JPH02147050A - 予備較正された使い捨て電気化学的センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 医者が重症患者の治療に当たっている際には検査データ
を迅速に入手する必要があり、好ましくは連続的に人手
できなければならない。血液の電解質たとえばカリウム
、ナトリウム、カルシウム、塩化物その他の化学種を出
来るだけ迅速に分析する必要が多々あり、例えばカリウ
ムイオンを測定して医者にリアルタイムデータを迅速に
提供できることは極めて重要なことである。細胞膜にま
たがるカリウムの勾配は膜電位の主たる支配因子であり
、膜電位の維持は心臓の神経刺激伝導エレメントを含む
全ての神経及び筋肉組織の正常機能にとって必須である
。カリウムイオンの迅速測定は、集中治療、ジギタリス
製剤の投与並びに火傷患者及び糖尿病患者の治療に重要
である。

（従来の技術） ケータ（ＫａＬｅｒ）の米国特許筒４，３４０．４５７
号は、インビボ監視可能なイオン選択性電極を記載して
いる。

ブロッホ（Ｂｌｏｃｈ）等の米国特許筒３　、７００．
、５７６号は、イオン活Ｍ測定電極を記載している。

シンプソン（Ｓｉｍｐｓｏｎ）等の米国特許Ｍ４，２９
３，３０７号は、血液のような液体のカリウムイオン、
カルシウムイオン又は溶存ガスを分析する方法及び装置
を記載している。

パスタ（ＢｕｓＬａ）等の米国特許筒４．５０８．６１
３号は、小型化したカリウムイオンセンサを記載してい
る。

ウオン（Ｗｏｎｇ）の米国特許筒４，６３９，４２４号
は、蛋白含有ｌαのアルカリ金属含量を測定する方法を
記載している。

（発明が解決しようとする課題及び解決するための手段
） 本発明の電気化学的センサを数種の基本配列として説明
する。

単プローブ配列（ｍｏｎｏｐｒｏｂｅ　ａｒｒａｎｇｅ
ｍｅｎｔ）は、温度補償された若しくは温度補償されて
ない単一パラメータを測定する電気化学的センサを包含
する。　第二の基本配列は、温度補償された若しくは温
度補償されてない多数のパラメータを測定する複合電気
化学的センサとして規定される多プローブ（ｍｕｌＬｉ
ｐｒｏｌ＋ｅ）配列である。

第三基本配列は、ミクロプローブ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｂ
ｅ）である。この配列は単プローブ、多プローブ共にミ
クロプローブまで進歩させた設計である。

使い捨てセンサに使用される測定電極には、タイプある
。第一タイプはガラス膜ベースのものである。このタイ
プの測定電極は、ｐＨ、ナトリウム、カリウム、セシウ
ム、リチウム、その（也のイオン用として既知形状の乎
らなガラス膜を用いたものが代表的である。

第二タイプの測定電極は固体膜ベースのものである。固
体膜電極は、主にイオン選択性電極としての特徴を有す
る。

第三タイプのａｎｔ　ｍ電極は有機膜ベースのものであ
る。有機ポリマーベースの測定電極は各種存在するが、
全て共通の性質を有する。

これに加えて二次反応に基く測定電極もある。

特定試料と接触した際に電気化学的センサで測定可能な
化学種を生成又は消費するような酵素、ホルモン、抗生
物質その他の化合物は多数存する。

ガスセンサは、二次反応による測定電極を表わす一種の
センサである。簡単にする目的で各配列を別々に説明す
る。単プローブ配列は下記の六基本部からなる。

ａ、測定電極 す、参照電極 Ｃ８温度補償器 ｄ　遮蔽 ｅ　データ収集装置及び／又は ｆ　コネクタシステム 測定電極（ｓｅｎｓｉＢ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ、５ｅｎ
ｓｏｒｙ　ｅｌｅｃｔｒ。

ｄｅ）は代表的にはセンサの中央に位置する。この電極
は円形状であることが好ましく、電気絶縁体により参照
電極から分離されている。この絶縁性は、０．１％の精
度を求めるなら、抵抗の大きさが測定電極のそれよりも
三桁大でなければならない。

しかしながら、１％の精度でよいなら二桁の大きさの抵
抗で十分である。

参照電極は、代表的には測定電極を取り囲み、参照電極
電位を与えると共に静電場及び磁場に対して測定電極を
遮蔽すると言う基本的な三機能を有する。測定電極は、
試料により確実に被われるよう参照電極に対して凹んだ
水準にあるが又は同一の水準にある。

温度補償器は、較正温度と試料温度が異なる場合に測定
精度を高める手段である。温度補償器の選択に際しては
、回路設計やセンサ内で使える空間の制約が考慮される
。

遮蔽は測定電極を取り囲む金属又はプラスチックの導体
及び／又はファラデイケージ（Ｆａｒａｄａｙ　ｃａｇ
ｅ）の原理に基づくメツシュシステムである。遮蔽は測
定電極や較正システムからも絶縁されていなければなら
ない。遮蔽が水分及びガスのバリヤーとして機能する場
合もある。

データ採取システムは、使い捨てセンサ内に組み込まれ
る。この装置は伝導性であってＡＣ信号及びＤＣ信号を
搬送することができ、測定電極及び参照電極に対して不
活性、かつ、不動性である。コネクタシステムは装置に
導通を与える。

第二の基本配列は多プローブシステムである。

多プローブシステムは、多数のパラメータを測定する、
厚みがセンサ標準軸径より小なる複合電気化学センサで
ある。この多プローブは、下記の違いを除き単プローブ
と同一の六個の基本部を有する。

参照電極（単数又は複数）は代表的にはセンサ中央に配
列されて、複数の測定電極がそれを取り囲んでいる。

単プローブに関して前述した絶縁、温度補償器、遮蔽及
びデータ収集装置の説明は多プローブにもも適用される
。

第三の基本配列はミクロプローブである。

単プローブ配列及び多プローブ配列に必要な設計変更は
、測定電極と参照電極とを狭い間隙で接続するが電極の
全活性表面は露出させるチャンネルを内部に有するカバ
ーをセンサーの頂部に加えることである。この配列は、
測定に要するサンプル量を大幅に低下させる。

この利点は、チャンネルと電極表面のみを試料で被わな
ければならない際の多パラメータ測定には更に重要であ
る。

パッケージ化は、このセンナの別なる基本的特徴である
。センサは、水、炭酸ガス及び酸素を実質的に透過しな
い容器内に収納される０代表的容器は下記のものから構
成される。

ａ、電極の形状を取り囲む多層の予備形成プラスチック
、 ｂ、電極を取り囲む単層のプラスチックパッケージング
、 Ｃ５電極形状に成形された内実のプラスチックブロック
、又は ｄ、電極の頂部を被う半シェル（ｈａｌｆ　ｓｌ＋ｅｌ
ｌ）及び／又は ｅ、ａ乃至ｄ項の各タイプにおける金属被覆プラスチッ
ク。しかしながら、ｄ項のタイプではセンサの外表面を
金属で被覆してもよい。

このパッケージングは、溶液と有機成分を満たした固定
参照電極の溶剤の蒸発及び酸化を防止する。またこのパ
ッケージングは、較正用固定充填溶液の濃度変化を無く
し、貯蔵及び輸送時に機織的強度及び耐久性を与え、所
要の保存寿命（ｓｈｅｌｆｌｉｆｅ）を保証し、かつ、
静電場、磁場及び電場を遮蔽する。

測定電極は、ガラス膜ベース、固体膜ベース又は有機膜
ベースのいずれであってよい。代表的なガラス膜は、ｐ
Ｈ、ナトリウムイオン、カリウムイオン、セシウムイオ
ン、リチウムイオン及びその他のイオン用として既知形
状の平ガラス膜を使用する。

これらの電極の新規性は、充填物と参照半電池システム
の内部設計にあり、該システムは１．空隙の無い固定充
填溶液を用い、シール層が固定充填溶液と隣接し、−又
は二層の追加シーラントを頂層としたことを特徴とし、
固定化された成分は ａ、無機ベースのゲル ｂ、有機ベースのゲル又は Ｃ重合した高分子量ゲル のいずれであってもよい。

このゲルは、水溶性又は水不溶性モノマーを重合して形
成される。固定化成分は、化学的開始、光開始又はガン
マ線開始による架橋ポリマーでもよい。

充填溶液は全て、充填溶液と電極の長期安定性にゼ・要
なｐｔｔ値、イオン組成とイオン強度及び浸透圧を与え
るため要求されるイオン成分を含有する。

同定を容易にするための着色剤や保存料を添加してもよ
い。

更には、ガラス膜の変態（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏ
ｎ）温度近くの融点を有し、その−イオンがガラス構造
に浸透できて室温で捕捉されるような塩を含有するガラ
スベース膜電極用の固体内部参照システムを使用しても
よい。固体の導体が、固体状態の充填溶７αと電気的に
接触する。これらの型の電極は、径／高さ比の大なる極
めてｒ薄い」ものにすることができる。　このガラス膜
は、真空蒸着した導電性接触物又は導電性材料を添入し
た接着剤の固体接触物を有するレンズ様の測定表面であ
ってもよい。

固体膜ベースの測定電極は、主にイオン選択性により特
徴づけられる。

問題の固体膜とほぼ同一の熱膨張係数を有する導電性基
材は、真空蒸着、スパッタ又はその他の厚膜技術を用い
て電極の測定（感受）要素を製造するのに使用すること
ができる。これらの基材は、金属、イオン又は両者を含
有して、そのため被沈着膜かり逆性又は導電性になるよ
う製造することができる。このような膜は多量生産によ
る低コスト”Ａ　３ｍが可能であり、機械研磨や電解研
磨など多量処理による調製が可能であり、かつまた、ロ
ボット使用などの自動組み立てに適した機械的デザイン
を有する。

測定電極は有＊膜をベースにすることができる。

有ｗｌポリマーベースの測定電極は多種にわたるが、使
い捨て可能な予備較正センサの設計を可能とする共通の
性質が幾つかある。すなわち、膜のマトリックスを与え
るベースポリマーは、溶剤又は溶剤混合物に可溶でなけ
ればならない；好適プラスチックは、膜をプラスチック
に溶剤接合できるものでなければならない；そのプラス
チックは電気絶縁性でなければならない；膜は、水その
他の溶剤に対してかなり高い化学的抵抗を有するもので
なければならない、センサ内で使用される固定化剤及び
ポリマーは、所要の保存寿命及び測定電極としての寿命
を付与するものでなければならない：膜は、支持物又は
基材があろうと無かろうと、取扱い及び測定操作に酎え
得る機械的強さを有しなければならない。

膜は、下記形状の−を有しなければならない・（ａ）Ｉ
は参照電極基村上に設置され、その際に膜は、固定化さ
れた充填溶液を含んだ若しくは含まない参照電極システ
ムを含有する固体基材と直接接触した状態にある。この
基材は、代表的には、プラスチック絶縁体で収り囲まれ
、その上に膜が溶剤接合される。基材中心部に機械的強
さを補強すへくプラスチック円板を追加するので、膜は
ドーナツ形になる。多プローブ配列の場合には、この中
心プラスチックは参照電極の一つを含有してもよい。

（ｂ）膜は、固定化された充填溶液を含まない塩橋（ｓ
ａｌｔ　ｂｒｉｄｇｅ）上に設置される。この場合、膜
は代表的にはプラスチック又はその他の材料の多孔質域
を含んだプラスチックに溶剤接合されて適度に付着する
。測定電極は、固定充填溶液触する参照電極で補強され
る。

（Ｃ）膜は、固定化充填溶液で飽和された塩橋上に設置
される。測定電極は、固定化充填溶液と接触する参照電
極で補強される。

測定電極は二次反応を特徴とする特定試料と接触した際
に、電気化学的センサで測定可能な化学種を産生又は消
費する酵素、ホルモン、抗生物質、抗体及びその他の化
合物は多数存在する。

測定電極を被覆する膜内にこれらの化合物を含浸する必
要がある。これらの化合物は較正システムの一部である
必要はないが、主たる固定化較正システムと同じ固定化
較正システムを含有する必要がある。主たる固定化較正
システムを除去した後には、注入された膜内に既知量の
較正剤が残る。

試料と特定化合物により誘起される二次反応が較正剤を
産生又は消費するならば、センサはその電極電位の変化
を通してその事実を示すことができるであろう、この電
極電位の変化を処理して、試料の濃度又は活量を表わす
ようにすることができる。

センサは例えばガスセンサである。ガスセンサは、二次
反応で測定電極を表現する際の一センサ形態である。含
浸された膜が、ガスとの反応を通して化合物に変化を起
こすような化合物を含有するならば、その測定電極はガ
スセンサとなる。ガスセンサは、既知のガス透過膜を用
いずとも製造可能である。伝統的ガスセンサも、被含浸
膜の頂部にガス透過膜を追加すれば、予備較正されて使
い捨て可能な形態にすることができる。

参照電極は以下め諸特性を有する。すなわち、電気化学
的測定における参照電極の役割は、試料の組成および濃
度に本質的に依存しない測定を可能にする安定かつ再現
性ある参照電位を与えることである。試料と参照電極充
填溶液との組成差のため、云わゆる拡散電位が僅かだが
常に存在することはある程度事実である。この意図は、
この電位を出来るだけ最低水準に維持することである。

使い捨ての予備較正された電気化学的センサでは、参照
電極の役割は非常に重要である。しかしながら、参照電
極は二度だけ安定かつ再現性ある電位を与える必要があ
る。−度は、装置が予イ１較正からの情報を「ピックア
ップ」する時であり、二度目は試料で実際に測定する際
である。その他の要求、測定時の拡ｆｉｒ接合（ｊｕｎ
ｃｔｉｏｎ）」電位の除去も高い優先順位を占める。こ
の要求は、固定化された参照電極充填溶液を用いること
により満たされ、この溶液は接合電位を出来るだけ最小
にするよう構成される必要がある。

参照電極に用いる固定化充填溶液は、接合電位を出来る
だけ最小にするよう構成される必要がある。

参照電極に用いる固定化充填溶液は、下記の事項を満た
すものでなければならない。

（ａ）参照電極充填溶液を製造時から測定が満了してセ
ンサが廃棄される時点までその場所に維持する。

（ｂ）この固定化は、センサの寿命中に安定な参照電極
電位を発生する化合物を含有せねばならない （Ｃ）この固定化は、測定時の拡散「接合」電位が最小
となるような組成、イオン強度及び浸透圧を確保するも
のでなければならない。

（ｄ）この固定化された参照電極充填溶液は、較正溶液
に対して不活性かつ不感性でなければならず、電極の貯
蔵寿命時に較正溶液に変化を与えてはならない、この要
求は、大部分の場合、較正溶液と正確に同じ固定化充填
溶液を用いることにより満たすことができる。

測定電極充填溶液の固定化は、センサがどのような場所
においても貯蔵、輸送及び使用できるようにするのに必
須である。この固定化溶液は、安定な測定膜電位および
内部参照電極電位の付与に適当な組成を有するものでな
ければならない、測定ｐ　（ｓｅｎｓｉｎｇ　ｓ＋ｅｍ
ｂｒａｎｅ）が測定電極の固定化充填溶液成分のいずれ
かに対して浸透性であるか、或いは固定化された較正溶
液に対して浸透性であるならば、参照電極用の固定化充
填溶液の場合と同じ考慮を払わなければばならない。

センサの参照電極側又はセンサの測定電極側の上部に何
らかの形式の塩橋がある場合には、それぞれ参照電極用
の固定化充填溶液又は測定電極用の固定化充填溶液に関
するものと同じ基本的要求が適用される。これらの要求
に加えて、塩橋用の固定化充填溶液は、塩橋用に選択さ
れた材料に対して不活性かつ不感性（ｉｎｄｉｆｆｅｒ
ｅｎｔ）でなければならない。

試料温度が環境温度と異なる場合及びそのような温度で
測定せねばならない場合、高精度を達成するには普通は
温度補償器が必要である。温度補償器は、測定温度とは
異なる温度で「較正」されたものならば既知の温度係数
を用いてその値を実際の温度に補正するか、或いは云わ
ゆる「標準」温度と称される温度に補正された値を表示
するよう装置に接続された温度指示計である。温度補償
器にはレジスタ型から半導体型のものまで各種存在する
が、温度変化により測定されるパラメータに再現性があ
って、選ばれた用途に適した感度を有するものならばよ
い、使い捨てセンサ用は、利用できる空間が限られてい
るので出来るだけ小さな寸法のものが有利である。温度
補償器は、測定電極と参照電極との間に配置されること
が好ましい。その応答時間はセンサの応答時間に等しく
なければならない０代表的温度センサは２個のコネクタ
を必要とする。その接続点の一つは、参照電極接続点に
接合される。試料がセンサ及び環境と平衡状態にされ、
温度変化が測定環境のみに基づく場合には、温度補償器
は装置に組み込まれる。

この場合、装置の「較正」は−温度の一位置でなされ、
測定は別温度の別位置、又は同位置での別温度で実施で
きる。

電気化学的センサは本質的に高抵抗を有し、そのため近
隣の静電場、高圧電場、磁場及びキャパシタンスの変化
による干ｒを受は易い。この干渉はノイズ、読み値の不
安定、自動読取システムの場合には応答時間が長くなる
こと及び繰り返し測定不可として示される。外挿回路す
なわち予測回路（ｐｒｅｄｉｃＬｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ
、ｒｙ）が含まれる場合、この干渉は装置の機能を完全
に麻痺させ、再現性の無い読みをもたらすことがある。

曲記金目的のため、使い捨ての予備較正電気化学的セン
サには、適正な遮蔽が必要である。

遮蔽には三法あり、それぞれ独立若しくは組み合わせて
使用される。

参照電極は、測定電極が回路に組み込まれた場合には、
第一ライン遮蔽として機能する。加うるに、導電性プラ
スチック又は金属の部品がセンサハウジングに組み込ま
れると、そのハウジングがセンサを三次元的に完全被覆
する。この問題に対する第三の解決は、金属又は導電性
プラスチックを被覆したパッケージングである。　ｆ＆
二者は、測定電極から適正に絶縁され、かつ、装置設計
に応じて参照電極又は装置基部（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
　ｇｒｏｕｎｄ）に電気接続されていなければならない
。

較正及び再較正は、電気化学的センサを適用する上で級
も時間を要し、かつ、誤差を発生させ易い操作である。

これらの基本的欠点は、予備較正された使い捨てセンサ
を用いることにより克服可能である。この場合、センサ
はＷＡ造時から較正システムと接触しており、常に使用
できる状態にある。較正情報はセンサバラゲージングに
固有のものであり、このようなセンサを用いるよう設計
された装置に接続された際に「ピックアップ」される。

従って、較正に時間も努力も要らず、操作員が間違う可
能性も防止される。またこのセンサは再較正できないの
で、再較正による誤差もなくなる。

固定化された較正システムは、設計要求及び予（４ｆｉ
較正の要求に適合する複合体（ｃｏｍｐｌｅｘ　ｃｈｅ
ｍｉｓｔ。

ｒｙ）を含有する９固定化較正システムは下記のものか
ら構成される。

Ａ４固定剤：この固定剤は代表的には一段又は多段操作
で製造される多成分システムである。予備較正の目的に
関しては、固定剤をセンサ自体の内部にある割付は空間
に液相から固定化することが好ましい、固定化後のシス
テムは、代表的には、高粘度又は固体関度を有する。固
定剤はセンサの形状に従って電極と接触した状態に留ま
る。本システムは、センサの保存寿命期間中、稠度をあ
まり変えないように設計される。固定剤として使用する
候補物質の一部を表記すると以下の通りである。

ａ、無機ベースのゲル゛ ｂ有機ベースのゲル： Ｃ１水溶性又は水不溶性モノマーを重合した高分子量の
重合ゲル： ｄ、開始剤架橋による架橋ポリマー； Ｃ１光開始架橋による架橋ポリマー： １６粒子線又はガンマ線開始架橋による架橋ポリマｇ、
開始剤架橋による架橋有機ゲル； ｈ、光開始架橋による架橋有機ゲル；又は１１粒子線又
はガンマ線架橋による架橋有機ゲル。

較正剤濃度を維持する上での主な因子は、固定化較正シ
ステムの蒸気圧を調節することである。

パッケージの内部蒸気圧及びパッケージ外部に対する勾
配は、溶剤を逸散させる主な原動力であり。

これがシステムの濃度変化をもたらす。これらの力をバ
ランスさせるための追加剤をシステムの組成に含めても
よい。このようなバランス剤は多数あり、例えば二価及
び三価アルコール、多価アルコール等から選択される。

較正剤は各測定電極に特有のものであって、試料に応じ
て濃度又は活量が設定される。固定化剤及び蒸気圧調節
剤は、共に較正剤に適合するものでなければならない。

イオン強度は、システムの浸透圧、較正剤の活量、参照
電極の接合電位を支配し、試料に対するセンサの電気化
学的選択性に影響する。イオン強度調整のために成分を
選択する際には、前記諸国子の全てを考慮しなければな
らない。

固定化された較正システムは、適当な装置で較正情報を
「ピックアップ」したあと、センナから収り除く必要が
ある。この収り出しを支援するため、測定電極及び参照
電極並びにその他のセンサ成分を固定化較正システムか
ら分離する物理的バリヤーを含めると有利である。この
バリヤーすなわちセパレータは、較正剤に浸透可能であ
って、較正剤を測定電極及び参照電極と接触した状態に
保つものでなければならない、セパレータは完全に除去
されるか、或いは測定電極又は参照電極を被う部分のみ
が除去される。

前記システムを支持する成分としては、他の成分たとえ
ば高分子物質の安定剤、ｔ＋、Ｖ、吸収剤、保存料又は
着色剤と干渉しないものが添加される。

これらの型の添加剤が添入されるならば、全システムの
化学的バランスは維持される。

センサの保存寿命を可能最長にするには、完全な予備較
正された使い捨てセンサの初めの状態が保持されていな
ければならない。この機能を実現する保存料は、いずれ
かの成分に添入される。保存料の基本的要件は、測定電
極及び参照電極に対して不活性、非毒性であること、理
想的にはセンサ自身の成分を同等含有していないことで
ある。

この因子が不可避ならば、他成分の配合時に保存料の存
在を考慮に入れておかねばならない。

用途によって予備較正使い捨てセンサが完全に無菌でな
ければならぬことが要求される場合は、センサはその要
求に適合するよう設計される。ガンマ線殺菌法は、セン
サ全電極の内部及び外部並びに全成分を殺菌するであろ
う、このようなセンサを設計する際には、材料側に要求
されることも幾つかある。すなわち、選択される全ての
材料はガンマ線に抵抗性あるものでなければならず、或
いは（特にプラスチック材料では）分解と再結合のレベ
ルがほぼ同じでなければならない、固定化較正システム
のパッケージングを一体化するには、どの成分もガス又
は低温揮発性の成分を放出してはならない。

ガス殺菌を必要とする用途では、殺菌消毒ガスに透過性
のパッケージング材料を選択することによりガス殺菌を
容易に達成することができる。ガス殺菌は電極内部を殺
菌しないが、電極外部及び固定化較正システムを殺菌す
る。一般に、センサの一体性を維持するため保存料の場
合に必要とされたものと同じ基本的要件が適用される。

化学的殺菌が必要とされる場合、この要求を満たすよう
保存料の組を選択しなければならない。

測定の前に電極表面を殺菌することは、大抵の場合に可
能ではない。

コネクタは多数の機能を有する。コネクタはセンサを装
置内又は装置上の場所に完全又は部分的に保持する。コ
ネクタは、センサの存在、装置に対するセンサの正しい
接続及びセンナの型を明らかにする装置の認識手段とし
て機能する。他の機能は、センサがら較正情報を採取す
る前のセンサ状態に関する情報を集めることである。こ
のＩ＆後の機能は、較正情報及びセンサ測定に関する全
情報を伝達することである。

コネクタ及びそれに接続された電極は、１ヘラプル解消
のための全必要情報を装置に供給するには適当でなく、
操作員による補助操作が必要となる。

独立のデータ収集システムが確立されているならば、大
部分の情報は収集可能である。

このデータ収集システムが装置と協調して、センサ状態
に関するあらゆる必要情報を提供する。

このシステムは電極付近に配置されたプラスナック又は
金属の導体であり、装置からの信号を伝え、センサがそ
の機能を果たす準備ができているか否かを装置が分析す
るための応答及びデータを収集することができる。導体
は、センサの一体性を保護するため化学的に不活性でな
ければならない。

これら諸口的を達成するには、装置に別々の接続を施す
必要がある。

予備較正済の使い捨てセンサに適合できるための装置の
特徴は以下の通りである。

ａ、この装置は、センサの状態及び準備完了に関する情
報を得るため交流及び直流信号を発生及び解析できるも
のでなければならない。

ｂ、この装置は、交流の正弦及び非正弦形態の電圧及び
直流電位データを集めることができるものでなければな
らない。バーコードリーダーすなわち＋７１ｔｉＪｉ的
または電子的コーディングデバイスたとえばマイクロチ
ップ等を備えている場合には、このデバイスはセンサ一
連番号、センサ収替日、センサの型、センサの極性、初
期勾配、勾配変化情報、較正点、較正点での電位範囲、
応答時間限界を与えるバーコードを読み取る手段を提供
することが出来る。

Ｃ４この装置は、データの処理及び解析を通じて、較正
及び測定過程からセンサ状７ｆＪに関して集められた情
報の信頼性を確認できるものでなければならない。この
装置は、得られた情報を既存の永久記憶情報又は接続面
接のセンサから一時的に得て一時的に記憶された情報と
同じ形態に変換して比較及び解析の目的に供し得るもの
でなければならない。時間依存性の情報は、自動読取り
回路又は予測回路に通して濾過する必要がある。

ｄ、データは、濃度その他を任意に選ばれた単位のディ
ジタル形態で電子表示装置又は印字形態で表示すること
が好ましい、中央での記憶及び解析の目的で無線伝送に
するか装置自身の内部で集めるかは任意事項であり、装
置にその機能を付加しておくことが好ましい。

本発明を以下の図面で説明する。

第１図は、バックージ化した使い捨ての電気化学的セン
サの一実施態様の透り７図で、使用者に配送するための
使い捨て電気化学的センサパッケージを示すものである
。センサｌＯは、ぴったり合ったプラスチックキャラ７
１１でその上部を被われ、接続ライン１２がセンサの底
部から絶縁体１３を介して突き出ている。

第２図は第１図の２−２線に沿って切断したパッケージ
の断面図であって、プラスチックキャップ１１、測定電
極１５と参照電極１６とからなる単プローブ１４を示す
、単プローブはスポンジ様材料１７で被われ、該材料は
剥ぎ収り可能なグラスチックカバー１８で披われる。本
図は、絶縁体１３に収り巻かれた接続ライン１２の断面
も示す。

第３図は第２図の３−３線に沿って切断した第１図のパ
ッケージの上面図であって、測定電極１５及び参照電極
１６ｊ槍びにスポンジ様材料１７及びγＪ１ぎ収り可能
なカバー１８を示す。

第４図は、スポンジ様材料１７から剥ぎ収り可能なカバ
ー１８を収り除いて電極を使用できる状態にする方法を
示したセンサの透視図である。

第５図は、血液分析用傾斜センサの透視図であって、傾
斜上面１９を有する単プローブ１４を示す。

本実施態様は、図の部材２０を前進させ、患者から血；
αを上面１９上に直接抜き収って血液試料を集めるよう
設計されている。

第６図は第５図の単プローブからなるセンサのＬ面図で
あって、参照電極１６、測定電極１５、接続ライン１２
及び絶縁体１３の位置を示す。

第７図は本発明の別実施態様の血液試料を含む傾斜セン
サの断面図である６本実施を床様ではプラスチック容器
２２が傾斜上面２３を収り囲み、イｖ１定電極１５と参
照型［！１６を被っている。被験流体２４をプラスチッ
ク容器２２内に示す。　第８図は、多プローブ配列セン
サの上面図である。該装置はプラスチックケース２３及
び測定型ｆｉ１５と参照電極１６を包含する。接続体１
２は絶縁体１３にて収り巻かれていることを示す。

第９図は第８図の９〜９線で切断したミクロプローブパ
ッケージを示す断面図である。該装置はプラスチックキ
ャップ２４、ミクロプローブ及び絶縁体１３が収り巻く
コネクタ１２を包含する。

第１θ図は第９図１０域の拡大図であって、プラスチッ
クキャップ２４の一部、プラスチック絶縁体２６が取り
囲むミクロプローブ２５及びコネクタ１２の一部分を示
す。

第１１図に示したカリウム測定用に設計された装置では
、装置４９は電極ベース５０、電極本体５１、半電池ワ
イヤ５２、セラミック接合体５３、膜５４、較正ゲル５
５、剥ぎ取りキャップ５６及び固定化ゲル５７を包含す
る。基材カードを５８で示し、バーコードラベルを５９
で示す、導電性エポキシ樹脂層を６０で示し、非導電性
樹脂層を６１で示す。該要素は６２で示しす超音波溶接
により接合される。

次に第１２図を参照すると、本図は第１１図の装置の上
面図であって、電極本体５１、試料孔６３及び電極６４
を示す。

第１１及び１２図で示した各要素の機能を以下で説明す
る。

電極ベース５０：この射出成形ＰＶＣ部品は、挿入され
た二個のＡｇ／ＡｇＣ１参照半電池を保持し、カリウム
測定電極と参照電極間の主たる電気絶縁体として機能す
る。この部品は電極本体を基材に接続し、電極本体に溶
接された際に参照半電池電槽孔をシールする。

電極本体５１：この射出成形ｐｖｃ部品は、センサの主
要構成部品である。電極本体５１は二個の参照電極含み
、−個はカリウムセンサ用、−個は参照目的用である。

二個の多孔質接合部は、較正ゲル及びカリウム膜に（イ
オン的に）接続している。

半電池ワイヤ５２は二本の銀線がらなり、その銀線は参
照半電池を構成する固体化ゲルと接触する部分が塩素化
されている。

セラミック接合体５３は有孔度の高い二個の一体型セラ
ミックプラグからなり、該プラグは固定化参照ゲルで飽
和されている。

較正ゲル５５は、複雑な較正方法を必要とせぬ、すなわ
ち良く訓練された操作員を必要としないセンサ及び装置
の設計を可能にする。較正ゲルは常にセンサを較正状態
に保ち、装置が較正値を採取する準備ができている。較
正ゲルの組成は、固定化参照ゲルの組成と正確に同一で
ある。較正・固定化参照ゲルは、ガンマ線で７．５ｈｌ
ラドまで殺菌することができる。ガンマ線誘起による分
解及び再結合の速度はほぼ同一であり、従ってゲルの稠
度及び組成は変化しない。

バーコードラベル５９は、プロセス及びセンサの較正に
関する情報を含んでいる０日付コードは耐用年数を超え
てセンサを使ってはならないことを指示する。カリウム
センサの初期勾配などの追加情報は、較正の確度を高め
て測定の精度を向上させる。すなわち勾配の時間変化を
含む情報１誹、センサの初期精度を維持しながら可使時
間を延長するであろう。

非導電性エポキシ６１は、電極ベースを基材に接合して
半電池ワイヤを互いに絶縁すべく機能する。

導電性エポキシ６０は、半電池ワイヤを基材上の導体に
電気接続する。

カリウム膜５４はセンサの信号発生部である。該膜は多
成分可塑化ＰＶＣ膜であって、電極本体に溶剤接合され
ている。

基材カード５８は射出成形プラスチック又は予備成形セ
ラミックの部品である。別プロセスで金属導体を基材上
に電気メツキする（第１２図を参照のこと）。参照半電
池への電気接続導は、導電性エポキシによりなされる。

固定化ゲル５７は、水溶性ポリマーを架橋・固定化した
重合体ゲルである。該ゲルは、カリウム電極及び参照電
極の両者に安定な参照電位を与えるイオンを、センサの
長期安定性のため及びイオン移動の原動力（濃度勾配、
浸透圧差）を収り除くためカリウムセンサを較正する活
菫で含有する。

その組成は較正ゲルの組成と同一である。

剥ぎ収りキャップ５６は、水蒸気を実際的には透過しな
い多層のポリマー箔であり、真空成形又は探しぼりによ
り設計形状にしたものである。該キャップは電極本体に
溶接され、較正ゲルを含有する。

該キャップは装置と組み合わせた較正過程を終えたあと
剥ぎ取られ、カリウムセンサ及び参照電極が、カリウム
膜とセラミック接合部との上方の試料室に充満した試料
（血液）に露出される。

センサの断面図上には現れていない構成部がある。それ
は銀線からなる第三電極であって、試料室内に配置され
、第１２図上面図上の基材の第三導体に接続されている
。その機能はノイズ低下であって、装置内で差動増幅器
を用いる。

本発明の本質及び範囲から逸脱せずに多数の変更及び変
法が可能なることは明らかであり、本発明は特許請求の
範囲の記載によるほが限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パッケージ化しｔ２使い捨ての電気化学的セ
ンサの一実施態様の透視図である。 第２図は、第１図の２−２線に沿って切断したパッケー
ジの断面図である。 第３図は、第２図の３−３線に沿って切断したパッケー
ジの上面図である。 第４図は、保護カバーを収り除いて使用のため電極を調
製する方法を示したセンサの透視図である。 第５図は、血）α分析用傾斜センサを示す透視図である
。 第６図は、第５図のセンサの上面図である。 第７図は、血液試料を含む傾斜センサの断面図である。 第８図は、多プローブ配列を示すセンナの上面図である
。 第９図は、第８図の９−９線で切断した断面図である。 第１０図は、第９図のｌＯ域の拡大図である。 第１１図は、カリウム測定用に特に設計された装置の断
面図である。 第１２図は、第１１図の装置の上面図である。 第３図 第４図 ゝ、 第 図 第 図 第 図 第１Ｑ 図 第１１ 第１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、体液の試料を予備較正された使い捨て電気化学的セ
   ンサに露出させることを含む体液内成分の濃度を迅速に
   測定するためのシステム。 ２、基本プローブ配列が、六個までの基本要素からなる
   単プローブ、多プローブ又はミクロプローブから構成さ
   れる請求項１記載の予備較正された使い捨て電気化学的
   センサ。 ３、前記の要素が、測定電極、参照電極、温度補償器、
   遮蔽、データ収集装置、及びコネクタシステムから本質
   的になる請求項２記載の基本プローブ配列。 ４、測定電極及び参照電極が、センサの中央に配置され
   、かつ、電気絶縁体にて分離される請求項２記載の基本
   プローブ配列。 ５、遮蔽が測定用電極を取り囲む金属又はプラスチック
   の導体である請求項２記載の基本プローブ配列。 ６、測定電極がガラス膜を含み、該ガラス膜は参照半電
   池、充填溶液及び参照半電池を取り囲んでおり、該参照
   電池は一層又は二層のシーラントで被覆された固定化溶
   液を有する請求項２記載の基本プローブ配列。 ７、前記の固定化された充填溶液が、無機ベースのゲル
   、有機ベースのゲル、重合高分子ゲル及び架橋ポリマー
   からなる群から選択される請求項６記載の単プローブ、
   多プローブ及びミクロプローブ。 ８、測定電極が、イオン選択性固体膜、有機膜、二次反
   応に基づく電極及びガスセンサからなる群から選択され
   る請求項２記載の基本プローブ配列。 ９、酵素、ホルモン又は抗生物質を膜に含浸させて化学
   種を産生又は消費する二次反応を生起させ、かつ、該反
   応を電気化学的センサで測定する請求項８記載の測定電
   極。 １０、更に蒸気圧調節剤、較正剤、イオン強度調整剤及
   び保存料を含有する請求項２記載の予備較正された使い
   捨て電気化学的センサ。 １１、信号読取り手段としてバーコード及びバーコード
   読取り装置を包含した請求項９記載の測定電極。 １２、バーコードがセンサの一連番号、センサの耐用年
   数、センサの型、センサの極性、センサの勾配情報、セ
   ンサの較正点、センサの電位範囲、センサの応答時間限
   界その他を定める請求項１１記載の測定電極。