JP6815335B2 - 血糖値測定試薬、血糖値測定チップ、及び血糖値測定装置セット - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Description
これにより、血液点着前の発色を抑制することができると共に、血液点着後の発色速度を向上させることができる。
なお、本明細書において、「芳香族炭化水素」は、複素環式化合物とは異なる炭素環式化合物(環式化合物のうち、環に炭素原子だけを含む化合物)の一種と定義され、アミンを有さない。
ここで、前記芳香族炭化水素における芳香族環の周囲全体に亘ってスルホン酸基を配置することで、前記芳香族炭化水素分子内における親水性部分及び疎水性部分のそれぞれが偏在しないため、試薬が血液によって湿潤しやすい(なじみやすい)。
なお、1,3−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム及びナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウムは、緩衝能を有さないが、血液自体が備える中性付近の緩衝能を利用することができる。
本発明に係る血糖値測定試薬は、少なくとも、酵素と、電子受容体(メディエータ)と、発色色素と、芳香族炭化水素と、を含有している。また、本発明に係る血糖値測定試薬は、さらに必要に応じて、遷移金属塩等のその他の成分を含有してなる。
なお、血液中のD−グルコースと電子受容体(例えば、後述するm−PMS)とが酵素(例えば、後述するGDH)によって反応して、その反応により発色色素(例えば、後述するWST−4)が発色する。
前記芳香族炭化水素としては、少なくとも1個のスルホン酸基を有する芳香族炭化水素である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ベンゼンスルホン酸ナトリウム(下記構造式(1)参照)、1,3−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム(下記構造式(2)参照)、1,3, 5−ベンゼントリスルホン酸三ナトリウム(下記構造式(3)参照)、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(下記構造式(4)参照)、アントラセン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(下記構造式(5)参照)、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、2個以上のスルホン酸基を有する芳香族炭化水素(例えば、1,3−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム)が、血液点着後の発色速度をより向上させることができる点で、好ましい。ここで、スルホン酸基(イオン)の数が多い方が、前記芳香族炭化水素の親水性を向上しつつ、界面活性剤として作用を低減させることが可能となるため、全血を試料とした場合でも、発色速度をより向上させることができ、また、少ない含有量で本願発明の効果が得られる。また、芳香族炭化水素が有するスルホン酸基の数が多くても、安定性に悪影響は無い。
前記芳香族炭化水素の血液検体反応時の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50mM以上が好ましく、100mM以上がより好ましく、250mM〜400mMが特に好ましい。
前記芳香族炭化水素の含有量又は血液検体反応時の濃度が、好ましい範囲内、より好ましい範囲内、又は、特に好ましい範囲内であると、血液点着前の発色を確実に抑制することができると共に、血液点着後の発色速度を確実に向上させることができる。
前記酵素は、例えば、血液中のグルコースと反応して、グルコースから電子を引き抜く、などの役割を果たす。
前記酵素としては、グルコースを基質とする限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)、グルコースオキシダーゼ(GOD)、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)が、テトラゾリウム塩と組み合わせることが容易である点で、好ましい。
なお、グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)の反応がスムーズに進むpH領域(即ち、至適pH領域)は中性付近(約pH6.5〜7.0)であるが、酵素によって至適pH領域は異なる。例えば、特許文献2(特許4381463号)の実施例で使用されている緩衝剤(バッファー)としての「グリシン−塩酸」及び「酢酸ナトリウム」は酸性であるので、至適pH領域が中性付近(約pH6.5〜7.0)のグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)には適さない。
前記血液検体反応時の濃度が、好ましい範囲内、より好ましい範囲内、又は、特に好ましい範囲内であると、速やかに反応を終えることができる。
前記電子受容体(メディエータ)は、(i)酵素と血液中のグルコースとの反応を促進する、(ii)酵素がグルコースから引き抜いた電子を一旦受け取って発色色素に渡す、などの役割を果たす。
前記電子受容体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記電子受容体は、5−メチルフェナジニウムメチルスルファート(PMS)、1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムメチルスルファート(mPMS)、NAD,FAD、PQQ、フェリシアン化カリウム、などが選択できる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムメチルスルファート(mPMS)が、反応性、安定性ともに優れている点で、好ましい。
前記電子受容体の血液検体反応時の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記電子受容体の血液検体反応時の濃度としては、0.1mM以上が好ましく、0.5mM以上がより好ましく、1mM〜10mMが特に好ましい。
前記電子受容体の含有量又は血液検体反応時の濃度が、好ましい範囲内、より好ましい範囲内、又は、特に好ましい範囲内であると、速やかに反応を終えることができる。
前記発色色素(還元系発色試薬)は、例えば、酵素とグルコースとの反応によって生じた電子や過酸化水素を受け取って(還元されて)発色する、などの役割を果たす。
前記発色色素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、テトラゾリウム塩(例えば、WST−4、WST−1、WST−5、MTS、MTT、テトラゾリウム塩(A))、リンモリブデン酸ナトリウム、インディゴカルメン、ジクロロインドフェノール、レサズリン、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ベンゾチアゾイル基を有する、テトラゾリウム塩が好ましく、テトラゾリウム塩(A)、2−(2−ベンゾチアゾリル)−3−(4−カルボキシ−2−メトキシフェニル)−5−[4−[(2−ソジオスルホエチル)カルバモイル]フェニル]−2H−テトラゾール−3−イウム(WST−4)が、発色スペクトルが良好で、溶解性が高い点で、特に好ましい。
テトラゾリウム塩(A)の化学式を以下に示す。
前記発色色素の血液検体反応時の濃度としては、目的に応じて適宜選択することができるが、10mM以上が好ましく、50mM以上がより好ましく、100mM〜200mMが特に好ましい。
前記発色色素の含有量又は血液検体反応時の濃度が、好ましい範囲内、より好ましい範囲内、又は、特に好ましい範囲内であると、高濃度の血糖値まで対応することができる。
前記発色色素がテトラゾリウム塩である場合、遷移金属塩(遷移金属イオン)とテトラゾリウム塩とを、キレート反応させ、キレート錯体を生成して発色させてもよい。遷移金属塩としては、水性液体(例えば、水、緩衝液、血液、体液)中でイオンを生成するものであれば、目的に応じて適宜選択することができるが、ニッケルやコバルトの塩化物、臭化物、硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩が好ましい。
以下、本発明に係る血糖値測定チップを詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る血糖値測定チップを示す平面図である。また、図2は、図1における線I−Iに沿った断面図である。
以下、本実施形態における血糖値測定チップ100の各部材及び各部材により構成される特徴部の詳細について説明する。
図1及び図2に示すように、血糖値測定チップ100は、底面部を形成する第1基材1と、天面部を形成する第2基材2と、これらの第1基材1及び第2基材2の間に、且つ、チップ厚み方向に対して直交する幅方向の両端に設けられた接着部3,4とを備える。
このように、接着部3,4において、第1基材1及び第2基材2の間に任意の厚みを有するスペーサ(図には示していない)を挟んだまま、第1基材1及び第2基材2を接着させることで、第1基材1と第2基材2との間に所定の大きさの空隙が形成される。この所定の大きさの空隙が、供給口10が一端に形成された流路20となり、血液を血糖値測定チップ100内に流入することができる。さらに、流路20内には、試薬層30が設けられている。図1及び図2では、試薬層30は、第1基材1上に形成されているが、これに限定されるものではなく、流路20を閉塞することなく、流路20内に設けられていればよい。
試薬層30は、本発明に係る血糖値測定試薬からなる。
前記試薬層構造の製造方法は、少なくとも、塗布工程と、乾燥工程とを含み、必要に応じて、その他の工程を含む。
前記塗布工程は、本発明に係る血糖値測定試薬を含む塗布液を塗布する工程である。
前記塗布方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スプレー塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記乾燥工程は、塗布された塗布液を乾燥する工程である。
前記乾燥工程における、乾燥温度及び乾燥時間としては、目的に応じて適宜選択することができる。
次に、本発明の一実施形態としての血糖値測定装置セットについて説明する。
本発明の一実施形態としての血糖値測定装置セットは、上述した血糖値測定チップと、該血糖値測定チップが装着され、血液中のグルコース成分を測定する血糖値測定装置とを備える。
以下、血液と血糖値測定試薬としての発色試薬との反応物を透過した光を測定する透過型の血糖値測定装置を備える血糖値測定装置セットについて説明するが、本発明は、これに限定されるものでなく、例えば、前記反応物から反射した光を測定する反射型の血糖値測定装置を備える血糖値測定装置セットであってもよい。
当該血糖値測定チップ100は血糖値測定装置110の先端部に装着される。血糖値測定装置110は、測定結果や操作内容などを表示するディスプレー111と、血糖値測定装置110の起動と終了を指示する電源ボタン112と、操作ボタン113と、血糖値測定チップ100を取り外す取外レバー114と、を備えている。ディスプレー111は、液晶またはLED等で構成される。
<試薬水溶液の調製>
まず、酵素としてのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH、東洋紡株式会社製)4U/μLと、電子受容体(メディエータ)としての1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムメチルスルファート(mPMS、株式会社同仁化学研究所製)1mMと、発色色素としての2−ベンゾ−チアゾリル−3−(4−カルボキシ−2−メトキシフェニル)−5−〔4−(2−スルホエチルカルバモイル)フェニル〕−2H−テトラゾリウム(WST−4、株式会社同仁化学研究所製)100mMと、芳香族炭化水素としてのナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)250mMと、を含む試薬水溶液(pH6.5)を調製した。
調製した試薬水溶液を、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(製造会社名:東レ株式会社、商品名:ルミラーT60、厚み188μm)上に塗布し、25℃で10分間乾燥した。乾燥後、試薬層が形成されたPETフィルムにスペーサ及び接着部としての両面テープ(製造会社名:3M社、商品名:ポリエステルフィルム基材、両面粘着テープ9965、厚み:80μm)を挟んだまま、材質が親水処理ポリエステルフィルム(製造会社名:3M社、商品名:親水処理ポリエステルフィルム9901P、厚み:100μm)であるカバーフィルムを装着して、図1及び2に示す血糖値測定チップを作製した。
血液(全血、ヘマトクリット(Ht)40)に、高濃度のグルコース溶液(40g/dL)を添加して、グルコース濃度が100mg/dLの血液検体を調製した。
調製した血液検体3mm3を、作製した血糖値測定チップに点着し、紫外可視分光光度計を用いて吸光度測定(測定波長:650nm)を行った。結果を表1及び図5に示す。
なお、図5は、発色速度(タイムコース)を示すグラフであり、縦軸は吸光度指標(30s後の発色量を100%とする)を、横軸は点着後の時間(ms:ミリセコンド)を示す。発色完了までの時間は、0sから発色量100%になるまでの時間で評価した。
作製直後(イニシャル)の血糖値測定チップ、常温保存(3日間)及び、熱加速試験(60℃、3日間)後の血糖値測定チップについて、紫外可視分光光度計を用いて、蒸留水3mm2の点着後の吸光度を測定した(測定波長:650nm〜750nm)。これらの血糖計測定チップの吸光度は、作成直後(イニシャル)の血糖測定チップの吸光度に対する差分として結果を表1及び図6に示す。
なお、図6は、血液点着前における血糖値測定チップの保存安定性を示すグラフであり、縦軸は吸光度(abs)を示す。
実施例1において、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液の調製を行う代わりに、1,3−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム(DSB、Alfa Aear製)を用いて試薬水溶液の調製を行ったこと以外は、実施例1と同様に、試薬水溶液の調製、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を図5及び6に示す。
実施例1において、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液の調製を行う代わりに、ベンゼンスルホン酸ナトリウム(BS、東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液の調製を行ったこと以外は、実施例1と同様に、試薬水溶液の調製、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を表1、図5及び6に示す。
実施例1において、「試薬水溶液の調製」を下記のように行い、「検体点着後の吸光度測定」における吸光度測定を630nm〜900nmで行ったこと以外は、実施例1と同様に、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を表1、図5及び6に示す。
発色色素としてテトラゾリウム塩Aを用いた場合、測定開始と同時に一気に反応が進み、約5秒で発色が完了した。実施例4の発色速度及び感度は共に良好であった。
まず、酵素としてのグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH、東洋紡株式会社製)4U/μLと、電子受容体(メディエータ)としての1−メトキシ−5−メチルフェナジニウムメチルスルファート(mPMS、株式会社同仁化学研究所製)1mMと、発色色素としてのテトラゾリウム塩A(テルモ株式会社製)100mMと、遷移金属イオンとしてのニッケルイオン200mMと、芳香族炭化水素としての1,3−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム(DSB)(Alfa Aear製)250mMと、を含む試薬水溶液(pH6.5)を調製した。
実施例1において、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を添加して試薬水溶液の調製を行う代わりに、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を添加せずに試薬水溶液の調製を行ったこと以外は、実施例1と同様に、試薬水溶液の調製、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を表1、図5及び6に示す。
実施例1において、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液(pH6.5)の調製を行う代わりに、3−モルホリノプロパンスルホン酸(MOPS、株式会社同仁化学研究所製)を用いて試薬水溶液(pH7.0)の調製を行ったこと以外は、実施例1と同様に、試薬水溶液の調製、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を表1、図5及び6に示す。
比較例2のように、MOPS等のグッドバッファー(中性付近に緩衝能を有し、遊離アミンを有するもの)を用いると、試薬水溶液の調製中から徐々に発色が始まり、血液を点着する前の状態(ブランク)において吸光度が著しく上昇してしまう傾向があった。
実施例1において、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液(pH6.5)の調製を行う代わりに、イセチオン酸ナトリウム(東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液の調製を行ったこと以外は、実施例1と同様に、試薬水溶液の調製、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を表1、図5及び6に示す。
実施例1において、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液(pH6.5)の調製を行う代わりに、リン酸緩衝液(和光純薬工業株式会社製)を用いて試薬水溶液(pH7.0)の調製を行ったこと以外は、実施例1と同様に、試薬水溶液の調製、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を表1、図5及び6に示す。
比較例4のように、グッドバッファーでないリン酸緩衝液(遊離アミンを有さない)を用いると、血液点着前における保存安定性は良好であるが、発色速度が遅くなる傾向があった。
実施例1において、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム(TSN、東京化成工業株式会社製)を用いて試薬水溶液(pH6.5)の調製を行う代わりに、トレハロース(株式会社林原製)を用いて試薬水溶液の調製を行ったこと以外は、実施例1と同様に、試薬水溶液の調製、血糖値測定チップの作製、検体の調製、検体点着後の吸光度測定、及び熱加速試験後の吸光度測定を行った。評価結果を表1、図5及び6に示す。
比較例5のように、水に溶けやすく、緩衝能がないトレハロースを用いると、血液点着前における保存安定性は良好であるが、発色速度が遅くなる傾向があった。
実施例4において、1,3−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム(DSB、Alfa Aear製)250mMを用いて試薬水溶液(pH6.5)の調製を行う代わりに、8−メトキシピレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム塩(MPTS、シグマアルドリッチ製)70mMを用いて試薬水溶液の調製を行ったこと以外は、実施例4と同様に、試薬水溶液の調製を行った。ここで、試薬水溶液(コート液)中に析出物が発生したため、血糖値測定チップの作成ができなかった。評価結果を表1に示す。
なお、8−メトキシピレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウム塩(MPTS)の化学式を以下に示す。
<検体点着後の吸光度(タイムコース(発色量))測定>
◎:10秒間で反応終点の90%以上が反応
○:10秒間で反応終点の60%以上90%未満が反応
×:10秒間で反応終点の60%未満が反応
<熱加速試験後の吸光度測定>
○:60℃3日間保存後のブランク上昇が0.1未満
×:60℃3日間保存後のブランク上昇が0.1以上
2:第2基材
3:接着部
4:接着部
10:供給口
20:流路
21:開口部
22:装着部
23:装着孔
24:光学測定部
25:処理部
26:イジェクトピン
30:試薬層(試薬)
31:照射部
32:受光部
33:照射光
41:第1の空間
42:第2の空間
51:第1の発光素子
52:第2の発光素子
100:血糖値測定チップ
110:血糖値測定装置
111:ディスプレー
112:電源ボタン
113:操作ボタン
114:取外レバー
500:血糖値測定装置セット
Claims (5)
- グルコースを基質とする酵素と、
電子受容体と、
発色色素とを含む血糖値測定試薬において、
少なくとも1個のスルホン酸基を有する芳香族炭化水素をさらに含み、
前記芳香族炭化水素が、1,3−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム、又は、ナフタレン−1,3,6−トリスルホン酸三ナトリウムであることを特徴とする血糖値測定試薬。 - 前記芳香族炭化水素の含有量が、30mol%以上であることを特徴とする請求項1に記載の血糖値測定試薬。
- 前記発色色素としてテトラゾリウム塩をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の血糖値測定試薬。
- 血液が供給される供給口と、該供給口が一端に形成された流路と、該流路内に設けられた試薬と、を備え、前記血液中の血糖値を測定する血糖値測定装置に装着可能な血糖値測定チップであって、
前記試薬が、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の血糖値測定試薬であることを特徴とする血糖値測定チップ。 - 請求項4に記載の血糖値測定チップと、血液中の血糖値を測定する血糖値測定装置とを備える血糖値測定装置セットであって、
前記血糖値測定装置が、
前記血液と前記試薬との反応物に光を照射する照射部と、
前記反応物を透過又は前記反応物から反射した測定光を受光する受光部と、
前記測定光から得られる信号を処理する処理部と、
を備えることを特徴とする血糖値測定装置セット。
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