JP4334969B2 - 血液成分分析用センサ - Google Patents

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Description

本発明は、血液成分分析用センサに関する。
臨床検査や糖尿病患者の血糖値自己測定等において、血液成分分析用センサが従来から使用されている(例えば、特許文献1参照)。血糖値測定用のセンサの一例を図10に示す。図示のように、このセンサ1000は、絶縁性基材1001の上に作用極1002と対極1003が形成され、この上に試薬層が配置され、この部分が分析部1004となっている。前記試薬層には、グルコースオキシターゼ等の酸化還元酵素およびメディエータ等が含まれている。前記基板1001の上には、一方の端部(図において右側端部)を残してスペーサー(図示せず)を介しカバー1005が配置されている。前記分析部1004には、ここに血液を導入するための流路1018が連通しており、この流路1018は、センサの他方の端部(図において左側端部)まで延びており、前記流路1018先端は外部に対し開口して、血液導入口1019となっている。前記作用極1002および対極1003は、それぞれリード1022およびリード1023と連結し、これらのリードは、前記一方の端部に延びており、リードの先端はカバーに覆われずに露出している。
このセンサを用いた血糖値測定は、例えば、次のようにして実施される。すなわち、まず、専用のランセットで指先等を穿刺し、出血させる。一方、前記センサを専用の測定装置にセットする。そして、出血した血液に、測定装置にセットしたセンサの血液導入口を接触させ、毛細管現象により、血液をセンサ内の分析部に導入する。ここで、血液中のグルコースと試薬中のグルコースオキシターゼ等の酸化還元酵素とが反応し、一定時間経過後に電極間に電圧を印加すると酸化還元電流が流れる。この電流を、電極で検知して前記測定装置で測定し、この値をグルコース量に換算して表示する。
近年における自己測定用の血液成分分析用センサの開発においては、被験者の負担を軽減する一つの方法として、測定に必要とされる血液量を微量化する取組みが成されている。しかしながら、血液量を微量化することに伴いセンサ分析部への血液供給が困難となり、その結果、測定不能になる場合、あるいは測定結果に誤差を与える場合があった。
特開2001−346781
そこで、本発明の目的は、微量の血液であっても確実に測定ができる血液成分分析用センサを提供することである。
前記目的を達成するために、本発明の血液成分測定用センサは、基板と、スペーサーと、カバーとを含む血液成分分析用センサであって、基板の上に、スペーサーを介してカバーが配置されることにより、センサ内部に、分析部と、これに血液を導入するための流路となる空間が形成され、前記基板とスペーサーには、ランセットの針若しくは刃が貫通可能な共通の貫通孔が形成されており、前記スペーサーの貫通孔は、前記流路と連通しており、前記貫通孔の上部は、前記カバーにより覆われており、前記共通の貫通孔と、これを覆うカバー部分とでランシング部が形成されており、センサの使用時において、センサを採血箇所に配置し、前記ランシング部の前記カバーを突き破ってランシング針若しくは刃を前記共通の貫通孔を貫通させて採血箇所に突き刺し、出血した血液を、前記突き破りで生じた下方に向いたカバーのバリをガイドとして前記流路に導入し、この流路を通じて分析部に前記血液を導入するセンサである。
本発明のセンサでは、前記カバーをランシング針若しくは刃で突き破ると、前記カバーのランシング部に下向きに向いたバリが生じる。出血した血液は、その表面張力により、このバリをガイドとして、貫通孔から流路へと導入され、この流路を通って分析部に導入される。このように、バリをガイドとして血液を貫通孔から流路に導くことができるので、微量の血液であっても確実に分析部に導入することができ、このため、傷を小さくすることができ、被験者に余分な苦痛等をあたえなくて済む。
また、糖尿病患者が血糖値を自己測定する場合、視力が弱くなりがちな糖尿病患者にとって、ランシングと血液採取という細かい作業は多大な負担であったが、本発明のセンサは、ランシングと血液採取を同時に行なうことができるため、糖尿病患者のような低視力者であっても、簡単に使用できるとういう効果も得られる。
本発明において、一つのランシング部に対し、複数の流路および分析部が設けられているのが好ましい。一回のランシングで複数項目の測定を同時に行なうことができるからである。
本発明において、一つのセンサ内に、複数のランシング部が設けられ、前記各ランシング部に対し、一つ以上の流路および分析部が設けられているのが好ましい。一つのセンサを複数の測定に使用できるからである。
本発明において、前記カバーの少なくてもランシング部が親水性であることが好ましい。血液は、通常親水性であるため、前記カバーのランシング部が親水性であれば、生じたバリへの血液の付着も良くなり、より確実に血液を分析部に供給することができるからである。
本発明において、前記カバーの流路に対応する部分に、空気孔が設けられているのが好ましい。空気抜孔が設けられていれば、より強い毛細管現象を生じさせることができるからである。
本発明のセンサは、例えば、酸化還元反応を利用したセンサであってもよい。この場合、前記分析部に、分析対象成分の酸化還元酵素を含む試薬が配置されており、前記酸化還元酵素によって血液中の分析対象成分を酸化還元し、その酸化還元の程度を測定することにより前記分析対象成分の量を測定する。酸化還元の程度は、例えば、光学的手段若しくは電気化学的手段により測定できる。光学的手段の場合、前記酸化還元酵素に加え、酸化還元により発色する基質を試薬層に含ませ、この基質の発色程度を分光光度計等の光学的測定装置により測定すればよい。一方、電気化学的手段の場合は、前記分析部に、電極を配置し、これにより酸化還元により生じる電流を測定すればよい。この場合、試薬には、メディエータを含ませることが好ましい。
本発明のセンサの分析対象成分は、特に制限されず、例えば、血液中のグルコース、乳酸、コレステロールなどがあげられ、その分析対象成分に応じ、試薬の中の酸化還元酵素を選択すればよい。例えば、分析対象成分が、血液中のグルコースの場合、酸化還元酵素は、グルコースオキシターゼ、グルコースデヒドロゲナーゼである。
つぎに、本発明のセンサの例について、図に基づき説明する。
図1および図2に、本発明のセンサの一例を示す。このセンサは、基本的な構成のセンサである。図1は、前記センサの分解図であり、図2は前記センサの断面図である。
図示のように、このセンサ100は、絶縁基板101の上に、スペーサー106を介してカバー109が配置されて構成されている。絶縁基板の上には、作用電極102および対電極103が形成されており、それぞれ、リード122およびリード123に接続している。また、絶縁基板101には、ランセット針若しくは刃を貫通させるための貫通孔105が形成されている。スペーサー106には、ランセット針若しくは刃の貫通孔および流路を兼ねる空隙107が形成されている。カバー109には、前記流路の後方に対応する部分に空気抜孔110が形成されている。前記絶縁基板101の貫通孔105と、スペーサー106の空隙107の一部とによりランセット針若しくは刃を貫通させる貫通孔が形成され、この上はカバーで覆われており、これらがランシング部となる。また、スペーサー106の空隙107の残りの部分は流路112となる。そして、図2に示すように、作用電極102および対電極103の部分には、試薬層104が配置されており、ここが分析部となる。
本発明において、前記絶縁基板の材質は特に制限されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリオキシメチレン(POM)、モノマーキャストナイロン(MC)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、メタクリル樹脂(PMMA)、ABS樹脂(ABS)、ガラス等が使用でき、このなかで、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)が好ましく、より好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)である。絶縁基板の大きさは、特に制限されず、例えば、全長5〜100mm、幅3〜50mm、厚み0.1〜2mmであり、好ましくは、全長10〜50mm、幅3〜20mm、厚み0.2〜1mmであり、より好ましくは、全長15〜30mm、幅5〜10mm、厚み0.3〜0.6mmである。絶縁基板において、貫通孔の形成は、例えば、レーザーやドリル等で穿孔して形成してもよいし、絶縁基板の形成時に、貫通孔が形成できるような金型を使用して形成してもよい。貫通孔の形状は、特に制限されず、円形、楕円形、半円形、半楕円形、多角形などがある。貫通孔の最大直径は、特に制限されず、例えば、0.5〜20mm、好ましくは0.5〜5mm、より好ましくは1〜3mmである。
絶縁基板上の電極およびリードは、例えば、金、白金、パラジウム等を材料として、スパッタリング法あるいは蒸着法により導電層を形成し、これをレーザーにより特定の電極パターンに加工することで形成できる。レーザーとしては、例えば、YAGレーザー、CO2レーザー、エキシマレーザー等が使用できる。
前記試薬層には、酸化還元酵素、メディエータ等が含まれる。前記酸化還元酵素としては、分析対象が血液中のグルコースの場合、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ等があげられる。メディエータとしては、フェリシアン化カリウムがあげられる。これらの他に、親水性高分子、酵素安定剤、結晶均質化剤などを配合してもよい。親水性高分子は、試薬層を一定の形状に保つ働きをする(賦形剤)。親水性高分子としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)がある。酵素安定剤は、保存時における酵素の劣化を防止するものであり、例えば、マルチトールがあげられる。結晶均質化剤は、試薬層を均質に形成する働きをし、その結果、試薬層が血液に触れたら速やかかつ均一に溶解するようになる。結晶均質化剤としては、例えば、タウリンがある。
前記試薬層は、例えば、所定の試薬を水若しくは緩衝液に溶解し、これを乾燥させることにより形成することができる。一例として、0.01〜2.0wt%CMC水溶液に、PQQ−GDHを0.1〜5.5U/センサ、フェリシアン化カリウムを10〜200mM、マルチトールを0.05〜30mM、タウリンを10〜300mM添加して溶解させる。そして、この溶液を、前記基板の分析部上に滴下し、乾燥させることで試薬層が形成できる。前記乾燥は、自然乾燥でも温風を用いた強制乾燥でもよいが、高温過ぎると酵素が失活するおそれがあるから、50℃前後の温風が好ましい。
つぎに、本発明において、スペーサーの材質は、特に制限されず、例えば、絶縁基板と同様の材料が使用できる。また、スペーサーの大きさは、特に制限されず、例えば、全長5〜100mm、幅3〜50mm、厚み0.01〜1mmであり、好ましくは、全長10〜50mm、幅3〜20mm、厚み0.05〜0.5mmであり、より好ましくは、全長15〜30mm、幅5〜10mm、厚み0.05〜0.25mmである。スペーサーには、貫通孔および流路となる空隙が形成されているが、その大きさは、例えば、全長1〜30mm、幅0.05〜10mm、であり、好ましくは、全長2〜10mm、幅0.3〜5mmであり、より好ましくは、全長2〜10mm、幅0.5〜2mmである。この空隙は、絶縁基板の貫通孔と同様にして形成できる。
つぎに、本発明において、カバーの材質は、特に制限されず、例えば、絶縁基板と同様の材料が使用できる。カバーのランシング部に該当する部分のみに限らず、試料供給路の天井部に相当する部分についても親水性処理することが、更に好ましい。親水性処理としては、例えば、界面活性剤を塗布する方法、プラズマ処理などによりカバー表面に水酸基、カルボニル基、カルボキシル基などの親水性官能基を導入する方法がある。カバーの大きさは、特に制限されず、例えば、全長5〜100mm、幅3〜50mm、厚み0.01〜0.5mmであり、好ましくは、全長10〜50mm、幅3〜20mm、厚み0.05〜0.25mmであり、より好ましくは、全長15〜30mm、幅5〜10mm、厚み0.05〜0.1mmである。カバーには、空気抜孔が形成されていることが好ましく、その大きさは、例えば、最大直径0.01〜10mm、好ましくは、最大直径0.05〜5mm、より好ましくは、最大直径0.1〜2mmである。この空気抜孔は、絶縁基板の貫通孔と同様にして形成できる。
つぎに、本発明のセンサは、絶縁基板、スペーサーおよびカバーをこの順序で積層し、一体化することにより製造できる。一体化には、前記3つの部材を接着剤で貼り付けたり、若しくは熱融着してもよい。前記接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ポリウレタン系接着剤、また熱硬化性接着剤(ホットメルト接着剤等)、UV硬化性接着剤等が使用できる。
つぎに、図1および図2に示すセンサの使用方法を説明する。まず、前記センサを所定の専用測定機にセットする。この状態で、図3に示すように、センサ100を指115の腹の上に配置する。そして、ランセットの針114で穿刺する。すると、図4に示すように、針は、カバー109のランシング部を突き破り、貫通孔を通って指115の腹を傷つけ、出血する。この際、カバー109のランシング部には、下方向に向いたバリが生じる。出血した血液116は、バリをガイドにして、矢印で示すように、流路112を通り、分析部に導入され、ここで試薬層104と接触する。試薬層104中の酸化還元酵素等と血液中の成分が反応する。前記酸化還元酵素による酸化還元反応により、一定時間経過後に電極間に電圧を印加すると酸化還元電流が流れ、これを作用電極および対電極で検知し、これを専用の測定装置で測定し、血液成分の量に換算して表示する。図4において、図1および図2と同一部分には同一符号を付している。なお、この使用例では、センサを測定装置にセットしてランシングを行ったが、本発明はこれに限定されず、センサを測定装置にセットせずにランシングを行い、その後、測定装置にセットしてもよい。
つぎに、図5に、本発明のセンサのその他の例を示す。このセンサ500は、前述のセンサ(図1および図2参照)と、分析部およびランシング部の位置関係を反対にしたものである。すなわち、このセンサでは、ランシング部511が、センサの中央から一端側(図において左側)に偏った位置に設けられ、その向こう側に、分析部が設けられている。これ以外は、前述のセンサと同じ構成であり、サイズ、構成材料、製造方法、使用方法等も同様である。図5において、501は絶縁基板、502は作用電極、503は対電極、522および523はリード、504は試薬層、513はカバーの空気抜孔を、それぞれ示す。
つぎに、図6に、分析部を直列に二つ設けたセンサの例を示す。このセンサ600では、ランシング部611が、センサ600の一方の端部にあり、センサ600の中心に向かって2つの分析部が直列に設けられている。これら2つの分析部は、流路612で連通しており、流路612は、ランシング部611の貫通孔とも連通している。したがって、ランシングの際には、カバーをランシング針等が突き破って生じたバリをガイドにして血液が流路612に導入され、前記2つの分析部に順番に導入される。これ以外は、前述のセンサ(図1および図2参照)と同じ構成であり、サイズ、構成材料、製造方法、使用方法等も同様である。図6において、601は絶縁基板、602は作用電極、603は対電極、604は試薬層、613はカバーの空気抜孔、622および623はリードを、それぞれ示す。
つぎに、図7に、分析部を並列に二つ設けたセンサの例を示す。このセンサ700では、ランシング部711が、センサ700の一方の端部にあり、これから流路712がセンサ700の中心に向かって延びており、その途中でT字型に分岐している。その分岐した先に、それぞれ分析部が設けられている。前期流路712は、前記ランシング部711の貫通孔と連通している。したがって、ランシングの際には、カバーをランシング針等が突き破って生じたバリをガイドにして血液が流路712に導入され、前記2つの分析部に略同時に導入される。これ以外は、前述のセンサ(図1および図2参照)と同じ構成であり、サイズ、構成材料、製造方法、使用方法等も同様である。図7において、701は絶縁基板、702は作用電極、703は対電極、704は試薬層、713はカバーの空気抜孔、722および723はリードを、それぞれ示す。なお、この例において、カバー部分に空気抜孔713を設けず、T字型の流路712をセンサの側面部まで延ばして流路先端を外部に向かって開口し、その開口部に空気抜孔の役割を持たせてもよい。
つぎに、図8に、一つのランシング部に対し、4つの分析部を放射状に設けたセンサの例を示す。図示のように、このセンサ800では、円形状の絶縁基板801の上に、スペーサー(図示せず)を介してカバー814が配置されている。センサ800は、周方向に4等分され、第1の領域830、第2の領域831、第3の領域832および第4の領域833に分かれている。センサ800の中心に、一つのランシング部811が設けられている。例えば、第1の領域830では、ランシング部811の貫通孔から、流路812が分析部に向かって延びている。前記分析部には、試薬層804、作用電極802および対電極803が配置されており、その他の領域も同様である。それぞれの領域において、各電極およびリードは、全体形状が扇形になっている。第1の領域830では、作用電極802およびそのリード822は、その全体形状がL字形状になっており、その残りの部分は、対電極803およびそのリード823になっているおり、その他の領域でも同様である。また、カバー814は、分析部を覆うが、リード部分が露出するように、絶縁基板801よりも小さな円形である。カバー814には、4つの流路に対応して空気抜孔(第1の領域830では空気抜孔813)が形成されている。なお、本発明において、分析部の数は特に制限されず、前述の4つの他に、例えば、2つでも3つでもよいし、5つ以上でもよい。また、作用電極およびそのリードの形状も特に制限されず、前述のL字形状に限定されるものではない。
センサ800の大きさは、特に制限されず、例えば、直径10〜200mm、厚み0.1〜5mmであり、好ましくは、直径20〜150mm、厚み0.2〜3mmであり、より好ましくは、直径30〜120mm、厚み0.2〜1mmである。このセンサは、所定形状の絶縁基板、スペーサーおよびカバーを積層し、一体化することにより形成できる。このセンサにおいて、材質等の他の条件は、前述のセンサ(図1および図2参照)と同様である。
このセンサ800を指の腹の上に配置し、ランシング部のカバーをランセットの針等で突き破って指を傷つけて出血させると、生じたバリをガイドにして、矢印で示すように、血液がそれぞれの流路に導入され、これを通って各分析部に導入される。
つぎに、図9に、一つの基板上に複数のセンサ部が形成されたカートリッジ式のセンサの例を示す。図示のように、このセンサ900では、円形状の絶縁基板901の上に、スペーサー(図示せず)を介して、前記絶縁基板よりも小さい円形状のカバー914が配置されている。センサ900集合体は、周方向に4等分され、第1のセンサ部930、第2のセンサ部931、第3のセンサ部932および第4のセンサ部933が形成されている。各センサ部は、全体形状が扇形になっている。センサ900において、円の中心部に4つのランシング部がセンサ部毎に設けられている。例えば、第1のセンサ部930では、ランシング部911の貫通孔から流路912が分析部にまで延びており、前記分析部には、試薬層904、作用電極902および対電極903が配置されており、その他のセンサ部も同様である。それぞれのセンサ部において、各電極およびリードは、全体形状が扇形になっている。第1のセンサ部930では、作用電極902およびそのリード922は、その全体形状がL字形状になっており、その残りの部分は、対電極903およびそのリード923になっているおり、その他のセンサ部でも同様である。また、カバー914は、各センサの分析部を覆うが、リード部分が露出するように、絶縁基板901よりも小さな円形である。カバー914には、4つの流路に対応して空気抜孔(センサ部930では空気抜孔913)が形成されている。なお、本発明において、分析部の数は特に制限されず、前述の4つの他に、例えば、2つでも3つでもよいし、5つ以上でもよい。また、作用電極およびそのリードの形状も特に制限されず、前述のL字形状に限定されるものではない。また、ランシング部の位置も特に制限されず、前述の円の中心部に限定されるものではなく、例えば、分析部より外側に設けて、円の外側から中心部に向かって血液が流入するような構造としてもよい。
センサ900の大きさは、特に制限されず、例えば、直径10〜200mm、厚み0.1〜5mmであり、好ましくは、直径20〜150mm、厚み0.2〜3mmであり、より好ましくは、直径30〜120mm、厚み0.2〜1mmである。このセンサは、所定形状の絶縁基板、スペーサーおよびカバーを積層し、一体化することにより形成できる。このセンサ集合体において、材質等の他の条件は、前述のセンサ(図1および図2参照)と同様である。
このセンサ900は、カートリッジ式で使用できる。例えば、このセンサ900を専用の測定装置にセットし、まず、第1のセンサ部930を使用する。すなわち、第1のセンサ部930を指の腹の上に配置し、ランシング部のカバーをランセットの針等で突き破って指を傷つけて出血させると、生じたバリをガイドにして、矢印で示すように、血液が流路912に導入され、これを通って分析部に導入される。測定が終了し、つぎの測定を行う場合は、回転等により、第1のセンサ部930から第2のセンサ部931のセンサに切り替え、上記と同様の操作により、ランシングと血液の分析部への導入を行い測定を実施すればよい。これ以降の測定もセンサ部を切り替え同様にして行うことができる。
以上のように、本発明のセンサは、血液成分分析用のセンサであって、微量の血液であって確実に分析部に導入することができるセンサである。したがって、本発明のセンサの用途は、血液成分の分析の用途であれば特に制限されず、例えば、臨床検査、糖尿病患者の自己血糖値測定などで使用できる。また、測定対象成分もグルコースだけに限定されず、例えば、乳酸、コレステロールなどの成分も測定対象となる。
本発明における血液成分測定用センサの一例を示す分解斜視図である。 前記センサの一例を示す面図である。 前記センサの使用方法の一例を示す面図である。 前記センサの使用方法の一例を示す断面図である。 本発明における血液成分分析用センサのその他の例を示す平面図である。 本発明における血液成分分析用センサのさらにその他の例を示す平面図である。 本発明における血液成分分析用センサのさらにその他の例を示す平面図である。 本発明における血液成分分析用センサのさらにその他の例を示す平面図である。 本発明における血液成分分析用センサのさらにその他の例を示す平面図である。 従来の血液成分分析用センサの一例の平面図である。
符号の説明
100、500、600、700、800、900、1000 センサ
101、501、601、701、801、901、1001 絶縁基板
102、502、602、702、802、902、1002 作用電極
103、503、603、703、803、903、1003 対電極
104、504、604、704、804、904、1004 試薬層
105 貫通孔
106 スペーサー
107 空隙
109、814、914 カバー
110、113、513、613、713、813、913 空気抜孔
111、511、611、711、811、911 ランシング部
112、512、612、712、812、912、1018 流路
114 ランセットの針
115 指
116 血液
122、123、522、523、622、623、722、723、822、823、922、923、1022、1023 リード
1000 従来の血液成分測定用センサの一例
1019 血液導入口

Claims (9)

  1. 基板と、スペーサーと、カバーとを含む血液成分分析用センサであって、基板の上に、スペーサーを介してカバーが配置されることにより、センサ内部に、分析部と、これに血液を導入するための流路となる空間が形成され、前記基板とスペーサーには、ランセットの針若しくは刃が貫通可能な共通の貫通孔が形成されており、前記スペーサーの貫通孔は、前記流路と連通しており、前記貫通孔の上部は、前記カバーにより覆われており、前記共通の貫通孔と、これを覆うカバー部分とでランシング部が形成されており、このセンサの使用時において、前記センサを採血箇所に配置し、前記ランシング部の前記カバーを突き破ってランシング針若しくは刃を前記共通の貫通孔を貫通させて採血箇所に突き刺し、出血した血液を、前記突き破りで生じた下方に向いたカバーのバリをガイドとして前記流路に導入し、この流路を通じて分析部に前記血液を導入するセンサ。
  2. 一つのランシング部に対し、複数の流路および分析部が設けられた請求項1記載のセンサ。
  3. 複数のランシング部が設けられ、前記各ランシング部に対し、一つ以上の流路および分析部が設けられた請求項1または2記載のセンサ。
  4. 前記カバーの少なくともランシング部が親水性である請求項1から3のいずれかに記載のセンサ。
  5. 前記カバー部分の前記流路に対応する部分に空気孔が設けられている請求項1から4のいずれかに記載のセンサ。
  6. 分析部に、分析対象成分の酸化還元酵素を含む試薬が配置されており、前記酸化還元酵素によって血液中の分析対象成分を酸化還元し、その酸化還元の程度を測定することにより前記分析対象成分の量を測定する請求項1から5のいずれかに記載のセンサ。
  7. 分析部に、さらに電極が配置され、これにより酸化還元により生じる電流を測定する請求項6記載のセンサ。
  8. 分析対象成分が、血液中のグルコースであり、酸化還元酵素が、グルコースオキシターゼおよびグルコースデヒドロゲナーゼの少なくとも一方である請求項6または7記載のセンサ。
  9. 前記試薬が、さらにメディエータを含む請求項6から8のいずれかに記載のセンサ。
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