状の場合)またはチャンバ
ー14の縦軸方向16に対して直角方向に伸びる。本明細書
で用いる用語「直角」とは、90度のオーダーの角度を示
すことを意図し、かつ、正確に90度から電気化学セルの
機能が有害な作用を受けない程度までの温和な逸脱を含
むと意図される。製造工程におけるいくらかの変動は不
可避である。
14を有する誘電性材料のセル本体12を含む。図１〜４に
示された例において、該セル本体12は、チャンバー14を
規定する環状壁である。該チャンバー内で互いに向き合
う電極18および19の対は、縦軸方向16に対して横切るセ
ル本体12を貫通する導電性材料のロッドを含み、該ロッ
ドはチャンバー14内では除かれている。チャンバー14
は、導電性材料のロッドを分割し、それによって対向電
極対18および19を形成する。導電性材料のロッドは、好
ましくはセル本体12(特に円筒状の場合)またはチャンバ
ー14の縦軸方向16に対して直角方向に伸びる。本明細書
で用いる用語「直角」とは、90度のオーダーの角度を示
すことを意図し、かつ、正確に90度から電気化学セルの
機能が有害な作用を受けない程度までの温和な逸脱を含
むと意図される。製造工程におけるいくらかの変動は不
可避である。
【００１０】電極対18および19は、チャンバー14内でセ
ル本体12の環状壁を貫通する。金属ロッド、従って電極
対18および19の断面は、(図示したような)環状、または
正方形、長方形、三角形、多角形、あるいは電極に適し
たその他のいかなる形状であってもよい。好ましい実施
形態によれば、チャンバー14は毛細管チャネルであり、
セル本体12を通して全体に伸びている。
ル本体12の環状壁を貫通する。金属ロッド、従って電極
対18および19の断面は、(図示したような)環状、または
正方形、長方形、三角形、多角形、あるいは電極に適し
たその他のいかなる形状であってもよい。好ましい実施
形態によれば、チャンバー14は毛細管チャネルであり、
セル本体12を通して全体に伸びている。
【００１１】図４にもっとも良く示されたように、チャ
ンバー14の大きさおよび位置は、導電性材料のロッド
が、チャンバー14の一方側のチャンバー14の内部壁で終
わる第１の位置42と、チャンバー14の反対側のチャンバ
ー14の内部壁で終わる第２の位置44との間の誘電性ギャ
ップ40によって分けられるようなものである。導電性材
料のロッドは、一方側から他方側へと通るが、分けられ
ている。ギャップ40を、セル10の一端中に見られるよう
な図１３において別の視点から提示する。図１４にギャ
ップ40の別の視点を提示する。図１４において、チャン
バー14は、ロッドの軸に対して横切る細長い形状であ
る。好ましい実施形態に従えば、ギャップ40は、1μm〜
3000μm(端の数字を含む)の範囲内にある。より好まし
い実施形態によれば、ギャップ40は、5〜1000μm(端の
数字を含む)の範囲内にある。特に好ましい実施形態に
よれば、ギャップ40は、25μmのオーダーである。
ンバー14の大きさおよび位置は、導電性材料のロッド
が、チャンバー14の一方側のチャンバー14の内部壁で終
わる第１の位置42と、チャンバー14の反対側のチャンバ
ー14の内部壁で終わる第２の位置44との間の誘電性ギャ
ップ40によって分けられるようなものである。導電性材
料のロッドは、一方側から他方側へと通るが、分けられ
ている。ギャップ40を、セル10の一端中に見られるよう
な図１３において別の視点から提示する。図１４にギャ
ップ40の別の視点を提示する。図１４において、チャン
バー14は、ロッドの軸に対して横切る細長い形状であ
る。好ましい実施形態に従えば、ギャップ40は、1μm〜
3000μm(端の数字を含む)の範囲内にある。より好まし
い実施形態によれば、ギャップ40は、5〜1000μm(端の
数字を含む)の範囲内にある。特に好ましい実施形態に
よれば、ギャップ40は、25μmのオーダーである。
【００１２】再び図1〜4を参照すると、セル本体12は、
好ましくはロッドを取り囲むように射出成型され、従っ
て、セル本体12にロッドが埋め込まれる。ロッドは、例
えば当業界で公知の機械による方法を用いて機械的また
はレーザーにより穿孔し、ロッドを個々の電極18および
19に変えることによって、チャンバー14内から取り除か
れる。穿たれた孔の直径は、ロッドの直径よりもわずか
に大きいのが好ましい。そうすれば、図４に示すよう
に、２つの電極は分離され、電気的に互いに絶縁され
る。穿たれた孔は、環状の断面であってよい。チャンバ
ー14は部分的に成型されてもよいし、あるいは本体12を
形成する誘電性材料を取り除くことによって完全にまた
は部分的に形成することもできる。
好ましくはロッドを取り囲むように射出成型され、従っ
て、セル本体12にロッドが埋め込まれる。ロッドは、例
えば当業界で公知の機械による方法を用いて機械的また
はレーザーにより穿孔し、ロッドを個々の電極18および
19に変えることによって、チャンバー14内から取り除か
れる。穿たれた孔の直径は、ロッドの直径よりもわずか
に大きいのが好ましい。そうすれば、図４に示すよう
に、２つの電極は分離され、電気的に互いに絶縁され
る。穿たれた孔は、環状の断面であってよい。チャンバ
ー14は部分的に成型されてもよいし、あるいは本体12を
形成する誘電性材料を取り除くことによって完全にまた
は部分的に形成することもできる。
【００１３】電極18および19を形成することが可能な金
属の例としては、アルミニウム、炭素（グラファイトな
ど）、コバルト、銅、ガリウム、金、インジウム、イリ
ジウム、鉄、鉛、マグネシウム、水銀（アマルガムな
ど）、ニッケル、ニオビウム、オスミウム、パラジウ
ム、白金、レニウム、ロジウム、セレン、ケイ素（高度
に不純物が添加された多結晶シリコンなど）、銀、タン
タル、スズ、チタン、タングステン、ウラン、バナジウ
ム、亜鉛、ジルコニウム、これらの混合物、およびこれ
ら元素の合金または金属化合物が含まれる。該電極セッ
トは、金、白金、パラジウム、イリジウム、またはこれ
らの金属の合金から作られるのが好ましい。なぜならこ
のような貴金属およびそれらの合金は生物系で非反応性
であるからである。ロッドは、貴金属以外の材料または
金属、例えばグラファイトまたは銅、であってもよい。
このような場合、チャンバー内の電極18および19の表面
を、例えば、液浸または無電解めっきによってチャンバ
ー14内から金属ロッドを取り除いた後に貴金属でめっき
することができる。
属の例としては、アルミニウム、炭素（グラファイトな
ど）、コバルト、銅、ガリウム、金、インジウム、イリ
ジウム、鉄、鉛、マグネシウム、水銀（アマルガムな
ど）、ニッケル、ニオビウム、オスミウム、パラジウ
ム、白金、レニウム、ロジウム、セレン、ケイ素（高度
に不純物が添加された多結晶シリコンなど）、銀、タン
タル、スズ、チタン、タングステン、ウラン、バナジウ
ム、亜鉛、ジルコニウム、これらの混合物、およびこれ
ら元素の合金または金属化合物が含まれる。該電極セッ
トは、金、白金、パラジウム、イリジウム、またはこれ
らの金属の合金から作られるのが好ましい。なぜならこ
のような貴金属およびそれらの合金は生物系で非反応性
であるからである。ロッドは、貴金属以外の材料または
金属、例えばグラファイトまたは銅、であってもよい。
このような場合、チャンバー内の電極18および19の表面
を、例えば、液浸または無電解めっきによってチャンバ
ー14内から金属ロッドを取り除いた後に貴金属でめっき
することができる。
【００１４】電気化学セル内のチャンバー14の容量は、
例えば5μl以下など、比較的小さくてもよい。1μl以下
の小さい容量が、本発明の実施において想定されてい
る。チャンバー14の容量は、セル10の高さを縦軸方向16
に縮小させること、チャンバー14の直径を縮小させるこ
と、および／または図１４に示されるように細長いチャ
ンバーを作製することにより、縮小させることができ
る。
例えば5μl以下など、比較的小さくてもよい。1μl以下
の小さい容量が、本発明の実施において想定されてい
る。チャンバー14の容量は、セル10の高さを縦軸方向16
に縮小させること、チャンバー14の直径を縮小させるこ
と、および／または図１４に示されるように細長いチャ
ンバーを作製することにより、縮小させることができ
る。
【００１５】ここで、図15および16を参照すると、チャ
ンバー14は一定の横断面を有する必要はない。例えば、
本体の一端が他端よりも小さい直径であってもよい。こ
こで、特に図15を参照すると、本体112とチャンバー114
とを有するセル100が提示される。図15において、チャ
ンバー114は、複数の同心円部分102によって一端で大き
くなる。セル100の端部に近い各部分102は、前部の直径
よりも大きい直径を有する。ここで、特に図１６を参照
すると、本体212とチャンバー214とを有するセル200が
提示されている。図１６において、チャンバー214は、
一端でその直径が大きくなり、かつ、他端に向かって曲
線的に傾斜する側面を有しながら直径が減少している。
チャンバーの一端を大きくすると、特に手動で行う場合
にサンプルの供給が容易になる。
ンバー14は一定の横断面を有する必要はない。例えば、
本体の一端が他端よりも小さい直径であってもよい。こ
こで、特に図15を参照すると、本体112とチャンバー114
とを有するセル100が提示される。図15において、チャ
ンバー114は、複数の同心円部分102によって一端で大き
くなる。セル100の端部に近い各部分102は、前部の直径
よりも大きい直径を有する。ここで、特に図１６を参照
すると、本体212とチャンバー214とを有するセル200が
提示されている。図１６において、チャンバー214は、
一端でその直径が大きくなり、かつ、他端に向かって曲
線的に傾斜する側面を有しながら直径が減少している。
チャンバーの一端を大きくすると、特に手動で行う場合
にサンプルの供給が容易になる。
【００１６】ここで、図５を参照すると、１実施形態の
透視図が提示されている。図５において、セル10は、順
次接続された複数のセル10の一部である。図６は、図５
の6−6の線に沿って描いた図５のセル10の断面図を示
す。各チャンバー14は、導電性材料のロッドを分割して
いる。図７は、図６と同一の図であるが、セル10がチャ
ンバー14内に少なくとも１種の試薬20をさらに含む点が
違っている。提示されたこの例においては、少なくとも
1種の試薬20は、チャンバー14内でセル本体12に投入さ
れ、電極18および19の上に横たわっている。図５〜７に
示されるように、順次接続されたセル10は、このような
形態で用いることもできるし、または図１〜４に示され
るように、個々のセル10に分割されていてもよい。
透視図が提示されている。図５において、セル10は、順
次接続された複数のセル10の一部である。図６は、図５
の6−6の線に沿って描いた図５のセル10の断面図を示
す。各チャンバー14は、導電性材料のロッドを分割して
いる。図７は、図６と同一の図であるが、セル10がチャ
ンバー14内に少なくとも１種の試薬20をさらに含む点が
違っている。提示されたこの例においては、少なくとも
1種の試薬20は、チャンバー14内でセル本体12に投入さ
れ、電極18および19の上に横たわっている。図５〜７に
示されるように、順次接続されたセル10は、このような
形態で用いることもできるし、または図１〜４に示され
るように、個々のセル10に分割されていてもよい。
【００１７】例えば、チャンバー14内の所望のレベルで
試薬を投入する深さまで液体形態の試薬中にセルを浸す
ことにより、試薬を投入することができる。毛細管チャ
ンバー14については、毛細管作用によってセル本体12中
に試薬を吸い込ませてもよい。該試薬は、チャンバー14
内の所望のレベルに一致する平衡レベルに達するであろ
う。所望のレベルが平衡レベルより低い場合、試薬がチ
ャンバー14と平衡レベルに達するのにかかる時間より少
ない時間、セル10を浸す。所望のレベルが平衡レベルよ
り高い場合、より長時間、試薬中にセル10を浸す。
試薬を投入する深さまで液体形態の試薬中にセルを浸す
ことにより、試薬を投入することができる。毛細管チャ
ンバー14については、毛細管作用によってセル本体12中
に試薬を吸い込ませてもよい。該試薬は、チャンバー14
内の所望のレベルに一致する平衡レベルに達するであろ
う。所望のレベルが平衡レベルより低い場合、試薬がチ
ャンバー14と平衡レベルに達するのにかかる時間より少
ない時間、セル10を浸す。所望のレベルが平衡レベルよ
り高い場合、より長時間、試薬中にセル10を浸す。
【００１８】本発明のさらなる態様に従って、図１〜４
を参照すると、電気化学的分析用セル10の作製方法が提
供される。この方法は、金属ロッドを有するセル本体12
を成型し、金属ロッドを横切るチャンバー14を形成し、
チャンバー14内から該金属ロッドを取り除くことによっ
て、対向電極対18および19を形成することを含む。該方
法はさらに、例えば、チャンバー作用によって液体形態
でチャンバー14中に試薬を吸い込ませることによって、
チャンバー14内に少なくとも１種の試薬を投入すること
を含む。図５〜７に示されるように、この方法はさら
に、セル本体12中に複数の平行チャンバー14を形成し、
各チャンバー14内から金属ロッドを取り除くことを含
む。チャンバー14を、セル本体12を成型する間に少なく
とも部分的に形成してもよい。
を参照すると、電気化学的分析用セル10の作製方法が提
供される。この方法は、金属ロッドを有するセル本体12
を成型し、金属ロッドを横切るチャンバー14を形成し、
チャンバー14内から該金属ロッドを取り除くことによっ
て、対向電極対18および19を形成することを含む。該方
法はさらに、例えば、チャンバー作用によって液体形態
でチャンバー14中に試薬を吸い込ませることによって、
チャンバー14内に少なくとも１種の試薬を投入すること
を含む。図５〜７に示されるように、この方法はさら
に、セル本体12中に複数の平行チャンバー14を形成し、
各チャンバー14内から金属ロッドを取り除くことを含
む。チャンバー14を、セル本体12を成型する間に少なく
とも部分的に形成してもよい。
【００１９】本発明のさらなる態様に従って、図５〜７
を参照すると、電気化学的分析用セル10の作製方法が提
供される。この方法は、セル本体12の列を横切る金属ロ
ッドを有するセル本体12の平行な列として本体22を成型
し、該金属ロッドを横切る本体22中に複数の平行チャン
バー14を形成し(各セル本体12につき１つのチャンバー1
4）、および各チャンバー14内から該金属ロッドを取り
出すことを含む。該方法はさらに、セル本体12を分離さ
せることによって、個々のセル10を形成することを含
む。
を参照すると、電気化学的分析用セル10の作製方法が提
供される。この方法は、セル本体12の列を横切る金属ロ
ッドを有するセル本体12の平行な列として本体22を成型
し、該金属ロッドを横切る本体22中に複数の平行チャン
バー14を形成し(各セル本体12につき１つのチャンバー1
4）、および各チャンバー14内から該金属ロッドを取り
出すことを含む。該方法はさらに、セル本体12を分離さ
せることによって、個々のセル10を形成することを含
む。
【００２０】図１〜４のセル本体12は、電極18および19
と共に整列した相対向するプレーナー側面対24および25
を有する円筒状であり、縦軸方向16に伸びている。ま
た、図５〜７の本体22は、電極18および19を形成する金
属ロッドによって内部接続される独立したセル本体12の
列として成型される。ここで図８を参照すると(最初の
図面シート)、プレーナー側面24および25のない円筒状
セル本体12を有するセル10が提示されている。セル本体
12の断面形状は、正方形、長方形、多角形、またはその
他セル10に用いるのに適した任意の形状であってもよ
い。ここで図９を参照すると(３枚目の図面シート）、
本体22は円筒状の断面を有するセル本体の平行な列を含
んでもよい。提示された例においては、本体22は一体式
である。本体22を一体式の形態にすることもできるし、
またはプレーナー側面24および25(図１〜７)を、本体22
を機械加工することにより形成することもできるし、ま
たはさもなければセル本体12を独立させて金属ロッドに
より内部接続することもできる。
と共に整列した相対向するプレーナー側面対24および25
を有する円筒状であり、縦軸方向16に伸びている。ま
た、図５〜７の本体22は、電極18および19を形成する金
属ロッドによって内部接続される独立したセル本体12の
列として成型される。ここで図８を参照すると(最初の
図面シート)、プレーナー側面24および25のない円筒状
セル本体12を有するセル10が提示されている。セル本体
12の断面形状は、正方形、長方形、多角形、またはその
他セル10に用いるのに適した任意の形状であってもよ
い。ここで図９を参照すると(３枚目の図面シート）、
本体22は円筒状の断面を有するセル本体の平行な列を含
んでもよい。提示された例においては、本体22は一体式
である。本体22を一体式の形態にすることもできるし、
またはプレーナー側面24および25(図１〜７)を、本体22
を機械加工することにより形成することもできるし、ま
たはさもなければセル本体12を独立させて金属ロッドに
より内部接続することもできる。
【００２１】これより図１０を参照して、サンプル26の
電気化学的分析方法を説明する。該方法には、該サンプ
ルを電気化学分析用のセル10に吸い込み（draw）、そし
て電極18および19を横切って電圧（Vと示す）をかける
ことが含まれる。電気化学的反応は特に電極18および19
が互いに最も近接する場所で開始し、その反応は該サン
プルの化学的特性を示す。この指標は、当技術分野で公
知のように、電流、インピーダンス、または他の測定法
の形態でありうる。該方法には、少なくとも1つの試薬
を該サンプル中に懸濁すること更に含まれていてもよ
く、これは好ましくはサンプル26をチャンバー14内に吸
い込む前に、少なくとも1つの試薬をチャンバー14内の
セル本体12上に載せることにより行う。
電気化学的分析方法を説明する。該方法には、該サンプ
ルを電気化学分析用のセル10に吸い込み（draw）、そし
て電極18および19を横切って電圧（Vと示す）をかける
ことが含まれる。電気化学的反応は特に電極18および19
が互いに最も近接する場所で開始し、その反応は該サン
プルの化学的特性を示す。この指標は、当技術分野で公
知のように、電流、インピーダンス、または他の測定法
の形態でありうる。該方法には、少なくとも1つの試薬
を該サンプル中に懸濁すること更に含まれていてもよ
く、これは好ましくはサンプル26をチャンバー14内に吸
い込む前に、少なくとも1つの試薬をチャンバー14内の
セル本体12上に載せることにより行う。
【００２２】電極18および19を互いに近接して配置する
ことは、近接しているほど測定を行うのにかかる時間を
減らすのに役立つので有利である。本発明の新規製造法
により、セル12の側壁にある1対の対向するフィンガー
が作製され、図４および６に最良に示されるようにこれ
らは非常に近接して存在する。前記チャンバーの中心お
よび前記金属ロッドの中心は好ましくは合わせられ、そ
して電極18および19を形成する際に金属ロッドを通して
開けられた穴の直径は好ましくは該ロッドの直径よりも
わずかに大きく、それにより2つの電極が分離され、互
いに電気的に隔離されるが、製造許容性および他の製造
過程の変動を考慮すると、該電極を確実にかつ繰り返し
分離するのが必要なほど大きくないのが好ましい。
ことは、近接しているほど測定を行うのにかかる時間を
減らすのに役立つので有利である。本発明の新規製造法
により、セル12の側壁にある1対の対向するフィンガー
が作製され、図４および６に最良に示されるようにこれ
らは非常に近接して存在する。前記チャンバーの中心お
よび前記金属ロッドの中心は好ましくは合わせられ、そ
して電極18および19を形成する際に金属ロッドを通して
開けられた穴の直径は好ましくは該ロッドの直径よりも
わずかに大きく、それにより2つの電極が分離され、互
いに電気的に隔離されるが、製造許容性および他の製造
過程の変動を考慮すると、該電極を確実にかつ繰り返し
分離するのが必要なほど大きくないのが好ましい。
【００２３】分析デバイス28（破線(phantom)で示す）
は典型的には、電流、インピーダンス、または他の特性
を測定するために提供される。該分析デバイスは電気的
コネクターを備えることができ、手動または自動送り機
構により電気化学的セル10を電気的コネクターに電極18
および19と接触させて差し込む。電気化学的セル10は、
図１〜４および８に示すように個々の形態で使用しても
よいし、ならびに／または図５〜７および９に示すよう
に電極セット18および19それぞれと接触する適切な電気
的コネクターを有する相互連結させた列として使用して
もよい。本発明のセルとの使用に適合させうる測定装置
の例は、米国特許第4,963,814号；第4,999,632号；第4,
999,582号；および第5,243,516号、ならびに米国特許出
願第08/996,280号（Beatyらにより1997年12月22日に出
願された）に開示されている。
は典型的には、電流、インピーダンス、または他の特性
を測定するために提供される。該分析デバイスは電気的
コネクターを備えることができ、手動または自動送り機
構により電気化学的セル10を電気的コネクターに電極18
および19と接触させて差し込む。電気化学的セル10は、
図１〜４および８に示すように個々の形態で使用しても
よいし、ならびに／または図５〜７および９に示すよう
に電極セット18および19それぞれと接触する適切な電気
的コネクターを有する相互連結させた列として使用して
もよい。本発明のセルとの使用に適合させうる測定装置
の例は、米国特許第4,963,814号；第4,999,632号；第4,
999,582号；および第5,243,516号、ならびに米国特許出
願第08/996,280号（Beatyらにより1997年12月22日に出
願された）に開示されている。
【００２４】これより図１１および１２を参照して、本
発明のさらなる態様にしたがって、電気化学的セル10の
製品をパッケージングするためのロータリークリップ30
および線形クリップ32を説明する。セル10は、クリップ
30および32内に水平に、垂直に、および／またはらせん
状に積み重ねることができる。また本体はロータリーク
リップ30の中に放射状にまたは環状に向きを合わせても
よい。ロータリークリップ30は円形コンベヤー（carous
el）として構成してもよい。該セルは、クリップ30およ
び32内で順次連結してもよいし、またはしなくてもよ
い。クリップ30および32は特に自動分析デバイス28と共
に使用するのに望ましい。
発明のさらなる態様にしたがって、電気化学的セル10の
製品をパッケージングするためのロータリークリップ30
および線形クリップ32を説明する。セル10は、クリップ
30および32内に水平に、垂直に、および／またはらせん
状に積み重ねることができる。また本体はロータリーク
リップ30の中に放射状にまたは環状に向きを合わせても
よい。ロータリークリップ30は円形コンベヤー（carous
el）として構成してもよい。該セルは、クリップ30およ
び32内で順次連結してもよいし、またはしなくてもよ
い。クリップ30および32は特に自動分析デバイス28と共
に使用するのに望ましい。
【００２５】これより図１７および１８を参照しなが
ら、本発明のさらなる態様に従ってセル300を説明す
る。図１８は図１７の線18−18に沿った断面図である。
セル300は、本体312、チャンバー314、および電極318お
よび319を有する。チャンバー314は、電極318および319
を形成するロッドの軸を横切る長円形であり、そして該
ロッドは本明細書で既に記載のようにチャンバー314内
から移動させる。ここで図１９および２０を参照して、
電極318および319を形成するために使用するタイプのロ
ッド320の上部平面図および側部立面図を説明する。ロ
ッド320は、ディスク322の反対側に延びるフィンガー32
4を有するディスク322を備える。ロッド320は、例えば
一定の横断面を有するロッドにディスク322を周期的に
スタンピングすることによって形成することができる。
ら、本発明のさらなる態様に従ってセル300を説明す
る。図１８は図１７の線18−18に沿った断面図である。
セル300は、本体312、チャンバー314、および電極318お
よび319を有する。チャンバー314は、電極318および319
を形成するロッドの軸を横切る長円形であり、そして該
ロッドは本明細書で既に記載のようにチャンバー314内
から移動させる。ここで図１９および２０を参照して、
電極318および319を形成するために使用するタイプのロ
ッド320の上部平面図および側部立面図を説明する。ロ
ッド320は、ディスク322の反対側に延びるフィンガー32
4を有するディスク322を備える。ロッド320は、例えば
一定の横断面を有するロッドにディスク322を周期的に
スタンピングすることによって形成することができる。
【００２６】これより図２１および２２を参照しなが
ら、本発明のさらなる態様に従ってセル400を説明す
る。セル400は、本体412、チャンバー414、および電極3
18および319を有する。チャンバー414は、電極318およ
び319を形成するロッドの軸を横切る長円形であり、該
ロッドは本明細書で既に記載したようにチャンバー414
内から取り除く。チャンバー414は一方の端が広がって
おり、それにより漏斗形を形成している。本明細書で説
明した多数の実施形態の種々の特徴を単独で、または1
以上の他の特徴と組み合わせて使用し、全て本発明の態
様による無数の変形を作製することができる。
ら、本発明のさらなる態様に従ってセル400を説明す
る。セル400は、本体412、チャンバー414、および電極3
18および319を有する。チャンバー414は、電極318およ
び319を形成するロッドの軸を横切る長円形であり、該
ロッドは本明細書で既に記載したようにチャンバー414
内から取り除く。チャンバー414は一方の端が広がって
おり、それにより漏斗形を形成している。本明細書で説
明した多数の実施形態の種々の特徴を単独で、または1
以上の他の特徴と組み合わせて使用し、全て本発明の態
様による無数の変形を作製することができる。
【００２７】試薬20は、特異的なアナライトのための電
気化学的プローブを提供する。特異的な試薬20の選択
は、特異的なアナライトまたは測定すべきアナライト次
第であり、当業者に公知である。本発明のセル10で使用
しうる試薬の例としては、全血サンプルからグルコース
を測定するための試薬がある。ヒトの血液サンプル中の
グルコース測定用試薬の非限定的な例には、62.2mgのポ
リエチレンオキシド（平均分子量100〜900kDa）、3.3mg
のNATROSOL 250M、41.5mgのAVICEL RC-591 F、89.4mgの
第一リン酸カリウム、157.9mgの第二リン酸カリウム、4
37.3mgのフェリシアン化カリウム、46.0mgのコハク酸ナ
トリウム、148.0mgのトレハロース、2.6mgのTRITON X-1
00界面活性剤、および2,000〜9,000酵素活性単位／gの
試薬が含まれる。該酵素は、12.5mgの補酵素PQQと121万
単位のキノタンパク質グルコースデヒドロゲナーゼのア
ポ酵素から酵素溶液として調製する。さらにこの試薬
は、WO99/30152に記載されており、その開示を参照によ
り本明細書に組み入れる。
気化学的プローブを提供する。特異的な試薬20の選択
は、特異的なアナライトまたは測定すべきアナライト次
第であり、当業者に公知である。本発明のセル10で使用
しうる試薬の例としては、全血サンプルからグルコース
を測定するための試薬がある。ヒトの血液サンプル中の
グルコース測定用試薬の非限定的な例には、62.2mgのポ
リエチレンオキシド（平均分子量100〜900kDa）、3.3mg
のNATROSOL 250M、41.5mgのAVICEL RC-591 F、89.4mgの
第一リン酸カリウム、157.9mgの第二リン酸カリウム、4
37.3mgのフェリシアン化カリウム、46.0mgのコハク酸ナ
トリウム、148.0mgのトレハロース、2.6mgのTRITON X-1
00界面活性剤、および2,000〜9,000酵素活性単位／gの
試薬が含まれる。該酵素は、12.5mgの補酵素PQQと121万
単位のキノタンパク質グルコースデヒドロゲナーゼのア
ポ酵素から酵素溶液として調製する。さらにこの試薬
は、WO99/30152に記載されており、その開示を参照によ
り本明細書に組み入れる。
【００２８】ヘマトクリット値を測定すべき場合には、
前記試薬には、酸化型および還元型の可逆的な電気活性
化合物（それぞれヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム
（「フェリシアニド」）およびヘキサシアノ鉄(II)酸カ
リウム（「フェロシアニド」））、電解質（リン酸カリ
ウムバター）、および微晶質材料（Avicel RC-591F；88
％の微晶質セルロースおよび12％のナトリウムカルボキ
シメチルセルロースの混合物、FMC Corp.より入手可
能）が含まれる。乾燥前の該試薬中の成分濃度は以下の
通りである：400ミリモラー（mM）フェリシアニド、55m
M フェロシアニド、400mM リン酸カリウム、および2.0
％（重量：容量）のAvicel。ヘマトクリットアッセイ用
の試薬についてのさらなる記載は、米国特許第5,385,84
6号に示され、その開示を参照により本明細書に組み入
れる。ヘマトクリット試薬は、好ましくは電極18および
19の表面上に載せない。該試薬は電極18および19に対し
て反対側の末端にあるチャンバー14内に載せうる。
前記試薬には、酸化型および還元型の可逆的な電気活性
化合物（それぞれヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム
（「フェリシアニド」）およびヘキサシアノ鉄(II)酸カ
リウム（「フェロシアニド」））、電解質（リン酸カリ
ウムバター）、および微晶質材料（Avicel RC-591F；88
％の微晶質セルロースおよび12％のナトリウムカルボキ
シメチルセルロースの混合物、FMC Corp.より入手可
能）が含まれる。乾燥前の該試薬中の成分濃度は以下の
通りである：400ミリモラー（mM）フェリシアニド、55m
M フェロシアニド、400mM リン酸カリウム、および2.0
％（重量：容量）のAvicel。ヘマトクリットアッセイ用
の試薬についてのさらなる記載は、米国特許第5,385,84
6号に示され、その開示を参照により本明細書に組み入
れる。ヘマトクリット試薬は、好ましくは電極18および
19の表面上に載せない。該試薬は電極18および19に対し
て反対側の末端にあるチャンバー14内に載せうる。
【００２９】本発明のセンサー20において特定のアナラ
イトの測定に使用しうる酵素および媒介物質の他の非限
定的な例を、下記の表１に挙げる。本発明の電気化学的
セルは、セル本体のチャンバー内に載せられる複数の試
薬を有することができる。
イトの測定に使用しうる酵素および媒介物質の他の非限
定的な例を、下記の表１に挙げる。本発明の電気化学的
セルは、セル本体のチャンバー内に載せられる複数の試
薬を有することができる。
【００３０】
【表１】
表１に示すいくつかの例では、少なくとも1つの追加酵
素を反応触媒として使用する。また、表１に示す例のい
くつかは、酸化型媒介物質への電子移動を促進する追加
の媒介物質を利用することができる。追加の媒介物質
は、酸化型媒介物質よりも少ない量の試薬に提供されう
る。上記アッセイを記載したが、種々の電気化学的アッ
セイをこの開示に従ってセンサー10と共に実施しうるこ
とが理解される。
素を反応触媒として使用する。また、表１に示す例のい
くつかは、酸化型媒介物質への電子移動を促進する追加
の媒介物質を利用することができる。追加の媒介物質
は、酸化型媒介物質よりも少ない量の試薬に提供されう
る。上記アッセイを記載したが、種々の電気化学的アッ
セイをこの開示に従ってセンサー10と共に実施しうるこ
とが理解される。
【００３１】好ましい実施形態によると、前記試薬は液
状で加えて乾燥させる。本明細書で使用する、用語「乾
燥」または「乾燥した」とは、試薬がサンプルと接触し
た際に、不動で、化学的に安定、かつ反応性である状態
まで試薬から水分を除去することを意味する。本発明の
セルには、参照により本明細書に組み入れられる継続中
の特許出願（発明者Raghbir Singh BhullarおよびBrian
S. Hill、発明の名称「MICROSPHERE CONTAINING SENSO
R（ミクロスフェア含有センサー）」、代理人整理番号9
793/31、1999年12月23日出願）に記載のようなミクロス
フェアが含まれてもよい。該ミクロスフェアにより、サ
ンプルの大きさが減少し、前記セル中のサンプル流出量
が改善される。試薬をミクロスフェアの上に載せてもよ
い。
状で加えて乾燥させる。本明細書で使用する、用語「乾
燥」または「乾燥した」とは、試薬がサンプルと接触し
た際に、不動で、化学的に安定、かつ反応性である状態
まで試薬から水分を除去することを意味する。本発明の
セルには、参照により本明細書に組み入れられる継続中
の特許出願（発明者Raghbir Singh BhullarおよびBrian
S. Hill、発明の名称「MICROSPHERE CONTAINING SENSO
R（ミクロスフェア含有センサー）」、代理人整理番号9
793/31、1999年12月23日出願）に記載のようなミクロス
フェアが含まれてもよい。該ミクロスフェアにより、サ
ンプルの大きさが減少し、前記セル中のサンプル流出量
が改善される。試薬をミクロスフェアの上に載せてもよ
い。
【００３２】再度図５〜７を参照すると、一実施形態に
おいて、セル10の本体12は、直径約500μmの固体の金製
ロッドのまわりにポリカーボネートを射出成形すること
により形成する。適切なロッドはENGELHARD-CLAL LP（N
ew Jersey, U.S.A.）より入手可能である。チャンバー1
4に機械的に直径約500μmを有する穴をあける。掘削作
業の中心軸は該ロッドの中心軸に合わせ、それに対して
垂直にする。該ロッドの実際の直径は、典型的には名目
上の直径500μmよりもわずかに小さくする。反対に、該
チャンバーにあける穴の実際の直径は、典型的には名目
上の直径500μmよりもわずかに大きくする。結果とし
て、該ロッドを所望の幅を有する誘電性ギャップ40によ
り分離された電極に分割する。本実施形態のセル10は、
縦軸方向に約36mmの長さを有し、約16mmの外径を有す
る。平面24および25は約14mm離れている。
おいて、セル10の本体12は、直径約500μmの固体の金製
ロッドのまわりにポリカーボネートを射出成形すること
により形成する。適切なロッドはENGELHARD-CLAL LP（N
ew Jersey, U.S.A.）より入手可能である。チャンバー1
4に機械的に直径約500μmを有する穴をあける。掘削作
業の中心軸は該ロッドの中心軸に合わせ、それに対して
垂直にする。該ロッドの実際の直径は、典型的には名目
上の直径500μmよりもわずかに小さくする。反対に、該
チャンバーにあける穴の実際の直径は、典型的には名目
上の直径500μmよりもわずかに大きくする。結果とし
て、該ロッドを所望の幅を有する誘電性ギャップ40によ
り分離された電極に分割する。本実施形態のセル10は、
縦軸方向に約36mmの長さを有し、約16mmの外径を有す
る。平面24および25は約14mm離れている。
【００３３】本明細書に開示された方法により作製され
る製品もさらに本発明の態様を表す。本発明を、特定の
例示的実施形態を参照しながら記載かつ説明してきた
が、本発明はそれらの例示的実施形態に限定されないこ
とを意図している。当業者であれば、特許請求の範囲に
より定義される本発明の真の範囲および精神から逸脱す
ることなく変更および修飾がなされることを理解するだ
ろう。したがって、添付した特許請求の範囲およびその
同等物の範囲内に入るそのような変更および修飾は全
て、本発明に含まれることを意図する。
る製品もさらに本発明の態様を表す。本発明を、特定の
例示的実施形態を参照しながら記載かつ説明してきた
が、本発明はそれらの例示的実施形態に限定されないこ
とを意図している。当業者であれば、特許請求の範囲に
より定義される本発明の真の範囲および精神から逸脱す
ることなく変更および修飾がなされることを理解するだ
ろう。したがって、添付した特許請求の範囲およびその
同等物の範囲内に入るそのような変更および修飾は全
て、本発明に含まれることを意図する。
【図１】図１は、本発明の一態様による電気化学的分析
用のセルの透視図を示す。
用のセルの透視図を示す。
【図２】図２は、図１のセルの上面図を示す。
【図３】図３は、図２の3−3線に沿って描いた側断面図
を示す。
を示す。
【図４】図４は、図２の4−4線に沿って描いた側断面図
を示す。
を示す。
【図５】図５は、本発明のさらなる態様による複数のセ
ル本体を含む本体の透視図を示す。
ル本体を含む本体の透視図を示す。
【図６】図６は、図５の6−6線に沿って描いた透視断面
図を示す。
図を示す。
【図７】図７は、図６の透視断面図をセル内に投入され
た試薬と共に示す。
た試薬と共に示す。
【図８】図８は、本発明のさらなる態様による、電気化
学的分析用セルの透視図を示す。
学的分析用セルの透視図を示す。
【図９】図９は、本発明のさらなる態様による、複数の
セル本体を含む本体の透視図を示す。
セル本体を含む本体の透視図を示す。
【図１０】図１０は、サンプル分析の方法および装置の
概略図を示す。
概略図を示す。
【図１１】図１１は、本発明のセルと共に使用するため
の回転式クリップの上面図を示す。
の回転式クリップの上面図を示す。
【図１２】図１２は、本発明のセルと共に使用するため
の線状クリップの側面図を示す。
の線状クリップの側面図を示す。
【図１３】図１３は、本発明の一態様によるセルの端面
図を示す。
図を示す。
【図１４】図１４は、本発明のさらなる態様による、細
長い断面を有するチャンバーを有するセルの端面図を示
す。
長い断面を有するチャンバーを有するセルの端面図を示
す。
【図１５】図１５は、本発明のさらなる態様による、一
端で大きくなるチャンバーを有するセルの側断面図であ
る。
端で大きくなるチャンバーを有するセルの側断面図であ
る。
【図１６】図１６は、本発明のさらなる態様による、一
端で大きくなるチャンバーを有するセルの側断面図であ
る。
端で大きくなるチャンバーを有するセルの側断面図であ
る。
【図１７】図１７は、本発明のさらなる態様によるセル
の端面図である。
の端面図である。
【図１８】図１８は、図１７の18-18線に沿って描いた
図１７のセルの側断面図である。
図１７のセルの側断面図である。
【図１９】図１９は、本発明のさらなる態様によるロッ
ドの拡大上面図である。
ドの拡大上面図である。
【図２０】図２０は、図１９のロッドの側面図である。
【図２１】図２１は、本発明のさらなる態様によるセル
の端面図である。
の端面図である。
【図２２】図２２は、図２１の22-22線に沿って描いた
図２１のセルの側断面図である。
図２１のセルの側断面図である。
３−３ 切り口ライン、４−４ 切り口ライン、６−６
切り口ライン、１０ セル、１２ セル本体、１４
チャンバー、１６ 縦軸方向、１８ 電極、１８−１８
切り口ライン、１９ 電極、２０ 試薬、２２ 本
体、２２−２２ 切り口ライン、２４ プレーナー側
面、２５ プレーナー側面、２６ サンプル、２８ 分
析デバイス、３０ ロータリークリップ、３２ 線形ク
リップ、４０ 誘電性ギャップ、４２ 第１の位置、４
４ 第２の位置、１００ セル、１０２ 同心円部分、
１１２ 本体、１１４ チャンバー、２００ セル、２
１２ 本体、２１４ チャンバー、３００ セル、３１
２ 本体、３１４ チャンバー、３１８ 電極、３１９
電極、３２０ ロッド、３２２ ディスク、３２４
フィンガー、４００ セル、４１２ 本体、４１４ チ
ャンバー
切り口ライン、１０ セル、１２ セル本体、１４
チャンバー、１６ 縦軸方向、１８ 電極、１８−１８
切り口ライン、１９ 電極、２０ 試薬、２２ 本
体、２２−２２ 切り口ライン、２４ プレーナー側
面、２５ プレーナー側面、２６ サンプル、２８ 分
析デバイス、３０ ロータリークリップ、３２ 線形ク
リップ、４０ 誘電性ギャップ、４２ 第１の位置、４
４ 第２の位置、１００ セル、１０２ 同心円部分、
１１２ 本体、１１４ チャンバー、２００ セル、２
１２ 本体、２１４ チャンバー、３００ セル、３１
２ 本体、３１４ チャンバー、３１８ 電極、３１９
電極、３２０ ロッド、３２２ ディスク、３２４
フィンガー、４００ セル、４１２ 本体、４１４ チ
ャンバー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ブライアン ヒル
アメリカ合衆国 46268 インディアナ
州、インディアナポリス、アパートメン
ト シー、 サン フェルナンド ドラ
イブ 4710
(56)参考文献 実開 昭63−124659（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/327
G01N 27/28 341
G01N 27/416
Claims (12)
- 【請求項１】 液体サンプルの電気化学的分析用のセル
の製造法であって、 導電性材料のロッドを埋め込んだ誘電性材料の本体を形
成し、 誘電性材料および導電性材料を取り除いて前記本体内に
チャンバーを形成する、ことを含み、前記チャンバーの
大きさおよび位置によって導電性材料のロッドがギャッ
プによって分割される、前記方法。 - 【請求項２】 複数のチャンバーを前記本体内に形成
し、各チャンバーが導電性材料のロッドを分割する、請
求項１記載の方法。 - 【請求項３】 液体サンプルの電気化学的分析用のセル
の製造法であって、 シリンダーの縦軸に垂直な方向で該シリンダーに貫通さ
せた導電性材料のロッドを有する誘電性材料のシリンダ
ーを形成し、 誘電性材料および導電性材料を取り除いて縦軸と同心円
上に円筒状のチャンバーを形成する、ことを含み、前記
チャンバーの大きさおよび位置により、前記チャンバー
の片側にあるチャンバーの内壁で境界をなす第1部分と
前記チャンバーの反対側にあるチャンバーの内壁で境界
をなす第2部分との間のギャップで導電性材料のロッド
が分割される、前記方法。 - 【請求項４】 前記導電性ロッドが片側からもう一方へ
通り抜ける、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 電気化学的分析用のセルの製造法であっ
て、 導電性ロッドを有する本体を成形し、 本体中に導電性ロッドを横切る毛細管溝を形成し、そし
て 導電性ロッドを毛細管溝内から取り除き、それにより1
対の対向する電極を形成すること、を含む前記方法。 - 【請求項６】 少なくとも1つの試薬を前記毛細管溝内
に載せることをさらに含む、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 毛細管作用によって少なくとも1つの試
薬を液状で毛細管溝内に載せることをさらに含む、請求
項５記載の方法。 - 【請求項８】 前記本体内に複数の並行した毛細管溝を
形成し、そして導電性ロッドを各毛細管溝内から取り除
くこと、をさらに含む、請求項５記載の方法。 - 【請求項９】 前記本体を成形する間に毛細管溝を部分
的に形成することを含む、請求項５記載の方法。 - 【請求項１０】 電気化学的分析用のセルの製造法であ
って、 並行した列のセル本体を横切る導電性ロッドを有する、
並行した列のセル本体として本体を成形すること、 前記本体内に前記導電性ロッドを横切る複数の並行した
毛細管溝を、各セル本体につき1つの毛細管溝として形
成し、そして各毛細管溝内から導電性ロッドを取り除く
こと、を含む前記方法。 - 【請求項１１】 前記セル本体を分離することをさらに
含む、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 請求項１０記載の方法により作製され
るセル。
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