JP4948737B2 - 化学反応速度を測定する電気化学的方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気活性反応生成物を生じさせる化学反応の進み具合の測定に関し、電気活性反応生成物は、後で電極のところで電流測定方式又は電量測定方式で検出される。この方法は、化学反応の進み具合に追随することが望ましい用途、特に分析物の反応の進み具合が分析物濃度の決定に役立つ用途において有用である。
【０００２】
【従来の技術】
関連技術の説明
電流測定電気化学方式では、電極のところを流れる電流を、作用電極のところで電気化学的に反応している電気活性化学種の濃度の目安として用いることができる。電量測定法では、電極のところを流れる電流を時間に関して積分すると、通過した電荷の総量が与えられ、かかる総量により、作用電極のところで反応した電気活性物質の量の目安が得られる。電極のところを流れる電流（又は、任意の時点で通過した電荷）は、作用電極への電気活性化学種の移動速度で決まる。相当高い濃度の電気活性化学種が電極の近くに位置し、その状態で電気活性化学種を電極と溶液のインタフェースのところで電気化学的に反応させるほど電位差を電極に印加すると、最初に高い電流が流れ、そして経時的に減少する。絶縁電極に関し（この場合、電気活性化学種をこれがかかる電極のところに到達すると即座に効果的に反応させるほど電位差を電極に印加し、電極への電気活性化学種の移動が拡散により制御される）、電流は、当該技術分野においてコットレル（Cottrell）の方程式として知られている曲線に従うことになる。この方程式によれば、電流は、時間の平方根に反比例する。これにより、電流が経時的に減少する。というのは、電極のところで反応する電気活性化学種が、電極に近いところで減少するようになり、したがって、電気活性化学種が、時間の経過につれてより遠いところから移動して電極に到達しなければならないからである。電極のところでの電気活性化学種の電気化学的反応に加えて、電気活性化学種が化学反応によって作用電極に近いところで生じていれば、電極のところで流れる電流の形態は、複雑になる。電極反応は、作用電極に近いところで電気活性化学種の濃度を減少させる傾向があり、これに対し、化学反応は、この領域において電気活性化学種の濃度を増大させる傾向がある。したがって、これら２つのプロセスの時間依存性挙動が絡み合い、電極のところに流れる電流（又は、通過した電荷）から化学反応速度論的状態を評価することは困難である。
【０００３】
この理由で、刊行物においては、化学反応速度は、専用機器が用いられる特化用途の場合を除き、一般に、電気化学的に測定されてはいない。かかる機器の一例は、当該技術分野においては、回転リング／ディスク型電極と呼ばれている。この装置は、比較的早い反応速度にしか適用できず、この装置では、電極を特性が十分に把握された液体の流体力学を利用して既知の制御された速度で回転させる必要がある。
【０００４】
発明の概要
本発明の方法は、簡単な電気化学的方法及び装置を用いて化学反応速度に関する情報が得られるようにすることができる。
【０００５】
第１の特徴では、液体サンプルの成分と試薬との化学反応の速度を測定する方法であって、上記化学反応は、電気活性化学種を生じさせ、上記方法は、作用電極、対電極及び少なくとも１つの壁を有する電気化学的セルを準備する段階と、試薬を作用電極から最小距離のところに位置する場所で電気化学的セル内に実質的に固定化する段階とを有し、上記距離は、上記場所から作用電極への電気活性化学種の移動が拡散により制御されるようなものであり、上記方法は、液体サンプルを電気化学的セル内に配置して液体サンプルが試薬、作用電極及び対電極と接触するようにする段階と、上記成分と試薬を反応させて電気活性化学種を生じさせる段階と、電気活性化学種を作用電極のところで電気化学的に反応させるのに十分な電位差を作用電極と対電極との間に生じさせる段階と、作用電極のところでの電気化学反応により生じた電流を測定して化学反応速度の目安を得る段階とを有していることを特徴とする方法が提供される。
【０００６】
この実施形態の一特徴では、作用電極と対電極は、電流が測定されている間、対電極のところで起こる電気化学反応の生成物が作用電極に達しないようほど十分互いに間隔を置いて位置している。作用電極と対電極は、互いに約５００ミクロンを超える距離、約５００ミクロン乃至約５ｍｍの距離、又は約１ｍｍ乃至約２ｍｍの距離を置いて位置するのがよい。作用電極及び対電極は、同一平面上に位置するのがよい。
【０００７】
この実施形態の別の特徴では、上記場所と作用電極は、互いに約１０ミクロン乃至約５ミリメートル、約５０ミクロン乃至約５００ミクロン、約１００ミクロン乃至約２００ミクロンの最小距離だけ離されているのがよい。
【０００８】
この実施形態の別の特徴では、対電極は、対電極と基準電極の組合せとしての機能を発揮できる。電気化学的セルは、基準電極を更に有するのがよい。
【０００９】
この実施形態の別の特徴では、作用電極は、アノードとして機能し、作用電極は、白金、パラジウム、炭素、炭素と１以上の不活性結合剤の組合せ、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫の組合せ、及びこれらの混合物を含むのがよい。
【００１０】
この実施形態の別の特徴では、作用電極は、カソードとして機能し、作用電極は、白金、パラジウム、炭素、炭素と１以上の不活性結合剤の組合せ、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫の組合せ、鋼、ステンレス鋼、銅、ニッケル、銀、クロム、及びこれらの混合物を含むのがよい。対電極は、実質的に不溶性の銀塩、例えば、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェロシアン化銀、及びフェリシアン化銀でコーティングされた銀を更に含むのがよい。
【００１１】
この実施形態の別の特徴では、上記場所は、対電極上又は上記壁上に位置するのがよい。上記場所及び作用電極は、同一平面上又は作用電極に向くと共にこれに実質的に平行な平面内に位置するのがよい。
【００１２】
この実施形態の別の特徴では、試薬は、電気化学的セル内の表面に取り付けられたポリマーマトリックスに含まれ、電気化学的セル内の表面に化学的又は物理的に結合され、又は、電気化学的セル内の表面に乾燥状態で付着していて、電流が測定されている間、実質的に移動しないほど液体中における易動性が低い。
【００１３】
この実施形態の別の特徴では、この方法は、レドックスメディエイタを更に有するのがよい。レドックスメディエイタとしては、フェロセニウム、ビピリジンとのオスミウム錯体及びベンゾフェノン、及びフェリシアン化物が挙げられる。
【００１４】
この実施形態の別の特徴では、上記サンプルは、全血を含むのがよい。上記成分は、グルコースを含むのがよい。試薬としては、例えばＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、及びアルコールデヒドロゲナーゼのような酵素が挙げられる。
【００１５】
この実施形態の別の特徴では、電位差は、好ましくは、約＋５０ｍＶ乃至＋５００ｍＶ、より好ましくは、約＋３００ｍＶである。
【００１６】
第２の実施形態では、全血中のグルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとの化学反応の速度を測定する方法であって、作用電極、対電極、少なくとも１つの壁、フェリシアン化物から成っていて、電気化学的セル内に入れられたレドックスメディエイタ、及びＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼから成っていて、作用電極から最小距離を置いた場所で電気化学的セル内に実質的に固定化された試薬を有する電気化学的セルを準備する段階と、全血サンプルを電気化学的セル内に配置してサンプルが試薬、レドックスメディエイタ、作用電極及び対電極と接触するようにする段階と、グルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを反応させて被還元ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを生じさせる段階とを有し、被還元ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼは、フェリシアン化物レドックスメディエイタと反応してフェロシアン化物を生じさせ、上記方法は、フェロシアン化物を作用電極のところで電気化学的に反応させるのに十分な電位差を作用電極と対電極との間に生じさせる段階と、作用電極のところでのフェロシアン化物の電気化学的反応により生じた電流を測定する段階とを更に有し、測定値は、グルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとの化学反応速度を表していることを特徴とする方法が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下の説明及び例示は、本発明の好ましい実施形態を詳細に示している。当業者であれば、本発明の範囲に含まれる本発明の多くの変形例及び改造例を想到できよう。したがって、好ましい実施形態についての説明は、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１８】
本発明によれば、少なくとも１種類の電気活性生成物を生じさせる化学反応の速度に関する情報を、化学反応が電気活性生成物を電気化学的に反応させるのに用いられる電極から遠くの場所に局在化されるようにすることにより電気化学的セルを用いて得ることができる。
【００１９】
流体サンプルの電気化学的測定値を得るための方法及び器具が、２０００年７月１４日に出願された同時係属米国特許出願第０９／６１５，６９１号明細書（発明の名称：ANTIOXIDANT SENSOR）、２０００年７月１４日に出願された同時係属米国特許出願第０９／６１６，５１２号明細書（発明の名称：HEMOGLOBIN SENSOR）及び２０００年７月１４日に出願された同時係属米国特許出願第０９／６１６，４３３号明細書（発明の名称：IMMUNOSENSOR）に詳しく記載されており、これら米国特許出願明細書の各々の開示内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００２０】
化学反応の起こる場所は、この化学反応の場所から電極への電気活性化学種の物質移動が電極のところで流れる電流を任意の時点で効果的に制御するように電極から十分ずらされる。この構成により、化学反応場所と電極との間の電気活性化学種の濃度勾配が実質的に線形になる。電気活性化学種の濃度は、ここで電気化学反応が起こることにより電極のところでは効果的にゼロに保たれる。したがって、この濃度勾配の大きさの時間的推移は、化学反応場所での電気活性化学種の濃度の時間的推移及び液体媒体中の電気活性反応生成物の拡散係数だけで実質的に定められる。電極のところで流れる電流は、電極のところの電気活性化学種の濃度勾配に比例するので、この電流の時間的推移は、この遠隔の場所で生じる化学反応の時間的推移を反映することになろう。これにより、電極のところで測定された電流（又は、もし電流を積分した場合の通過した電荷）を、化学反応が起こる速度及び程度の都合のよい目安として用いることができる。
【００２１】
化学反応が作用電極から遠くの場所で生じるようにするための適当な方法の一例は、電極から見て遠くに位置する固体表面上の反応成分のうち１以上を固定化（不動化）することにある。反応成分を固体表面上で乾燥し、又はこれに取り付けられたポリマーマトリックス中に組み込むことにより、反応成分を固定化するのがよい。また、反応成分を化学的結合又は物理的結合により固体表面に直接結合してもよい。変形例として、特別な固定化手段を用いないで、反応成分うち１以上を固体表面上で単に乾燥させてこれに付着させてもよい。この状況では、反応成分のうち１以上は電気化学的セルを満たす液体マトリックス中において易動性が十分に低いので、電気化学的電流を効果的にモニタして所要の測定を行うことができる期間の間、乾燥した位置から実質的に移動しない。この場合、実質的に移動するとは、化学反応に必要な最も遅く移動する成分がコットレルタイプの減少速度論的状態が電極のところで流れる電流の時間的推移を達成し始めるのに足るほど作用電極に近いところに近づくことを意味している。
【００２２】
好ましい実施形態では、化学反応場所と作用電極の相互離隔距離の範囲は望ましくは、約１ｃｍ、好ましくは、５ｍｍ未満、より好ましくは５，１０，５０，１００，２００，５００ミクロン乃至５ｍｍ、より好ましくは、５，１０，５０，１００，２００ミクロン乃至５００ミクロンの間、最も好ましくは、５，１０，５０，１００ミクロン乃至２００ミクロンの間である。
【００２３】
作用電極に加え、液体サンプルと接触状態にある少なくとも対電極が、電気化学的回路を構成するのに設けられる。対電極は、対電極と基準電極を組み合わせたものとして機能するのがよく、或いは、別個の基準電極を設けるのがよいが、このようにするかどうかは任意である。好ましい実施形態では、作用電極及び対電極は望ましくは、互いに約３００ミクロンを超える距離、好ましくは、約５００ミクロンを超える距離、より好ましくは、約５００ミクロン乃至１０ｍｍの距離、より好ましくは、約５００ミクロン乃至１，２，５ｍｍの距離、最も好ましくは、１ｍｍ乃至２，５，１０ｍｍの距離を置いて設けられる。
【００２４】
作用電極は、使用中、電極の電流応答を邪魔する程度まで接触するどの成分とも化学的に反応しない材料で構成される。作用電極がアノードとして用いられる場合、適当な材料の例は、白金、パラジウム、炭素、不活性結合剤と組み合わせた炭素、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫の混合物である。作用電極がカソードとして用いられる場合、上述の材料に加えて、他の適当な材料として、鋼、ステンレス鋼、銅、ニッケル、銀及びクロムが挙げられる。
【００２５】
対電極に適した材料の例は、白金、パラジウム、炭素、炭素と不活性結合剤の組合せ、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫の混合物、鋼、ステンレス鋼、銅、ニッケル、クロム、銀、実質的に不溶性の銀塩、例えば塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェロシアン化銀、フェリシアン化銀でコーティングされた銀が挙げられる。
【００２６】
化学反応場所を作用電極から遠くに位置した裸壁又は対電極上に局在化するのがよい。化学反応場所は、作用電極と同一の平面上、より好ましくは作用電極に向いていて、これと実質的に平行な平面内に位置してもよい。
【００２７】
図１は、一実施形態に用いるのに適した装置を示している図である。図１では、作用電極２及び対電極３が、電気的に絶縁された基体１上に被着されている。化学反応体の層４が第２の基体５上に被着され、反応体のうちの少なくとも１つは、基体５上に実質的に固体化されている。使用にあたり、壁１，５相互間の空間を、少なくとも１つの電気活性化学種を生じさせるよう試薬４と反応できる物質を含む液体で満たす。化学反応の生成物は、作用電極２に向かって拡散し、ここで、電気活性化学種と電気的に反応して電流が生じる。電流の大きさ又は特定時刻に通過した電荷、或いは、電流又は通過した電荷の時間的推移を用いると、反応体層４のところで起こる化学反応の速度又は程度の目安を得ることができる。
【００２８】
図２は、別の実施形態を示している図である。図２のコンポーネントに付けられた符号は、図１のコンポーネントのものと対応している。図２において、反応体４は、対電極３上に被着され、この対電極は、電気抵抗のある基体５に被着されている。この実施形態では、対電極３の構成材料は、電極３に被着された反応体４の成分のどれとも反応に関して不活性である。
【００２９】
好ましい実施形態において用いるのに適した化学的性質及び反応の一例は、酵素ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨｐｑｑ）及びレドックスメディエイタを用いて血液全体中のグルコースを測定することである。この反応において、血液中のグルコースは、ＧＤＨｐｑｑと反応してグルコン酸を生じさせる。このプロセスにおいて、酵素中のＰＱＱは還元される。この場合、例えばフェリシアン化カリウムのようなメディエイタは、酵素中のＰＱＱを酸化してフェロシアン化物を生じさせる。すると、被酸化形態の酵素は、グルコースと更に反応することができる。この反応の正味の効果は、反応した各グルコース分子について２つのフェロシアン化物分子を生じさせることにある。フェロシアン化物は電気活性化学種であり、したがって、これを電極のところで酸化させると電流を生じさせることができる。この反応に適した他の酵素は、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）又はＮＡＤ依存性グルコースデヒドロゲナーゼである。他の反応の場合、ラクテートデヒドロゲナーゼ及びアルコールデヒドロゲナーゼを用いることができる。他の適当なレドックスメディエイタとしては、フェロセニウム、ビピリジンとのオスミウム錯体及びベンゾフェノンが挙げられる。
【００３０】
全血中のグルコースと酵素との反応は、遅い場合があり、完了するのに数分間かかる。また、血液サンプルのヘマトクリットが高ければ高いほど、それだけ一層反応が遅くなる。血液のヘマトクリットは、全血サンプル中の赤血球の体積分率である。この例では、図２の電気化学的セルが構成してある。５０ｍｇ／ｍｌＧＤＨｐｑｑ、０．９Ｍフェリシアン化カリウム及びｐＨが６．５の５０ｍＭの緩衝剤を含む溶液を対電極に付着させ、そして水を除去した後に乾燥状態の反応体層を生じさせた。この層内においてＧＤＨｐｑｑは、対電極上に効果的に固定化されるほど大きく、これに対し、フェリシアン化物は、電気化学的セル内の液体全体にわたり一層一様に混ざり合うことができる。血液サンプルをセル中に導入し、すぐに＋３００ｍＶの電位差を作用電極と対電極との間に生じさせた。フェロシアン化物を酸化するには＋３００ｍＶの電位差が最も好ましいが、電位差は望ましくは、＋４０ｍＶ乃至＋６００ｍＶ、好ましくは、＋５０ｍＶ乃至＋５００ｍＶ、より好ましくは、＋２００ｍＶ乃至＋４００ｍＶである。セル内において、作用電極は、ポリエステル基体上にスパッタされた金の層から成り、対電極は、ポリエステル基体上にスパッタされたパラジウムの層から成っていた。
【００３１】
ヘマトクリットレベルの低い血液中の早い反応速度を示す互いに異なるヘマトクリットの血液サンプルについて記録された電流のトレースが、図３に与えられている。各ラインの端のところの数値は、それぞれ使用した血液サンプルのパーセントヘマトクリットレベル、即ち、２０％、４２％及び６５％である。各血液サンプル中のグルコースレベルは、ほぼ同一であり、即ち、６５％ヘマトクリットサンプルについては５．４ｍＭ、４２％ヘマトクリットサンプルについては５．５ｍＭ、２０％ヘマトクリットサンプルについては６．０ｍＭである。
【００３２】
図３に示す電流は、次の方程式で近似的に表すことができる。
ｉ＝−ＦＡＤＣ／Ｌ
上式において、ｉは、電流、Ｆは、ファラデー定数（９６４８６．７Ｃ／モル）、Ａは、電極面積、Ｄは、サンプル中のフェロシアン化物の拡散係数、Ｃは、反応場所でのフェロシアン化物の濃度、Ｌは、反応場所と電極との間の距離である。したがって、時間に関するＣの変化率によって表される反応速度は次式で与えられる。
【００３３】
ｄＣ／ｄｔ＝−（Ｌ／ＦＡＤ）ｄｉ／ｄｔ
図３に示す反応の場合、２０％、４２％及び６５％のヘマトクリットサンプルについて６秒乃至８秒について平均ｄｉ／ｄｔはそれぞれ３．８２マイクロアンペア／秒、２．１４マイクロアンペア／秒及び１．３２マイクロアンペア／秒であった。これらサンプルについてのフェロシアン化物の拡散係数は、２０％、４２％及び６５％ヘマトクリットサンプルについてそれぞれ２．０×１０^-6ｃｍ² ／秒、１．７×１０^-6ｃｍ² ／秒及び１．４×１０−６ｃｍ² ／秒であった。電極面積は、０．１２３８ｃｍ² であり、Ｌは１２５ミクロンであった。これら値により、２０％、４２％及び６５％ヘマトクリットサンプルについてそれぞれ２．０ｍＭ／秒、１．３ｍＭ／秒及び０．９９ｍＭ／秒の反応速度が得られた。
【００３４】
上述の方法を任意適当な電気化学システムに用いることができる。例えば、この方法を、流体サンプル中の酸化体又は酸化防止剤を測定するために利用できる。この方法は、流体サンプル中の実用レベルを代表する濃度で存在する任意の酸化体又は酸化防止剤に適用できる。分析可能な酸化防止剤としては、例えば、二酸化硫黄及びアスコルビン酸が挙げられる。分析可能な酸化体としては、例えば、塩素、ヨウ化臭素、過酸化物、次亜塩素酸塩及びオゾンが挙げられる。水不溶性の酸化体又は酸化防止剤も又、水性の形態をもし準備できれば、例えば、洗浄剤を用いて水不溶性のレドックス反応性分析物のエマルションを作ることにより分析できる。この方法は又、抗体／抗原反応、或いはヘモグロビン分析にも適用できる。
【００３５】
上述の説明は、本発明の幾つかの方法及び物質を開示している。本発明は、かかる方法及び物質の設計変更が可能であると共に製作方法及び機器の改変が可能である。かかる改造は、本明細書の内容又は本明細書に開示した発明の実施の検討から当業者には明らかになろう。したがって、本発明は、本明細書に開示した特定の実施形態には限定されず、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の真の範囲及び精神に属する全ての設計変更例及び改変例を含むものである。
〔実施の態様〕
（１） 液体サンプルの成分と試薬との化学反応の速度を測定する方法であって、前記化学反応は、電気活性化学種を生じさせ、前記方法は、作用電極、対電極及び少なくとも１つの壁を有する電気化学的セルを準備する段階と、試薬を作用電極から最小距離のところに位置する場所で電気化学的セル内に実質的に固定化する段階とを有し、前記距離は、前記場所から作用電極への電気活性化学種の移動が拡散により制御されるようなものであり、前記方法は、液体サンプルを電気化学的セル内に配置して液体サンプルが試薬、作用電極及び対電極と接触するようにする段階と、前記成分と試薬を反応させて電気活性化学種を生じさせる段階と、電気活性化学種を作用電極のところで電気化学的に反応させるのに十分な電位差を作用電極と対電極との間に生じさせる段階と、作用電極のところでの電気化学反応により生じた電流を測定して化学反応速度の目安を得る段階とを有していることを特徴とする方法。
（２） 作用電極と対電極は、電流が測定されている間、対電極のところで起こる電気化学反応の生成物が作用電極に達しないよう十分互いに間隔を置いて位置していることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（３） 作用電極と対電極は、互いに約５００ミクロンを超える距離を置いて設けられていることを特徴とする実施態様２記載の方法。
（４） 前記距離は、約５００ミクロン乃至約５ｍｍであることを特徴とする実施態様２記載の方法。
（５） 前記距離は、約１ｍｍ乃至約２ｍｍであることを特徴とする実施態様２記載の方法。
（６） 作用電極及び対電極は、同一平面上に位置していることを特徴とする実施態様２記載の方法。
（７） 前記場所と作用電極は、互いに約１０ミクロン乃至約５ミリメートルの最小距離だけ離されていることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（８） 最小距離は、約５０ミクロン乃至約５００ミクロンであることを特徴とする実施態様７記載の方法。
（９） 最小距離は、約１００ミクロン乃至約２００ミクロンであることを特徴とする実施態様７記載の方法。
（１０） 対電極は、対電極と基準電極の組合せとしての機能を発揮できることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（１１） 電気化学的セルは、基準電極を更に有していることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（１２） 作用電極は、アノードとして機能することを特徴とする実施態様１記載の方法。
（１３） 作用電極は、白金、パラジウム、炭素、炭素と１以上の不活性結合剤の組合せ、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫の組合せ、及びこれらの混合物から成る群から選択された材料で構成されていることを特徴とする実施態様１２記載の方法。
（１４） 作用電極は、カソードとして機能することを特徴とする実施態様１記載の方法。
（１５） 対電極は、実質的に不溶性の銀塩でコーティングされた銀を含むことを特徴とする実施態様１記載の方法。
（１６） 銀塩は、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェロシアン化銀、及びフェリシアン化銀から成る群から選択されていることを特徴とする実施態様１５記載の方法。
（１７） 前記場所は、対電極上に位置していることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（１８） 前記場所は、前記壁上に位置していることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（１９） 前記場所及び作用電極は、同一平面上に位置していることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２０） 前記場所は、作用電極に向くと共にこれに実質的に平行な平面内に位置していることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２１） 試薬は、電気化学的セル内の表面に取り付けられたポリマーマトリックスに含まれていることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２２） 試薬は、電気化学的セル内の表面に化学的又は物理的に結合されていることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２３） 試薬は、電気化学的セル内の表面に乾燥付着してあり、試薬は、電流が測定されている間、実質的に移動しないほど液体中における易動性が低いことを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２４） レドックスメディエイタを更に有することを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２５） レドックスメディエイタは、フェロセニウム、ビピリジンとのオスミウム錯体及びベンゾフェノン、及びフェリシアン化物から成る群から選択されていることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２６） 前記サンプルは、全血を含むことを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２７） 前記成分は、グルコースを含むことを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２８） 試薬は、ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、及びアルコールデヒドロゲナーゼから成る群から選択された酵素を含むことを特徴とする実施態様１記載の方法。
（２９） 電位差は、約＋５０ｍＶ乃至＋５００ｍＶであることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（３０） 電位差は、約＋３００ｍＶであることを特徴とする実施態様１記載の方法。
（３１） 全血中のグルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとの化学反応の速度を測定する方法であって、作用電極、対電極、少なくとも１つの壁、フェリシアン化物を含み、電気化学的セル内に入れられたレドックスメディエイタ、及びＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含み、作用電極から最小距離を置いた場所で電気化学的セル内に実質的に固定化された試薬を有する電気化学的セルを準備する段階と、全血サンプルを電気化学的セル内に配置してサンプルが試薬、レドックスメディエイタ、作用電極及び対電極と接触するようにする段階と、グルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを反応させて被還元ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを生じさせる段階とを有し、被還元ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼは、フェリシアン化物レドックスメディエイタと反応してフェロシアン化物を生じさせ、前記方法は、フェロシアン化物を作用電極のところで電気化学的に反応させるのに十分な電位差を作用電極と対電極との間に生じさせる段階と、作用電極のところでのフェロシアン化物の電気化学的反応により生じた電流を測定する段階とを更に有し、測定値は、グルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとの化学反応速度を表していることを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】 試薬が作用電極に向いた電気化学的セルの壁に塗布されている電気化学的セルを示す図である。
【図２】 試薬が対電極に塗布されている電気化学的セルを示す図である。
【図３】 グルコース、ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ及びフェリシアン化カリウムレドックスメディエイタを含む反応系についての３つの全血サンプルについて電流を時間の関数として示すグラフ図であり、３つの血液サンプルは、それぞれ２０％、４２％、６５％のヘマトクリットレベルを含み、この場合、ヘマトクリットは、サンプル中の赤血球の体積パーセントであることを示す図である。

Claims (35)

1. 液体サンプルの成分と試薬との化学反応の速度を測定する方法であって、前記化学反応は、電気活性化学種を生じさせる、方法であって、
   作用電極、対電極及び少なくとも１つの壁を有する電気化学的セルを準備する段階と、
   前記試薬を前記作用電極から最小距離に位置する場所で前記電気化学的セル内に実質的に固定化する段階であって、前記場所は、前記対電極上に位置しており、前記距離は、前記場所から前記作用電極への前記電気活性化学種の移動が拡散により制御されるような距離である、段階と、
   前記液体サンプルを前記電気化学的セル内に配置して、前記液体サンプルが、前記試薬、前記作用電極及び前記対電極と接触するようにする段階と、
   前記成分と前記試薬とを反応させて、前記電気活性化学種を生じさせる段階と、
   前記電気活性化学種を前記作用電極で電気化学的に反応させるのに十分な電位差を前記作用電極と前記対電極との間に生じさせる段階と、
   前記作用電極での前記電気化学的反応により生じた電流を測定して前記化学反応の速度の目安を得る段階と、
   を含み、
   前記化学反応の速度は、次式に従って決定され、
   ｄＣ／ｄｔ＝−（Ｌ／ＦＡＤ）ｄｉ／ｄｔ
   ここで、
   ｉは、前記電流であり、
   Ｆは、ファラデー定数であり、
   Ａは、前記電極の面積であり、
   Ｄは、前記サンプル中の前記電気活性化学種の拡散係数であり、
   Ｃは、前記場所での前記電気活性化学種の濃度であり、
   Ｌは、前記場所と前記電極との間の距離である、方法。
2. 前記作用電極と前記対電極とは、前記電流が測定されている間、前記対電極で起こる電気化学的反応の生成物が前記作用電極に達しないよう十分互いに間隔を置いて位置している、請求項１記載の方法。
3. 前記作用電極と前記対電極とは、互いに約５００ミクロンを超える距離を置いて離間している、請求項２記載の方法。
4. 前記距離は、約５００ミクロン〜約５ｍｍである、請求項３記載の方法。
5. 前記距離は、約１ｍｍ〜約２ｍｍである、請求項４記載の方法。
6. 前記作用電極及び前記対電極は、同一平面上に位置している、請求項２記載の方法。
7. 前記場所と前記作用電極とは、互いに約１０ミクロン〜約５ミリメートルの前記最小距離だけ離されている、請求項１記載の方法。
8. 前記最小距離は、約５０ミクロン〜約５００ミクロンである、請求項７記載の方法。
9. 前記最小距離は、約１００ミクロン〜約２００ミクロンである、請求項８記載の方法。
10. 前記対電極は、対電極と基準電極との組合せとしての機能を発揮できる、請求項１記載の方法。
11. 前記電気化学的セルは、基準電極を更に備えている、請求項１記載の方法。
12. 前記作用電極は、アノードとして機能する、請求項１記載の方法。
13. 前記作用電極は、白金、パラジウム、炭素、炭素と１以上の不活性結合剤との組合せ、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫との組合せ、及びこれらの混合物から成る群から選択された材料を含む、請求項１２記載の方法。
14. 前記作用電極は、カソードとして機能する、請求項１記載の方法。
15. 前記作用電極は、白金、パラジウム、炭素、炭素と１以上の不活性結合剤との組合せ、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫との組合せ、鋼、ステンレス鋼、銅、ニッケル、銀、クロム、及びこれらの混合物から成る群から選択された材料を含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記対電極は、白金、パラジウム、炭素、炭素と１以上の不活性結合剤との組合せ、イリジウム、酸化インジウム、酸化錫、インジウムと酸化錫との組合せ、鋼、ステンレス鋼、銅、ニッケル、銀、クロム、及びこれらの混合物から成る群から選択された材料を含む、請求項１記載の方法。
17. 前記対電極は、実質的に不溶性の銀塩でコーティングされた銀を含む、請求項１記載の方法。
18. 前記銀塩は、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェロシアン化銀、及びフェリシアン化銀から成る群から選択されている、請求項１７記載の方法。
19. 前記場所は、前記壁上に位置している、請求項１記載の方法。
20. 前記場所は、前記作用電極に向いていて前記作用電極に実質的に平行な平面内に位置している、請求項１記載の方法。
21. 前記試薬は、前記電気化学的セル内の表面に取り付けられたポリマーマトリックス内に含有されている、請求項１記載の方法。
22. 前記試薬は、前記電気化学的セル内の表面に化学的に結合されている、請求項１記載の方法。
23. 前記試薬は、前記電気化学的セル内の表面に物理的に結合されている、請求項１記載の方法。
24. 前記試薬は、前記電気化学的セル内の表面に乾燥付着してあり、前記試薬は、前記電流が測定されている間、実質的に移動しないほど前記液体サンプル中における易動性が低い、請求項１記載の方法。
25. 前記サンプルは、全血を含む、請求項１記載の方法。
26. 前記成分は、グルコースを含む、請求項１記載の方法。
27. 前記試薬は、ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ、ＮＡＤ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、及びアルコールデヒドロゲナーゼから成る群から選択された酵素を含む、請求項１記載の方法。
28. レドックスメディエイタを更に含む、請求項１記載の方法。
29. 前記レドックスメディエイタは、フェロセニウム、ビピリジンとのオスミウム錯体、及びベンゾフェノンから成る群から選択されている、請求項２８記載の方法。
30. 前記レドックスメディエイタは、フェリシアン化物を含む、請求項２８記載の方法。
31. 前記電位差は、約＋５０ｍＶ〜＋５００ｍＶである、請求項１記載の方法。
32. 前記電位差は、約＋３００ｍＶである、請求項１記載の方法。
33. 液体サンプルの成分と試薬との間の、電気活性化学種を生じる化学反応の速度を測定する方法であって、
    作用電極、対電極、少なくとも１つの壁を有する電気化学的セルを準備する段階と、
    前記試薬を前記作用電極から最小距離に位置する場所で前記電気化学的セル内に実質的に固定化する段階であって、前記場所および前記作用電極は、同一平面上に位置しており、前記距離は、前記場所から前記作用電極への前記電気活性化学種の移動が拡散により制御されるような距離である、段階と、
    前記液体サンプルを前記電気化学的セル内に配置して、前記液体サンプルが、前記試薬、前記作用電極及び前記対電極と接触するようにする段階と、
    前記成分を前記試薬と反応させて前記電気活性化学種を生じさせる段階と、
    前記電気活性化学種を前記作用電極で電気化学的に反応させるのに十分な電位差を前記作用電極と前記対電極との間に生じさせる段階と、
    前記作用電極での前記電気化学的反応により生じた電流を測定して前記化学反応の速度の目安を得る段階と、
    を含み、
    前記化学反応の速度は、次式に従って決定され、
    ｄＣ／ｄｔ＝−（Ｌ／ＦＡＤ）ｄｉ／ｄｔ
    ここで、
    ｉは、前記電流であり、
    Ｆは、ファラデー定数であり、
    Ａは、前記電極の面積であり、
    Ｄは、前記サンプル中の前記電気活性化学種の拡散係数であり、
    Ｃは、前記場所での前記電気活性化学種の濃度であり、
    Ｌは、前記場所と前記電極との間の距離である、方法。
34. 全血中のグルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとの化学反応の速度を測定する方法であって、
    作用電極、対電極、少なくとも１つの壁、レドックスメディエイタ、及び試薬を有する電気化学的セルを準備する段階であって、前記レドックスメディエイタは、フェリシアン化物を含み、前記電気化学的セル内に入れられており、前記試薬は、ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含み、前記作用電極から最小距離を置いた場所で前記電気化学的セル内に実質的に固定化されおり、前記場所は、前記作用電極上に位置している、段階と、
    全血サンプルを前記電気化学的セル内に配置して前記サンプルが前記試薬、前記レドックスメディエイタ、前記作用電極及び前記対電極と接触するようにする段階と、
    前記グルコースと前記ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとを反応させて被還元ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを生じさせる段階であって、前記被還元ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼは、前記フェリシアン化物レドックスメディエイタと反応してフェロシアン化物を生じさせる、段階と、
    前記フェロシアン化物を前記作用電極で電気化学的に反応させるのに十分な電位差を前記作用電極と前記対電極との間に生じさせる段階と、
    前記作用電極でのフェロシアン化物の電気化学的反応により生じた電流を測定して、前記測定値からグルコースとＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとの化学反応の速度を決定する段階と、
    を含み、
    前記最小距離は、前記場所から前記作用電極への前記フェロシアン化物の移動が拡散により制御されるような距離であり、
    前記化学反応の速度は、次式に従って決定され、
    ｄＣ／ｄｔ＝−（Ｌ／ＦＡＤ）ｄｉ／ｄｔ
    ここで、
    ｉは、前記電流であり、
    Ｆは、ファラデー定数であり、
    Ａは、前記電極の面積であり、
    Ｄは、前記サンプル中の前記フェロシアン化物の拡散係数であり、
    Ｃは、前記場所での前記フェロシアン化物の濃度であり、
    Ｌは、前記場所と前記電極との間の距離である、方法。
35. 液体サンプルの成分とＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼとの間の、電気活性化学種を生じる化学反応の速度を測定する方法であって、
    作用電極、対電極、及び少なくとも１つの壁を有する電気化学的セルを準備する段階と、
    ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼを含む前記試薬を、前記作用電極から最小距離に位置する場所で前記電気化学的セル内に実質的に固定化する段階であって、前記場所および前記作用電極は、同一平面上に位置しており、前記距離は、前記場所から前記作用電極への前記電気活性化学種の移動が拡散により制御されるような距離である、段階と、
    前記液体サンプルを前記電気化学的セル内に配置して、前記液体サンプルが、前記試薬、前記作用電極及び前記対電極と接触するようにする段階と、
    前記成分を前記ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ試薬と反応させて前記電気活性化学種を生じさせる段階と、
    前記電気活性化学種を前記作用電極で電気化学的に反応させるのに十分な電位差を前記作用電極と前記対電極との間に生じさせる段階と、
    前記作用電極での前記電気化学的反応により生じた電流を測定して、前記化学反応の速度の目安を得る段階と、
    を含み、
    前記化学反応の速度は、次式に従って決定され、
    ｄＣ／ｄｔ＝−（Ｌ／ＦＡＤ）ｄｉ／ｄｔ
    ここで、
    ｉは、前記電流であり、
    Ｆは、ファラデー定数であり、
    Ａは、前記電極の面積であり、
    Ｄは、前記サンプル中の前記電気活性化学種の拡散係数であり、
    Ｃは、前記場所での前記電気活性化学種の濃度であり、
    Ｌは、前記場所と前記電極との間の距離である、方法。

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