JP5988965B2 - 所定のサイズ及び分布の電気化学的活性及び不活性領域を有する電極を備えた分析検査ストリップ - Google Patents
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Description
本発明は一般的には医療装置に関し、具体的には分析検査ストリップ、これに付随する測定計、及びこれに関連する方法に関する。
体液試料中の検体の判定（例えば、検出及び／又は濃度の測定）には、医療分野において特に高い関心が寄せられている。例えば、尿、血液又は組織液などの体液の試料中のグルコース、ケトン類、コレステロール、アセトアミノフェン、及び／又はＨｂＡ１ｃ濃度を求めることが望ましい場合がある。こうした判定は、例えば、視覚的、測光的又は電気化学的な方法に基づいた分析検査ストリップを使用することで行うことが可能である。従来の電気化学式分析検査ストリップについては、例えば、いずれも本明細書にその全容を援用するところの特許文献１、及び特許文献２に述べられている。
本明細書に含まれ、本明細書の一部をなす添付の図面は、本願の出願時における本発明の好ましい実施形態を示すものであり、前述した一般的な説明及び後述する詳細な説明とともに、発明の特徴を説明する役割を果たすものである。
本発明の一実施形態に基づく電気化学式分析検査ストリップの簡略分解図であり、破線は電気化学式分析検査ストリップの異なる要素のアラインメントを示している。
図１の電気化学的分析テストストリップの簡略平面図。
本発明の実施形態において使用することが可能な電極の電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の規則的な正方形の格子配列を示す簡略図。
本発明の実施形態において使用することが可能な電極の電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の別の規則的な正方形の格子配列を示す簡略図。
本発明の実施形態に基づく電気化学式分析検査ストリップと組み合わせて使用される付随する測定計の簡略図。
図５の付随する測定計とインターフェースされた本発明に基づく電気化学式分析検査ストリップのパターン導電体層を示す簡略平面図及び概略ブロック図。
未処理（すなわち、プラズマ処理を行っていない）及びプラズマ処理したスクリーン印刷された炭素電極における、１Ｍ ＫＣｌ中でのヘキサミンルテニウム塩化物の減少について、拡散層の厚さに対するピーク電流の依存度の一例を、理論上予測されるピーク電流と比較して示したグラフ。
未処理（すなわち、プラズマ処理を行っていない）及びプラズマ処理したスクリーン印刷された炭素電極における、１Ｍ ＫＣｌ中での塩化ヘキサミンルテニウム塩化物の減少について、拡散層の厚さに対するピーク分離の依存度の一例を示したグラフ。
スクリーン印刷された炭素、模擬金電極、並びに、成膜された金電極をレーザーアブレーションすることによって電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の１２８マイクロメートルの規則的な格子が形成された金電極のボルタンメトリックサイジング分析の実験結果を示すグラフ。
本発明の一実施形態に基づく体液試料中の検体を判定するための方法における各工程を示すフロー図。
以下の詳細な説明は、図面を参照しつつ読まれるべきもので、異なる図面中、同様の要素は同様の参照符号にて示してある。図面は、必ずしも実寸ではなく、あくまで説明を目的とした例示的な実施形態を図示したものであり、本発明の範囲を限定することを目的とするものではない。詳細な説明は本発明の原理を限定するものではなく、あくまでも例として説明するものである。この説明文は、当業者による発明の製造及び使用を明確に可能ならしめるものであり、出願時における発明を実施するための最良の形態と考えられるものを含む、発明の複数の実施形態、適応例、変形例、代替例、並びに使用例を述べるものである。
本明細書で任意の数値や数値の範囲について用いる「約」又は「およそ」という用語は、構成要素の部分又は構成要素の集合が、本明細書で述べるその所望の目的に沿って機能することを可能とするような適当な寸法の許容誤差を示すものである。
一般的に、本発明の実施形態に基づく体液試料（全血試料など）中の検体（例えば、グルコース）を判定するための電気化学式分析検査ストリップは、電気絶縁性のベース層、及びこの電気絶縁層上に配置されたパターン導電体層（例えば、金がパターン形成された導電体層）を含む。パターン導電体層は、少なくとも１つの電気化学的不活性領域と電気化学的活性領域とを有する少なくとも１つの電極を含む。更に、電気化学的不活性領域及び電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、所定の電気化学的応答とほぼ同等となるような所定のサイズ及び所定の分布（規則的な格子又は規則的な配列の分布）を有している。
電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の両方を含む電極表面は、電気化学的に不均質な電極と呼ばれる。本発明の実施形態において使用される電極は、例えば、その電気化学的特性が、電気化学的活性領域及び不活性領域のサイズ及び分布によって予め決まっているために、使用時に所定の電気化学的応答（例えば、ピーク電流、分離電流、過渡応答、電気化学式分析検査ストリップへの電圧の印加の５００ミリ秒以内の早期過渡応答、及び／又は干渉電気化学的応答など）が得られるという点において非自明的かつ新規なものである。
本発明に基づく電気化学式分析検査ストリップは、例えば、所望の所定の電気化学的応答が与えられるように検査ストリップ電極を「調整」することができる（すなわち、電気化学的不活性領域及び電気化学的活性領域のサイズ及び分布が予め決まっておらず、制御もされていない電極と比較して変更又は調節されている）という点で有益である。このような調整は、電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の適当な所定のサイズ及び所定の分布を選択することによって実現される。本開示の知見を得れば、このような選択は、通常の実験及びモデリング（例えば、一定範囲の所定のサイズ及び分布にわたって得られた実験結果に基づいた数学的モデリングなど）、本明細書に述べるようなボルタンメトリックサイジング法の使用、又は当業者には周知の他の任意の好適な方法に基づいて行うことができる点は当業者であれば認識されるところであろう。
本発明に基づく電気化学式分析検査ストリップは、従来のスクリーン印刷された炭素作用電極とほぼ同等の電気化学的応答を与える所定のサイズ及び分布の電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域を有する金作用電極を備えた電気化学式分析検査ストリップである。このような電気化学式分析検査ストリップを、スクリーン印刷された炭素作用電極を備えた分析検査ストリップ用に設計された検体判定アルゴリズムを用いた測定計の確立された基盤とともに使用することが考えられ、したがって新たな測定器にともなうコスト及び労力を必要としない。換言すれば、本発明の実施形態に基づく電気化学式分析検査ストリップは、必要に応じて、確立されている測定計と下位互換性を有しうるものである。更に、作用電極における金の使用は、金電極の固有の電気化学的効率再現性のために高い精度及び再現性を与えるものと期待される。
図１は、本発明の一実施形態に基づく電気化学式分析検査ストリップ１０の簡略分解図である。図２は、電気化学式分析検査ストリップ１０の簡略平面図である。図３は、本発明の実施形態において使用することが可能な電極の電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の規則的な正方形の格子配列３０を示す簡略図である。図４は、本発明の実施形態において使用することが可能な電極の電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の別の規則的な正方形の格子配列４０を示す簡略図である。
図１〜４を参照すると、本発明に基づく電気化学式分析検査ストリップ１０は、電気絶縁性基板１２、パターン導電体層１４、パターン絶縁層１６、酵素試薬層１８、パターン接着層２０、親水性層２２、及び上層２４を含む。
電気化学式分析検査ストリップ１０の電気絶縁性基板１２、パターン導電体層１４（参照電極１４ａ、第１の作用電極１４ｂ、及び第２の作用電極１４ｃを含む）、パターン絶縁層１６（内部を通じて電極露出窓１７が延びている）、酵素試薬層１８、パターン接着層２０、親水性層２２、及び上層２４の配置並びにアラインメントは、電気化学式分析検査ストリップ１０の内部に試料収容室２５が形成されるようなものとなっている。
図１及び２の実施形態では、パターン導電体層１４は、対電極１４ａ（参照電極とも呼ばれる）、第１の作用電極１４ｂ、及び第２の作用電極１４ｃを含む。電気化学式分析検査ストリップ１０は、３個の電極を含むものとして示されているが、本発明の実施形態を含む電気化学式分析検査ストリップの実施形態は任意の適当な数の電極を含みうる。
対電極１４ａ、第１の作用電極１４ｂ、及び第２の作用電極１４ｃは、例えば、金、パラジウム、白金、インジウム、チタン−パラジウム合金、及び導電性炭素系材料などの任意の適当な材料で形成することができる。従来の方法により金属電極（例えば、金電極）を形成した場合には一般的に、滑らかで均一なほぼ全体的に電気化学的に活性な表面領域が与えられる。しかしながら、電気化学式分析検査ストリップ１０を含む本発明の実施形態では、電極（例えば、第１及び第２の作用電極１４ｂ及び１４ｃ）の内の少なくとも１つが、電気化学的活性領域２６及び電気化学的不活性領域２８を有している（簡単のため、電気化学的不活性領域が白抜きの正方形として、電気化学的活性領域が実線として示された図２を参照されたい）。更に、電気化学的不活性領域及び電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、所定の電気化学的応答とほぼ同等となるような所定のサイズ及び所定の分布を有している。このような電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の詳細について、図３及び４に関連して以下に更に述べる。
このような電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域は、例えば、規則的な正方形の格子配列、規則的な長方形の配列、規則的な三角形の配列、円形の電気化学的不活性領域の規則的な配列、又は規則的な多角形の配列を含む規則的な配列として構成することができる。規則的な正方形の格子配列の例を図３及び４に示す。図３の規則的な正方形の格子配列３０は、４５個の電気化学的不活性領域３２及び電気化学的活性領域３４を含む。電気化学的不活性領域３２は、１辺が１２８μｍ（図３Ａの寸法Ａ）の電気的に絶縁された正方形として構成されている。電気化学的活性領域３４は、幅１０μｍ（図３の寸法Ｂ）の格子として構成されている。電気化学的活性領域３４は、例えば、成膜された金層をレーザーアブレーションすることによって形成された非導電性境界領域３６によって４５個の電気化学的不活性領域のそれぞれから分離されている。したがって、図３の実施形態では、４５個の非導電性境界領域３６が存在している。電気化学的活性領域３４は、規則的な正方形格子配列３０の全幾何学的面積の約６．３％である。
図４の規則的な正方形の格子配列４０は、２４０個の電気化学的不活性領域４２及び電気化学的活性領域４４を含む。電気化学的不活性領域４２は、１辺が４８μｍ（図４の寸法Ｃ）の電気的に絶縁された正方固形として構成されている（図４の寸法Ｃ）。電気化学的活性領域４４は、幅１０μｍ（図４の寸法Ｄ）の格子として構成されている。電気化学的活性領域４４は、例えば、成膜された金層をレーザーアブレーションすることによって形成された非導電性境界領域４６によって２４０個の電気化学的不活性領域のそれぞれから分離されている。したがって図３の実施形態では、２４０個の非導電性境界領域４６が存在している。電気化学的活性領域４４は、規則的な正方形格子配列４０の全幾何学的面積の約１７．５％である。
電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の所定のサイズ及び所定の分布は、電気化学的応答がピーク電流、ピーク分離、過渡応答、初期過渡応答、干渉応答、ノイズ応答、又はこれらの組み合わせのいずれであるかを問わず、所望の電気化学的応答によって決まる。前記少なくとも１個の電気化学的活性領域の一般的かつこれに限定されない幅は、３μｍ〜５０μｍの範囲であり、電気化学的不活性領域の一般的かつこれに限定されない幅は、２０μｍ〜２００μｍの範囲である。
化学的不活性領域の規則的な配列は、例えば、電極の表面を物理的に遮蔽するか、又は各領域を物理的な方法で物理的かつ電気的に隔離することによって形成することができる。このような物理的隔離は、例えば、当業者には周知の従来のレーザーアブレーション技術を利用して実現することができる。表面の物理的遮蔽は、例えば、電気化学式分析検査ストリップの使用時には不溶性となる電気絶縁材料をパターン成膜することによって実現することができる。このようなパターン成膜には、例えば、インクジェット印刷技術などの任意の適当な方法を用いることができる。
電気絶縁性基板１２は、例えば、ナイロン基板、ポリカーボネート基板、ポリイミド基板、ポリ塩化ビニル基板、ポリエチレン基板、ポリプロピレン基板、グリコール変性ポリエステル（ＰＥＴＧ）基板、又はポリエステル基板などの、当業者に知られる任意の適当な電気絶縁基板であってもよい。電気絶縁基板は、例えば、約５ｍｍの幅寸法、約２７ｍｍの長さ寸法、約０．５ｍｍの厚み寸法といったように任意の適当な寸法を有してもよい。
電気絶縁性基板１２は、容易に扱える構造をストリップに与えると同時に、後に形成される層（例えば、パターン導電体層）を塗布する（例えば、印刷又は成膜する）ための基礎としても機能する。本発明に基づく分析検査ストリップに用いられるパターン導電体層は、任意の適当な形状を有しうるものであり、例えば、金属材料及び導電性炭素材料などの任意の適当な材料で形成することができる点に留意されたい。
パターン絶縁層１６は、例えば、スクリーン印刷可能な絶縁インクで形成することができる。このようなスクリーン印刷可能な絶縁インクは、米国マサチューセッツ州ウェアハム所在のアーコン社（Ercon）からＩｎｓｕｌａｙｅｒの商品名で市販されている。
パターン接着層２０は、例えば、英国スタッフォードシャー、タムワース所在のアポロ・アドヒーシブズ社（Apollo
Adhesives）より市販されるスクリーン印刷可能な感圧接着剤で形成することができる。図１〜４の実施形態では、パターン接着層２０は試料収容室２６の外壁を形成している。
Adhesives）より市販されるスクリーン印刷可能な感圧接着剤で形成することができる。図１〜４の実施形態では、パターン接着層２０は試料収容室２６の外壁を形成している。
親水性層２２は、液体試料（例えば、全血試料）による電気化学的分析検査ストリップ１０の濡れ及び充填を促すような親水性を有する透明フィルムとすることができる。このような透明フィルムは、例えば、米国ミネソタ州ミネアポリス所在のスリーエム社（3M）から市販されている。
酵素試薬層１８は、判定しようとする検体に応じて選択される任意の適当な酵素試薬を含みうる。例えば、血液試料中のブドウ糖を判定する場合、酵素試薬層１８は、オキシダーゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼを、酵素が機能するうえで必要とされる他の成分とともに含むことができる。酵素試薬層１８は、例えば、グルコースオキシダーゼ、クエン酸３ナトリウム、クエン酸、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、フェリシアン化カリウム、消泡剤、カボシル（cabosil）、ＰＶＰＶＡ、及び水などを含みうる。酵素試薬層及び電気化学的分析テストストリップ全般に関する更なる詳細は、米国特許第６，２４１，８６２号に開示されており、その全容を本明細書に援用するものである。
所定のサイズ及び所定の分布の電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域については触れられていないが、体液試料中の検体の濃度を判定するための電極及び酵素試薬層に関する詳細は、米国特許第６，７３３，６５５号に開示されており、その全容を本明細書に援用するものである。
上層２４は、第１の部分２４ａ（例えば、透明又は半透明な第１の部分）及び不透明な第２の部分２４ｂを含んでいる。上層の第１の部分２４ａ及び不透明な第２の部分２４ｂは、使用者が上層の第１の部分を通して試料収容室を見ることができるように構成され、かつ分析検査ストリップの残りの部分と整列されている。上層２４は、例えば、透明なフィルムであってもよく、不透明な第２の部分２４ｂは、例えば、透明フィルムに不透明なインクを刷り重ねることによって形成し、第１の部分２４ａは刷り重ねをせずに単純に透明フィルムとすることができる。好適な透明フィルムとして、英国ハートフォードシャー、トリング所在のテープ・スペシャリティーズ社（Tape Specilities）より市販されるものがある。
電気化学式分析検査ストリップ１０は、例えば、電気絶縁基板１２上に、パターン導電体層１４、パターン絶縁層１６（内部を通じて電極露出窓１７が延びている）、酵素試薬層１８、パターン接着層２０、親水性層２２及び上部フィルム２４を順次整合させて形成することによって製造することができる。例えば、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ、グラビア印刷、化学蒸着、スパッタリング、テープ積層法、及びこれらの組み合わせなどの当業者には周知の任意の適当な方法を用いてこのような順次整列させた形成を実現することができる。
液体試料中の検体濃度（例えば、全血試料中の血糖濃度）を判定するための電気化学式分析検査ストリップ１０の使用時には、パターン導電体層１４の電極１４ａ、１４ｂ及び１４ｃが、例えば、付随する測定計によって、電気化学式分析検査ストリップの電気化学的応答、例えば、対象となる電気化学反応により誘導される電流を監視するために用いられる。次いでこうした電流の大きさを、調べたい液体試料中に存在する検体の量と相関させることができる。こうした使用に際しては、体液試料を電気化学式分析検査ストリップ１０の試料収容室２５に導入する。
図５は、本発明の実施形態に基づく電気化学式分析検査ストリップと組み合わせて使用される測定計１００（「付随する測定計」とも呼ばれる）の簡略図である。図６は、付随する測定計１００とインターフェースする電気化学式分析検査ストリップ１０のパターン導電体層１４を示す簡略化された平面図及びブロック図である。
測定計１００は、ディスプレイ１０２、ハウジング１０４、複数のユーザーインターフェースボタン１０６、場合により用いられるソフトキー１０７、及びストリップポートコネクタ１０８を含んでいる。測定計１００は更に、メモリ１１０、マイクロプロセッサ１１２、検査電圧を印加するとともに複数の検査電流値を測定するための電子要素１１４及び１１６などの電子回路部品をハウジング１０４内に含んでいる。電気化学式分析検査ストリップ１０は、ストリップポートコネクタ１０８に挿入することで機能するように構成されている。
測定計１００のメモリ１１０は、電気化学式分析検査ストリップ１０の電気化学的応答に基づいて検体を判定する適当なアルゴリズムを含んでいる。したがって、このアルゴリズムは、電気化学式分析検査ストリップ１０内部の電極の電気化学的応答に対応している。
測定計１００は更に、参照電極コネクタ１１８、第１の作用電極コネクタ１２０、及び第２の作用電極コネクタ１２２を含んでいる。上記３個のコネクタは、ストリップポートコネクタ１０８の一部を構成する。検査を行う際には、第１の検査電圧源１１４によって、第１の作用電極１４ｂと参照電極１４ａとの間に複数の検査電圧Ｖｉを印加することができる（ただし、ｉは１〜ｎ、より一般的には１〜５の範囲である）。複数の検査電圧Ｖｉが印加される結果、測定計１００は複数の検査電圧Ｉｉを測定することができる。同様に、第２の検査電圧源１１６によって、第２の作用電極１４ｃと参照電極１４ａとの間に検査電圧ＶＥを印加することができる。検査電圧ＶＥが印加される結果、測定計１００は検査電流ＩＥを測定することができる。検査電圧Ｖｉ及びＶＥは、第１及び第２の作用電極にそれぞれ順次又は同時に印加することができる。当業者であれば、Ｖｉ及びＶＥが印加される作用電極を切り換えることができる、すなわち、Ｖｉを第２の作用電極に印加し、ＶＥを第１の電極に印加することができる点は認識されるところであろう。
上記に述べたように、本発明に基づく電気化学式分析検査ストリップにおいて用いられる電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域の所定のサイズ及び所定の分布は、ボルタンメトリックサイジングを利用して表面遮蔽率（すなわち、電気化学的不活性領域のサイズ）を推定することに基づいて選択することができる。
電気化学的測定の際に得られる異種電極の拡散特性、ひいては電流応答は、電気化学的不活性領域のサイズ及び分布によって決まるところが大きいことが示されている。ボルタンメトリックサイジングの使用に関しては対象として考えられる５つの状況がある。すなわち、（１）当業者によって電気化学的応答を理論的に予測することが可能な（例えば、ランドルス・セブシック（Randies Sevcik）の式により）まったく遮蔽されていない電極、（２）わずかなエッジ効果及び線形拡散を示す比較的大きな電気化学的活性領域、（３）顕著なエッジ効果及び非線形／放射状の拡散を示す比較的小さい寸法（例えば、比較的小さい幅）の電気化学的活性領域、（４）顕著なエッジ効果及び部分的に重なり合う非線形／放射状の拡散を示す比較的小さな寸法の電気化学的活性領域、及び（５）それらの拡散層が完全に重なり合うだけ互いに充分に近接した比較的小さな寸法の電気化学的活性領域である。
状況１では、ピーク電流及びピーク分離は従来の理論による予測通りである。状況２では、ピーク電流は電極の幾何学的面積に正比例し、ピーク分離は従来の理論による予測通りである。状況３では、ピーク電流は見られず、安定状態の限界電流が見られるのみである。状況４では、ピーク電流は理論値よりも低く、ピーク分離は理論値よりも大きい。状況５では、ピーク電流は理論による予測通りであり、ピーク分離は理論値よりも大きい。
５つの状況に関する上記の観察によれば、一定の範囲のスキャン速度及び溶液濃度を用いることにより遮蔽サイズのボルタンメトリックサイジング（測定）を行うことが可能であり、拡散層の厚さを変化させ、ピーク電流及びピーク分離を拡散層の厚さの関数として測定することが可能である。
図７は、未処理（すなわち、プラズマ処理を行っていない）及びプラズマ処理したスクリーン印刷された炭素電極における、１Ｍ ＫＣｌ中でのヘキサミンルテニウム塩化物の減少について、拡散層の厚さに対するピーク電流の依存度の一例を、理論上予測されるピーク電流と比較して示したグラフである。図８は、未処理（すなわち、プラズマ処理を行っていない）及びプラズマ処理したスクリーン印刷された炭素電極における、１Ｍ ＫＣｌ中でのヘキサミンルテニウム塩化物の減少について、拡散層の厚さに対するピーク分離の依存度の一例を示したグラフである。図９は、スクリーン印刷された炭素、模擬金電極、並びに、成膜された金電極をレーザーアブレーションすることによって電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域の１２８マイクロメートルの規則的な格子（図３を参照）が形成された金電極（スパッタリングにより形成された厚さ約３５ｎｍのもの）のボルタンメトリックサイジング分析の実験結果を示すグラフである。図７〜９のデータは、０．００５６ｃｍ２の作用電極、Ｐｔコイル対電極、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極の３電極構成で、１０〜２０００ｍＶ／ｓの電位走査速度を用い、予測されるピーク電流がすべての測定で１．８７μＡとなるように電位走査速度を増大させるのにしたがってルテニウムヘキサミン濃度が４．４４ｍＭ〜０．３１ｍＭに低下する際に得られたものである。
図７は、スクリーン印刷された炭素電極（プラズマ処理しないもの）では、約７５μｍの拡散層の厚さにおいて予測されるピーク電流から逸れることを示している。同様に、図８は、プラズマ処理を行った電極及びプラズマ処理を行わない電極のピーク分離が、約７５μｍよりも小さい拡散層の厚さにおいて互いから逸れることを示している。これら２つの結果は、プラズマ処理を行わないスクリーン印刷された炭素電極は、７５μｍという特徴的な表面遮蔽寸法（すなわち、電気化学的不活性領域の特徴的な幅）を有していることを示している。
図３の規則的な正方形の格子配列を有する金電極を形成して、このような金電極の電気化学的応答が所定の電気化学的応答（すなわち、スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答）とほぼ同等であることを実証した。図９は、ボルタンメトリックサイジングの結果を示したものであり、所定の電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域を有する金電極のピーク還元電流が、所定の応答（すなわち、スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答）とほぼ同等の電気化学的応答を実際に与えることを示している。図９は更に、従来の金電極は、スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等の電気化学的応答を与えないことを示している。
束縛されずに言えば、本明細書に述べられるような適当な所定のサイズ及び所定の分布の電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有する電極における過渡応答の間に、状況３から状況５への移行が起こること、及び、検体の相対量、干渉及びノイズ信号がこれらの状況間で異なることが仮定される。このような状況では、異なる所定のサイズ及び所定の分布の電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域をそれぞれが有する複数の電極を使用することにより、検体の量、干渉及びノイズ信号が時間的にずれることになる。これにより、適当なアルゴリズムを用いることで検体、干渉及びノイズ信号を解析し、従来の電極と比較して検体の判定の精度を高めることができる。
特に図１、５及び６を参照すると、体液試料（例えば、全血試料）中の検体（例えば、グルコース）を判定するための電気化学式分析検査ストリップ及び付随する測定計は、電気絶縁性のベース層及び該電気絶縁性のベース層上に配置されたパターン導電体層（例えば、金をパターン形成した導電体層）を有する電気化学式分析検査ストリップ（例えば、上記に述べたような電気化学式分析検査ストリップ１０）を含む。パターン導電体層は、電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有する少なくとも１個の電極を含む。更に、電気化学的不活性領域及び電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、所定の電気化学的応答とほぼ同等となるような所定のサイズ及び所定の分布を有している。
また、所定のアルゴリズムを有する測定計（例えば、上記に述べ、図５及び６に示す測定計１００）も更に含まれ、測定計及びアルゴリズムは、電気化学式分析検査ストリップに塗布された体液試料中の検体を電極の電気化学的応答に基づいて判定するように構成される。
本開示の知見を得れば、電気化学式分析検査ストリップと付随する測定計との組み合わせである本発明に基づく実施形態は、本発明の実施形態に基づいた、本明細書に述べられる電気化学式分析検査ストリップの技術、効果、及び特徴のいずれをも取り入れることができることは当業者であれば認識されるところであろう。こうした組み合わせは、キット又はアセンブリと考えられる。
図１０を参照すると、体液試料中の検体（例えば、グルコース）を判定するための方法９００は、電気絶縁性のベース層及び該電気絶縁性のベース層上に配置されたパターン導電体層（例えば、金をパターン形成した導電体層）を有する電気化学式分析検査ストリップに体液試料（例えば、全血体液試料）を塗布する工程を含む（図９の工程９１０を参照）。工程９１０のパターン導電体層は、電気化学的活性領域及び電気化学的不活性領域を有する少なくとも１個の電極（すなわち、異種電極）を含む。更に、電気化学的不活性領域及び電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、所定の電気化学的応答とほぼ同等となるような所定のサイズ及び所定の分布を有している。
工程９２０では、方法は、電気化学式分析検査ストリップの電気化学的応答を測定する工程を含み、工程９３０では、測定された電気化学的応答に基づいて検体を判定する工程を含む。方法９００は、本発明の実施形態に基づいた本明細書に述べられる電気化学式分析検査ストリップの技術、効果、及び特徴のいずれをも取り入れるように容易に改変しうることは本開示の知見を得れば当業者によって認識されるところであろう。
以上、本発明の好ましい実施形態を示し、説明したが、このような実施形態は、あくまで一例として与えられたものである点は当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、多くの変形、変更、及び置換が想到されるであろう。本発明を実施するうえで本明細書で述べた実施形態には、様々な代替例が用いられうる点は理解されるべきである。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を定義するとともに特許請求の範囲に含まれる装置及び方法、並びにそれらの均等物をこれによって網羅することを目的としたものである。
Claims (30)
- 体液試料中の検体を判定するための電気化学式分析検査ストリップであって、
電気絶縁性のベース層と、
前記電気絶縁性のベース層上に配置された、少なくとも１個の電極を有するパターン導電体層と、を備え、
前記少なくとも１個の電極が電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有し、
前記電気化学的活性領域は、非導電性境界領域によって前記電気化学的不活性領域それぞれから分離されており、
前記パターン導電体層が、金がパターン形成された導電体層であり、前記少なくとも１個の電極が作用電極であり、前記電気化学的不活性領域及び前記少なくとも１個の電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布のものであり、
前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布の前記電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域が、規則的な正方形の格子配列として構成されており、
前記少なくとも１個の電気化学的活性領域の幅が、３μｍ〜５０μｍの範囲であり、
前記電気化学的不活性領域の幅が、２０μｍ〜２００μｍの範囲である、電気化学式分析検査ストリップ。 - 表面遮蔽層を更に有し、前記電気化学的不活性領域が前記表面遮蔽層によって電気化学的に不活性とされる、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
- 前記電気化学的不活性領域が、前記少なくとも１個の電気化学的活性領域から物理的電気的に隔離されることによって電気化学的に不活性とされる、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
- 全血試料中のグルコースを判定するように構成された、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
- 前記パターン導電体層が、第１の作用電極、第２の作用電極、及び対／参照電極を有し、前記第１の作用電極及び前記第２の作用電極のそれぞれが電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有する、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
- 前記パターン導電体層の少なくとも一部の上に配置された酵素試薬層と、
前記酵素試薬層上に配置された上層と、
電気化学式分析検査ストリップ内に画定された試料収容室と、を更に有する、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。 - 前記パターン導電体層が、異なる所定のサイズ及び所定の分布の電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域をそれぞれが有する複数の電極を含む、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
- 体液試料中の検体を判定するための請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ及び付随する測定計の組み合わせであって、
測定計が所定のアルゴリズムを含み、前記測定計及びアルゴリズムが、電気化学式分析検査ストリップに塗布された体液試料中の検体を、電極の電気化学的応答に基づいて判定するように構成されている、組み合わせ。 - 前記電気化学式分析検査ストリップが、表面遮蔽層を更に含み、前記電気化学的不活性領域が前記表面遮蔽層によって電気化学的に不活性とされる、請求項８に記載の組み合わせ。
- 前記電気化学式分析検査ストリップの電気化学的不活性領域が、前記電気化学的活性領域から物理的電気的に隔離されることによって電気化学的に不活性とされる、請求項８に記載の組み合わせ。
- 前記電気化学式分析検査ストリップが全血試料中のグルコースを判定するように構成された、請求項８に記載の組み合わせ。
- 前記電気化学式分析検査ストリップの所定の電気的応答がピーク電流応答である、請求項８に記載の組み合わせ。
- 前記電気化学式分析検査ストリップの所定の電気的応答がピーク分離応答である、請求項８に記載の組み合わせ。
- 前記電気化学式分析検査ストリップの所定の電気的応答が早期過渡応答である、請求項８に記載の組み合わせ。
- 前記電気化学式分析検査ストリップの所定の電気的応答が干渉感度応答である、請求項８に記載の組み合わせ。
- 前記電気化学式分析検査ストリップのパターン導電体層が、異なる所定のサイズ及び所定の分布の電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域をそれぞれが有する複数の電極を含む、請求項８に記載の組み合わせ。
- 体液試料中の検体を判定するための方法であって、
電気絶縁性のベース層と、
前記電気絶縁性のベース層上に配置された、少なくとも１個の電極を有するパターン導電体層と、を備えた電気化学式分析検査ストリップに体液試料を塗布する工程であって、
前記少なくとも１個の電極が電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有し、
前記電気化学的活性領域は、前記少なくとも１個の電極をレーザーアブレーションすることによって形成された非導電性境界領域によって前記電気化学的不活性領域それぞれから分離されており、
前記パターン導電体層が、金がパターン形成された導電体層であり、少なくとも１個の電極が作用電極であり、前記電気化学的不活性領域及び前記少なくとも１個の電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布のものであり、
前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布の前記電気化学的不活性領域及び電気化学的活性領域が、規則的な正方形の格子配列として構成されており、
前記少なくとも１個の電気化学的活性領域の幅が、３μｍ〜５０μｍの範囲であり、
前記電気化学的不活性領域の幅が、２０μｍ〜２００μｍの範囲である、工程と、
前記電気化学式分析検査ストリップの電気化学的応答を測定する工程と、
前記測定された電気化学的応答に基づいて前記検体を判定する工程と、を含む、方法。 - 前記測定する工程が、前記電気化学式分析検査ストリップの電極の電気化学的応答を測定するために測定計を使用する、請求項１７に記載の方法。
- 前記電気化学的不活性領域が表面遮蔽層によって電気化学的に不活性とされている、請求項１７に記載の方法。
- 前記電気化学的不活性領域が、前記電気化学的活性領域から物理的電気的に隔離されることによって電気化学的に不活性とされている、請求項１７に記載の方法。
- 前記検体がグルコースであり、前記体液試料が全血である、請求項１７に記載の方法。
- 前記パターン導電体層が、第１の作用電極、第２の作用電極、及び対／参照電極を有し、前記第１の作用電極及び前記第２の作用電極のそれぞれが電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有し、前記電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の前記第１の作用電極及び第２の作用電極の電気化学的応答である、請求項１７に記載の方法。
- 前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答がピーク電流応答である、請求項１７に記載の方法。
- 前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答がピーク分離応答である、請求項１７に記載の方法。
- 前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答が早期過渡応答である、請求項１７に記載の方法。
- 前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答が干渉感度応答である、請求項１７に記載の方法。
- 前記電気化学式分析検査ストリップが、
前記パターン導電体層の少なくとも一部の上に配置された酵素試薬層と、
前記酵素試薬層上に配置された上層と、
電気化学式分析検査ストリップ内に形成された試料収容室と、を更に含む、請求項１７に記載の方法。 - 前記パターン導電体層が、異なる所定のサイズ及び所定の分布の電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域をそれぞれが有する複数の電極を含み、
前記判定する工程が、前記電気化学的応答のノイズ及び干渉信号の少なくとも一方からの検体測定信号を解析するためのアルゴリズムを使用する、請求項１７に記載の方法。 - 体液試料中の検体を判定するための電気化学式分析検査ストリップであって、
電気絶縁性のベース層と、
前記電気絶縁性のベース層上に配置された、少なくとも１個の電極を有するパターン導電体層と、を備え、
前記パターン導電体層が、金がパターン形成された導電体層であり、前記少なくとも１個の電極が作用電極であり、
前記少なくとも１個の電極が電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有し、前記電気化学的不活性領域及び前記少なくとも１個の電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布のものであり、前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答は、ピーク電流、分離電流、過渡応答、電気化学式分析検査ストリップへの電圧の印加の５００ミリ秒以内の早期過渡応答、及び／又は干渉電気化学的応答であり、
前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布の前記電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域が、規則的な正方形の格子配列として構成されており、
前記少なくとも１個の電気化学的活性領域の幅が、３μｍ〜５０μｍの範囲であり、
前記電気化学的不活性領域の幅が、２０μｍ〜２００μｍの範囲である、電気化学式分析検査ストリップ。 - 体液試料中の検体を判定するための方法であって、
電気絶縁性のベース層と、
前記電気絶縁性のベース層上に配置された、少なくとも１個の電極を有するパターン導電体層と、を備えた電気化学式分析検査ストリップに体液試料を塗布し、
前記パターン導電体層が、金がパターン形成された導電体層であり、前記少なくとも１個の電極が作用電極である工程であって、
前記少なくとも１個の電極が電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域を有し、前記電気化学的不活性領域及び前記少なくとも１個の電気化学的活性領域は、電気化学式分析検査ストリップの使用時の電極の電気化学的応答が、スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布のものであり、前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答は、ピーク電流、分離電流、過渡応答、電気化学式分析検査ストリップへの電圧の印加の５００ミリ秒以内の早期過渡応答、及び／又は干渉電気化学的応答であり、
前記スクリーン印刷された炭素電極の電気化学的応答と同等となるような所定のサイズ及び所定の分布の前記電気化学的不活性領域及び少なくとも１個の電気化学的活性領域が、規則的な正方形の格子配列として構成されており、
前記少なくとも１個の電気化学的活性領域の幅が、３μｍ〜５０μｍの範囲であり、
前記電気化学的不活性領域の幅が、２０μｍ〜２００μｍの範囲である、工程と、
前記電気化学式分析検査ストリップの電気化学的応答を測定する工程と、
前記測定された電気化学的応答に基づいて前記検体を判定する工程と、を含む、方法。
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