JP6272400B2 - 生物学的分析物を分析検査するボルタンメトリーシステム - Google Patents
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Description
本出願は、2004年5月14日に出願され、参照によりその全体が組み込まれる、「Methods for Using Linear or Cyclic Voltammetry in Assaying Glucose and Other Biological Analytes」という名称の米国仮出願第60/571,388号の利益を主張する。
(1)グルコース+EOx==ERed+生成物
(2)ERed+nMedOx==nMedRed+EOx
(3)MedRed==MedOx+ne−
ここで、EOxおよびERedは、それぞれ、酵素の酸化還元対の酸化形態および還元形態であり、一方、MedOxおよびMedRedは、それぞれ、メディエーターの酸化形態および還元形態である。酵素反応の生成物は、グルコン酸またはグルコノラクトンであってよい。
用語「メディエーター」は、酸化されるか、または、還元されてもよく、1つまたは複数の電子を移動させてもよい物質として定義される。メディエーターは、電気化学分析における試薬であり、対象の分析物ではないが、分析物の間接測定を可能にする。簡単なシステムでは、メディエーターは、分析物の酸化および還元に応答して酸化還元反応を受ける。酸化されるか、または、還元されたメディエーターは、次に、作用電極において反対の酸化還元反応を受け、その元の酸化数に再生される。
用語「反転点」は、順方向スキャンが停止し、逆方向スキャンが開始されるときのサイクリックスキャンまたは非サイクリックスキャンにおける点として定義される。
の電流ピークよりも多く含むスキャンとして、一態様において定義される。たとえば、−
0.5 Vから+0.5 V、そして、+0.25 Vに戻るなど、逆方向スキャンが停止する電圧と異な
る電圧で順方向スキャンが開始するような、順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャ
ンを含むスキャンは、非サイクリックスキャンの例である。別の例では、スキャンが、酸
化還元対の式量電位EO/から最大±20 mV、±10 mV、または±5 mV離れた点で開始すると
きに、非サイクリックスキャンは実質的に同じ電圧で開始し、終了してもよい。別の態様
では、非サイクリックスキャンは、酸化還元対の酸化ピークと還元ピークを実質的に排除
する順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャンを含むスキャンとして定義される。た
とえば、スキャンは、酸化還元対の定常状態領域内で、開始し、反転し、終了してもよく、したがって、対の酸化ピークと還元ピークが排除される。
態様1:
サンプル中の分析物の濃度を決定する方法であって、
前記サンプルに非サイクリックスキャンを適用するステップと、
前記サンプル中の前記分析物の濃度を決定するステップとを含む方法。
前記分析物は、グルコース、コレステロール、トリグリセリド、乳酸、ピルビン酸、アルコール、ビリルビン、尿酸、NAD(P)H、および一酸化炭素からなる群から選択される、態様1に記載の方法。
前記分析物はグルコースである、態様1または2に記載の方法。
態様4:
前記サンプルは生物学的サンプルである、態様1〜3のいずれかに記載の方法。
前記サンプルは全血である、態様1〜4のいずれかに記載の方法。
態様6:
前記非サイクリックスキャンは、順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャンを含み、前記順方向スキャンは、前記逆方向リニアスキャンが終了する電圧と異なる電圧で開始する、態様1〜5のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャンを含み、酸化還元対の式量電位EO/から最大±20 mV離れた点で、前記順方向スキャンは開始し、前記逆方向スキャンは終了する、態様1〜6のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、酸化還元対の定常状態領域内に順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャンを含み、前記スキャンは、10〜200 mVの範囲のスキャンを有する、態様1〜7のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、最小176 mV/秒の速度で前記スキャンの電圧を変えるステップを含む、態様1〜8のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、最小500 mV/秒の速度で前記スキャンの電圧を変えるステップを含む、態様1〜9のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、最大175 mV/秒の速度で前記スキャンの電圧を変えるステップを含む、態様1〜10のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、最大50 mV/秒の速度で前記スキャンの電圧を変えるステップを含む、態様1〜11のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、400〜600 mVのスキャン範囲を含む、態様1〜12のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、600〜1000 mVのスキャン範囲を含む、態様1〜13のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、最小25 mVの定常状態領域を含む、態様1〜14のいずれかに記載の方法。
前記スキャンの前記定常状態領域は、電圧に対して最大±10%の電気化学的電流の変化を含む、態様1〜15のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、25〜400 mVの定常状態領域を提供するために選択された反転点を含む、態様1〜16のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、反転点から負側に50〜500 mVの電位で終了する逆方向スキャンを含む、態様1〜17のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、前記逆方向スキャンの電流が、定常状態電流から最小25%だけ偏移すると終了する逆方向スキャンを含む、態様1〜18のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、酸化還元対の2つの種の間で最小100:1の濃度比を提供する少なくとも1つの電圧を含む、態様1〜19のいずれかに記載の方法。
前記非サイクリックスキャンは、作用電極における最小180 mVの少なくとも1つの電位を含む、態様1〜20のいずれかに記載の方法。
前記決定することは、準積分データ処理を含む、態様1〜21のいずれかに記載の方法。
態様23:
前記準積分データ処理は、前記非サイクリックスキャンからの電流値を準積分し、定常状態準積分電流を決定するステップを含む、態様1〜22のいずれかに記載の方法。
前記準積分データ処理は、少なくとも1つのヘマトクリットによって影響を受けた平衡電流から少なくとも1つの定常状態電流を分離する、態様1〜23のいずれかに記載の方法。
前記準積分は、少なくとも1つの半ステップ積分を含む、態様1〜24のいずれかに記載の方法。
前記準積分データ処理は時間依存因子を欠く、態様1〜25のいずれかに記載の方法。
態様27:
前記決定することは、ピーク電流値と定常状態電流値との比を決定するステップを含むヘマトクリット補償を含む、態様1〜26のいずれかに記載の方法。
前記決定することは、微分データ処理を含む、態様1〜27のいずれかに記載の方法。
態様29:
前記決定することは、負側のピークを正側のピークで除算するステップを含むヘマトクリック補償を含む、態様1〜28のいずれかに記載の方法。
前記決定することは、準微分データ処理を含む、態様1〜29のいずれかに記載の方法。
態様31:
前記準微分データ処理は、ボルタンメトリー電流領域の少なくとも一部分をピークに変換する、態様1〜30のいずれかに記載の方法。
前記決定することは、少なくとも1つの定常状態電流値を補償式に入力するステップを含む、態様1〜31のいずれかに記載の方法。
前記サンプル中の前記分析物の濃度を決定することは、前記非サイクリックスキャンをクーロメトリーに置き換えた場合に比べて、基準機器から得られる濃度値により近い濃度値を提供する、態様1〜32のいずれかに記載の方法。
サンプル中の分析物の濃度を決定するための、手持ち式分析物測定デバイスであって、センサストリップを受け取るようになっている非サイクリックスキャン式測定デバイスを備え、
前記非サイクリックスキャン式測定デバイスは、電気回路によって、ディスプレイに電気接続する少なくとも2つのデバイス接点を備え、
前記センサストリップは、少なくとも第1センサストリップ接点および第2センサストリップ接点を備え、前記第1センサストリップ接点は導体によって作用電極に電気接続し、
前記第2センサストリップ接点は導体によって対向電極に電気接続し、
第1試薬層は、前記電極のうちの少なくとも1つの電極上にあり、前記第1試薬層は、オキシドレダクターゼおよび酸化還元対の少なくとも1つの種を含むデバイス。
前記分析物はグルコースである、態様34に記載のデバイス。
態様36:
前記第1試薬層は、少なくとも前記作用電極と前記対向電極上にある、態様34または35に記載のデバイス。
少なくとも前記対向電極上に第2試薬層を含み、前記第2試薬層は、酸化還元対の少なくとも1つの種を含む、態様34〜36のいずれかに記載のデバイス。
前記電気回路は、前記サンプルを含む前記センサストリップに非サイクリックスキャンを適用する手段を備える、態様34〜37のいずれかに記載のデバイス。
前記非サイクリックスキャンは、順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャンを含み、前記順方向スキャンは、前記逆方向直線スキャンが停止する電圧と異なる電圧で開始する、態様34〜38のいずれかに記載のデバイス。
前記非サイクリックスキャンは、順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャンを含み、酸化還元対の式量電位EO/から最大±20 mV離れた点で、前記順方向スキャンは開始し、前記逆方向スキャンは終了する、態様34〜39のいずれかに記載のデバイス。
前記非サイクリックスキャンは、酸化還元対の定常状態領域内に順方向リニアスキャンと逆方向リニアスキャンを含み、前記スキャンは、10〜200 mVのスキャン範囲を有する、態様34〜40のいずれかに記載のデバイス。
サンプル中の分析物の濃度を決定する方法であって、
前記サンプルにボルタンメトリー順方向リニアスキャンを適用するステップと、
得られる電流を測定するステップと、
前記測定された電流にデータ処理を適用するステップと、
前記サンプル中の前記分析物の濃度を決定するステップとを含む方法。
前記分析物はグルコースである、態様42に記載の方法。
態様44:
前記サンプルは全血である、態様42または43のいずれかに記載の方法。
前記順方向リニアスキャンの反転点において、前記サンプルにボルタンメトリー逆方向リニアスキャンを適用するステップをさらに含む、態様42〜44のいずれかに記載の方法。
前記ボルタンメトリー順方向リニアスキャンと前記ボルタンメトリー逆方向リニアスキャンは、サイクリックスキャンを形成する、態様42〜45のいずれかに記載の方法。
前記順方向スキャンは、最小176 mV/秒の速度で前記スキャンの電圧を変えるステップを含む、態様42〜46のいずれかに記載の方法。
前記順方向スキャンは、最小500 mV/秒の速度で前記スキャンの電圧を変えるステップを含む、態様42〜47のいずれかに記載の方法。
前記順方向スキャンは、400〜1000 mVのスキャン範囲を含む、態様42〜48のいずれかに記載の方法。
前記逆方向スキャンは、最小25 mVの定常状態領域を含む、態様42〜49のいずれかに記載の方法。
前記スキャンの前記定常状態領域は、電圧に対して最大±10%の電気化学的電流の変化を含む、態様42〜50のいずれかに記載の方法。
前記反転点は、25〜400 mVの定常状態領域を提供するために選択される、態様42〜51のいずれかに記載の方法。
前記順方向スキャンは、酸化還元対の2つの種の間で最小100:1の濃度比を提供する少なくとも1つの電圧を含む、態様42〜52のいずれかに記載の方法。
前記順方向スキャンは、作用電極における最小180 mVの少なくとも1つの電位を含む、態様42〜53のいずれかに記載の方法。
前記データ処理は、準積分、微分、準微分、およびその組み合わせからなる群から選択される、態様42〜54のいずれかに記載の方法。
前記データ処理は、準積分データ処理を含む、態様42〜55のいずれかに記載の方法。
態様57:
前記データ処理は、前記順方向リニアスキャンからの電流を準積分し、定常状態準積分電流を決定するステップを含む、態様42〜56のいずれかに記載の方法。
前記準積分データ処理は時間依存因子を欠く、態様42〜57のいずれかに記載の方法。
態様59:
前記データ処理は、準微分データ処理を含む、態様42〜58のいずれかに記載の方法。
前記準微分データ処理は、ボルタンメトリー電流領域の少なくとも一部分をピークに変換する、態様42〜59のいずれかに記載の方法。
前記決定することは、ヘマトクリット補償を含む、態様42〜60のいずれかに記載の方法。
前記補償は、ピーク電流値と定常状態電流値との比を決定するステップを含む、態様42〜61のいずれかに記載の方法。
前記決定することは、少なくとも1つの定常状態電流値を補償式に入力するステップを含む、態様42〜62のいずれかに記載の方法。
前記サンプル中の前記分析物の濃度を決定することは、前記ボルタンメトリー順方向リニアスキャンをクーロメトリーに置き換えた場合に比べて、基準機器から得られる濃度値により近い濃度値を提供する、態様42〜63のいずれかに記載の方法。
サンプル中の分析物の濃度を決定するための、手持ち式分析物測定デバイスであって、センサストリップを受け取るようになっているボルタンメトリー走査式測定デバイスを備え、
前記ボルタンメトリー走査式測定デバイスは、電気回路によって、ディスプレイに電気接続する少なくとも2つのデバイス接点を備え、
前記センサストリップは、少なくとも、第1センサストリップ接点および第2センサストリップ接点を備え、前記第1センサストリップ接点は導体によって作用電極に電気接続し、前記第2センサストリップ接点は導体によって対向電極に電気接続し、
第1試薬層は、前記電極のうちの少なくとも1つの電極上にあり、前記第1試薬層は、オキシドレダクターゼおよび酸化還元対の少なくとも1つの種を含むデバイス。
前記分析物はグルコースである、態様65に記載のデバイス。
態様67:
前記ボルタンメトリー走査は、リニアスキャンを含む、態様65または66のいずれかに記載のデバイス。
前記ボルタンメトリー走査は、サイクリックスキャンを含む、態様65〜67のいずれかに記載のデバイス。
前記第1試薬層は、少なくとも、前記作用電極と前記対向電極上にある、態様65〜68のいずれかに記載のデバイス。
前記対向電極上に第2試薬層をさらに含み、前記第2試薬層は、酸化還元対の少なくとも1つの種を含み、
前記第1試薬層は、前記作用電極上にある、態様65〜69のいずれかに記載のデバイス。
前記電気回路は、前記サンプルを含む前記センサストリップにボルタンメトリースキャンを適用する手段を備える、態様65〜70のいずれかに記載のデバイス。
前記センサストリップにボルタンメトリースキャンを適用する手段は、前記センサストリップにリニアスキャンを適用する手段を備える、態様65〜71のいずれかに記載のデバイス。
前記センサストリップにボルタンメトリースキャンを適用する手段は、前記センサストリップにサイクリックスキャンを適用する手段を備える、態様65〜72のいずれかに記載のデバイス。
サンプル中の分析物の濃度を決定するための、手持ち式測定デバイスであって、
デバイスは、センサストリップを受け取るようになっており、デバイスは、
接点と、
少なくとも1つのディスプレイと、
前記接点と前記ディスプレイとの間の電気接続を確立する電子回路要素とを備え、前記電子回路要素は、
電気接続した状態の、電気充電器およびプロセッサとを備え、前記プロセッサは、コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードを含むコンピュータ読み取り可能記憶媒体に電気接続し、前記コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードは、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが、準積分、微分、準微分、およびその組み合わせからなる群から選択されるデータ処理を実施するようにさせるデバイス。
前記分析物はグルコースである、態様74に記載のデバイス。
態様76:
前記データ処理は、準積分データ処理を含む、態様74または75に記載のデバイス。
前記データ処理は、微分データ処理を含む、態様74〜76のいずれかに記載のデバイス。
態様78:
前記データ処理は、準微分データ処理を含む、態様74〜77のいずれかに記載のデバイス。
前記コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードをさらに含み、前記コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードは、前記プロセッサによって実行されると、前記電気充電器が、前記接点を通してボルタンメトリックスキャンを適用するようにさせる、態様74〜78のいずれかに記載のデバイス。
前記コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードは、前記プロセッサによって実行されると、前記電子回路要素が、態様1〜33および42〜64のいずれかに記載の方法を実施するようにさせる、態様74〜79のいずれかに記載のデバイス。
前記コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードは、前記プロセッサによって実行されると、前記電子回路要素が、態様1〜33および42〜64のいずれかに記載の方法を実施するようにさせる、態様74〜79のいずれかに記載のデバイス。
サンプル中の分析物の濃度を決定するための、手持ち式測定デバイスであって、
デバイスは、センサストリップを受け取るようになっており、デバイスは、
接点と、
少なくとも1つのディスプレイと、
前記接点と前記ディスプレイとの間の電気接続を確立する電子回路要素とを備え、前記電子回路要素は、
電気接続した状態の、電気充電器およびプロセッサとを備え、前記プロセッサは、コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードを含むコンピュータ読み取り可能記憶媒体に電気接続し、前記コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードは、前記プロセッサによって実行されると、前記充電器が、前記接点を通してボルタンメトリースキャンを適用するようにさせるデバイス。
前記ボルタンメトリースキャンは、非サイクリックスキャンを含む、態様82に記載のデバイス。
前記ボルタンメトリースキャンは、リニアスキャンを含む、態様82または83に記載のデバイス。
前記ボルタンメトリースキャンは、サイクリックスキャンを含む、態様82〜84のいずれかに記載のデバイス。
前記コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードは、前記プロセッサによって実行されると、前記電子回路要素が、態様1〜33および42〜64のいずれかに記載の方法を実施するようにさせる、態様82〜85のいずれかに記載のデバイス。
前記コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードは、前記プロセッサによって実行されると、前記電子回路要素が、態様1〜33および42〜64のいずれかに記載の方法を実施するようにさせる、態様82〜85のいずれかに記載のデバイス。
分析物濃度を決定するシステムは、サンプルを含むセンサストリップと、1つまたは複数の走査技法および1つまたは複数のデータ処理を実施する測定デバイスとを含んでもよい。一態様では、本発明は、1つまたは複数のセンサストリップと、分析物の濃度を出力するための、走査技法およびデータ処理を実施する手持ち式電子デバイスとを含むキットであってよい。
一定電圧を印加し、一方、時間の関数として電流を測定する従来のアンペロメトリーおよびクーロメトリーと違って、ボルタンメトリー走査は、固定速度(V/秒)で電極にまたがって電位(電圧)を印加すること、および、印加された電位の関数として電流を測定することを含む。ボルタンメトリー走査は、リニア方式、サイクリック方式、または、非サイクリック方式で実施することができる。サイクリックボルタンメトリー走査は、一般に、「サイクリックボルタンメトリー」と呼ばれる。
リニア走査、サイクリックスキャン、または非サイクリックスキャンによって、サンプル中の分析物の濃度が決定されてもよい。さらに、分析物濃度測定に対するヘマトクリットの影響が、決定されてもよい。スキャンからのデータは、複数の方法で処理されて、この有用な情報および他の有用な情報が抽出されてもよいが、準積分、微分、および準微分技法が、今のところ好ましい。
ボルタモグラムの準積分は、拡散によって制限された定常状態電流をヘマトクリットによって影響された平衡電流(初期ピーク)から分離してもよい。実験的に得られたボルタンメトリー電流i(t)の準積分は、以下の数学的形式を有する。
I(t)は、変換およびi(t)の準積分であり、
uは、変換パラメータであり、
d−1/2/dt−1/2は、準積分作用素である。
デジタル処理のための好ましいアルゴリズムは、
式(3)から、定常状態準積分電流は、従来のアンペロメトリー法の時間依存因子を欠くことが見てわかる。そのため、準積分電流応答は、従来のアンペロメトリーから得られる連続して変化するアンペロメトリー電流の代わりに、一連のプラトー電流と考えられてもよい。準積分によって、定常状態電流の定量が可能になるため、ピーク電流が定量されるときよりも、より高速なスキャン速度が使用されてもよい。そのため、準積分と組み合わせた、リニア、サイクリック、または非サイクリックボルタンメトリーは、グルコース濃度に応答して定常状態電流を迅速に生成する。こうして、クーロンメトリの長い待ち時間、および、アンペロメトリーにおける電流の非定常状態の性質の欠点が低減される場合がある。
準積分に加えて、ボルタモグラムの準微分もまた、準微分のピークを測定することによって、分析物を定量するのに使用されてもよい。実験的に得られたボルタンメトリー電流i(t)の準微分は、以下の数学的形式を有する。
準微分の一実施態様は、式(7)で先に示したように、準積分の全ステップ微分をとることである。準積分プロットにおいてボルタンメトリースキャンを表すピークおよび定常状態プラトー領域と違って、準微分プロットは、ボルタンメトリースキャデータを酸化還元対の遷移を中心とするピークに変換する。図4Aは、20%ヘマトクリット全血サンプル中の16 mMフェロシアニドの、サイクリックボルタンメトリー、準積分、および準微分を示す。この例では、センサストリップの作用電極は、酵素および酸化されたメディエーターを欠いた。図4Bは、順方向スキャンについてのピーク高さを示す、図4Aの準微分曲線の拡大図である。順方向または逆方向スキャンピーク高さの値は、サンプルの分析物濃度に関係付けられてもよい。
ヒトについての標準的なヘマトクリット範囲(RBC濃度)は、20%〜60%であり、40%のあたりを中心とする。ヘマトクリットの影響は、YSI Inc.(オハイオ州イエロースプリング(Yellow Spring, Ohio))から入手可能なYSI2300STAT PLUS(商標)などの基準機器から得られる基準グルコース濃度読み取り値と、上述した方法から得られる実験的なグルコース濃度読み取り値との間の差(偏移)を指す。基準の読み取り値と実験的な読み取り値との差は、特定の全血サンプル間の変動するヘマトクリットレベルから生じる。
一態様では、全血をグルコース濃度について分析するときに、濃度決定についてのヘマトクリット偏移を低減するために、低速スキャン速度が、リニア走査、サイクリックスキャン、または非サイクリックスキャン、および準積分と組み合わされてもよい。図10Aは、低い(25 mV/秒)スキャン速度の場合、60%ヘマトクリット(線c)について、準積分の準方向スキャン部分において大きなピークが観察されるが、60%ヘマトクリット(線b)について、小さなピークが観察されることを示す。20%ヘマトクリット線(a)は、有意のピークを欠く。そのため、準積分プロットのピーク部分は、サンプルのヘマトクリット含有量に応答し、ピークの大きさは、ヘマトクリットレベルに定量的に関連してもよい。
図5は、水溶液のグルコース濃度が増加するときの、サイクリックボルタモグラムに関する作用を示す。0 mg/dLのグルコース濃度を表す線(線a)、100 mg/dLのグルコース濃度を表す線(線b)、200 mg/dLのグルコース濃度を表す線(線c)、400 mg/dLのグルコース濃度を表す線(線d)、および600 mg/dLのグルコース濃度を表す線(線e)が示される。走査速度は、25 mV/秒であった。図6は、準積分データ処理による準積分電流への変換後の、図5からのスキャンデータを提示する。そのため、各グルコース濃度の差は、図6のX軸から明らかである。
実施例1:センサストリップの調製
図1A〜図1Bを参照すると、電気化学センサストリップ10を調製するために、電極12および14は、米国特許第5,798,031号および第5,120,420号に記載される技法を使用してなどで、絶縁材料の基部上に形成された。ポリカーボネートストリップ16上にスクリーン印刷することによって、銀ペースト18が堆積された。このペーストは、電極12および14の電気接点20aおよび20bならびに下部層18を形成するために、あるパターンで印刷された。
実施例2:分析の実施
図2Cは、電気回路210およびディスプレイ230に電気接続した接点220を含む測定デバイス200の略図である。一態様では、測定デバイス200は、手で保持され、センサストリップを受け取るようになっている。別の態様では、測定デバイス200は、センサストリップを受け取り、ボルタンメトリー走査を実施するようになっている手持ち式測定デバイスである。別の態様では、測定デバイス200は、センサストリップを受け取り、非サイクリックスキャンを実施するようになっている手持ち式測定デバイスである。
100 mg/dL水性グルコース溶液は、AscensiaAUTODISC(登録商標)センサ内に導入された。25 mV/秒のスキャン速度を有するサイクリックスキャンが、CH Instrumentsのポテンショスタットを使用してセンサストリップに適用された。サイクリックボルタモグラム(CV)が、図3Aにプロットされ、一方、その準積分(si)が、図3Bとしてプロットされた。データは、対向電極の電位(フェリシアニド)に対する走査電位の関数としてプロットされた。図3Bは、さらに、準積分プロットにおける定常状態電流のプラトーを示し、たとえば、0.2 Vと0.4 Vと間の定常状態プラトー領域の差は、実質的にゼロであったが、〜−0.15 Vにおける、定常状態プラトーと、順方向電流ピーク(siss)との差は、比較的大きかった。
図5では、それぞれ、a〜eで表示された0、100、200、400、および600 mg/dLのグルコースを含む水性グルコース溶液を装填されたAscensiaAUTODISC(登録商標)に、サイクリックスキャンが適用された。図を見てわかるように、各グルコース濃度についてのピークは、グルコース濃度が増加するにつれて、上昇し、より高電位にシフトした。図6は、図5のサイクリックボルタモグラムについての対応する準積分を示す。グルコース濃度がゼロにて、準積分電流は、実質的にゼロであった。
2003年10月24日に出願された米国仮特許出願第60/513,817号に全体が記載されるように、作用電極と対向電極上に異なる試薬層を有するセンサストリップが構築された。約22%K3Fe(CN)6、0.7%ベントン、1.5%CMCから作られるが、活性成分を含まないフェリシアニド層が、対向電極上に堆積された。16.8ユニット/μL PQQ−GDH、250 mMフェリシアニド、1.8%CMC、64 mMリン、および64 mM NaClの試薬溶液から作られた層が、作用電極上に堆積された。50 mg/dLグルコースおよび20%、40%、または60%ヘマトクリット(図7A〜図7Cにおいてそれぞれa〜cで表示される)を含む全血サンプルが、センサストリップ内に導入された。
サイクリック電流および非サイクリック電流は、サンプルのグルコース濃度を定量するのに直接使用されてもよいが、これらのボルタモグラムの準積分は、サンプルのグルコース濃度を表すための好ましい値を提供する。図8A、図8B、および図8Cに提示される準積分は、図7A、図7B、および図7Cから得られた。20%全血サンプル(a)からの準積分は、実質的に平坦であり、プラトーにおいて事実上全くピークを持たないことに留意されたい。ヘマトクリットレベルが増加するにつれて、40%〜60%ヘマトクリット(b、c)からのピークが、益々顕著になった。同様に、グルコース濃度が増加するにつれて、20%、40%、および60%ヘマトクリットの3つの定常状態電流は、さらに分離された。準積分から得られる0.3 Vでの定常状態電流は、3つのヘマトクリットについての較正曲線を構築するのに使用された。
20%、40%、および60%ヘマトクリットレベルの全血グルコースを使用して、高速スキャンサイクリックボルタンメトリーを行うのに、例4で述べたセンサストリップが使用された。図9A、図9B、および図9Cは、それぞれ、0.025 V/秒、0.5 V/秒、および1 V/秒スキャン速度における、400 mg/dLグルコースを含む全血のサイクリックボルタモグラムである。0.025 V/秒スキャン速度におけるボルタモグラムについて、0.3 Vのボルタンメトリー電流間に大きな偏移が存在したが、スキャン速度の増加に伴って、この偏移は減少した。これらのサイクリックボルタモグラムの準積分は、図10A、図10B、および図10Cに示される。同じグルコース濃度における、各ヘマトクリットパーセンテージについての定常状態電流は、スキャン速度が増加するにつれて、一緒に合流した。最初の電流ピークは、高速スキャン速度で実質的に減少した。
400 mg/dLグルコースおよび20、40、または55%ヘマトクリットを含む全血サンプルが、それぞれ、3つのセンサストリップに適用された。約6秒待った後に、高速(1 V/秒)非サイクリックスキャンが、0.2 Vから0.3 Vまで、そして、もとの0.2 Vまで適用された。図3Hに関して先に述べたように、スキャンから準積分電流を決定した後、0.3 Vにおける、非サイクリックスキャン電流値および対応する準積分電流値を使用して、3つのWBサンプルのそれぞれにおいてグルコース濃度が決定された。
20%、40%、および60%ヘマトクリット線からの準積分電流を使用して、図11A、図11B、および図11Cに示す、0.025 V/秒、0.5 V/秒、および1 V/秒のスキャン速度について、較正曲線が構築された。センサストリップは、例4のセンサストリップと同様である。0.025 V/秒のスキャン速度では、図11Aにおいて試験された全血サンプルの3つのヘマトクリットについて、3つの明瞭な線が観察された。スキャン速度が、0.025 V/秒から0.5 V/秒(図11B)へ増加するにつれて、3つの較正曲線は、接近し、1 V/秒(図11C)において、ほぼ合流した。この例は、全血サンプル中のグルコース測定が、WBサンプルのヘマトクリットの影響を回避する場合があることを実証した。
図8A〜図8Cから、ヘマトクリットレベルと電流ピークの高さとの間の関係が存在する。ピーク高さと定常状態電流(si)との比は、グルコース濃度に無関係である。この特性を使用して、全血サンプルのヘマトクリットレベルが示されてもよい。
全血%−ヘマトクリットは、図13Aに示すように、ヘマトクリット指数についての較正曲線として、ヘマトクリット指数(HI)値に対してプロットされた。同時に、図11Aからの3つのヘマトクリットレベルにおけるグルコース較正線の傾斜が、図13Bに示すように、WB%−ヘマトクリットに対してプロットされた。電流信号からグルコース値を計算するのに、40%ヘマトクリットにおける単一の傾斜(および切片)を使用する代わりに、%−ヘマトクリット依存曲線が使用された。これは、以下の方法で達成された。
(a)図12からなど、準積分からのピーク電流およびプラトー電流が得られた後、ヘマトクリット指数(HI)値が計算された。
(b)このHI値を使用して、WBサンプルの%−ヘマトクリット値が、図13Aから見出された。
(c)この%−ヘマトクリット値を使用して、ヘマトクリット依存である近似較正傾斜が、図13Bから決定された。同様な方法は、ヘマトクリット依存切片を見出すのに使用されてもよい。
(d)(c)からの傾斜(および切片)を使用して、si電流がグルコース値に変換された。図14は、こうした補償手順の最終結果を示し、未補償グルコース読み取り値は、ダイアモンドとして示され、一方、補償済みデータ点は、開いた四角形として示される。精度の改善は、特に、高いグルコース濃度において明らかである。
ヘマトクリット値は、スキャン中のピーク電流に続く場合がある電流減衰プロセスによって識別されてもよい。この特徴は、図7A、図7B、および図7Cに示され、電流減衰は、60%ヘマトクリット全血において最も速い。この特徴はまた、スキャンからのボルタンメトリー電流の微分をとることによって表されてもよい。図15A〜図15Cは、20%、40%、および60%ヘマトクリットパーセンテージに関して、50 mg/dL、100 mg/dL、および400 mg/dLにおけるサイクリックボルタモグラムの微分を示す。微分曲線の最も大きな負側のピークは、図7A〜図7Cのサイクリックボルタモグラムの最も速い電流減衰を表す。そのため、微分ダイアグラムのピーク高さを使用して、全血におけるヘマトクリットの影響による分析偏移が補償されてもよい。一態様では、準積分電流について、例9で議論された方法と同様の、図16A〜図16Cに示す方法が使用された。
Claims (9)
- サンプル中の分析物の濃度を決定するための分析物測定デバイスであって、
センサストリップを受け取るようになっているボルタンメトリー走査式測定デバイスを備え;
前記ボルタンメトリー走査式測定デバイスは、電気回路と電気的に接続している少なくとも2つのデバイス接点を備え;そして
前記センサストリップは、少なくとも第1センサストリップ接点および第2センサストリップ接点を備え、前記第1センサストリップ接点は導体によって作用電極に電気的に接続され、前記第2センサストリップ接点は導体によって対向電極に電気的に接続されており、
第1試薬層は、前記電極のうちの少なくとも1つの電極上にあり、前記第1試薬層は、オキシドレダクターゼ、および酸化還元対の少なくとも1つの種を含み、
前記ボルタンメトリー走査式測定デバイスは:
前記酸化還元対の定常状態領域内にある変化する電圧を、前記サンプルに印加し;
前記変化する電圧の関数として前記サンプルから電流を測定し;
前記測定された電流から前記サンプル中の前記分析物の濃度を決定するように構成される、
前記デバイス。 - 前記電気回路が、前記サンプルを含む前記センサストリップにボルタンメトリースキャンを適用する手段を備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記ボルタンメトリースキャンが、リニアスキャンを含む、請求項2に記載のデバイス。
- 前記センサストリップにボルタンメトリースキャンを適用する手段が、前記センサストリップにリニアスキャンを適用する手段を備える、請求項3に記載のデバイス。
- 前記ボルタンメトリースキャンが、サイクリックスキャンを含む、請求項2に記載のデバイス。
- 前記センサストリップにボルタンメトリースキャンを適用する手段が、前記センサストリップにサイクリックスキャンを適用する手段を備える、請求項5に記載のデバイス。
- 前記第1試薬層が、少なくとも前記作用電極および前記対向電極の上にある、請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイス。
- 前記対向電極上に第2試薬層をさらに含み、前記第2試薬層が、酸化還元対の少なくとも1つの種を含み、
前記第1試薬層が、前記作用電極上にある、請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイス。 - 前記分析物が、グルコースである、請求項1〜8のいずれか1項に記載のデバイス。
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