JP3488501B2 - 複数測定ゾーンを有するセンサを設けた電子化学的測定システム - Google Patents

複数測定ゾーンを有するセンサを設けた電子化学的測定システム

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業行の利用分野】本発明は、複数の活動ゾーン（測
定ゾーンとも言う）を備えた小型センサを収容できる測
定装置からなり、測定装置内に導入された単一のセンサ
によって媒体の特性を連続して測定できるようにした電
子化学測定システムに関する。 【０００２】 【従来の技術】媒体の物理的化学的特性を検出するた
め、または自然、生化学的または生物学的に発生した溶
液、流出液または流体内に存在する物質の濃度を決定す
るために電極及び適切な電気または電子回路を用いた多
くの電子化学的技術が開発されている。これらの技術は
一般的に、電気伝導度測定、電圧測定、電流測定または
電量分析またはポーラログラフ測定方法を利用してい
る。必要な測定に応じて、これらの電子化学的技術は、
試薬を溶液に添加したり、それを１つまたは幾つかの電
極付近に閉じ込めることもある。 【０００３】例えば、血液中に存在するグルコースの定
量分析の場合、試薬がグルコースに特有の少なくとも１
つの酵素を有するようにする。実験室でこの種類の測定
を実施するためのシステムは以前から知られているが、
それらは一般的に煩雑で、搬送が難しく、高コストであ
り、さらに実際に使用するために専門的な技術を必要と
すると共に、入念な維持管理及び各測定後の洗浄を必要
とする。 【０００４】過去２０〜３０年では、システムの小型化
を、すなわち持ち運び易く、低価格で、専門的な技術を
備えていない者でも容易に使用できるシステムを求める
傾向がある。このため、システムのデータ収集を行う部
分、すなわち電極を支持している装置をこれらのデータ
の処理及び表示を行う部分から分離可能にすることが有
益であると以前から考えられていた。データ収集を行う
電極を測定装置の他の部分から分離させることが提案さ
れた場合、当然の結果として前記電極を同一絶縁支持体
上で物理的に結び付けることによって、それらの空間的
配置を維持できるようにする。測定装置に連結可能な電
極を備えた支持体からなるこの形式の装置が、一般的用
語で「センサ」、本発明では「電子化学的センサ」と呼
ばれる。素材の選択及びそれを製造するために採用され
る大量生産技術によって、センサの単価を大幅に低減さ
せて、各測定後にそれを交換できるまでにすることも可
能であった。 【０００５】測定装置自体の体積の減少は、当然ながら
電子工学の進歩によって可能になった小型化によるもの
であり、本発明の測定装置は好都合なことに持ち運び可
能な大きさにすることができるであろう。電子化学式セ
ンサ自体に関して言えば、例えばドイツ特許第２，１２
７，１４２号には、薄膜蒸着技術によって小型絶縁プレ
ート上に２つの電極を水平方向に配置した装置が開示さ
れている。米国特許第４，０７６，５９６号も、厚膜ま
たは薄膜技術によってプラスチック材の絶縁基板上に陽
極及び陰極を蒸着させた酸素センサを記載している。１
つの実施例によれば、このセンサには基準として機能す
る第３電極も設けられている。 【０００６】３つの電極を設けた装置は、日本特許公報
第６１−２９４３５１号にも記載されており、これに記
載された装置は、電極に付着させた試薬によって、電子
化学的測定技術を用いて酸化還元酵素と媒体との混合物
がグルコースレベルを測定できるようにしている。４つ
以上の電極を設けた他のセンサも記載されている。欧州
特許第０，４７１，９８６号は特に、分析するサンプル
の存在を検出するための２つの電極と、電流測定法で実
際に測定を行うための２つの電極の４つの電極を備えた
センサを記載している。 【０００７】他の変更例のセンサで「マルチセンサ」と
呼ばれているものがある。この「マルチセンサ」は、例
えば同一の絶縁プレート上に幾つかの個別センサを付着
させて、一連の測定を同時または別々に実施する時に使
用され、各々の個別センサには測定装置への専用接続部
が設けられている。この形式の装置は、例えば欧州特許
第０，１７０，３７５号に記載されている。 【０００８】上記形式のセンサは、一般的に小型であ
り、単価を低減させることができる素材及び技術を用い
て形成されているため、それらは使い捨て試薬を組み込
んだ時に２〜３回使用した後、または１回使用しただけ
で廃棄することができる。それらを「マルチセンサ」と
呼ぶ時、これらのセンサは、１つのサンプルの単一の定
量分析を行うための様々な機能を行う電極群を設けてい
る（欧州特許第０，４７１，９８６号）か、個々に接続
可能な一連の個別センサを構成している（欧州特許第
０，１７０，３７５号）。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、単一のセン
サを用いて媒体の物理化学的特性を連続して測定できる
測定システムを提供することを課題とするものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明のセンサは、導電
性素材からなる少なくとも２つの互いに絶縁された集電
器を設けたストリップ状の絶縁基板上に配置された複数
の、一般的にすべて同一の測定ゾーン（活動ゾーンとも
言う）によって構成されており、次の測定を実施するた
めに、使用した後に各使用済み活動ゾーンを順次切り離
すようになっている。本発明によるこの形式のセンサ
は、従来から公知の「マルチセンサ」とは異なり、「順
次廃棄可能な複数活動ゾーンセンサ」と呼ぶことができ
る。これにより、所定長さのストリップを測定装置内に
導入して接続した後、同一の物理化学的特徴、及びセン
サの新しい測定ゾーンに連続的に入れられたサンプル溶
液内の同一成分の濃度を幾度も連続して測定することが
できるようになる。 【００１１】本発明の順次廃棄可能な活動複数ゾーンセ
ンサでは、集電器がストリップの同一面上に、またはそ
の両面上に配置されており、各集電器には、測定装置と
接続される接続手段を構成する少なくとも１つの部分
と、１つまたは複数のカバーストリップ内に設けられた
窓によって形成された少なくとも２つの活動ゾーンを連
続的に横切る少なくとも１つの他の部分とが設けられて
おり、窓内の集電器の可視部分が電極を構成している。
ストリップにはさらに、使用後に位置決め及び／または
切り離しを行う手段を設けることができる。 【００１２】導電材からなる集電器の接続手段は、スト
リップの一端部に、またはストリップの一方または両縁
部に沿って設けられているか、またはストリップの一端
部とその縁部とに分散されている。ある測定装置におい
て測定装置に導入されたある１つのストリップ上の測定
ゾーンの数は、一方では測定ゾーンの物理的寸法によっ
て、また他方ではその間の距離によって決まる。この距
離は特に、サンプルの収集を行うために装置の外側に位
置している測定ゾーンへのアクセスしやすさ、および測
定しようとする特性によって決まる。 【００１３】所定時間内での所望測定頻度に応じて、ス
トリップは小型バー形または円筒形にする。ストリップ
の最大長さは、開放空気中での試薬の安定期間及び定量
分析の頻度の関数である。測定装置自体が小型であるこ
とから、センサは厚みが０．０５〜０．５ｍｍ、幅が６
〜１２ｍｍである。小型バー形である時、センサは１０
〜２０ｃｍ長さであることが好ましい。センサを測定装
置内に導入して電子測定装置に接続すると、活動ゾーン
が順次アクセス可能になり、各活動ゾーンは測定自体の
ための適当な組み込まれた手段によって識別及び位置決
めが行われる。他のやはり組み込まれた手段によって、
測定が完了した時に使用済みの活動ゾーンを取り除き、
続いて新しい活動ゾーンを位置決めすることができる。
本発明のセンサはいずれの形式の電子化学的測定にも使
用できるが、使い捨て試薬によって行われる測定に特に
適している。 【００１４】測定装置は電子回路及び機械装置を内部に
収容したハウジングを有している。前記ハウジング内に
配置されたエネルギ源によって、センサを受け取る接点
間に可変または不変電流を、または可変または不変電圧
を適当な電子回路によって加えることができる。この回
路はまた接続手段に接触する接点の端子でそれぞれ電圧
または電流を測定する一方で、この電気信号を処理し
て、測定された物理的化学的特徴を表す値を表示するこ
とができる。電子回路にはさらに、測定時の温度変化の
影響を補正できるようにする温度計を設けることができ
る。また、クロックと、測定を実施しなければならない
時をユーザに知らせるアラームとを設けることもでき
る。測定装置にはさらに、一連の測定全体を通してハウ
ジングに導入されたセンサを電子回路に電気的に接続で
きるようにする装置が設けられている。 【００１５】ハウジングには、センサを導入できるよう
する開口が設けられている。２つの開口を設けて、一方
をセンサの装填用に、他方は測定ゾーンを順次アクセス
可能にするためのものにしてもよい。ハウジングにはま
た、機械式または電子機械式手段を用いてセンサをハウ
ジング内部で移動及び位置決めできるようにする駆動装
置も設けられている。この装置は、例えばセンサ支持ス
トリップの少なくとも１つの縁部の厚さ方向に設けられ
たノッチ、またはセンサの中心軸線に直交する線に沿っ
てセンサの一方の表面に形成された溝でセンサと協働す
る。最後になるが、使用済み測定ゾーンを取り除くこと
ができるようにする装置がハウジングに組み込まれてい
る。 【００１６】非制限的な例として、溶液中のある成分の
特定の酸化還元酵素が酸化還元反応の触媒として作用
し、媒体が前記酵素と作動電極との間の電子の遷移を容
易にする時に、その成分の濃度を測定するためにセンサ
を収容できる電流測定装置からなる電子化学測定システ
ムに関して以下に説明する。特に、本発明は、例えば血
液中のグルコースの定量分析を行うための上記形式のセ
ンサで、使い捨て試薬が主に特定酵素としてのグルコー
スオキシダーゼ（ＧＯＤ）と、少なくとも１つの電子供
与体群で置換された少なくとも１つのビピリジン、テル
ピリジンまたはフェナントロリン配位子と遷移金属との
複合体から選択された媒体とを有しているセンサに関す
るものである。同様な仮定に従って、ストリップ装置に
は１日または１週間毎に定められたグルコースの定量分
析と同じ数の測定ゾーンを設けることが好ましい。 【００１７】本発明はまた、すべての測定ゾーンに入れ
られる試薬が必然的に同一の製造バッチから得られ、そ
のために、第１測定ゾーンを基準溶液に使用した場合、
ある単位時間内に非常に高い相対正確度または非常に高
い絶対正確度の一連の測定を行って、測定装置の較正を
行うことができるようにしたセンサを提供している。 【００１８】 【実施例】主にグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）及び
媒体を含有する試薬の存在下で血液中のグルコースを電
流測定法で定量分析するためのセンサを備えた測定シス
テムを参照しながら、本発明をさらに説明する。この形
式のシステムの実施例が添付の図面に示されている。図
１〜３に示されている第１実施例によれば、センサは、
６〜１２ｍｍ程度の細さで０．０５〜０．５ｍｍ程度の
薄さの絶縁材からなる支持ストリップ１で構成されてい
る。絶縁材は、例えばＨｏｓｔａｐｈａｎまたはＭｙｌ
ｅｒの登録商標で市販されているポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）等の柔軟性のあるプラスチック材にす
ることができる。２つの集電器１６、１７がこのストリ
ップの全長に沿って設けられており、わかりやすくする
ために支持体１の縁部４及び５に平行に配置されて、非
常に狭い空間３８で分離させた微細なストリップ状に示
されている。これらの集電器は、それぞれ作動電極及び
基準電極を構成する。それらは、薄膜または厚膜蒸着と
呼ばれる公知の技術を用いて耐腐食性導電材で形成され
るか、その導電材からなる被膜を積層することによって
形成される。 【００１９】例えば、作動電極に使用される耐腐食性導
電材は、金、プラチナ、銀、ニッケル、パラジウムまた
はチタン等の金属及び炭素である。最も一般的に使用さ
れる基準電極は、塩化銀の層で被覆した銀で構成されて
いる。プレートによって支持された電極は、次に支持ス
トリップ１と同じか、またはそれよりも薄い厚さの絶縁
フィルム２９で覆われる。フィルム２９を形成する素材
は、支持ストリップ１と同じ素材にしたり、異なった素
材、さらには合成素材、例えばＰＥＴをポリエチレン等
の熱可塑性材または接着剤の層で被覆したストリップに
することもできる。 【００２０】 支持ストリップ１の全表面を覆う保護フ
ィルム２９には窓３２、３４が形成される。ストリップ
の端部３付近に設けられた窓（接触窓）３２は矩形であ
って、測定装置に接続するために（前記集電器からな
る）導電体２３、２４の一部分を露出させている。等間
隔の複数の窓３４が、測定すべきサンプルを入れる円形
の順次廃棄可能な活動ゾーンを形成している。窓３４
は、楕円形または矩形等の適当な形状にすることができ
る。各ゾーンは、電極間に空間３８を設けた素材からな
る細いストリップによって分割でき、これによって２つ
の半月形のセクター３５、３６が形成され、その各々で
それぞれ（集電器からなる）電極２０、２１の一部分が
露出している。ここで、主にグルコースオキシダーゼ
（ＧＯＤ）及び１つの媒体を含有する試薬２６が、各半
月形ゾーン内に位置している電極部分上に公知のピペッ
ト法、セリグラフまたはパッディング技法によって入れ
られる。センサを測定装置内に一体化された前進装置に
固定するため、ストリップ１の縁部４、５にノッチ１１
が設けられている。 【００２１】図４及び５に示されている変更例のセンサ
は、同様にして雲母、ガラスまたはセラミック等の脆弱
な絶縁材からなる支持ストリップ１を設けている。電極
２０、２１がストリップ１の表面の全体または一部分を
覆っており、それらを電気的に絶縁状態に保持できるよ
うにする狭い中央空間３８によって互いに分離されてい
る。絶縁カバーフィルム２９には、各測定ゾーン３４用
の窓３５、３６だけが第１実施例の場合のように等間隔
に設けられている。しかし、このカバーフィルム２９の
幅は支持ストリップ１よりも狭いため、各縁部４、５付
近に導電性トラック１４、１５が設けられて、測定装置
の接続手段と滑り接触させることができるようにしてい
る。この場合も同様に、測定電極の露出ゾーンに試薬２
６が載置される。最後になるが、支持ストリップ１の下
表面にはストリップの中心軸線に直交する溝１２が設け
られており、それによって各測定ゾーンを位置決めでき
る共に、その活動ゾーンの使用後に破断できる。 【００２２】以上の実施例とは異なって、図６〜９に示
されている実施例では、電極２０、２１が絶縁支持スト
リップ１の両側に配置されている。このため、この形式
のセンサは上表面及び下表面がほぼ同じ形状になってい
る。電極２０、２１が、各測定ゾーンの形状に沿うよう
にしてストリップ１の上表面及び下表面の全体または一
部分を覆っている。ストリップの各表面は、各測定ゾー
ンの位置の窓３４と、２つの連続した窓の間においてス
トリップの一方の縁部付近の両側に設けられた接触窓３
２とを有している積層、接着またはセリグラフ形被覆フ
ィルム２９、３０で被覆されている。試薬２６は、作動
電極を備えている側のストリップ１の表面の窓に入れら
れ、図８に示されているようにカバーフィルム２９をカ
バーフィルム３０より厚くすることが好都合である。ス
トリップの中心軸線に直交する軸線で定められた半円内
に設けられて各測定ゾーンの中心を貫通している横断孔
２７によって、図７に示されているように測定ゾーンの
使用準備ができた時に分析すべきサンプルによって両電
極間をイオン接触させることができる。また、位置決め
ノッチ１１をストリップの縁部の厚さ方向に設けること
ができる。これらのノッチを測定装置内に設けられた駆
動手段と協働させることによって、先行の測定の完了後
に新しい活動ゾーンをユーザに差し出すことができる。 【００２３】図９の断面図に示されている変更例によれ
ば、絶縁支持ストリップ１が各測定ゾーンの位置でプレ
ス加工または加熱ひずみによって小型カップ状に成形さ
れている。そして、カバーフィルム２９、３０は等しい
厚さまたは薄くすることができる。図示されていない別
の実施例によれば、本発明によるセンサは上記センサ
（図６〜９）の特徴をすべて備えているが、支持ストリ
ップ１の一方の端部２または３の両側に接点を設けてい
る。 【００２４】図１０に示されている別の実施例による本
発明のセンサは、３つ以上の電極を、例えば測定電極２
０、カウンタ電極２１及び基準電極２２を備えている。
これらの３つの電極は絶縁支持ストリップ上に、電気的
絶縁が確保されるように十分な間隔をおいて水平方向に
配置されている。絶縁カバーストリップ２９には等間隔
に窓３４が設けられている。このストリップは支持スト
リップ１よりも長さ及び幅が小さいため、端部３に２つ
の電極２０、２１の露出分があり、縁部４にはストリッ
プ２９と同じ長さのトラック１４が設けられており、こ
れらによって３つの接点ゾーン及び適当な測定装置に接
続する接続ゾーン１４、２３、２４が構成されている。 【００２５】上記の本発明のセンサの例は図１〜１１に
おいてバー状に示されているが、絶縁支持ストリップに
柔軟性素材を選択した場合、これらの同じセンサ構造を
ロール形で得ることができる。図１２〜１４は、本発明
の測定装置の実施例を示している。前部（図１２）及び
後部（図１３）を部分的に破断した図面において、ハウ
ジング５０がセンサ４０自体よりわずかに長い細長いケ
ースとして図示されている。本実施例に示されているセ
ンサは、図１〜３に示されている形式のものである。ハ
ウジング５０の１つの前面にディスプレイ装置５２、例
えば数値を表示できるように７本の線分を備えた液晶の
ものが設けられている。ハウジングの側部の１つにカー
ソル５６が滑りチャネル５７に沿って移動可能に設けら
れて、センサ上の活動ゾーンの間隔に一致した間隔でマ
ークを付けた位置決めスラッグ５８と向き合っている。
ハウジングの他方の側部には、切刃５３をハウジング内
へ延出させているボタン５９が設けられ、これを押圧す
ることによってセンサの使用済みのゾーンを取り除くこ
とができる。ハウジング５０の上部に設けられているス
リット５４にセンサ４０を挿入して、接続装置６４に接
続する。接続装置６４は、カーソル５６に連結され、ま
たハウジング内を移動させることができるようにするラ
ンプ６６によって案内されることによって、ハウジング
５０内の所定位置に保持される。この接続装置６４はさ
らに、電子回路６０に可撓性コード６２で電気的に接続
されている。図１４は、接続装置６４の一部破断された
拡大図である。この装置は、センサ４０を導入、案内で
きるようにするスリット６９を設けている、ノッチ１１
及びローラ６７の協働によって所定位置に保持される小
型のブロックとして構成されている。電子回路６０とセ
ンサ４０との接続が、コード６２に固定されてセンサの
ゾーン２３、２４に滑り接触で接触する弾性フォイル６
３によって行われている。最後になるが、装置６４に
は、ランプ６６と協働してハウジング内でセンサを案内
する滑りチャネル６５が設けられている。 【００２６】実施例に関係なく、本発明のセンサは、一
旦測定装置内に導入されれば、交換の必要が生じるまで
に単一のセンサで幾つかの測定を実施することができ
る。センサは、端部２に位置している第１測定ゾーンを
除いて装置内にその全長に沿って導入される。 【００２７】図１、４及び１０に対応した実施例の場
合、第１測定は、第１測定ゾーンに１滴のサンプル（例
えばグルコースレベルを測定するために１滴の血液）を
入れることによって実施される。 【００２８】図６〜９及びその変更例に対応した実施例
の場合、センサの端部の小部分を最初に取り除き（図
７）、これによって露出した端部に分析すべきサンプル
を１滴染み込ませる。孔２７を通る毛管現象によって、
２つの電極間にイオン導通路が確実に形成される。 【００２９】測定が完了すれば、測定装置は適当な装置
によって使用済みゾーンを、絶縁支持ストリップ１の性
質に応じて切断または破断することによって取り除くこ
とができる。図１〜９に示されている実施例は、使用済
みゾーンを切断によって取り除くことが好ましい例であ
り、図４に示されている実施例では、溝１２からなるリ
ーダに沿った破断によってこの除去が実施される。従っ
て、これらの分離手段は実施例間で入れ換えることがで
きる。次の測定を実施するためには、前進及び切り離し
装置を操作して新しい測定ゾーンを位置決めし、センサ
の最後の測定ゾーンが現れるまでこの操作を繰り返すだ
けでよい。
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のセンサの第１実施例の斜視図である。 【図２】図１の分解図である。 【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であ
る。 【図４】本発明のセンサの第２実施例の斜視図である。 【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 【図６】本発明のセンサの第３実施例の斜視図である。 【図７】図６のセンサの端部の拡大斜視図である。 【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図で
ある。 【図９】図６のセンサの実施例の同じＶＩＩＩ−ＶＩＩ
Ｉ線に沿った断面図である。 【図１０】本発明のセンサの第４実施例の斜視図であ
る。 【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図であ
る。 【図１２】測定装置の一部破断した前面斜視図である。 【図１３】測定装置の一部破断した後面斜視図である。 【図１４】測定装置内のセンサ接続装置の拡大斜視図で
ある。 【符号の説明】 １ 絶縁支持ストリップ １６、１７ 集電器 ３４ 測定ゾーン ４０ センサ ５０ ハウジング ５３ 切刃 ５４ スリット ５６ カーソル ５７ 滑りチャネル ５９ ボタン ６０ 電子回路 ６４ 接続装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−ポール・ランディン スイス国 シイエイチ−2016 コルタイ ロ・ポタ−ドッソス・13 (72)発明者 エリック・ホフマン スイス国 シイエイチ−2563 イプサッ ク・レーマーシュトラーセ・54 (56)参考文献 実開 平３−80353（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−97660（ＪＰ，Ｕ) 国際公開92／021961（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/26 - 27/49

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】媒体の同一の物理化学的特徴を、または自
    然、生物学的または生化学的に発生した溶液、流出液ま
    たは流体内に存在する同一成分の濃度を、少なくとも２
    回、連続して測定する小型センサを収容できる電子化学
    測定装置において使用をするセンサであって、 ストリップの形状の薄い絶縁支持体(1) を備え、 導電材からなり、電気的に相互に絶縁させながら互いに
    十分接近させて前記ストリップ上に配置した少なくとも
    ２つの集電器(16, 17) を備え、前記ストリップおよび前記集電器 (16, 17) に対する部分
    的な被覆をなす１または複数の絶縁カバー (29, 30) であ
    って、少なくとも１つの接続ゾーン (23, 24) が露出さ
    れ、かつ、前記集電器へのアクセス用の少なくとも２つ
    窓 (34) が設けられることによって部分的な被覆を構成す
    ることとなる１または複数の絶縁カバーを備え、 前記集電器により電極 (20, 21) が構成され 、前記窓により、前記溶液、流出液または流体のサンプル
    をそれぞれ受けて保持できる開放された測定ゾーンが形
    成されて、センサの表面に複数の順次廃棄可能な複数の
    測定ゾーンが与えられ 、前記電子化学測定装置に１つのセンサを導入することに
    よって少なくとも２回の測定を実行できる、ことを特徴
    とするセンサ 。
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