JP4085137B2 - バイオセンサシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
試料中に存在する特定成分を測定するためのバイオセンサシステムであって、測定者が試料を速やかに供給することのできるバイオセンサシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明で用いるバイオセンサシステムとは、化学反応や酵素反応や抗原抗体反応によって得られる信号を測定する測定装置及び、測定対象となる試料を化学反応や酵素反応や抗原抗体反応を行わせることのできるチップを組み合わせたものを言う。例えば、血液中のグルコース濃度を定量するバイオセンサシステムであれば、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）又はヘキソキナーゼ（ＨＫ）などの酵素を選択機能部に有するチップを用いて、血液と前記酵素などの反応が始まってからの時間を計時するタイマー機能、一定時間経過後に一定電位をチップに印加する機能、前記電位印加開始から一定時間経過後に電流を測定する機能、電流とグルコース濃度との相関関係、例えば検量線を記憶する機能、前記記憶された相関関係、例えば検量線と前記測定された電流からグルコース濃度を判定する機能、前記判定した結果をディスプレイなどに表示する機能、等を有する機器を組み合わせることによって、バイオセンサシステムを構築することができる。
バイオセンサシステムの用途は多様であり、例えば、糖尿病患者の場合は、自己血糖を管理するために、血液中グルコースの測定が必要である。高脂血症患者の場合は、コレステロールを管理するために、血液中のコレステロールを測定する必要がある。スポーツ選手は、血液中の乳酸を測定し、その結果によってトレーニング負荷の調節を行っている。
上述した場合以外にも、緊急を有する場合として、例えば狭心症や心筋梗塞の疑いが持たれる時に、病院以外の現場であっても血液中のミオグロビン、トロポニン等の測定を行うといったことが可能になってきている。
【０００３】
現在、様々な特徴を持ったバイオセンサシステムが製品として各社から販売されている。以下一例として説明を行う。バイオセンサシステムは、測定を行うためのチップを測定する前にバイオセンサシステムに装着するタイプや予め複数のチップをバイオセンサシステムに内蔵させておくタイプがある。
試料は、指先をわずかに切って採血する指先採血した血液であり、チップに前記血液を供給することにより測定が行われる。血液は、チップに存在する試料供給部に供給するが、この場合の供給とは、指先にある血液を前記試料供給部に付着させる行為を言う。
指先採血によって得られる血液量は１〜５０μｌのわずかな量であり、被測定者に対して負担を掛けずに測定を行うことができることもバイオセンサシステムの利点である。バイオセンサシステムは通常、使い捨てのチップが採用されており、該チップの形状も長方形や半円形と長方形の結合した形など様々あるが、チップの大きさは非常に小さい。試料供給部は小さなチップの端に存在場合や、チップの中間に存在する場合がある。この様に小さなチップを採用することによって少量の血液でも測定が可能になっている。
【０００４】
チップにおける試料供給部は、チップ本体よりも小さく、０．２〜０．５センチメートル位の四方又は０．２〜０．５センチメートル位の直径を持つ円等の大きさでしかない。試料供給部はチップに囲み線が書かれていたり、試料供給部の着色によって測定者に供給するための場所を示しているが、供給部が非常に小さいために見難いという欠点を持つ。この欠点を解決するために、試料供給部を大きくすれば供給する試料が多量となり、被測定者に大きな負担となってしまう。
【０００５】
扱うチップが小さい事の支障としては、健常人であっても眼精疲労、過労、ストレスによる視力の低下、加齢によって近距離における視力が衰え等が原因となる場合がある。特に糖尿病を患い、糖尿病合併症の網膜症になると視力が低下してしまうため、小さな試料供給部は増々見難くなってしまう。更に日光や蛍光灯のある場所以外でのやや暗い場所においては、チップ上に書かれた囲み線や、試料供給部の着色があったとしても非常に見難いこともある。測定者にとって小さくて見難いチップを扱うことは、至難の業である。
バイオセンサシステムのチップにある試料供給部に血液が供給されると血漿又は血清成分の分離が行われて測定される場合がある。この場合血漿又は血清成分とは、バイオセンサシステムを用いた時の測定に影響を及ぼさない程度に血球成分が混入された場合も含む。
しかし、上述した理由によって、チップ上にある試料供給部への試料供給が速やかに行うことができなくなると、血液が凝固してしまう。わずかに凝固する程度で、血漿又は血清成分を分離できれば特定成分の測定は可能であるが、血液凝固が全体にまで及ぶ場合には、血漿又は血清成分の分離を行えず、測定できなくなってしまう。その結果チップが無駄になるだけでなく、再度指先採血を行わなければならないため、被測定者に負担も掛かる。指先採血は、血液量も少なく、自らの体温によって凝固しやすい状態にあり、指先採血後速やかに試料供給部へ供給しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
チップを、バイオセンサシステムの測定装置内に設置された光源から光を照射することにより、又はチップに蛍光物質が含まれ、蛍光物質の発光によってチップをはっきりと目視によって確認することができ、被測定者が行う試料の供給を速やかに行わせることである。また、薄暗い場所又は暗い場所であってもチップが光によって照射され又は蛍光物質の発光によって、測定者が試料の供給を速やかに行うことができるバイオセンサシステムを供給する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
測定装置１のチップ２に対して光を照射できる位置に光源３を設置する。例えば図１に示す通り、チップ２の上部に光源３を設置し上部からチップ２に光を照射しても良いし、チップ２の端にある試料供給部のみに対して光りの照射を行っても良い。図２には、光源３がチップに対して垂直上に設置される以外の場合であってもチップ２を照射することができれば良い。図３に示す様に、光源３が測定装置１の内部に存在し、チップを照射できる程度の隙間を有しており、測定装置１の内部から外部に向かって照射される光が前記隙間を通過してチップ２を照射している。この場合においては、測定時にチップ２を装着するタイプのバイオセンサシステムでは、チップ２を装着しやすい。測定装置１の内部に光源３が存在し、内部からの光をチップ２に設けた光導波路を通してチップに光を到達させることもできる。この時、チップの試料供給部のみが光ると更に良い。図４では、測定装置１の内部に光源３が存在し、チップ２を光導波路として、測定装置１の内部からの光を伝達している。図５のａからｃに、光導波路を設けたチップ２を示す。図５のａは、チップの先端の側面４を光散乱面として光らせている。図５のｂは、チップの傾斜面５を、光散乱面として光らせている。図５のｃはチップ２の内部に光散乱物質６を混入させて、光散乱物質の存在する部分を光散乱面として光らせている。この場合、光散乱物質６としては、二酸化チタンや硫酸バリウム粒子を用いることができる。測定者はこの光をめがけて試料を供給すれば良い。光散乱物質を用いることによって、チップ中央部のみを部分的に光らせることも可能である。光源がチップの下部にあり、光源上部にあるチップを下部から照射できる位置に光源を設置させてもよい。この様に直接試料供給部を照射しなくとも、チップが光ることによって、チップ先端に存在する試料供給部を確認することが可能である。
【０００８】
光源には、タングステンランプ、発光ダイオードを用いることができる。光源ランプの明るさは明るい程望ましいが、消費電力が大きくなるとバッテリーに負担がかかるため、１０ｍＣｄ〜１Ｃｄ程度の明るさを示す光源が望ましい。
【０００９】
チップを光導波路によって発光させる場合は、前記光導波路として、光ファイバ、ガラス、塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリスチレン、ノリル、ポリエチレン、アクリル樹脂、塩化ビニリジン樹脂等を用いて作製することができる。光導波路による発光は、発光する場所において光を散乱させる。例えば先端の側面を荒く削ることで粗面を形成させて先端の側面を発光させることができる。
【００１０】
チップに蛍光物質を存在させて、前記蛍光物質によって発光させても良い。蛍光物質としては、フルオレセインイソチオシアネート、テトラメチルローダミンイソチオシアネートを用いることができる。蛍光物質を発光させるには、発光する以前又は直前に光が照射されなければならないが、前述した光源ランプを蛍光物質に照射して、蛍光物質を励起させることによりチップを発光させれば、光源ランプによる照射の場合に比較して消費電力が少量である点で望ましい。試料供給部への光の照射は１〜３秒程度で良いため、光源ランプによってチップを照射する場合と比較して消費電力は約１／１０程度で済む。
【００１１】
蛍光物質は、チップの材質に混合させてチップを製造しても良いし、塗布しても良い。蛍光物質による発光は、蛍光物質そのものが発光するため、試料供給部におけるチップは、透明又は半透明であっても、着色されていても構わない。
発光物質としては、発光ダイオード等の半導体発光素子や有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることも可能である。この場合は、発光物質をチップ内にさせておき、測定装置からチップに電流を供給することによりチップ内の発光物質を光らせることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
バイオセンサシステムの一例として、試料中のグルコースの測定を行うグルコースセンサについて説明する。
ポリエチレンテレフタレートを用いて作製された絶縁性の基板に、銀ペ−ストをスクリーン印刷してリ−ドを形成する。つぎに、導電性カーボンペーストをリードと接触する様に印刷して電極を形成する。
【００１３】
作用極及び対極の上に、親水性高分子としてカルボキシメチルセルロ−ス（以下ＣＭＣと記す。）の０．５ｗｔ％水溶液を滴下し、乾燥させてＣＭＣ層を形成する。つづいて、前記ＣＭＣ層上にグルコースを酸化する能力を有する酵素としてグルコースオキシダーゼ（以下ＧＯＤと略す）、および電子受容体としてフェリシアン化カリウムをリン酸緩衝液に溶解させた混合溶液を滴下し、乾燥して反応層を形成する。
【００１４】
ポリエチレンテレフタレートにより透明のカバーを作製する。カバーの先端の側面が光散乱面となる様に、やすりで表面を荒く削っておく。カバーとスペーサー及び上述した基板を接着してチップを作製する。チップにおける試料供給部は先端の側面である。
【００１５】
測定装置には光源として発光ダイオードを用いて、測定装置本体にあるスイッチにより発光ダイオードから光が照射される機構になっている。この時、チップを装着すると同時に発光ダイオードのスイッチが自動的に入っても良い。チップを測定装置本体に装着した後にグルコースの測定を行うが、チップ装着口から照射される光によってチップが装着しやすくなっている。チップの装着後は、発光ダイオードからの光は、チップのカバーが光導波路となって光が通って、光散乱面の先端の側面で光の散乱が起こる。被測定者はチップ先端から散乱される光を頼りに血液を付着させれば良い。
【００１６】
（実施形態２）
光導波路と蛍光物質を用いた例を以下に示す。
チップの先端の側面に蛍光物質としてフルオレセインイソチオシアネートが塗布されたポリエチレンテレフタレートで作製したカバーとスペーサー及び基板を接着してチップを作製する。チップにおける試料供給部はチップの先端の側面にある。
【００１７】
実施形態１と同様に、測定装置には発光ダイオードが存在し、測定装置にあるスイッチにより発光ダイオードから光が照射され、チップの装着が完了の後、１〜３秒後に発光ダイオードのスイッチが切れる機構になっている。チップのカバーが光導波路となって光は蛍光物質へ照射される。カバーの先端に塗布されている蛍光物質は、チップの装着完了後、１〜３秒間カバー内を通る光によって照射されて、励起されることによって発光が行われる。被測定者はチップ先端のフルオレセインイソチオシアネートの光を頼りに血液を付着させれば良い。
【００１８】
【発明の効果】
バイオセンサシステムに存在する、チップにある試料供給部が、光源からの光によって照射され、又は試料供給部に含まれる蛍光物質の発光により、試料の供給が速やかに行うことができる。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】 チップが光源からの光により照射されるバイオセンサシステム。
【図２】 チップが左上部の光源からの光により照射されるバイオセンサシステム。
【図３】 光源が測定装置内部にあるバイオセンサシステムの断面を示す。
【図４】 チップに光導波路を用いたバイオセンサシステムの断面を示す。
【図５】 チップに光導波路を用いた時の３つの例を示す。
【００２０】
【符号の説明】
１ 測定装置
２ チップ
３ 光源
４ チップ先端の側面
５ チップ斜面
６ 光散乱物質

Claims (7)

1. 少なくとも試料供給部を有するチップと測定装置に設置された光源とを備え、血液試料中に含まれる特定成分を測定するバイオセンサシステムであって、
   前記光源は、１０ｍ C ｄ〜１ C ｄの明るさを示し、該光源からの光が、前記測定装置の外部に向かって照射され、試料供給時に、少なくともチップの試料供給部を照らすように配置されてなることを特徴とするバイオセンサシステム。
2. 光源は、前記チップに前記試料の供給を速やかに行わせるために前記チップを照らすように配置されてなる請求項１に記載のバイオセンサシステム。
3. チップはさらに電極を備える請求項１又は２に記載のバイオセンサシステム。
4. チップは、蛍光物質及び／又は光散乱物質を備える請求項１〜３のいずれか１つに記載のバイオセンサシステム。
5. チップは、光導波路を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載のバイオセンサシステム。
6. 化学反応、酵素反応又は抗原抗体反応によって得られる信号を測定する測定装置と、該測定装置に着脱可能で少なくとも試料供給部を有するチップとを備え、血液試料中に含まれる特定成分を測定するバイオセンサシステムであって、
   前記チップは、発光物質を備え、該発光物質からの光が、１０ｍ C ｄ〜１ C ｄの明るさを示し、試料供給時に、少なくともチップの試料供給部を照らすように配置されてなることを特徴とするバイオセンサシステム。
7. 少なくとも光源を備える測定装置と、該測定装置に着脱可能で少なくとも試料供給部を有するチップとから構成され、血液試料中に含まれる特定成分を測定するバイオセンサシステムを用い、
   前記チップを前記測定装置に装着し、１０ｍ C ｄ〜１ C ｄの明るさを示す光源からの光によって前記測定装置から露出する少なくともチップの試料供給部を照らしながら、前記チップの試料供給部に前記試料を供給することからなる特定成分の測定方法。

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