JPWO2002048703A1 - 分析素子、それを用いた測定器および基質定量法 - Google Patents

Abstract

本発明は、測定中の試料の蒸発がなく、微量の試料で精度良く基質を定量化することができ、さらには測定中および測定後の試料の飛散のない、衛生面で優れた分析素子、並びにそれを用いた測定器および基質定量法を提供する。分析素子は、試料を収容するキャビティ、前記キャビティ内に露出した作用極及び対極、前記キャビティ内またはその近傍に設けられた少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、前記キャビティに連通した開口部、および前記開口部を覆う部材を備える。

Description

技術分野
本発明は、試料中に含まれる基質を迅速かつ高精度に定量する方法、それに用いる分析素子および測定器に関する。
背景技術
スクロース、グルコースなど糖類の定量分析法として、施光度計法、比色法、還元滴定法および各種クロマトグラフィーを用いた方法等が開発されている。しかし、これらの方法は、いずれも糖類に対する特異性があまり高くないので精度が悪い。これらの方法のうち施光度計法は、操作は簡便ではあるが、操作時の温度の影響を大きく受ける。従って、施光度計法は、一般の人々が家庭などで簡易に糖類を定量する方法としては適切でない。
ところで、近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用した種々のタイプのバイオセンサが開発されている。
以下に、試料中の基質の定量法の一例としてグルコースの定量法について説明する。電気化学的なグルコースの定量法としては、グルコースオキシダーゼ（ＥＣ１．１．３．４：以下ＧＯＤと略す）と酸素電極あるいは過酸化水素電極とを使用して行う方法が一般に知られている（例えば、鈴木周一編「バイオセンサー」講談社）。
ＧＯＤは、酸素を電子伝達体として、基質であるβ−Ｄ−グルコースをＤ−グルコノ−δ−ラクトンに選択的に酸化する。酸素の存在下で、ＧＯＤによる酸化反応過程において、酸素が過酸化水素に還元される。酸素電極によって、この酸素の減少量を計測するか、あるいは過酸化水素電極によって過酸化水素の増加量を計測する。酸素の減少量および過酸化水素の増加量は、試料中のグルコースの含有量に比例するので、酸素の減少量または過酸化水素の増加量からグルコースを定量することができる。
上記方法では、酵素反応の特異性を利用することにより、精度良く試料中のグルコースを定量することができる。しかし、反応過程からも推測できるように、測定結果は試料に含まれる酸素濃度の影響を大きく受ける欠点があり、試料に酸素が存在しない場合は測定が不可能となる。
そこで、酸素を電子伝達体として用いず、フェリシアン化カリウム、フェロセン誘導体、キノン誘導体等の有機化合物や金属錯体を電子伝達体として用いる新しいタイプのグルコースセンサが開発されてきた。このタイプのセンサでは、酵素反応の結果生じた電子伝達体の還元体を作用極上で酸化することにより、その酸化電流量から試料中に含まれるグルコース濃度を求めることができる。この際、対極上では、電子伝達体の酸化体が還元され、電子伝達体の還元体の生成する反応が進行する。このような有機化合物や金属錯体を酸素の代わりに電子伝達体として用いることにより、既知量のＧＯＤとそれらの電子伝達体を安定な状態で正確に電極上に担持させて試薬層を形成することが可能となり、試料中の酸素濃度の影響を受けることなく、精度良くグルコースを定量することができる。また、この場合、試薬層を乾燥状態に近い状態で電極系と一体化させることもできるので、この技術に基づいた使い捨て型のグルコースセンサが近年多くの注目を集めている。その代表的な例が、特許第２５１７１５３号公報に示されるバイオセンサである。使い捨て型のグルコースセンサにおいては、測定器に着脱可能に接続されたセンサに試料を導入するだけで、容易にグルコース濃度を測定器で測定することができる。このような手法は、グルコースの定量だけに限らず、試料中に含まれる他の基質の定量にも応用可能である。
上記従来のバイオセンサでは、試料がバイオセンサ内に導入された後もその一部が外部に曝されているため、測定中に試料の一部が蒸発し、試料中の基質濃度が変化するおそれがあった。従来のバイオセンサでは、マイクロリットルオーダーの試料について測定が可能であるが、近年では、更に微量な試料での測定が可能なバイオセンサの開発が各方面において切望されている。しかし、従来のバイオセンサでは、試料の微量化に伴い、基質濃度のわずかな変化が測定値のばらつきの原因となるおそれがあった。
そこで、本発明は、測定中の試料の蒸発を防ぎ、微量の試料で精度良く基質を定量化することができ、さらには測定中および測定後の試料の飛散を防ぎ、衛生面で優れた分析素子を提供することを目的とする。
本発明は、そのような分析素子を備えた測定器および基質定量法を提供することをも目的とする。
発明の開示
本発明の分析素子は、試料を収容するキャビティ、前記キャビティ内に露出した作用極及び対極、前記キャビティ内またはその近傍に設けられた少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、前記キャビティに連通した開口部、および前記開口部を覆う部材を備えたことを特徴とする。
また、本発明の測定器は、前記の分析素子に、前記作用極と対極間に電圧を印加する電圧印加手段、並びに電圧の印加された前記作用極及び対極間の電気信号を検出する信号検出手段を組み合わせたもので、被検試料に含まれる基質と前記酸化還元酵素との反応量を電気化学的に検出することにより基質を定量する。
本発明の基質の定量法は、前記の分析素子を準備する工程、前記分析素子に被検試料を供給して被検試料に含まれる基質を前記酸化還元酵素と反応させる工程、前記開口部を塞ぐ工程、前記作用極と対極間に電圧を印加する工程、及び前記電圧の印加により生じた前記作用極と前記対極間の電気的信号の変化を検出する工程を含む。
発明を実施するための最良の形態
本発明による分析素子は、試料を収容するキャビティ、前記キャビティ内に露出した作用極及び対極、前記キャビティ内またはその近傍に設けられた少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、前記キャビティに連通した開口部、および前記開口部を覆う部材を備えている。この分析素子は、試料供給後、開口部を覆う部材により開口部を閉鎖できるから、キャビティ中の試料が外部の空気に曝されないため、試料の蒸発を防止することができる。特に、微量の試料で測定する場合の測定精度が向上する。さらに、測定中および測定後に試料が外部に飛散することも防止するため、特に血液等の感染性試料を用いた場合であっても、衛生面で優れた分析素子を提供することが可能となる。開口部を覆う部材が、分析素子と一体化していると、確実に外部との遮断が可能になる。
ここで、開口部を覆う部材は、試料を収容するキャビティに連通する開口部の少なくとも一部を覆うものであればよいが、開口部全てを覆うことが好ましい。
本発明による好ましい分析素子においては、絶縁部材からなる素子本体に、試料を収容するキャビティ、前記キャビティ内に露出した作用極及び対極が設けられる。キャビティは、一端が試料供給口、他端が空気孔であり、毛管作用により試料は試料供給口からキャビティ内へ導入される。キャビティの開口部を覆う部材は、前記の試料供給口および空気孔の両者を実質的に閉鎖する。他の好ましい形態においては、キャビティが素子本体に設けられた凹部と、この凹部に連なる試料供給口および空気孔からなる。この態様においては、前記凹部において酵素反応を行わせるようにするなら、キャビティの開口部を覆う部材は、単に前記凹部の入り口側のみを覆うものであってもよい。
開口部を覆う部材の材質は、試料の蒸発を抑制することができるように、外部の空気を遮断する特性を有するものであればよい。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂や、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂；ステンレス鋼、銀、白金等の金属；あるいはカーボン等が挙げられる。
開口部を覆う部材の形状は特に限定されず、開口部の形状に応じて適した形状のものを用いることができる。開口部を覆う部材が穿刺部材であることが好ましい。このようにすると、試料の採取と測定を一つの素子で行うことが可能となり、採取した試料を確実に測定に用いることができるとともに、試料の採取および測定に要する時間を短縮することができる。また、分析素子の構成を小型化することが可能となり、測定に必要な試料量をより微量化することができる。さらに、部品数および製造工程の削減が可能となる。
また、開口部を覆う部材が透明であることが好ましい。このようにすると、試料が確実に分析素子内に供給されたかどうかを目視で容易に確認することが可能となる。また、開口部を覆う部材が不透明であってもよく、特に血液を用いた測定の際、試料が外から見ることができないため、被検者の恐怖心を軽減する効果が得られる。
以上において、開口部を覆う部材が、分析素子本体に対してスライドするように構成することが好ましい。このようにすると、被検者が容易に操作することが可能となる。
開口部を覆う部材が、作用極または対極を備えていてもよい。このようにすると、分析素子の構成を小型化することが可能となり、測定に必要な試料量をより微量化することが可能となる。
開口部を覆う部材が、試薬層を備えていてもよい。このようにすると、容易に複数の試薬を分析素子内で分離して保持することができるため、高性能化、特に分析素子の保存安定性の向上が可能となる。
本発明の好ましい実施の形態の分析素子は、先端部近傍の側面に試料を収容する凹部を有し、この凹部内に露出するように作用極および対極を配置した絶縁部材からなる棒状の素子本体、素子本体の前記凹部を有する面を覆うとともに前記凹部に面する部分に前記素子本体の長手方向に沿った溝を有するカバー、並びに前記溝内を素子本体の長手方向に移動し、素子本体の先端より突出して被検体を穿刺する穿刺部材からなる。素子本体の先端部とカバーとの間に、前記凹部に連通する試料供給用開口部が形成される。カバーには、前記凹部と対応する位置またはそれより上方の位置に空気孔が形成される。穿刺部材は、前記凹部をほぼ覆うことができることが好ましい。
ここにおいて、穿刺部材は、作用極または対極を兼ねることができる。その場合、素子本体には対極または作用極を設ければよい。
本発明の他の好ましい分析素子は、作用極及び対極を含む電極系を設けた絶縁性の基板、及びこの基板を覆い、基板との間に前記電極系に通じる試料供給路を形成するカバー部材からなる素子本体、並びに上カバーからなる。前記試料供給路は、素子本体の端部の試料供給口からカバー部材に設けた空気孔に連なる。上カバーは、素子本体に対して垂直方向にスライドできるように結合され、素子本体に密着したとき前記試料供給口及び空気孔を閉鎖する。作用極および／または対極が、カバー部材側に設けられていてもよい。試薬層は、基板上および／またはカバー部材に、前記試料供給路に露出するように設けられる。
本発明による測定器は、上記のような分析素子に、分析素子の作用極と対極間に電圧を印加する電圧印加手段、並びに電圧の印加された作用極及び対極間の電気信号を検出する信号検出手段を組み合わせ、被検試料に含まれる基質と分析素子に担持された酸化還元酵素との反応量を電気化学的に検出することにより前記基質を定量する。
分析素子と開口部を覆う部材とを分離した構成にすると、分析素子の製造コストの削減が可能となる。
ここで、開口部を覆う部材が、分析素子本体に着脱可能であることが好ましい。このようにすると、開口部を覆う部材のみを洗浄することができ、衛生面で優れた測定器を提供することが可能となる。
本発明の他の好ましい測定器は、作用極及び対極を含む電極系を設けた絶縁性の基板、及びこの基板を覆い、基板との間に前記電極系に通じる試料供給路を形成するカバー部材からなる素子本体、この素子本体を内部に固定した筒状の外部カバーを備える。素子本体の試料供給路は、素子本体の先端の試料供給口からカバー部材に設けた空気孔に連なる。外部カバーは、前記空気孔に連通する空気孔を有する。測定器は、外部カバーの空気孔と素子本体の空気孔とを連通させる空気孔を有し、外部カバーと素子本体との間で外部カバーの長手方向にスライド可能な内部カバー、外部カバー内から被検体に向けて突出する穿刺部材、分析素子の作用極と対極間に電圧を印加する電圧印加手段、並びに電圧の印加された作用極及び対極間の電気信号を検出する信号検出手段を備える。
この測定器は、さらに、前記穿刺部材を駆動する針駆動手段、針の位置を制御する針位置制御手段、前記内部カバーを駆動する内部カバー駆動手段、並びに内部カバーの位置を制御する内部カバー位置制御手段を有する。内部カバーは、試料採取までは、素子本体の試料供給口および空気孔を開放する位置にある。そして、試料を試料供給口から採取した後は、内部カバーは外部カバー内を先端側へ移動して外部カバーの空気孔と素子本体の空気孔との間を遮断するとともに内部カバーの先端部は屈曲して試料供給口を閉鎖する。これらの内部カバーの動作は、その位置制御手段からの信号に基づいて駆動手段により実行される。
本発明による基質の定量法は、上記のような分析素子を準備する工程、分析素子に被検試料を供給して被検試料に含まれる基質を分析素子の酸化還元酵素と反応させる工程、分析素子の開口部を塞ぐ工程、作用極と対極間に電圧を印加する工程、及び前記電圧の印加により生じた前記作用極と対極間の電気的信号の変化を検出する工程を含む。
作用極と対極との間に印加される電圧は、通常作用極を正とする。これにより、酵素反応の結果生じた電子伝達体の還元体が作用極上で酸化される。作用極と対極間の電気的信号の変化は、この電子伝達体の酸化電流量として検出される。この電流量から試料中に含まれる基質の濃度を求めることができる。前記の電流を測定する代わりに、これを電圧値に変換して表示するようにしてもよい。
本発明によると、分析素子のキャビティ内の試料は、外部の空気に曝されないため、試料の蒸発が防止され、特に微量の試料で測定する場合の測定精度が向上する。測定中および測定後に試料が外部に飛散することもないから、特に血液等の感染性試料を用いた場合であっても、衛生面で優れている。
本発明の分析素子に用いる作用極としては、電子伝達体を酸化する際にそれ自身が酸化されない導電性材料を用いる。対極としては、パラジウム、金、白金、カーボン等の一般的に用いられる導電性材料を用いることができる。電気絶縁性の材料の表面をこれらの導電材料で被覆しても良い。
酸化還元酵素としては、試料中に含まれる測定対象の基質に対応したものが用いられる。例えば、フルクトースデヒドロゲナーゼ、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、アミノ酸オキシダーゼ等が挙げられる。
穿刺部材としては、穿刺に耐えうる強度を有するものであればよく、例えば、ステンレス鋼、金、白金等の金属やカーボンからなる針が挙げられる。穿刺部材を作用極または対極として用いる場合は、金、白金、カーボン等の導電材料を用いてもよく、絶縁材料の表面をこれらの導電材料で被覆してもよい。
本発明の分析素子による測定対象とする試料は、各種の基質を含む溶液であり、殊に採取量の微量化が求められている体液である。体液には、全血、血漿、血清、間質液、唾液などが挙げられる。本発明の測定対象とする試料は、これらに限定されるものではない。
以下、本発明をその実施例を示す図面を参照して詳しく説明する。ここに用いられた構造図は理解を容易にするためのものであって、各要素の相対的大きさや位置関係は必ずしも正確ではない。以下の実施例においては、グルコースの定量に用いる分析素子、測定器、および定量法について説明するが、基質をグルコースに限定するものではない。
実施例１
図１は本実施例で用いた測定器の概略図であり、分析素子については、試薬層および界面活性剤層を除いた縦断面図を示している。図２は分析素子における穿刺部材の動作を示す縦断面図、図３〜５は本実施例の分析素子における他の電極形状を示す、試薬層および界面活性剤層を除いた縦断面図である。
図１に示す測定器は、分析素子１と装置本体２０により構成される。分析素子１は、穿刺部材６、柱状部材８、及びカバー７から構成されている。柱状部材８は、試料を収容するキャビティ４、このキャビティ４内に露出する作用極２及び対極３、並びにキャビティ４内に保持された試薬層（図示せず）を有する。カバー７は、柱状部材８に、そのキャビティ４側を覆うように結合され、穿刺部材６を案内する溝１２、及びキャビティ４の近傍に開口させた空気孔５を有する。溝１２の下方の開口部は、キャビティ４に試料を毛管作用により導入する試料供給口９となっている。図１の状態では、キャビティ４の開口部は、穿刺部材６により実質的に閉鎖される。
柱状部材８は、電気絶縁性の合成樹脂のインサート成形により、長さ３０ｍｍの導電材料からなる作用極リード１０と、長さ２９ｍｍの導電材料からなる対極リード１１とを埋め込んでいる。これらの導電部材の断面は０．５ｍｍ×１ｍｍの四角形である。キャビティ４内に露出するリード１０および１１の先端部は、それぞれ作用極２及び対極３となる。キャビティ４の大きさは１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍである。穿刺部材６は、直径が１．０ｍｍ、長さが４０ｍｍの円柱である。
酸化還元酵素であるＧＯＤおよび電子伝達体であるフェリシアン化カリウムを含有する水溶液を試料供給部４内に滴下した後、乾燥することにより、試薬層を形成する。さらに、試料供給を円滑に行うことを目的として、試薬層上および試料供給部４から試料供給口９にかけて、界面活性剤であるレシチンを含有する界面活性剤層を形成する。
上記のように試薬層及び界面活性剤層を形成した柱状部材８に、穿刺部材６を内包する形で、カバー７を接着することにより、分析素子１を組み立てる。
装置本体２０は、分析素子１の作用極２と対極３間に一定電圧を印加する電圧印加部２１、作用極２と対極３間に流れる電流を検出する電流検出部２２、穿刺部材６を上下に駆動する駆動部２４、及び穿刺部材６の位置を制御する位置制御部２５とを備えている。穿刺部材６は、ホルダー２３を介して駆動部２４と接続されている。作用極リード１０は電圧印加部２１と、対極リード１１は電流検知部２２とそれぞれ接続されている。
上記本実施例の測定器を用いて、試料液中のβ−Ｄ−グルコース濃度の定量を行った。まず、β−Ｄ−グルコース濃度の異なる数種の試料液をそれぞれ調製した。位置制御部２５および駆動部２４を用いて、図３（ｃ）に示すように、穿刺部材６を、空気孔５および試料供給口９を塞がない位置に移動させた後、試料液を試料供給口９に接触させた。空気孔５は試料供給部４に連通しているので、試料供給口９に導入された試料液は、毛管現象によって内部に浸透し、キャビティ４に供給された。次に、穿刺部材６を図３（ｃ）に示す位置に保持したまま、または図３（ｄ）に示すように空気孔５および試料供給口９を塞ぐ位置に穿刺部材６を移動させた後、対極３を基準にして５００ｍＶの電圧を、電圧印加部２１を用いて作用極２に印加した。この時に作用極２に流れる電流値を、電流検知部２２を用いて測定した。測定時の湿度が３０％および１００％の場合について測定を行い、測定結果を比較した。
穿刺部材６の位置を図３（ｄ）に示すようにした場合、いずれの湿度においても試料液のグルコース濃度に比例した電流応答が観察された。湿度１００％の環境で測定を行った場合、試料供給部４内の試料が蒸発しないため、図３（ｃ）のように穿刺部材６で空気孔５および試料供給口９を塞がないときでも、穿刺部材６の位置を図３（ｄ）に示すようにしたときと同等の応答が得られた。しかし、湿度３０％の環境で測定した場合、穿刺部材６の位置を図３（ｃ）に示すようにしたときは、湿度１００％で得られた測定値から正側にシフトした応答が得られた。一方、穿刺部材６の位置を図３（ｄ）に示すようにしたときは、湿度１００％で得られた測定値とよく一致した応答が得られた。これは、穿刺部材６により測定中における試料供給部４内の試料液の蒸発が抑えられたことによると考えられる。
本実施例の測定器を用い、生体成分中の基質濃度を測定する方法を以下に示す。まず、穿刺部材６を図３（ａ）に示す位置に設定し、試料供給口９が皮膚に接触するように分析素子１を被検体に押し当てる。次に、図３（ｂ）に示すように、穿刺部材６を用いて被検体の皮膚を穿刺する。これにより皮膚から体液が滲出する。次に、図３（ｃ）に示すように、穿刺部材６を空気孔５が開口する位置まで移動させ、その位置で固定することにより、体液が試料供給部４に導入される。穿刺から一定時間後、図３（ｄ）に示すように、空気孔５と試料供給口９とを塞ぎ、かつ穿刺部材６の先端が試料供給口９から分析素子１外に突出しない位置に穿刺部材６を移動させる。次に、電圧印加部２１により、対極３を基準にして作用極２に５００ｍＶの電圧を印加し、この時に作用極２に流れる電流値を、電流検知部２２を用いて測定することにより、体液中の基質濃度の測定を行う。
作用極２および対極３は、図１に示す配置に限定されない。例えば、図４に示すように、作用極２と対極３とがキャビティ４を挟んで互いに対向する位置に配置してもよい。このようにすると、電極表面の電流密度がより均一になるため、測定感度が向上する。
また、図５および図６に示すように、作用極２および対極３を同一平面状に配置することもできる。この例では、電気絶縁性の合成樹脂からなる部片８ａと８ｂを接合することにより、前記の柱状部材８を構成している。この分析素子の作り方を説明すると、まず部片８ａの表面に貴金属、例えばパラジウム箔からなる２つの部片、すなわち作用極２ｂおよびそのリード部１０ｂ、並びに対極３ｂおよびそのリード部１１ｂを接合する。これらの電極およびリード部を形成した部片８ａに、キャビティ４を形成するための孔を有する部片８ｂを接合する。こうして同一平面上に電極２ｂおよび３ｂを形成した柱状部材に、上記と同様のカバー７を接合して分析素子が完成する。
前記の金属箔からなる電極およびリード部の代わりに、部片８ａの表面に貴金属、例えばパラジウムをスパッタリングして導電層を形成し、次いで作用極およびそのリード部、並びに対極およびそのリード部を各々分離するように、レーザでトリミングする方法によっても電極を形成することができる。このようにすると、作用極２と対極３とを同時に形成することが可能となり、製造がより容易になる。
さらに、図７に示すように、導電材料からなる穿刺部材６が対極３を兼ねてもよい。このようにすると、部品数が減るため小型化が可能となり、測定に必要な試料量をより微量化することができる。
実施例２
本実施例の分析素子について図８および図９を用いて説明する。図８は本実施例における分析素子の縦断面図、図９は同分析素子の試薬層及び界面活性剤層を除いた分解斜視図である。
まず、ポリエチレンテレフタレートからなる電気絶縁性の基板３１上に、スクリーン印刷により銀ペーストを印刷し、作用極リード３２および対極リード３３を形成する。ついで、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストを基板３１上に印刷して作用極３４を形成する。この作用極３４は、作用極リード３２と接触している。さらに、この基板３１上に、絶縁性ペーストを印刷して絶縁層３６を形成する。絶縁層３６は、作用極３４の外周部を覆っており、これにより作用極３４の露出部分の面積を一定に保っている。次に、樹脂バインダーを含む導電性カーボンペーストを、対極リード３３と接触するように基板３１上に印刷して対極３５を形成する。
酸化還元酵素であるＧＯＤおよび電子伝達体であるフェリシアン化カリウムを含有する水溶液を作用極３４および対極３５上に滴下した後、乾燥して、試薬層３８を形成する。さらに、試薬層３８上に、界面活性剤であるレシチンを含有する界面活性剤層３９を形成する。
次に、基板３１、空気孔４５を備えた中カバー４２、およびスペーサ部材４０を図９に一点鎖線で示すような位置関係をもって接着する。
基板３１と中カバー４２との間に挟み込むスペーサ部材４０は、スリット４１を有しており、このスリット４１は基板３１と中カバー４２との間に試料液供給路を形成する。中カバー４２の空気孔４５は、この試料液供給路に連通しているので、スリット４１の解放端に形成される試料供給口４９に試料を接触させれば、毛管現象により試料は容易に試料液供給部路内にある界面活性剤層３９及び試薬層３８に達する。
最後に、上部カバー４４を取りつける。この上部カバー４４は、周面に、後端を除き下方へ垂下した垂下部４６を有する。この垂下部４６には、基板３１に設けた突片３７に係合する突片４７、および基板側に設けられた凹部５０に嵌合する突部を有する。上部カバー４４は、さらに中カバー４２の空気孔４５に嵌合する筒部４８を有する。従って、上カバー４４は、基板３１、スペーサ部材４０および中カバー４２の組立体に対して、電極印刷面に垂直方向に可動することができる。
上記の構造を有する分析素子を用いて、一定量のグルコースを含む試料溶液のグルコース濃度の測定を行った。上カバー４４を図８のように、上方へ移動させた状態にして、試料を試料供給口４９から試料液供給路に供給した後、上部カバー４４を下側にスライドさせることにより、試料供給口４９と空気孔４５を塞いだ。この時、上部カバー４４の突片４７を基板３１の突片３７に引っ掛けることにより、上部カバー４４を基板側に固定した。これにより、測定中に上部カバー４４が移動することを防いでいる。次に、一定時間経過後、対極３５を基準にして作用極３４に５００ｍＶの電圧を印加した。この電圧印加後、作用極３４と対極３５間に流れた電流値を測定したところ、試料中のグルコース濃度に比例した電流応答が観察された。測定時の湿度が３０％及び１００％の場合において、測定時に上部カバーで試料供給口４９と空気孔４５を覆う場合と覆わない場合とについて測定を行った結果、実施例１と同様の結果が得られた。
実施例３
図１０は、本実施例で用いた分析素子の斜視図である。
本実施例の分析素子は、実施例２の基板３１と同様の構成の基板５１、スペーサ５４、このスペーサを覆う中カバー５６、上カバー５８、及びストッパ５７から構成されている。スペーサ５４は、両側面および下面に開放した凹部５５を有し、この凹部が基板５１との間に試料を収容するキャビティを形成する。凹部５５のスペーサ側面における開口部５５ａおよび５５ｂの一方は試料供給口として働き、他方は空気孔として働く。基板５１は、リード５２及び５３にそれぞれ接続された作用極及び対極を有する。これらの電極は、スペーサ５４の凹部５５に露出している。上部カバー５８は、ストッパ５７に設けられた溝に沿って、基板５１の電極印刷面に対して平行に可動する。
凹部５５に開口部５５ａまたは５５ｂから試料を供給した後、上部カバー５８をスライドさせて凹部５５の両側面の開口部を閉鎖することにより、試料液の蒸発を防止することができる。このように本実施例の分析素子においても、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、上部カバー５８がストッパ５７に隠れているため、血液等の試料が上部カバー５８の外側に付着することを防ぐ効果が得られる。
実施例２および３では、電極系を基板上に、すなわち、同一平面状に配置した構成を示したが、これに限定されるものではない。例えば、電極が互いに向き合うように配置された構成など、対向型電極系等の構成であってもよい。図８の例で説明すると、作用極を基板３１上に、対極を中カバー４２の下面に設けてもよい。
また、上部カバーの形状は図示した形状に限定されず、試料供給口と空気孔を塞ぐ効果を有するものであればよい。
実施例４
本実施例について図１１を用いて説明する。図１１は、本実施例で用いた分析素子及び測定器の構成を示す概略図である。
本実施例における分析素子７０は、開口部を覆う部材である上部カバーが設けられていない点以外は、実施例２で用いた分析素子と同様の構造を有している。測定器は、電圧印加部７１、電流検出部７２、ホルダー７９に着脱自在な針７６、針駆動部７７、針位置制御部７８、第１の内部カバー６２、内部カバー６２を内部カバー駆動部７４に連結する連結部７３、第１の内部カバー６２の先端に枢着された第２の内部カバー６４、内部カバー駆動部７４、内部カバー位置制御部７５、及び外部カバー６０を備えている。使用時には、分析素子７０を、図１１に示すように、測定器に装着して外部カバー６０内に固定し、測定を行う。
測定器の第１の内部カバー６２及び外部カバー６０は、分析素子７０を測定器に装着した状態において、分析素子の空気孔４５と対向する位置に、それぞれ空気孔６３および空気孔６１を設けている。第２の内部カバー６４は、第１の内部カバー６２との枢着部６５を支点として屈曲させることができる。
次に、開口部を覆う部材である内部カバーの動きを説明する。
分析素子７０内に試料が導入された後、第１の内部カバー６２及び第２の内部カバー６４は、外部カバー６０の開口側に向かって押し出される。この時、第２の内部カバー６４は、外部カバー６０の内側に向かって伸びた開口縁部に接触する。そのため、第２の内部カバー６４は、枢着部６５を中心に分析素子６０の試料供給口４９を覆うように折れ曲がる。同時に第１の内部カバー６２により、分析素子６０の空気孔４５と外部カバー６０の空気孔６１の間を遮断する。このように、測定器に装着した内部カバーにより、分析素子の試料供給口４９及び空気孔４５がほぼ遮断されるため、測定中の試料の蒸発を防ぐことができる。また、第１の内部カバー６２、枢着部６５及び第２の内部カバー６４からなる内部カバーは、取り外しが可能であり、容易に洗浄することができるため、衛生的な測定器を提供することが可能である。また、測定器内に試料採取用の針７６が装着されているため、極微量の試料を的確に分析素子内に導入することができ、さらに内部カバーにより試料の蒸発を防ぐことにより、試料の微量化が可能となる。
図１１は一例であり、測定器内に、針、ホルダー、針駆動部及び針位置制御部を含まない構成であってもよい。また、空気孔６３および６１の位置は、図１１に示す位置に限定されず、分析素子の形状に応じて適した位置に設けられる。
以上の実施例において、作用極への印加電圧を５００ｍＶとしたが、これに限定されない。
また、分析素子における空気孔の位置は、図に示した位置に限定されず、試料を収容するキャビティと通じており、キャビティに対して試料供給口と反対側に位置していればよい。
さらに、上記実施例では、酸化還元酵素を含む溶液を塗布および乾燥することにより試薬層を形成したが、これに限定されず、例えばインクジェット方式により、試薬を含んだ溶液をキャビティ内へ塗布してもよい。このようにすると、微量な試薬塗布における正確な位置制御が可能となる。また、試薬を含んだ溶液をガラスろ紙に含浸し、乾燥することにより、ガラスろ紙に試薬を担持させ、これをキャビティ内に位置させてもよい。試薬の担持位置としては、電極上にあることが好ましいが、それに限らず、試料と接することが可能な位置に配置されていれば、キャビティ内の電極以外の場所でもよい。
本発明において、作用極、対極およびそれらのリード部を形成するには、導電性材料からなるワイヤ、箔などを絶縁性の合成樹脂でモールドする方法、絶縁性の支持体上に導電性のペーストを印刷する方法、絶縁性の支持体上にスパッタリングにより導電層を形成し、これをレーザトリミングなどにより作用極と対強に分離する方法を用いることができる。
作用極や対極を支持する基板としては、電気絶縁性を有し、保存および測定時に充分な剛性を有する材料であれば用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、または尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂があげられる。中でも、電極との密着性の点から、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
スペーサ部材、中カバー及び上部カバーとしては、電気絶縁性を有し、保存および測定時に充分な剛性を有する材料であれば用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、または尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂があげられる。
また、開口部を覆う部材と分析素子とが接触する部分にＯリング等の弾力性を有する部材を介することで、開口部を覆う部材と分析素子との密着性が高まり、試料の蒸発を防ぐ効果が向上するので好ましい。
電子伝達体としては、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン誘導体等があげられる。また、酸素を電子伝達体とした場合にも電流応答が得られる。電子伝達体は、これらの一種または二種以上が使用される。
産業上の利用の可能性
以上のように本発明によれば、測定中の試料の蒸発を防ぎ、微量の試料で精度良く基質を定量化することができ、さらには測定中および測定後の試料の飛散を防ぎ、衛生面で優れた分析素子、並びにこれを用いた測定器および基質定量法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施の形態による測定器の構成を示す概略図である。
図２は図１のＩＩ−ＩＩ’線の拡大断面図である。
図３は本発明の一実施の形態による分析素子における穿刺部材の動作を示す縦断面図である。
図４は本発明の他の実施の形態による分析素子の試薬層および界面活性剤層を除いた縦断面図である。
図５は本発明のさらに他の実施の形態による分析素子の試薬層及び界面活性剤層を除いた縦断面図である。
図６は同分析素子の柱状部材の正面図である。
図７は本発明のさらに他の実施の形態による分析素子の試薬層及び界面活性剤層を除いた縦断面図である。
図８は本発明のさらに他の実施の形態による分析素子の縦断面図である。
図９は同分析素子の試薬層及び界面活性剤層を除いた分解斜視図である。
図１０は本発明のさらに他の実施の形態による分析素子の斜視図である。
図１１は本発明のさらに他の実施の形態による分析素子及び測定器の構成を示す概略図である。

Claims (10)

1. 試料を収容するキャビティ、前記キャビティ内に露出した作用極及び対極、前記キャビティ内またはその近傍に設けられた少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、前記キャビティに連通した開口部、および前記開口部を覆う部材を備えたことを特徴とする分析素子。
2. 開口部を覆う部材が、穿刺部材である請求の範囲第１項記載の分析素子。
3. 開口部を覆う部材が、透明である請求の範囲第１または２項記載の分析素子。
4. 開口部を覆う部材が、作用極または対極を兼ねる請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の分析素子。
5. 開口部を覆う部材が、試薬層を備えた請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の分析素子。
6. 先端部近傍の側面に試料を収容する凹部を有し、この凹部内に露出するように作用極および対極を配置した絶縁部材からなる棒状の素子本体、素子本体の前記凹部を有する面を覆うとともに前記凹部に面する部分に前記素子本体の長手方向に沿った溝を有するカバー、前記凹部内またはその近傍に形成された少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、並びに前記溝内を素子本体の長手方向に移動し、素子本体の先端より突出して被検体を穿刺する穿刺部材を具備し、素子本体の先端部とカバーとの間に、前記凹部に連通する試料供給用開口部が形成され、カバーには、前記凹部と対応する位置またはそれより上方の位置に空気孔が形成され、穿刺部材は、前記凹部をほぼ覆うことができる分析素子。
7. 作用極及び対極を含む電極系を設けた絶縁性の基板、及びこの基板を覆い、基板との間に前記電極系に通じる試料供給路を形成するカバー部材からなる素子本体、前記試料供給路内に形成された少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、並びに上カバーを具備し、前記試料供給路は、素子本体の端部の試料供給口からカバー部材に設けた空気孔に連なり、上カバーは、素子本体に対して垂直方向にスライドできるように結合され、素子本体に密着したとき前記試料供給口及び空気孔を閉鎖するように構成された分析素子。
8. 試料を収容するキャビティ、前記キャビティ内に露出した作用極及び対極、前記キャビティ内またはその近傍に設けられた少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、前記キャビティに連通した開口部、および前記開口部を覆う部材を備えた分析素子、前記作用極と対極間に電圧を印加する電圧印加手段、並びに電圧の印加された前記作用極及び対極間の電気信号を検出する信号検出手段を具備し、被検試料に含まれる基質と前記酸化還元酵素との反応量を電気化学的に検出することにより前記基質を定量する測定器。
9. 分析素子の開口部を覆う部材が、着脱可能である請求の範囲第８項記載の測定器。
10. 試料を収容するキャビティ、前記キャビティ内に露出した作用極及び対極、前記キャビディ内またはその近傍に設けられた少なくとも酸化還元酵素を含む試薬層、前記キャビティに連通した開口部、および前記開口部を覆う部材を備えた分析素子を準備する工程、前記分析素子に被検試料を供給して被検試料に含まれる基質を前記酸化還元酵素と反応させる工程、前記開口部を塞ぐ工程、前記作用極と対極間に電圧を印加する工程、及び前記電圧の印加により生じた前記作用極と前記対極間の電気的信号の変化を検出する工程を含む基質の定量法。

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