JP6315200B2 - センサカートリッジ及び測定装置 - Google Patents

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本発明は、センサカートリッジ及び測定装置に関する。
従来、グルコースセンサ等のバイオセンサにより尿糖を測定する尿糖計が種々提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載された尿糖計は、バイオセンサを備えたセンサカートリッジを尿糖計本体から着脱可能な構成となっており、センサカートリッジが寿命の場合はセンサカートリッジを交換可能となっている。
また、出力特性が異なる複数種類のセンサカートリッジを同じ尿糖計本体に装着して使用できるようにする場合、尿糖計本体側では、装着されたセンサカートリッジの種類を判別し、判別した種類に応じた制御を行う必要がある。
バイオセンサは同一ロット内であっても製造環境等の影響により感度がばらつきやすく、精度良く複数種類のバイオセンサを製造するのは困難である。このため、従来では、バイオセンサの出力特性を測定し、測定した出力特性に応じてセンサカートリッジの種類を決定し、決定した種類に応じた抵抗等を搭載することにより、尿糖計本体側で複数種類のセンサカートリッジの判別を可能としていた。
特開2013−257339号公報
しかしながら、バイオセンサの出力特性を測定した後の工程において抵抗等を搭載するのは、製造工程が複雑になり好ましくない。特に、バイオセンサの出力特性を測定するのは、センサカートリッジの製造後、すなわち最終製品の状態で行うことが好ましいが、センサカートリッジを製造後に出力特性を測定し、その後抵抗等の素子を搭載するのは製造工程が複雑となる。
本発明は、出力特性が異なる複数種類のセンサカートリッジを簡易な製造工程で製造することができるセンサカートリッジ及び測定装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明のセンサカートリッジは、測定物に含まれる測定対象成分を検出するセンサと、前記センサの種類を検出するための複数の負荷素子を含む種類検出用回路と、が搭載されたセンサ基板と、前記センサ基板を収容する収容手段と、を備え、前記複数の負荷素子を接続するパターン配線のうち、前記センサの種類に対応して予め設けられた複数の切断対象箇所が前記収容手段から露出されている。
請求項2記載の発明は、前記複数の切断対象箇所の各々に、前記センサの種類に対応するマーク及び識別符号の少なくとも一方が設けられている。
請求項3記載の発明は、前記複数の負荷素子は、前記収容手段に収容され、非露出状態とされている。
請求項4記載の発明は、前記パターン配線が設けられた前記センサ基板の一方の面と反対側の他方の面に設けられた複数の電極端子が前記収容手段から露出されている。
請求項5記載の発明は、前記センサは、前記測定物としての尿に含まれる前記測定対象成分としての糖分を検出するバイオセンサである。
請求項6記載の発明の測定装置は、請求項1〜5の何れか1項に記載のセンサカートリッジと、前記センサカートリッジと着脱可能であり、前記センサにより検出された測定対象成分を表示する表示手段を備えた本体部と、を備える。
本発明によれば、出力特性が異なる複数種類のセンサカートリッジを簡易な製造工程で製造することができる、という効果を有する。
尿糖計本体とセンサカートリッジとが分離した状態を示す平面図である。 尿糖計がスタンドに挿入された状態を示す外観図である。 尿糖計の電気系の構成を示すブロック図である。 尿糖計本体の表示装置の表示の一例を示す図である。 センサ基板の一方の面の一部拡大図である。 センサ基板の他方の面の一部拡大図である。 種類検出用回路の回路図である。 変形例に係る種類検出用回路の回路図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明を家庭用デジタル尿糖計に適用した場合について説明する。なお、一般家庭で使用可能なデジタル尿糖計は、既に市販されており、また、様々なデジタル尿糖計が多くの特許出願で既に提案されている。本発明を適用した家庭用デジタル尿糖計において、尿糖測定に係る部分は従来公知のものであるため、尿糖測定に係る詳細な説明は省略する。
図1及び図2には、本実施形態に係る尿糖計10の外観図を示した。図1に示すように、尿糖計10は、センサカートリッジ12及び尿糖計本体14を備える。
センサカートリッジ12は、測定物としての尿に含まれる測定対象成分としての糖分(以下、尿糖)を電気化学的に検出する。
尿糖計本体14は、センサカートリッジ12により検出された尿糖に基づいて尿糖の濃度を測定し、測定結果を表示装置16に表示する。
図1、2に示すように、センサカートリッジ12は、尿糖計本体14と着脱可能である。このため、センサカートリッジ12の寿命が到来した場合には、センサカートリッジ12のみ交換し、尿糖計本体14はそのまま継続して使用することができる。
図2に示すように、尿糖計10を使用しない場合は、磁石18を有するスタンド20にセンサカートリッジ12を挿入することにより尿糖計10を保管できるようになっている。また、スタンド20は、図示は省略するが、保存液を入れたボトルを内蔵している。そして、尿糖計10をスタンド20に正しく挿入した場合に、センサカートリッジ12の先端部分に設けられた尿糖バイオセンサ22及びサーミスタ24が、ボトル内の保存液に浸漬されるように構成されている。
図3には、尿糖計10の電気系のブロック図を示した。図3に示すように、センサカートリッジ12は、尿糖バイオセンサ22、サーミスタ24、コネクタ28、及び種類検出用回路30を備えている。
また、尿糖計本体14は、スタンド検出リードスイッチ26、表示装置16、電源34、操作ボタン36(36A、36B)、D/A変換器38、センサ駆動回路40、A/D変換器42、ブザー44、外部入出力インターフェイス端子46、コネクタ48、及びマイクロコンピュータ50を備えており、これらは図1に示すハウジング52内に収容されている。
尿糖バイオセンサ22は寿命があり、使用限度に達すると表示装置16にバイオセンサ交換の旨の表示がなされる。その場合、使用者はセンサカートリッジ12を尿糖計本体14から取り外し、新しいセンサカートリッジ12を尿糖計本体14に取り付ける。センサカートリッジ12と尿糖計本体14は電気的に接続されるので、交換に際してはセンサカートリッジ12のコネクタ28を尿糖計本体14のコネクタ48に容易に接続できることが好ましい。また、センサカートリッジ12には尿や洗浄水が掛けられるので、センサカートリッジ12と尿糖計本体14との接続部は防水性を有する必要があり、その防水性はセンサカートリッジ12を何度交換しても常に維持されることが好ましい。
また、尿糖計本体14に内蔵された電池の寿命が到来した場合、新しい電池と交換する必要があるが、電池を尿糖計本体14から容易に取り出せると共に、新しい電池を尿糖計本体14に容易に装着できることが好ましい。
尿糖バイオセンサ22は、尿中の夾雑物質の影響を排除して、低濃度から高濃度までの広範囲に亘る尿糖の濃度を検出する。尿糖バイオセンサ22は、酵素を主な材料とした尿成分検知用のバイオセンサである。サーミスタ24は、測定の際における尿の温度を検出し、尿糖バイオセンサ22の温度特性を補正するためのものである。
スタンド検出リードスイッチ26は、スタンド20に尿糖計10を収納したときに、磁石18による磁場の影響で例えばオフ状態(又はオン状態)になる。マイクロコンピュータ50は、スタンド検出リードスイッチ26がオフ状態(又はオン状態)となった場合は、電力消費を極力少なくするために表示装置16をオフ状態にしたり、クロック周波数を大幅に低下させたりする等の省電力制御を実行する。なお、マイクロコンピュータ50は、省電力制御を実行した場合でも完全なスリープ状態にはならず、本発明に係る機能を実現するために必要な機能の実行は可能である。
スタンド20から尿糖計10を取り出すと、スタンド検出リードスイッチ26は磁石18による磁場の影響下から離脱して、オン状態(又はオフ状態)になる。マイクロコンピュータ50は、スタンド検出リードスイッチ26がオン状態(又はオフ状態)になった場合は、尿糖計10の全機能を回復させ、モード設定、較正、及び尿糖の濃度測定等の各機能の実行が可能な状態にする。
電源34は、電池であり、尿糖計10の電気系の各部に電力を供給する。
操作ボタン36(36A、36B)は、モードや食事内容を選択して設定登録したり、較正したりするためのものである。
D/A変換器38は、マイクロコンピュータ50からのデジタル信号(駆動信号)をアナログ信号(駆動信号)に変換して出力する。
センサ駆動回路40は、D/A変換器38からの駆動信号に基づいて尿糖バイオセンサ22に駆動信号を供給するとともに、尿糖バイオセンサ22で検出された検出信号を受けてA/D変換器42に出力する。
A/D変換器42は、センサ駆動回路40からのアナログ信号(検出信号)をデジタル信号(検出信号)に変換して出力する。
ブザー44は、マイクロコンピュータ50からの信号に基づいて、例えば尿糖測定をする旨を報知するためのブザー音を発生する。
表示装置16は、マイクロコンピュータ50からの信号に基づいて、較正の状況、測定の状況、バイオセンサ交換の告知、電池交換の告知、尿糖測定結果の告知、及び判定結果の告知等を表示する。
具体的には、図4に示すように、「基準あわせ」及びその上の水滴マークを較正時に点灯することによって較正の状況を表示する。また、「準備中」、「測定」、「洗浄」、及び「終了」の何れかを測定過程中に点灯することによって測定の状況を表示する。更に、尿糖バイオセンサ22の交換時期に「センサ交換」を点灯することによってセンサカートリッジ12の交換の告知を表示する。更に、交換時期に「センサ交換」の右側の電池マークを点灯することによって電池交換の告知を表示する。更に、中央に「1347」と例示してある4桁の数字にて尿糖変化値、基準尿糖変化値、及び通常尿糖変化値を各々の測定後に点灯することによって尿糖測定結果の告知を表示する。更に、画面右側の3つの三角マークのうちハウジング52に印刷された判定内容(「良好」、「やや高い」等」に該当する位置の三角マークを各々の判定後に点灯することによって選択モードの状況を表示する。
外部入出力インターフェイス端子46は、マイクロコンピュータ50内の外部入出力インターフェイス54をパーソナルコンピュータ等の外部機器(不図示)と接続するためのものであり、マイクロコンピュータ50と外部機器との間で各種データの通信を行うためのものである。なお、各種データとしては、例えば外部機器からの入力データや尿糖計10からの尿糖測定結果、判定結果等の出力データ等が挙げられる。
センサカートリッジ12のコネクタ28と尿糖計本体14のコネクタ48とが接続されると、尿糖バイオセンサ22がセンサ駆動回路40に接続され、サーミスタ24、及び種類検出用回路30が、マイクロコンピュータ50のそれぞれ対応するポートに接続されて、センサカートリッジ12と尿糖計本体14との間が電気的に接続される。種類検出用回路30は、マイクロコンピュータ50においてコネクタ28とコネクタ48とが接続状態となっているか否か及び尿糖バイオセンサ22の種類を検出するための回路である。種類検出用回路30の詳細は後述する。
マイクロコンピュータ50は、外部入出力インターフェイス54、制御装置56、ROM58、RAM60、クロック62、補助記憶装置64、及び電気系の各部につながるポート(不図示)を備える。
外部入出力インターフェイス54は、パーソナルコンピュータ等の外部機器と各種データの通信をする。制御装置56は、尿糖値の測定に関する各種処理を実行する。ROM58は、制御プログラム等を記憶する。RAM60は、演算結果及び外部から読み込んだプログラム等を一時的に記憶する。クロック62は、各種の報知を実行するために時間を計測する。補助記憶装置64は、選択されたモードや食事内容、各種尿糖値、判定結果等を更新されるまで記憶する。
マイクロコンピュータ50は、例えば食直前尿糖値・食後尿糖値・基準食前尿糖値・基準食後尿糖値・通常食前尿糖値・通常食後尿糖値を測定すべき旨の報知、食前尿糖値・食直前尿糖値・食後尿糖値・基準食前尿糖値・食直前尿糖値・基準食後尿糖値・通常食前尿糖値・通常食直前尿糖値・通常食後尿糖値の測定、尿糖変化値(食後尿糖値と食直前尿糖値との差)・基準尿糖変化値(基準食後尿糖値と基準食直前尿糖値との差)・通常尿糖変化値(通常食後尿糖値と通常食直前尿糖値との差)・食差尿糖変化値(通常尿糖変化値と基準尿糖変化値との差)の演算、尿糖変化値に基づいた身体内の糖量変化の可否についての判定、食差尿糖変化値に基づいた通常の食事内容の可否についての判定、及びこれら演算・判定結果の出力に関する制御を実行する。
尿糖バイオセンサ22、サーミスタ24、コネクタ28、及び種類検出用回路30は、図1に示すセンサ基板70上に搭載されている。センサ基板70は、ハウジング32に収容されており、センサ基板70の一部がハウジング32から露出されている。
図5には、ハウジング32から露出されたセンサ基板70の一方の面の一部拡大図を示した。図5に示すように、センサ基板70の一方の面には、本実施形態では一例として検出ポートX1と検出ポートX2との間に3個の抵抗R1、R2、R3を含む種類検出用回路30が搭載されている。そして、3個の抵抗R1、R2、R3を接続するパターン配線72のうち、尿糖バイオセンサ22の種類に対応して予め設けられた複数の切断対象箇所72a、72b、72cがハウジング32から露出されている。一方、抵抗R1、R2、R3はハウジング32内に収容されており、非露出状態とされている。
また、複数の切断対象箇所72a、72b、72cには、切断対象箇所を表すマーク74a、74b、74cと、センサカートリッジ12の種類に対応した識別符号76a、76b、76cと、が基板上に設けられている。なお、図5の例では破線で表した円をマークとして用いたが、マークの形状等はこれに限られるものではなく、切断対象箇所を容易に認識できるものであればよい。また、図5の例ではアルファベットの「a」、「b」、「c」の文字を識別符号として用いたが、識別符号はこれに限られるものではなく、センサカートリッジ12の種類を容易に識別できるものであればよい。
図6には、センサ基板70の他方の面の一部拡大図を示した。図6に示すように、センサ基板70の他方の面には、複数(図6の例では8個)の電極端子78−1〜78−8が形成されており、これらの電極端子はハウジング32から露出されている。
センサカートリッジ12が尿糖計本体14に接続されると、電極端子78−1〜78−3は尿糖バイオセンサ22に接続され、電極端子78−4、78−5はサーミスタ24に接続され、電極端子78−5、78−6は検出ポートX1、X2にそれぞれ接続され、電極端子78−8は尿糖計本体14のグランド端子に接続される。
図7には、種類検出用回路30の回路図を示した。種類検出用回路30は、本実施形態では一例として抵抗R1、R2、R3を並列接続した並列回路である。検出ポートX1、X2は、マイクロコンピュータ50の対応するポートに各々接続されている。
マイクロコンピュータ50は、検出ポートX1、X2に電圧を印加して検出ポートX1、X2間を流れる電流を検出し、当該検出した電流の電流値と、印加した電圧の電圧値と、に基づいて検出ポートX1、X2間の抵抗値を算出することにより、尿糖バイオセンサ22の種類、すなわちセンサカートリッジ12の種類を検出する。例えば切断対象箇所72aのみを切断した場合、種類検出用回路30の合成抵抗値は抵抗R2、R3の抵抗値から求められる。また、例えば切断対象箇所72bのみを切断した場合、種類検出用回路30の合成抵抗値は抵抗R1の抵抗値となる。また、例えば切断対象箇所72cのみを切断した場合、種類検出用回路30の合成抵抗値は抵抗R1、R2の抵抗値から求められる。また、切断対象箇所72a、72cを切断した場合、種類検出用回路30の合成抵抗値は抵抗R2の抵抗値となる。従って、図5、6に示すように、切断対象箇所を切断対象箇所72a、72b、72cの3カ所とした場合、尿糖計本体14では、4種類のセンサカートリッジ12を判別することが可能となり、判別されたセンサカートリッジ12の種類に応じた制御を実行することが可能となる。
図5に示すように、本実施形態に係るセンサカートリッジ12は、3個の抵抗R1、R2、R3を接続するパターン配線72のうち、尿糖バイオセンサ22の種類に対応して予め設けられた複数の切断対象箇所72a、72b、72cがハウジング32から露出された構成となっている。センサカートリッジ12の製造工程では、センサ基板70がハウジング32に収容された最終製品の状態で尿糖バイオセンサ22の出力特性を測定する。ここで、出力特性とは、尿糖バイオセンサ22で検出された尿糖値と、当該尿糖値に応じたセンサカートリッジ12の出力値(電流値)との対応関係を表す特性である。測定された出力特性に応じて、すなわち尿糖バイオセンサ22の種類に応じて切断対象箇所72a、72b、72cのうち、どの切断対象箇所を切断するかを決定する。そして、決定した切断対象箇所のパターン配線を例えばルーター式切断機等で切断する。
具体的には、センサカートリッジ12の出力特性を測定した結果、例えばセンサカートリッジ12の出力値の範囲が5(nA)以上で且つ15(nA)未満の場合は、そのセンサカートリッジ12の種類は、測定範囲が0〜2000(mg/dl)の尿糖計及び測定範囲が200〜5000(mg/dl)の尿糖計の両方に使用可能な種類Aとする。また、例えばセンサカートリッジ12の出力値の範囲が15(nA)以上で且つ35(nA)以下の場合は、そのセンサカートリッジ12は、測定範囲が0〜2000(mg/dl)の尿糖計にのみ使用可能な種類Bとする。さらに、尿糖バイオセンサ22には、乾式及び湿式の2種類があるので、センサカートリッジ12の種類は、乾式の種類A、B、湿式の種類A、Bの4種類に分けられる。従って、これら4種類のうち、どの種類のセンサカートリッジ12であるかに応じて切断対象箇所を決定する。
このように、抵抗R1、R2、R3を接続するパターン配線72のうち切断対象箇所72a、72b、72cがハウジング32から露出しているため、センサ基板70をハウジング32に収容した後の最終製品の状態で尿糖バイオセンサ22の出力特性を測定し、センサカートリッジ12の種類を判別することができる。このため、尿糖バイオセンサ22の出力特性を測定した後にセンサカートリッジ12の種類を判別するための抵抗を搭載したりする必要が無く、製造工程が複雑になるのを防ぐことができる。
また、電極端子78−1〜78−8もハウジング32から露出されているため、尿糖バイオセンサ22の出力特性を更に測定しやすくなると共に、尿糖計本体14との接続も容易となる。
一方、抵抗R1、R2、R3はハウジング32内に収容されて非露出状態となっているため、切断対象箇所を切断する際に抵抗R1、R2、R3を破損させたりするのを防ぐことができる。
また、切断対象箇所を表すマーク74a、74b、74cと、センサカートリッジ12の種類に対応した識別符号76a、76b、76cと、が基板上に設けられているため、どの切断対象箇所を切断すればよいかを容易に認識することができる。
なお、切断対象箇所を表すマーク及び識別符号の何れかのみを基板上に設けるようにしてもよい。
また、パターン配線72の切断対象箇所は、図7に示す箇所に限定されるものではない。例えば、切断対象箇所72bに代えて切断対象箇所72dとしてもよい。この場合、種類検出用回路30の合成抵抗値は、切断対象箇所72aのみを切断した場合、切断対象箇所72bのみを切断した場合、切断対象箇所72dのみを切断した場合、切断対象箇所72a、72bを切断した場合、切断対象箇所72a、72dを切断した場合、切断対象箇所72c、72bを切断した場合、切断対象箇所72a、72c、72dの何れも切断しない場合の7種類となるため、尿糖計本体14側では、7種類のセンサカートリッジ12を判別することが可能となる。
また、図7の例では、種類検出用回路30を抵抗R1、R2、R3の並列回路としたが、例えば図8に示したように、種類検出用回路30を抵抗R1、R2、R3の直列回路としてもよい。この場合、種類検出用回路30の合成抵抗値は、切断対象箇所72aのみを切断した場合、切断対象箇所72bのみを切断した場合、切断対象箇所72cのみを切断した場合、切断対象箇所72a、72bを切断した場合、切断対象箇所72a、72cを切断した場合、切断対象箇所72b、72cを切断した場合、切断対象箇所72a、72b、72cを切断した場合、の7種類となるため、尿糖計本体14側では、7種類のセンサカートリッジ12を判別することが可能となる。
なお、図7の並列回路、図8の直列回路の何れにおいても、検出ポートX1、X2をショートさせることにより、すなわち検出ポートX1、X2が接続された電極端子78−5、78−6をショートさせることにより、更にもう1種類のセンサカートリッジ12を判別可能としてもよい。
また、本実施形態では、種類検出用回路30を構成する負荷素子として抵抗を用いた場合について説明したが、コンデンサ、コイル等の他の負荷素子を用いてもよく、異なる種類の負荷素子を適宜組み合わせて種類検出用回路30を構成してもよい。
また、本実施形態では、測定物に含まれる測定対象成分を検出するセンサとして、尿に含まれる糖分を検出するバイオセンサを備えたセンサカートリッジ及び尿糖計に本発明を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。
例えば、呼気中に含まれるアルコール成分を検出するアルコールセンサを備えたセンサカートリッジ及びアルコール測定装置に本発明を適用してもよい。また、グルコースセンサ、ブレスチェッカー、塩分計等に本発明を適用してもよい。すなわち、センサに寿命があり、交換可能なセンサカートリッジ及び測定装置であれば本発明を適用可能である。
10 尿糖計
12 センサカートリッジ
14 尿糖計本体
16 表示装置
22 尿糖バイオセンサ
30 種類検出用回路
32 ハウジング
70 センサ基板
72 パターン配線
72a、72b、72c 切断対象箇所
74a、74b、74c マーク
76a、76b、76c 識別符号
R1、R2、R3 抵抗
X1、X2 検出ポート

Claims (6)

  1. 測定物に含まれる測定対象成分を検出するセンサと、前記センサの種類を検出するための複数の負荷素子を含む種類検出用回路と、が搭載されたセンサ基板と、
    前記センサ基板を収容する収容手段と、
    を備え、
    前記複数の負荷素子を接続するパターン配線のうち、前記センサの種類に対応して予め設けられた複数の切断対象箇所が前記収容手段から露出されている
    センサカートリッジ。
  2. 前記複数の切断対象箇所の各々に、前記センサの種類に対応するマーク及び識別符号の少なくとも一方が設けられている
    請求項1記載のセンサカートリッジ。
  3. 前記複数の負荷素子は、前記収容手段に収容され、非露出状態とされている
    請求項1又は請求項2記載のセンサカートリッジ。
  4. 前記パターン配線が設けられた前記センサ基板の一方の面と反対側の他方の面に設けられた複数の電極端子が前記収容手段から露出されている
    請求項1〜3の何れか1項に記載のセンサカートリッジ。
  5. 前記センサは、前記測定物としての尿に含まれる前記測定対象成分としての糖分を検出するバイオセンサである
    請求項1〜4の何れか1項に記載のセンサカートリッジ。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載のセンサカートリッジと、
    前記センサカートリッジと着脱可能であり、前記センサにより検出された測定対象成分を表示する表示手段を備えた本体部と、
    を備えた測定装置。
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