JP4832695B2 - 液体中の物質の測定方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は液体中の物質の濃度を測定するための装置に関し、特に、血液または間質液中のグルコースの濃度を測定するための装置に関するが、これに限らない。
【０００２】
血液グルコース・レベルを測定するための装置は糖尿病患者にとって極めて貴重であり、特に、罹病者自体により使用できる装置が貴重であり、その理由は、彼ら自身が自分のグルコース・レベルをモニターしてインシュリンの適当な投与量を選ぶことができるからである。それゆえ、不正確な読取値が極めて有害になり得る投薬されるインシュリンの間違った量に導く可能性があるので、このような装置の精度は極めて重要である。
【０００３】
また、全ての実用的な血液グルコース測定システムにおいて、少なくともその装置の一部分、すなわち、サンプルの血液に接触する部分が廃棄可能であることも事実である。このことは使用者が一般に多数の廃棄可能な部分を定期的に必要とするために特にあらゆる廃棄可能な部分のコストを最小限にできることが特に重要であることを意味する。
【０００４】
既知のグルコース測定装置において、現在では、これまでの古い比色定量式の方法に優る電気化学的な測定方法が好まれるようになっている。この一般的な原理は電流がそれぞれ作用センサー部分および基準センサー部分と呼ばれている２個のセンサー部分の間において測定されることである。この作用センサー部分は酵素および電子媒体物質化合物を含む酵素試薬の層を載置した電極により構成されている。これらのセンサー部分を跨いで一定の電位が印加されると、上記酵素を介して上記電極の表面まで、測定されている物質（酵素基質）からの電子の移動により電流が発生する。この発生した電流は上記センサー部分の面積および試験サンプル中のグルコース濃度の両方に比例する。上記作用センサー部分の面積は推定により知られているので、上記電流はグルコース濃度に当然に比例すると考えることができる。
【０００５】
上記作用部分が血液により完全に被覆されていないためにその有効領域が減少している場合に不正確な結果が得られることが当該技術分野において既に知られている。この問題に対処する種々の方法がこれまでに提案されており、これらの内の２つの方法が米国特許第５６２８８９０号および同第５５８２６９７号において開示されている。これらの方法は共に試験片の表面を跨ぐ血液の単一方向の流れに依存しており、共に上記作用センサー部分の下流側に配置されている電極またはセンサー部分におけるサンプル液体の存在を検出することによりその試験測定を開始する。
【０００６】
不十分なサンプル液体が存在しているという問題、およびそのために上記作用センサー部分が完全に被覆されないという問題は、もちろん、当該作用センサー部分の寸法を減少することにより減少できる。しかしながら、この作用センサー部分に対応する小さな面積は較正される各結果に大きな変異性を生じる傾向がある。
【０００７】
本発明者は上記作用センサー部分の不完全な被覆と共に、上記装置に対応する各試験片の製造における随時の欠陥および、例えば、使用者による作用センサー部分に対する偶発的な損傷によっても、不正確な結果が生じ得ることを既に十分に理解している。本発明者が知る限りにおいて、これまでにおけるこの問題を対処するための唯一の実用的な方法は各試験片を製造するために使用する印刷方法が可能な限りに正確であることを確実にすることおよび十分な品質管理に依存することであった。
【０００８】
本発明の目的は上記の不都合点を少なくとも部分的に軽減することであり、第１の態様から見た場合に、本発明はサンプル液体中の物質の濃度を測定するための方法を提供し、当該方法は、作用センサー部分、第２の作用センサー部分および基準センサー部分を有する測定装置を供給する工程、サンプル液体を上記測定装置に供給する工程、上記サンプル液体中の物質の濃度に比例する一定の電流をを各センサー部分において測定する工程、上記各作用センサー部分からの電流を比較して一定の差のパラメーターを設定する工程、および当該差のパラメーターが所定の閾値よりも大きい場合にエラーの指示を与える工程を含む。
【０００９】
従って、本発明によれば、上記の物質−濃度−依存性の電流が２回にわたり有効に測定され、これら２個の測定値を比較することによりそれぞれの値が他の値を調べるための値として使用できることが分かる。
【００１０】
本発明は電気化学的アッセイに関連して特に有益であると考えられ、このアッセイまたは定量法においては、例えば、血液中のグルコース等のようにその濃度を調べることが望まれる物質が、例えば、酵素試薬等のような上記の各作用センサー部分における要素と反応して、電荷のキャリヤーを発生することにより、その液体中の物質の濃度に比例する電流が生じる。
【００１１】
さらに、上記方法において用いられる測定装置は新規でありその独自の権利において発明性を有しており、従って、第２の態様により、本発明はサンプル液体中の物質の濃度を測定するための装置を提供し、当該装置は基準センサー部分および上記サンプル液体中の物質の濃度に比例する電荷キャリヤーを発生するための作用センサー部分を備えており、この場合に、上記装置はさらに上記サンプル液体中の物質の濃度に比例する電荷キャリヤーを発生するための第２の作用センサー部分も備えている。
【００１２】
従って、本発明によれば、上記測定装置が上記２個の作用センサー部分における各電荷キャリヤーの発生の結果としてこれら２個の作用センサー部分を通過する各電流を比較して、これら２個の電流が過度に相異している場合、すなわち、１個のセンサー部分における電流が他の１個のセンサー部分における電流の考察から期待される値から大きく異なっている場合に、エラーの指示を与える。上記方法は上記各センサー部分の一方がサンプル液体により適正に被覆されていない場合を検出できるだけでなく、いずれかのセンサー部分における製造時の欠陥が存在する場合、あるいは、いずれかが製造後において損傷している場合も検出することができ、この理由は、各作用センサー部分が完全に被覆されている場合でも、異常な電流が上記のような各状況において悪影響を受けているセンサー部分に生じるからである。
【００１３】
本発明によれば、必然的に認識されることのない欠陥または損傷の唯一の種類は同一の程度に両方の作用センサー部分が悪影響を受けている場合の欠陥または損傷である。しかしながら、このような状況は単一の作用センサーに悪影響を及ぼしている欠陥よりも論理的に可能性が低く、従って、従来技術に優る改善である。実際の問題として、このような可能性は無視できると考えられる。いかなる場合においても、本発明は２個の作用センサー部分のみを備えることに限定されず、それゆえ、（当該技術分野における）熟練者は全てが同等の欠陥により悪影響を受けているという可能性をさらに低下するために３個以上の作用センサー部分を備えることを選択することが可能である。
【００１４】
本発明を別の視点において見た場合に、本発明は一定の構成を提供しており、これにより、一定の総面積の作用センサー部分の場合、従って、一定の最小のサンプル容量の場合に、当該作用センサー部分に対する不十分な充填の場合および欠陥または損傷の場合における検出を当該作用センサー部分の領域を２個の部分に分けることにより行なうことができる。
【００１５】
上記各センサー部分の一部または全てを一体化した装置の一部として備えることができる。しかしながら、好ましくは、少なくとも上記各作用センサー部分は取り外し可能な試験部材の上に備えられている。従って、別の態様から見た場合に、本発明は基部部材および当該基部部材上に備えられている２個の作用センサー部分を含むサンプル液体中の物質の濃度を測定するための試験部材を提供しており、各作用センサー部分は上記サンプル液体中の物質の濃度に比例する電荷キャリヤーを発生するための用途に構成されている。
【００１６】
好ましくは、基準センサー部分も上記基部部材上に備えられている。
【００１７】
当該技術分野における熟練者において、効果的に提供されているものが適正な使用、および損傷および特定の製造欠陥に対応する自己試験用の測定装置であることが理解される。このことは各センサー部分が分離している試験部材上に備えられている装置に関連して特に有益的であり、この理由は、このような装置が一般的に、例えば、血液グルコース・レベルを測定するための大量生産される試験片になり得るからである。このような試験片は一般的に損傷を防ぐための十分な看護を必ずしも伴わずに自分自身を治療すると思われる素人により使用されると考えられる。従って、好ましい実施形態において、上記取り外し可能な試験部材は廃棄可能な試験片を備えている。
【００１８】
本発明によれば、損傷または欠陥を有する試験片が認識されて、その試験片が除去可能になり、最終的な結果の精度、すなわち、潜在的に使用者の安全が高度な製造精度および適正で慎重な使用のみに依存されなくなる。少なくとも後者の点において、本発明の好ましい実施形態は既知の構成に比して付加的な安全層を提供している。多数の試験が拒絶されることはもちろん望ましくはないが、多くの状況において、不正確な結果が与えられないことの方がさらに重要である。
【００１９】
上記２個の作用センサー部分は上記装置内に適宜に配列可能であり、あるいは、好ましい実施形態において、上記試験部材上に配列できる。さらに、この装置または試験部材は各作用センサー部分の上にサンプル液体が自由に流れることを可能にするように構成できる。しかしながら、さらに好ましくは、上記サンプル液体は各作用センサー部分を跨いで実質的に単一の方向に流れるように拘束されている。
【００２０】
上記作用センサー部分は一方が他方よりも下流側に配列されていることが特に好ましい。このことは一方のセンサー部分が他方のセンサー部分が被覆され始めるよりも常に先に完全に被覆されることを可能にしており、これにより、小さいけれども、不十分なサンプル液体が両方のセンサー部分を被覆する可能性、さらに各センサー部分が同量のサンプル液体により部分的に被覆される可能性を回避できる。しかしながら、上記の小さな危険性が許容可能であると考えられる場合には、本発明よる構成は既知の装置におけるよりもはるかに大きな各センサー部分の配置における柔軟性を可能にすると共に、使用する不十分な量のサンプル液体またはその他の不適正な製品の使用または損傷に対する保護も依然として提供することが理解されると考える。最も好ましくは、上記両方の作用センサー部分が上記基準センサー部分よりも下流側であることである。
【００２１】
上記２個の作用センサー部分により発生される各電流は、例えば、これらのセンサー部分が相異しているために、直接的に比較できず、この場合において、好ましくは、上記測定装置は各測定値を標準化するために一方または両方の作用センサー部分により戻された各測定値に適当な重み付けを施すように構成されている。その後、この差のパラメーターは、例えば、標準化した各電流値の間の単純な算術的な差とすることができる。しかしながら、好ましくは、上記両方のセンサー部分は同一の作用材料を含有しており、あるいは、好ましくは付加的に、これら両方の作用センサー部分は同一の面積を有している。従って、これら２個の作用センサー部分が実質的に同一であることが最も好ましい。このことは上記物質濃度の高信頼性の測定が行なえるか否かを決定するために上記各センサー部分におけるそれぞれの電流の間の直接的な比較により上記差のパラメーターを容易に構成することを可能にする。
【００２２】
上記の不正確な測定値を決定するために使用する閾値は適宜に選択できる。一般的に、閾値は適当な値として経験的に選択され、製造プロセスにおける固有の変異性、および各結果における所望の精度等により決まる。ある程度において、上記閾値を低く設定し、過度に不正確であるとして無視される測定値の比率を設定することにより得られる精度の間に一定の釣り合いが存在する場合がある。従って、上記閾値は、例えば、インシュリンの投与の結果に依存して患者に対して重要な害が全く及ぼされない量に都合に応じて設定できる。
【００２３】
上記差のパラメーターは、例えば、各センサー部分において測定される各電流における差等の絶対値とすることができるが、好ましくは無次元の、例えば、測定される各電流の一方または他方のパーセント値（割合）である。
【００２４】
好ましくは、上記各電流は所定時間の後に測定されるが、このことは必ずしも不可欠ではない。
【００２５】
上記物質の濃度を計算するために用いられる実際の電流値は上記各作用センサー部分の一方からの電流値のみでもよいが、好ましくは、これらの値の組み合わせ、例えば、これら２個の値の合計値または平均値である。このことは最大の有効な作用面積が利用できて得られる各結果における精度を高めることにさらに役立つという利点を与える。
【００２６】
本発明の特に好ましい実施形態は血液中のグルコースの濃度を測定するための装置であり、この装置において、上記２個の作用センサー部分および基準センサー部分は廃棄可能な試験片の上に備えられている。
【００２７】
以下において本発明の好ましい実施形態を各添付図面に基づいて例示のみを目的として説明する。
【００２８】
図１において、長方形のポリエステル片２が示されており、この部材片は血液のサンプル中におけるグルコースの濃度を測定するための試験片の基部を形成している。この基部部材２は単離状態で示されているが、実際においては、これらの試験片のアレイが製造の終了時において大形のマスター・シートから切り出される。
【００２９】
図２はカーボン・インクのパタンを示しており、このパタンはこの実施例においてスクリーン印刷により上記基部部材に供給されているが、当業界において既知の任意の適当な付着技法も使用可能である。このカーボン層は４個の異なる領域を有しており、これらの領域は互いに電気的に絶縁されている。第１のトラック４は、その先端部において、基準／対のセンサー部分に対応する電極４ｂを形成している。このトラック４は長さ方向に沿って延在していて、その基端部において接続端子４ａを形成している。第２および第３の各トラック６，８はそれぞれの先端部において２個の作用センサー部分に対応する各電極６ｂ，８ｂを、さらに、それぞれの基端部において各接続端子６ａ，８ａを形成している。第４のカーボン領域は単に接続ブリッジ１０であり、このブリッジ１０は試験片が適正に挿入される時に適当な測定装置をオンにするために当該装置内の回路を閉じるために備えられている。
【００３０】
図３はスクリーン印刷により同様に供給される次の層を示している図である。この層は非水溶性の絶縁マスク１２であり、このマスク１２は上記各電極４ｂ，６ｂ，８ｂの上方にウインドウを定めており、それゆえ、各露出しているカーボン部分、すなわち、酵素試薬層（図４）が各カーボン電極に接触する部分の寸法を調整する。上記ウインドウの寸法および形状は上記各電極６ｂ，８ｂがそれぞれの上に印刷される正確に等しい面積の酵素のパッチを有するように設定される。このことは一定の電位において各作用センサー部分が血液のサンプルの存在下に理論的に同一の電流を通過させることを意味する。
【００３１】
酵素の層、この実施例において、グルコース・オキシダーゼの試薬層１４（図４）が上記マスク１２の上、すなわち、各電極４ｂ，６ｂ，８ｂの上に当該マスク１２内のウインドウを通して印刷されて、上記基準／対のセンサー部分および２個の作用センサー部分がそれぞれ形成される。その後、１５０ミクロンの接着剤の層が図５において示されているパタンで上記試験片上に印刷される。このパタンは既に説明した各図面に比して明瞭化のために拡大されている。３個の分離している接着剤の各領域１６ａ，１６ｂ，１６ｃは共にこれらの間にサンプル・チャンバー１８を形成している。
【００３２】
さらに、上記試験片の先端部の上に親水性の膜２０の２個の部分（図６）がラミネートされて、接着剤１６により保持される。この膜の第１の部分は上記サンプル・チャンバー１８を細いチャンネル（通路）に作成する作用を有しており、このチャンネルは毛細管作用により液体を当該チャンネルに沿ってその中にひきこむ。最後の層が図７において示されており、この層は先端部分において透明な部分２４を有している保護用のプラスチック・カバー・テープ２２である。このテープは試験片が既に使用されているか否かを即時に知らせることができ、十分な血液が供給されているか否かについての大まかな視覚的チェックを行なうことも補助する。
【００３３】
次に、上記試験片の使用方法を説明する。先ず、試験片が計器装置の中に印刷される。上記ブリッジ部分１０がこの装置内の回路を完成するので、自動的にこの装置がオンになる。この装置はさらに試験片上の各端子４ａ，６ａ，８ａに接続するための各接触部材も有している。この測定装置は上記各端子を介して上記対／基準のセンサー部分と２個の作用センサー部分のそれぞれとの間に４００ｍＶの電位を印加する。
【００３４】
その後、血液の液滴が上記試験片の先端部に配置される。毛細管作用によりこの血液が上記サンプル・チャンバー１８に沿って上記対／基準のセンサー部分および２個の作用センサー部分の上に引き込まれる。
【００３５】
所定時間の後に、各作用センサー部分を通過する電流が測定されて、これら２個の測定値が比較される。これらが１０％よりも高い比率で異なっている場合には、エラー・メッセージが上記測定装置上に表示されて、その試験を繰り返すことが必要になる。しかしながら、これら（の測定値の差）が互いに１０％以内である場合には、これら２個の電流が装置内において足し合わされて一定のグルコース・レベルに変換され、この値がＬＣＤ上に表示される。
【００３６】
本発明により達成できる各有益性を例証するために上述したように製造した試験片を用いて比較実験を行なった。この実験において、各０．２マイクロ・リットルの段階で１マイクロ・リットル乃至２マイクロ・リットルの容積に増加していて一定のグルコース濃度を有してい血液の各液滴が上記各試験片に供給され、各容積について８回繰り返した。各作用センサー部分において測定される電流を測定して記録した。これらの結果を本明細書に添付の表１に示している。
【表１】

【００３７】
上記試験の第１の部分において、上記２個の電流値を単純に足し合わせてそれぞれの組み合わせた面積を有する単一の作用センサー部分をシミュレーションした。これらの結果を図８においてそれぞれプロットした。
【００３８】
また、上記試験の第２の部分において、上記２個の電流値を先ず比較した。これらが１０％よりも低い比率で異なっている場合にのみ、これらを足し合わせて有効な結果として取り扱った。一方、１０％よりも高い比率で異なっている各値は無視した。この試験の第２の部分における各結果を図９においてそれぞれプロットした。
【００３９】
上記第２の組の結果は有意差をもって精度が高いこと、すなわち、これらは大幅に低い変異率を示していることが極めてよく分かる。さらに、実際において、上記２個の作用センサー部分はこれらの両方が完全に被覆されている場合に互いに一致している結果を示すだけであり、両方の作用センサー部分が完全に被覆されている時にのみこれらの結果が実際に得られることが安全に推定できるので、上記第２の組の結果は有意差をもって第１の組の結果よりも正確である。
【００４０】
従って、本発明の好ましい実施形態において、本発明が試験片に不十分なサンプルが供給されている各試験片、すなわち、試験片が不適正に使用されている場合における各試験片を検出して拒絶することを可能にすることが分かる。同様に、本発明は損傷または製造欠陥のいずれかによる欠陥を有している各試験片の検出および拒絶も可能にする。
【００４１】
当該技術分野における熟練者によれば、上述した本発明（の構成および構造）についての多くの変形が本発明の範囲内において可能であることが理解されると考える。例えば、本発明は血液中のグルコースだけでなく任意の液体中の任意の適当な物質の量を測定するために使用することもできる。さらに、上記各作用センサー部分を試験片に備える必要はなく、一体化した装置の一部とすることもできる。さらに、上記実施例において採用した１０％の差の数字も純水に例示的な値であり、任意の適当な数字が選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による試験片用の基部部材を示している図である。
【図２】 上記基部部材に供給されている各カーボン・トラックのレイアウトを示している図である。
【図３】 上記試験片に供給されている絶縁部材のレイアウトを示している図である。
【図４】 酵素試薬層を示している図である。
【図５】 接着剤層を示している図である。
【図６】 親水性の膜の層を示している図である。
【図７】 上記試験片における被覆層を示している図である。
【図８】 本発明による方法を採用せずに得られた結果のプロット図である。
【図９】 本発明による方法を採用して得られた図８と同様のプロット図である。
【符号の説明】
２ 基部部材（ポリエステル片）
４ 第１のトラック
４ａ 接続端子
４ｂ 電極（基準センサー部分）
６ 第２のトラック
６ａ 接続端子
６ｂ 電極（作用センサー部分）
８ 第３のトラック
８ａ 接続端子
８ｂ 電極（第２の作用センサー部分）
１０ 接続ブリッジ
１２ 絶縁マスク
１４ 酵素試薬層
１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ） 接着剤
１８ サンプル・チャンバー
２０ 親水性の膜
２２ カバー・テープ
２４ 透明部分

Claims (9)

1. 電気化学計測装置の試験片上に供給されたサンプル液体の量が十分であることを確認するための方法において、
   前記サンプル液体中の物質の濃度を測定するための前記測定装置を供給する工程であって、前記測定装置が、前記サンプル液体中の前記物質の濃度に比例する電荷キャリヤーを発生するための第１の作用センサー部分、前記サンプル液体中の前記物質の濃度に比例する電荷キャリヤーを発生するための第２の作用センサー部分、ならびに前記第１及び第２の作用センサーの両方にとって共通の基準である基準センサー部分を有し、前記第１及び第２の作用センサーならびに前記基準センサーが、廃棄可能な試験片の上に供給される工程と、
   前記サンプル液体を前記測定装置に供給する工程と、
   前記サンプル液体中の前記物質の濃度に比例する電流を前記第１及び第２の作用センサー部分の各々において測定する工程と、
   前記第１及び第２の作用センサー部分の各々からの電流を比較して差のパラメーターを得る工程と、
   エラー条件がエラーを示した場合に、エラーの指示を与える工程と、を含み、
   前記エラー条件は、前記差のパラメーターが所定の閾値よりも大きい場合にエラーを示すように設定されることにより、前記サンプル液体の量が不十分であることを示す、
   方法。
2. 前記サンプル液体の供給後の所定時間の後に前記電流を前記第１及び第２の作用センサー部分の各々において測定する工程を含む請求項１に記載の方法。
3. 試験片上に供給されたサンプル液体の量が十分であることを確認するための装置において、基準センサー部分および前記サンプル液体中の物質の濃度に比例する電荷キャリヤーを発生するための第１の作用センサー部分を備えており、さらに、前記サンプル液体中の前記物質の濃度に比例する電荷キャリヤーを発生するための第２の作用センサー部分も備え、
   前記基準センサー部分が、前記第１及び第２の作用センサーの両方にとって共通の基準であり、前記第１及び第２の作用センサーならびに前記基準センサーが、廃棄可能な試験片の上に供給され、
   前記第１及び第２の作用センサー部分の各々が、前記サンプル液体中の前記物質の濃度に比例する電流を測定し、前記第１及び第２の作用センサー部分の各々からの電流を比較することによって差のパラメーターが得られ、エラー条件がエラーを示した場合に、エラーの指示が与えられ、
   前記エラー条件は、前記差のパラメーターが所定の閾値よりも大きい場合にエラーを示すように設定されることにより、前記サンプル液体の量が不十分であることを示す装置。
4. 前記サンプル液体が前記第１及び第２の作用センサー部分を跨いで実質的に単一方向に流れるために拘束されるように構成されている請求項３に記載の装置。
5. 前記第１及び第２の作用センサー部分の一方が他方よりも下流側に備えられている請求項４に記載の装置。
6. 前記第１及び第２の作用センサー部分が共に前記基準センサー部分の下流側に備えられている請求項４または請求項５に記載の装置。
7. 前記第１及び第２の作用センサー部分がそれぞれ同一の面積を有している請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記第１及び第２の作用センサー部分が、含有する材料が同一であることにより実質的に同一である請求項７に記載の装置。
9. 前記サンプル液体の供給後の所定時間の後に前記電流を測定するように構成されている請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載の装置。

Images