JPH08304340A - アンペロメトリックセンサを利用して分析対象物の濃度を測定する方法および装置 - Google Patents

アンペロメトリックセンサを利用して分析対象物の濃度を測定する方法および装置

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JPH08304340A
JPH08304340A JP8110631A JP11063196A JPH08304340A JP H08304340 A JPH08304340 A JP H08304340A JP 8110631 A JP8110631 A JP 8110631A JP 11063196 A JP11063196 A JP 11063196A JP H08304340 A JPH08304340 A JP H08304340A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンペロメトリックセンサを利用して流体試
料中の分析対象物の濃度を測定する際に、センサの保存
時に生じた還元型の媒介物に起因する測定誤差を減少さ
せる手段の提供。 【解決手段】 予め酸化電位を電極間に印加して、保存
中に還元型に変化した媒介物の少なくとも一部を酸化型
に戻してから、実際の測定を行う方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはバイオ
センサに関し、より詳細には、アンペロメトリックセン
サにおける偏り(bias)を減少させるための新規で改良
された方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】体液中の分析対象物の定量は、特定の生
理的異常の診断および治療に非常に重要である。例え
ば、特定の個人においては乳酸、コレステロールおよび
ビリルビンを監視すべきである。特に、食事におけるグ
ルコースの摂取を規制する手段として体液中のグルコー
ス濃度を頻繁にチェックしなければならない糖尿病患者
個人にとって、体液中のグルコースの測定は非常に重要
である。以下の本明細書の開示内容の残りはグルコース
の測定に当てられるが、本発明の方法および装置は、適
切な酵素の選択をもって、他の分析対象物の測定にも応
用しうることが理解されよう。体液中のグルコースの検
出に用いるための理想的な診断装置は、試験を管理する
技術者側に高度な技術を要求しないよう、簡単なもので
なければならない。多くの場合、これらの試験は患者に
よって管理され、そのことが、実施しやすい試験の必要
性をさらに強調する。さらには、このような装置は、長
期的な保存状態を満足するのに十分な安定性をもつ要素
に基づくべきである。
【0003】流体中の分析対象物濃度を測定する方法
は、分析対象物、その分析対象物に特異的な酵素および
その酵素をその最初の酸化状態(酸化型)に維持する媒
介物との間の電気化学的反応に基づくことができる。適
当な酸化還元酵素には、オキシダーゼ、デヒドロゲナー
ゼ、カタラーゼおよびペルオキシダーゼがある。例え
ば、グルコースが分析対象物である場合、グルコースオ
キシダーゼおよび酸素との反応は式(A)によって示さ
れる。
【0004】
【化1】
【0005】測色検定においては、放出された過酸化水
素が、ペルオキシダーゼの存在において、試験流体中の
グルコース濃度に比例して酸化還元指示薬の変色を生じ
させる。酸化還元指示薬の変色を既知のグルコース濃度
の試験流体を用いて得られた変色と比較するための色標
を使用することにより、測色試験を半定量的にすること
ができ、また、分光光度計を用いて結果を読み取ること
により、より定量的にすることができるが、その結果は
一般に、バイオセンサを使用する場合ほど正確でもない
し速やかに得られるものでもない。本明細書に使用する
「バイオセンサ」とは、適当な試料中の分析対象物に対
して選択的に応答し、生物学的認識信号と物理化学的ト
ランスデューサーとの組み合わせにより、その濃度を電
気信号に変換する分析装置をいう。その比較的高い精度
は別として、バイオセンサは、電気信号を直接発し、そ
れにより、簡略化された設計を容易にする機器である。
原則的に、バイオセンサが行うべきすべてのことは、時
間を計測し、電流を読み取ることである。さらには、薄
い化学物質の層が電極に付着し、材料がほとんど消耗し
ないため、バイオセンサは材料費が安い利点を提供す
る。
【0006】上記式(A)を参照すると、適当な電極
が、式Bに従った試験流体中への電子の導入により、H
22 の生成を測定することができる。
【0007】
【化2】
【0008】そして、この電子の流れを、グルコース濃
度と直接相関する電気信号に変換する。
【0009】式(A)によって示される反応の初期段階
では、試験試料中に存在するグルコースが、酵素の酸化
フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)中心をその
還元型(FADH2)に変換する。これらの酸化還元中心
は本質的に酵素分子内で電気絶縁されているため、従来
の電極の表面への直接的な電子の移動は、許容不可能な
高い槽電圧を用いない限り、計測可能な程度には起こら
ない。この系に対する改良は、電極と酵素との間の非生
理的酸化還元カップリングを使用して、(FADH2)と
電極との間で電子をシャトルさせることを含む。これを
次式によって示す。式中、通常は媒介物と呼ばれる酸化
還元カップラをMで示す。
【0010】 グルコース+GO(FAD)→グルコノラクトン+GO(FADH2) GO(FADH2)+2MOX→GO(FAD)+2Mred +2H+ 2Mred →2MOX+2e- (電極で)
【0011】式中、GO(FAD)はグルコースオキシ
ダーゼの酸化型を表し、GO(FADH2)はその還元型
を示す。媒介種MOX/Mred は、還元型の酵素から電極
に電子を移し、それにより酵素を酸化させて、その場で
それを再生させる。これは当然、経済性な理由から望ま
しい。媒介物を使用する主な目的は、センサの作用電位
を下げることである。理想的な媒介物は、電極におい
て、化学物質層における不純物および試料中の干渉物質
が酸化されず、それにより、干渉が最小限になるような
低い電位で再酸化されるものであろう。
【0012】多くの化合物が、還元型の酵素から電子を
受容し、その電子を電極に移すそれらの能力により、媒
介物として有用である。分析定量における電子移動剤と
して有用であることが知られる媒介物には、米国特許第
4,746,607号明細書に開示された置換ベンゾキ
ノンおよびナフトキノン類;欧州特許第0354441
号明細書に具体的に開示されたN−オキシド、ニトロソ
化合物、ヒドロキシルアミン類およびオキシン類;欧州
特許第0330517号明細書に開示されたフラビン
類、フェナジン類、フェノチアジン類、インドフェノー
ル類、置換1,4−ベンゾキノン類およびインダミン類
ならびに米国特許第3,791,988号明細書に開示
されたフェナジニウム/フェノキサジニウム塩がある。
生物学的酸化還元系の電気化学的媒介物の包括的考察
を、Analytica Clinica Acta. 140 (1982)の1〜18頁
に見いだすことができる。
【0013】比較的古くから用いられてきた媒介物に
は、Schlapfer らにより、Clinica Chimica Acta. 57
(1974)の283〜289頁に論じられている、フェリ
シアン化物としても知られるヘキサシアノ鉄(III)酸塩
がある。米国特許第4,929,545号明細書には、
可溶性フェリシアン化化合物を可溶性第二鉄化合物と組
み合わせた組成物を使用して、試料中の分析対象物を酵
素的に測定することが開示されている。式(A)におい
て、鉄塩であるフェリシアン化物により酸素を置き換え
ると、フェリシアン化物がグルコースオキシダーゼ酵素
から電子を受容することによってフェロシアン化物に還
元されるため、次のようになる。
【0014】
【化3】
【0015】この反応を表すもう一つの方法は、以下の
式(C)の使用による。
【0016】
【化4】
【0017】放出される電子は、試験流体中のグルコー
スの量に直接的に等しく、電位を流体に印加したときそ
の中に発生する電流を測定することにより、グルコース
の量に相関させることができる。陽極でのフェロシアン
化物の酸化がこのサイクルを再び始める。
【0018】上記から明らかであるように、媒介物の必
要な属性は、センサの使用の前に電極面に存在する条件
のもとで酸化状態(酸化型)にとどまる能力である。媒
介物の還元はバックグラウンド電流を増して、結果的に
バイオセンサの読取り値を偏らせる。これらの媒介物
は、特にストレスの条件下で時間とともに還元し、それ
により、それらが適用されるセンサの有用性を減らす傾
向をもつことが見いだされた。
【0019】国際出願PCT/US92/01659号
明細書には、測色試薬ストリップ中の酸化剤としての二
クロム酸カリウムの使用が開示されている。この酸化剤
の目的は、他の試薬成分中の不純物を酸化させて、測色
センサの安定性を改善することにある。この公開出願
は、米国特許出願第07/451,671号(現在米国
特許第5,288,636号)に言及し、還元された媒
介物を電位の印加によって再酸化し、一定期間後に電流
を測定して分析対象物の濃度を測定する装置を記載した
ものとして特徴づけている。具体的には、米国特許第
5,288,636号記載のものは、グルコースオキシ
ダーゼによるグルコースの完全な酸化を必要とする。酵
素がグルコースによって還元されるとき、フェリシアン
化物が酵素と反応してフェロシアン化物を生成する。こ
の酵素的反応によって生成されるフェロシアン化物は、
貯蔵中に生成するフェロシアン化物と一緒になる。この
後者のフェロシアン化物は、フェリシアン化物と、グル
コースオキシダーゼおよびフェリシアン化物とともに付
着した物質中に見られる不純物との反応の結果である。
米国特許第5,288,636号記載のものは、生成さ
れるフェロシアン化物をこれらの2種の源の間で区別し
ていない。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】電極表面に貯蔵された
媒介化合物の望ましくない還元を逆の状態にし、非常に
低い濃度の分析対象物を含む流体試料中の分析対象物の
数値の評価に対して、それが及ぼす影響を最小限にする
方法を提供することが望ましく、それが本発明の目的で
ある。
【0021】さらなる目的は、分析対象物測定の精度を
高める方法を提供することにある。
【0022】さらなる目的は、分析対象物がグルコース
である方法を提供することにある。
【0023】さらなる目的は、分析対象物測定の精度を
さらに高めるための数学的手段を提供することにある。
【0024】さらなる目的は、分析対象物値を正確に測
定するための装置を提供することにある。
【0025】さらなる目的は、製造するのが簡単かつ低
廉である装置を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明は、試料を作用電
極の表面に適用することにより、流体試料中の分析対象
物の濃度を測定する方法を含む。電極は、分析対象物に
対して特異的な酵素と、分析対象物と酵素との反応の結
果として還元される媒介物とを含む組成物をその表面に
有している。媒介物は、周囲条件下で曝された結果とし
て、その還元型へと部分的な還元を受けている。本明細
書には、 a)正の電位パルスを電極に印加して、媒介物の少なく
とも一部をその酸化型に酸化する工程を含む、方法に対
する改良が開示される。この工程が電極におけるバック
グラウンド偏りを減らす。バックグラウンド偏りは、 a)正のパルスを印加する間に電流(i1)を測定し、読
取り期間の最後で電流(i2)を測定し、 b)以下の式(1)を解くことによって、補正された分
析対象物濃度Gを計算することにより、さらに減らすこ
とができる。
【0027】
【数7】
【0028】ただし、Int およびslope はi2 の切片お
よび傾きであり、Δ(i1 ,i2)は、次のように計算さ
れる、バックグラウンド偏りに比例する誤差補正項であ
る。
【0029】
【数8】
【0030】ただし、s1 =i1 の傾きであり、i1-lo
=低い分析対象物濃度でのi1 であり、i2-lo=低い分
析対象物濃度でのi2 であり、K=選択した換算係数で
ある。
【0031】
【発明の実施の形態】本発明は、血液中の特定の分析対
象物、例えばグルコースを測定するのに使用されるアン
ペロメトリックセンサ中の酸化され得る不純物によるバ
ックグラウンド偏りを減らす方法である。このようなセ
ンサが長期間またはストレス(熱、湿気など)下で保存
されるならば、還元された媒介物またはセンサ中に存在
する他の還元された不純物、例えば酵素安定剤、例えば
グルタメートおよび同等な還元性を有する界面活性剤の
増加により、センサのバックグラウンド電流が増す。例
えば、フェリシアン化物ベースのアンペロメトリックセ
ンサにおいては、バックグラウンド偏りは、電極面の近
くのフェロシアン化物(フェリシアン化物の還元から生
じる)の存在に関係する。この蓄積したフェロシアン化
物は、センサの使用中に生じるフェロシアン化物(新し
いフェロシアン化物)とは反対に、酸化されてフェリシ
アン化物に戻り、それが生じさせるバックグラウンド偏
りを減らし、それにより、センサの保存寿命を延ばす。
この目的を達成するため、本方法は電気化学的アプロー
チを用いる。電気化学的アプローチをアルゴリズム補正
によって補強すると、バックグラウンド偏りはさらに減
る。
【0032】図1を参照すると、本発明の方法は、ま
ず、センサの使用中での通常の電位プロファイルの前
に、正の電位パルス(「バーンオフ」パルスと呼ぶ)を
印加することを含む。これは通常、0.1〜0.9ボル
ト(好ましくは0.3〜0.7ボルト)の正の電位をセ
ンサの作用電極と基準電極との間に1〜15秒間(好ま
しくは5〜10秒間)印加することによって達成され
る。このバーンオフパルスがもとからあるフェロシアン
化物(または他の酸化され得る不純物)を酸化させて、
センサがクリーンなバックグラウンドで検定を始められ
るようにする。通常は、酸化され得る不純物の一部しか
バーンオフパルスによって酸化されないため、バックグ
ラウンドは完全にクリーンであるとはいえない。理由
は、化学物質の層が作用電極および基準電極の両方を覆
っているからである。もとからあるフェロシアン化物
は、フェリシアン化物から生まれるため、化学物質の層
の中に存在する。試料流体を適用し、化学物質層が再び
湿潤すると、作用電極の近くのフェロシアン化物が再び
酸化される。フェロシアン化物の残りは試料流体中に拡
散し、グルコースと混合する。もとからあるフェロシア
ン化物のそのような部分は、グルコースに影響を及ぼす
ことなしに再び酸化されることはない。もとからあるフ
ェロシアン化物は、流体試料が適用されたのち非常に短
い時間(数秒間)だけ電極の近くにとどまる。この理由
は、化学物質(酵素およびフェリシアン化物など)が薄
層として作用電極および基準電極に付着しているからで
ある。バーンオフ法はこれを利用している。理由は、流
体試料中の分析対象物の濃度を顕著に下げることなく、
その大部分が電極と直接接触しないもとからあるフェロ
シアン化物の有意量を酸化することができるからであ
る。実験は、バーンオフパルスの適切な印加により、ス
トレスを受けたセンサのバックグラウンド偏りを40%
減らすことができることを実証した。
【0033】バックグラウンド偏りは、バーンオフパル
スとともに作用するバックグラウンド補正アルゴリズム
の使用により、さらに減らすことができる。このアルゴ
リズムは二つの電流読取り値の記録に基づく。第一の読
取り値(i1)はバーンオフパルスの期間中に記録され、
第二の読取り値(i2)は、読取り期間、すなわち、第二
の電位パルスが印加された瞬間から電流i2 が測定され
る瞬間までの経過時間の最後で記録される。読取り期間
の長さは、図1に示すようにt3 −t2 である。そし
て、二つの電流読取り値i1 およびi2 から分析対象物
の濃度を計算する。センサに対して実施した実験は、バ
ックグラウンド補正アルゴリズムが残りのバックグラウ
ンド偏りの少なくとも80%を除くことができ、その結
果、センサの安定性を改善して保存寿命の有意な延長を
もたらすことができることを証明した。
【0034】本発明の実施に有用であるタイプのアンペ
ロメトリックグルコースセンサは、次のように製造され
る。2個の炭素電極をポリマー基板上にプリントする。
次に、化学物質成分の層を電極に付着させ、乾燥させ
る。好ましい化学組成物は、フェリシアン化物(カリウ
ム塩)55mM、グルコースオキシダーゼ8.5単位、ポ
リ(エチレンオキシド)0.53%、界面活性剤として
のcremophor 0.40%およびpH7.2のリン酸緩衝液
83mMを含有する媒体5μl である。グルコース検定の
際、三つの連続期間からなる電位プロファイルをセンサ
に印加する。これらの期間は、順に、バーンオフ期間
(通常は0.4ボルトで10秒間)、遅延期間(開回路
で15秒間)および読取り期間(0.4ボルトで5秒
間)である。遅延期間の厳密な長さは重要ではないが、
通常は10〜40秒の範囲である。この遅延期間が、十
分なフェロシアン化物を蓄積する反応にとって十分な時
間を与え、そのフェロシアン化物の再酸化から生じる電
流が難なく測定可能となる。これらの期間を、電位およ
び電流を時間に対してプロットした図1に示す。電流測
定をバーンオフ期間の最後(i1)および読取り期間の最
後(i2)の最後で実施し、次に式1を使用して、相当す
るグルコース濃度を計算する。式中の定数、例えば傾き
および切片は所定の値である。
【0035】以下の説明は、流体試料中のグルコースが
検出すべき分析対象物であり、かつセンサ中の媒介物が
フェリシアン化物であるものに関する。しかし、この説
明は、他の分析対象物を測定するための系、および酸化
され得る種がフェロシアン化物以外のものである系にも
同等に当てはまる。
【0036】バーンオフ法、すなわち、正の電位パルス
を電極に印加して媒介物の少なくとも一部を酸化させて
その酸化型に戻す技法を図1に示す。電位および電流の
プロファイルをプロットした図1では、タイミングは次
のとおりである。
【0037】t0 :試料を検出し、バーンオフ期間が始
まる。試料は、センサを機器に挿入して0.4ボルトの
電位をただちに印加することによって検出される。所定
の限界値(例えば250nA)を超える値が測定されたか
否かを見るため、電流を継続的にチェックする。限界値
を超える電流が検出されると、試料が検出されたことに
なりバーンオフ期間が開始する。
【0038】t1 :バーンオフ期間が終了し、ここで電
流i1 を測定する。バーンオフ期間の長さt1 −t0
普通5〜10秒である。電位はt1 では0.4ボルトで
あるが、バーンオフ期間後に設定した遅延期間の間、開
回路に切り換わるか、電流を実質的に減らす電位に切り
換わって、作用電極での電気化学反応の速度が最小限に
なる。
【0039】t2 :設定した遅延期間が終了。待機期間
の長さt2 −t1 は通常10〜40秒である。0.4ボ
ルトの読取り電位がt2 で印加される。
【0040】t3 :読取り期間が終了し、ここで電流i
2 を測定する。読取り期間の長さt3 −t2 は5〜10
秒である。
【0041】バーンオフパルス、すなわちt0 からt1
までの0.4ボルト電位の印加は、もとからあるフェロ
シアン化物(蓄積した鉄)または酵素層中の他の酸化さ
れ得る干渉体の一部を除去するために設けられている。
【0042】バーンオフアルゴリズムが式1を用いて二
つの電流測定値i1 およびi2 からグルコース濃度を計
算する。
【0043】
【数9】
【0044】ただし、
【0045】
【数10】
【0046】式1は、ストレスに関連するバックグラウ
ンド偏りを減らすことと、系の精度を保持することとの
間で妥協を達成するための部分補正アルゴリズムであ
る。基本的な方法は、i2 をグルコース読取り値として
使用することである。
【0047】
【数11】
【0048】ただし、int およびslope は、それぞれi
2 の切片および傾きである。項Δ(i1 ,i2)は、電流
1 およびi2 から導出した、ストレスまたは他の原因
によるバックグラウンドの推定増分である。新しいセン
サの場合、この項は0に近い。パラメータKは、選択的
に提供されるか、0〜1の値に設定される。Kを0に設
定するならば、バックグラウンド補正は得られない。他
方、Kを1にするならば、最大の補正を達成することが
できる。同じグルコース濃度のもとで多数のセンサを試
験する場合、i1 の変動がi2 の変動よりも大きいこと
がわかったため、以下の例では、Kを0.8に設定して
部分的補正を求める。i2 のみから計算したグルコース
値、すなわち式(1)でK=0とした場合と比較する
と、i1 とi2 とを合わせて計算されるグルコース値
は、精度がわずかに低く(標準偏差がより大きい)、当
然、バックグラウンド偏りがはるかに小さい。精度と偏
りとの間の妥協は、適切なK値を選択することによって
達成することができる。K=0ならば、バックグラウン
ド補正は得られず、i1 は使用されない。この場合、も
っとも高い精度が得られるが、高いバックグラウンド偏
りが伴う。K=1ならば、最大のバックグラウンド補正
が適用され、偏りを最小にすることができるが、精度が
犠牲になる。例では、K値を0.8に設定して、精度と
偏りとの間で妥協を達成する。
【0049】これらの式におけるパラメータは次のとお
りである。 Int :読取り電流i2 の切片、nA slope :読取り電流i2 の傾き、nA・dL/mg i1-lo:低いグルコース標準レベル、すなわち50mg/d
L での平均バーンオフ電流i1 、nA i2-lo:低いグルコース標準レベルでの平均読取り期間
電流i2 、nA。実際には、i2-loは、独立したパラメー
タではない。これは、Int およびslope から計算するこ
とができる。 i2-lo=Int +slope ・50 s1 :バーンオフ電流に対する傾きnA・dL/mg K:部分的補正のために0.8に設定
【0050】Int 、slope 、i1-loおよびs1 は局所パ
ラメータである。各センサロットは、実験的に決定され
るそれ自身のパラメータ値を有している。アルゴリズム
は、二つの既知の電流値、すなわち、正常な(ストレス
を受けていない)センサの場合の、i1 を表す値と、i
2 を表す値とを必要とする。i1-loおよびi2-loは、切
片(int)および傾き(s1 およびslope)を決定するのに
使用されるため、これらを利用することができる。当
然、他のグルコース濃度での電流をアルゴリズムに使用
することができる。しかし、これは、二つの追加的な独
立したパラメータを加える余分な工程を導入することに
なる。本発明の手順を以下の実施例によって説明する。
【0051】
【実施例】実施例I 以下の工程を実施して、アルゴリズムに必要なロットパ
ラメータ値を決定した。
【0052】A.低い標準レベル50mg/dL で、同一ロ
ットからのセンサ16個を試験し、バーンオフ電流およ
び読取り期間電流それぞれの平均電流i1-loおよびi
2-loを得た。i1-lo=1951.2nAであり、i2-lo
1952.3nAであることがわかった。
【0053】B.高い標準レベル400mg/dL のセンサ
16個を試験し、平均電流i1-hiおよびi2-hiを得た。
1-hi=6003.3nAであり、i2-hi=8831.7
nAであることがわかった。
【0054】C.パラメータ値を計算した。
【0055】
【数12】
【0056】したがって、式(1)は以下のようにな
る。
【0057】
【数13】
【0058】実施例II バックグラウンド補正アルゴリズムを用いなくとも、バ
ーンオフパルスが単独でバックグラウンド偏りを有意に
減らすことが見いだされた。
【0059】この実験では、センサ10個に、30℃お
よび湿度91%下で3時間ストレスを負荷した。グルコ
ース水溶液50mg/dL を試料として使用した。ストレス
を負荷したセンサ5個を10秒間のバーンオフパルスで
試験し、5個をこのパルスなしで試験した。加えて、ス
トレスを負荷していないセンサ10個を対照として試験
し(5個を10秒間のバーンオフパルスで、5個をその
パルスなしで試験)、以下の式(3)を用いて偏りを計
算した。
【0060】
【数14】
【0061】偏りは、バーンオフパルスなしの場合で3
0.6%であり、バーンオフパルスを用いた場合で1
8.0%であることがわかった。このデータは、バーン
オフパルスだけでもバックグラウンド偏りが約40%減
ることを実証する。
【0062】実施例III この実施例では、アルゴリズムがいかにしてバックグラ
ウンド偏りを補正するのかを説明する。
【0063】センサ8個を−20℃未満で2週間保存
し、別の8個のセンサに50℃で4週間ストレスを負荷
した。100mg/dL のグルコース濃度を有する全血を用
いて16個のセンサすべてを試験した。新しいセンサか
らパラメータ値を決定した。次のようにしてグルコース
読取り値Gを計算した。
【0064】A.バックグラウンド偏り補正アルゴリズ
ムなし:式1で、K=0 B.部分的補正:式1で、K=0.8
【0065】式4を使用して偏り率を計算した。結果を
表1にまとめる。
【0066】
【数15】
【0067】
【表1】
【0068】本発明を実施することができる装置を図2
に示す。図2を参照すると、符号10によって示され、
本発明の原理にしたがって構築された、分析対象物の値
を正確に測定するための装置のブロック図が示されてい
る。装置10は、マイクロプロセッサ12をメモリ装置
14とともに含む。マイクロプロセッサ12は、図3に
示す本発明の方法を実行するのに適切にプログラムされ
ている。種々の市販品の装置、例えば、Dallas Semicon
ductor社製のDS5000マイクロコントローラをマイクロプ
ロセッサ12およびメモリ14に使用することができ
る。メモリ14は、マイクロプロセッサ12の中に組み
込むこともできるし、図2に示すように別個に設けるこ
ともできる。
【0069】マイクロプロセッサ12からのデジタルデ
ータがデジタル・アナログ(D/A)変換器16に印加
される。このD/A変換器16がデジタルデータをアナ
ログ信号に変換する。D/A変換器16に結合された増
幅器18がアナログ信号を増幅する。増幅器18で増幅
されたアナログ信号出力はセンサ20に印加される。
【0070】センサ20は増幅器22に結合されてい
る。感知された増幅信号はアナログ・デジタル(A/
D)変換器24に印加され、この変換器が、増幅された
アナログセンサ信号をデジタル信号に変換する。このデ
ジタル信号がマイクロプロセッサ12に印加される。
【0071】D/A変換器16、増幅器18および22
ならびにA/D変換器24には、種々の市販品の装置を
使用することができる。例えば、PMI社製の装置タイ
プPM-752F4FSをD/A変換器16に使用することができ
る。増幅器18および22には、Linear Technology 社
によって製造、販売される演算増幅器タイプTL074ACを
使用することができる。A/D変換器24には、Maxum
社によって製造、販売される装置タイプMAX135CWI を使
用することができる。
【0072】さらに図3を参照すると、本発明の正確な
分析対象物測定のための連続工程が示されている。ま
ず、ブロック300に示すように、マイクロプロセッサ
12がバーンオフパルス、例えば0.4ボルトの電位を
センサ20に印加する。次に、判定ブロック302に示
すように、マイクロプロセッサがチェックを行って、検
出されたセンサ限界電流値に相当する試料を識別する。
ブロック302で試料が検出されると、判定ブロック3
04で、所定のバーンオフ期間、例えば10秒を識別す
る。次に、ブロック306に示すように、電流i1 を測
定し、ブロック308に示すように、センサ20を開回
路状態にする。次に、判定ブロック310で、設定され
た遅延または所定の待機期間、例えば15秒を識別す
る。設定された遅延ののち、ブロック312に示すよう
に、読取りパルス、すなわち0.4ボルトの電位をセン
サ20に印加する。さらに、判定ブロック314で、読
取りパルスのための所定の読取り期間、例えば5秒を識
別し、ブロック316に示すように、電流i2 を測定す
る。次に、ブロック320に示すように、マイクロプロ
セッサ12が、特定のセンサ20に関する、Int 、slop
e 、i1-lo、i2-lo、S 1 およびKを含む記憶されたパ
ラメータを取得する。そして、ブロック322に示すよ
うに、記憶されたパラメータならびに測定されたバーン
オフ電流i1 および読取り電流i2 を用いて補正項Δ
(i1 ,i2)を計算する。次に、ブロック324に示す
ように、読取り電流i2 と、計算された補正項Δ(i
1 ,i2)を選択された換算係数Kで乗じたものとを用い
て分析対象物の値、例えばグルコース読取り値Gを計算
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法にしたがって電位および電流を時
間に対して示すグラフである。
【図2】本発明の方法を実行するのに用いられる、分析
対象物の値を測定するための装置を表すブロック図であ
る。
【図3】本発明による方法にしたがって、図2のプロセ
ッサによって実行される連続工程を示す流れ図である。
【符号の説明】
10 測定装置 12 マイクロプロセッサ 14 メモリ 16 D/A変換器 18 増幅器 20 センサ 22 増幅器 24 A/D変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 33/72 G01N 27/30 353R 33/92 27/46 338 (72)発明者 マシュー・ケー・ムショー アメリカ合衆国、インデイアナ州、46530、 グレンジャー、ノース・フィーザント・コ ーブ・ドライブ 10648 (72)発明者 キン−ファイ・イップ アメリカ合衆国、インデイアナ州、46516、 エルクハート、イースト・ジャクソン・ブ ールバード 2220

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分析対象物に対して特異的な酵素と、該
    分析対象物と該酵素との反応に応答して還元されるもの
    であり、部分的な還元をすでに受けている媒介物とを含
    む組成物をその表面に有する基準電極と、電気化学的に
    接続した作用電極の表面に流体試料を適用する工程;お
    よび周囲条件下でのセンサの保存期間内および電流測定
    期間前の期間に生じた還元型の該媒介物の量に起因する
    ものであり、かつ作用電極と基準電極との間に十分な電
    位を印加してそれから秒単位の期間内に還元型の該媒介
    物を酸化することにより作用電極で測定される、作用電
    極と基準電極との間の電流を測定する工程により、流体
    試料中を通過する電流の関数として流体試料中の分析対
    象物の濃度を測定する、分析対象物の濃度を測定する方
    法において、 電極間に酸化電位を印加して該媒介物の少なくとも一部
    をその酸化型に戻す工程;および系を開回路または電流
    を実質的に減らす電位に切り換えて、設定した遅延期間
    中、作用電極における電気化学的反応速度を最小限にし
    たのち、第二の電位を電極間に印加し、流体試料中に発
    生した電流を測定する工程を含む、分析対象物を高精度
    で測定し得る、分析対象物の濃度を測定する方法。
  2. 【請求項2】 a)正のパルスを印加する間に電流(i
    1)を測定し、第二の電位の印加の最後で電流(i2)を測
    定し、 b)式 【数1】 (ただし、Int およびslope はi2 の切片および傾きで
    あり、Kは選択した偏り換算係数であり、Δ(i1 ,i
    2)は、式 【数2】 (ただし、s1 =i1 の傾きであり、 i1-lo=低い分析対象物濃度でのi1 であり、 i2-lo=低い分析対象物濃度でのi2 である)によって
    計算される、バックグラウンド偏りに比例する誤差補正
    項である)を解くことによって、補正された分析対象物
    量Gを計算することにより、分析対象物測定の精度をさ
    らに高める、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 該媒介物がフェリシアン化物塩である、
    請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 該分析対象物がグルコースである、請求
    項2記載の方法。
  5. 【請求項5】 該酸化電位を印加したのち該第二の電位
    を印加する前に、選択された遅延期間を設定する工程を
    さらに含む、請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 該酸化電位を電極間に印加する工程が、
    0.1ボルト〜0.9ボルトの範囲で選択的に設定した
    電圧電位を印加する工程と、測定電流を限界値と比較す
    る工程と、該限界値より大きい測定電流に応答して、該
    電圧電位が所定時間印加されたかどうかを確認する工程
    とを含む、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 該所定時間が、5秒〜15秒の範囲で選
    択的に設定される、請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 選択された遅延期間を設定する工程が、
    第二の電位を印加する前に10秒〜40秒の範囲で選択
    される遅延期間待機する工程を含み、該電流を測定する
    工程の前に、5秒〜10秒の範囲で選択される期間、該
    第二の電位を印加する、請求項5記載の方法。
  9. 【請求項9】 分析対象物に対して特異的な酵素と、該
    分析対象物と該酵素との反応に応答して還元されるもの
    であり、周囲条件により部分的な還元をすでに受けてい
    る媒介物とを含む組成物をその表面に有する作用電極の
    表面に流体試料を適用することにより、流体試料中の分
    析対象物の濃度を測定する方法において、 a)正の電位パルスを該電極に印加して、該媒介物の少
    なくとも一部を酸化してその酸化型に戻す工程; b)正のパルスの印加中電流(i1)を測定し、第二の電
    位の印加の最後で電流(i2)を測定する工程;および c)式 【数3】 (ただし、Int およびslope はi2 の切片および傾きで
    あり、Kは選択した偏り換算係数であり、Δ(i1 ,i
    2)は、 【数4】 (ただし、s1 =i1 の傾きであり、 i1-lo=低い分析対象物濃度でのi1 であり、 i2-lo=低い分析対象物濃度でのi2 である)のように
    計算される、バックグラウンド偏りに比例する誤差補正
    項である)を解くことによって、補正された分析対象物
    濃度Gを計算する工程を含むことを特徴とする方法。
  10. 【請求項10】 該媒介物がフェリシアン化物塩であ
    る、請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 該分析対象物がグルコースである、請
    求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 試料中の分析対象物を測定するための
    装置であって、 試料を受け入れるためのアンペロメトリックセンサ手段
    と、 第一のバーンオフ(burn off)電圧電位を該アンペロメ
    トリックセンサ手段に印加し、第二の読取り電圧電位を
    該アンペロメトリックセンサ手段に印加するための電圧
    電位手段と、 バーンオフ期間および読取り期間を識別するためのタイ
    マ手段と、 該印加されたバーンオフ電圧電位に起因する第一の電流
    1 および該印加された第二の読取り電圧電位に起因す
    る第二の電流i2 を測定するための手段と、 該電流測定手段に応答して、試料の分析対象物値を識別
    する手段とを含むことを特徴とする装置。
  13. 【請求項13】 該タイマ手段が、遅延期間を識別する
    ための手段を含み、かつ該電圧電位手段が、該タイマ手
    段に応答して該第二の読取り電圧電位を印加する、請求
    項12記載の装置。
  14. 【請求項14】 該アンペロメトリックセンサ手段に関
    する所定の特性パラメータ値を記憶するための手段と、
    該第一の電流i1 と該第二の電流i2 の測定手段に応答
    して、偏り補正値を計算する手段とをさらに含む、請求
    項12記載の装置。
  15. 【請求項15】 該識別手段が、該偏り補正値計算手段
    に応答して、該分析対象物値を測定する、請求項13記
    載の装置。
  16. 【請求項16】 該計算された偏り補正値が、 【数5】 (ただし、i1 は、該第一のバーンオフ電圧電位の最後
    で測定される電流を表し、i2 は、該第二の読取り電圧
    電位の最後で測定される電流を表し、Int 、slope 、i
    1-lo、i2-loおよびs1 は、該アンペロメトリックセン
    サ手段に関する該所定の特性パラメータ値を表す)によ
    って表される、請求項15記載の装置。
  17. 【請求項17】 該分析対象物がグルコースであり、該
    識別される分析対象物値が、式 【数6】 (ただし、Kは、0〜1の値を有する選択した偏り換算
    係数である)によって表される、請求項16記載の装
    置。
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