KR101337704B1

KR101337704B1 - 바이오 센서 시스템 및 분석물의 농도의 측정 방법

Info

Publication number: KR101337704B1
Application number: KR1020117025755A
Authority: KR
Inventors: 모토노리 우치야마
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2013-12-06
Also published as: EP2405264B1; US9476849B2; CA2758061C; EP2405264A1; KR20120068760A; JP5422647B2; CN102414558B; JPWO2010137266A1; JP5608260B2; US10295496B2; US20170003244A1; WO2010137266A1; US20120028282A1; JP2013156270A; CA2758061A1; JP5608259B2; EP2405264A4; JP2013167637A; CN102414558A

Abstract

바이오 센서 시스템은 센서칩 및 측정기를 구비할 수 있다. 센서칩은, 캐필러리, 및 캐필러리 내에 배치된 전극을 구비한다. 캐필러리의 높이는, 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 상한 온도에 있어서의 분석물의 확산 거리와 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작게 설정된다. 측정기는, 농도 측정 전에, 센서칩의 전극에, 개회로 전압 또는 농도 측정시보다도 낮은 전압 등을 인가한다.

Description

바이오 센서 시스템 및 분석물의 농도의 측정 방법{BIOSENSOR SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING CONCENTRATION OF ANALYTE}

본 발명은, 바이오 센서 시스템 및 분석물의 농도 측정 방법에 관한 것이다.

종래, 혈액 시료중의 분석물의 농도, 예를 들면, 혈중 글루코오스 농도(혈당치)를 측정하기 위해서, 연산부를 갖는 측정기와, 측정기에 착탈가능한 센서칩을 구비한 휴대형 바이오 센서 시스템이 이용되고 있다. 분석물의 농도는, 분석물을 기질로 하는 산화 환원 효소를 통한 효소 사이클링 반응에 의해 발생하는, 산화물(oxidized product) 또는 환원물(reduced product)의 양에 의거하여 산출된다. 효소 사이클링 반응의 속도는, 반응이 진행되는 환경의 온도(반응 온도)에 의존한다. 이 때문에, 반응 온도에 의거하여 분석물의 농도를 보정하는 기능을 구비한 바이오 센서 시스템이 제안되고 있다. 반응 온도는, 예를 들면, 측정기에 배치된 온도 센서에 의해 측정된다(특허 문헌 1).

특허 문헌 1:일본국 특허 공개 2003-156469호 공보

특허 문헌 1의 바이오 센서 시스템에서는, 온도 센서에 의해, 측정기의 내부 온도가 측정된다. 따라서, 측정되는 온도는, 혈액 시료의 온도를 정확하게 반영하지 않는다. 이 때문에, 분석물 농도의 측정에, 오차가 발생하는 경우가 있다.

본 발명은, 온도 변화에 의한 오차가 발생하기 어려운 바이오 센서 시스템 및 농도의 측정 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 관점에 따른 바이오 센서 시스템은, 산화 환원 효소 및 전자 미디에이터를 이용하여 액체 시료 내의 분석물의 농도를 측정하는 바이오 센서 시스템으로서, 액체 시료가 도입되고. 높이가 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 상한 온도에 있어서의 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은 캐필러리와, 상기 캐필러리 내에 배치된 복수의 전극과, 상기 캐필러리 내에 배치되고, 전자 미디에이터를 포함하는 시약층을 구비하는 센서칩과; 상기 전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전압 인가부와; 상기 제1 전압 인가시에 상기 액체 시료중에 흐르는 전류값에 의거하여, 상기 분석물의 농도를 측정하는 농도 측정부와; 상기 농도 측정부에서의 측정 결과에 있어서의 상기 액체 시료의 온도의 영향이 작아지도록, 상기 제1 전압의 인가 전에, 상기 전극에 제2 전압을 인가하는 제2 전압 인가부를 구비한다.

또, 본 발명의 제2 관점에 따른 측정 방법은, 산화 환원 효소 및 전자 미디에이터를 이용하여 액체 시료 내의 분석물의 농도를 측정하는 방법으로서, 액체 시료가 도입되고, 높이가 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 상한 온도에 있어서의 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은 캐필러리와, 상기 캐필러리 내에 배치된 복수의 전극과, 상기 캐필러리 내에 배치되고, 전자 미디에이터를 포함하는 시약층을 구비하는 센서칩을 갖는 바이오 센서 시스템으로 실행되고, 상기 전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전압 인가 단계와, 상기 제1 전압 인가시에 상기 액체 시료중에 흐르는 전류값을 검출하는 전류 검출 단계와, 상기 전류값에 의거하여 상기 분석물의 농도를 측정하는 농도 측정 단계와, 상기 농도 측정부에서의 측정 결과에 있어서의 상기 액체 시료의 온도의 영향이 작아지도록, 상기 전류값의 검출 전에, 상기 전극에 제2 전압을 인가하는 제2 전압 인가 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 바이오 센서 시스템 및 측정 방법에서는, 캐필러리에 의해, 액체 시료중의 분석물이 확산에 의해 이동할 수 있는 거리가 제한된다. 또한, 제1 전압이 인가되기 전에, 전극에 제2 전압이 인가됨으로써, 온도에 의한 측정 결과의 불균일이 저감된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 센서 시스템의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 바이오 센서 시스템에 포함되는 센서칩의 분해 사시도.
도 3은 도 2의 센서칩의 평면도.
도 4는 분석물 및 미디에이터의 확산 거리를 나타내는 모식도.
도 5A는 실시형태에 따른 센서칩에 있어서의 캐필러리의 높이를 설명하는 도면.
도 5B는 다른 실시형태에 따른 센서칩에 있어서의 캐필러리의 높이를 설명하는 도면.
도 6은 도 1의 바이오 센서 시스템에 있어서의 측정기(101)의 내부 구성을 나타내는 도면.
도 7은 도 1의 바이오 센서 시스템에 있어서의 혈액 시료의 농도 측정 방법의 흐름의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 8은 혈액 시료의 농도 측정 방법의 흐름의 다른 예를 나타내는 플로우차트.
도 9는 혈액 시료의 농도 측정 방법의 흐름의 또다른 예를 나타내는 플로우차트.
도 10A는 센서칩에 대한 전압 인가 패턴의 일례를 나타내는 도면.
도 10B는 센서칩에 대한 전압 인가 패턴의 다른 예를 나타내는 도면.
도 10C는 센서칩에 대한 전압 인가 패턴의 또다른 예를 나타내는 도면.
도 10D는 센서칩에 대한 전압 인가 패턴의 또다른 예를 나타내는 도면.
도 11A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL(milligram per deciliter)이며, 개회로 전압의 인가 및 저전압의 인가 중 어느 것도 실행되지 않고, 인가 전압은 250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 11B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 11A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 11C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 11A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 11D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 11A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 12A는 도 11A∼도 11D에 있어서의 8초 경과시의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 12B는 도 12A에 있어서의 각 온도 조건하에서의 응답 전류값의, 21℃에 있어서의 응답 전류값을 기준으로 했을 때의 불균일을 나타내는 그래프.
도 13A는 시료의 글루코오스 농도가 400mg/dL이며, 개회로 전압의 인가 및 저전압의 인가 중 어느 것도 실행되지 않고, 인가 전압은 250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 13B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 13A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 13C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 13A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 13D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 13A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 14A는 도 13A∼도 13D의 8초 경과시의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 14B는 도 14A에 있어서의 각 온도 조건하에서의 응답 전류값의, 21℃에 있어서의 응답 전류값을 기준치로 했을 때의 불균일을 나타내는 그래프.
도 15A는 도 11A에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 15B는 도 11B에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 15C는 도 11C에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 15D는 도 11D에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 16A는 도 15A∼도 15D에 있어서의 8초 경과시의 전하량을 나타내는 그래프.
도 16B는 도 16A에 있어서의 각 온도 조건하에서의 전하량의, 21℃에 있어서의 전하량을 기준으로 했을 때의 불균일을 나타내는 그래프.
도 17A는 도 13A에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 17B는 도 13B에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 17C는 도 13C에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 17D는 도 13D에 있어서의 응답 전류값의 측정 결과를 0.1초마다 적산함으로써 얻어진 전하량을 나타내는 그래프.
도 18A는 도 17A∼도 17D에 있어서의 8초 경과시의 전하량을 나타내는 그래프.
도 18B는 도 18A에 있어서의 각 온도 조건하에서의 전하량의, 21℃에 있어서의 전하량을 기준으로 했을 때의 불균일을 나타내는 그래프.
도 19A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 open(5초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 19B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 19A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 19C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 19A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 19D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 19A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 20A는 도 19A∼도 19D의 8초 경과시의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 20B는 도 20A에 있어서의 각 온도 조건하에서의 응답 전류값의, 21℃에 있어서의 응답 전류값을 기준으로 했을 때의 불균일을 나타내는 그래프.
도 21A는 시료의 글루코오스 농도가 400mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 open(5초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 21B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 21A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 21C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 21A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 21D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 21A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 22A는 도 21A∼도 21D의 8초 경과시의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 22B는 도 22A에 있어서의 각 온도 조건하에서의 응답 전류값의, 21℃에 있어서의 응답 전류값을 기준으로 했을 때의 불균일을 나타내는 그래프.
도 23A는 시료의 글루코오스 농도가 40mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 open(1.5초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 23B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 23A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 23C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 23A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 23D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 23A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 24A는 시료의 글루코오스 농도가 155mg/dL인 이외에는 도 23A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 24B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 24A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 24C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 24A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 24D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 24A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 25A는 시료의 글루코오스 농도가 345mg/dL인 이외에는 도 23A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 25B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 25A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 25C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 25A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 25D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 25A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 26A는 시료의 글루코오스 농도가 600mg/dL인 이외에는 도 23A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 26B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 26A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 26C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 26A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 26D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 26A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 27A는 도 23A, 도 24A, 도 25A, 및 도 26A에 의거하여, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 5.5초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후)의 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 27B는 도 23 B, 도 24B, 도 25B, 및 도 26B에 의거하여, 캐필러리의 높이가 100μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 5.5초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후)의 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 27C는 도 23C, 도 24C, 도 25C, 및 도 26C에 의거하여, 캐필러리의 높이가 59μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 5.5초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후)의 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 27D는 도 23D, 도 24D, 도 25D, 및 도 26D에 의거하여, 캐필러리의 높이가 33μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 5.5초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후)의 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 28A는 시료의 글루코오스 농도가 40mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 open(3초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 28B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 28A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 28C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 28A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 28D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 28A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 29A는 시료의 글루코오스 농도가 155mg/dL인 이외에는 도 28A와 같은 조건(전압의 인가 조건이 open(3초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm임)에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 29B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 29A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 29C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 29A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 29D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 29A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 30A는 시료의 글루코오스 농도가 345mg/dL인 이외에는 도 28A와 같은 조건(전압의 인가 조건이 open(3초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm임)에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 30B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 30A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 30C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 30A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 30D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 30A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 31A는 시료의 글루코오스 농도가 600mg/dL인 이외에는, 도 28A와 같은 조건(전압의 인가 조건이 open(3초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm임)에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 31B는 캐필러리의 높이가 100μm인 이외에는 도 31A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 31C는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 31A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 31D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 31A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 32A는 도 28A, 도 29A, 도 30A, 및 도 31A에 의거하여, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 7초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후) 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 32B는 도 28B, 도 29B, 도 30B, 및 도 31B에 의거하여, 캐필러리의 높이가 100μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 7초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후) 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 32C는 도 28C, 도 29C, 도 30C, 및 도 31C에 의거하여, 캐필러리의 높이가 59μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 7초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후) 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 32D는 도 28D, 도 29D, 도 30D, 및 도 31D에 의거하여, 캐필러리의 높이가 33μm일 때의, 온도, 글루코오스 농도, 및 7초 경과시(250mV 전압의 인가를 개시하고 나서 4초 후) 전류값의 관계를 나타내는 그래프.
도 33A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL이며, 개회로 전압의 인가 및 저전압의 인가 중 어느 것도 실행되지 않고, 인가 전압이 250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 33B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 33C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 33D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 34A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 34B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 34C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 34D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 35A는 전압의 인가 조건이 open(1초)－250mV인 이외에는, 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 35B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 35A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 35C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 35A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 35D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 35A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 36A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 35A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 36B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 35A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 36C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 35A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 36D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 35A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 37A는 전압의 인가 조건이 open(1.5초)－250mV인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 37B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 37A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 37C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 37A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 37D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 37A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 38A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 37A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 38B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 37A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 38C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 37A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 38D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 37A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 39A는 전압의 인가 조건이 open(2초)－250mV인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 39B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 39A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 39C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 39A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 39D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 39A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 40A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 39A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 40B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 39A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 40C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 39A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 40D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 39A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 41A는 전압의 인가 조건이 open(3초)－250mV인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 41B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 41A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 41C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 41A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 41D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 41A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 42A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 41A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 42B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 41A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 42C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 41A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 42D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 41A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 43A는 전압의 인가 조건이 open(4초)－250mV인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 43B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 43A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 43C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 43A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 43D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 43A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 44A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 43A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 44B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 43A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 44C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 43A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 44D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 43A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 45A는 전압의 인가 조건이 open(5초)－250mV인 이외에는 도 33A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 45B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 45A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 45C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 45A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 45D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 45A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 46A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 45A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 46B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 45A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 46C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 45A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 46D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 45A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 47A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL이며, 개회로 전압의 인가 및 저전압의 인가 중 어느 것도 실행되지 않고, 인가 전압이 250mV이고, 캐필러리의 높이가 104μm이며, 5℃, 14℃, 30℃, 및 38℃에서 측정된 각 응답 전류값의, 21℃에 있어서의 응답 전류값을 기준으로 했을 때의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 47B는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 47A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 47C는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 47A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 47D는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 47A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 48A는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 47A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 48B는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 47A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 48C는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 47A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 49A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 open(2초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 104μm이며, 5℃, 14℃, 30℃, 및 38℃에서 측정된 각 응답 전류값의, 21℃에 있어서의 응답 전류값을 기준으로 한 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 49B는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 49A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 49C는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 49A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 49D는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 49A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 ㅍ 나타난다.
도 50A는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 49A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 50B는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 49A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 50C는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 49A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값의 불균일을 나타내는 그래프. 비교 대조로서, 캐필러리의 높이가 150μm인 이외에는 같은 조건에서 얻어진 불균일이 나타난다.
도 51A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 open(3초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 51B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 51A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 51C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 51A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 51D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 51A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 52A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 51A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 52B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 51A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 52C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 51A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 52D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 51A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 53A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 0mV(3초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 53B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 53A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 53C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 53A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 53D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 53A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 54A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 53A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 54B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 53A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 54C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 53A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 54D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 53A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 55A는 시료의 글루코오스 농도가 100mg/dL이며, 전압의 인가 조건이 250mV(1초)－open(2초)－250mV이고, 캐필러리의 높이가 150μm일 때의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 55B는 캐필러리의 높이가 104μm인 이외에는 도 55A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 55C는 캐필러리의 높이가 90μm인 이외에는 도 55A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 55D는 캐필러리의 높이가 82μm인 이외에는 도 55A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 56A는 캐필러리의 높이가 69μm인 이외에는 도 55A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 56B는 캐필러리의 높이가 59μm인 이외에는 도 55A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 56C는 캐필러리의 높이가 49μm인 이외에는 도 55A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.
도 56D는 캐필러리의 높이가 33μm인 이외에는 도 55A와 같은 조건에 있어서의 응답 전류값을 나타내는 그래프.

본 발명의 일 실시형태에 따른 센서칩(200)을 이용한 바이오 센서 시스템(100)에 대해서, 이하에 설명한다.

1. 바이오 센서 시스템의 구성

본 실시형태에 따른 바이오 센서 시스템(100)은, 액체료 중에 포함되는 분석물의 농도 측정을 행하는 센서를 포함하는 시스템이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 바이오 센서 시스템(100)은, 측정기(101)와, 센서칩(200)을 가지고 있다.

액체 시료는, 특정한 시료에 한정되는 것은 아니고, 혈액, 땀, 뇨 등의 생체 유래의 액체 시료(생체 시료); 강, 바다, 호수 등의 환경 유래의 액체 시료; 및 식품 유래의 액체 시료 등, 여러 가지 시료가 이용된다. 바이오 센서 시스템(100)은, 생체 시료, 특히 혈액에 바람직하게 적용된다.

또, 분석물(측정 대상이 되는 물질)도, 특정한 물질로 한정되는 것은 아니고, 센서칩(200)에 있어서의 후술하는 시약층(20) 중의 효소 등을 변경함으로써, 여러 가지 물질에 대응 가능하다. 혈액 시료에 있어서의 분석물로는, 혈구를 제외한 물질, 예를 들면, 글루코오스, 알부민, 유산, 빌리루빈 및 콜레스테롤을 들 수 있다.

측정기(101)는, 그 측벽면에 직사각형 형상의 구멍인 장착구(102)를 가지고 있다. 장착구(102)에는, 센서칩(200)이 착탈가능한 상태로 접속된다. 측정기(101)의 한쪽 주면의 대략 중앙부에는, 측정 결과를 표시하는 표시부(103)가 배치되어 있다. 또한, 측정기(101)의 구성에 대해서는, 후단에서 상술한다.

2. 센서칩

2－1. 센서칩의 구성

센서칩(200)은, 1회 사용마다 폐기되는 일회용 센서칩이다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 센서칩(200)은, 절연 기판(201), 스페이서(202), 및 커버(203)를 구비한다. 커버(203)는, 절연 기판(201) 상에, 스페이서(202)를 통해 배치되어 있다. 절연 기판(201), 스페이서(202) 및 커버(203)는, 예를 들면, 접착 또는 열용착 등에 의해 일체화되어 있다.

절연 기판(201), 스페이서(202) 및 커버(203)의 재료로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리옥시메틸렌, 모노머캐스트나일론, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 메타크릴 수지 및 ABS 수지와 같은 수지, 또한 유리를 이용할 수 있다.

센서칩(200)은, 또한 캐필러리(40)를 구비한다(도 3). 캐필러리(40)는, 액체 시료를 유지한다. 캐필러리(40)는, 스페이서(202)의 절결부(204)에 의해 구성된다. 캐필러리(40)는, 센서칩(200)의 장변 방향으로 긴 형상이다. 캐필러리(40)는, 스페이서(202)의 한쪽의 단부(도 2, 도 3에 있어서의 좌측 단부)에서, 센서칩(200)의 외부로 통하고 있다. 환언하면, 센서칩(200)은 외부를 향해 개구하는 도입구(17)를 구비하고, 연통 캐필러리(40)는 도입구(17)와 접속되어 있다. 캐필러리(40)에 도입되는 액체 시료의 체적은, 예를 들면 1μl 이하이다.

절연 기판(201)의 표면 상에는, 3개의 전극(11∼13)이 설치되어 있다. 전극(11)은 작용 전극, 전극(12)은 대전극, 전극(13)은 검지 전극으로 불리는 경우가 있다. 전극(11∼13) 각각의 일부분은, 캐필러리(40)에 내에 배치된다. 전극(11∼13)은, 도입구(17)로부터 캐필러리(40)의 안쪽을 향하고, 대(對)전극(12), 작용 전극(11), 대전극(12), 검지 전극(13)의 순으로 나열되도록 배치되어 있다. 즉, 도 5A에서는, 각 전극은, 절연 기판(201)의 평면 방향에서, 서로 대향하도록 배치되어 있다.

단, 도 5B에 나타낸 바와 같이, 작용 전극(11), 대전극(12), 및 검지 전극(13)은, 입체적으로 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 대전극(12)이, 커버(203)의 하면에서, 캐필러리(40)에 대향한 위치에 설치되고, 작용 전극(11) 및 검지 전극(13)이, 절연 기판(201) 상에 배치되어 있어도 된다.

또한, 센서칩(200)에 있어서, 전극(11∼13)의 수는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 각 전극의 수는, 2개 이상이어도 된다.

전극(11∼13)의 재료는, 팔라듐, 백금, 금, 은, 티탄, 구리, 니켈 및 탄소 등의 공지의 도전성 재료이어도 된다.

또, 전극(11, 12, 및 13)은, 각각 리드(110, 120, 및 130)와 연결되어 있다. 리드(110, 120, 및 130)는, 절연 기판(201) 상에 설치된다. 절연 기판(201)의 일단은, 스페이서(202) 및 커버(203)로 덮혀있지 않다. 리드(110, 120, 및 130)의 일단은, 절연 기판(201)에 있어서의 덮혀있지 않은 일단이며, 센서칩(200)의 외부로 노출되어 있다. 측정기(101)는, 리드(110, 120, 및 130)를 통해, 전극(11, 12, 및 13)에 전압을 인가한다.

커버(203)에는, 캐필러리(40)를 형성하는 절결부(204)의 안쪽(도입구(17)와는 반대측)에 대향하는 위치에 통풍구(16)가 설치되어 있다. 통풍구(16)가 설치되어 있음으로써, 캐필러리(40)에 도입된 액체 시료는, 모세관 현상에 의해, 전극(11∼13)및 시약층(20)에서 구성되는 검출부에 율속으로 흐른다. 이렇게 하여, 통풍구(16)는, 생체 시료인 혈액 시료의 점착을 확실히 함과 더불어, 측정의 안정성을 향상시키고 있다.

또, 캐필러리(40)의 내부면은, 친수성 처리 또는 친수성 재료로 형성되어 있어도 된다. 이에 의해, 액체 시료의 점착(혼잡)이 용이하게 되어, 확실성이 더 향상한다.

절연 기판(201)과 스페이서(202) 사이에서, 전극(11∼13) 상에는, 시약층(20)이 올려놓아진다.

시약층(20)은, 전해질을 포함하는 시약이 절연 기판(201) 상에 미리 도포됨으로써 형성된다. 시약층(20)은, 절연 기판(201) 상에 있어서의 전극(11, 12, 및 13)이 겹쳐진 부분을 덮도록 형성되어 있다. 시약층(20)은, 액체 시료중의 분석물을 기질로 하는 산화 환원 효소와 전자 미디에이터(이하, 단순히 「미디에이터」라고 칭하는 경우가 있음)를 함유하고 있다.

효소로서는, 분석물을 기질로 하는 산화 환원 효소가 적절하게 이용된다. 이러한 효소의 예로서, 분석물이 글루코오스인 경우는, 글루코오스 옥시다아제, 또는 글루코오스 디히드로게나아제가, 분석물이 유산인 경우에는, 유산 옥시다아제, 또는 유산 디히드로게나아제가, 분석물이 콜레스테롤인 경우에는, 콜레스테롤 에스테라아제, 또는 콜레스테롤 옥시다아제가, 분석물이 알콜인 경우에는, 알콜 옥시다아제가, 분석물이 빌리루빈인 경우에는 빌리루빈 옥시다아제 등을 들 수 있다. 효소는, 이것들로 한정되는 것은 아니고, 분석물에 따라 적절히 선택된다. 또한, 분석물로는 이것들 이외에, 트리글리세리드, 요산 등을 들 수 있다.

미디에이터는, 효소 반응으로 생긴 전자를 전극에 전달하는 기능을 갖는 물질이다. 미디에이터로서는, 예를 들면, 페리시안화 칼륨, p－벤조퀴논, p－벤조퀴논 유도체, 산화형 페나진메토설페이트, 메틸렌블루, 페리시니움 및 페리시니움 유도체 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나가 적절하게 이용된다.

시약층 중의 산화 환원 효소의 양은, 효소의 종류 등에 따라서 상이하나, 일반적으로는, 바람직하게는 0.01∼100 유닛(U), 보다 바람직하게는 0.05∼10U, 더욱 바람직하게는 0.1∼5U이다.

시약층(20)은, 시약층의 성형성을 높이기 위해서, 수용성 고분자 화합물을 함유해도 된다. 수용성 고분자 화합물은, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 그 염; 히드록시 에틸 셀룰로오스, 히드록시 프로필 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 에틸 히드록시 에틸 셀룰로오스, 카르복시에틸 셀룰로오스 및 그 염; 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리 리신 등의 폴리 아미노산;폴리스티렌 술폰산 및 그 염; 젤라틴 및 그 유도체; 폴리 아크릴산 및 그 염; 폴리 메타크릴산 및 그 염;스타치 및 그 유도체; 무수 말레인산 중합체 및 그 염; 아가로스겔 및 그 유도체;로부터 선택되는 적어도 1종이어도 된다.

2－2. 캐필러리(40)의 높이

액체 시료가 도입된 캐필러리(40) 내의 계는, 액체와, 액체중에서 확산하는 확산물(분석물 및 미디에이터 등)을 포함하는 확산계가 된다. 액체는, 확산매 또는 분산매로 환언될 수 있다.

액체중의 각 확산물의 확산 거리(d)는, 하기 식(1)로 표시된다.

z:상수

D:확산 계수

t:시간

상수(z)는, 임의의 값이 선택된다. 상수(z)는, 실험 조건에 따라 변경 가능하고, 또, 상수(z)는, 확산물이 확산하는 거리의 분포의 정의에 따라, 변경 가능하다. 일반적으로, 상수(z)는 1≤z≤4의 범위에서 설정되는 경우가 많다. 보다 구체적으로는, 상수(z)는, 1, 2, π, 또는 4로 정의되어도 된다. 전기 화학의 분야에서는, 일례로서 z=π로 이용되는 경우가 있기 때문에, 이하에서는, z=π인 것으로 하여 설명한다.

또, 확산 계수(D)는, 스토크－아인슈타인의 관계식(하기 식(2))에 의해 표시된다.

k:볼츠만 상수

T:절대 온도

μ:점도

r:확산 분자의 반경

따라서, 식(1) 및 (2)로부터 , 확산 거리(d)는, 하기 식(3)으로 표시된다.

즉, 일반적으로, 온도가 상승하면, 확산 거리(d)는 증대한다.

또한, 점도(μ)가 온도에 의존하는 계에 있어서는, 점도(μ)는, 안드레이드의 식(4)로 표시된다.

A:비례 상수

E:유체 활성화 에너지

R:기체 상수

T:절대 온도

상기 식(4)를 상기 식(3)에 대입하면, 하기 식(5)가 얻어진다.

여기서,

B:상수항

으로 하면, 확산 거리(d)는, 하기 식(7)로 표시된다.

상기 식(7)에 있어서, 온도(T)가 상승하면, 분모에 있어서의 exp(E/RT)가 감소하므로, 확산 거리(d)는 더욱 증대한다.

일반적으로, 고점도인 액체에 있어서는, 유동 활성화 에너지(E)가 크므로, 점도(μ)는 온도(T)의 영향을 받기 쉽다. 그 결과, 액체 시료의 점도가 높을수록, 확산 계수(D) 및 확산 거리(d)도, 온도(T)의 영향을 받기 쉽다. 예를 들면, 온도(T)가 증대하면, 점도(μ)는 감소하고, 확산 계수(D) 및 확산 거리(d)는 증대한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 분석물(51)은, 시약층(20)의 내부까지 확산하고, 효소 반응을 통해, 전자를 미디에이터(54)에 건달한다. 미디에이터(54)는, 작용 전극(11)까지 확산한다.

분석물(51)의 확산 계수를 D_A, 분석물이 미디에이터에 전자를 전달할 때까지의 확산 시간을 t_A로 하면, 분석물(51)의 확산 거리 d_A는 하기 식(8)로 표시된다. 또한, 확산 시간 t_A는, 임의로 설정되는 수치이다.

동일하게, 미디에이터(54)의 확산 계수를 D_M, 미디에이터(54)가 작용 전극(11)에 전자를 전달할 때까지의 확산 시간을 t_M로 하면, 미디에이터(54)의 확산 거리(d_M)는 하기 식(9)로 표시된다. 또한, 확산 시간 t_M도, 임의로 설정되는 수치이다.

상기 식(8) 및 (9)로부터 , 분석물(51)이 전류 응답으로서 검출되기 때까지의 총 확산 거리(d_T)는, 하기 식(10)으로 표시된다.

또, 분석물(51)이 전류 응답으로서 검출되기 때까지의 시간은 (t_A _＋t_M)로 표시할 수 있다. 따라서, 측정 시간을 t_mes로 하면, 측정 시간 t_mes가

t_mes≥t_A＋t_M

를 족시킴으로써, 분석물(51)이 측정 시간 t_mes 중에 검출된다. 즉, 이 경우, (t_A _＋t_M)의 최대치는 t_mes가 된다.

미디에이터(54)의 확산 시간(t_M)가 분석물(51)의 확산 시간(t_A)에 대해 충분히 짧은 경우는, 확산계는, 분석물(51)만이 1상을 이동하는 계로 간주할 수 있다. 이 때, 총 확산 거리(d_T)의 최대치(d_L)는, 차식 (11)로 표시된다.

여기서, 분석물(51)과 미디에이터(54)간의 전자 수수에는 효소가 필요하기 때문에, 전자를 받은 미디에이터(54)의 확산 거리(d_M)는, 효소가 작용 전극(11)으로부터 확산한 거리와 같다. 일반적으로, 효소의 확산 계수는, 분석물(51)의 확산 계수(D_A) 및 미디에이터(54)의 확산 계수(D_M)보다도, 현저하게 작다. 이 때문에, 효소는 작용 전극(11) 근방에 모여있는 상태에 있다고 간주될 수 있다. 또, 미디에이터(54)의 확산 거리(d_M)도, 대단히 짧기 때문에, 일반적으로 미디에이터의 확산 시간(t_M)은 무시할 수 있는 경우가 많다.

한편, 미디에이터의 확산 시간(t_M)이 긴 경우는, 확산계는, 2종류의 확산물이 1상을 이동하는 계로 간주되므로, 상기 식(10)에 있어서 t_mes=t_A＋t_M 의 식이 만족될 때, 총 확산 거리(d_T)의 최대치(d_L)가 도출된다.

또한, 액체 시료가 복수상으로 분리되어 있는 경우, 예를 들면 시약층(20) 상에 멤브레인 필터를 설치한 경우 등, 캐필러리(40) 내의 확산계는, 확산물이 복수상(n개의 상)을 이동하는 계가 된다. 따라서, 미디에이터(54)의 확산 시간(t_M)이 분석물(51)의 확산 시간(t_A)에 대해 충분히 짧은 경우, 각 상에 대해서 분석물(51)의 확산 계수와 확산 시간을 정의하고, 총 확산 거리(d_T)는 차식 (12)로 표시된다.

(단 n은 2 이상의 정수)

이 때, 차식 (13)이 만족될 때,

총 확산 거리(d_T)의 최대치(d_L)를 도출할 수 있다.

한편, 미디에이터의 확산 시간(t_M)이 긴 경우는, 확산계는, 2종류의 확산물이 복수상(n개의 상)을 이동하는 계로 간주되므로, 각 상에 대해서 분석물(51)과 미디에이터(54)의 확산 계수와 확산 시간을 각각 정의하고, 총 확산 거리(d_T)는 차식 (14)로 표시된다.

(단 n은 2 이상의 정수)

이 때, 차식 (15)가 만족됨으로써,

총 확산 거리(d_T)의 최대치(d_L)가 도출된다.

이상으로 기술한 식은, 무한 확산의 계에 적용되는 식이다. 무한 확산의 계란, 캐필러리(40)의 높이(H)가 충분히 크게 설정되어 있는 경우에 상당한다. 한편, 높이(H)가 낮게 설정되어 있는 경우는, 캐필러리(40) 내의 확산계는 유한 확산의 계가 된다. 이 경우, 분석물(51)이 확산할 수 있는 범위는, 높이(H)에 따라 제한된다.

높이(H)가, 총 확산 거리(d_T)의 최대치(d_L)보다 큰지 아닌지가, 캐필러리(40) 내의 확산계가 유한 확산이 되는지 무한 확산이 되는지의 경계가 된다. 즉, 미디에이터(54)의 확산 시간(t_M)이 분석물(51)의 확산 시간(t_A)에 대해 충분히 짧을 때에는, 높이(H)가 하기 식(16)을 만족시킬 때, 캐필러리(40) 내는 유한 확산의 계가 된다.

한편, 미디에이터(54)의 확산 시간(t_M)이 길고, 캐필러리(40) 내의 확산계가, 2종류의 확산물이 1상을 이동하는 계인 경우는, t_mes=t_A＋t_M의 조건하에 있어서, 높이(H)가 하기 식(17)을 만족시킬 때, 캐필러리(40) 내의 확산계는, 유한 확산의 계가 된다.

또, 캐필러리(40) 내의 계가, 미디에이터(54)의 확산 시간(t_M)이 분석물(51)의 확산 시간(t_A)에 대해 충분히 짧고, 분석물(51)이 복수의 상(n개의 상)을 이동하는 계인 경우는, 상기 식(13)의 조건하에 있어서, 높이(H)가 하기 식(18)을 만족시킬 때, 캐필러리(40) 내의 확산계는, 유한 확산의 계가 된다.

또한, 캐필러리(40) 내의 계가, 미디에이터(54)의 확산 시간(t_M)이 길고, 2종류의 확산물이 복수의 상(n개의 상)을 이동하는 계인 경우는, 상기 식(15)의 조건하에 있어서, 높이(H)가 하기 식(19)를 만족시킬 때, 캐필러리(40) 내의 확산계는, 유한 확산의 계가 된다.

또한, 확산 계수(D)는, 전기 화학의 분야에서는, 폴라로그래피법, 회전 디스크 전극법, 퍼텐셜 스위프법, 퍼텐셜 스텝법 등에 의해, 실험 변수 및 전류값에 의해 구해진다. 또, 확산 계수(D)는, 전기 화학 이외에 의거하는 측정법, 예를 들면 테일러 디스퍼션법, 핵자기 공명법－경사 자장법 등의 방법으로도 구해진다. 일반적으로 분석물의 확산 계수는 1×10^－5cm²·s^－1 이하, 미디에이터의 확산 계수는 1×10^－5cm²·s^－1 이하이다.

도 5A에 나타낸 바와 같이, 캐필러리(40)의 높이(H)는, 구체적으로는, 작용 전극(11)으로부터 커버(203)의 내면(작용 전극(11)과의 대향면)까지의 거리이다. 즉, 높이(H)는, 스페이서(202)의 두께이어도 되고, 시약층(20)의 두께와 스페이서(202)의 두께를 더해 얻어지는 값이어도 된다.

높이(H)는, 캐필러리(40) 내의 확산계가, 유한 확산의 계이도록 설정된다. 이 때의 높이(H)의 범위에 대해서는, 상기 식(16)∼(19)를 참조하여 설명한 바와 같다. 상술한 바와 같이, 확산 거리(d)는 온도에 의존한다. 따라서, 높이(H)는, 바람직하게는, 바이오 센서 시스템(100)의 측정 보장 온도의 상한 온도에서 구해지는 총 확산 거리(d_T)의 최대치(d_L)보다 작게 설정된다. 높이(H)가 이와 같이 설정됨으로써, 바이오 센서 시스템(100)에 있어서, 고온에 있어서의 측정 결과의 불균일이 작게 억제되는 효과가 실현된다. 또, 더욱 바람직하게는, 높이(H)는, 바이오 센서 시스템(100)의 측정 보장 온도의 하한 온도에서 구해지는 총 확산 거리(d_T)의 최대치(d_L)보다 작게 설정된다. 높이(H)가 이와 같이 설정됨으로써, 바이오 센서 시스템(100)에 있어서, 하나의 검량선을 이용하여, 폭넓은 온도에서의 농도의 측정이 가능하게 되는 이점이 있다.

작용 전극(11) 및 대전극(12)의 배치는, 도 5A와 같이 절연 기판(201)의 면방향에서 대향하는 형태로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 작용 전극(11)과 대전극(12)이, 캐필러리(40)의 높이(H)방향에서 대향하도록 배치되어 있어도 된다. 도 5B에 구체적인 구성을 나타낸다. 도 5B에 나타낸 예에서는, 작용 전극(11)은 절연 기판(201) 상에 배치되어 있으며, 대전극(12)은 커버(203)의 절연 기판(201)과의 대향면에 배치되어 있다. 이러한 배치에서는, 높이(H)는, 작용 전극(11)과 대전극(12)의 거리이다. 도 5B의 배치에 있어서도, 높이(H)는, 상술한 범위인 것이 바람직하다.

또한, 도 5A 및 도 5B 중 어느 구성에 있어서도, 캐필러리(40) 전체의 높이가, 상술한 범위일 필요는 없고, 작용 전극(11)으로부터, 작용 전극(11)에 대향하는 부분(도 5A이면 커버(203), 도 5B이면 대전극(12))까지의 거리가, 상술한 범위이면 된다.

3. 측정기(101)

측정기(101)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상술한 구성 외에, 제어 회로(300)를 가진다. 제어 회로(300)는, 센서칩(200)의 전극(11∼13)(도 2 및 도 3 참조) 중, 선택된 적어도 2개의 전극간에 전압을 인가한다.

구체적으로는, 제어 회로(300)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 3개의 커넥터(301a, 301b, 및 301c)와, 전환 회로(302)와, 전류/전압 변환 회로(303)와, 아날로그/디지털 변환 회로(이하, A/D변환 회로라고 칭함)(304)와, 기준 전압원(305)과, 연산부(306)를 가지고 있다. 제어 회로(300)는, 전환 회로(302)를 통해, 하나의 전극을 양극 또는 음극으로서 사용할 수 있도록, 당해 전극에 인가하는 전압을 전환할 수 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 커넥터(301a, 301b, 및 301c)는, 센서칩(200)이 장착구(102)에 삽입된 상태로, 각각 대전극(12), 검지 전극(13), 및 작용 전극(11)에 접속된다.

전환 회로(302)는, 기준 전압원(305)에 접속하는 전극을 전환하는 것, 및 각 전극에 인가되는 전압값을 전환할 수 있다.

전류/전압 변환 회로(303)는, 전류값의 취득을 지시하는 신호를 연산부(306)로부터 받음으로써, 전류/전압 변환 회로(303)에 접속된 2개의 전극간에 흐른 전류량을, 전압값으로 변환한다. 변환된 전압값은, A/D변환 회로(304)에 의해 디지털값으로 변환되어 연산부(306)에 입력되고, 연산부(306)의 메모리에 격납된다.

연산부(306)는, 공지의 중앙 연산 장치(CPU)와, 기억장치를 구비한다. 기억장치로는, 예를 들면 HDD(Hard Disk Drive), ROM(Read Only memory), RAM(Random Access memory) 등을 들 수 있다. 기억장치에는, 작용 전극(11)과 대전극(12) 사이의 전류값과 혈액 시료중의 분석물 농도를 대응시킨 검량선이 기억된다. 그리고, 연산부(306)는, 검량선을 참조함으로써, 혈액 시료중의 분석물의 농도를 산출할 수 있다.

또, 연산부(306)에서는, 상술한 분석물의 농도를 산출하는 기능 이외에, 전환 회로(302)의 전환 제어, A/D변환 회로(304)로부터의 입력, 기준 전압원(305)의 전압 제어, 농도 측정시의 전압 인가 타이밍이나 인가 시간 등의 측정(타이머 기능), 표시부(103)로의 표시 데이터 출력 및 외부 기기와의 통신 기능을 가지며, 측정기 전체의 컨트롤도 행하고 있다.

연산부(306)의 각종 기능은, CPU가 기억장치 내에 격납된 프로그램을 도출하여 실행함으로써 실현된다.

4. 분석물 농도의 측정

센서칩(200)을 사용할 때, 유저는, 도입구(17)에 액체 시료를 점착시키면 된다. 예를 들면, 바이오 센서 시스템(100)을 혈당치 측정에 이용하는 경우, 유저는, 자신의 손가락, 손바닥, 또는 팔 등을 천자(穿刺)하여, 소량의 혈액을 짜내, 이 혈액을 액체 시료로서 측정에 제공할 수 있다.

도입구(17)에 점착한 액체 시료는, 모세관 현상에 의해, 캐필러리(40) 내를 센서칩(200)의 안쪽으로 진행하여, 전극(11∼13)에 도달한다.

바이오 센서 시스템(100)이 행하는 분석물 농도의 측정에 대해서 설명한다.

센서칩(200)이 측정기(101)의 장착구(102)에 장착되면, 도 7에 나타낸 동작이 개시된다. 우선, 연산부(306)의 CPU의 지령을 받은 전환 회로(302)에 의해, 검지 전극(13)이 커넥터(301b)를 통해 전류/전압 변환 회로(303)에 접속되고, 대전극(12)이 커넥터(301a)를 통해 기준 전압원(305)에 접속된다. 그 후, CPU의 지령에 의해, 양 전극간에 일정한 전압이 인가된다(단계 S11). 이 전압은, 검지 전극(13)을 양극, 대전극(12)을 음극으로 했을 때에는, 바람직하게는 0.01∼2.0V, 보다 바람직하게는 0.1∼1.0V, 더욱 바람직하게는 0.2∼0.5V이다. 이 전압은, 센서칩이 측정기(101)에 삽입되고 나서, 혈액 시료가 캐필러리(40)의 안쪽까지 도입될 때까지, 인가된다.

센서칩(200)의 도입구(17)로부터 캐필러리(40)에 혈액 시료가 도입되면, 검지 전극(13)과 대전극(12) 사이에 전류가 흐른다. CPU는, 혈액 시료가 도입되는 전후에 있어서의 단위시간당 전류의 증가량을 식별함으로써, 캐필러리(40)가 혈액 시료로 채워진 것을 검지한다. 이 전류의 값은, 전류/전압 변환 회로(303)에 의해 전압값으로 변환된 후에 A/D변환 회로(304)에 의해 디지털값으로 변환되어 CPU에 입력된다. CPU는, 이 디지털값에 의거하여 혈액 시료가 캐필러리의 안쪽에까지 도입된 것을 검지한다.

이렇게 하여 시료가 검지되면(단계 S12에서 Yes), 단계 S13이 실행된다. 즉, 연산부(306)의 CPU의 지령을 받은 전환 회로(302)에 의해, 검지 전극(13)의 전류/전압 변환 회로(303)에 대한 접속이 해제되고, 작용 전극(11)과 기준 전압원(305)이 접속되고, 대전극(12)과 전류/전압 변환 회로(303)가 접속된다. 구체적으로는, 작용 전극(11)이 커넥터(301c)를 통해 전류/전압 변환 회로(303)에 접속되고, 대전극(12)이 커넥터(301a)를 통해 기준 전압원(305)에 접속된다. 그리고, 작용 전극(11)과 대전극(12) 사이에, 개회로 전압이 인가된다. 「개회로 전압을 인가한다」란, 「전압 인가를 OFF로 한다」라고 환언해도 된다.

도 10A에 나타낸 바와 같이, 단계 S13에 있어서의 개회로 전압의 인가 시간(T₁)은, 농도 측정 결과에 있어서의 온도의 영향을 저감할 수 있는 것이면 되고, 구체적인 값으로 한정되는 것은 아니다. 시간(T₁)은, 예를 들면 0.5∼15초, 바람직하게는 1∼10초, 보다 바람직하게는 1∼5초, 더욱 바람직하게는 2∼3초 정도로 설정된다.

다음에, 연산부(306)의 제어 아래, 작용 전극(11)과 대전극(12) 사이에, 측정 전압(V_mes)이 인가된다(단계 S14). 이 때 인가되는 측정 전압(V_mes)의 크기는, 측정 분석물의 종류나 미디에이터의 종류에 따라 변경 가능하다.

측정 전압(V_mes)이 인가되어 있을 때, 작용 전극(11)과 대전극(12) 사이에 흐르는 전류값이 취득된다(단계 S15). 전류/전압 변환 회로(303)에는, 전류값의 취득을 지시하는 신호가, 연산부(306)의 CPU로부터 주어진다. 측정 전압(V_mes)의 인가에 의해 양 전극간에 흐른 전류값은, 전류/전압 변환 회로(303)에 의해, 전압값으로 변환된다. 그 후, 변환된 전압값은, A/D변환 회로(304)에 의해 디지털값으로 변환되어 CPU에 입력되고, 연산부(306)의 메모리에 격납된다. 이렇게 하여, 측정 전압(V_mes) 인가시의 전류값이, 디지털 전압값으로 변환된 상태로 취득된다.

연산부(306)는, 이렇게 하여 격납된 디지털값 및 상술한 검량선에 의거하여, 분석물의 농도를 산출한다(단계 S16).

이와 같이, 측정 전압(V_mes)의 인가 전에, 개회로 전압을 인가함으로써, 농도 측정의 결과가 온도의 영향을 받기 어려운 효과가 얻어진다.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 농도 산출에 검량선이 이용되는 것으로 했는데, 검량선을 대신하여 전압값과 농도가 대응된 테이블이 이용되어도 된다.

5. 다른 형태-1

도 7의 단계 S13는, 농도 측정 결과에 있어서의 온도의 영향을 저감하는 처리의 일례에 지나지 않는다. 따라서, 단계 S13은, 다른 처리로 치환가능하다. 개회로 전압은, 미디에이터에 전자를 축적시킬 수 있는 전압의 일례이다. 개회로 전압을 대신하여, 전자 축적의 효과가 얻어지는 다른 전압이 인가되어도 된다.

예를 들면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 단계 S13을 대신하여, 단계 S23이 실행되어도 된다. 단계 S23에서는, 작용 전극(11)과 대전극(12) 사이에, 측정 전압(V_mes)보다도 낮은 전압이 인가된다.

또한, 「측정 전압(V_mes)보다도 낮은 전압」이란, 미디에이터에 전자를 축적시킬 수 있는 전압이면 된다. 예를 들면, 측정 전압(V_mes)이 양극성의 전압인 경우, 단계 S23에서 인가되는 전압은, 양극성의 전압이어도 되고(도 10B), 0V이어도 되고(도 10C), 역극성 즉 음극성의 전압이어도 된다(도 10D). 더 구체적으로는, 측정 전압(V_mes)이 250mV인 경우, 단계 S23에서 인가되는 전압은, －200∼150mV 정도로 설정되어도 된다.

또한, 「미디에이터에 전자가 축적된다」라는 상태란, 미디에이터로부터 전극에 전자가 전달되지 않거나, 또는 전달되기 어려운 상태를 의미한다.

6. 다른 형태-2

단계 S13 및 S23은, 전류값의 취득(단계 S15 및 S25) 전에 실행되면 된다. 단계 S13 및 S23의 전후에, 또한 전압 인가 단계가 실행되어도 된다.

예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상술한 단계 S23에 상당하는 단계 S34 전에, 다른 폐회로 전압 인가 단계 S33이 실행되어도 된다. 이 단계 S33(이를테면 제3의 전압 인가 단계)에서의 인가 전압의 크기는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 측정 전압(V_mes)보다도 커도 된다.

도 9에 나타낸 형태 외에도, 이하와 같은 조합 및 순서로 전압이 인가되어도 된다.

(1) 제3의 전압 인가 단계-개회로 전압 인가 단계-측정 전압 인가 단계

(2) 제3의 전압 인가 단계-개회로 전압 인가 단계-저전압 인가 단계-측정 전압 인가 단계

(3) 개회로 전압 인가 단계-저전압 인가 단계-측정 전압 인가 단계

또, 어느 조합에 있어서도, 저전압 인가 단계는, 서로 전압값이 상이한 2개 이상의 전압 인가 단계을 포함하고 있어도 된다. 또, 어느 조합에 있어서도, 개회로 전압 인가 단계와, 저전압 인가 단계는, 교체가능하다.

또한, 도 10A∼도 10D에서의 시간 “0”은, 시료의 도입이 검지된 시점이어도 되고, 검지되고 나서 소정 시간이 경과한 시점이어도 된다. 또, 개회로 전압을 인가하는 기간, 저전압을 인가하는 기간, 또는 그 합계 기간은, 바람직하게는 0.5∼10초이며, 예를 들면 1∼7초 또는 2초∼5초 정도로 설정되어도 된다.

이상의 각 실시 형태에서의 설명으로부터 알 수 있듯이, 연산부(306) 및 기준 전압원(305)은, 작용 전극(11)과 대전극(12) 사이에 측정 전압(V_mes)(제1 전압)을 인가하는 제1 전압 인가부, 및 제1 전압 인가 전에 제2 전압(개회로 전압, 저전압)을 인가하는 제2 전압 인가부로서 기능한다.

또한, 이상의 실시 형태에서는, 단일의 기준 전압원(305)이, 연산부(306)의 제어하에서, 상이한 전압을 전극에 인가하나, 이것 이외의 구성으로서, 측정기(101)가, 2 이상의 전압원을 갖는 구성이어도 된다.

또, 연산부(306)는, 분석물의 농도를 측정하는 농도 측정부로서도 기능한다.

7. 총괄

이상, 다른 단락에서 기술한 구성은, 각각 조합 가능하다. 즉, 이상에서 기술한 형태는, 다음과 같이 환언 가능하다.

1)

산화 환원 효소 및 전자 미디에이터를 이용하여 액체 시료 내의 분석물의 농도를 측정하는 바이오 센서 시스템으로서,

액체 시료가 도입되고, 그 높이가 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 상한 온도에 있어서의 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은 캐필러리와,

상기 캐필러리 내에 배치된 복수의 전극과,

상기 캐필러리 내에 배치되고, 상기 전자 미디에이터를 포함하는 시약층을 구비하는 센서칩과;

상기 전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전압 인가부와;

상기 제1 전압 인가시에 상기 액체 시료중에 흐르는 전류값에 의거하여, 상기 분석물의 농도를 측정하는 농도 측정부와;

상기 농도 측정부에서의 측정 결과에 있어서의 상기 액체 시료의 온도의 영향이 작아지도록, 상기 제1 전압의 인가 전에, 상기 전극에 제2 전압을 인가하는 제2 전압 인가부;를 구비하는 바이오 센서 시스템.

2)

상기 1)에 있어서,

상기 센서칩의 캐필러리의 높이가, 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 하한 온도에서 구해지는, 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은, 바이오 센서 시스템.

3)

상기 1) 또는 2)에 있어서,

상기 센서칩의 캐필러리의 높이는, 하기 식(i)로 각각 표시되는 상기 분석물 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리에 의거하여 설정되는,

[수학식 1]

(단, d:확산 거리,

z:임의로 선택되는 상수,

D:확산 계수,

t:시간

을 나타낸다.)

바이오 센서 시스템.

4)

상기 3)에 있어서,

상기 식(i)에서의 상수(z)는, 1≤z≤4를 만족시키는, 바이오 센서 시스템.

5)

상기 1) 내지 4) 중 어느 하나에 있어서,

상기 제2 전압 인가부는, 상기 제2 전압을 인가함으로써 상기 전자 미디에이터에 전자를 축적하는, 바이오 센서 시스템.

6)

상기 1) 내지 5) 중 어느 하나에 있어서,

상기 제2 전압 인가부는, 상기 제2 전압으로서 개회로 전압을 인가하는, 바이오 센서 시스템.

7)

상기 1) 내지 6) 중 어느 하나에 있어서,

상기 제1 전압 인가부는, 상기 제1 전압으로서 양극성의 전압을 인가하고,

상기 제2 전압 인가부는, 상기 제2 전압으로서 상기 제1 전압보다도 낮은 전압을 인가하는, 바이오 센서 시스템.

8)

상기 1) 내지 7) 중 어느 하나에 있어서,

상기 농도 측정부는, 상기 전류값과 상기 분석물의 농도를 대응시키는 검량선 또는 테이블을 갖고, 또한, 상기 액체 시료의 온도가 변동해도, 동일한 상기검량선 또는 테이블에 의거하여 상기 분석물의 농도를 산출하는, 바이오 센서 시스템.

9)

상기 1) 내지 8) 중 어느 하나에 있어서,

상기 농도 측정부는, 상기 제2 전압의 인가의 개시로부터의 경과시간이 10초 이하인 시점에서의 전류값에 의거하여, 상기 분석물의 농도를 측정하고,

상기 센서칩의 상기 캐필러리의 높이가 90μm 이하인, 바이오 센서 시스템.

10)

상기 1) 내지 9) 중 어느 하나에 있어서,

상기 전극은, 상기 캐필러리의 높이 방향에서 마주 보는 2개의 면에 각각 배치되는, 바이오 센서 시스템.

11)

산화 환원 효소 및 전자 미디에이터를 이용하여 액체 시료 내의 분석물의 농도를 측정하는 방법으로서,

액체 시료가 도입되고, 그 높이가 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 상한 온도에 있어서의 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은 캐필러리와, 상기 캐필러리 내에 배치된 복수의 전극과, 상기 캐필러리 내에 배치되고, 전자 미디에이터를 포함하는 시약층을 구비하는 센서칩을 갖는 바이오 센서 시스템으로 실행되고,

상기 전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전압 인가 단계와,

상기 제1 전압의 인가시에 상기 액체 시료중에 흐르는 전류값을 검출하는 전류 검출 단계와,

상기 전류값에 의거하여 상기 분석물의 농도를 측정하는 농도 측정 단계와,

상기 농도 측정부에서의 측정 결과에 있어서의 상기 액체 시료의 온도의 영향이 작아지도록, 상기 전류값의 검출 전에, 상기 전극에 제2 전압을 인가하는 제2 전압 인가 단계를 포함하는, 측정 방법.

12)

상기 11)에 있어서,

상기 제2 전압은, 상기 제2 전압의 인가에 의해 상기 전자 미디에이터에 전자가 축적되도록 설정되는, 측정 방법.

13)

상기 11) 또는 12)에 있어서,

상기 제2 전압은 개회로 전압인, 측정 방법.

14)

상기 11) 내지 13) 중 어느 하나에 있어서,

상기 제1 전압은 양극성의 전압이고,

상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다도 낮은 전압인, 측정 방법.

15)

상기 11) 내지 14) 중 어느 하나에 있어서,

상기 농도 측정 단계는, 상기 전류값과 상기 분석물의 농도를 대응시키는 검량선 또는 테이블을 이용하고, 상기 액체 시료의 온도가 변동해도, 동일한 상기 검량선 또는 테이블에 의거하여 상기 분석물의 농도를 산출하는 산출 단계를 포함하는, 측정 방법.

16)

상기 11) 내지 15) 중 어느 하나에 있어서,

상기 센서칩의 상기 캐필러리의 높이가 90μm 이하이고,

상기 농도 측정 단계에서, 상기 제2 전압의 인가의 개시로부터의 경과시간이 10초 이하인 시점에서의 전류값에 의거하여, 상기 분석물의 농도를 측정하는, 측정 방법.

[실험예]

이하, 실험예를 나타내, 보다 구체적으로 설명한다.

이하의 실시예에서는, 상술한 바이오 센서 시스템(100)을 이용했다. 센서칩으로는, 도 2, 도 3, 및 도 5A에 나타낸 센서칩(200)을 이용했다. 센서칩(200)의 구성은 이하와 같다.

캐필러리(40)를, 폭 1.2mm, 길이(안길이) 4.0mm, 높이 33∼150μm가 되도록 설계했다. 또한, 높이(H)는, 센서칩(200)을 절단하고, 현미경을 이용하여, 작용 전극(11)으로부터 캐필러리(40)의 천정(커버(203)의 내면)까지의 거리를 측정함으로써 확인했다.

절연 기판(201)으로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용했다. 전극(11∼13)을, 절연 기판(201) 상에 팔라듐을 증착시키고, 캐필러리(40) 내에 있어서의 작용 전극(11)의 면적이 1.0평방mm, 캐필러리(40) 내에 있어서의 대전극(12)의 면적이 1.2평방mm가 되도록, 레이저로 슬릿을 형성함으로써, 각 전극을 형성했다.

시약층(20)을 다음과 같이 하여 형성했다. 글루코오스디히드로게나아제, 페리시안화칼륨(칸토화학사제) 및 타우린(나카라이테스크사제)을 이용했다. 글루코오스디히드로게나아제를, 시약층(20) 중의 글루코오스디히드로게나아제 농도가, 2.0 U/센서칩이 되도록, 용해시킨 수용액을 조제했다. 이 수용액에, 페리시안화칼륨량을 1.7질량%, 타우린량을 1.0질량%가 되도록 용해시킴으로써, 시약액을 얻었다. 이 시약액을, 절연 기판(201) 상에 도포한 후, 습도 45%, 온도 21℃의 분위기하에서 건조시켰다.

또한, 이하의 실시예에 있어서, 특별히 미리 기술하지 않는 이상, 그래프에 있어서의 시간의 “0”은, 시료의 도입이 검지된 시점이다. 또, 이하 실험예에 있어서의 온도는, 측정 환경의 기온이다. 측정 대상이 되는 시료로는, 글루코오스 농도를 소정의 값으로 조정한 혈액을 이용했다.

(실험예 1)

본 실험예에서는, 상술한 바이오 센서 시스템(100)에 있어서, 단계 S13을 실시하지 않는 이외에는, 도 7과 동일한 처리를 행했다. 즉, 도 7의 단계 S11∼S12 및 S14∼S16의 처리를 행했다. 구체적으로는, 단계 S12의 후, 250mV로 일정한 전압을 인가하여, 응답 전류값(단순히 「전류값」이라고 칭하는 경우가 있음)을 측정했다. 또, 캐필러리(40)의 높이(H)가 상이한 센서칩을 이용하여, 각 센서칩에 있어서의 전류값을 측정했다. 구체적으로는, 캐필러리(40)의 높이를, 150μm, 100μm, 59μm, 33μm로 했다.

도 11A∼도 11D에, 시료로서, 글루코오스 농도가 100mg/dL(데시 리터)인 혈액을 이용한 경우의 전류값의 측정 결과를 나타냈다. 또, 도 13A∼도 13D에, 시료로서, 글루코오스 농도가 400mg/dL(데시 리터)인 혈액을 이용한 경우의 전류값의 측정 결과를 나타냈다. 도 12A는, 도 11A∼도 11D에 있어서의 8초 경과시의 전류값의 그래프이다. 또, 도 12B는, 캐필러리의 높이마다, 도 12A에 있어서의 21℃의 전류값을 0%로 했을 때의, 각 온도에 있어서의 전류값의 불균일을 나타내는 그래프이다.

도 11A∼도 11B 및 도 13A∼도 13B에 나타낸 바와 같이, 높이(H)가 클 때는, 측정 시간(반응 개시 후의 경과시간)에 관계없이, 고온 조건하에서 전류값이 크고, 저온 조건하에서 전류값이 작다는 결과가 얻어졌다.

한편, 도 11C∼도 11D 및 도 13C∼도 13D에 나타낸 바와 같이, 높이(H)가 작을 때는(59μm, 33μm), 측정 시간이 짧은 동안은 고온 조건하에서 저온 조건하보다 큰 전류값이 측정되었는데, 측정 시간이 길어지면, 저온 조건하에서 고온 조건하보다 큰 전류값이 측정되었다. 이러한 역전이 발생하는 것은, 유한 확산계에서는, 고온 조건하에 있어서는, 단기간에 많은 기질(글루코오스)이 소비되기 때문에, 시간이 경과하면 기질이 고갈되지만, 저온 조건하에서는, 기질이 잔존했기 때문이라고 생각된다.

이러한 역전 현상이 발생하기 때문에, 도 12A 및 도 12B 및 도 14A 및 도 14B에 나타낸 바와 같이, 본 실험예에서는, 높이(H)가 33μm이더라도, 즉 높이(H)가 작아도, 온도가 변화했을 때 전류값의 불균일이 컸다.

(실험예 2)

실험예 1의 전류값의 측정 결과를, 0.1초마다 적산함으로써, 전하량을 산출했다. 결과를 도 15A∼도 15D 및 도 17A∼도 17D에 나타냈다. 도 15A∼도 15D는 각각 도 11A∼도 11D에 대응하고, 도 17A∼도 17D는 각각 도 13A∼도 13D에 대응한다. 도 16A 및 도 18A는 각각, 도 15A∼도 15D 및 도 17A∼도 17D에 있어서의 8초 경과시의 전하량의 그래프이며, 도 16B 및 도 18B는, 도 16A 및 도 18A에 있어서의 온도에 의한 전하량의 불균일을 나타내는 그래프이다.

이들 도면에 나타낸 바와 같이, 높이(H)가 작아도, 일정 전압을 인가한 경우에는, 전하량의 불균일은 컸다.

(실험예 3)

도 7의 단계 S13에서 인가 전압을 개회로 전압(open)으로 하는 기간을 5초간으로 하고, 단계 S14의 측정 전압을 250mV로 해서, 응답 전류값을 측정했다. 전압 이외의 조건, 즉 캐필러리의 높이(H), 온도 조건, 시료의 글루코오스 농도 등은, 실험예 1과 같은 조건으로 했다.

도 19A∼도 19D에, 시료로서, 글루코오스 농도가 100mg/dL(데시 리터)인 혈액을 이용한 경우의 전류값의 측정 결과를 나타냈다. 도 11A∼도 11D에 나타낸 바와 같이, 캐필러리(40)의 높이가 작아질수록, 환경 온도에 의한 측정 결과의 불균일이 작다는 결과가 얻어졌다. 특히, 높이(H)가 59μm 이하일 때에 불균일이 작고, 33μm일 때에는 가장 불균일이 작았다.

도 20A는, 도 19A∼도 19D에 있어서의 8초 경과시(250mV의 전압 인가를 개시하고 나서 3초 경과시)의 전류값을 나타내는 그래프이다. 또, 도 20B는, 캐필러리의 높이마다, 도 20A에 있어서의 21℃의 전류값을 기준치(0%)로 했을 때의, 각 온도에 있어서의 전류값의 불균일을 나타내는 그래프이다.

도 20A 및 도 20B에 나타낸 바와 같이, 높이(H)가 59μm일 때, 온도에 의한 불균일은 ±20% 미만으로 억제되었다. 또, 높이(H)가 33μm일 때, 불균일은 ±10% 미만으로 억제되었다.

글루코오스 농도가 400mg/dL인 시료를 이용하여, 동일한 실험을 행했다. 도 21A∼도 21D, 도 22A∼도 22B에 나타낸 바와 같이, 시료의 글루코오스 농도가 높아도, 높이(H)가 59μm 이하일 때, 특히 33μm일 때, 불균일이 작게 억제되었다.

상술한 바와 같이, 단지 캐필러리의 높이(H)를 작게 한 것 만으로는, 측정 시간의 경과에 따라, 고온하의 전류값과 저온하의 전류값의 역전이 발생해, 온도 차이에 의한 전류값의 불균일은 억제되지 않는다.

이에 반해, 본 실험예에서는, 효소 반응 개시 후의 5초간, 인가 전압을 개회로 전압으로 함으로써, 캐필러리(40) 내에서, 미디에이터가 작용 전극(11)에 전자를 전달하지 않은 상태가 유지된다. 그동안에도, 효소 반응은 진행되고 있으므로, 미디에이터에 전자가 축적된다. 그 후, 전자가 축적된 시점에서 측정 전압(V_mes)이 인가되고, 농도 측정이 행해진다. 그 결과, 농도 측정시의 전류값은, 개회로 전압의 인가중의 반응량과, 측정 전압(V_mes) 인가중의 반응량이 합쳐진 전류값이 된다. 결과적으로, 측정시의 온도 환경에 의한 측정치의 변동이, 작게 억제되었다고 생각된다.

(실험예 4)

본 실험예에서는, 개회로 전압의 인가 기간이 바뀌어도, 실험예 3과 동일한 효과가 얻어짐을 확인했다. 본 실험예에서는, 개회로 전압의 인가 기간은 1.5초 또는 3초였다. 또, 글루코오스 농도는, 40mg/dL, 155mg/dL, 345mg/dL, 또는 600mg/dL였다. 도 23A∼도 23D, 도 24A∼도 24D, 도 25A∼도 25D, 및 도 26A∼도 26D에서는, 개회로 전압의 인가 기간은 1.5초이다. 또, 도 28A∼도 28D, 도 29A∼도 29D, 도 30A∼도 30D, 및 도 31A∼도 31D에서는, 개회로 전압의 인가 기간은 3초이다. 어느 도면에 있어서도, 글루코오스 농도가 상이한 것 이외에는, 행해진 조작은 같다.

도 23A∼도 23D, 도 24A∼도 24D, 도 25A∼도 25D, 도 26A∼도 26D, 도 28A∼도 28D, 도 29A∼도 29D, 도 30A∼도 30D, 및 도 31A∼도 31D에 나타낸 바와 같이, 글루코오스 농도 및/또는 개회로 전압의 인가 기간이 변화해도, 높이(H)가 59μm 이하, 특히 33μm일 때, 온도에 의한 전류값의 불균일이 작았다.

또, 도 27A∼도 27D에 나타낸 바와 같이, 높이(H)가 59μm 이하일 때는, 전류값이 온도로부터 받는 영향은 작았다. 즉, 온도에 의한 오차가 작은 고정밀도의 측정 결과가 얻어졌다. 특히, 높이가 33μm일 때는, 불균일이 매우 작다. 불균일이 작다는 점으로부터, 온도가 상이해도, 하나의 검량선으로부터 농도를 산출하는 것이 가능하다. 도 32A∼D에 나타낸 바와 같이, 도 29(개회로 전압의 인가 기간이 3초이고, 글루코오스 농도가 155mg/dL인 경우의 측정 결과)의 7초 경과시(개회로 전압 인가의 종료로부터 4초 후)의 전류값에 있어서도, 동일한 결과가 관찰되었다.

(실험예 5)

이하의 실험예 5∼9에서는, 글루코오스 농도는 100mg/dL이다.

실험예 5에서는, 센서칩의 높이(H)가 150μm, 104μm, 90μm, 82μm, 69μm, 59μm, 49μm, 또는 33μm이며, 개회로 전압의 인가 기간은, 0초, 1초, 1.5초, 2초, 3초, 4초, 5초, 6초, 또는 7초이며, 개회로 전압을 인가한 후에 250mV의 측정 전압이 인가되었을 때의 응답 전류값이 측정되었다.

개회로 전압을 인가하지 않았던(인가 기간이 0초였을 때) 경우의 결과를 나타낸 도 33A∼도 34D와, 개회로 전압을 인가한 경우의 결과를 나타내는 도 35A∼도 36D를 비교하면, 개회로 전압을 인가한 경우가, 온도에 의한 전류값의 불균일이 작게 억제되었다. 개회로 전압을 1.5초 이상 인가한 경우, 또한 2초 이상 인가했을 때에, 이 효과가 현저했다.

또한, 도면에는, 개회로 전압의 인가 시간이 5초까지의 데이터가 나타나는데, 인가 시간을 6초 또는 7초로 한 경우에도, 동일하게 온도에 의한 전류값의 불균일이 작게 억제되었다.

(실험예 6)

센서칩의 높이(H)는 150μm, 104μm, 90μm, 82μm, 69μm, 59μm, 49μm, 또는 33μm였다. 개회로 전압의 인가 기간은, 0초 또는 2초였다. 개회로 전압을 인가한 후에 250mV의 측정 전압을 인가했을 때의 응답 전류값이 측정되었다.

각 조건하에서, 5℃, 14℃, 21℃, 30℃, 38℃에서 전류값을 측정하고, 각 온도하에서의 결과의, 21℃에 있어서의 측정 결과로부터의 괴리도(불균일)를 산출했다. 도 47A∼도 50D에서, 높이(H)가 150μm일 때의 괴리도는 점선으로 표시되고, 높이(H)가 104μm, 90μm, 82μm, 69μm, 59μm, 49μm, 또는 33μm일 때의 괴리도는 실선으로 표시된다.

즉, 도 49A에서 가장 상방에 위치하는 실선 곡선은, 높이(H)가 104μm인 센서칩에 있어서, 38℃에서, 개회로 전압이 2초간(open 기간) 인가된 후, 측정 전압 250mV가 인가되었을 때의 전류값이, 21℃에서 측정된(온도 조건 이외에는 같은 조건으로 측정된) 전류값로부터 얼마나 괴리되어 있는지를 나타낸다. 즉, 실선이 0%의 횡축에 근접할수록, 불균일은 작다고 할 수 있다. 또, 동 도면의 가장 상방에 위치하는 점선은, 높이(H)가 150μm이고, 또한 38℃에서 측정된 전류값이, 높이(H)가 150μm이고, 또한 21℃에서 측정된 전류값로으부터 얼마나 괴리되어 있는지를 나타낸다.

도 47A∼도 50C에 나타낸 바와 같이, 개회로 전압의 인가 기간이 2초일 때에는, 0초일 때보다 온도에 의한 불균일이 작게 억제되었다.

도 49A∼도 49D 및 도 50A∼도 50C에 나타낸 바와 같이, 높이(H)가 104μm일 때의 전류값의 불균일은, 높이(H)가 150μm일 때의 전류값의 불균일과 비교해, 큰 차이는 없었다(도 49A). 이에 반해, 높이(H)가 90μm 이하일 때, 온도에 의한 전류값의 불균일은, 높이(H)가 104μm일 때보다도 작게 억제되었다(도 49B 등). 즉, 캐필러리의 높이(H)는 90μm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 데이터의 도시를 생략하나, 개회로 전압의 인가 기간이 3∼5초이어도, 동일하게 불균일은 작게 억제되었다.

(실험예 7)

본 실험예에서는, 높이(H)가 서로 다른 센서칩에, 100mV의 전압을 3초간 인가한 후, 250mV의 측정 전압을 인가했다. 높이(H)는, 150μm, 104μm, 90μm, 82μm, 69μm, 59μm, 49μm, 또는 33μm였다.

도 51A∼도 51D 및 도 52A∼도 52D에 나타낸 바와 같이, 개회로 전압에 대신하여, 측정 전압보다도 낮은 전압이 인가된 경우도, 불균일 억제의 효과가 있음이, 본 실험예에 의해 명확해졌다. 특히, 높이(H)가 59μm 이하일 때에, 불균일 억제의 효과가 현저했다.

(실험예 8)

본 실험예에서는, 높이(H)가 서로 상이한 센서칩에, 0mV의 전압을 3초간 인가한 후, 250mV의 측정 전압을 인가했다. 높이(H)는 실험예 7과 동일했다.

도 53A∼도 53D 및 도 54A∼도 54D에 나타낸 바와 같이, 개회로 전압을 대신하여, 0mV를 인가한 경우도 불균일 억제의 효과가 얻어졌다. 특히, 높이(H)가 59μm 이하일 때에, 불균일 억제의 효과가 현저했다.

(실험예 9)

본 실험예에서는, 높이(H)가 서로 상이한 센서칩에, 250mV의 전압을 1초 인가한 후, 개회로 전압을 2초 인가하고, 그 후에 250mV의 측정 전압을 인가했다. 높이(H)는, 실험예 7과 동일했다.

도 55A∼도 55D 및 도 56A∼도 56D에 나타낸 바와 같이, 개회로 전압 인가 전에 폐회로 전압을 인가해도, 불균일 억제의 효과가 얻어졌다. 특히, 높이(H)가 59μm 이하일 때에, 불균일 억제의 효과가 현저했다.

또한, 측정 전압보다도 높은 전압이 인가된 후에, 개회로 전압을 인가 및/또는 측정 전압보다도 낮은 전압을 인가함으로써, 또한 후에 측정 전압을 인가했을 때에 얻어진 전류값의, 온도에 의한 불균일이 억제됨이 확인되었다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 센서칩 및 이것을 구비한 바이오 센서 시스템, 생체 시료의 온도 측정 방법, 농도 측정 방법은, 온도에 기인한 농도 측정 오차의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 효과를 가져오는 점으로부터, 측정의 고정밀화가 요구되는 각 분야에서 널리 적용 가능하다.

11:작용 전극(전극)
12:대전극(전극)
13:검지 전극
16:통풍구
17:도입구
20:시약층
40:캐필러리
100:바이오 센서 시스템
101:측정기
102:장착구
103:표시부
200:센서칩
201:절연 기판
202:스페이서
203:커버
204:절결부
300:제어 회로
301a, 301b, 301c:커넥터
302:전환 회로
303:전류/전압 변환 회로
304:아날로그/디지털(A/D) 변환 회로
305:기준 전압원(제1 전압 인가부, 제2 전압 인가부)
306:연산부(농도 측정부, 제1 전압 인가부, 제2 전압 인가부)

Claims

산화 환원 효소 및 전자 미디에이터를 이용하여 액체 시료 내의 분석물의 농도를 측정하는 바이오 센서 시스템으로서,
액체 시료가 도입되고, 그 높이가, 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 상한 온도에 있어서의 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은 캐필러리와,
상기 캐필러리 내에 배치된 복수의 전극과,
상기 캐필러리 내에 배치되고, 상기 전자 미디에이터를 포함하는 시약층을 구비하는 센서칩과;
상기 전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전압 인가부와;
상기 제1 전압 인가시에 상기 액체 시료중에 흐르는 전류값에 의거하여, 상기 분석물의 농도를 측정하는 농도 측정부와;
상기 농도 측정부에서의 측정 결과에 있어서의 상기 액체 시료의 온도의 영향이 작아지도록, 상기 제1 전압의 인가 전에, 상기 전극에 제2 전압을 인가하는 제2 전압 인가부를 구비하며,
상기 센서칩의 캐필러리의 높이는, 하기 식(i)로 각각 표시되는 상기 분석물 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리에 의거하여 설정되는 바이오 센서 시스템:
[수학식 1]

(단, d:확산 거리,
z:임의로 선택되는 상수,
D:확산 계수,
t:시간
을 나타낸다.)
또한 상수 z는, 1≤z≤4를 만족한다.
청구항 1에 있어서,
상기 센서칩의 캐필러리의 높이가, 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 하한 온도에서 구해지는, 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은, 바이오 센서 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 전압 인가부는, 상기 제2 전압을 인가함으로써 상기 전자 미디에이터에 전자를 축적하는, 바이오 센서 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 전압 인가부는, 상기 제2 전압으로서 개회로 전압을 인가하는, 바이오 센서 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 전압 인가부는, 상기 제1 전압으로서 양극성의 전압을 인가하고,
상기 제2 전압 인가부는, 상기 제2 전압으로서 상기 제1 전압보다도 낮은 전압을 인가하는, 바이오 센서 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 농도 측정부는, 상기 전류값과 상기 분석물의 농도를 대응시키는 검량선 또는 테이블을 갖고, 또한, 상기 액체 시료의 온도가 변동해도, 동일한 상기 검량선 또는 테이블에 의거하여 상기 분석물의 농도를 산출하는, 바이오 센서 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 전극은, 상기 캐필러리의 높이 방향에서 마주보는 2개의 면에 각각 배치되는, 바이오 센서 시스템.
산화 환원 효소 및 전자 미디에이터를 이용하여 액체 시료 내의 분석물의 농도를 측정하는 방법으로서,
액체 시료가 도입되고, 그 높이가 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 상한 온도에 있어서의 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작은 캐필러리와, 상기 캐필러리 내에 배치된 복수의 전극과, 상기 캐필러리 내에 배치되고, 전자 미디에이터를 포함하는 시약층을 구비하는 센서칩을 갖는 바이오 센서 시스템으로 실행되고,
상기 전극에 제1 전압을 인가하는 제1 전압 인가 단계와,
상기 제1 전압의 인가시에 상기 액체 시료중에 흐르는 전류값을 검출하는 전류 검출 단계와,
상기 전류값에 의거하여 상기 분석물의 농도를 측정하는 농도 측정 단계와,
상기 농도 측정부에서의 측정 결과에 있어서의 상기 액체 시료의 온도의 영향이 작아지도록, 상기 전류값의 검출 전에, 상기 전극에 제2 전압을 인가하는 제2 전압 인가 단계를 포함하며,
상기 센서칩의 캐필러리의 높이는, 하기 식(i)로 각각 표시되는 상기 분석물 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리에 의거하여 설정되는 측정 방법:
[수학식 1]

(단, d:확산 거리,
z:임의로 선택되는 상수,
D:확산 계수,
t:시간
을 나타낸다.)
또한 상수 z는, 1≤z≤4를 만족한다.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 전압은, 상기 제2 전압의 인가에 의해 상기 전자 미디에이터에 전자가 축적되도록 설정되는, 측정 방법.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 제2 전압은 개회로 전압인, 측정 방법.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 제1 전압은 양극성의 전압이고,
상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다도 낮은 전압인, 측정 방법.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 농도 측정 단계는, 상기 전류값과 상기 분석물의 농도를 대응시키는 검량선 또는 테이블을 이용하고, 상기 액체 시료의 온도가 변동해도, 동일한 상기 검량선 또는 테이블에 의거하여 상기 분석물의 농도를 산출하는 산출 단계를 포함하는, 측정 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 센서칩의 캐필러리의 높이가, 바이오 센서 시스템의 측정 보장 온도의 하한 온도에서 구해지는, 상기 분석물의 확산 거리 및 상기 전자 미디에이터의 확산 거리의 합계의 최대치보다 작아지도록 설정되는, 측정 방법.
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