JP4272524B2 - 特定成分の濃度測定方法および濃度測定装置 - Google Patents
特定成分の濃度測定方法および濃度測定装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、試料液中の特定成分、たとえば血液などの体液中のグルコース濃度を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
体液中の特定成分（たとえば血液中のグルコース）の濃度を測定する一般的な方法としては、酸化還元反応を利用したものがある。その一方で、自宅や出先などで簡易に血糖値の測定が行えるように、手のひらに収まるようなサイズの簡易血糖値測定装置が汎用されている。この簡易血糖値測定装置では、酵素反応場を提供するとともに使い捨てとして構成されたバイオセンサを装着した上で、このバイオセンサに血液を供給することにより血糖値の測定が行われる（たとえば日本国特公平８−１０２０８号公報参照）。
【０００３】
バイオセンサとしては、たとえば基板上に、一対の電極およびこれらの電極を繋ぐ試薬部が設けられたものがある。試薬部は、たとえば酸化還元酵素と酸化型とされた電子伝達物質とを含んでいる。試薬部に対して試料液が供給された場合には、試薬部と試料液とによって液相反応系が構築される。この液相反応系では、酸化還元酵素の作用により、血液中のグルコースが酸化されて電子が取り出される一方、電子伝達物質に電子が供給されて電子伝達物質が還元される。
【０００４】
一方、血糖値測定装置は、たとえば電圧供給源および電流値測定部を備えている。血糖値測定装置にバイオセンサを装着した状態では、試薬部（液相反応系）、電圧供給源および電流値測定部により電気回路が構成される。電圧供給源は、バイオセンサの一対の電極の間に電圧を印加するためのものである。一対の電極の間に電圧を印加した場合には、反応により還元型とされた電子伝達物質が一方の電極に電子を放出することによって酸化される。このときの電子放出量や電気回路を流れる電流は、電流値測定部において測定される。
【０００５】
血糖値測定では、試薬部（液相反応系）に対する印加電圧と測定電流値との関係は、概ね図４に示したようなものとなる。
【０００６】
すなわち、血糖値測定装置にバイオセンサが装着されて試薬部に対する血液の供給が開始され、血糖値測定装置において試薬部に血液が供給されたことが検知されるまでの間は（図４のｔ1→ｔ2）、バイオセンサの一対の電極に対して一定電圧Ｖが印加される。この間、試薬部に対する血液の供給によって測定される電流値が増加し、血糖値測定装置では、測定電流値が一定値（図４のＩ1）に達した時点（図４のｔ2）において試料液が供給されたと判断される。一方、血液の供給が検知された後の一定時間は（図４のｔ2→ｔ3）、電圧の印加が中断される。血液の供給検知から一定時間経過後は（図４のｔ3）、再びバイオセンサの一対の電極の間に定電圧Ｖを印加する。この間、還元型とされた電子伝達物質がバイオセンサの一方の電極に電子を放出する。この電子放出量は、電圧の再印加後の一定時間経過後（図４のｔ4）に濃度測定装置の電流値測定部において、応答電流値Ｉ2として測定され、この応答電流値Ｉ2に基づいて特定成分の濃度が演算される。
【０００７】
血糖値測定装置にバイオセンサを装着した場合には、バイオセンサの電極、電圧供給源および電流値測定部により電気回路が形成されるのは上述した通りであり、試薬部（液相反応系）を非印加状態とするためには、電気回路を開回路とすればよい。開回路は、電気回路内に機械スイッチを設け、この機械スイッチをオフ状態とすることにより達成することができる。この方法は、機械スイッチが必要な分だけコスト的に不利であり、また機械スイッチが壊れてしまうことがあるために信頼性の面でも問題がある。そのため、コスト的な面および信頼性を考慮した場合には、機械スイッチを設けずに、電圧供給源により供給される電圧値をゼロとする方法が採用されている。この方法では、機械スイッチをオフする場合のように、電気回路を完全に開回路とするわけではないので、電気回路内に電位差が生じていれば、試薬部（液相反応系）の起電力により微小ながらも電位差が生じ、電流が流れてしまうことがある。
【０００８】
このようにして試薬部（液相反応系）に電位差が生じれば、たとえば還元型とされた電子伝達物質の一部が酸化して電子を放出し、その電子がバイオセンサの一方の電極に移動してしまうことがあり、あるいは酸化型とされた電子伝達物質がバイオセンサの一方の電極から電子をもらって還元型となってしまうこともある。そのため、一定時間の非印加状態後に電圧を印加して応答電流値を測定した場合には、図５に示したように、本来に得られるべき応答電流値（Ｉ2）よりも実測される応答電流値が低値（Ｉ2′）となってしまったり、高値（Ｉ2″）となってしまったりする。その結果、最終的に得られる血糖値は、実際の血糖値からずれてしまい、測定ごとに血糖値にばらつきが生じてしまう。
【０００９】
【発明の開示】
本発明は、電気化学的手法により試料液中の特定成分の濃度を測定する場合において、精度良く特定成分の濃度を測定できるようにすることを目的としている。
【００１０】
本発明の第１の側面においては、試薬を保持した反応場に対して試料液を供給する第１のステップと、上記反応場に対して電圧を印加せずに、複数回電流値を測定して複数の補正用の電流値を取得する第２のステップと、上記反応場に対して電圧を印加して、１または複数回電流値を測定して１または複数の演算用の電流値を取得する第３のステップと、上記複数の補正用の電流値、および、上記１または複数の演算用の電流値に基づいて、上記試料液中の特定成分の濃度を演算する第４のステップと、を含み、上記第４のステップにおいては、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を、上記特定成分の濃度演算結果に反映させることを特徴とする、特定成分の濃度測定方法が提供される。
【００１２】
上記平均値または積算値を、特定成分の濃度演算結果に反映させる方法としては、以下の３つの方法を例示することができる。
【００１３】
第１は、第４のステップにおいて、複数の補正用の電流値に基づいて補正定数を演算し、かつ１の演算用の電流値を１の演算用の電圧値に変換した後、この１の演算用の電圧値に補正定数を加えて校正電圧値を演算し、この校正電圧値から特定成分の最終的な濃度を決定する方法である。
【００１４】
この方法では、たとえば補正定数は、各補正用の測定値を電圧値に換算した複数の換算電圧値の平均値である第１の補正用換算電圧値、各補正用の測定値を電圧値に換算した複数の換算電圧値の積算値である第２の補正用換算電圧値、および上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を電圧値に換算した第３の補正用換算電圧値のうちから選択されるものに、定数を加えることにより演算される。
【００１５】
第２は、第４のステップにおいて、複数の補正用の電流値の平均値または積算値に基づいて補正定数を演算するとともに、演算用の電流値に補正定数を加えて校正電流値を演算し、この校正電流値に基づいて特定成分の最終的な濃度を決定する方法である。
【００１６】
第３は、第４のステップにおいて、１または複数の演算用の電流値から特定成分の第１次濃度を演算するとともに、複数の補正用の電流値の平均値または積算値に基づいて補正定数を演算し、第１次濃度に上記補正定数を加えることにより、特定成分の最終的な濃度を決定する方法である。
【００１７】
本発明の第２の側面においては、試料液を保持し、かつ反応場を提供するための測定用具を利用して試料液中の特定成分の濃度を測定するための濃度測定装置であって、上記測定用具が、上記反応場に対して電圧を印加するための第１および第２電極を備えている場合において、上記反応場に電圧を印加するための電圧印加手段と、上記反応場に対して電圧が印加される電圧印加状態と、上記反応場に対して電圧が印加されない電圧非印加状態とを選択するための制御手段と、上記第１および第２電極を利用して演算用の電流値を測定するための電流値測定手段と、上記演算用の電流値に基づいて、上記特定成分の濃度を演算する演算手段と、を備え、かつ、上記制御手段は、上記反応場に対して上記試料液が供給された後における特定時間範囲の間は上記電圧非印加状態を選択するとともに、上記特定時間範囲の経過後の少なくとも一定時間の間は上記電圧印加状態を選択するように構成されており、上記電流値測定手段は、上記特定時間範囲内において、複数回電流値の測定を行って複数の補正用の電流値を取得できるように構成されており、上記演算手段は、複数の補正用の電流値を勘案して上記特定成分の濃度を演算するとともに、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を、上記特定成分の濃度演算結果に反映させるように構成されていることを特徴とする、特定成分の濃度測定装置が提供される。
【００１９】
本発明では、測定用具に保持される試薬としては、たとえば酸化還元酵素および電子伝達物質を含んだものが使用される。
【００２０】
本発明では、試料液としては、典型的には、血液や尿などの体液が挙げられ、特定成分としては、典型的には、グルコース、コレステロールおよび乳酸が挙げられる。
【００２１】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示した濃度測定装置１は、バイオセンサ２を用いて試料液中の特定成分の濃度を測定するものであり、第１および第２端子１０ａ，１０ｂ、電圧印加部１１、電流値測定部１２、検知部１３、制御部１４、演算部１５および表示部１６を備えている。
【００２３】
バイオセンサ２は、図２および図３に良く表れているように、カバー２０、スペーサ２１および基板２２を有しており、これらによって流路２５が形成されている。
【００２４】
流路２５の内部は、カバー２０に設けられた穴部２３と、スペーサ２１に設けられたスリット２４の先端開放部２４ａを介して外部と連通している。先端開放部２４ａは、試料液導入口２５ａを構成しており、試料液導入口２５ａから供給された試料液は、毛細管現象により穴部２３に向けて流路２５内を進行する。
【００２５】
基板２２は、ＰＥＴなどの樹脂材料により長矩形状の形態に形成されている。基板２２の上面２２ａには、作用極２６、対極２７、および試薬部２８が設けられている。
【００２６】
作用極２６および対極２７は、大部分が基板２２の長手方向に延びているとともに、端部２６ａ，２７ａが基板２２の短手方向に延びている。したがって、作用極２６および対極２７は、全体としてＬ字状の形態とされている。作用極２６および対極２７の端部２６ｂ，２７ｂは、濃度測定装置１の第１および第２端子１０ａ，１０ｂと接触させるための端子部を構成している（図１参照）。作用極２６および対極２７は、両端部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂが露出するようにして絶縁膜２９により覆われている。
【００２７】
試薬部２８は、たとえば固形状であり、作用極２６および対極２７の端部２６ａ，２７ａの間を橋渡すようにして設けられている。この試薬部２８は、たとえば相対的に多量のメディエータ（電子伝達体）に対して相対的に少量の酸化還元酵素を分散させたものとして形成されている。
【００２８】
電子伝達物質としては、たとえば鉄やＲｕの錯体が使用される。使用可能な鉄錯体としては、たとえばフェリシアン化カリウムが挙げられ、使用可能なＲｕ錯体としては、ＮＨ3を配位子とするものが挙げられる。
【００２９】
酸化還元酵素は、測定の対象となる特定成分の種類によって選択される。特定成分としては、たとえばグルコース、コレステロール、乳酸が挙げられる。このような特定成分に対しては、酸化還元酵素としてグルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、コレステロールオキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダーゼが挙げられる。
【００３０】
このように構成されたバイオセンサ２では、試料液導入口２５ａを介して試料液を導入した場合には、試料液が毛細管現象により流路２５内を進行する。その過程において、試料液が試薬部２８を溶解させ、流路２５内に液相反応系が構築される。このとき、酸化還元酵素により試料液中の特定成分から電子が取り出されて特定成分が酸化され、その電子を酸化型の電子伝達物質に供給することにより酸化型の電子伝達物質が還元型とされる。
【００３１】
図１に示した第１および第２端子１０ａ，１０ｂは、濃度測定装置１に対してバイオセンサ２を装着した場合に、バイオセンサ２における作用極２６および対極２７の端部２６ｂ，２７ｂを接触させるためのものである。
【００３２】
電圧印加部１１は、第１および第２端子１０ａ，１０ｂを介して、バイオセンサ２の端子部２６ｂ，２７ｂの間に電圧を印加するためのものである。電圧印加部１１は、第１および第２端子１０ａ，１０ｂと電気的に繋げられている。濃度測定装置１にバイオセンサ２を装着した場合には、電圧印加部１１は、バイオセンサ２の作用極２６、対極２７および試薬部２８（液相反応系）とともに電気回路１７を構成する。電圧印加部１１は、たとえば乾電池あるいは充電池などの直流電源を備えたものとして構成される。
【００３３】
電流値測定部１２は、電圧印加部１１によってバイオセンサ２の端子部２６ｂ，２７ｂの間に電圧を印加したときの電流値を測定するためのものである。この電流値測定部１２は、電圧印加部１１およびバイオセンサ２とともに電気回路１７を構成するものである。したがって、電流値測定部１２は、電圧印加部１１における電源電圧を０Ｖとした場合であっても、電気回路１７を流れる電流を測定することができる。
【００３４】
検知部１３は、濃度測定装置１にバイオセンサ２が装着された後において、電流値測定部１２によって測定された電流値に基づいて、試薬部２８に試料液が供給されたか否かを検知するためのものである。
【００３５】
制御部１４は、電圧印加部１１を制御し、作用極２６および対極２７の間に電圧が印加される状態と印加されない状態とを選択するためのものである。
【００３６】
演算部１５は、タイマ機能を有しているとともに、電流値測定部１２において測定された電流値に応じて、試料液中の特定成分の濃度の演算やこれに必要な補正値などを演算するものである。演算部１５は、たとえば特定成分の濃度演算をアンペロメトリックな手法に基づいて行うことができるように構成されている。
【００３７】
検知部１３、制御部１４および演算部１５のそれぞれは、たとえばＣＰＵおよびメモリ（たとえばＲＯＭやＲＡＭ）により構成されるが、検知部１３、制御部１４および演算部１５の全てを、１つのＣＰＵに対して複数のメモリを接続することにより構成することもできる。
【００３８】
表示部１６は、演算部１５による演算結果の他、たとえばエラーである旨や操作手順などを表示するためのものであり、たとえば液晶表示装置により構成される。
【００３９】
背景技術において説明したように、バイオセンサ２を用いてアンペロメトリックな手法により濃度測定を行う場合には、実際に測定される応答電流値は、図５に１点鎖線や２点鎖線で示したように本来得られるべき応答電流値Ｉ2より小さかったり（図５のＩ2′）、大きかったり（図５のＩ2″）することがある。このずれ量（Ｉ2′−Ｉ2，Ｉ2″−Ｉ2）は、試薬部２８（液相反応系）に電圧を印加していない時間範囲（図５のｔ2〜ｔ3）において経時的に測定される測定電流値の平均値あるいは積算値と相関関係があることが本発明者らによって確認されている。
【００４０】
たとえば、図１および図４に示したように、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）においては、一対の電極２６，２７の間には電圧が印加されていないから、理想的には電気回路１７は開回路と等価であり、電気回路１７には本来電流が流れない。そのため、一対の電極２６，２７の間に対する電圧印加を停止した時点（図４のｔ2）では、電気回路１７を流れる電流は一旦逆極性となるが、その電流は即座に０となる。ところが、電気回路１７が完全に開回路と等価となっていなければ、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）においても、電気回路１７内に電位差が存在すれば、この電位差に起因して試薬部２８（液相反応系）の電子伝達物質が酸化あるいは還元されてしまう。その結果、図５に示したように電気回路１７に電流が流れてしまうことがある。この場合、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）に電気回路１７を流れた電流の状態が測定誤差として反映されるため、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）に電気回路１７を流れた電流の状態、たとえば電流値の経時的変化における平均値や積算値に基づいて、補正することにより、より精度の高い測定結果を得ることができるようになる。
【００４１】
本発明者らは、一定のグルコース濃度および一定のヘマトクリット値を有する試料液について、25個のバイオセンサについて非印加状態から一定時間経過後の応答電流値を測定した。非印加状態（ｔ2〜ｔ3）の時間は25秒とし、応答電流値は再印加時点から５秒後（＝ｔ4−ｔ3）に測定した。グルコース濃度は20mg/dL、100mg/dL、300mg/dLあるいは600mg/dLから選択し、ヘマトクリット値はHct20％、Hct35％、Hct45％、Hct55％あるいはHct70％から選択し、合計で20種類の試料液について応答電流値を測定した。その結果を図６に示した。この図には、横軸については応答電流値を換算した電圧値として、縦軸については非印加状態において測定されるリーク電流の平均電流値に対応する電圧値（縦軸の括弧内には定数１０２を加えた電圧値（＝補正値）を同時に示した）として示してある。
【００４２】
図６から分かるように、同一濃度および同一ヘマトクリット値の25個のサンプルからなる複数の群のそれぞれにおいては、非印加状態での平均電流値（これに対応する電圧値）が小さいものほど応答電流値（これに対応する電圧値）が大きくなる傾向を有している。したがって、同一の濃度およびヘマトクリット値を有するサンプルの群は、全体として図６において負の傾きを有している。この結果は、リーク電流の平均値と誤差量との間に相関関係があり、リーク電流の平均値に基づいて、誤差量を低減することが可能であることを示している。より具体的には、リーク電流の平均値が相対的に大きなものについては、濃度が低値として測定される傾向がある一方、リーク電流の平均値が相対的に小さなものについては濃度が高値として測定される傾向にある。したがって、リーク電流値が相対的に大きなものについては正の補正（電圧）値を与える一方、リーク電流値が小さなものについては、負の補正（電圧）値を与えれば、サンプル群が垂直化し、非印加状態での残存電位の影響を低減した測定値を得ることが可能となる。
【００４３】
本実施の形態では、図６の縦軸の括弧内に示したように、平均電流値に対応する電圧値に１０２という定数を加えた値が補正電圧値とされる。この場合、グルコース濃度の演算は、応答電流値を応答電圧値に換算した後にこの応答電圧値に補正電圧値を加えて校正電圧値とし、この校正電圧値に基づいてグルコース濃度が演算される。なお、１０２という定数は、負の傾きを有していた25個のサンプルからなる群を全体として横軸に対して略垂直とすべく、本発明者らによるトライアルアンドエラーにより得られた値である。
【００４４】
本実施の形態による補正の有効性を確認すべく、図６にプロットとした複数のサンプル群を、同一グルコース濃度毎に補正し、その結果を図７に示した。図７には、25個のサンプルからなる群の応答電流値に相当する電圧値の平均値、各群の標準偏差および再現性（相対標準偏差）について、補正前および補正後のそれぞれについて示した。
【００４５】
図７から分かるように、標準偏差および再現性ともに補正前に比べて補正後においてその値が小さくなっており、補正の有効性が確認される。また、図７に示した結果からも、負の傾きを有していた２５のサンプルからなる群のそれぞれは、横軸に対して略垂直となることが推測される。
【００４６】
以上においては、特定成分としてのグルコースについて補正の効果を検証したが、このような補正は、酸化還元反応を利用して電流値（電圧値）から濃度を測定する場合に広く採用することができる。その場合には、反応系のサイクリックボルタンメトリ特性（ＣＶ特性）により還元反応・酸化反応のいずれかにどの程度進行しやすいかが異なるため、個々の反応系において補正値を決定する必要がある。また、リーク電流の積算値は、リーク電流の平均値と相関関係を有するため、リーク電流の積算値に基づいて補正値を決定しても、リーク電流の平均値に基づいて補正値を決定する場合と同様な結果が得られることとなる。
【００４７】
リーク電流の平均値や積算値は、ＣＶ特性による還元反応・酸化反応のいずれかにどの程度進行しやすいか反映していると考えられる。言い換えれば、リーク電流の平均値や積算値の大小は、応答電流値が本来えられるべき値から、リーク電流に起因して、どの程度ずれているかを反映していると考えられる。したがって、濃度演算において、応答電流値に加えて、リーク電流の平均値や積算値を勘案すれば、リーク電流に起因する測定誤差を適切に補正することができるようになる。
【００４８】
次に、上述の検証結果を反映させた濃度測定手法について、血液中のグルコースの濃度（血糖値）を測定する場合を例にとって、図１ないし図５に加えて、図８に示したフローチャートをも参照して説明する。
【００４９】
血糖値測定においては、まず濃度測定装置１に対してバイオセンサ２を装着し、バイオセンサ２の試料液導入口２５ａを介して、流路２５内に血液を導入する。
【００５０】
一方、濃度測定装置１では、制御部１４が電圧印加部１１により一対の電極２６，２７の間に定電圧を印加し（Ｓ１）、そのときの応答電流値を電流値測定部１２において測定する（Ｓ２）。Ｓ１における印加電圧値は、たとえば５００ｍＶ程度の定電圧とされる。
【００５１】
検知部１３においては、応答電流値が予め定められた閾値Ｉ1（図４および図５参照）に達したか否かが判断される（Ｓ３）。検知部１３において測定電流値が閾値Ｉ1に達していないと判断された場合には（Ｓ３：ＮＯ）、検知部１３は、測定電流値が閾値Ｉ1に達したと判断するまで（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｓ２の電流値測定およびＳ３の判断を繰り返し行う。この場合、Ｓ２での応答電流値の測定は、たとえば０．０５〜０．２ｓｅｃ毎に行われる。ただし、所定回数の判断を終え、あるいは一定時間経過しても液絡が検知されない場合には、エラー処理を行うようにしてもよい。
【００５２】
検知部１３において測定電流値が閾値Ｉ1に達したと判断された場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、作用極２６および対極２７の端部２６ａ，２７ａが液絡し、試薬部２８に血液が供給されたと判定できるため、検知部１３は試薬部２８に血液が供給されたと判断する（Ｓ４）。
【００５３】
次いで、制御部１４は電圧印加部１１による作用極２６および対極２７の間への電圧の印加を中断する（Ｓ５）。このような電圧印加の中断は、たとえば電圧印加部１１を構成する電源の電源電圧を０Ｖに設定することにより行われる。
【００５４】
このとき、流路２５内では、血液によって試薬部２８が溶解して液相反応系が構築される。液相反応系では、たとえば血液中のグルコースが酸化される一方で、電子伝達物質が還元される。作用極２６および対極２７の間への電圧の印加が停止されている間は、還元型とされた電子伝達物質は酸化されることなく、蓄積されていく。
【００５５】
電流値測定部４においては、作用極２６および対極２７の間に電圧を印加していない状態（非印加状態：図４および図５のｔ2〜ｔ3）においても応答電流値を測定する（Ｓ６）。このとき、演算部１５では、Ｓ６において応答電流値が測定されるたびに応答電流値の平均値あるいは積算値を演算する（Ｓ７）一方、非印加状態となってからの経過時間をカウントし、その経過時間が予め設定された基準時間、たとえば２５ｓｅｃ（＝ｔ3−ｔ2（図４および図５参照））を経過したか否かが判断される（Ｓ８）。
【００５６】
演算部１５において非印加状態となってからの経過時間が基準時間を経過していないと判断された場合には（Ｓ８：ＮＯ）、演算部１５において基準時間が経過したと判断されるまで（Ｓ８：ＹＥＳ）、Ｓ６における応答電流値の測定、およびＳ７における応答電流値の平均値あるいは積算値の演算を繰り返し行う。Ｓ６における応答電流値の測定は、たとえば０．０５〜０．２ｓｅｃ毎に行われる。
【００５７】
演算部１５において非印加状態となってから基準時間が経過していると判断された場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、制御部１４による制御に基づいて、電圧印加部１１により、作用極２６および対極２７の間に、たとえば５００ｍＶの定電圧Ｖを印加する（Ｓ９）。このとき、還元型とされた電子伝達物質が作用極２６の端部２６ａに電子を放出することにより酸化型となっていく。
【００５８】
演算部１５においては、電圧が印加されてからの時間をカウントするとともに、予め設定された基準時間、たとえば５ｓｅｃ（＝ｔ4−ｔ3（図４および図５参照））が経過したか否かが判断される（Ｓ１０）。演算部１５において基準時間を経過していないと判断された場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、演算部１５において基準時間が経過したと判断されるまで（Ｓ１０：ＹＥＳ）、演算部１５においてＳ１０における判断を繰り返し行う。
【００５９】
演算部１５において基準時間が経過したと判断された場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、演算部１５では、その時点において電流値測定部１２により測定された電流値を取得し（Ｓ１１）、これを応答電圧値に換算する（Ｓ１２）。
【００６０】
次いで、演算部１５においては、非印加状態の時間範囲（図４および図５のｔ2〜ｔ3）における測定電流値の平均値あるいは積算値に基づいて補正電圧値を演算する（Ｓ１３）。補正電圧値の演算は、上述した通り非印加状態における電流（リーク電流）の平均値あるいは積算値を電圧値に換算した後に、定数１０２を加えることにより演算される。
【００６１】
最後に、演算部１５は、応答電圧値に補正電圧値を加えた校正電圧値から、最終的なグルコース濃度を演算する（Ｓ１４）。グルコース濃度の演算は、予め求めておいた電圧値とグルコース濃度との関係を示す検量線あるいは対応表に基づいて行われる。この結果は、たとえば表示部１６において表示される。
【００６２】
以上の濃度演算手法では、電圧非印加時に電気回路１７に流れる電流値に起因した誤差が、その誤差量と相関関係のあるリーク電流の平均値や積算値に基づいて補正される。したがって、上記濃度演算手法では、電圧非印加時のリーク電流に起因した測定精度の悪化を低減することができるようになる。
【００６３】
演算部においては、次の手法により濃度演算を行うようにしてもよい。第１は、応答電流値に対して、非印加状態におけるリーク電流の平均値あるいは積算値に定数を加えて補正電流値を演算した後に、応答電流値に補正電流値を加えて校正電流値を演算し、この校正電流値からグルコース濃度を演算してもよい。第２は、応答電流値（または応答電流値を換算した応答電圧値）に基づいて第１次的にグルコース濃度を演算するとともに、リーク電流の平均値あるいは積算値（またはこれらを換算した電圧値）から補正濃度を演算し、第１次的グルコース濃度に対して補正濃度を加えることにより最終的なグルコース濃度を決定してもよい。
【００６４】
本実施の形態においては、アンペロメトリー法によりグルコース濃度を測定する方法について説明したが、クーロメトリー法（応答電流値の積算値）により特定成分の濃度を測定する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る濃度分析装置にバイオセンサを装着した状態の一例を、濃度測定装置をブロック図、バイオセンサを平面図で示したものある。
【図２】 図２は、図１に示されたバイオセンサの全体斜視図である。
【図３】 図３は、図２のバイオセンサの分解斜視図である。
【図４】 図４は、濃度測定時における印加電圧と測定電流値の経時的変化の一例を示すグラフである。
【図５】 図５は、濃度測定時における印加電圧と測定電流値の経時的変化の一例を示すグラフである。
【図６】 図６は、電圧非印加時のリーク電流の平均値に対応する電圧値と、応答電流値に対応する電圧値との関係を示すグラフである。
【図７】 図７は、図６にプロットとした各サンプルの群毎を補正した結果を示す表である。
【図８】 図８は、濃度測定処理を説明するためのフローチャートである。
【技術分野】
本発明は、試料液中の特定成分、たとえば血液などの体液中のグルコース濃度を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
体液中の特定成分（たとえば血液中のグルコース）の濃度を測定する一般的な方法としては、酸化還元反応を利用したものがある。その一方で、自宅や出先などで簡易に血糖値の測定が行えるように、手のひらに収まるようなサイズの簡易血糖値測定装置が汎用されている。この簡易血糖値測定装置では、酵素反応場を提供するとともに使い捨てとして構成されたバイオセンサを装着した上で、このバイオセンサに血液を供給することにより血糖値の測定が行われる（たとえば日本国特公平８−１０２０８号公報参照）。
【０００３】
バイオセンサとしては、たとえば基板上に、一対の電極およびこれらの電極を繋ぐ試薬部が設けられたものがある。試薬部は、たとえば酸化還元酵素と酸化型とされた電子伝達物質とを含んでいる。試薬部に対して試料液が供給された場合には、試薬部と試料液とによって液相反応系が構築される。この液相反応系では、酸化還元酵素の作用により、血液中のグルコースが酸化されて電子が取り出される一方、電子伝達物質に電子が供給されて電子伝達物質が還元される。
【０００４】
一方、血糖値測定装置は、たとえば電圧供給源および電流値測定部を備えている。血糖値測定装置にバイオセンサを装着した状態では、試薬部（液相反応系）、電圧供給源および電流値測定部により電気回路が構成される。電圧供給源は、バイオセンサの一対の電極の間に電圧を印加するためのものである。一対の電極の間に電圧を印加した場合には、反応により還元型とされた電子伝達物質が一方の電極に電子を放出することによって酸化される。このときの電子放出量や電気回路を流れる電流は、電流値測定部において測定される。
【０００５】
血糖値測定では、試薬部（液相反応系）に対する印加電圧と測定電流値との関係は、概ね図４に示したようなものとなる。
【０００６】
すなわち、血糖値測定装置にバイオセンサが装着されて試薬部に対する血液の供給が開始され、血糖値測定装置において試薬部に血液が供給されたことが検知されるまでの間は（図４のｔ1→ｔ2）、バイオセンサの一対の電極に対して一定電圧Ｖが印加される。この間、試薬部に対する血液の供給によって測定される電流値が増加し、血糖値測定装置では、測定電流値が一定値（図４のＩ1）に達した時点（図４のｔ2）において試料液が供給されたと判断される。一方、血液の供給が検知された後の一定時間は（図４のｔ2→ｔ3）、電圧の印加が中断される。血液の供給検知から一定時間経過後は（図４のｔ3）、再びバイオセンサの一対の電極の間に定電圧Ｖを印加する。この間、還元型とされた電子伝達物質がバイオセンサの一方の電極に電子を放出する。この電子放出量は、電圧の再印加後の一定時間経過後（図４のｔ4）に濃度測定装置の電流値測定部において、応答電流値Ｉ2として測定され、この応答電流値Ｉ2に基づいて特定成分の濃度が演算される。
【０００７】
血糖値測定装置にバイオセンサを装着した場合には、バイオセンサの電極、電圧供給源および電流値測定部により電気回路が形成されるのは上述した通りであり、試薬部（液相反応系）を非印加状態とするためには、電気回路を開回路とすればよい。開回路は、電気回路内に機械スイッチを設け、この機械スイッチをオフ状態とすることにより達成することができる。この方法は、機械スイッチが必要な分だけコスト的に不利であり、また機械スイッチが壊れてしまうことがあるために信頼性の面でも問題がある。そのため、コスト的な面および信頼性を考慮した場合には、機械スイッチを設けずに、電圧供給源により供給される電圧値をゼロとする方法が採用されている。この方法では、機械スイッチをオフする場合のように、電気回路を完全に開回路とするわけではないので、電気回路内に電位差が生じていれば、試薬部（液相反応系）の起電力により微小ながらも電位差が生じ、電流が流れてしまうことがある。
【０００８】
このようにして試薬部（液相反応系）に電位差が生じれば、たとえば還元型とされた電子伝達物質の一部が酸化して電子を放出し、その電子がバイオセンサの一方の電極に移動してしまうことがあり、あるいは酸化型とされた電子伝達物質がバイオセンサの一方の電極から電子をもらって還元型となってしまうこともある。そのため、一定時間の非印加状態後に電圧を印加して応答電流値を測定した場合には、図５に示したように、本来に得られるべき応答電流値（Ｉ2）よりも実測される応答電流値が低値（Ｉ2′）となってしまったり、高値（Ｉ2″）となってしまったりする。その結果、最終的に得られる血糖値は、実際の血糖値からずれてしまい、測定ごとに血糖値にばらつきが生じてしまう。
【０００９】
【発明の開示】
本発明は、電気化学的手法により試料液中の特定成分の濃度を測定する場合において、精度良く特定成分の濃度を測定できるようにすることを目的としている。
【００１０】
本発明の第１の側面においては、試薬を保持した反応場に対して試料液を供給する第１のステップと、上記反応場に対して電圧を印加せずに、複数回電流値を測定して複数の補正用の電流値を取得する第２のステップと、上記反応場に対して電圧を印加して、１または複数回電流値を測定して１または複数の演算用の電流値を取得する第３のステップと、上記複数の補正用の電流値、および、上記１または複数の演算用の電流値に基づいて、上記試料液中の特定成分の濃度を演算する第４のステップと、を含み、上記第４のステップにおいては、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を、上記特定成分の濃度演算結果に反映させることを特徴とする、特定成分の濃度測定方法が提供される。
【００１２】
上記平均値または積算値を、特定成分の濃度演算結果に反映させる方法としては、以下の３つの方法を例示することができる。
【００１３】
第１は、第４のステップにおいて、複数の補正用の電流値に基づいて補正定数を演算し、かつ１の演算用の電流値を１の演算用の電圧値に変換した後、この１の演算用の電圧値に補正定数を加えて校正電圧値を演算し、この校正電圧値から特定成分の最終的な濃度を決定する方法である。
【００１４】
この方法では、たとえば補正定数は、各補正用の測定値を電圧値に換算した複数の換算電圧値の平均値である第１の補正用換算電圧値、各補正用の測定値を電圧値に換算した複数の換算電圧値の積算値である第２の補正用換算電圧値、および上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を電圧値に換算した第３の補正用換算電圧値のうちから選択されるものに、定数を加えることにより演算される。
【００１５】
第２は、第４のステップにおいて、複数の補正用の電流値の平均値または積算値に基づいて補正定数を演算するとともに、演算用の電流値に補正定数を加えて校正電流値を演算し、この校正電流値に基づいて特定成分の最終的な濃度を決定する方法である。
【００１６】
第３は、第４のステップにおいて、１または複数の演算用の電流値から特定成分の第１次濃度を演算するとともに、複数の補正用の電流値の平均値または積算値に基づいて補正定数を演算し、第１次濃度に上記補正定数を加えることにより、特定成分の最終的な濃度を決定する方法である。
【００１７】
本発明の第２の側面においては、試料液を保持し、かつ反応場を提供するための測定用具を利用して試料液中の特定成分の濃度を測定するための濃度測定装置であって、上記測定用具が、上記反応場に対して電圧を印加するための第１および第２電極を備えている場合において、上記反応場に電圧を印加するための電圧印加手段と、上記反応場に対して電圧が印加される電圧印加状態と、上記反応場に対して電圧が印加されない電圧非印加状態とを選択するための制御手段と、上記第１および第２電極を利用して演算用の電流値を測定するための電流値測定手段と、上記演算用の電流値に基づいて、上記特定成分の濃度を演算する演算手段と、を備え、かつ、上記制御手段は、上記反応場に対して上記試料液が供給された後における特定時間範囲の間は上記電圧非印加状態を選択するとともに、上記特定時間範囲の経過後の少なくとも一定時間の間は上記電圧印加状態を選択するように構成されており、上記電流値測定手段は、上記特定時間範囲内において、複数回電流値の測定を行って複数の補正用の電流値を取得できるように構成されており、上記演算手段は、複数の補正用の電流値を勘案して上記特定成分の濃度を演算するとともに、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を、上記特定成分の濃度演算結果に反映させるように構成されていることを特徴とする、特定成分の濃度測定装置が提供される。
【００１９】
本発明では、測定用具に保持される試薬としては、たとえば酸化還元酵素および電子伝達物質を含んだものが使用される。
【００２０】
本発明では、試料液としては、典型的には、血液や尿などの体液が挙げられ、特定成分としては、典型的には、グルコース、コレステロールおよび乳酸が挙げられる。
【００２１】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示した濃度測定装置１は、バイオセンサ２を用いて試料液中の特定成分の濃度を測定するものであり、第１および第２端子１０ａ，１０ｂ、電圧印加部１１、電流値測定部１２、検知部１３、制御部１４、演算部１５および表示部１６を備えている。
【００２３】
バイオセンサ２は、図２および図３に良く表れているように、カバー２０、スペーサ２１および基板２２を有しており、これらによって流路２５が形成されている。
【００２４】
流路２５の内部は、カバー２０に設けられた穴部２３と、スペーサ２１に設けられたスリット２４の先端開放部２４ａを介して外部と連通している。先端開放部２４ａは、試料液導入口２５ａを構成しており、試料液導入口２５ａから供給された試料液は、毛細管現象により穴部２３に向けて流路２５内を進行する。
【００２５】
基板２２は、ＰＥＴなどの樹脂材料により長矩形状の形態に形成されている。基板２２の上面２２ａには、作用極２６、対極２７、および試薬部２８が設けられている。
【００２６】
作用極２６および対極２７は、大部分が基板２２の長手方向に延びているとともに、端部２６ａ，２７ａが基板２２の短手方向に延びている。したがって、作用極２６および対極２７は、全体としてＬ字状の形態とされている。作用極２６および対極２７の端部２６ｂ，２７ｂは、濃度測定装置１の第１および第２端子１０ａ，１０ｂと接触させるための端子部を構成している（図１参照）。作用極２６および対極２７は、両端部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂが露出するようにして絶縁膜２９により覆われている。
【００２７】
試薬部２８は、たとえば固形状であり、作用極２６および対極２７の端部２６ａ，２７ａの間を橋渡すようにして設けられている。この試薬部２８は、たとえば相対的に多量のメディエータ（電子伝達体）に対して相対的に少量の酸化還元酵素を分散させたものとして形成されている。
【００２８】
電子伝達物質としては、たとえば鉄やＲｕの錯体が使用される。使用可能な鉄錯体としては、たとえばフェリシアン化カリウムが挙げられ、使用可能なＲｕ錯体としては、ＮＨ3を配位子とするものが挙げられる。
【００２９】
酸化還元酵素は、測定の対象となる特定成分の種類によって選択される。特定成分としては、たとえばグルコース、コレステロール、乳酸が挙げられる。このような特定成分に対しては、酸化還元酵素としてグルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、コレステロールデヒドロゲナーゼ、コレステロールオキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダーゼが挙げられる。
【００３０】
このように構成されたバイオセンサ２では、試料液導入口２５ａを介して試料液を導入した場合には、試料液が毛細管現象により流路２５内を進行する。その過程において、試料液が試薬部２８を溶解させ、流路２５内に液相反応系が構築される。このとき、酸化還元酵素により試料液中の特定成分から電子が取り出されて特定成分が酸化され、その電子を酸化型の電子伝達物質に供給することにより酸化型の電子伝達物質が還元型とされる。
【００３１】
図１に示した第１および第２端子１０ａ，１０ｂは、濃度測定装置１に対してバイオセンサ２を装着した場合に、バイオセンサ２における作用極２６および対極２７の端部２６ｂ，２７ｂを接触させるためのものである。
【００３２】
電圧印加部１１は、第１および第２端子１０ａ，１０ｂを介して、バイオセンサ２の端子部２６ｂ，２７ｂの間に電圧を印加するためのものである。電圧印加部１１は、第１および第２端子１０ａ，１０ｂと電気的に繋げられている。濃度測定装置１にバイオセンサ２を装着した場合には、電圧印加部１１は、バイオセンサ２の作用極２６、対極２７および試薬部２８（液相反応系）とともに電気回路１７を構成する。電圧印加部１１は、たとえば乾電池あるいは充電池などの直流電源を備えたものとして構成される。
【００３３】
電流値測定部１２は、電圧印加部１１によってバイオセンサ２の端子部２６ｂ，２７ｂの間に電圧を印加したときの電流値を測定するためのものである。この電流値測定部１２は、電圧印加部１１およびバイオセンサ２とともに電気回路１７を構成するものである。したがって、電流値測定部１２は、電圧印加部１１における電源電圧を０Ｖとした場合であっても、電気回路１７を流れる電流を測定することができる。
【００３４】
検知部１３は、濃度測定装置１にバイオセンサ２が装着された後において、電流値測定部１２によって測定された電流値に基づいて、試薬部２８に試料液が供給されたか否かを検知するためのものである。
【００３５】
制御部１４は、電圧印加部１１を制御し、作用極２６および対極２７の間に電圧が印加される状態と印加されない状態とを選択するためのものである。
【００３６】
演算部１５は、タイマ機能を有しているとともに、電流値測定部１２において測定された電流値に応じて、試料液中の特定成分の濃度の演算やこれに必要な補正値などを演算するものである。演算部１５は、たとえば特定成分の濃度演算をアンペロメトリックな手法に基づいて行うことができるように構成されている。
【００３７】
検知部１３、制御部１４および演算部１５のそれぞれは、たとえばＣＰＵおよびメモリ（たとえばＲＯＭやＲＡＭ）により構成されるが、検知部１３、制御部１４および演算部１５の全てを、１つのＣＰＵに対して複数のメモリを接続することにより構成することもできる。
【００３８】
表示部１６は、演算部１５による演算結果の他、たとえばエラーである旨や操作手順などを表示するためのものであり、たとえば液晶表示装置により構成される。
【００３９】
背景技術において説明したように、バイオセンサ２を用いてアンペロメトリックな手法により濃度測定を行う場合には、実際に測定される応答電流値は、図５に１点鎖線や２点鎖線で示したように本来得られるべき応答電流値Ｉ2より小さかったり（図５のＩ2′）、大きかったり（図５のＩ2″）することがある。このずれ量（Ｉ2′−Ｉ2，Ｉ2″−Ｉ2）は、試薬部２８（液相反応系）に電圧を印加していない時間範囲（図５のｔ2〜ｔ3）において経時的に測定される測定電流値の平均値あるいは積算値と相関関係があることが本発明者らによって確認されている。
【００４０】
たとえば、図１および図４に示したように、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）においては、一対の電極２６，２７の間には電圧が印加されていないから、理想的には電気回路１７は開回路と等価であり、電気回路１７には本来電流が流れない。そのため、一対の電極２６，２７の間に対する電圧印加を停止した時点（図４のｔ2）では、電気回路１７を流れる電流は一旦逆極性となるが、その電流は即座に０となる。ところが、電気回路１７が完全に開回路と等価となっていなければ、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）においても、電気回路１７内に電位差が存在すれば、この電位差に起因して試薬部２８（液相反応系）の電子伝達物質が酸化あるいは還元されてしまう。その結果、図５に示したように電気回路１７に電流が流れてしまうことがある。この場合、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）に電気回路１７を流れた電流の状態が測定誤差として反映されるため、非印加状態（図４のｔ2〜ｔ3）に電気回路１７を流れた電流の状態、たとえば電流値の経時的変化における平均値や積算値に基づいて、補正することにより、より精度の高い測定結果を得ることができるようになる。
【００４１】
本発明者らは、一定のグルコース濃度および一定のヘマトクリット値を有する試料液について、25個のバイオセンサについて非印加状態から一定時間経過後の応答電流値を測定した。非印加状態（ｔ2〜ｔ3）の時間は25秒とし、応答電流値は再印加時点から５秒後（＝ｔ4−ｔ3）に測定した。グルコース濃度は20mg/dL、100mg/dL、300mg/dLあるいは600mg/dLから選択し、ヘマトクリット値はHct20％、Hct35％、Hct45％、Hct55％あるいはHct70％から選択し、合計で20種類の試料液について応答電流値を測定した。その結果を図６に示した。この図には、横軸については応答電流値を換算した電圧値として、縦軸については非印加状態において測定されるリーク電流の平均電流値に対応する電圧値（縦軸の括弧内には定数１０２を加えた電圧値（＝補正値）を同時に示した）として示してある。
【００４２】
図６から分かるように、同一濃度および同一ヘマトクリット値の25個のサンプルからなる複数の群のそれぞれにおいては、非印加状態での平均電流値（これに対応する電圧値）が小さいものほど応答電流値（これに対応する電圧値）が大きくなる傾向を有している。したがって、同一の濃度およびヘマトクリット値を有するサンプルの群は、全体として図６において負の傾きを有している。この結果は、リーク電流の平均値と誤差量との間に相関関係があり、リーク電流の平均値に基づいて、誤差量を低減することが可能であることを示している。より具体的には、リーク電流の平均値が相対的に大きなものについては、濃度が低値として測定される傾向がある一方、リーク電流の平均値が相対的に小さなものについては濃度が高値として測定される傾向にある。したがって、リーク電流値が相対的に大きなものについては正の補正（電圧）値を与える一方、リーク電流値が小さなものについては、負の補正（電圧）値を与えれば、サンプル群が垂直化し、非印加状態での残存電位の影響を低減した測定値を得ることが可能となる。
【００４３】
本実施の形態では、図６の縦軸の括弧内に示したように、平均電流値に対応する電圧値に１０２という定数を加えた値が補正電圧値とされる。この場合、グルコース濃度の演算は、応答電流値を応答電圧値に換算した後にこの応答電圧値に補正電圧値を加えて校正電圧値とし、この校正電圧値に基づいてグルコース濃度が演算される。なお、１０２という定数は、負の傾きを有していた25個のサンプルからなる群を全体として横軸に対して略垂直とすべく、本発明者らによるトライアルアンドエラーにより得られた値である。
【００４４】
本実施の形態による補正の有効性を確認すべく、図６にプロットとした複数のサンプル群を、同一グルコース濃度毎に補正し、その結果を図７に示した。図７には、25個のサンプルからなる群の応答電流値に相当する電圧値の平均値、各群の標準偏差および再現性（相対標準偏差）について、補正前および補正後のそれぞれについて示した。
【００４５】
図７から分かるように、標準偏差および再現性ともに補正前に比べて補正後においてその値が小さくなっており、補正の有効性が確認される。また、図７に示した結果からも、負の傾きを有していた２５のサンプルからなる群のそれぞれは、横軸に対して略垂直となることが推測される。
【００４６】
以上においては、特定成分としてのグルコースについて補正の効果を検証したが、このような補正は、酸化還元反応を利用して電流値（電圧値）から濃度を測定する場合に広く採用することができる。その場合には、反応系のサイクリックボルタンメトリ特性（ＣＶ特性）により還元反応・酸化反応のいずれかにどの程度進行しやすいかが異なるため、個々の反応系において補正値を決定する必要がある。また、リーク電流の積算値は、リーク電流の平均値と相関関係を有するため、リーク電流の積算値に基づいて補正値を決定しても、リーク電流の平均値に基づいて補正値を決定する場合と同様な結果が得られることとなる。
【００４７】
リーク電流の平均値や積算値は、ＣＶ特性による還元反応・酸化反応のいずれかにどの程度進行しやすいか反映していると考えられる。言い換えれば、リーク電流の平均値や積算値の大小は、応答電流値が本来えられるべき値から、リーク電流に起因して、どの程度ずれているかを反映していると考えられる。したがって、濃度演算において、応答電流値に加えて、リーク電流の平均値や積算値を勘案すれば、リーク電流に起因する測定誤差を適切に補正することができるようになる。
【００４８】
次に、上述の検証結果を反映させた濃度測定手法について、血液中のグルコースの濃度（血糖値）を測定する場合を例にとって、図１ないし図５に加えて、図８に示したフローチャートをも参照して説明する。
【００４９】
血糖値測定においては、まず濃度測定装置１に対してバイオセンサ２を装着し、バイオセンサ２の試料液導入口２５ａを介して、流路２５内に血液を導入する。
【００５０】
一方、濃度測定装置１では、制御部１４が電圧印加部１１により一対の電極２６，２７の間に定電圧を印加し（Ｓ１）、そのときの応答電流値を電流値測定部１２において測定する（Ｓ２）。Ｓ１における印加電圧値は、たとえば５００ｍＶ程度の定電圧とされる。
【００５１】
検知部１３においては、応答電流値が予め定められた閾値Ｉ1（図４および図５参照）に達したか否かが判断される（Ｓ３）。検知部１３において測定電流値が閾値Ｉ1に達していないと判断された場合には（Ｓ３：ＮＯ）、検知部１３は、測定電流値が閾値Ｉ1に達したと判断するまで（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｓ２の電流値測定およびＳ３の判断を繰り返し行う。この場合、Ｓ２での応答電流値の測定は、たとえば０．０５〜０．２ｓｅｃ毎に行われる。ただし、所定回数の判断を終え、あるいは一定時間経過しても液絡が検知されない場合には、エラー処理を行うようにしてもよい。
【００５２】
検知部１３において測定電流値が閾値Ｉ1に達したと判断された場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、作用極２６および対極２７の端部２６ａ，２７ａが液絡し、試薬部２８に血液が供給されたと判定できるため、検知部１３は試薬部２８に血液が供給されたと判断する（Ｓ４）。
【００５３】
次いで、制御部１４は電圧印加部１１による作用極２６および対極２７の間への電圧の印加を中断する（Ｓ５）。このような電圧印加の中断は、たとえば電圧印加部１１を構成する電源の電源電圧を０Ｖに設定することにより行われる。
【００５４】
このとき、流路２５内では、血液によって試薬部２８が溶解して液相反応系が構築される。液相反応系では、たとえば血液中のグルコースが酸化される一方で、電子伝達物質が還元される。作用極２６および対極２７の間への電圧の印加が停止されている間は、還元型とされた電子伝達物質は酸化されることなく、蓄積されていく。
【００５５】
電流値測定部４においては、作用極２６および対極２７の間に電圧を印加していない状態（非印加状態：図４および図５のｔ2〜ｔ3）においても応答電流値を測定する（Ｓ６）。このとき、演算部１５では、Ｓ６において応答電流値が測定されるたびに応答電流値の平均値あるいは積算値を演算する（Ｓ７）一方、非印加状態となってからの経過時間をカウントし、その経過時間が予め設定された基準時間、たとえば２５ｓｅｃ（＝ｔ3−ｔ2（図４および図５参照））を経過したか否かが判断される（Ｓ８）。
【００５６】
演算部１５において非印加状態となってからの経過時間が基準時間を経過していないと判断された場合には（Ｓ８：ＮＯ）、演算部１５において基準時間が経過したと判断されるまで（Ｓ８：ＹＥＳ）、Ｓ６における応答電流値の測定、およびＳ７における応答電流値の平均値あるいは積算値の演算を繰り返し行う。Ｓ６における応答電流値の測定は、たとえば０．０５〜０．２ｓｅｃ毎に行われる。
【００５７】
演算部１５において非印加状態となってから基準時間が経過していると判断された場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、制御部１４による制御に基づいて、電圧印加部１１により、作用極２６および対極２７の間に、たとえば５００ｍＶの定電圧Ｖを印加する（Ｓ９）。このとき、還元型とされた電子伝達物質が作用極２６の端部２６ａに電子を放出することにより酸化型となっていく。
【００５８】
演算部１５においては、電圧が印加されてからの時間をカウントするとともに、予め設定された基準時間、たとえば５ｓｅｃ（＝ｔ4−ｔ3（図４および図５参照））が経過したか否かが判断される（Ｓ１０）。演算部１５において基準時間を経過していないと判断された場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、演算部１５において基準時間が経過したと判断されるまで（Ｓ１０：ＹＥＳ）、演算部１５においてＳ１０における判断を繰り返し行う。
【００５９】
演算部１５において基準時間が経過したと判断された場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、演算部１５では、その時点において電流値測定部１２により測定された電流値を取得し（Ｓ１１）、これを応答電圧値に換算する（Ｓ１２）。
【００６０】
次いで、演算部１５においては、非印加状態の時間範囲（図４および図５のｔ2〜ｔ3）における測定電流値の平均値あるいは積算値に基づいて補正電圧値を演算する（Ｓ１３）。補正電圧値の演算は、上述した通り非印加状態における電流（リーク電流）の平均値あるいは積算値を電圧値に換算した後に、定数１０２を加えることにより演算される。
【００６１】
最後に、演算部１５は、応答電圧値に補正電圧値を加えた校正電圧値から、最終的なグルコース濃度を演算する（Ｓ１４）。グルコース濃度の演算は、予め求めておいた電圧値とグルコース濃度との関係を示す検量線あるいは対応表に基づいて行われる。この結果は、たとえば表示部１６において表示される。
【００６２】
以上の濃度演算手法では、電圧非印加時に電気回路１７に流れる電流値に起因した誤差が、その誤差量と相関関係のあるリーク電流の平均値や積算値に基づいて補正される。したがって、上記濃度演算手法では、電圧非印加時のリーク電流に起因した測定精度の悪化を低減することができるようになる。
【００６３】
演算部においては、次の手法により濃度演算を行うようにしてもよい。第１は、応答電流値に対して、非印加状態におけるリーク電流の平均値あるいは積算値に定数を加えて補正電流値を演算した後に、応答電流値に補正電流値を加えて校正電流値を演算し、この校正電流値からグルコース濃度を演算してもよい。第２は、応答電流値（または応答電流値を換算した応答電圧値）に基づいて第１次的にグルコース濃度を演算するとともに、リーク電流の平均値あるいは積算値（またはこれらを換算した電圧値）から補正濃度を演算し、第１次的グルコース濃度に対して補正濃度を加えることにより最終的なグルコース濃度を決定してもよい。
【００６４】
本実施の形態においては、アンペロメトリー法によりグルコース濃度を測定する方法について説明したが、クーロメトリー法（応答電流値の積算値）により特定成分の濃度を測定する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る濃度分析装置にバイオセンサを装着した状態の一例を、濃度測定装置をブロック図、バイオセンサを平面図で示したものある。
【図２】 図２は、図１に示されたバイオセンサの全体斜視図である。
【図３】 図３は、図２のバイオセンサの分解斜視図である。
【図４】 図４は、濃度測定時における印加電圧と測定電流値の経時的変化の一例を示すグラフである。
【図５】 図５は、濃度測定時における印加電圧と測定電流値の経時的変化の一例を示すグラフである。
【図６】 図６は、電圧非印加時のリーク電流の平均値に対応する電圧値と、応答電流値に対応する電圧値との関係を示すグラフである。
【図７】 図７は、図６にプロットとした各サンプルの群毎を補正した結果を示す表である。
【図８】 図８は、濃度測定処理を説明するためのフローチャートである。
Claims (9)
- 試薬を保持した反応場に対して試料液を供給する第１のステップと、
上記反応場に対して電圧を印加せずに、複数回電流値を測定して複数の補正用の電流値を取得する第２のステップと、
上記反応場に対して電圧を印加して、１または複数回電流値を測定して１または複数の演算用の電流値を取得する第３のステップと、
上記複数の補正用の電流値、および、上記１または複数の演算用の電流値に基づいて、上記試料液中の特定成分の濃度を演算する第４のステップと、
を含み、
上記第４のステップにおいては、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を、上記特定成分の濃度演算結果に反映させることを特徴とする、特定成分の濃度測定方法。 - 上記第４のステップにおいては、上記複数の補正用の電流値に基づいて補正定数を演算し、かつ上記１の演算用の電流値を１の演算用の電圧値に変換した後、この１の演算用の電圧値に上記補正定数を加えて校正電圧値を演算し、この校正電圧値から上記特定成分の最終的な濃度を決定する、請求項１に記載の特定成分の濃度測定方法。
- 上記補正定数は、上記各補正用の測定値を電圧値に換算した複数の換算電圧値の平均値である第１の補正用換算電圧値、上記各補正用の測定値を電圧値に換算した複数の換算電圧値の積算値である第２の補正用換算電圧値、および上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を電圧値に換算した第３の補正用換算電圧値のうちから選択されるものに、定数を加えることにより演算される、請求項２に記載の特定成分の濃度測定方法。
- 上記第４のステップにおいては、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値に基づいて補正定数を演算するとともに、上記演算用の電流値に上記補正定数を加えて校正電流値を演算し、この校正電流値に基づいて上記特定成分の最終的な濃度を決定する、請求項１に記載の特定成分の濃度測定方法。
- 上記第４のステップにおいては、上記１または複数の演算用の電流値から上記特定成分の第１次濃度を演算するとともに、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値に基づいて補正定数を演算し、上記第１次濃度に上記補正定数を加えることにより、上記特定成分の最終的濃度を決定する、請求項１に記載の特定成分の濃度測定方法。
- 上記試薬は、酸化還元酵素および電子伝達物質を含んでいる、請求項１に記載の濃度測定方法。
- 上記試料液は、血液である、請求項１に記載の濃度測定方法。
- 上記特定成分は、グルコースである、請求項１に記載の濃度測定方法。
- 試料液を保持し、かつ反応場を提供するための測定用具を利用して試料液中の特定成分の濃度を測定するための濃度測定装置であって、
上記測定用具が、上記反応場に対して電圧を印加するための第１および第２電極を備えている場合において、
上記反応場に電圧を印加するための電圧印加手段と、
上記反応場に対して電圧が印加される電圧印加状態と、上記反応場に対して電圧が印加されない電圧非印加状態とを選択するための制御手段と、
上記第１および第２電極を利用して演算用の電流値を測定するための電流値測定手段と、
上記演算用の電流値に基づいて、上記特定成分の濃度を演算する演算手段と、
を備え、かつ、
上記制御手段は、上記反応場に対して上記試料液が供給された後における特定時間範囲の間は上記電圧非印加状態を選択するとともに、上記特定時間範囲の経過後の少なくとも一定時間の間は上記電圧印加状態を選択するように構成されており、
上記電流値測定手段は、上記特定時間範囲内において、複数回電流値の測定を行って複数の補正用の電流値を取得できるように構成されており、
上記演算手段は、複数の補正用の電流値を勘案して上記特定成分の濃度を演算すると ともに、上記複数の補正用の電流値の平均値または積算値を、上記特定成分の濃度演算結果に反映させるように構成されていることを特徴とする、特定成分の濃度測定装置。
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