JP6404931B2 - 試験測定シーケンス中の誤った測定信号を判定するための方法及びシステム - Google Patents

試験測定シーケンス中の誤った測定信号を判定するための方法及びシステム Download PDF

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Description

本発明は、試験測定シーケンス中の誤った測定信号を判定するための方法及びシステムに関する。
LifeScan,Inc.から入手可能なOneTouch(登録商標)Ultra(登録商標)全血試験キットに使用されるものなどの、電気化学的グルコース試験ストリップは、糖尿病患者からの血液試料中のグルコースの濃度を測定するように設計されている。グルコースの測定は、酵素グルコースオキシダーゼ(GO)によるグルコースの選択的酸化に基づき得る。グルコース試験ストリップに生じ得る反応は、以下の等式1及び等式2に要約される。
等式1 グルコース+GO(ox)→グルコン酸+GO(red)
等式2 GO(red)+2 Fe(CN) 3−→GO(ox)+2 Fe(CN) 4−
式1に示すように、グルコースがグルコースオキシダーゼ(GO(ox))の酸化体によって酸化されてグルコン酸となる。GO(ox)は「酸化型酵素」とも呼ばれる場合もあることに留意すべきである。等式1の反応中、酸化型酵素GO(ox)は、GO(red)で表されるその還元状態(すなわち、「還元酵素」)に変換される。次に、還元型酵素GO(red)は、式2に示すようにFe(CN) 3−(酸化型伝達体又はフェリシアニドと呼ばれる)との反応によって再びGO(ox)へ再酸化される。GO(red)がその酸化状態GO(ox)に戻る際、Fe(CN) 3−は還元されてFe(CN) 4−(還元型伝達体又はフェロシアニドと呼ばれる)となる。
前述の反応が、2つの電極間に試験電圧が印加された状態で行われるとき、電極表面での還元伝達体の電気化学再酸化によって試験出力信号を生成することができる。したがって、理想的な環境では、上記の化学反応において生成されるフェロシアニドの量は、電極間に配置された試料中のグルコースの量と正比例するため、生成された試験出力信号は、試料のグルコース含有量と比例することになる。フェリシアニドなどの伝達体は、グルコースオキシダーゼなどの酵素から電子を受け取り、その後、それらの電子を電極に提供する化合物である。試料中のグルコースの濃度が高くなると、形成される還元型伝達体の量も増えるため、還元型伝達体の再酸化によって生じる試験出力信号とグルコース濃度との間には直接的な関係がある。具体的には、電気的界面を横切る電子の移動は、試験出力信号の流れを引き起こす(酸化されるグルコース1モルにつき2モルの電子)。そのため、グルコースの導入の結果生じる試験出力信号は、グルコース出力信号と呼ばれることがある。
血液中、特に糖尿病の人におけるグルコースの濃度を知ることは非常に重要であり得るため、一般の人々が、所与のいずれかの時点での彼らのグルコース濃度を決定するために、試料を採取し、彼らの血液を試験することができるように、上述した原理を用いた試験測定器が開発された。生成されたグルコース出力信号は、試験測定器によって検出され、単純な数式を介して試験出力信号をグルコース濃度に関連付けるアルゴリズムを使用して、グルコース濃度読み取りに変換される。一般に、試験測定器は、酵素(例えば、グルコースオキシダーゼ)及び伝達体(例えば、フェリシアニド)に加え、試料受け取りチャンバ、及び試料受け取りチャンバ内に配置される少なくとも2つの電極を含み得る使い捨て試験ストリップと共に動作する。使用中、ユーザは、自身の指又は他の簡便な部位を穿刺して出血を誘発し、血液試料を試料受け取りチャンバに導入し、ひいては上に示される化学反応を開始させる。
一態様において、出願人は、バイオセンサー及び測定器を含むグルコース測定システムを考案した。バイオセンサーは、電極の上に酵素が配置された少なくとも2つの電極を含む複数の電極を有する。測定器は、電源、メモリ及びバイオセンサーの複数の電極に接続されたマイクロコントローラを備える。マイクロコントローラは、グルコースを有する流体試料が、少なくとも2つの電極に近接して堆積するときに、信号を少なくとも2つの電極に駆動して、酵素と流体試料中のグルコースとの電気化学反応の試験測定シーケンスを開始し、一連の時間インスタンスにわたって電気化学反応中に少なくとも1つの電極から出力信号(I(t))を測定して、各時間インスタンス(t)の出力信号の大きさを得て、試験測定シーケンス中の所定の時間窓(c〜d)内での少なくとも2つの連続した時間インスタンス(t及びt+1)の出力信号のそれぞれの大きさの差として出力差異を判定し、出力差異が0より大きい場合、(1)第1の指数(x)を1増分し、(2)第2の指数(y)値を第2の指数(y)の前値と出力差異との合計と同等として設定し、第1の指数(x)が第1の閾値(a)以上であり、かつ第2の指数(y)が第2の閾値(b)より大きい場合、誤差を通知し、さもなければ、出力信号からグルコース値を計算し、グルコース値を通知するように構成される。
また更なる態様において、出願人は、バイオセンサー及びグルコース測定器を用いて、流体試料からのグルコース値を判定する方法も考案した。バイオセンサーは、少なくとも2つの電極及びそれらの上に配置された試薬を有する。グルコース測定器は、バイオセンサーに、かつメモリ及び電源に接続するように構成されたマイクロコントローラを有する。本方法は、バイオセンサーの少なくとも2つの電極に近接した流体試料の堆積時に試験測定シーケンスの開始を始める工程と、入力信号を流体試料に印加して、グルコースを酵素副生成物に変換させる工程と、試験シーケンスの開始から所定の時間窓にわたって流体試料からの出力信号トランジェントを測定する工程であって、一連の時間インスタンス(I(t))にわたって電気化学反応中に少なくとも1つの電極からの出力信号をサンプリングして、各時間インスタンス(t)の出力信号の大きさを得ることを含む、工程と、試験測定シーケンス中の所定の時間窓(c〜d)内での少なくとも2つの連続した時間インスタンス(t及びt+1)の出力信号のそれぞれの大きさの差として出力差異を判定する工程と、出力差異が0より大きい場合、(1)第1の指数(x)を1増分する工程と、(2)第2の指数(y)値を、第2の指数(y)の前値と出力差異(ΔI)との合計と同等として設定する工程と、第1の指数(x)が第1の閾値(a)以上であり、かつ第2の指数(y)が第2の閾値(b)より大きい場合、誤差を通知する工程と、さもなければ、流体試料のグルコース値を計算する工程と、グルコース値を通知する工程と、によって達成され得る。
これらの態様では、以下の特徴がまた、これらの以前に開示された態様と共に様々な組み合わせで用いられる。所定の時間窓は、試験シーケンスの開始後約1秒〜試験シーケンスの開始後約8秒を含み得、そこで、第1の閾値(a)は約5を含み得、第2の閾値(b)は約300を含み得、所定の時間窓は、試験シーケンスの開始後約2秒〜試験シーケンスの開始後約8秒を含み得、第1の閾値(a)は約5を含み得、第2の閾値(b)は約150を含み得、所定の時間窓は、試験シーケンスの開始後約1秒〜試験シーケンスの開始後約8秒を含み得、グルコース値を計算する工程は、試験シーケンスの開始から所定の時間インスタンスに近似した出力信号の大きさを測定することと、第1の校正値及び第2の校正値からグルコース値を導出することと、を含み得、その導出することが、以下の形態の等式を用いることを含み、
G=[I−切片]/勾配
式中、
Gが、グルコース値を含み、
Iが、所定の時間インスタンスに近似した電極の各々から測定された信号の大きさの総和を含み、
勾配が、この特定のストリップが属する試験ストリップのバッチの校正試験から得られる値を含み、
切片が、この特定のストリップが属する試験ストリップのバッチの校正試験から得られる値を含む。
これら及び他の実施形態、特徴及び利点は、最初に簡単に説明される添付図面と共に以下の本発明の例示的な実施形態のより詳細な記載を参照することによって、当業者に明らかとなる。
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付図面は、本発明の目下好ましい実施形態を示したものであって、上記に述べた一般的説明及び以下に述べる詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明する役割を果たすものである(同様の数字は、同様の要素を表す)。
グルコース測定システムを示す。 測定器200の構成要素の簡略化された概略形態を示す。 図1のシステムの試験ストリップ100を示す。 図1のシステムの代替の試験ストリップ100’の斜視図を示す。 図1の試験ストリップに印加された電位の時間のグラフを示す。 図1の試験ストリップからの出力電流の時間のグラフを示す。 更に別の代替の測定システムを示す。 図5の測定器の構成要素の簡略化された概略形態を示す。 図6のハンドヘルド試験測定器の様々なブロックのブロック図を簡略化した概略形態を示す。 図5の測定器のインピーダンス測定ブロックの簡略化されたブロック図を示す。 図5の実施形態で用いられ得るデュアルローパスフィルタサブブロックの簡略化された注釈付き概略図を示す。 本開示の実施形態で用いられ得るようなトランスインピーダンス増幅器(TIA)サブブロックの簡略化された注釈付き概略図を示す。 図5のシステムのインピーダンス測定ブロックで用いられ得るような、デュアルローパスフィルタサブブロック、校正ロードサブブロック、バイオセンサー試料セルインターフェースサブブロック、トランスインピーダンス増幅器サブブロック、XOR位相シフト測定サブブロック、及びQuadratur DEMUX位相シフト測定サブブロックを示す、簡略化された注釈付き概略ブロック図を示す。 図5のシステムで使用するためのインピーダンス測定電極を有するバイオセンサーストリップ100”を示す。 図12のストリップの平面図を示す。 試験シーケンス中に1つの電極に印加された信号の大きさを示す。 試験測定シーケンス中の電気化学反応に起因する電極からの出力信号の大きさを示す。 本発明者らの発明の技法によって識別された誤った出力信号トランジェントのうちのいくつかを示す。 ISO限界に対して表示されるような最終グルコース測定の誤った出力信号トランジェントの影響をグラフで示す。 試験測定シーケンス中の出力信号が、図1〜4又は図5〜14のシステムのために用いられる測定技法の一部として、使用不可能であるか、又は誤っているかどうかを判定するための論理図を示す。
以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきものであり、異なる図面中の同様の要素は同様の符号にて示してある。図面は、必ずしも一定の縮尺を有さず、選択された実施形態を示したものであって、本発明の範囲を限定しよう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、一例として表すものである。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。
本明細書で使用する任意の数値又は数値の範囲についての「約」又は「およそ」という用語は、構成要素の一部又は構成要素の集合が本明細書に記載の意図された目的に沿って機能することを可能とするような、好適な寸法の許容誤差を示すものである。より具体的には、「約」又は「およそ」は、挙げられた値の±10%の値の範囲を指してよく、例えば、「約90%」は、81%〜99%の値の範囲を指してよい。更に、本明細書で使用する「患者」、「ホスト」、「ユーザ」、及び「被験者」という用語は、任意の被験者又は被験動物を指し、システム又は方法をヒトにおける使用に限定することを目的としたものではないが、ヒト患者における本発明の使用は、好ましい実施形態を代表するものである。本明細書で使用する「振動信号」とは、それぞれ、電流の極性を変更するか、又は方向を交互に変化させるか、又は多方向的である電圧信号又は電流信号を含む。また本明細書で使用する語句「電気信号」又は「信号」は、直流信号、交流信号、又は電磁スペクトル内の任意の信号を含むことが意図される。用語「プロセッサ」、「マイクロプロセッサ」又は「マイクロコントローラ」は、同じ意味を有することが意図され、互換的に使用されることが意図される。
図1は、本明細書に例示及び記載される方法及び技法で個人の血液中のグルコース値を試験するために、試験ストリップ100及び試験測定器200を有するグルコース測定システムを示す。試験測定器200は、データの入力、メニューのナビゲート、及びコマンドの実行用のボタンの形態であり得るユーザインターフェース入力装置(206、210、214)を含んでもよい。データには、分析物濃度、及び/又は個人の日常の生活習慣に関連した情報を表す値が含まれ得る。日常の生活習慣に関連した情報には、個人の食物摂取、医薬使用、健康チェックの実施、全身の健康状態、及び運動レベルを挙げることができる。試験測定器200は、測定されたグルコース値を報告し、かつ生活習慣に関連した情報の入力を容易にするために使用され得るディスプレイ204も含み得る。
試験測定器200は、第1のユーザインターフェース入力装置206、第2のユーザインターフェース入力装置210、及び第3のユーザインターフェース入力装置214を含んでもよい。ユーザインターフェース入力装置206、210、及び214は、試験デバイス内に保存されたデータの入力及び分析を促進し、ユーザを、ディスプレイ204上に表示されたユーザインターフェースを介してナビゲートすることが可能である。ユーザインターフェース入力装置206、210及び214は、第1のマーキング208、第2のマーキング212、及び第3のマーキング216を含み、それらは、ユーザインターフェース入力装置をディスプレイ204上の文字と相互に関連付けるのに役立つ。
試験測定器200は、試験ストリップ100をストリップポートコネクタ220内に挿入することにより、第1のユーザインターフェース入力装置206を押圧し短時間保持することにより、又はデータポート218を横切るデータトラフィックの検出によりスイッチを入れることができる。試験測定器200は、試験ストリップ100を除去することにより、第1のユーザインターフェース入力装置206を押圧し短時間保持することにより、又はメインメニュースクリーンから測定オフの選択肢にナビゲートしそれを選択することにより、又は所定の時間いずれのボタンも押圧しないことにより、スイッチを切ることができる。ディスプレイ204は、任意選択でバックライトを含み得る。
一実施形態において、試験測定器200は、第1の試験ストリップバッチから第2の試験ストリップバッチに切り替えるとき、例えば任意の外部ソースから、校正入力を受信しないように構成され得る。それ故、例示的な一実施形態では、測定器は、(入力装置206、210、214などの)ユーザインターフェース、挿入される試験ストリップ、別個のコードキー又はコードストリップ、データポート218などの外部ソースからの校正入力を受信しないように構成される。かかる校正入力は、試験ストリップバッチの全てが実質的に均一の校正特性を有するときには、必要ではない。校正入力は、特定の試験ストリップバッチに帰する一組の値であり得る。例えば、校正入力は、特定の試験ストリップバッチに関するバッチ勾配及びバッチ切片値を含み得る。バッチ勾配及び切片値などの校正入力は、下記に記載するように、測定器内で予備設定され得る。
図2を参照すると、試験測定器200の例示的な内部レイアウトが示されている。試験測定器200は、プロセッサ300を含み得、それは、本明細書に記載及び例示されるいくつかの実施形態において、32ビットRISCマイクロコントローラである。本明細書に記載及び説明する好ましい実施形態では、プロセッサ300は、Texas Instruments(Dallas,TX)により製造される超低消費電力マイクロコントローラのMSP 430ファミリーから選択されることが好ましい。プロセッサは、I/Oポート314を介して、メモリ302に双方向に接続されてもよく、メモリ302は、本明細書に記載及び説明するいくつかの実施形態では、EEPROMである。データポート218、ユーザインターフェース入力装置206、210、及び214、並びにディスプレイドライバ320もI/Oポート214を介してプロセッサ300に接続される。データポート218は、プロセッサ300に接続されてもよく、それによって、メモリ302とパーソナルコンピュータなどの外部デバイスとの間のデータ転送を可能にする。ユーザインターフェース入力装置206、210、及び214は、プロセッサ300に直接接続される。プロセッサ300は、ディスプレイドライバ320によってディスプレイ204を制御する。メモリ302は、試験測定器200の製造中、バッチ勾配及びバッチ切片値などの校正情報と共にプレロードされてもよい。このプレロードされた校正情報は、ストリップポートコネクタ220を介してストリップから好適な(電流などの)信号を受信した後、プロセッサ300によりアクセス及び使用されて、任意の外部ソースから校正入力を受信することなく、信号及び校正情報を使用して、対応する(血中グルコース濃度などの)分析物濃度を計算することができる。
本明細書に記載及び説明する実施形態では、試験測定器200は、ストリップポートコネクタ220に挿入された試験ストリップ100に塗布されている血中のグルコース値の測定に使用される電子回路を提供する、特定用途向け集積回路(ASIC)304を含み得る。アナログ電圧は、アナログインターフェース306を経由してASIC 304へ及びASIC 304から通過し得る。アナログインターフェース306からのアナログ信号は、A/D変換器316によってデジタル信号に変換することができる。プロセッサ300は、コア308、ROM 310(コンピュータコードを含む)、RAM 312、及びクロック318を更に含む。一実施形態において、プロセッサ300は、例えば分析物測定後のある期間中など、ディスプレイユニットによる分析物の値の表示の際に、単一の入力を除くすべてのユーザインターフェース入力を無効にするように構成(又はプログラム)される。代替的な実施形態では、プロセッサ300は、ディスプレイユニットによる分析物の値の表示の際に、単一の入力を除くすべてのユーザインターフェース入力装置からの任意の入力を無視するよう構成(又はプログラム)されている。
図3Aは、基板5上に配置された7つの層を含み得る試験ストリップ100の例示的な分解斜視図である。基板5上に配置された7つの層は、(電極層50とも称され得る)導電層50、絶縁層16、2つの重なる試薬層22a及び22b、接着部分24、26、及び28を含む接着層60、親水層70、並びに最上層80であり得る。例えば、スクリーン印刷プロセスを用いて、導電層50、絶縁層16、試薬層22、接着層60を基板5の上に順次堆積させる一連の工程で、試験ストリップ100を製造してもよい。親水層70及び最上層80は、ロールストックから配置され、一体化ラミネート又は別個の層のいずれかとして基板5上に積層され得る。試験ストリップ100は、図3Aに示すように遠位部3及び近位部4を有する。
試験ストリップ100は、血液試料が吸い込まれ得る試料受け取りチャンバ92を含んでもよい。図3Aに示すように、試料受け取りチャンバ92は、試験ストリップ100の近位端に入口を、側縁に出口を含んでもよい。グルコースを測定できるように、血液試料94をこの入口から入れて、試料受け取りチャンバ92に充填してもよい。図3Aに示すように、第1の接着パッド24及び第2の接着パッド26の側縁は、試薬層22に隣接して位置し、それぞれ試料受け取りチャンバ92の壁を画定している。図3Aに示すように、試料受け取りチャンバ92の底部、すなわち「床」は、基板5、導電層50、及び絶縁層16の一部を含んでもよい。図3Aに示すように、試料受け取りチャンバ92の頂部、即ち「屋根」は、遠位親水性部分32を含んでもよい。
図3Aに示すように、試験ストリップ100において、基板5は、後に適用される層の支持を助ける基盤として用いてもよい。基板5は、ポリエチレンテトラフタレート(PET)材料(ミツビシ社(Mitsubishi)により供給されるHostaphan PET)などのポリエステルシートの形態であってもよい。基板5は、公称350マイクロメートル厚×370ミリメートル幅、長さおよそ60メートルのロール形態であってもよい。
導電層は、グルコースの電気化学的測定に使用することができる電極を形成するために必要とされる。導電層50は、基板5上にスクリーン印刷されるカーボンインクから作ることができる。スクリーン印刷プロセスでは、カーボンインクはスクリーン上に乗せられ、続いてスキージを用いてスクリーンを通して転写される。印刷されたカーボンインクは、約140℃の高温空気で乾燥させることができる。カーボンインクは、VAGH樹脂、カーボンブラック、グラファイト(KS15)、並びに樹脂、カーボン、及びグラファイト混合物用の1つ又は2つ以上の溶媒を含み得る。より詳細には、カーボンインクは、カーボンインク中に約2.90:1の比のカーボンブラック:VAGH樹脂、及び、約2.62:1の比のグラファイト:カーボンブラックを含むことができる。
図3Aに示されるような試験ストリップ100では、導電層50は、参照電極10、第1の作用電極12、第2の作用電極14、第1の接触パッド13、第2の接触パッド15、参照接触パッド11、第1の作用電極トラック8、第2の作用電極トラック9、参照電極トラック7、及びストリップ検出用バー17を含んでもよい。この導電層は、カーボンインクから形成され得る。第1の接触パッド13、第2の接触パッド15、及び参照接触パッド11は、試験測定器に電気的に接続されるように適合されてもよい。第1の作用電極トラック8は、第1の作用電極12から第1の接触パッド13に至る電気的に連続した経路を提供する。同様に、第2の作用電極トラック9は、第2の作用電極14から第2の接触パッド15に至る電気的に連続した経路を提供する。同様に、参照電極トラック7は、参照電極10から参照接触パッド11に至る電気的に連続した経路を提供する。ストリップ検出用バー17は、参照接触パッド11に電気的に接続されている。図3Aに示すように、試験計測器は、参照接触パッド11とストリップ検出用バー17との間の連続性を測定することによって、試験ストリップ100が適切に挿入されたことを検出することができる。
試験ストリップ100の代替的な形態を、図3Bにストリップ100’として示す。この形態では、最上層38’、親水性フィルム層34’及びスペーサ29が互いに組み合わされて一体化アセンブリを形成し、そのアセンブリは基板5に搭載され、試薬層22’は絶縁層16’に近接して配置されている。
図4Aは、試験ストリップ100に印加される試験電圧の例示的なグラフである。流体試料を試験ストリップ100に塗布する前に、試験測定器200を、第2の作用電極14と参照電極10との間に約400ミリボルトの第1の試験電圧を印加する流体検出モードにする。約400ミリボルトの第2の試験電圧を、第1の作用電極12と参照電極10との間に同時に印加することが好ましい。代替的には、第1の試験電圧の印加の時間間隔が、第2の試験電圧の印加の時間間隔と重複するように、第2の試験電圧を同時期に印加してもよい。試験測定器は、0の開始時間における生理学的流体検出より前に、流体検出時間間隔tFDの間、流体検出モードであってもよい。流体検出モードでは、流体が第2の作用電極14及び参照電極10を濡らすように、流体が試験ストリップ10に塗布された時点を、試験計測器200が決定する。例えば、第2の作用電極14における測定試験出力信号の十分な上昇によって、生理学的流体が塗布されたことを試験測定器200が認識すると、試験測定器200は、0時間「0」の0秒マーカーを割り当て、試験時間間隔Tを開始させる。試験時間間隔Tが完了すると、試験電圧を除去する。簡潔化のため、図4Aは、試験ストリップ100に印加される第1の試験電圧のみを示している。
その後、図4Aの試験電圧を既知の試験ストリップ100に印加したときに測定された、既知の出力信号トランジェント(すなわち、時間の関数としての、ナノアンペアでの測定された電気出力信号応答)から、グルコース濃度がどのように判定されるかの記載。
図4Aにおいて、試験ストリップ100に印加される第1及び第2の試験電圧は一般に、約+100ミリボルト〜約+600ミリボルトである。電極がカーボンインクを含み、伝達体がフィリシアニドである一実施形態において、試験電圧は約+400ミリボルトである。その他の伝達体及び電極材料の組み合わせでは、異なる試験電圧が必要となる。試験電圧の持続時間は一般に、反応時間後約2〜約4秒であり、典型的には、反応時間後約3秒である。典型的には、時間Tは、時間tに対して測定される。図4Aにおいて電圧400がT1の持続時間維持されたとき、第1の作用電極に関する出力信号トランジェント402は、0時間から開始して生成され、同様に第2の作用電極に関する出力信号トランジェント404も、図4Bにおいて0時間に関連して生成される。出力信号402及び404(それぞれの作用電極から)は、好ましい実施形態では、およそ200測定値(又はサンプリング間隔)が存在するように、時間インスタンス「t」にわたって測定されるか、又はサンプリングされる。出力信号トランジェントは、ピーク時間に近似したピークまで上昇し、その時点で、出力信号は、0時間後の約5秒までゆっくり降下する。時点406では、作用電極の各々に関する出力信号の大きさを測定し、加算する。特定の試験ストリップ100に関する校正コードオフセット及び勾配の知識から、グルコース濃度を計算することができる。「切片」及び「勾配」は、試験ストリップのバッチから校正データを測定することにより得られる値である。典型的には、およそ1500個のストリップがランダムにロット又はバッチから選択される。提供者からの体液は、様々な分析物レベル、典型的には6つの異なるグルコース濃度までスパイクされる。典型的には、12人の異なる提供者からの血液が、6つのレベルの各々にスパイクされる。8個のストリップが同一の提供者及びレベルから血液を与えられ、したがってそのロットに関して合計12×6×8=576試験が行われる。これらは、Yellow Springs Instrument(YSI)などの標準的な実験分析装置を用いてこれらの値を測定することによって、実際の分析物レベル(例えば、血中グルコース濃度)に対してベンチマークされる。測定されたグルコース濃度のグラフを実際のグルコース濃度に対して(又は、測定された電流をYSI電流に対して)プロットし、このグラフに式y=mx+cを最小二乗法によりフィッティングすることにより、このロット又はバッチからの残りのストリップについてのバッチ傾きm及びバッチ切片cの値が得られる。
ストリップ100(図3A)に関する分析物計算(例えばグルコース)の一例として、図4Bでは第1の作用電極に関するサンプリングされた406の出力信号値は、1600ナノアンペアである一方、第2の作用電極に関する406の電流値は1300ナノアンペアであり、試験ストリップの校正コードに関して、切片は500ナノアンペアであり、勾配は18ナノアンペア/mg/dLであると推定される。グルコース濃度Gは、等式3から以下のように決定され得る。
G=[(Iwe1+Iwe2)−切片]/勾配 等式3
式中、
we1は、T1の終点で測定された第1の作用電極に関する電流である。
we2は、T1の終点で測定された第2の作用電極に関する電流である。
勾配は、この特定のストリップが由来する試験ストリップバッチの校正試験から得られた値である。
切片は、この特定のストリップが由来する試験ストリップバッチの校正試験から得られた値である。
等式3から G=[(1600+1300)−500]/18であり、したがってG=133.33〜133mg/dLである。
電流値Iwe1及びIwe2に所定のオフセットが提供されて、測定器200の電気回路における誤差又は遅延時間を計上し得ることに留意されたい。温度補償も用いられて、結果が、例えば摂氏約20度の室温などの参照温度に較正されることを確実にし得る。
図5は、代替のハンドヘルド試験測定器200’の簡略化された描写であり、図6は、この代替の試験測定器200’の構成要素の簡略化された概略図である。平行な容量性及び抵抗性構成要素としての体液試料(すなわち、全血液試料)の電気的モデリングは、交流信号が、体液試料を強制通過されるとき、AC信号の位相シフトが、AC電圧の周波数、及び試料の他の物理的特性の間のヘマトクリット値の両方に依存することを示す。更に、モデリングは、信号の周波数がおよそ10kHz〜25kHzの範囲内であるとき、ヘマトクリット値が位相シフトに対して比較的小さい影響を有し、信号の周波数がおよそ250kHz〜500KHzの範囲内であるときに、位相シフトに対して最大の影響を有することを示す。したがって、体液試料のヘマトクリット値は、例えば、体液試料を通じて既知の周波数のAC信号を駆動し、それらの位相シフトを検出することによって、推測され得る。例えば、10kHz〜25kHzの範囲内の周波数を有する信号の位相シフトは、かかるヘマトクリット値測定における参照読取値として使用することができる一方、250kHz〜500kHzの範囲内の周波数を有する信号の位相シフトは、一次測定値として使用することができる。
図6を参照すると、測定器200’の好ましい実施について説明されており、図2及び6中の同じ番号は共通の説明である。図6において、ストリップポートコネクタ220は、物理的特性検知電極(複数可)から信号を受け取るインピーダンス検知ラインEICと、物理的特性検知電極(複数可)に信号を駆動する交流信号ラインACと、参照電極の参照ラインと、作用電極1と作用電極2のそれぞれからの信号検知ラインと、を含む5つのラインによって、アナログインターフェース306に接続されている。ストリップ検出ライン221はまた、コネクタ220に提供されて、試験ストリップの挿入を示し得る。アナログインターフェース306は、以下の4つの入力をプロセッサ300に提供する。(1)実数インピーダンスZ’、(2)虚数インピーダンスZ”、(3)バイオセンサーの作用電極1からサンプリング若しくは測定された信号、すなわち、Iwe1、(4)バイオセンサーの作用電極2からサンプリング若しくは測定された信号、すなわち、Iwe2。プロセッサ300からインターフェース306へは、物理的特性検知電極に対して25kHz〜約250kHz、又はそれ以上の任意の値の振動信号ACを流す、1種類の出力がある。位相差P(度)は、実数インピーダンスZ’及び虚数インピーダンスZ”から以下の式で求めることができ、
P=tan−1{Z”/Z’} 等式4
大きさM(オーム、従来|Z|と記載される)は、インターフェース306の線Z’及びZ”から以下の式で決定することができる。
Figure 0006404931
図7は、ハンドヘルド試験測定器200’の様々なブロックの簡略化されたブロック図である。図8は、ハンドヘルド試験測定器200’の位相シフト系ヘマトクリット測定ブロックの簡略化された組み合わせブロック図である。図9は、ハンドヘルド試験測定器200’のデュアルローパスフィルタサブブロックの、簡略化された注釈付き概略図である。図10は、ハンドヘルド試験測定器200’のトランスインピーダンス増幅器サブブロックの、簡略化された注釈付き概略図である。図11は、ハンドヘルド試験測定器200’の位相シフト系ヘマトクリット値測定ブロックの一部の、簡略化された注釈付き概略ブロック図である。
図8〜13を参照すると、ハンドヘルド試験測定器200’は、ディスプレイ204と、複数のユーザインターフェースボタン206と、ストリップポートコネクタ220と、USBインターフェース218と、ハウジング201(図5を参照)と、を含む。特に、図7を参照すると、ハンドヘルド試験測定器200’はまた、マイクロコントローラブロック112と、位相シフト系ヘマトクリット測定ブロック114と、ディスプレイ制御ブロック116と、メモリブロック118と、試験電圧をバイオセンサー(図5においてTSと標識される)に印加するため、かつ、また電気化学応答(例えば、複数の試験電流値)を測定する、及び電気化学応答に基づいて、分析物を判定するための他の電子構成要素(図示せず)と、を含む。目下の説明を簡素化するため、図は、全てのかかる電子回路を示すというわけではない。
ディスプレイ204は、例えば、スクリーン画像を示すように構成される液晶ディスプレイ又は双安定ディスプレイであり得る。スクリーン画像の例には、グルコース濃度、日付及び時間、エラーメッセージ、並びにエンドユーザがどのように試験を実行するかを指示するためのユーザインターフェースが挙げられ得る。
ストリップポートコネクタ220は、全血液試料中のグルコースの測定のために構成される、電気化学系バイオセンサーなどのバイオセンサーTSと動作可能にインターフェース接続するように構成される。したがって、バイオセンサーは、ストリップポートコネクタ220の中への動作的挿入のために、及び例えば、好適な電気接触を介して、位相シフト系ヘマトクリット測定ブロック114と動作可能にインターフェース接続するように構成される。
USBインターフェース218は、当業者に既知の任意の好適なインターフェースであってもよい。USBインターフェース218は、本質的に、ハンドヘルド試験測定器200’に給電し、データラインを提供するように構成される、受動構成要素である。
一旦、バイオセンサーが、ハンドヘルド試験測定器200’とインターフェース接続されると、又はその前に、体液試料(例えば、全血液試料)がバイオセンサーの試料チャンバの中に導入される。バイオセンサーは、分析物を別の所定の化学形態に選択的かつ定量的に変換させる酵素試薬を含むことができる。例えば、バイオセンサーは、グルコースを酸化型に物理的に変化させることができるように、フェリシアニド及びグルコースオキシダーゼを含む酵素試薬を含むことができる。
ハンドヘルド試験測定器200’のメモリブロック118は、好適なアルゴリズムを含み、マイクロコントローラブロック112と共に、バイオセンサーの電気化学応答、及び導入された試料のヘマトクリット値に基づいて、分析物を判定するように構成され得る。例えば、分析物血液グルコースの判定において、ヘマトクリット値は、電気化学的に判定された血液グルコース濃度へのヘマトクリットの影響を補うために使用することができる。
マイクロコントローラブロック112は、ハウジング201内に配置され、当業者に既知の任意の好適なマイクロコントローラ及び/又はマイクロプロセッサを含むことができる。1つのかかる好適なマイクロコントローラは、Texas Instruments、Dallas、TX、USAから市販されている、部品番号MSP430F5138のマイクロコントローラである。このマイクロコントローラは、25〜250kHzの方形波、及び同じ周波数の90度位相シフトした波を生成することができ、それにより、以下で更に説明される信号生成サブブロックとして機能する。MSP430F5138はまた、本開示の実施形態で使用される位相シフト系ヘマトクリット値測定ブロックによって生成された電圧の測定に好適な、アナログ・デジタル(A/D)処理能力も有する。
特に、図8を参照すると、位相シフト系ヘマトクリット測定ブロック114は、信号生成サブブロック120と、ローパスフィルタサブブロック122と、バイオセンサー試料セルインターフェースサブブロック124と、任意の校正ロードブロック126(図8の破線内)と、トランスインピーダンス増幅器サブブロック128と、位相検出器サブブロック130とを含む。
以下で更に記載されるように、位相シフト系ヘマトクリット値測定ブロック114及びマイクロコントローラブロック112は、例えば、体液試料を通して駆動される1つ又は2つ以上の高周波数電気信号の位相シフトを測定することによって、ハンドヘルド試験測定器に挿入されるバイオセンサーの試料セル内の体液試料の位相シフトを測定するように構成される。加えて、マイクロコントローラブロック112は、測定された位相シフトに基づいて、体液のヘマトクリット値を算出するように構成される。マイクロコントローラ112は、例えば、位相検出器サブブロックから受信される電圧を測定し、電圧を位相シフトに変換するように、A/Dコンバータを用い、次いで、位相シフトをヘマトクリット値に変換するように、好適なアルゴリズム又は参照表を用いることによって、ヘマトクリット値を算出することができる。本開示を知ると、当業者は、かかるアルゴリズム及び/又は参照表が、ストリップ形状(電極面積及び試料チャンバ体積を含む)並びに信号周波数などの様々な要因を考慮するように構成されることを認識するであろう。
特に、図10〜13を参照すると、信号生成サブブロック120は、任意の好適な信号生成ブロックとすることができ、所望の周波数の方形波(0V〜Vref)を生成するように構成される。かかる信号生成サブブロックは、所望される場合、マイクロコントローラブロック112に一体化することができる。
信号生成サブブロック120によって生成される信号は、方形波信号を所定の周波数の正弦波信号に変換するように構成される、デュアルローパスフィルタサブブロック122に通信される。図9のデュアルLPFは、第1の周波数の信号(10kHz〜25kHzの範囲内の周波数など)及び第2の周波数の信号(250kHz〜500kHzの範囲内の周波数)の双方を、バイオセンサー試料セルインターフェースサブブロック及びバイオセンサーの試料チャンバ(HCT測定セルとも称される)に提供するように構成される。第1及び第2の周波数の選択は、図9のスイッチIC7を使用して達成される。図9のデュアルLPFは、高速、電圧フィードバック、CMOS演算増幅器部品番号OPA354として、Texas Instruments、Dallas、Texa、USAから入手可能な演算増幅器などの2つの好適な演算増幅器(IC4及びIC5)を含み、使用する。
図9を参照すると、F−DRVは、低又は高周波数(例えば、25kHz又は250kHz)のいずれかの方形波入力を表し、IC4及びIC5の双方に接続される。信号Fi−高/低(マイクロコントローラから)は、スイッチIC7を介して、デュアルローパスフィルタサブブロック122の出力を選択する。図9のC5は、HCT測定セルからのデュアルローパスフィルタサブブロック122の動作電圧をブロックするように構成される。
特定のデュアルLPFが図9において描写されるが、デュアルローパスフィルタサブブロック122は、例えば、任意の好適な多重フィードバックローパスフィルタ、又はSallen及びKeyローパスフィルタを含む、当業者に既知の任意の好適なローパスフィルタサブブロックであり得る。
ローパスフィルタサブブロック122によって生成される正弦波は、バイオセンサー試料セルインターフェースサブブロック124に通信され、そこで、正弦波は、バイオセンサーの試料セル(HCT測定セルとも称される)を通るように駆動される。分析試験ストリップ試料セルインターフェースブロック124は、例えば、試料セル内に配置されるバイオセンサーの第1の電極及び第2の電極を介して、バイオセンサーの試料セルと動作可能にインターフェース接続するように構成されるインターフェースブロックを含む、任意の好適な試料セルインターフェースブロックであり得る。かかる構成において、信号は、図11に描写されるように、第1の電極を介して、試料セルに(ローパスフィルタサブブロックから)駆動され、第2の電極を介して、試料セルから(トランスインピーダンス増幅器サブブロックによって)拾い上げることができる。
試料セルを通るように信号を駆動することによって生成される出力信号は、トランスインピーダンス増幅器サブブロック128によって拾い上げられ、位相検出器サブブロック130への通信のために電圧信号に変換される。
トランスインピーダンスサブブロック128は、当業者に既知の任意の好適なトランスインピーダンスサブブロックであり得る。図10は、1つのかかるトランスインピーダンス増幅器サブブロック(2つのOPA354演算増幅器、IC3及びIC9に基づく)の簡略化された注釈付き概略ブロック図である。TIAサブブロック128の第1の段階は、例えば、400mVで動作し、これは、AC振幅を+/−400mVに制限する。TIAサブブロック128の第2の段階は、Vref/2で動作し、これは、マイクロコントローラA/D入力のフルスパンの出力の生成を可能にする構成である。TIAサブブロック128のC9は、AC正弦波信号が通過することのみを可能にする、ブロッキング構成要素として作用する。
位相検出器サブブロック130は、捕捉機能を使用してマイクロコントローラブロック112によって読み取ることができるデジタル周波数、又はアナログ・デジタルコンバータを使用してマイクロコントローラブロック112によって読み取ることができるアナログ電圧のいずれかを生成する、任意の好適な位相検出器サブブロックとすることができる。図11は、2つのかかる位相検出器サブブロック、すなわち、XOR位相検出器(図11の上半分にあり、IC22及びIC23を含む)、並びに直交DEMUX位相検出器(図11の下半分にあり、IC12及びIC13を含む)を含む、概略図を描写する。
図11はまた、スイッチ(IC16)、並びにダミーロードR7及びC6を含む校正ロードサブブロック126を描写する。校正ロードサブブロック126は、抵抗器R7によって生成されるゼロ度の既知の位相シフトの位相オフセットの動的測定のために構成され、このため、校正において使用するための位相オフセットを提供する。C6は、所定のわずかな位相シフトを強制的に変えるように、例えば、試料セルへの信号トレースにおける寄生容量によって引き起こされる位相遅延、又は電気回路(LPF及びTIA)における位相遅延を補償するように構成される。
図11の直交DEMUX位相検出器回路は、2つの部分を含み、1つの部分は着信AC信号の抵抗部分に対するものであり、1つの部分は着信AC信号の反応部分に対するものである。かかる2つの部分の使用は、AC信号の抵抗部分及び反応部分の双方の同時測定、並びに0度〜360度を網羅する測定範囲を可能にする。図11の直交DEMUX回路は、2つの別個の出力電圧を生成する。これらの出力電圧のうちの一方は、「同相測定」を表し、AC信号の「抵抗」部分に比例し、他方の電圧は、「直交測定」を表し、信号の「反応」部分に比例する。位相シフトは、以下のように計算される:
Φ=tan−1(V直交相/V同相) 等式6
かかる直交DEMUX位相検出器回路はまた、試料セル内の体液試料のインピーダンスを測定するために用いられ得る。インピーダンスは、身体サンプルのヘマトクリットを判定するように、位相シフトと共に、又はそれから独立して、用いられ得ることが、拘束されずに仮定される。サンプルセルを通して強制通過される信号の振幅は、以下のように、直交DEMUX回路の2つの電圧出力を使用して計算することができる:
振幅=SQR((V直交相+(V同相) 等式7
次いで、この振幅は、インピーダンスを判定するように、校正ロードブロック126の既知の抵抗に対して測定される振幅と比較することができる。
XOR位相検出器部分は、「μCからの方形波入力」が、正弦波に対して同相であるか、又は90°位相シフトに設定されるかどうかに依存して、0°〜180°の測定範囲、又は代替的に、−90°〜+90°の測定範囲を有する。XOR位相検出器は、常に入力周波数の2倍である出力周波数を生成するが、しかしながら、デューティサイクルは変化する。双方の入力が完全に同相である場合、出力は低であり、双方の入力が180°シフトされる場合、出力は常に高である。出力信号を積分することによって(例えば、単純なRC要素を介して)、双方の入力間で位相シフトに直接比例する電圧を生成することができる。
本開示を理解すれば、当業者は、本開示の実施形態で用いられる位相検出器サブブロックが、例えば、立ち上がりエッジ捕捉技法、デュアルエッジ捕捉技術、XOR技術、及び同期復調技術を用いた形態を含む、任意の好適な形態を取り得ることを認識するであろう。
ローパスフィルタサブブロック122、トランスインピーダンス増幅器サブブロック128、及び位相検出器サブブロック130は、残留位相シフトを位相シフト系ヘマトクリット値測定ブロック114に導入することができるため、校正ロードブロック126は、任意に、位相シフト系ヘマトクリット値測定ブロック内に含まれ得る。校正ロードブロック126は、本質的に抵抗性の性質(例えば、33kオームロード)であるように構成され、したがって、励起電圧と生成された出力信号との間で位相シフトを誘導しない。校正ロードブロック126は、「ゼロ」校正読取値をもたらすように、回路にわたって切り替えられるように構成される。一旦校正されると、ハンドヘルド試験測定器は、体液試料の位相シフトを測定し、「ゼロ」読取値を減算して、補正された位相シフトを算出し、その後、本明細書の図12及び13に示される試験ストリップ100”で補正された位相シフトに基づいて、身体試料ヘマトクリット値を算出することができる。
図12は、基板5上に配置された7つの層を有し得る試験ストリップ100”の例示的な分解斜視図である。基板5上に配置された7つの層とは、(電極層50とも称され得る)第1の導電層50、絶縁層16、2つの重なる試薬層22a及び22b、接着部分24、26、及び28を含む接着層60、親水層70、並びに試験ストリップ100”のカバー94を形成する最上層80であり得る。例えば、スクリーン印刷プロセスを使用して、導電層50、絶縁層16、試薬層22、及び接着層60を基板5の上に順次堆積させる一連の工程で、試験ストリップ100”が製造され得る。電極10、12、及び14)が試薬層22a及び22bと接触して配置され、一方、物理的特性検知電極19a及び20aは試薬層22から離間して接触していないことに留意されたい。親水層70及び最上層80は、ロールストックから配置され、一体化ラミネート、又は別個の層のいずれかとして基板5上に積層され得る。試験ストリップ100”は、図12に示すように遠位部3及び近位部4を有する。
試験ストリップ100”は、そこから生理学的流体試料95が抜き取られるか又は堆積され得る試料受け取りチャンバ92を含み得る(図13)。本明細書で考察される生理学的流体試料は血液であってよい。図12に示すように、試料受け取りチャンバ92は、試験ストリップ100”の近位端に入口を、側縁部に出口を含み得る。流体試料95を軸L−L(図13)に沿って入口に塗布し、グルコースを測定できるように、試料受け取りチャンバ92を充填する。図12に示されるように、試薬層22に隣接して配置された第1の接着パッド24及び第2の接着パッド26の側縁部が、各々、試料受け取りチャンバ92の壁を画定している。図12に示されるように、試料受け取りチャンバ92の底部、すなわち「床」は、基板5、導電層50、及び絶縁層16の一部を含み得る。図12に示されるように、試料受け取りチャンバ92の上部、すなわち「天井」は、遠位側親水性部分32を含み得る。図12に示されるように、試験ストリップ100”では、基板5は、後から適用される層を支持する助けとなる基礎として使用され得る。基板5は、ポリエチレンテトラフタレート(PET)材料(ミツビシ社(Mitsubishi)により供給されるHostaphan PET)などのポリエステルシートの形態であり得る。基板5は、公称350マイクロメートル厚×370ミリメートル幅、長さおよそ60メートルのロール形態であってもよい。
導電層は、グルコースの電気化学的測定に使用することができる電極を形成するために必要とされる。第1の導電層50は、基板5上にスクリーン印刷されるカーボンインクから作ることができる。スクリーン印刷プロセスでは、カーボンインクはスクリーン上に乗せられ、続いてスキージを用いてスクリーンを通して転写される。印刷されたカーボンインクは、約140℃の高温空気で乾燥させることができる。カーボンインクは、VAGH樹脂、カーボンブラック、グラファイト(KS15)、並びに樹脂、カーボン、及びグラファイト混合物用の1つ又は2つ以上の溶媒を含み得る。より詳細には、カーボンインクは、カーボンインク中に約2.90:1の比のカーボンブラック:VAGH樹脂、及び、約2.62:1の比のグラファイト:カーボンブラックを含むことができる。
図12に示されるような試験ストリップ100”では、第1の導電層50は、参照電極10、第1の作用電極12、第2の作用電極14、第3及び第4の物理的特性検知電極19a及び20a、第1の接触パッド13、第2の接触パッド15、参照接触パッド11、第1の作用電極トラック8、第2の作用電極トラック9、参照電極トラック7、及びストリップ検出用バー17を含み得る。物理的特性検知電極19a及び20aは、それぞれの電極トラック19b及び20bと共に提供される。この導電層は、カーボンインクから形成することができる。第1の接触パッド13、第2の接触パッド15、及び参照接触パッド11は、試験測定器に電気的に接続されるように適合されてもよい。第1の作用電極トラック8は、第1の作用電極12から第1の接触パッド13に至る電気的に連続した経路を提供する。同様に、第2の作用電極トラック9は、第2の作用電極14から第2の接触パッド15に至る電気的に連続した経路を提供する。同様に、参照電極トラック7は、参照電極10から参照接触パッド11に至る電気的に連続した経路を提供する。ストリップ検出用バー17は、参照接触パッド11に電気的に接続されている。第3及び第4の電極トラック19b及び20bは、対応する電極19a及び20aに接続する。図12に示されるように、試験測定器は、参照接触パッド11とストリップ検出用バー17との間の連続性を測定することによって、試験ストリップ100”が適切に挿入されたことを検出することができる。
この代替のシステム(図5〜14)において、マイクロプロセッサは、(a)第1の信号を複数の電極に印加して、流体試料の物理的特性によって定義される適切なサンプリング時間を導出し、(b)第2の信号を複数の電極に印加して、導出されたサンプリング時間に基づいて分析物濃度を判定するように構成される。このシステムでは、試験ストリップ又はバイオセンサーの複数の電極は、物理的特性を測定する少なくとも2つの電極と、分析物濃度を測定する少なくとも2つの他の電極と、を含む。例えば、少なくとも2つの電極及び少なくとも2つの他の電極は、基板上に提供される同一のチャンバ中に配置される。代替的には、少なくとも2つの電極及び少なくとも2つの他の電極は、基板上に提供される異なるチャンバ中に配置される。いくつかの実施形態において、電極の全てが基板によって画定される同一平面上に配置される。具体的には、本明細書に記載される実施形態のいくつかにおいて、少なくとも2つの他の電極に近接して試薬が配置され、少なくとも2つの電極上に試薬が配置されない。このシステムで記載すべき1つの特徴は、試験シーケンスの一環として、バイオセンサー上へ流体試料(生理学的試料であってよい)が配されて、約10秒以内に正確な分析物測定値を提供できることである。
物理的特性の測定は、前に述べたように、試料のインピーダンスを測定することによって実行され得る。一旦物理的特性が判定されると、出力信号を測定するか、又はサンプリングするための適切な時間インスタンスが、等式、又は推定されたグルコース測定値を使用する参照表によって判定され得る。簡潔に、適切なサンプリング時間は以下の等式によって提供される。
Figure 0006404931
式中、
「サンプリング時間」は、試験片の出力信号をサンプリングする、試験シーケンスの開始からの時点として(便宜上)表され、
Hは、試料の物理的特性を表し、
は約4.3e5であり、
は約−3.9であり、かつ
は約4.8である。
代替的には、サンプリング時間は、低、中、高のおおまかなガイドラインを使用して試料のグルコース値を推定すること、及び表Aからの適切なサンプリング又は測定時間を導出することによって得られ得る。
Figure 0006404931
サンプリング時間を一定に保ちながら適切なバッチ勾配及び切片を判定する他の技法はまた、全て2011年12月29日の同日に出願された、米国仮特許出願第61/581,087号(代理人整理番号DDI5220USPSP)、同第61/581,089号(代理人整理番号DDI5220USPSP1)、同第61/581,099号(代理人整理番号DDI5220USPSP2)、及び同第61/581,100号(代理人整理番号DDI5221USPSP)、並びに2012年5月31日に出願された米国仮特許出願第61/654,013号(代理人整理番号DDI5228USPSP)、PCT/GB2012/053279号(WO2013/098565号として公開された)、PCT/GB2012/053277号(WO2013/098564号として公開された)、及びPCT/GB2012/053276号(WO2013/098563号として公開された)(2013年12月28日に出願された全ての国際特許出願)に示され、記載されるように用いられ得、出願の全て(仮及びPCT出願)は、本明細書において述べられたかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
一旦適切なサンプリング時間が判定されると、システムは、ここで、ヘマトクリット値がグルコース電気化学変換に事実上影響を及ぼさない特定の時点又は間隔で、出力信号を測定又はサンプリングし得る。グルコース濃度を判定するための適切なサンプリング時間(検知された物理的特性から導出された)での測定値が、以下で図14A、14B、及び5に対して次の通り詳細に考察される。
図14Aは、試験ストリップ100”並びに本明細書の図12及び13に示されるその変形例に適用される試験信号の例示的なグラフである。流体試料を図12及び13に示される試験ストリップに塗布する前に、試験測定器200’は、第2の作用電極と参照電極との間に約400ミリボルトの第1の試験信号が印加された流体検出モードである。約400ミリボルトの第2の試験信号を、第1の作用電極(例えばストリップ100”の電極12)と参照電極(例えばストリップ100”の電極10)との間に同時に印加することが好ましい。代替的には、第1の試験信号の印加の時間インスタンスが、第2の試験電圧の印加の時間間隔と重複するように、第2の試験信号を同時期に印加してもよい。試験測定器は、0の開始時間における生理学的流体検出の前に、流体検出時間間隔TFDの間、流体検出モードであってもよい。流体検出モードでは、試験測定器200’は、流体が参照電極10に対して第1の作用電極12若しくは第2の作用電極14のいずれか(又は両方の作用電極)を濡らすように、流体が図12及び13で示される試験ストリップに塗布される時を決定する。一旦試験測定器200’が、例えば第1の作用電極12及び第2の作用電極14のいずれか又は両方において測定された試験出力信号の十分な増加により、生理学的流体が塗布されたことを認識すると、試験測定器200’は、ゼロ時「0」にゼロ秒マーカーを割り当て、試験時間間隔Tを開始する。試験測定器200’は、例えば、図14Bでサンプリング間隔「i」としてここで参照される1ミリ秒毎〜100ミリ秒毎といった好適なサンプリングレートで電流トランジェント出力をサンプリングしてよい。試験時間間隔Tが完了する際に、試験信号を除去する。簡潔化のため、図14Aは、図12及び13に示される試験ストリップに印加された第1の試験信号のみを示している。
以降、図14Aの試験電圧が、図12及び13に示される試験ストリップに印加されたときに測定される既知の信号トランジェント(例えば、時間の関数としてのナノアンペアでの測定された電気信号応答)から、グルコース濃度を判定する方法の記載。
図14Aでは、試験ストリップ100”(又は本明細書に記載されるその変形例)に印加される第1及び第2の試験電圧は、一般に約+100ミリボルト〜約+600ミリボルトである。電極がカーボンインクを含み、伝達体がフィリシアニドを含む一実施形態において、試験信号は約+400ミリボルトである。当業者に既知であるように、その他の伝達体と電極材料との組み合わせでは、異なる試験電圧が必要となるであろう。試験電圧の持続時間は一般に、反応時間後約1〜約10秒であり、典型的には、反応時間後約3秒である。典型的には、試験シーケンス時Tは、tに対して測定される。Tの持続時間の間、図14A中で電圧401が維持されるとき、本明細書の図14Bに示される出力信号が発生するが、第1の作用電極12に対しては、ゼロ時間で開始して出力信号トランジェント702が発生し、同様に第2の作用電極14に対しても、出力信号トランジェント704がゼロ時間に対して発生する。出力信号702及び704(それぞれの作用電極からの)は、試験シーケンスの持続時間に応じて、およそ400測定値(又はサンプリング間隔)が存在するように、時間インスタンス「t」にわたって、測定又はサンプリングされる。このプロセスを説明する目的で、信号トランジェント702及び704は、同じ0参照点上に置かれているが、物理的用語では、軸L−Lに沿った作用電極12及び14の各々に向かうチャンバ内の流体の流れのために、2つの信号間にはわずかな時間差がある。しかしながら、出力信号トランジェントがサンプリングされ、マイクロコントローラにおいて同じ開始時間を有するように構成される。図14Bにおいて、出力信号トランジェントはピーク時間Tpに近似したピークまで増加し、この時間において、ゼロ時間後およそ2.5秒又は5秒のうちの一方まで出力信号は緩やかに下降する。Ts開始後およそ10秒の点706において、作用電極12及び14の各々の出力信号が測定され、加算され得る。代替的には、作用電極12及び14のうちの一方のみからの信号を2倍にすることができる。
図6を参照し返すと、コントローラ300は、複数の時間インスタンス又は位置T(t)=T、T、T、...Tのうちの任意の1つにおいて、少なくとも1つの作用電極(12及び14)からの出力信号Iを測定又はサンプリングするように信号を駆動する。図14Bに見られるように、時間位置は、試験シーケンスT中の任意の時点又は間隔「i」であり得る。例えば、出力信号が測定される時間位置は、1.5秒での単一の時点T1.5、又は、2.8秒に近似した時点T2.8と重なる間隔708(例えば、システムのサンプリング速度に応じて約10ミリ秒以上の間隔)であり得る。
出力トランジェント信号702及び704は、適切な時間(等式8又は表A)でサンプリングされて、試験シーケンス中の様々な時間位置における信号I(出力信号IWE1及びIWE2の各々を総和すること、又はIWE1若しくはIWE2のうちの1つを2倍することによって)を導出することができる。適切なサンプリング時間(等式8又は表A)での出力信号の測定された大きさに加え、特定の試験ストリップ100”のバッチ校正コードオフセット及びバッチ勾配の知識から、分析物(例えばグルコース)濃度が計算される。
ヘマトクリット値によって事実上影響されないグルコース濃度を得るための技法の追加の詳細が、全て2011年12月29日の同日に出願された、米国仮特許出願第61/581,087号(代理人整理番号DDI5220USPSP)、同第61/581,089号(代理人整理番号DDI5220USPSP1)、同第61/581,099号(代理人整理番号DDI5220USPSP2)、及び同第61/581,100号(代理人整理番号DDI5221USPSP)、並びに2012年5月31日に出願された米国仮特許出願第61/654,013号(代理人整理番号DDI5228USPSP)、PCT/GB2012/053279号(WO2013/098565号として公開された)、PCT/GB2012/053277号(WO2013/098564号として公開された)、及びPCT/GB2012/053276号(WO2013/098563号として公開された)(2013年12月28日に出願された全ての国際特許出願)に示され、記載され、その全ては、本明細書において述べられたかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
より正確なグルコース測定値を導出するために本発明者らのグルコース測定システムを用いることにおいて、本発明者らは、出力信号トランジェントの誤差を識別する技法を考案した。簡潔に、試料内の(ここでは、患者の身体)他の電気化学的に活性な種は、サンプリングされる信号の出力に貢献し得る。また試料チャンバの形状変化をもたらす材料欠陥は、作用電極をわたる試料の流れに影響を及ぼし得る。これは、不均一な物理的試料流れ(波又は液体フロント)で現れ得、それは、経時的な電流信号内の複数のピーク(図15A)としてセンサーによって記録され得る。最終査定測定時間でかかる事象が起こる場合、記録された電流は、不均衡に大きい可能性があり、次いで、それはグルコース測定の誤差又はバイアスをもたらす。
誤差は、他の独立した作用電極のうちのいずれか1つで起こり得る。103,686出力信号トランジェントに本発明者らの技法を適用することによって、本発明者らは、本明細書の図15Aに示される27出力信号トランジェントを識別することができた。図15Aにおいて、出力信号トランジェントのうちの各々が、測定試験シーケンスの所定の時間範囲(約2秒〜約14秒)の間の漸近円様軌道を維持できないことが分かり得る。とりわけ、誤った信号が、試験測定シーケンス中の所望の電気化学応答の特徴を示していない偽の応答、スパイク、又はドロップオフを有し得ることが分かり得る。
27誤った信号は、103,686出力信号トランジェント(0.026%に相当する)の小さな比率を含むが、これらの誤った出力信号の影響を考慮しなければならない。拾い上げられた誤った出力信号の各々は、破線外側の領域Eとして本明細書の図15Bに示される最終グルコース測定値に対して25%の過剰でのバイアス又は誤差の一因となる。誤った出力信号Eは、ISO正確度の限界から外れるので、かかる出力信号は、ユーザには少しの価値しかないか、又は全く価値がない。したがって、ユーザが、これらの種類の出力信号誤差を識別することができ、かつかかる誤差をユーザに通知することができる(又はかかる識別の際のグルコース測定を中断する)グルコース測定システムを有することが大きな利益となる。
それ故、本発明者らは、グルコースを有する流体試料が少なくとも2つの電極(図3A及び13)に近接して堆積して、酵素と流体試料中のグルコースとの電気化学反応の試験測定シーケンス(図4A、4B、又は14A及び14B)を開始するとき、マイクロコントローラが論理的プロセス800(図16)でプログラムされて、工程802)で信号を少なくとも2つの電極に駆動するように、マイクロコントローラ300(電源、メモリ、及びバイオセンサー100又は100’の複数の電極に連結された)を構成した。マイクロコントローラ300は、工程804で、一連の時間インスタンス「t」にわたって電気化学反応中に少なくとも1つの電極から出力信号(I(t))を測定して、各時間インスタンス「t」の出力信号の大きさを得る。工程806では、マイクロコントローラ300は、測定又はサンプリングされた信号I(t)の全てを評価し、そこで「t」は、試験窓Twの始まりt(開始)から試験シーケンスの終点t(終了)までの各間隔「i」での時間である。評価806は、工程808での質問で開始して、評価が完了したかどうかを判定して、時間「t」が終了時間t(終了)以下であるかどうかを判定する。出力信号Iが評価されている時間インスタンス「t(t)」が、試験窓Twの終点t(終了)より大きい(試験開始時間後2〜15秒であり得る)ことを意味する、質問808が「いいえ」に戻る場合、コントローラは、工程810でグルコース値を計算する工程810に移動する。工程812では、コントローラは、前の工程(810又は826)に応じて、グルコース値、又は測定信号の誤差の表示を通知する。出力信号が評価されている時間インスタンス「(t)」(t=間隔1、2、3...「i」)が試験終了時間より少ないことを意味する、質問808が「はい」に戻る場合、コントローラは、工程816でのサンプリング間隔を出力信号のその評価の次の時間インスタンスに増分する。工程816では、コントローラは、出力信号が評価される電流又は即時の時点を評価して、電流時点「t」が開始時間から終了時間までの窓内であることを確証する。工程816での質問が「いいえ」に戻る場合、コントローラは、工程808に戻り、さもなければ、測定された出力信号が評価される時間インスタンスがこの窓内であることを意味する質問816が「はい」に戻る場合、コントローラは、工程818において、試験測定シーケンスの開始t(例えばi=0又はi=c)から終点t(例えばi=終点又はi=d)までの所定の時間窓Tw内の少なくとも2つの連続した時間インスタンス((t)及び(t+1)又は代替的には、(t)及び(t−1))の出力信号のそれぞれの大きさの差として出力差異ΔIを判定する。
工程820では、出力差異ΔIが0より大きい場合、マイクロコントローラ300は、2つのタスクを実行する。(1)第1の指数x1ずつ増分、すなわち、x=x+1、及び(2)第2の指数y値を第2の指数yの前値と出力差異ΔIとの合計と同等として設定する、すなわちy=y+ΔI。工程824の質問では、第1の指数xが、第1の閾値「a」以上であり、かつ第2の指数「y」が、第2の閾値「b」より大きい場合、コントローラは、工程826に移動して、誤差をフラグで知らせるか、又は通知する。さもなければ、工程824での質問が「いいえ」に戻る場合、システムは、工程808に戻って、時間が開始から終了までの時間窓から外れるかどうかを判定する。質問808が真実である又ははいに戻る場合、システムは、工程810において出力信号からグルコース値を計算し(前に記載)、工程812において主要ルートに戻り、グルコース値を通知する。824における両方の質問がそれぞれの真実でない又はいいえに戻ると仮定すると、出力信号(複数可)の誤差は存在せず、システムは、工程810で計算されたグルコース測定値を通知し得る。
実施されるとき、本発明者らの技法は、マイクロコントローラから可能な限り少ない資源を取るので、当該技術分野において技術的貢献を提供し、4つのパラメーターのみが導入される必要があり(試験シーケンスの開始時間「c」及び終了時間「d」に加えて「a」、「b」)、2つの変数が保持され、更新される(「x」及び「y」、好ましくは初期値としてx〜0及びy〜0)。ストリップ100を用いるシステムでは(図1〜4)、表1は、図16の論理的プロセス800の利用におけるかかるシステムのパラメーターの範囲を提供する。
Figure 0006404931
第1の閾値「a」は、誤差をトリガするのに必要な連続した上昇電流点の数を記載する。第2の閾値「b」は、誤差をトリガするのに必要な上昇した測定点(最大−最小)のそれぞれの高さを定義する。パラメーター「c」及び「d」は、誤差が誤差トリガに値するために起こらなければならない時間窓を規定する(「c」は開始時間、「d」は時間窓Twの終了時間)。
図5〜14の代替のシステムに対して、図16の理論800において用いられるパラメーターが以下に示される。
Figure 0006404931
本発明者らの技法及び適切なパラメーターが設定されて、グルコース測定中に、図1〜4のシステム又は図5〜14のシステムのいずれかにおいて、3つ全ての条件が満たされる場合にのみ(点の数、それぞれの評価、及び時間窓)、誤差はトリガされる。これは、技法を拡張可能にし、次いで、真陽性(トラップをトリガし、正確でない結果をもたらす出力信号)と偽陽性(トラップをトリガし、更に正確な結果をもたらす出力信号)との間の適切な均衡を見出すことを可能にする。27のうち15の図15Aにおける本発明者らの技法によって識別された27出力信号トランジェントは、真陽性であるが、一方で、12は偽陽性である(図15BにおけるISO限界内の点を参照)。誤差によって誘導された二重ピークが実在するので、本発明者らは、これらの12出力信号を、56%の可能性が、生成された正確でないバイアスを持続させると考えられる真陽性としてみなし、慎重過ぎるぐらい慎重になるという本発明者らの選好を提供する。
本発明を特定の変形例及び説明図に関して述べたたが、当業者は、本発明が記載された変形例又は図に限定されないことを認識するであろう。更に、上記に述べた方法及び工程が、特定の順序で起こる特定の事象を示している場合、特定の工程は述べられた順序で行われる必要はなく、工程が、実施形態がそれらの意図される目的で機能することを可能とするものである限り、任意の順序で行われることを意図している。したがって、開示の趣旨及び請求項に見出される本発明の同等物の範囲内にある本発明の変形例が存在する範囲では、本特許請求がこうした変形例をも包含することが意図されるところである。

Claims (12)

  1. 酵素が配置された少なくとも2つの電極を含む複数の電極を有するバイオセンサーと、
    測定器と
    を備える、グルコース測定システムであって、
    前記測定器は、
    電源、メモリ、及び前記バイオセンサーの前記複数の電極に連結されたマイクロコントローラを備え、
    前記マイクロコントローラは、
    グルコースを有する流体試料が、前記少なくとも2つの電極に近接して堆積するときに、信号を前記少なくとも2つの電極に駆動して、前記酵素と前記流体試料中の前記グルコースとの電気化学反応の試験測定シーケンスを開始し、
    一連の時間インスタンスにわたって前記電気化学反応中に少なくとも1つの電極から出力信号を測定して、各時間インスタンスの前記出力信号の大きさを得て、
    前記試験測定シーケンス中の所定の時間窓内での少なくとも2つの連続した時間インスタンスの前記出力信号のそれぞれの大きさの差として出力差異を判定し、
    経過する時間インスタンス毎に、前記出力差異が0より大きい場合、
    (1)第1の指数を1増分し、
    (2)第2の指数を
    直前の時間インスタンスにおける第2の指数の値と
    前記出力差異との合計同等となるように設定し、
    前記第1の指数が第1の閾値以上であり、かつ
    第2の指数が第2の閾値より大きい場合、
    誤差に関する情報を通知し、
    さもなければ、前記時間インスタンスが時間窓外である場合、前記出力信号からグルコース値を計算し、前記グルコース値を通知するように構成される、
    システム。
  2. 前記所定の時間窓が、試験シーケンスの開始後約1秒〜試験シーケンスの開始後約8秒を含む、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記第1の閾値が約5を含み、前記第2の閾値が約300ナノアンペアを含む、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記所定の時間窓が、試験シーケンスの開始後約2秒〜試験シーケンスの開始後約8秒を含む、請求項1に記載のシステム。
  5. 前記第1の閾値が約5を含み、前記第2の閾値が約150ナノアンペアを含む、請求項1に記載のシステム。
  6. 少なくとも2つの電極及びそれらの上に配置された試薬を有するバイオセンサーと、前記バイオセンサーに、かつメモリ及び電源に接続するように構成されたマイクロコントローラを有するグルコース測定器と、を用いて、流体試料からのグルコース値を判定する方法であって、
    前記バイオセンサーの前記少なくとも2つの電極に近接した流体試料の堆積時に試験測定シーケンスの開始を始める工程と、
    入力信号を前記流体試料に印加して、グルコースを酵素副生成物に変換させる工程と、
    試験シーケンスの開始から所定の時間窓にわたって前記流体試料からの出力信号トランジェントを測定する工程であって、一連の時間インスタンスにわたって電気化学反応中に少なくとも1つの電極からの出力信号をサンプリングして、各時間インスタンスの前記出力信号の大きさを得ることを含む、工程と、
    前記試験測定シーケンス中の前記所定の時間窓内での少なくとも2つの連続した時間インスタンスの前記出力信号のそれぞれの大きさの差として出力差異を判定する工程と、
    経過する時間インスタンス毎に、前記出力差異が0より大きい場合、
    (1)第1の指数を1増分する工程と、
    (2)第2の指数を直前の時間インスタンスにおける第2の指数の値と前記出力差異との合計同等となるように設定する工程と、
    前記第1の指数が第1の閾値以上であり、かつ
    第2の指数が第2の閾値より大きい場合、誤差に関する情報を通知する工程と、
    さもなければ、前記時間インスタンスが前記時間窓より大きい場合、前記流体試料のグルコース値を計算する工程と、前記グルコース値を通知する工程と、を含む、方法。
  7. 前記グルコース値を計算する工程が、前記試験シーケンスの開始から所定の時間インスタンスに近似した前記出力信号の大きさを測定することと、第1の校正値及び第2の校正値から前記グルコース値を導出することと、を含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記導出することが、以下の形態の等式を用いることを含み、
    G=[I−切片]/勾配
    式中、
    Gが、グルコース値を含み、
    Iが、所定の時間インスタンスに近似した前記電極の各々から測定された信号の大きさの総和を含み、
    勾配が、この特定のストリップが属する試験ストリップのバッチの校正試験から得られる値を含み、
    切片が、この特定のストリップが属する試験ストリップのバッチの校正試験から得られる値を含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記所定の時間窓が、試験シーケンスの開始後約1秒〜試験シーケンスの開始後約8秒を含む、請求項6に記載の方法。
  10. 前記第1の閾値が約5を含み、前記第2の閾値が約300ナノアンペアを含む、請求項6に記載の方法。
  11. 前記所定の時間窓が、試験シーケンスの開始後約2秒〜試験シーケンスの開始後約8秒を含む、請求項6に記載の方法。
  12. 前記第1の閾値が約5を含み、前記第2の閾値が約150ナノアンペアを含む、請求項6に記載の方法。
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