JP6585636B2 - 垂直に交わっている試料受容チャンバを備える、末端充填型の電気化学式分析検査ストリップ - Google Patents

Description

本発明は広くは医療装置に関し、具体的には分析検査ストリップ及び関連方法に関する。

流体試料中の検体の測定（例えば、検出及び／又は濃度測定）又は流体試料の特性の測定は、医療分野において特に関心が持たれている。例えば、体液（例えば尿、血液、血漿、又は間質液）の試料中のグルコース、ケトン体、コレステロール、リポタンパク質、トリグリセリド、アセトアミノフェン、ヘマトクリット、及び／又はＨｂＡ１ｃ濃度を測定することが望ましいことがある。こうした測定は、例えば、視覚的、測光的、又は電気化学的な技法に基づいた分析検査ストリップを使用することで達成することができる。従来の電気化学式分析検査ストリップは、例えば、それぞれ全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，７０８，２４７号及び同第６，２８４，１２５号に記載されている。

添付の図面は、本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成するものであるが、本発明の現時点で好ましい実施形態を例示し、前述の概要及び後述の詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明する役割を果たすものである。
本発明の一実施形態による電気化学式分析検査ストリップの簡略分解図である。 図１の電気化学式分析検査ストリップの様々な層の一連の簡略平面図である。 図１の電気化学式分析検査ストリップのパターン化導体層の一部の簡略平面図である。 図１の電気化学式分析検査ストリップのパターン化導体層の一部、スペーサ層の一部、及び酵素試薬層の簡略平面図であり、試薬層は、その下のパターン化導体層を目立たせるために透明に描かれている。 本発明による別の電気化学式分析検査ストリップの様々な層の一連の簡略平面図である。 図５の電気化学式分析検査ストリップのパターン化導体層の一部の簡略平面図である。 図５の電気化学式分析検査ストリップのパターン化導体層の一部、スペーサ層の一部、及び酵素試薬層の一部の簡略平面図であり、試薬層は、その下のパターン化導体層を目立たせるために透明に描かれている。 本発明の一実施形態による体液試料中の検体を測定するための方法における段階を示すフローチャートである。

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、異なる図面における同様の要素には同一の番号が付けられている。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、説明目的のみのために例示的な実施形態を図示するものであり、本発明の範囲を制限することは意図されない。詳細な説明は、本発明の原理を限定ではなく一例として例証するものである。この説明により、当業者による本発明の作成及び使用を明確に可能にし、本発明を実施する最良の形態であると現時点において考えられるものを含む、本発明のいくつかの実施形態、適用例、変形例、代替例、及び使用を説明する。

本明細書で使用する場合、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、構成要素の部分又は構成要素の集合が、本明細書で述べる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範囲を示すものである。

本明細書で使用する場合、「交わる」及び「交わっている」という用語は、例えば、試料入口チャンバなどにおいて、物体（第１の試料測定チャンバ及び第２の試料測定チャンバなど）が互いに近接していることを示すものである。

一般に、本発明の実施形態による、体液試料（例えば、全血試料）中の検体（グルコースなど）及び／又は体液試料の特性（例えば、ヘマトクリット値）を測定するための電気化学式分析検査ストリップは、試料適用開口部が電気化学式分析検査ストリップの末端縁に配設される試料入口チャンバ、試料入口チャンバと直接的に流体連通している第１の試料測定チャンバ、及び試料入口チャンバと直接的に流体連通している第２の試料測定チャンバを含む。

電気化学式分析検査ストリップはまた、第１の試料測定チャンバ内に配設される第１の電極及び第２の電極、並びに第２の試料測定チャンバ内に配設される少なくとも第３の電極及び第４の電極も含む。更に、第１の試料測定チャンバ及び第２の試料測定チャンバは、互いと垂直に（又はほぼ垂直に）なるように試料入口チャンバと交わり、第１の試料測定チャンバは、試料入口チャンバと整列する（即ち、試料入口チャンバを通って第１の試料測定チャンバに入る、試料適用開口部からの体液の流れ方向に対して整列される）ように交わる。

本発明の実施形態による電気化学式分析検査ストリップは、例えば、第１の試料測定チャンバ及び第２の試料測定チャンバが、使用中に好ましい態様で充填される（例えば、その中の電極が１００％被われるように充填される）という点において有益である。更に、第１の試料測定チャンバ内で第１の電極及び第２の電極と接触する体液試料は、第２の試料測定チャンバの中を通ってきていない。これにより、第２の試料測定チャンバ内で試薬層を使用することが、その試薬層による第１の試料測定チャンバへの相互汚染を発生させることなく可能になる。更に、電気化学式分析検査ストリップの末端縁（即ち、遠位縁）への試料適用開口部の配設は、使用者に直感的な試料適用方法を提供し、電気化学式検査ストリップの取り扱いを容易にする。更に、本発明の実施形態による電気化学式分析検査ストリップは、比較的安価かつ単純な従来のプロセス及び材料を使用して製造できる。

図１は、本発明の一実施形態による電気化学式分析検査ストリップ１００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１００の様々な層の一連の簡略平面図である。図３は、電気化学式分析検査ストリップ１００のパターン化導体層の一部の簡略平面図である。図４は、電気化学式分析検査ストリップ１００のパターン化導体層の一部、スペーサ層の一部、及び酵素試薬層の簡略平面図であり、試薬層は、その下のパターン化導体層を目立たせるために透明に描かれている。

図１〜４を参照すると、体液試料（例えば、全血試料）中の検体（グルコースなど）を測定するため及び体液試料中のヘマトクリット値を測定するための電気化学式分析検査ストリップ１００は、電気絶縁基材層１１０、パターン化導体層１２０、試薬層１３０、パターン化スペーサ層１４０、及び親水性最上層１５０を含む。

電気化学式分析検査ストリップ１００の電気絶縁基材層１１０、パターン化導体層１２０（第１の電極１２０ａ、第２の電極１２０ｂ、第３の電極１２０ｃ、第４の電極１２０ｄ、及び第５の電極１２０ｅを含む。具体的には図３及び４を参照）、パターン化スペーサ層１４０、及び親水性最上層１５０は、試料入口チャンバ１６２（試料適用開口部１６４を備える）、第１の試料測定チャンバ１６６、及び第２の試料測定チャンバ１６８が電気化学式分析検査ストリップ１００の内部に画定されるように、配設及び位置合わせされる。更に、試料適用開口部１６４は、電気化学式分析検査ストリップ１００の末端縁（遠位端縁又は単純に遠位端とも称される）に配設される。電気化学式分析検査ストリップ１００は細長い形状なので、「（末）端」という用語は、大きい方の横縁（即ち、横側辺と単純に記述することもできる相対的に長い側縁）と対立する小さい方の縁（即ち、遠位端縁などの相対的に短い縁）を示すものである。

第１及び第２の試料測定チャンバ１６６及び１６８は、例えば、高さ０．１３ｍｍなどの任意の好適な寸法を有することができる。

電気化学式分析検査ストリップ１００において、第１の電極１２０ａ及び第２の電極１２０ｂは、試料入口チャンバ１６２を介して第１の試料測定チャンバ１６６に導入された体液試料の特性（例えば、ヘマトクリット値）を測定するように構成される。そのため、第１の電極１２０ａ及び第２の電極１２０ｂはまた、ヘマトクリット電極とも称される。

更に、第３の電極１２０ｃ及び第４の電極１２０ｄは作用電極として構成され、第５の電極１２０ｅは対−参照電極として構成される。説明目的のみで、電気化学式分析検査ストリップ１００を合計５個の電極を含むものとして示すが、本発明の実施形態を含めて電気化学式分析検査ストリップの実施形態は、任意の好適な数の電極を含み得る。第１及び第２の電極１２０ａ及び１２０ｂはそれぞれ、例えば、０．１４平方ｍｍ（例えば、高さ０．２ｍｍ及び幅０．７ｍｍ、幅はパターン化スペーサ層１４０によって画定される）の面積を有することができる。作用電極１２０ｃ及び１２０ｄは、例えば、０．２８平方ｍｍの面積をそれぞれ有し得る。対電極／参照電極１２０ｅは、例えば、０．５６平方ｍｍの面積を有し得る。

電極１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、及び１２０ｅを含む、電気化学式分析検査ストリップ１００のパターン化導体層１２０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（カーボンインクなど）を含む任意の好適な導電性材料で形成することができる。特に図４を参照すると、第３の電極１２０ｃ、第４の電極１２０ｄ、及び第５の電極１２０ｅ並びに試薬層１３０は、電気化学式分析検査ストリップ１００が第２の試料測定チャンバ１６８に充填された体液試料（全血）中の検体（グルコース）を電気化学的に測定するための構成となるように配設される。

更に、第１の電極１２０ａ及び第２の電極１２０ｂは、電気化学式分析検査ストリップ１００が第１の試料測定チャンバ１６６に充填された全血試料中のヘマトクリット値を測定するための構成となるように第１の試料測定チャンバ１６６に配設される。使用中、体液試料は、電気化学式分析検査ストリップ１００に適用され、第１の試料測定チャンバ１６６（その結果、第１の電極１２０ａ及び第２の電極１２０ｂに動作可能に接触する）及び第２の試料測定チャンバ１６８（その結果、電極１２０ｃ、１２０ｄ、及び１２０ｅと動作可能に接触する）の両方に運ばれる。分析検査ストリップの電極を使用したヘマトクリット値の測定は、例えば、米国特許出願第６１／５８１，１００号、同第６１／５８１，０９７号、同第６１／５８１，０８９号、同第６１／５３０，７９５号、及び同第６１／５３０，８０８号に記載されており、これらのそれぞれの内容は参照により全体が本明細書に組み込まれる。

電気化学式分析検査ストリップ１００では、第１の試料測定チャンバ１６６に試薬が含まれず（即ち、第１の試料測定チャンバ１６６の内部に酵素試薬層１３０が配設されず、その結果、試薬が存在しない）、かつ試料が試料入口チャンバ１６２から第１の試料測定チャンバ１６６に直接流入する（同時に第２の試料測定チャンバ１６８にも直接流入する）ので、体液試料の流れによって第２の試料測定チャンバから好ましくない試薬が第１の試料測定チャンバに導入される危険性はない。

電気絶縁基材層１１０は、例えばナイロン基材、ポリカーボネート基材、ポリイミド基材、ポリ塩化ビニル基材、ポリエチレン基材、ポリプロピレン基材、グリコール変性ポリエステル（ＰＥＴＧ）基材、又はポリエステル基材など、当業者に既知の任意の好適な電気絶縁基材であってよい。電気絶縁基材層は、例えば約５ｍｍの幅寸法、約２７ｍｍの長さ寸法、及び約０．５ｍｍの厚さ寸法などの、任意の好適な寸法を有してよい。

電気絶縁基材層１１０は、取り扱い易い構造を電気化学式分析検査ストリップ１００に与えるとともに、後に形成される層（例えばパターン化導電体層）を適用（例えば印刷又は成膜）するための基板としても機能する。本発明の実施形態に基づく分析検査ストリップに用いられるパターン化導電体層は、任意の適当な形状をとることができ、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。

パターン化されたスペーサ層１４０は、例えば、Ａｐｏｌｌｏ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ（Ｔａｍｗｏｒｔｈ，Ｓｔａｆｆｏｒｄｓｈｉｒｅ，ＵＫ）から市販されているスクリーン印刷可能な感圧接着剤から形成することができる。図１〜５の実施形態では、パターン化スペーサ層１４０は、試料入口チャンバ１６２、第１の試料測定チャンバ１６６、及び第２の試料測定チャンバ１６８の外壁を画定する。パターン化されたスペーサ層１４０は、例えば、約７５マイクロメートルの厚さを有することができ、非導電性とすることができ、上面と底面にアクリル系感圧性接着剤を備えたポリエステル材料で形成することができる。

親水性最上層１５０は、例えば、液体試料（例えば、全血試料）による電気化学式分析検査ストリップ１００の濡れ及び充填を促進する親水性を有する透明フィルムとすることができる。かかる透明フィルムは、例えば、３Ｍ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）及びＣｏｖｅｍｅ（Ｓａｎ Ｌａｚｚａｒｏ ｄｉ Ｓａｖｅｎａ，Ｉｔａｌｙ）から市販されている。親水性最上層１５０は、例えば、１０度未満の親水性接触角をもたらす界面活性剤でコーティングされたポリエステルフィルムとすることができる。親水性最上層１５０はまた、界面活性剤でコーティングされた、又は他の表面処理（例えば、ＭＥＳＡコーティング）を施されたポリプロピレンフィルムとすることもできる。親水性最上層１５０は厚さを、例えば約１００μｍとすることができる。更に、図１〜５の実施形態では、親水性最上層１５０は、（図２及び４に示されているように）第１の試料測定チャンバ１６６用の通気孔１７２及び（同じく図２及び４に示されているように）第２の試料測定チャンバ１６８用の通気孔１７４を提供するようにパターン化される。

試薬層１３０は任意の好適な酵素試薬を含むことができ、酵素試薬の選択は、測定する検体に応じて決定される。例えば、血液試料中のグルコースを測定する場合、試薬層１３０は、グルコースオキシダーゼ又はグルコースデヒドロゲナーゼを、機能的作用に必要とされる他の成分と共に含むことができる。試薬層１３０は、例えばグルコースオキシダーゼ、クエン酸三ナトリウム、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、フェロシアン化カリウム、消泡剤、カボシル、ＰＶＰＶＡ、及び水などを含むことができる。試薬層及び電気化学式分析検査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号及び同第６，７３３，６５５号にあり、これらの内容は参照により全体が本明細書に組み込まれる。

電気化学式分析検査ストリップ１００は、例えば、パターン化導体層１２０、試薬層１３０、パターン化スペーサ層１４０、及び親水性最上層１５０を電気絶縁基材層１１０の上に順次位置合わせし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、及びテープ積層法などを含む、当業者に既知の任意の好適な技法を使用して、このような順次位置合わせした形成を達成することができる。

図５は、本発明による別の電気化学式分析検査ストリップ２００の様々な層の一連の簡略平面図である。図６は、電気化学式分析検査ストリップ２００のパターン化導体層の一部の簡略平面図である。図７は、電気化学式分析検査ストリップ２００のパターン化導体層の一部、スペーサ層の一部、及び酵素試薬層の簡略平面図であり、試薬層は、その下のパターン化導体層を目立たせるために透明に描かれている。図５、６、及び７では、電気化学式分析検査ストリップ１００における同様の要素を同様の番号で示している。ただし、電気化学式分析検査ストリップ２００では、パターン化導体層に１２０’のラベルを付けることで、それを電気化学式分析検査ストリップ１００のパターン化導体層１２０と区別している。

電気化学式分析検査ストリップ２００は、パターン化導体層１２０’の追加電極１２０ｆが試料入口チャンバ１６２に追加で配設されていることを除けば、本質的に電気化学式検査ストリップ１００と同一である。追加電極１２０ｆは、使用者の体が電気化学式分析検査ストリップ内の電気回路の一部となることに起因する有害な電気的近接効果を低減する「シールド」電極として構成される。そのような電気的近接効果は、例えば、第１の試料測定チャンバ内に配設された第１の電極と第２の電極との間の位相角の測定に干渉することよって、電気化学式分析検査ストリップの正常な動作を阻害することがある。近接効果の低減は、例えば、使用者の体（使用者の指など）によって提供される接地経路と比べて、電気化学式分析検査ストリップ用のより好ましい接地経路を提供するようにシールド電極を構成することによって、達成することができる。

電気化学式分析検査ストリップ２００の実施形態では、シールド電極１２０ｆは、第５の電極１２０ｅと電気的に導通しており、対電極／参照電極として構成される。シールド電極１２０ｆは、例えば、０．１４平方ｍｍの面積を有することができる。

図８は、本発明の実施形態による、体液試料（例えば、全血試料）中の検体（グルコースなど）及び／又はこの体液試料の特性（例えば、ヘマトクリット値）を測定する方法８００における段階を示す流れ図である。方法８００は、電気化学式分析検査ストリップの試料入口チャンバの試料適用開口部に体液試料を適用して、適用された体液試料が電気化学式分析検査ストリップの第１の試料測定チャンバ及び第２の試料測定チャンバに輸送されるようにすることを含む（図８の工程８１０を参照）。

図８の工程８２０において、適用された体液試料の特性が、第１の試料測定チャンバ内に配設された第１の電極及び第２の電極を使用して測定され、体液試料中の検体が、第２の試料測定チャンバ内に配設された少なくとも第３の電極及び第４の電極を使用して測定される。

方法８００では、第１の試料測定チャンバ及び第２の試料測定チャンバは、互いと垂直に（又はほぼ垂直に）なるように単一の試料入口チャンバと交わり、第１の試料測定チャンバは試料入口チャンバと整列するように交わる。更に、試料適用開口部は、電気化学式分析検査ストリップの末端縁面に配設される。

本開示を知れば、本明細書に説明する本発明の実施形態による電気化学式分析検査ストリップの任意の技法、利益、機能、及び特徴を組み込むように方法８００を容易に改変できることは、当業者であれば認識されるであろう。

本発明の好ましい実施形態を本明細書で図示し説明したが、このような実施形態は単に一例として与えられているものであること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、及び代用が想到されるであろう。本発明の実施に際して、本明細書に記載される実施形態の様々な代替例が用いられ得る点を理解されたい。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 (17)

1. 体液試料中の検体を測定するための電気化学式分析検査ストリップであって、前記電気化学式分析検査ストリップは、
   試料適用開口部を備える試料入口チャンバであって、前記試料適用開口部が前記電気化学式分析検査ストリップの末端縁に配設される、試料入口チャンバと、
   前記試料入口チャンバと直接的に流体連通している第１の試料測定チャンバと、
   前記試料入口チャンバと直接的に流体連通している第２の試料測定チャンバと、
   前記第１の試料測定チャンバ内に配設される第１の電極及び第２の電極と、
   前記第２の試料測定チャンバ内に配設される少なくとも第３の電極及び第４の電極と、を備え、
   前記第１の試料測定チャンバ及び前記第２の試料測定チャンバが、互いとほぼ垂直になるように前記試料入口チャンバと交わり、
   前記第１の試料測定チャンバが、前記試料入口チャンバと整列するように交わり、試薬を含まない試料測定チャンバである、電気化学式分析検査ストリップ。
2. 前記少なくとも第３の電極及び第４の電極の上に配設される試薬層を更に含む、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
3. シールド電極を更に含み、前記シールド電極が、前記試料適用開口部と前記第１の試料測定チャンバとの間の前記試料入口チャンバ内に配設される、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
4. 前記シールド電極が、前記電気化学式分析検査ストリップに体液試料を適用している使用者の体の電気的近接効果を低減するように構成されている、請求項３に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
5. 電気絶縁基材層と、
   前記電気絶縁基材層の上に配設されるパターン化導体層であって、前記パターン化導体層が、前記第１の電極、第２の電極、並びに少なくとも第３の電極及び第４の電極を含む、パターン化導体層と、
   前記パターン化導体層の前記少なくとも第３の電極及び第４の電極の上に配設される試薬層と、
   パターン化スペーサ層と、
   親水性最上層と、を更に備え、
   前記電気絶縁基材層、パターン化スペーサ層、親水性層、及び前記親水性最上層が、前記試料入口チャンバ、第１の試料測定チャンバ、及び第２の試料測定チャンバを本質的に画定する、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
6. 前記第１の電極及び第２の電極が、前記第１の試料測定チャンバ内の体液試料のヘマトクリット値を測定するように構成されている、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
7. 前記少なくとも第３の電極及び第４の電極が、第１の作用電極、第２の作用電極、及び対電極／参照電極を含む、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
8. 前記試料適用開口部と前記第１の試料測定チャンバとの間の前記試料入口チャンバ内に配設されるシールド電極を更に含み、前記シールド電極が、前記対電極／参照電極と電気的に導通している、請求項７に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
9. 前記検体がグルコースであり、前記体液試料が血液である、請求項１に記載の電気化学式分析検査ストリップ。
10. 体液試料中の検体を測定するための方法であって、
    電気化学式分析検査ストリップの試料入口チャンバの試料適用開口部に体液試料を適用して、前記適用された体液試料が前記電気化学式分析検査ストリップの第１の試料測定チャンバ及び第２の試料測定チャンバに輸送されるようにすることと、
    前記第１の試料測定チャンバ内に配設された第１の電極及び第２の電極を使用して前記適用された体液試料の特性を測定し、前記第２の試料測定チャンバ内に配設された少なくとも第３の電極及び第４の電極を使用して前記体液試料中の検体を測定することと、を含み、
    前記第１の試料測定チャンバ及び前記第２の試料測定チャンバが、互いとほぼ垂直になるように単一の試料入口チャンバと交わり、
    前記第１の試料測定チャンバが、前記試料入口チャンバと整列するように交わり、
    前記第１の試料測定チャンバに試薬が存在せず、
    前記試料適用開口部が、前記電気化学式分析検査ストリップの末端縁面に配設される、方法。
11. 体液試料が全血である、請求項１０に記載の方法。
12. 検体がグルコースである、請求項１１に記載の方法。
13. 前記特性がヘマトクリット値である、請求項１１に記載の方法。
14. 前記電気化学式分析検査ストリップが、前記試料入口チャンバ内に配設されるシールド電極を含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記シールド電極が、前記電気化学式分析検査ストリップに体液試料を適用している使用者の体の電気的近接効果を低減するように構成されている、請求項１４に記載の方法。
16. 前記シールド電極が、前記少なくとも第３の電極及び第４の電極のうちの１つと電気的に導通している、請求項１５に記載の方法。
17. 前記電気化学式分析検査ストリップが、前記第２の試料測定チャンバ内に配設される試薬層を含む、請求項１１に記載の方法。

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