JP6639479B2 - 干渉補償型の2電極テストストリップ - Google Patents
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Description
(i)電極対は他の電極から電気絶縁された2つの電極からなり、
(ii)活性化学マトリックスはその酵素活性を含み、不活性化学マトリックスはその酵素活性を含まず、かつ
(iii)電極対の第1電極は活性化学マトリックスに接触しており、電極対の第2電極は不活性化学マトリックスに接触している、
センサー素子に関する。
a)被験試料を、(i)その分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させる活性化学マトリックスに接触させ、活性化学マトリックスは第1電極に接触している;かつ(ii)不活性化学マトリックスに接触させ、不活性化学マトリックスは第2電極に接触している;
b)第1電極および第2電極ならびに活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックスを含む電気回路を閉じ、続いてその少なくとも1つの電気化学的特性の第1値を決定する;
c)b)の電気回路の電気極性を逆転させ、続いてその少なくとも1つの電気化学的特性の第2値を決定する;そして
d)第1値および第2値に基づいてその少なくとも1種類の分析物を検出する。
本発明の方法は、ある極性における少なくとも1つの電気化学的特性の数値の少なくとも1回の測定、および逆の極性におけるその少なくとも1つの電気化学的特性の数値の少なくとも1回の測定を必要とする。結果の精度を高めるためにその測定を反復できることは、当業者に理解される。さらに、追加工程、たとえばある態様においては1回以上の測定、および/または第1極性と第2極性での測定間における電圧フリー休止(voltage free break)を含むことができる。ある態様において、その休止は少なくとも0.5秒、さらなる態様においては少なくとも1秒、さらに、さらなる態様においては少なくとも2秒、またはさらなる態様においては少なくとも3秒、持続するように設定される。ある態様において、その測定および/または電圧フリー休止の時間範囲は0.1秒〜10秒、さらなる態様においては1秒〜8秒、さらなる態様においては2〜5秒である。1回より多い測定サイクルを適用する場合、測定および/または電圧フリー休止もその測定サイクルに含めることができるのは当業者に理解される。
i)センサー素子のための容器:センサー素子は少なくとも2つの電極ならびに活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックスを含み、活性化学マトリックスはその分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、第1電極は活性化学マトリックスに接触しており;第2電極は不活性化学マトリックスに接触している;ならびに
ii)本発明の方法に従ってセンサー素子に含まれる少なくとも1種類の指示試薬の電気化学的特性を決定するための手段。
i)少なくとも2つの電極ならびに活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックスを含むセンサー素子:活性化学マトリックスはその分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、第1電極は活性化学マトリックスに接触しており;第2電極は不活性化学マトリックスに接触している;ならびに
ii)a)のセンサー素子のための容器、および本発明の方法に従ってセンサー素子に含まれる少なくとも1種類の指示試薬の電気化学的特性を決定するための手段を含む、検査デバイス。
本発明はさらに、そのプログラムをコンピューターまたはコンピューターネットワークで実行した際に本発明による方法を本明細書に含まれる態様のうち1以上で実施するためのコンピューター実行可能な指示を含む、コンピュータープログラムを開示および提唱する。具体的には、コンピュータープログラムをコンピューター可読データキャリアに記憶させることができる。よって、具体的には、前記で指示した方法の工程a)〜d)のうち1つ、1より多数、または全部ですら、コンピューターまたはコンピューターネットワークを用いて、ある態様においてはコンピュータープログラムを用いて実施できる。
− 少なくとも1つのプロセッサーを含むコンピューターまたはコンピューターネットワークであって、そのプロセッサーが本明細書に開示する態様の1つによる方法を実施するように適合されたもの;
− コンピューターローディング可能なデータ構造であって、そのデータ構造をコンピューターで実行した際に本明細書に記載する態様の1つによる方法を実施するように適合させたもの;
− コンピュータープログラムであって、そのプログラムをコンピューターで実行した際に本明細書に記載する態様の1つによる方法を実施するように適合されたコンピュータープログラム;
− プログラム手段を含むコンピュータープログラムであって、そのコンピュータープログラムをコンピューターまたはコンピューターネットワークで実行した際に本明細書に記載する態様の1つによる方法を実施するためのもの;
− 上記の態様によるプログラム手段を含むコンピュータープログラムであって、そのプログラム手段がコンピューター可読記憶媒体に記憶されたもの;
− 記憶媒体であって、データ構造がその記憶媒体に記憶され、そのデータ構造がコンピューターまたはコンピューターネットワークのメイン記憶および/またはワーキング記憶にローディングされた後、本明細書に記載する態様の1つによる方法を実施するように適合されたもの;ならびに
− プログラムコード手段を備えたコンピュータープログラムプロダクトであって、そのプログラムコード手段は記憶媒体に記憶でき、または記憶されており、そのプログラムコード手段をコンピューターまたはコンピューターネットワークで実行した場合に本明細書に記載する態様の1つによる方法を実施するためのもの。
本発明の知見をまとめると、下記の態様が考慮される:
態様1: 少なくとも1種類の分析物を決定するためのセンサー素子であって、一対の電極ならびに少なくとも活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックスを含み、活性化学マトリックスはその分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、
(i)電極対は他の電極から電気絶縁された2つの電極からなり、
(ii)活性化学マトリックスはその酵素活性を含み、不活性化学マトリックスはその酵素活性を含まず、かつ
(iii)電極対の第1電極は活性化学マトリックスに接触しており、電極対の第2電極は不活性化学マトリックスに接触している。
態様3: 活性化学マトリックスはその酵素活性を保有するポリペプチドを含み、不活性化学マトリックスはその酵素活性を保有しないポリペプチドを含む、態様1または2のセンサー素子。
態様5: 厳密に一対の電極を含む、態様1〜4のいずれか1つのセンサー素子。
態様7: その酵素活性を保有するポリペプチドがグルコースデヒドロゲナーゼである、態様1〜6のいずれか1つのセンサー素子。
態様9: センサー素子が対面センサー素子である、態様1〜8のいずれか1つのセンサー素子。
a)被験試料を、(i)その分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させる活性化学マトリックスに接触させ、活性化学マトリックスは第1電極に接触している;かつ(ii)不活性化学マトリックスに接触させ、不活性化学マトリックスは第2電極に接触している;
b)第1電極および第2電極ならびに活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックスを含む電気回路を閉じ、続いてその少なくとも1つの電気化学的特性の第1値を決定する;
c)b)の電気回路の電気極性を逆転させ、続いてその少なくとも1つの電気化学的特性の第2値を決定する;そして
d)第1値および第2値に基づいてその少なくとも1種類の分析物を検出する。
態様12: 工程b)が、電気回路に電圧を印加することを含む、態様10または11の方法。
態様14: 工程b)で印加した電圧が工程c)で印加した電圧レベルと本質的に同じである、態様10〜13のいずれか1つの方法。
i)センサー素子のための容器:センサー素子は少なくとも2つの電極ならびに活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックスを含み、活性化学マトリックスはその分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、第1電極は活性化学マトリックスに接触しており;第2電極は不活性化学マトリックスに接触している;ならびに
ii)態様10〜14のいずれか1つによる方法に従ってセンサー素子に含まれる少なくとも1種類の指示試薬の電気化学的特性を決定するための手段。
(i)少なくとも2つの電極ならびに活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックスを含むセンサー素子:活性化学マトリックスはその分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、第1電極は活性化学マトリックスに接触しており;第2電極は不活性化学マトリックスに接触している;ならびに
(ii)a)のセンサー素子のための容器、および態様10〜14のいずれか1つの方法に従ってセンサー素子に含まれる化学マトリックスの電気化学的特性を決定するための手段を含む、検査デバイス。
態様18: 少なくとも1種類の分析物を検出するための、態様1〜9のいずれか1つによるセンサー素子、態様15による検査デバイス、または態様16もしくは17による検査システムの使用。
態様20: (i)電極対の第1電極といずれかの追加電極との間の抵抗、および(ii)電極対の第2電極といずれかの追加電極との間の抵抗が、両方とも、被験試料をセンサー素子に適用した後に少なくとも25kΩになるように、電極対はセンサー素子に存在する可能性のあるいずれの追加電極からも電気絶縁されている、態様1〜9および19のいずれか1つのセンサー素子。
図3に、センサー素子110の他の代表的態様の断面模式図を描く。この代表的態様において、センサー素子110は対面構造でデザインされている。対面センサー素子110は、図1または2のセンサー素子と同じ素子を含むが、活性化学マトリックス116に接触した第1電極112と不活性化学マトリックス118に接触した第2電極114は、向き合った方向に配置されている。第1電極112および第2電極114は両方とも、それらの各支持層としての基材124上にある。試料は第1電極112と第2電極114の間の試料チャンバー154内に置くことができ、電極112、114の両方と接触する。試料チャンバーは、試料が毛管作用により試料チャンバーに流入してそれを満たすことができるキャピラリー寸法をもつことができる。ポテンショスタット152を用いて、規定した極性および大きさの電圧を第1電極112および第2電極114に印加する。
図6の例において、三角波電圧信号(triangular voltage signal)を電極に印加する。グルコース溶液とグルコースおよび干渉化合物アスコルビン酸を含有する溶液を用いた結果を比較する。酵素電極、すなわち活性化学マトリックスに接触している電極を正に分極させた場合、グルコースと干渉物質からの応答を識別できない。これに対し、逆の極性では、それを明瞭に分離できる。両方の極性からの電流応答を、被験物質(たとえば、グルコース)および干渉物質(たとえば、アスコルビン酸)を含有する適切な検量と組み合わせて分析することにより、干渉物質から大幅に独立した信号を計算することができる。
図7は、干渉補償型の対面電極における統計学的電流−電圧実験の結果を示す。この場合、−600から+600mVまでの範囲で50mV毎の異なる電圧について、その都度新たなディスポーザブルテストストリップで電流測定を実施した。用いた指示試薬はニトロソアニリン酸化還元指示薬であり、酵素はグルコースデヒドロゲナーゼであった。グルコース含有試料が酵素含有試薬と接触すると、ニトロソアニリンは還元されてフェニレンジアミンになり、それは正に分極した電極上で酸化可能である。酵素を含有しない第2電極では、ニトロソアニリンは負に分極した電極上で直接還元される。よって、この方向の電極分極については両方の電極が電子伝達を支持し、生じる電流を測定することができる。分極を逆転させると、負に帯電した電子のみがニトロソアニリンを還元することにより電子伝達を支持することができる。その時点で正に分極した無酵素電極にはフェニレンジアミンが存在せず、したがって電子伝達は支持されない。結果的に電流を測定できない。
図8は、逆極性試験相を実施する検査シーケンスの例を示す。
検査シーケンスの最初の部分(図8の1000ミリ秒〜4000ミリ秒)では、極性は酵素含有電極を正に分極させる。印加電圧は+500mVである。グルコース含有試料をテストストリップに添加すると、電流計電流応答を測定することができる。正電極上では、酵素反応により生成したフェニレンジアミンが電子を電極へ伝達する。負に分極した電極上では、ニトロソアニリンが還元されて電極から電子を受け取る。第2測定相(図8の4000ミリ秒〜7000ミリ秒)では、ゼロ電圧を電極に印加する。分極しなければ、用いた電極システムについて電極反応は起きない。したがって、酸化還元反応生成物が電極反応帯域から再拡散する時間があり、よって電極が逆の極性に分極した際に、第1工程で生成した反応生成物から生じる電流応答が最小限に抑えられる。第3電流測定工程(図8の7000ミリ秒〜10000ミリ秒)として、逆の極性を印加する(ここでは酵素含有電極により規定される作用電極に関して−500mV)。この例では、グルコース含有試料溶液(120mg/dL)を、グルコースおよびアスコルビン酸含有試料(30mg/dLおよび30mg/dL)について得られた結果と比較している。正分極(図8の1000ミリ秒〜4000ミリ秒)ではこれら2種類の試料を明瞭に識別できず、これに対し逆の極性(図8の7000ミリ秒〜10000ミリ秒)を用いると明瞭な差が見られることが分かる。
110 センサー素子
112 第1電極
114 第2電極
116 活性化学マトリックス
118 不活性化学マトリックス
120 第1電極の接点素子
122 第2電極の接点素子
124 基材(支持体)
126 被験試料
130 検査システム
132 検査デバイス
134 制御素子
136 ディスプレイ
138 第1電極の接点素子を接続する接点素子
140 第2電極の接点素子を接続する接点素子
142 インターフェイス
144 評価ユニット
146 容器
148 測定ユニット
150 ケーシング
152 ポテンショスタット
154 試料チャンバー
Claims (15)
- 被験試料(126)中の少なくとも1種類の分析物を検出する方法であって、下記の工程を含む方法:
a)被験試料(126)を、(i)前記分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させる活性化学マトリックス(116)に接触させ、前記活性化学マトリックス(116)は前記酵素活性を含み、前記活性化学マトリックス(116)は第1電極(112)に接触している;かつ(ii)不活性化学マトリックス(118)に接触させ、前記不活性化学マトリックス(118)は前記酵素活性を含まず、前記不活性化学マトリックスは第2電極(114)に接触している;
b)前記第1電極(112)、前記第2電極(114)、前記活性化学マトリックス(116)および前記不活性化学マトリックス(118)を含む電気回路を閉じ、続いて前記少なくとも1つの電気化学的特性の第1値を決定する;
c)b)の電気回路の電気極性を逆転させ、続いて前記少なくとも1つの電気化学的特性の第2値を決定する;ならびに、
d)前記第1値および前記第2値に基づいて前記少なくとも1種類の分析物を検出する、
ここで、前記b)および/またはc)において、三角波電圧信号が印加される。 - 少なくとも1種類の分析物の検出が、工程b)で決定した第1値と工程c)で決定した第2値の差を計算することを含む、請求項1に記載の方法。
- 工程b)が、電気回路に電圧を印加することを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 工程c)が、工程b)の電圧に対して逆の電圧を電気回路に印加することを含む、請求項3に記載の方法。
- 工程c)で印加した電圧が、b)で印加した電圧±40%に相当する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1種類の分析物を決定するためのセンサー素子(110)であって、電極対(112,114)、ならびに少なくとも活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックス(116,118)を含み、
前記電極対(112,114)は他の電極から電気絶縁された2つの電極からなり、(i)電極対の第1電極(112)といずれかの追加電極との間の抵抗、および(ii)電極対の第2電極(114)といずれかの追加電極との間の抵抗が、両方とも、被験試料をセンサー素子(110)に適用した後に少なくとも25kΩになるように、前記電極対(112,114)はセンサー素子(110)に存在する可能性のあるいずれの追加電極からも電気絶縁される、前記センサー素子を用いて実施される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 活性化学マトリックス(116)が酵素活性を有するポリペプチドを含み、不活性化学マトリックス(118)が酵素活性を有しないポリペプチドを含む態様において、活性化学マトリックス(116)の組成が前記酵素活性の存在によってのみ不活性化学マトリックス(118)の組成と異なる、請求項6に記載の方法。
- 前記センサー素子(110)が基準電極を含まない、請求項6または7に記載の方法。
- 分析物がグルコースである、請求項6〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 分析物が、被験試料(126)中に、ある態様においては血液被験試料中にある、請求項6〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 流体被験試料を電極へガイドするための1以上のキャピラリー素子さらに含み、好ましくは第1電極および第2電極が前記キャピラリー素子の反対側に配置される、請求項6〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センサー素子(110)がストリップ形状のキャリア素子を含む、請求項6〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 被験試料(126)中の少なくとも1種類の分析物を検出するための、下記のものを含む検査デバイス(132):
i)センサー素子(110)のための容器(146):センサー素子は少なくとも2つの電極(112,114)、少なくとも活性化学マトリックス(116)および不活性化学マトリックス(118)を含み、前記活性化学マトリックス(116)は前記分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、第1電極(112)は前記酵素活性を含む活性化学マトリックス(116)に接触しており;第2電極(114)は前記酵素活性を含まない不活性化学マトリックス(118)に接触している;ならびに、
ii)請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法に従ってセンサー素子(110)に含まれる少なくとも1種類の指示試薬の電気化学的特性を決定するための手段。 - 下記のものを含む検査システム(130):
i)少なくとも2つの電極(112,114)、少なくとも活性化学マトリックス(116)および不活性化学マトリックス(118)を含むセンサー素子(110):活性化学マトリックス(116)は前記分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、第1電極(112)は前記酵素活性を含む活性化学マトリックス(116)に接触しており;第2電極(114)は前記酵素活性を含まない不活性化学マトリックス(118)に接触している;ならびに、
ii)i)のセンサー素子(110)のための容器(146)、および請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法に従ってセンサー素子(110)に含まれる化学マトリックス(116,118)の電気化学的特性を決定するための手段を含む、検査デバイス(132)。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法により、少なくとも1種類の分析物を検出するためのセンサー素子(110)の使用であって、
前記センサー素子が、
一対の電極(112,114)、ならびに少なくとも活性化学マトリックスおよび不活性化学マトリックス(116,118)を含み、ここで前記活性化学マトリックス(116)は前記分析物の存在下で活性である酵素活性に依存して少なくとも1つの電気化学的特性を変化させ、
(i)前記電極対(112,114)は他の電極から電気絶縁された2つの電極からなり、(a)電極対の第1電極(112)といずれかの追加電極との間の抵抗、および(b)電極対の第2電極(114)といずれかの追加電極との間の抵抗が、両方とも、被験試料をセンサー素子(110)に適用した後に少なくとも25kΩになるように、前記電極対(112,114)はセンサー素子(110)に存在する可能性のあるいずれの追加電極からも電気絶縁され、
(ii)前記活性化学マトリックス(116)は前記酵素活性を含み、前記不活性化学マトリックス(118)は前記酵素活性を含まず、
(iii)前記電極対(112,114)の第1電極は前記活性化学マトリックス(116)に接触しており、前記電極対の第2電極は前記不活性化学マトリックス(118)に接触している、
前記使用。
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