JP6194001B2

JP6194001B2 - 改善されたマトリックス安定性を有する組成物と方法

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Publication number: JP6194001B2
Application number: JP2015530370A
Authority: JP
Inventors: デュバルステイシー; カヘルジビル; カミリカジョルジェタ; シャベルビルヘレム; シャルファーフィリップ
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: ES2603928T3; US9459230B2; JP2015527590A; CN106170555A; WO2014037372A1; US20150177178A1; KR102005139B1; CA2880321C; EP2893027B1; CN106170555B; KR20160088950A; KR20150052868A; CA2880321A1; HK1231520A1; EP2893027A1; PL2893027T3

Description

本発明は、広くバイオセンサ試験システムに関し、より特に、試験素子のドライフィルム試薬を大気湿度又は水蒸気による分解から保護するためのシステム、組成物、及び方法に関する。

糖尿病や同様の病状に罹患している患者数が増えているので、患者が自身の血糖値を観察する血糖の自己測定が慣例になった。血糖値を観察する目的は、濃度レベルを測定して、そして、正常範囲内にそのレベルを戻すために、レベルが高すぎるか又は低すぎるかに基づいて、是正措置を取るためである。是正措置を取らないことが重大な医学的意味を有する可能性があるので、そのため、糖尿病の人にとってグルコースの観察は日常生活で避けられない現実である。適切に、且つ、定期的に血糖値を試験できないと、心血管疾患、腎臓病、神経損傷、及び失明を含めた重大な糖尿病関連合併症をもたらす可能性がある。
バイオセンサは、個人がわずかな血液サンプルで血糖値を試験できるようにするために利用できる。一般的な測定器のデザインには、電気化学的又は光学的に血液サンプル中のグルコースの量を計測する使い捨ての試験素子を、測定器と組み合わせて使用する。情報は一般的に、血糖値と恐らく計測が行われた日時として表示される。この情報は、大抵の場合、糖尿病患者が自身の食事摂取及び／又はインスリン投薬量を調整するために、そして、低グルコース値が糖の摂取を示唆し得る場合には、低血糖を避けるために十分である。

例えばグルコースなどの検体の電気化学測定は、グルコースについて以下に示した連鎖などの反応の連鎖を開始するために、検体を含むサンプル（例えば、水性血液サンプル中のグルコース）をセンサに供することによって達成され得る。作用電極と対電極の間の電位差を加えることによって、還元形のメディエーターが酸化形に変換される。この反応に関連している電流は、還元されたメディエーターの質量に比例し、その結果、グルコース濃度に比例している。

高湿度条件への（例えばグルコース試験ストリップなどの）バイオセンサ試験素子の曝露は、メディエーターの還元形又は同じ電位範囲で電気化学的に活性な他の生成物への分解を引き起こし得る。さらに、高湿度は、酵素の還元形への分解を引き起こし、そして、その還元された酵素がメディエーターと反応して、その還元形のメディエーターを生じさせ得る。
電極表面における電気活性分解生成物の蓄積と付加電位下における対応する転換は、基質がない状態であっても電流（ブランク電流）の発生をもたらす。この電流は、グルコース反応によって作り出される電流に追加され得るので、正にバイアスされた結果又は高いストリップ（strip）故障率をもたらす。

試験ストリップ試薬マトリックスの成分は、水性血液サンプル中に素早く溶けるように選択されることが多く、それにより、ユーザーには速い反応時間と結果の迅速な表示がもたらされる。しかしながら、これは、マトリックスを環境湿度によって分解されやすくするという望ましくない結果をもたらし、それにより、使い捨て試験ストリップの貯蔵安定性を低下させる。
従って、環境条件に対する試験素子の感受性を低下させる方法が所望される。試験素子は包装され、そして、大気中又は他の起源からの湿気の望ましくない侵入を予防するように構成されたコンテナ内に配分され得るが、そして、試験素子はコンテナ内（例えばコンテナのリッド又はキャップなど）に組み込まれた乾燥材と共に又は試験素子の入っているコンテナ内に残される挿入物の状態で包装され得るが、既知の方法は、センサ分解の危険性を排除するのに効果的でない。

そのため、バイオセンサ試験システム、特にグルコース試験ストリップの安定性を改善するための組成物と方法が必要とされている。本発明は、その必要性に対処する。
本発明の一態様において、サンプル液体中の検体の量を測定するための試験素子を提供する。試験素子は、作用電極と対電極、及びその作用電極と対電極の間にまたがり、電極反応のために構成された試薬マトリックスを含み得る。試薬マトリックスは、潮解性物質を伴って提供され、そして、その潮解性物質は、空気中の湿度から１若しくは複数の有効成分を保護するように選択され、そして、それに有効な量で提供される。
本発明のもう一つの態様において、メディエーター、酵素、及び試薬マトリックスの他の成分の吸水特性及び速度と比較して、空気中から水を優先的に及び／又は先制的に吸収するように、選択され、そして、それに有効な量で提供され、それにより、相対湿度が潮解性物質の潮解点を超えているとき、水による分解から他の成分を保護する潮解性物質を含む、血糖バイオセンサのための試薬マトリックスを提供する。潮解性物質は、環境相対湿度が所望されるように、例えば４０％、又は５０％、６０％、７０％、７５％、又は８０％などの任意の所定のレベルを超えているとき、水を優先的に吸収するように選択され得る。

本発明のもう一つの態様において、空気中の湿度による試薬成分の分解に関してバイオセンサ試験素子の安定性を改善するための方法を提供し、ここで、前記試験素子は、底基板／支持基板、作用電極と対電極、及びその作用電極と対電極の間にまたがり、電極反応のために構成された試薬マトリックスを含む。本発明の方法は、試薬マトリックスの他の成分による空気中からの水の吸収を減らすように選択され、それに有効な量で提供される潮解性物質が試薬マトリックス中に含まれ得る。
本発明のもう一つの態様において、電気化学バイオセンサのドライフィルム試薬マトリックスの安定性を改善するための方法が提供される。この態様において、その方法は、その試薬マトリックス中の他の成分による空気中からの水の吸収を減らすように選択され、それに有効な量で提供される潮解性物質が試薬マトリックス中に含まれ得る。

潮解性物質は、約５０％の相対湿度〜約８０％の相対湿度の間に潮解点を有する材料であることが選択されてもよい。いくつかの実施形態において、潮解点は、好ましくは約７０％相対湿度〜約８０％の相対湿度の間にあり、さらに、他の実施形態において、潮解性物質は約７５％の相対湿度に潮解点を有する。
試験素子は、酵素系とメディエーターを含んでいる試験ストリップ試薬マトリックスを伴った、その上にグルコース試薬マトリックスを有するグルコース測定器試験ストリップであってもよい。酵素系には、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）酵素、及び／又はフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）補因子が含まれ得る。メディエーターには、ニトロソアニリンメディエーターが含まれ得る。ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）を含んでいる塗膜形成要素もまた含まれ得る。

潮解性物質には、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、炭酸カリウム、リン酸カリウム、カーナライト、クエン酸第二鉄アンモニウム、水酸化カリウム、及び水酸化ナトリウムから成る群から選択される１若しくは複数のメンバーが含まれ得る。潮解性物質は、試薬マトリックス中の他の成分が大気中から水を吸収する速度より速い速度で大気中から水を吸収するのに有効な量で提供され得る。同様に、潮解性物質は、大気中の相対湿度が約７５％を超えるときに、試薬マトリックスの他の成分が大気中から水を吸収する速度より速い速度で大気中から水を吸収するのに有効な量で提供され得る。あるいは又はさらに、潮解性物質は、相対湿度が潮解性物質の潮解点を超えているとき、他の試薬成分の吸水特性と比較して、大気中から水を優先的に吸収するように選択され、それに有効な量で提供され、それにより、大気中から水を吸収することから試薬マトリックスの他の成分を保護する。

試薬混合物に添加された各種量のＮａＣｌを有するストリップに関する経時的なブランク電流（ｎＡ）のグラフを示す。ストリップには、緩衝溶液が与えられ、そして、高温多湿条件（３０℃／８０％ＲＨ）に晒された。試薬混合物に添加された各種量のＮａＣｌを有するストリップに関する経時的ブランク電流（ｎＡ）のグラフを示す。ストリップには、非スパイク血液が与えられ、そして、高温多湿条件（３０℃／８０％ＲＨ）に晒された。試薬混合物に添加された各種量のＮａＣｌを有するストリップに関して、そのストリップ上に残留しているメディエーターの割合の経時的なグラフを示す。ストリップは、高温多湿条件（３０℃／８０％ＲＨ）に晒された。試験測定値（赤色のダイヤ形）と既報告文献の値（その他の記号）によるＰＶＰに関する収着データのグラフである。試験測定値（赤色のダイヤ形）及び既報告文献の値（その他の記号）によるＮａＣｌに関する収着データ、並びに潮解点（緑線）及び結晶点（青線）のグラフである。ＰＶＰ、ＮａＣｌ、及び２つの成分の混合物に関する収着等温線のグラフである。本発明の特定の態様によって提供されるように、様々な添加剤を有するドライフィルム試薬が潮解性物質によって保護されるときに観察されたブランク電流のグラフである。

本発明の原理の理解を深めるために、本明細書中で特定の実施形態について言及し、且つ、それを説明するために特有の言語を使用する。しかしながら、それによって、本発明の範囲の限定が意図されているわけではない。本発明が関係する当業者が普通に想起するような、記載した実施形態におけるあらゆる変更や更なる修飾、及び本明細書中に記載した本発明の原理のさらなる応用も企図される。特に、本発明の最も好ましい実施形態は血糖試験器具と測量法に関するが、本発明が他の検体及び他のサンプルタイプを評価するためのデバイスを用いて使用できることが企図される。そのような代替の実施形態では、当業者にとって明らかな、本明細書中で議論した実施形態に対する若干の適応を必要とする。

グルコースバイオセンサは、血液サンプル中のグルコース濃度を試験するために、酵素／補因子系及びメディエーターを含む試薬マトリックスを一般的に使用する。グルコースセンサ試験ストリップが長時間、高湿度に晒されるとき、ストリップは、それらの機能を失うか、又は不安定になる可能性がある。本発明は、選択された湿度レベルにて大気中から水を吸収する潮解性物質を含むように試験ストリップ試薬マトリックスを処方し、その結果、水が試薬マトリックス成分を分解するのを予防することによって、その問題に対処する。潮解性物質は、例えば大気中の相対湿度が約７５％を超えているときなど、規定した相対湿度に晒されたときに、試薬成分を保護するように選択される。潮解性物質は、好ましくは塩であり、最も好ましくは塩化ナトリウムである。他の既知の潮解性物質としては、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、炭酸カリウム、リン酸カリウム、カーナライト、クエン酸第二鉄アンモニウム、水酸化カリウム、及び水酸化ナトリウムが挙げられる。

本発明の試薬マトリックス安定化物質及び方法には、例えば７５％といった相対湿度、又は７０％以下ですら、過度の湿度に晒されると分解し得るドライフィルム試薬系を有する試験素子（例えばグルコース試験ストリップなど）と共に使用されるとき、特定の有用である。例えば、一般的に使用されるグルコース反応メディエーターは、空気中の湿気（水）に晒されると分解し、還元形又は電気化学的に活性な他の生成物を生じさせることもあり、試験測定器にブランク電流を生じ得る。同様に、酵素も還元形に分解され、次に、メディエーターを還元して、この経路でそうした問題を起こし得る。その問題は、試薬マトリックスが試薬の迅速な湿潤（そしてそれにより、迅速な試験読み取り）を提供するためにある程度の親水を必要とすることによって難しくなっている。この問題は、例えば、ＰＶＰ含有物質がグルコース試薬系の塗膜形成要素として使用されるとき、特に見られる。ＰＶＰは、空気中からの湿気を吸着する‐そして、湿気を試薬系に接触させる。

本発明の一態様において、先に述べた問題は、全体としてマトリックスがよりわずかな水しか吸着しようようにする成分を試薬マトリックスに加えることによって対処される。本発明は、ＦＡＤＧＤＨやニトロソアニリンを含んでいるグルコース試薬系への、例えばＮａＣｌなどの潮解性物質を加えることによってこの開示において例示されるが、本発明は、広く解釈すると、他の試薬系や他の潮解性物質を含むことが意図される。
本発明の最も好ましい実施形態において、バイオセンサはグルコース試験ストリップである。そのような試験ストリップは、一般的に作用電極と対電極を有し、電気化学的に試験ストリップ試薬マトリックスを分析するための試薬マトリックスを提供する。
しかしながら、この類の機器及びプロセスも本開示の範囲内にあり、そしてそれは、１若しくは複数の代替の試験素子を利用していてもよい。これらの試験素子は、異なった形態で知られていて、且つ、入手可能であり、そしてそれに、本発明全体が適用できる。例えば、試験素子は、試験ストリップ、試験テープ、試験ディスク、（例えばＬｅｐｏｒｅｌｌｏ原理による）折り畳み可能な試験素子の形態、及び当業者に知られている他の形態で存在する。以下に、本発明は、試験ストリップを参照して原則的に説明しているが、他の実施形態もまた可能であり、開示した本発明の範囲内にあることを意図することは理解されるものとする。

試験素子は、試験領域（test field）表面を有する少なくとも１つの試験領域を一般的に含んでいる。試験領域とは、試験素子の二次元又は三次元領域を意味すると理解され、そして試験領域は、質的及び／又は量的に実施できる検体の検出に原則として使用可能である。いくつかの実施形態において、試験領域は、乾燥試験領域であってもよいし、そして、検体の存在下で検出可能な反応をおこなうように選択される少なくとも１つの検出試薬を含んでいてもよい。
本発明の特定の好ましい実施形態において、試験ストリップ試薬マトリックスは、酵素系とメディエーターを含む。酵素系は、グルコースデヒドロゲナーゼ酵素（ＧＤＨ）及び／又はフラビンアデニンジヌクレオチド補因子（ＦＡＤ）を含み、そして、メディエーターは、ニトロソアニリンメディエーターを含み得る。試薬マトリックスはまた、塗膜形成要素を含んでいてもよく、そしてそれは、ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）を含み得る。他のグルコースに特異的な酵素的検出試薬の例としては、これだけに限定されるものではないが、デオキシレダクターゼ（例えば、ＧｌｕｃＤＯＲ／ＰＱＱ）、デヒドロゲナーゼ、オキシダーゼ、又は類似酵素、例えばグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）又はグルコースデヒドロゲナーゼが挙げられる。

メディエーターはまた、試薬混合物に含まれていてもよい。メディエーターは、任意の（通常電気活性な）化学種であってもよく、そしてそれは、酵素、検体、そして場合により、補因子（及びその反応生成物）にかかわる反応スキームに関与して、検出可能な電気活性反応生成物を生じさせることができる。一般的に、この反応へのメディエーターの関与は、検体、酵素、若しくは補因子、又はこれらのうちの１つの反応生成物である種（例えば、異なった酸化状態への反応した補因子）のうちのいずれか１つとの相互作用によってその酸化状態への変化（例えば、還元）にかかわる。さまざまなメディエーターが、好適な電気化学挙動を呈する。メディエーターはまた、その酸化形でも好ましくは安定しており；任意に、可逆的な酸化還元電気化学を呈してもよく；好ましくは、水溶液中でも良好な溶解性を呈し；そして、好ましくは、迅速に反応して、電気活性反応生成物を生じさせる。好適なメディエーターの例としては、ベンゾキノン、メルドラブルー、他の遷移性金属錯体、ヘキサシアノ鉄、及びニトロソアニリンが挙げられる、例えば米国特許第５，２８６，３６２号を参照、その内容を参照により本明細書中に援用する。

酵素、メディエーター、及び他の検出試薬成分に加えて、試験領域には、担体物質、補助剤、顔料、増量剤、緩衝物質などがさらに含まれていてもよい。以下では、検体及び実際の検出試薬を検出するために反応に同じようにかかわる更なる物質の間で全く区別していない。
任意の選択された電気化学的検出方法の反応スキームの化学反応は、検体やサンプル物質の同一性を含めた系に関連する様々な化学的要因の観点から選ばれていることは理解されるものとする。所定の検体又は物質に関する時でさえ、様々な異なった反応成分が、触媒（多くの場合、さまざまな酵素が有用である）、同時反応物（例えば、さまざまなメディエーターが有用であり得る）及び補因子（必要であれば、異形が有用であり得る）の観点から有用であり得る。多くのそのような反応スキーム、並びにそれらの反応成分及び反応生成物が知られており、そして、いくつかの異なった酵素に関する例としては、表１に列挙したものが挙げられる。

ヒト血中グルコースを検出するのに有用であることが知られている酸化／還元反応スキームに関する例を更に説明するために、グルコース含有サンプルを、酸化還元メディエーター（例えば、ベンゾキノン、フェリシアン化物、又はニトロソアニリン誘導体）の存在下で、酵素（例えば、グルコース‐色素‐オキシドレダクターゼ（Ｇｌｕｃ‐Ｄｏｒ））及び任意に補因子（例えば、ピロロキノリンキノン）と反応させて、検体の酸化形であるグルコノラクトン、及び酸化還元メディエーターの還元形を作り出す。米国特許第５，１２８，０１５号を参照、その内容を参照により本明細書中に援用する。反応スキームに関する他の例が知られていて、そしてそれは、特有の検体、例えばコレステロール、尿素などを検出するように設計された方法で一般的に使用される。

使用した試薬マトリックスにかかわらず、水による分解から試薬成分を保護するために、潮解性物質が試薬マトリックスに加えられる。好ましい潮解性物質としては、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化亜鉛、炭酸カリウム、リン酸カリウム、カーナライト、クエン酸第二鉄アンモニウム、水酸化カリウム、及び塩化ナトリウムなどが挙げられ、例えば水酸化ナトリウムなどの塩が最も好まれる。
本明細書中に使用されるとき、「潮解性」という用語は、通常、物質の飽和水溶液の蒸気圧が周囲空気中の水の蒸気圧より低いときに起こる固体から溶液への相変化を指す。水蒸気が純粋な固体化合物によって集められるとき、固形物とその飽和溶液の混合物又は化合物の水溶液は、物質が溶解されるまで形成され、そして、その環境と平衡状態になる。潮解が起こる相対湿度は、特定の物質の特性である。この点において、水溶液を覆う水の蒸気圧は、それに接触している大気中の水の分圧と等しい。従って、相対湿度が物質の潮解点を上回るとき、塩粒は空気中で潮解する。「潮解性物質」という用語は一般に、潮解特性を有する物質を指し、湿気と高い親和力を有しているので、大気に晒された場合に、大気中から比較的多量の水を吸収し、それにより、水を吸収することからその他の物質を保護する、例えば塩などの物質を指す。

先に示したとおり、潮解性物質は、予定されたレベルの環境湿度に晒されたときに他の試薬成分を保護する潮解点を有する物質であるように選択され得る。従って、本発明の一態様において、ユーザーは、例えば７５％の相対湿度から成る環境ストレスなどの、回避すべき特定の環境ストレスを識別し、そして、そのレベルをわずかに下回る潮解点を有するように選択された潮解性物質を試薬混合物に含んでいる。例えば、ＮａＣｌの潮解点は７５％の相対湿度（ＲＨ）に近いので、ＮａＣｌの添加は、７５％を超え得る相対湿度に晒される可能性のある試験素子との使用のために特に有効である。相対湿度がその点を超えているとき、塩化ナトリウム結晶は、他の試薬物質より速く水を吸収し、それにより、他の成分による吸収を先取りし、他の試薬物質を水による分解から保護している。
試薬マトリックスに添加される潮解性物質の量は、使用される物質、試薬マトリックス中の他の成分、及び直面しそうな環境条件に依存する。一般に、潮解性物質は、潮解性物質がそうでなければ他の試薬成分によって取り込まれてしまう水を先制的に取り込むことを可能にし、それにより、他の試薬成分が劣化するのを予防するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される。言い換えれば、潮解性物質は、試薬マトリックスの他の成分が大気中から水を吸収する速度に比べて、より速い速度で大気中から水を吸収し、それにより、他の成分が水を吸収して、分解するのを予防するのに有効な量で提供されるのが好ましい。

いくつかの実施形態において、潮解性物質は、２個以上の潮解性物質の組み合わせであってもよい。例えば、塩の混合物、例えばＮａＣｌ、ＭｇＳＯ₄及びＣａＣｌ₂などが使用されてもよい。
個別に使用されるか又は組み合わせで使用されるかに関係なく、（単数若しくは複数の）潮解性物質は、ドライフィルム試薬中に約１重量％〜約１０重量％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬マトリックスに添加され得るが、約２重量％〜約８重量％の量がさらに好ましい。一実施形態において、潮解性物質は、約３重量％〜約７重量％の量でドライフィルム試薬マトリックス中に提供されるが、約３％〜約６％の量が好ましい。一実施形態において、潮解性物質は、ドライフィルム試薬マトリックス中に少なくとも約２％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬物質中に含まれるが、別の実施形態において、潮解性物質は、ドライフィルム試薬マトリックス中に少なくとも約３％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬物質中に含まれる。別の実施形態において、潮解性物質は、ドライフィルム試薬マトリックス中に約１０％以下の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬物質に添加され得る。

好ましい一実施形態において、潮解性物質は、ドライフィルム試薬中に約３．０％のＮａＣｌを提供するのに有効な量で提供された。別の好ましい実施形態において、潮解性物質は、ドライフィルム試薬中に約５．８％のＮａＣｌを提供するのに有効な量で提供された。好ましい第三の実施形態において、潮解性物質は、ドライフィルム試薬中に約６．５％のＭｇＳＯ₄を提供する量で提供された。
先に示したとおり、本明細書中に記載した本発明の原理は、例えば体液中の少なくとも１つの代謝産物の検出、特に血液サンプル中のグルコース検出など、サンプル中の少なくとも１つの検体を検出するための試験素子で使用される安定化試薬に特別な有用性を見出した。従って、本発明の特定の態様と原理は、特に好ましい一実施形態、すなわち、ＮａＣｌがＰＶＰ又はＰＶＰ含有物質を含む試薬混合物中に潮解性物質として使用される実施形態を記載することによって、本明細書中に例示される。ＰＶＰ及び塩化ナトリウムの水分収着挙動を理解することによって、塩化ナトリウム含有フィルムの改善されたメディエーター安定性に関する機構をより理解できる。この理解は、先に議論した物質、並びに新しいマトリックス成分に適用されるとき、バイオセンサマトリックスのデザインを容易にする。

実施例１
塩化ナトリウムを、試薬に添加して、試薬のイオン強度を増強した。水溶液と非スパイク血液の両方のブランク電流は、追加の塩化ナトリウムを含まない配合物と比較したとき、追加の塩化ナトリウムを含んだ配合物において有意に低下した（図１及び２を参照）。ＨＰＬＣによって独立に計測されたメディエーターの安定性は、図３に示されているように、追加の塩化ナトリウムを有するストリップにおいてより良好であった。結果では、試薬マトリックスの安定性が増強されている。図３に示されているように、試薬マトリックス中の、例えばＮａＣｌなどの潮解性物質の量の増加は、高湿度への曝露後にストリップ上に残留するメディエーター割合を増加させる。

実施例２
高温多湿への曝露がグルコースバイオセンサのメディエーター安定性の不足を引き起こすことが知られているので、ＰＶＰ、ＮａＣｌ、ＰＶＰとＮａＣｌの混合物の収着挙動を試験した。こうした試験は、完全な試薬マトリックスを試験することなく試薬マトリックスの収着特性を特徴づけする助けとなるので、望ましい水の吸収特性を有する試薬マトリックスフィルムを設計するための予測ツールとして有用である。
ＰＶＰとＮａＣｌの収着等温線を計測し、モデル化し、そしてＰＶＰとＮａＣｌの混合物について計測した収着等温線と比較した。必要に応じて、実測データを、Flory‐Huggins方程式を用いてモデル化した：

ｌｎａ_W＝ｌｎψ_W＋ψ_P＋χ_WP・ψ² _P
式中、ａ_Wは、気相中の水分活性（相対湿度）であり、ψは、水（ｗ）と重合体（Ｐ）の体積分率であり、そして、χ_WPは、水と重合体の間の相互作用パラメータである。
測定値と文献値は、図４に示されているように、ＰＶＰに関してはよく対応し、そして、相互作用パラメータの濃度依存性は、以下の方程式に当てはまることがわかった。この方程式は、混合物中のＰＶＰによる吸着水量を測定するのに使用した。
χ_w,P＝０．６９５４−０．１５３９・ψ_w−０．０３９２・ψ_w ^-1

実施例３
塩化ナトリウムは、潮解点を下回るかなりの量の水は吸着しない。従って、７５％の相対湿度の潮解点を下回り吸着された水の量は、多くても数分子層である。潮解点を上回ると、塩化ナトリウム結晶が溶解するので、溶液の濃度が気相中の水分活性の関数になり、以下のとおり計算される：

ａ_w＝γ_w・（１−ｘ_S）
式中、ｘ_Sは、溶液中の塩のモル分率であり、そして、γ_wは、活性係数である。
活性係数は、文献値から計算され、そして、水のモル分率に対して以下の相関に従うことがわかった（方程式、図５）：
γ_w＝−１０．１７５７ｘ_W ²＋２０．９６０１ｘ_W＋９．７８５４

実施例４
ＰＶＰ、ＮａＣｌ、及びＰＶＰとＮａＣｌの混合物の収着等温線を比較した。結果は、混合物によって吸着された水の質量が個々の成分の加重和であることを示している。塩化ナトリウムの潮解点を下回ると、これらの混合物によって吸着された水の量は、塩化ナトリウム量の増加に従って減少する。しかしながら、塩化ナトリウムの潮解点を上回る水分活性においては、その逆が当てはまった。これらの条件では、塩化ナトリウムが潮解点を上回るＰＶＰに比べてより多くの水を吸着するので、より多くの塩化ナトリウムを含むフィルムで、より多くの水の吸収があった。
個々の成分と混合物の比較を図６に示しているが、そこでは、ＰＶＰ／ＮａＣｌ比を０．２〜４．０の間で変えた。先に記載したバイオセンサに関しては、ＰＶＰ／ＮａＣｌ比は１．７〜３．４の範囲に及んだ。図６に示したように、ＰＶＰへのＮａＣｌの添加は、得られたマトリックスがより少ない水しか吸着しない事態を引き起こす。これは、ＰＶＰ（単独）の曲線が図の相対的に右側にあり、そして、ＮａＣｌ比が０．５：１から１：１、２：１、５：１へと高くなるにつれて、曲線が次第に左側に押し込まれてゆくという事実によって示されている。従って、マトリックス中の塩濃度が高ければ高いほど、より少ない水しかマトリックスによって吸着されないことが、発明者らによって示された。

実施例５
先に示したように、ＮａＣｌ以外の潮解性物質もまた使用し得る。例えば、ＭｇＳＯ₄潮解性物質で保護されるドライフィルム試薬は、大まかに先に記載した手順を用いることで有効であることが示された。特に、図７は、ドライフィルム試薬マトリックス中にＭｇＳＯ₄を含むことが、湿潤環境において水による劣化に対する保護を提供することを示している。
図７では、ロール２が、ＦＡＤＧＤＨ酵素／補因子系、ニトロソアニリンメディエーター、ＰＶＰを含むが、潮解性物質を含まないドライフィルム試薬の試験からのデータを示している。対照的に、ロール１１は、ロール２の試薬混合物と同等であるが、潮解性物質として約６％のＭｇＳＯ₄が加えられている試薬混合物を有するドライフィルム試薬の試験からデータを示している。これらの試験では、温度は約３０℃であり、そして、相対湿度は約８２％であった。

図７で提供したデータの検査では、ドライフィルム試薬マトリックスがＭｇＳＯ₄潮解性物質を含んでいるロール１１に比べて、ドライフィルム試薬マトリックスが潮解性物質を含んでいないロール２から有意に高いブランク電流が示された。これは、ドライフィルム試薬混合物中に約６％のＭｇＳＯ₄を含むことで、湿潤環境における水による分解から試薬が保護されることを示している。
収着等温線の分野での追加作業は、Sibylle Kachel, Philip Scharfer, and Wilhelm Schabel of Thin Film Technology, Institute of Thermal Process Engineering, Karlsuhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germanyによる"Sorption Isotherms of Mixtures of Polymers, Protein and Electrolytes - Measurement Data and Model Predictions,"と題された論文に記載されており、その内容を参照により本明細書中に援用する。
同様に、相平衡データは、以下の論文に報告されており、その内容を参照により本明細書中に援用する。

D. J. Cziczo, J. B. Nowak, J. H. Hu, J. P. D. Abbatt, Infrared spectroscopy of model tropospheric aerosols as a function of relative humidity: Observation of deliquescence and crystallization, J. Geophys. Res. 102 (D15)(1997) l8843-l8850.
P. B. Barraclough, P. G. Hall, The adsorption ofwater vapour by lithium fluoride, sodium fluoride and sodium chloride, Surf. Sci. 46 (2) (1974) 393 - 417.
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特定の好ましい実施形態を上記の説明で詳細に説明し、それは説明に役立ち、且つ、特徴を制限するものではないと見なされるが、好ましい実施形態は、以下の請求項によって規定される本発明の要旨の範囲内に含まれるそのすべての変更、同等物、及び修飾が保護されるように望むことが理解されるものとする。ある文脈又は実施形態で議論した態様又は特徴が、他の文脈又は実施形態に適用されるであろうことは、明細書から明白であろう。この明細書中で引用したすべての刊行物、特許、及び特許出願は、それぞれの個々の刊行物、特許、又は特許出願が、本明細書中にその全体が参照及び規定によって援用されるように明確に且つ個別に示されたかのように、参照によって本明細書中に援用される。

本発明の追加の実施形態が、本明細書中で以下に例示されている：
１．以下の：
ａ）作用電極と対電極；
ｂ）作用電極と対電極の間にまたがり、且つ、電極反応のために構成されたドライフィルム試薬マトリックス、
を含む、サンプル液体中の検体の量を測定するための試験素子であって；前記試薬マトリックスが、潮解性物質と、所望の電気化学反応を容易にするために有効な１若しくは複数の有効成分とを含み；そして、相対湿度が所定のレベルを超えているとき、前記潮解性物質が、大気中から水を先制的に吸収するように選択され、それに有効な量で提供される、試験素子。

２．以下の：
ａ）メディエーター；
ｂ）酵素；及び
ｃ）試薬マトリックスの他の成分による空気中からの水の吸収を減らすために選択され、それに有効な量で提供された潮解性物質を含む安定剤、
を含む血糖バイオセンサのためのドライフィルム試薬マトリックス。
３．空気中の湿気による試薬成分の分解に関してバイオセンサ試験素子の安定性を改善する方法であって、前記試験素子が、作用電極と対電極、及び作用電極と対電極の間にまたがり、且つ、電極反応のために構成されたドライフィルム試薬マトリックスを含み；試薬マトリックスの他の成分による空気中からの水の吸収を減らすために選択され、それに有効な量で提供される潮解性物質を試薬マトリックス中に含む方法。

４．電気化学バイオセンサのドライフィルム試薬マトリックスの安定性を改善する方法であって；試薬マトリックスの他の成分による空気中からの水の吸収を減らすために選択され、それに有効な量で提供される潮解性物質を試薬マトリックス中に含む方法。
５．バイオセンサ試験ストリップ上での電気化学反応を容易にするのに有効なドライフィルム試薬マトリックスであって、酵素及びメディエーターを含む前記試薬マトリックスにおいて、改善には、試薬マトリックスの他の成分による空気中からの水の吸収を減らすために選択された、それに有効な量の潮解性物質を試薬マトリックス中に提供することが含まれる。

６．前記潮解性物質が、約５０％の相対湿度〜約８０％の相対湿度の潮解点を有する、実施形態１に記載の試験素子。
７．前記潮解性物質が、約７０％の相対湿度〜約８０％の相対湿度の潮解点を有する、実施形態１に記載の試験素子。
８．前記潮解性物質が、約７５％の相対湿度に潮解点を有する、実施形態１に記載の試験素子。
９．前記潮解性物質が、ＮａＣｌを含んでいる、実施形態１に記載の試験素子。
１０．前記潮解性物質が、ＭｇＳＯ₄を含んでいる、実施形態１に記載の試験素子。

１１．前記試験素子が、その上にグルコース試薬マトリックスを有するグルコース測定器試験ストリップであり、且つ、前記試験ストリップ試薬マトリックスが、酵素系及びメディエーターを含んでいる、実施形態１に記載の試験素子。
１２．前記試験素子が、その上にグルコース試薬マトリックスを有するグルコース測定器試験ストリップであり、且つ、前記試験ストリップ試薬マトリックスが、酵素系及びメディエーターを含んでいる、実施形態８に記載の試験素子。
１３．前記酵素系が、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）酵素及び／又はフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）補因子を含んでいる、実施形態１１に記載の試験素子。
１４．前記メディエーターが、ニトロソアニリンメディエーターを含んでいる、実施形態１１に記載の試験素子。

１５．前記酵素系が、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）酵素及びフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）補因子を含んでおり、且つ、前記メディエーターが、ニトロソアニリンを含んでいる、実施形態１１に記載の試験素子。
１６．前記試薬マトリックスが、塗膜形成要素を含んでいる、実施形態１１に記載の試験素子。
１７．前記塗膜形成要素が、ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）及び／又はＰＶＰ含有物質を含んでいる、実施形態１６に記載の試験素子。
１８．前記試薬マトリックスが、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）酵素、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）補因子、ニトロソアニリンメディエーター、及びポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）を含んでいる塗膜形成要素を含んでいる、実施形態１１に記載の試験素子。

１９．前記潮解性物質が、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化亜鉛、炭酸カリウム、リン酸カリウム、カーナライト、クエン酸第二鉄アンモニウム、水酸化カリウム、及び水酸化ナトリウムから成る群から選択される１若しくは複数のメンバーを含む、実施形態１１に記載の試験素子。
２０．前記潮解性物質が、ＮａＣｌを含んでいる、実施形態１９に記載の試験素子。
２１．前記潮解性物質が、ＭｇＳＯ₄を含んでいる、実施形態１９に記載の試験素子。
２２．前記潮解性物質が、試薬マトリックスの他の成分が大気中から水を吸収する速度より速い速度で大気中から水を吸収するのに有効な量で提供される、実施形態１１に記載の試験素子。
２３．大気中の相対湿度が約７５％を超えているとき、前記潮解性物質が、試薬マトリックスの他の成分が大気中から水を吸収する速度より速い速度で大気中から水を吸収するのに有効な量で提供される、実施形態１１に記載の試験素子。

２４．相対湿度が潮解性物質の潮解点を超えているとき、他の試薬成分の吸水特性と比較して、前記潮解性物質が、大気中から水を優先的に吸収するように選択され、それに有効な量で提供され、それにより、大気中から水を吸収することから試薬マトリックスの他の成分を保護している、実施形態１に記載の試験素子。
２５．前記潮解性物質が、ドライフィルム試薬中に約１重量％〜約１０重量％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される、実施形態１に記載の試験素子。
２６．前記潮解性物質が、ドライフィルム試薬中に約２重量％〜約８重量％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される、実施形態１に記載の試験素子。

２７．前記潮解性物質が、ドライフィルム試薬中に約３重量％〜約７重量％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される、実施形態１に記載の試験素子。
２８．前記潮解性物質が、ドライフィルム試薬マトリックス中に少なくとも約２％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される、実施形態１に記載の試験素子。
２９．前記潮解性物質が、ドライフィルム試薬マトリックス中に少なくとも約３％の潮解性物質を提供するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される、実施形態１に記載の試験素子。

３０．前記潮解性物質が、ＮａＣｌであり、且つ、ドライフィルム試薬中に約３．０％〜約６．０％のＮａＣｌを提供するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される、実施形態１に記載の試験素子。
３１．前記潮解性物質が、ＭｇＳＯ₄であり、且つ、ドライフィルム試薬中に約３．０％〜約７．０％のＭｇＳＯ₄を提供するのに有効な量で試薬マトリックス中に提供される、実施形態１に記載の試験素子。

Claims

サンプル液体中の検体の存在又は濃度を決定するための試験素子であって、以下の：
ａ）支持体上に配置された少なくとも１の作用電極と少なくとも１の対電極；
ｂ）前記少なくとも１の作用電極と前記少なくとも１の対電極の間にまたがり、且つ、電極反応のために構成されたドライフィルム試薬マトリックスであって、当該試薬マトリックスが、潮解性物質と、所望の電気化学反応を促進するために有効な１若しくは複数の有効成分とを含み、ここで当該潮解性物質が、塩化ナトリウム、又は塩化ナトリウムを含む潮解性物質の組合せであり、ここで、相対湿度が所定のレベルを超えているとき、前記潮解性物質が、大気中から水を先制的に吸収するように選択され、それに有効な量で提供され、そしてここで、当該潮解性物質が、約５０％の相対湿度〜約８０％の相対湿度の潮解点を有する、試験素子。
前記潮解性物質が、約７５％の相対湿度の潮解点を有する、請求項１に記載の試験素子。
前記試験素子が、グルコース測定器試験ストリップであり、ここで、所望の電気化学反応を促進するために有効な１又は複数の有効成分が、少なくとも１の酵素システム及び少なくとも１のメディエーターを含むグルコース試薬マトリクスである、請求項１又は２に記載の試験素子。
前記少なくとも１の酵素システムが、グルコースデヒドロゲナーゼ及びフラビンアデニンジヌクレオチド補因子を含んでいる、請求項３に記載の試験素子。
前記少なくとも１のメディエーターが、ニトロソアニリンを含んでいる、請求項３又は４に記載の試験素子。
前記ドライフィルム試薬マトリックスが、ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）及び／又はＰＶＰ含有物質を含んでいる塗膜形成要素をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の試験素子。
大気中の相対湿度が約７５％を超えている場合に、前記潮解性物質が、試薬マトリックスの他の成分が大気中から水を吸収する速度より速い速度で大気中から水を吸収する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の試験素子。
相対湿度が潮解性物質の潮解点を超えているとき、他の試薬成分が大気から水を吸収する割合よりも早い割合で、大気から水を吸収する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の試験素子。
前記潮解性物質が、ドライフィルム試薬マトリックスの総重量に基づいて、約１重量％〜約１０重量％の量で存在する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の試験素子。
前記潮解性物質が、ドライフィルム試薬マトリックスの総重量に基づいて、少なくとも約２重量％の量で存在する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の試験素子。
前記潮解性物質が、塩化ナトリウムであり、そしてドライフィルム試薬マトリクスの総重量に基づいて、ドライフィルム試薬マトリクス中に約３．０重量％〜約６．０重量％の量で提供される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の試験素子。
前記潮解性物質の組合せが、さらに硫酸マグネシウムを含み、そしてドライフィルム試薬マトリックスの総重量に基づいて、ドライフィルム試薬マトリックス中に約３．０重量％〜約７．０重量％の量で提供される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の試験素子。
空気中の湿気による試薬成分の分解に関してバイオセンサ試験素子の安定性を改善する方法であって、
支持体上に配置された少なくとも１の作用電極と少なくとも１の対電極、及び作用電極と対電極の間にまたがり、且つ、電極反応のために構成されたドライフィルム試薬マトリックスを含む試験素子を提供し；
ここで当該ドライフィルム試薬マトリックスが、ドライフィルム試薬マトリックスの他の成分による空気中からの水の吸収を減らすために有効な量で潮解性物質を含み、そしてここで当該潮解性物質が、塩化ナトリウム、又は塩化ナトリウムを含む潮解性物質の組合せである、方法。
前記潮解性物質が、塩化ナトリウムであり、そしてドライフィルム試薬マトリクスの総重量に基づいて、ドライフィルム試薬マトリクス中に約３．０重量％〜約６．０重量％の量で提供される、請求項１３に記載の方法。
前記潮解性物質の組合せが、さらに硫酸マグネシウムを含み、そしてドライフィルム試薬マトリックスの総重量に基づいて、ドライフィルム試薬マトリックス中に約３．０重量％〜約７．０重量％の量で提供される、請求項１３に記載の方法。