JP5456885B2

JP5456885B2 - バイオセンサー及びその使用方法

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Publication number: JP5456885B2
Application number: JP2012511137A
Authority: JP
Inventors: リン、ジン−ナン; ワン、チア−リン; ジャン、ジーイー
Original assignee: Leadway HK Ltd
Current assignee: Leadway HK Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-05-24
Also published as: US8834702B2; EP2437052B1; CN101900701A; CN101900701B; US20120061259A1; JP2012527602A; ES2536888T3; EP2437052A4; WO2010135978A1; EP2437052A1; CN103487476A; CN103487476B

Description

本発明は、液体試料における特定成分を分析するバイオセンサー及びその使用方法に関する。

従来は、臨床検査室で試料を測定していたが、近年は、診察室や患者身近で速やかに試料を測定できるようになり、医学保健において大きい変化が発生している。酵素を利用した捨て型のバイオセンサーは、高速測定によく使われている。グルコース測定を例として、患者の家での測定は、普及され、疾病を適時に監視するために必要なものである。家庭用グルコースバイオセンサーで測定を行う場合、糖尿病患者の手指を刺し、少しの血液を採ってバイオセンサーに入れる。そして、バイオセンサーと協調して使用される測定器により数秒内にバイオセンサーで起きた反応を測定し、患者の血液におけるグルコースの濃度を算出できる。これらの情報は、インスリンの使用時期及び使用量の確定に用いられる。

従来、酵素の特有の触媒作用を利用して、様々なバイオセンサーを開発してきた。現在、血糖測定器などのバイオセンサーは、主に電気化学方法を利用する。電気化学方法において、通常、絶縁基板に陽極及び陰極が固定され、電極に反応試薬が被覆されるように構成されている。バイオセンサーの内部に導入された試料における目標物質は、酵素の触媒作用で酸化還元反応が発生することで、酸素或いは電子伝達担体が還元される。その際、還元された酸素或いは電子伝達担体は、電極電位によって強制的に酸化され、電子を放出して電子の変化を起こす。このような電子変化によって目標物質の含有量を定量的に間接に測定する方法は、電気化学測定方法である。例えば、発明人がＮａｎｋａｉである米国特許ＵＳ５,１２０,４２０及びＵＳ５,３２０,７３２、発明人がＳｈａｎｋｓである米国特許ＵＳ５,１４１,８６８などには、捨て型のグルコースバイオセンサーが開示されている。これらのバイオセンサーは、二つのプラスチックシートが転圧によって一体化されてなる。この構造により形成された排気毛細管通路は、試料を内部の反応領域に導くことができる。試料が毛細管を通じて毛細管通路に流れ込むと、酵素層及び電極に接触し、試料における被分析物を測定する。

また、例えば、米国特許ＵＳ５,１９２,４１５に開示されたバイオセンサーは、絶縁基板に設けられた一つの作用電極及び対電極を含み、電極には一層の反応試薬層が被覆されている。試料と反応試薬層における試薬とが反応することで、電極システムにより試料に含有された被検物質、例えば、血液におけるグルコースの含有量が測定される。ただし、試料量が不足である場合でも、測定プログラムが進むため、作用電極が試料に完全に被覆されておらず、測定結果が不正確になるおそれがある。上記の問題を解決するために、米国特許ＵＳ５,５８２,６９７では、添加量が充分であるかどうかを判定するための第３電極を設けた。米国特許ＵＳ５,５８２,６９７においては、第３電極は、作用電極及び対電極よりも試料入口から離間し、試料が第３電極に到達して電流が測定されると、試料が作用電極及び対電極を完全に被覆していると判定するように構成されている。このように判定された場合、試料における被検物質の含有量の測定の開始が許容される。そうでなければ、添加量が不足である旨を示す警告情報が出力される。

米国特許ＵＳ５,１２０,４２０号明細書米国特許ＵＳ５,３２０,７３２号明細書米国特許ＵＳ５,１４１,８６８号明細書米国特許ＵＳ５,１９２,４１５号明細書米国特許ＵＳ５,５８２,６９７号明細書

しかし、米国特許ＵＳ５,５８２,６９７において、第３電極の設置場所がとても重要である。第３電極が試料入口に近すぎると、試料の流れにおける毛細管現象により、試料の流動前端面は、平面ではなく、例えば凹状又は凸状になるため、試料が作用電極を完全に被覆していない状態で第３電極と接触し、測定が始まってしまう。逆に、第３電極が試料入口から離間しすぎると、作用電極の全体に試料が被覆されることを確保できるが、必要となる試料量が多くなるため、患者から多くの血液を採らなければなく、これにより患者のつらさが増えてしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工方法が簡単で測定結果の正確度が高いバイオセンサーを提供することにある。

本発明に係るバイオセンサーは、電極システムを備える絶縁基板と、被覆層と、試料入口とを含み、少なくとも一つの電極に一つの反応試薬層が被覆されている。電極システムは、少なくとも、一つの作用電極と、一つの対電極と、一つの第３電極とを含み、測定される試料の量が充分であるかどうかを判定するための第３電極は、対電極よりも試料入口に近接している。一つの実施例において、前記作用電極は、対電極と第３電極との間に位置している。一つの実施例において、作用電極は、試料入口に最も近接し、対電極が試料入口から最も離間している。

本発明は、バイオセンサーにより試料の用量が充分であるかどうかを判定する方法において、電極システムを備える絶縁基板と、被覆層と、試料入口とを含むバイオセンサーであって、少なくとも一つの電極に一つの反応試薬層が被覆され、電極システムは、少なくとも、一つの作用電極と、一つの対電極と、一つの第３電極とを含み、測定される試料の量が充分であるかどうかを判定するための第３電極が、対電極よりも試料入口に近接しているバイオセンサーを提供する。バイオセンサーに試料を入れて、作用電極と対電極との間の第１電流値、及び作用電極と第３電極との間の第２電流値を測定する。第１電流値と第２電流値とを比較して、試料の添加量が測定用量の要求を満たすかどうかを判定する。一つの実施例において、測定された第１電流値がゼロ或いは極低値であると、添加された測定用の試料量が不足であることを示し、測定器は今回の測定を無効とすることを表示する。前記極低値は、特定の設計実験から得られる。例えば、血液試料におけるグルコース濃度がゼロである場合の電流値である。別の実施例において、第１電流値と第２電流値との間の絶対値により、試料の添加量が測定の要求を満たすかどうかを判定する。別の実施例において、第１電流値と第２電流値との間の偏差率により、試料の添加量が測定の要求を満たすかどうかを判定する。

本発明は、バイオセンサーを用いて試料における被分析物の濃度を測定する方法に関する。試料をバイオセンサーの試料入口から入れた後に、バイオセンサーを電子測定システムに挿入することで、バイオセンサーが接触リード線を介して電子測定システムと接触するようにする。測定作用電極と対電極との間の第１電流値と、作用電極と第３電極との間の第２電流値とを測定し、第１電流値と第２電流値との差の数値と所定値と比較する。電子測定システムは、試料の添加量が測定用量の要求を満たしていないと判定すると、試料量が不足であるエラー情報を示す。電子測定システムは、試料の添加量が測定用量の要求を満たしていると判定すると、測定試料における被検物質の含有量の値を示す。一つの実施例において、第１電流値と第２電流値との間の偏差或いはその偏差率と所定値を比較し、前記偏差或いは偏差率が所定値よりも大きいことは、試料の添加量が不足であることを示すため、測定器は、試料量が不足である情報を出力する。前記電流の偏差率が所定値以下であると、測定される作用電極と対電極との間の第１電流値を測定試料における被検物質の含有量の値に換算する。

本発明によれば、測定される試料量が充分であるかどうかを判定する第３電極を対電極よりも試料入口に近接させることにより、試料用量が所定の測定の要求を満たしていない場合、両電極回路間の電学パラメータの差が大きくなる。この場合、電学測定システムにより容易に識別されるため、誤差が小さくなる。したがって、両電極回路間を互に切り替えて、両電極回路間の電学パラメータを比較することで、試料用量が測定用量の要求を満たすかどうかを正確に速やか判定でき、測定結果がより正確である。また、両電極回路間の電学数値により、試料用量及び測定開始時間を判定することにより、電極間の距離を短縮できるため、バイオセンサーにおける試料のストロークの短縮、試料用量の減少、測定者の痛みの減少、測定時間の短縮を実現できる。

本発明のバイオセンサーを示す分解斜視図である。本発明のバイオセンサーを示す概略図である。添加された試料が対電極に到達できなかった場合の、電極における試料の被覆状況を示す概略図である。添加された試料が対電極の一部を被覆した場合の、電極における試料の被覆状況を示す概略図である。試料の添加量が充分である場合の、電極における試料の被覆状況を示す概略図である。試料におけるグルコースの濃度が６０ｍｇ／ｄｌである場合の電流値の変化を示す曲線図である。試料におけるグルコースの濃度が１２０ｍｇ／ｄｌである場合の電流値の変化を示す曲線図である。試料におけるグルコースの濃度が２８０ｍｇ／ｄｌである場合の電流値の変化を示す曲線図である。試料におけるグルコースの濃度が５００ｍｇ／ｄｌである場合の電流値の変化を示す曲線図である。試料におけるグルコースの濃度が１１０ｍｇ／ｄｌである場合、切替法によって測定した電流値の変化を示す曲線図である。試料におけるグルコースの濃度が３８０ｍｇ／ｄｌである場合、切替法によって測定した電流値の変化を示す曲線図である。本発明に係るバイオセンサーにより測定したグルコースの含有量の正確性を分析した図である。

本発明のバイオセンサー１００は、電極システムを備える一つの絶縁基板２１０と、少なくとも電極システムにおける作用電極１０３に設けられている反応試薬層３１０と、一つの被覆層２２５と、試料入口２２４とを含む。前記各構成部は、転圧或いは粘着によって一体になるか、或いは、基板に印刷されることで、バイオセンサー１００を構成する。

図１示すように、絶縁基板２１０は、液体試料に被分析物の有無、或いはその含有量を測定する電極システムを含む。本実施例において、電極システムは、少なくとも三つの電極と電極の数量に対応する数量の電極リード線とを含むが、それ以上の電極及び電極リード線を含めてもよい。基板２１０は、例えば、炭、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル樹脂及びポリエステル等の材料で製造される。一つの具体的実施例において、基板は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で製造される。厚さが３〜１０ミル、例えば５ミル（ｍｉｌ、ミルは長さの単位である。１ミルは、１インチの１０００分の１で、即ち０．０２５４ｍｍである）のＰＥＴ製の帯は、適宜な支持機能を提供できる。また、１４ミル的ＰＥＴ白膜も適用できる。もちろん、他の多くの異なる厚さも同じく本願発明においてよい作用を発揮できる。基板は、電極及び電極リード線を支持する。

一つの具体的実施例として、電極及び電極リード線は、絶縁基板に印刷されている。電極及び電極リード線の製造には、銀又は塩化銀、石墨、パラジウム、金、白金、イリジウムステンレス及び他の適切な導電材料を使用できる。電極及び電極リード線は、同一の材料で製造されてもよく、異なる材料で製造されてもよい。石墨は、空隙が大きく、吸着性が優れるため、電極の製造にとても好ましい。例えば、電極の一部をある種類の材料で製造し、電極の他の部分を別の材料で製造してもよい。

図１及び図２に示すように、絶縁基板における電極システムは、作用電極１０３と、対電極１０５と、測定される試料の添加量が充分であるかどうかを判定する第３電極１０７とを含む。第３電極１０７は、対電極１０５よりも試料入口に近接している。一つの実施例は、第３電極１０７が試料入口２２４に最も近接するとともに、対電極１０５が試料入口２２４から最も離間し、作用電極１０３が対電極１０５と第３電極１０７との間に位置するように構成される。別の実施例は、作用電極１０３が試料入口２２４に最も近接するとともに、対電極１０５が試料入口２２４から最も離間し、第３電極１０７が作用電極１０３と対電極１０５との間に位置するように構成される。ただし、作用電極１０３は、試料入口から最も離間してはいけない。また、絶縁基板２１０は、さらに、電極リード線２２１と、一端に位置する接続リード線２２３とを含む。接続リード線は、バイオセンサーと電子測定システムとを接続するものである。電子測定システムは、接続リード線を介して、反応による電流を測定し、液体試料に目標分析物の有無、又はその含有量を算出する。電極システムには絶縁層２１５が被覆され、絶縁層２１５は、その前端において電極システムの上方に開口を有する。反応試薬層３１０は、絶縁層の開口内に位置され、電極システムを被覆することで反応室を形成する。

反応試薬層３１０は、少なくとも一つの電極を被覆しているが、二つの電極又はすべての電極を被覆してもよい。反応試薬層は、一種類又は複数種類の試薬を含み、液体試料に被分析物の有無、又はその含有量を測定する。一つの具体的実施例において、反応試薬層は、酸化還元酵素及び電子受容体を備える。酸化還元酵素及び電子受容体は、試料の測定に用いられ、電子測定システムによって測定可能な反応産物を生成する。

一つの実施例において、絶縁層２１５と被覆層２２５との間に、一つの隙間層２２０が存在する。隙間層は、反応試薬層に対応する位置に試料入口２２４を有する。隙間層は、材料として接着剤を用いてよい。

一つの具体的実施例において、目標分析物は、血液におけるグルコースである。反応試薬層は、グルコース酸化還元酵素及び電子伝達物質を含む。試薬は、粘着剤を含めてもよい。一つの実施例において、粘着剤として、ヒドロキシエチル・セルロース（ＨＥＣ）を使用する。粘着剤は、親水性を有し、導入される血液試料と混合でき、数秒で一つの電気化学電池を構成できる。粘着剤として、例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどの材料を使用してもよい。反応試薬層は、安定剤を含めてもよい。一つの実施例において、安定剤として、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含む。ＰＥＧは、測定スピードの向上に寄与できる。他の実施例において、反応層は、仲介物、界面活性剤、重合体、又は測定に有利な他の試薬を含めてもよい。

電気化学測定を行うことができる被分析物質であれば、本発明により測定できる。例えば、グルコース、乳酸塩、尿素、重炭酸塩、３−ヒドロキシ酪酸、（３−ＨＢＡ）、アミノ酸（例えば、Ｌ−グルタミン酸塩、アスパラギン酸塩、Ｌ−リシン）、アンモニウム、ナトリウム、カルシウム、微量金属及び電気化学測定を行うことができる他のいかなる被分析物が挙げられる。測定される物質が３−ＨＢＡである場合、反応層は、電子伝達体（例えば、Ｋ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６、ジシクロペンタジエニル鉄、ヘキサシアノフェレート（ｈｅｘａｃｙａｎｐｆｅｒｒａｔｅ））、酵素（例えば、３−ＨＢＡ脱水素酵素及びジアホラーゼ）及びＮＡＤ補助因子を含む。

本装置は、いかなる液体試料或いは液体化試料を測定できる。例えば、被測試料として、全血、血清、血漿、尿及び唾液を含む。臨床試料、生体試料及び環境試料も測定できるが、これらの試料は、測定前に液体化されなければならない。液体試料は、緩衝液、固体又は気体の生体物質を含有する懸濁液でもよい。

本発明のバイオセンサー及びその使用方法は、いかなる被分析物及び酵素を定性的に或いは定量的に分析できる。例えば、被分析物は、大分子、小分子、又はそれらの混合物であってもよい。大分子として、例えば、ペプチド、タンパク質（例えば、抗体或いは受容体）、オリゴヌクレオチド、ヌクレイン、ビタミン、オリゴ糖、炭水化物、脂などが挙げられる。典型的なタンパク質及びペプチドとして、酵素、イオンチャネル及びイオンポンプの輸送タンパク質、栄養及び貯蔵タンパク質、収縮及び運動タンパク質（例えば、アクチン及びミオシン）、構造タンパク質、防御タンパク質、調整タンパク質（例えば、抗体、ホルモン及び成長因子）を含む。典型的な核酸として、ＤＮＡ（例えば、Ａ−、Ｂ−、Ｚ−ＤＮＡ）、ＲＮＡ（例えば、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡ及びｒＲＮＡ）を含む。核酸として、単鎖核酸、二重鎖核酸、又は三重鎖核酸を含む。典型的なビタミンとして、水溶性ビタミン（例えば、アナイリン、リボフラビン、ニコチン酸、パントテン酸、ＶＢ６、ビオチン、葉酸、ＶＢＩ２及びＶＣ）及び脂溶性ビタミン（ＶＡ、ＶＤ、ＶＥ、ＶＫ）を含む。典型的な脂として、トリグリセリド（例えば、ステアリン、パルミチン及びトリオレイン）、ワックス、ホスホグリセリド（例えば、O-ホスホリルエタノールアミン）、レシチン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、クオリン、スフィンゴリピド類（例えば、スフィンゴミエリン）、セレブロシド、ガングリオシド、ステロール（例えば、コレステロール及びスチグマステロール）、ステロール脂肪酸エステルを含む。脂肪酸は、飽和脂肪酸（例えば、ラウリン酸、テトラデカン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸及びテトラコサン酸）であってもよく、不飽和脂肪酸（例えば、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸及びアラキドン酸）であってもよい。

測定される物質或いは酵素としては、バイオ経路、細胞周期の一つの段階、細胞タイプ、組織タイプ、器官タイプ、発育段階、疾病疾患或感染タイプ、薬物、又は他の治療必要のものである。典型的な組織として、接続組織、上皮、筋肉、又は神経組織を含む。また、典型的な器官として、目の付属器官、環巻器官、聴覚器官、チーヴィッツ（ｃｈｉｅｖｉｔｚ）器官、脳室周囲器官、コルチ（ｃｏｒｔｉ）器官、決定器官、エナメル器、センサー器官、女性外部生殖器官、男性外部生殖器官、流動器官、ルフィーニ散形器官、生殖器官、ゴルジ腱紡錘、味覚器官、聴覚器官、女性内部生殖器官、男性内部生殖器官、挿入器官、ヤコブソン（ｊａｃｏｂｓｏｎ）器官、神経体液器官、シナプス器官、嗅覚器官、コルチ器官、下垂器官、ローゼンミュラー（ｒｏｓｅｎｍｕｌｌｅｒ）器官、感覚器官、螺旋器官、交連下器官、脳弓下器官、過剰器官、触覚器官、標的器官、泌尿器癌、羽根終端脈管器官、前庭器官、平衡聴覚器（ｖｅｓｔｉｂｕｌｏｃｏｃｈｌｅａｒ）、痕跡器官、視覚器官、ヤコブソン器官、移動器官、ウェーバー（ｗｅｂｅｒ）器官及びツッカーカンドル（ｚｕｃｋｅｒｋａｎｄｌ）器官を含む。典型的な動物内部器官として、脳、肺、肝臓、脾臓、骨髄、胸腺、心臓、リンパ節、血液、骨、軟骨、膵臓、腎臓、胆嚢睾丸、卵巣、子宮腺体、内血管を含む。典型的な疾病又は疾患として腫瘍、癌、免疫システム疾病又は疾患骨髄疾病・疾患、神経システム疾病及び疾患、信号疾病及び疾患、運送疾病及び疾患を含む。

一つの具体的実施例において、被覆層２２５は、少なくとも内表面が親水性材料で製造される。被覆層には、センサー反応室と外部との間で空気を流せる通気孔２２６を備える。通気孔は、凹溝であるが、他の実施例では、センサー反応室と外部との間で空気を流せるものであれば、いかなる形状であってもよい。通気孔は、隙間層に設けられてもよい。一部の実施例において、被覆層は、センサーに印刷された絶縁インクであってもよい。被覆層は、疎水保護層（存在する場合）、絶縁層２１５及び基板に接着できるように接着剤を含めてもよい。

ある実施例において、本発明にかかるバイオセンサーは、試料の容量が充分であるかどうかを判定する方法に用いられる。試料を測定する際に、バイオセンサーを電子測定システムに挿接した後に、被測試料を試料入口２２４から滴下すると、毛細管作用又は他の形態によって試料がセンサーの電極システムに導入され、反応試薬層における試薬と反応する。

添加量によって、バイオセンサーにおける試料の運動は、以下の複数の場合に分かれる。試料の添加量が測定用量の要求を満たしていない場合、試料１０は、所定の測定時間内で、対電極に到達できないか（例えば、図３）、或いは、対電極の一部のみを被覆する（図４）。この場合、作用電極に被覆された試料量が測定に必要な被覆領域の要求を満たしていないため、測定結果が正しくないおそれがある。図５示すように、試料の添加量が充分であれば、試料１０は、試料入口から最も離間した対電極を完全に被覆するため、作用電極に被覆された試料量は必ず測定に必要な被覆領域の要求を満たすことになる。

一つの実施例において、試料は、添加量が非常に不足で、対電極１０５に到達できない。作用電極１０３及び対電極１０５に電圧を印加する場合、測定される電流値がゼロである。その場合、電子測定システムは、今回の測定が無効である旨を表示し、試料の添加量が不足であることを操作者に通知する。

別の実施例において、試料の添加量は、対電極１０５の一部しか被覆できないが、対電極１０５よりも試料入口に近接している第３電極１０７は、試料によって完全に被覆されている。そこで、作用電極１０３と第３電極１０７との間は、最大反応速度になっているが、作用電極１０３と対電極１０５との間は、必ずしも最大反応速度になるとは限らない。そのため、試料量が不足である場合、作用電極１０３と対電極１０５との間の第１電流値（Ｉ１）を測定する際に、対電極における試料被覆面積が、作用電極での最終反応速度が最大反応速度になるような面積よりも小さいため、作用電極に中間産物が累積される。しかし、第３電極は、試料によって充分に被覆されているため、電圧の測定を切り替えて、作用電極１０３と第３電極１０７との間の第２電流値（Ｉ２）を測定する場合、作用電極における最終反応速度が最大値になる。なお、電流値Ｉ１の測定時間における中間産物の累積により、作用電極と第３電極との間の瞬間電流値（Ｉ２）が切り替え前の作用電極と対電極との間の電流値に比べて明らかに増加する。したがって、作用電極１０３と対電極１０５との間の第１電流値（Ｉ１）の測定から作用電極１０３と第３電極１０７との間の第２電流値（Ｉ２）の測定へ切り替える場合、両電流値（Ｉ１及びＩ２）間に明らかな差が現れる。すなわち、電流値Ｉ２が電流値Ｉ１よりも明らかに高い。一つの実施例において、電子測定システムは、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２との差の絶対値が所定値よりも大きい場合ときに、試料の添加量が不足である旨を示す。別の実施例において、電子測定システムは、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２との偏差率の絶対値が所定値よりも大きいときに、試料の添加量が不足である旨を示す。

別の実施例において、試料の添加量が充分である場合、試料は所定時間内で対電極１０５の充分な領域を被覆し、作用電極の試料被覆領域も測定の要求を満たす。その際、作用電極１０３と対電極１０５との間が最大反応速度になるため、測定される電流値Ｉ１と、作用電極１０３と第３電極１０７との間で測定される電流値Ｉ２とは、同じ値であるか、或いはその差が小さい。電子測定システムは、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２との差の絶対値、又は偏差率の絶対値が所定値よりも小さい場合、バイオセンサーに加入された試料量が測定用量を満たしていると判定する。

複数の方法で第１電流値と第２電流値とを比較することにより、試料の添加量が充分であるかどうかをより確実に判定できる。一つの実施例において、所定の判定時間内で被測試料が対電極１０５に到達できない場合、或いは試料が対電極１０５の僅かの部分しか被覆しておらず、第１電流値がゼロ或いは極低値である場合、添加量が不足であると判定する。

別の実施例において、所定の判定時間で、下記の式（Ｉ）により第１電流値（Ｉ１）と第２電流値（Ｉ２）との差の絶対値Ａを算出し、前記絶対値Ａと所定値とを比較することで、添加量が充分であるかどうかを判定する。絶対値が所定値よりも大きい場合、添加量が測定の要求を満たしていないと判定する。一つの実施例において、所定値が１０であって、絶対値Ａが１０よりも大きい場合、添加量が不足であると判定する。

一つの実施例において、所定判定時間で、両電流値の偏差率の絶対値と所定値とを比較することで、添加量が充分であるかどうかを判定する。前記偏差率の絶対値は、式（ＩＩ）により算出される。すなわち、第１電流値（Ｉ１）と第２電流値（Ｉ２）との差の絶対値を第１電流値或いは第２電流値で割って得られた値Ｂである。電子測定システムは、前記偏差率の絶対値が所定値よりも大きい場合、添加量が測定用量の要求を満たしていないと判定し、操作エラー情報を示す。電子測定システムは、前記偏差率の絶対値が所定値よりも小さい場合、添加量が測定の要求を満たしていると判定し、被検物質の含有量の値を正確に示す。一つの実施例において、所定値が５％であって、偏差率の絶対値Ｂが５％よりも大きい場合、添加量が不足であると判定する。測定システムによって、所定の偏差率値を３０％、２０％、１０％などに設定してもよい。

前述した各所定値は、一つの対比のパラメータとして、製品設計の段階で一連の実験により得られる。一つの実施例において、濃度が異なる被測定物質の試料を選び取って、異なる反応試薬配比、異なる測定温度環境、異なる干渉物資などの影響要素において測定を行う。添加量が充分であると、一連の第１電流値と第２電流値との偏差値或いは偏差率Ａｌ、Ａ２、・・・Ａｎが得られる。添加量が不足であると、一連の第１電流値と第２電流値との間の偏差値又は偏差率Ｂｌ、Ｂ２、・・・Ｂｎが得られる。確率統計法により、Ａにおける最大値よりも大きく、且つＢにおける最小値よりも小さい範囲に所定値を確定する。一般的に、測定における固有の可変性、設計者の希望結果の正確度及び法律法則に規定された要求などの要素によって適切な所定値を選択する。また、反応体系や測定形態などによっては、その体系に適切する異なる所定値が得られる。

一つの実施例において、所定の時間内で第１電流値と第２電流値とを１回しか比較していない。しかし、別の実施例において、所定時間内で第１電流値と第２電流値とを複数回比較する。所定時間内で作用電極における試料量が測定の要求を満たしていると判定した場合、比較を停止し、試料における被分析物の含有量に関する情報を出力する。

試料用量が充分であるかどうかを判定する方法であって、バイオセンサーを用意し、液体試料を前記バイオセンサーに加入した後に、作用電極（１０３）と対電極（１０５）との間に電圧を印加して作用電極（１０３）と対電極（１０５）との間の電学パラメータ１を測定する。そして、作用電極（１０３）と対電極（１０５）との間を遮断した後に、作用電極（１０３）と第３電極（１０７）との間に電圧を印加して作用電極（１０３）と第３電極（１０７）との間の電学パラメータ２を測定する。前記電学パラメータ１と電学パラメータ２との関係を算出し、所定値と比較することにより、試料の添加量が測定用量を満たすかどうかを判定する。別の実施例において、作用電極（１０３）と第３電極（１０７）との間に電圧を印加して作用電極（１０３）と第３電極（１０７）との間の電学パラメータ２を測定し、作用電極（１０３）と第３電極（１０７）との間を遮断した後に、作用電極（１０３）と対電極（１０５）との間に電圧を印加して作用電極（１０３）と対電極（１０５）との間の電学パラメータ１を測定する。前述した測定電圧は、異なる電子媒介に従って、異なる電圧量、例えば、０．２５Ｖ、０．４Ｖ、又は０．６Ｖなどを選択する。
（実施例１）
グルコース濃度が異なる試料の添加量が充分であるかどうかを判定する検証実験
グルコース濃度がぞれぞれ６０ｍｇ／ｄｌ、１２０ｍｇ／ｄｌ、２８０ｍｇ／ｄｌ、５００ｍｇ／ｄｌである血液を、本発明のバイオセンサーに入れて測定を行った。そこで、濃度毎に、測定の要求を満たす血液量と、測定の要求を満たさない血液量とを、それぞれ１０組用意して、バイオセンサーに入れた。それらの結果を表１〜４及び図６〜９に示す。これらの結果から分かるように、試料量が充分である場合、５．０秒時の第１電流値と、５．１秒時の第２電流値との偏差が小さく、その偏差率がいずれも５％よりも小さい。５．０秒と５．１秒との間の曲線にはほとんど変化がない。しかし、試料量が測定の要求を満たさないと、５．０秒時の第１電流値と５．１秒時の第２電流値との偏差が大きく、その偏差率の絶対値が３０％よりも大きいか、或いは無限大である。５．０秒と５．１秒との間の曲線には、一つの峰が明らかに現れている。この実験結果から分かるように、本発明のバイオセンサーにより第１電流値及び第２電流値を測定し、第１電流値と第２電流値とを比較することによって、添加量が充分であるかどうかを確実に判定でき、且つ試料におけるグルコース濃度に関係なく、安定性が優れている。

別の実施例において、試料を入れた後に、第１電流値と第２電流値との測定及び比較を繰り返して行う。両電流値間の対比関係が、添加量が充分であると判定する所定値を満たすと、第１電流値と第２電流値との比較を停止して、試料における被分析物の含有量を測定し、正確な被分析物の含有量の値を出力する。逆に、所定の時間内で、両電流値間の対比関係が、添加量が充分であると判定する所定値を満たさないと、電子測定機器は、試料量が不足である情報を出力する。前述した所定時間は、５秒、１０秒又は他の適当な時間に設定される。
（実施例２）
循環測定方法によりグルコース濃度が異なる試料の添加量が充分であるかどうかを判定する検証実験
グルコース濃度がそれぞれ１１０ｍｇ／ｄｌ、３８０ｍｇ／ｄｌである血液を本発明のバイオセンサーに入れて測定を行った。その結果を図５及び図１０に示す。１．０秒時の第１電流値と１．１秒時の第２電流値、３．０秒時の第１電流値と３．１秒時の第２電流値、５．０秒時の第１電流値と５．１秒時の第２電流値をそれぞれ比較した。添加量が充分であるかどうかを判定するパラメータを１０％にした。第１電流値と第２電流値との間の偏差率の絶対値が１０％よりも小さい場合、添加量が充分であると判定し、その逆である場合、添加量が不足であると判定する。実験結果から分かるように、充分量の試料を入れた場合、所定時間内の測定時間点で偏差率の絶対値が１０％よりも小さい。所定時間内の測定時間点で測定された電流値の偏差率の絶対値が所定のパラメータよりも大きい場合は、添加量が不足であることを示す。

第１電流値の測定から第２電流値の測定へ切り替える際のタイミング間隔は、１秒内に制御すればよいが、０．１秒が好ましい。

別の実施例において、本発明にかかるバイオセンサー１００は、試料における被分析物濃度の測定に用いられる。バイオセンサー１００を電子測定システムに挿入し、バイオセンサーが接触リード線を介して電子測定システムに接触するようにし、被分析物を含有する測定試料を試料入口２２４から入れる。作用電極１０３と対電極１０５との間の第１電流値、及び作用電極１０３と第３電極１０７との間の第２電流値を測定する。第１電流値と第２電流値との数値を比較し、試料の添加量が不足であると判定した場合、電子測定システムは、添加量が不足である旨を示す情報を出力し、測定器は今回の測定が無効である旨を表示する。試料の添加量が測定の要求を満たしていると判定した場合、作用電極１０３と対電極との間の電流値を測定試料における被分析物の含有量の値に換算する。
（実施例３）
本発明のバイオセンサーにより血液におけるグルコースの含有量を測定した測定結果
血糖測定器（例えば、ＡＣＯＮ株式会社製のＯＮＣＡＬＬ^ＴＭ、血糖測定器）をオンにして、測定状態にした。本発明にかかるバイオセンサーを測定機器に挿入し、グルコース濃度が異なる血液を測定した。測定結果を表６及び図１１に示す。

実験結果から分かるように、本発明にかかるバイオセンサーにより測定された結果の正確率が高い。

当業者は、前述した本発明の内容を適宜に変更できる。これらの変更例も、本発明の範囲に含まれる。例えば、本発明は、あらゆる液体における被分析物質に適用できる。前記被分析物質は、グルコース以外の物質であってもよい。また、本発明において、作用電極１０３と対電極１０５との間、又は、作用電極１０３と第３電極１０７との間の電学パラメータは、第１電流値及び第２電流値に限られない。上記実施例において選択した所定値は、他の適当な数値であってもよい。

Claims

絶縁基板と、一つの反応試薬層と、一つの被覆層と、試料入口とを含むバイオセンサーであって、絶縁基板の一面に電極システムが設けられ、当該電極システムは少なくとも一つの作用電極と、一つの対電極と、一つの第３電極とを含み、被覆層は、電極システムの上に被覆され、基板との間に所定の隙間を有することにより、前記試料入口を形成し、前記電極システムには電子測定システムが接続され、反応試薬層は少なくとも作用電極を被覆するバイオセンサーにおいて、
測定される試料の量が充分であるかどうかを判定するための第３電極は、対電極よりも試料入口に近接しており、前記作用電極は、対電極と第３電極との間に位置し、前記電子測定システムは、作用電極と対電極との間に電圧を印加して作用電極と対電極との間の第１電学パラメータを測定するとともに、作用電極と第３電極との間に電圧を印加して作用電極と第３電極との間の第２電学パラメータを測定し、前記第１電学パラメータと第２電学パラメータとの関係を算出して所定値と比較することにより、試料の添加量が測定の用量を満たすかどうかを判定する
ことを特徴とするバイオセンサー。
被覆層は、転圧、或いは粘着剤による粘着によって、基板の、電極システムが設けられた面に付着されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
被覆層は、少なくとも内表面が親水性材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
反応試薬層は、酸化還元酵素と、電子伝達担体とを含むことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
試料用量が充分であるかどうかを判定する方法において、
絶縁基板と、一つの反応試薬層と、一つの被覆層と、試料入口とを含むバイオセンサーであって、絶縁基板の一面に電極システムが設けられ、当該電極システムは少なくとも一つの作用電極と、一つの対電極と、測定される試料の量が充分であるかどうかを判定するための一つの第３電極とを含み、被覆層は、電極システムの上に被覆され、基板との間に所定の隙間を有することにより、前記試料入口を形成し、反応試薬層は少なくとも作用電極を被覆し、第３電極は、対電極よりも試料入口に近接しており、前記作用電極は、対電極と第３電極との間に位置するバイオセンサーを提供することと、
液体試料を前記バイオセンサーに入れることと、
作用電極と対電極との間に電圧を印加して作用電極と対電極との間の第１電学パラメータを測定することと、
作用電極と対電極とを遮断することと、
作用電極と第３電極との間に電圧を印加して作用電極と第３電極との間の第２電学パラメータを測定することと、
前記第１電学パラメータと第２電学パラメータとの関係を算出して所定値と比較することにより、試料の添加量が測定の用量を満たすかどうかを判定することと
を含むことを特徴とする方法。
試料用量が充分であるかどうかを判定する方法において、
絶縁基板と、一つの反応試薬層と、一つの被覆層と、試料入口とを含むバイオセンサーであって、絶縁基板の一面に電極システムが設けられ、当該電極システムは少なくとも一つの作用電極と、一つの対電極と、測定される試料の量が充分であるかどうかを判定するための一つの第３電極とを含み、被覆層は、電極システムの上に被覆され、基板との間に所定の隙間を有することにより、前記試料入口を形成し、反応試薬層は少なくとも作用電極を被覆し、第３電極は、対電極よりも試料入口に近接しており、前記作用電極は、対電極と第３電極との間に位置するバイオセンサーを提供することと、
液体試料を前記バイオセンサーに入れることと、
作用電極と第３電極との間に電圧を印加して作用電極と第３電極との間の第２電学パラメータを測定することと、
作用電極と第３電極とを遮断することと、
作用電極と対電極との間に電圧を印加して作用電極と対電極との間の第１電学パラメータを測定することと、
前記第１電学パラメータと第２電学パラメータとの関係を算出して所定値と比較することにより、試料の添加量が測定の用量を満たすかどうかを判定することと
を含むことを特徴とする方法。
前記電学パラメータは、電流値であることを特徴とする請求項５又は６に記載の試料用量が充分であるかどうかを判定する方法。
第１電流値と第２電流値との間の差の絶対値を算出して、前記絶対値と所定値とを比較し、
前記絶対値が所定値よりも大きい場合には、試料の添加量が測定の要求を満たしていないと判定し、
前記絶対値が所定値以下である場合には、試料の添加量が測定の要求を満たしていると判定することを特徴とする請求項７に記載の方法。
第１電流値と第２電流値との間の偏差率の絶対値を算出して、前記偏差率と所定値とを比較し、
前記偏差率が所定値よりも大きい場合には、試料の添加量が測定の要求を満たしていないと判定し、
前記偏差率が所定値以下である場合には、試料の添加量が測定の要求を満たしていると判定することを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記第１測定電学パラメータと第２測定電学パラメータとの測定タイミングの間隔は、１秒よりも短いことを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
前記測定タイミングの間隔は、０.１秒であることを特徴とする請求項１０に記載の試
料用量判定方法。
所定時間内で、第１電学パラメータと第２電学パラメータとの測定及び比較を繰り返して行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
前記電学パラメータは、電流値であり、
所定時間内で、第１電流値と第２電流値との対比関係が、添加量が充分であると判断する所定関係を満たさない場合には、試料量が不足である情報を出力し、
所定時間内で、第１電流値と第２電流値との対比関係が、添加量が充分であると判断する所定関係を満たしている場合には、両電流値の対比を停止し、試料量が充分である情報を出力することを特徴とする請求項１２に記載の方法。