(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル中の分析対象物濃度を決定するためのバイオセンサであって；
センサインターフェースと電気的に連通したプロセッサを有する測定装置、および
サンプルインターフェースを基板上に有するセンサストリップ、を含み；
センサインターフェースはサンプルインターフェースと電気的に連通し、サンプルインターフェースは基板により形成される容器と電気的に連通し、
最大でも８秒間のインキュベーション期間の後、複数回の励起および複数回の緩和を含む入力シグナルを容器に対して印加することを、プロセッサは、容器に含まれる少なくとも１つの電極と電気的に連通したシグナル発生器に指示可能であり；
少なくとも１回の励起の出力シグナルからサンプル中の分析対象物濃度を決定することをプロセッサは操作可能であり、出力シグナルは測定可能な種のレドックス反応に応答して過渡減衰を有し、測定可能な種はサンプル中の分析対象物の一部のレドックス反応により形成される、前記バイオセンサ。
【請求項２】
少なくとも１回の励起が０．１〜５秒の期間を有する、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
０．１〜５秒の期間を有する少なくとも１回の励起の前の緩和が、０．１〜３秒の期間または０．４〜１秒の期間を有する、請求項２に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
０．１〜５秒の期間を有する少なくとも１回の励起の出力シグナルからサンプル中の分析対象物濃度を決定することを、プロセッサが操作可能である、請求項２に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
少なくとも１回の励起が０．１〜１秒の期間を有する、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
０．１〜８秒間、または最大でも６秒間、または０．５〜４秒間のインキュベーション期間の後、励起および緩和を含む入力シグナルを容器に対して印加することを、プロセッサがシグナル発生器に指示可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
最大でも４．７５秒間のインキュベーション期間の後、励起および緩和を含む入力シグナルを容器に対して印加することを、プロセッサがシグナル発生器に指示可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項８】
シグナル発生器のサンプルへのシグナル印加の０．５〜５秒以内に過渡減衰を測定することをプロセッサが操作可能である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項９】
過渡減衰の電流の減少からサンプル中の分析対象物濃度を決定することをプロセッサが操作可能である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１０】
シグナル発生器のサンプルへのシグナル印加の０．５〜３秒以内に過渡減衰の電流減少を測定することをプロセッサが操作可能である、請求項９に記載のバイオセンサ。
【請求項１１】
容器の測定可能な種の可変の濃度分布からサンプル中の分析対象物濃度を決定することをプロセッサが操作可能である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１２】
シグナル発生器のサンプルへの入力シグナル印加の３秒以内に過渡減衰から分析対象物濃度を決定することをプロセッサが操作可能である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１３】
プロセッサが、センサストリップのサンプルインターフェースへの入力シグナル印加をシグナル発生器に指示してから、最大４秒以内に切ることをシグナル発生器に指示可能である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１４】
プロセッサが保存媒体に電気的に連通しており、保存媒体中に保存されている相関式を用いて出力シグナルからサンプル中の分析対象物濃度を決定することをプロセッサが操作可能である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１５】
サンプル中の測定可能な種の可変の濃度分布からサンプル中の分析対象物濃度を決定することをプロセッサが操作可能であり、ここで測定可能な種が分析対象物の化学的レドックス反応により形成される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１６】
センサストリップのサンプルインターフェースに少なくとも３回の励起を印加することをシグナル発生器が操作可能である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１７】
センサストリップのサンプルインターフェースに５秒以内に少なくとも２回の負荷サイクルを印加することをシグナル発生器が操作可能である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１８】
容器がセンサストリップベースおよび蓋の底部表面により規定され、ここでベースは蓋の底部表面から５０〜１５０μｍであり、容器中のサンプルの容量は最大でも３．５μＬである、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項１９】
センサストリップベースから蓋の底部までの容器高が最大でも１００μｍであり、容器中のサンプルの容量が最大でも３μＬであり、および容器には最大でも２μｍの平均初期厚を有する少なくとも1つの試薬層が含まれる、請求項１８に記載のバイオセンサ。
【請求項２０】
サンプルインターフェースおよびサンプルの間に電気的連通を付与するように、容器の中に作用電極およびカウンタ電極が配置されている、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項２１】
作用電極およびカウンタ電極が２００μｍよりも離れている、請求項２０に記載のバイオセンサ。
【請求項２２】
作用電極が結合剤、酵素系、および少なくとも１つのメディエータを含む試薬層を含む、請求項２０に記載のバイオセンサ。
【請求項２３】
シグナル発生器と電気的に連通した少なくとも１つの作用電極を容器が含み、ここで作用電極上の試薬層が、１〜２０μｍの平均初期厚を有する組み合わせ拡散バリア層／試薬層を含む、請求項２２に記載のバイオセンサ。
【請求項２４】
組み合わせ拡散バリア層／試薬層が最大でも１μｍの平均初期厚を有する、請求項２３に記載のバイオセンサ。
【請求項２５】
測定可能な種が少なくとも１つのメディエータを含む、請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項２６】
過渡減衰が−０．５２〜−１の減衰係数を有する、請求項１〜２５のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【請求項２７】
過渡減衰が最大でも−０．３５の減衰係数を有する、請求項１〜２６のいずれか１項に記載のバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への参照
[001]  本件出願は、2006年10月24日に出願され、その全体を参考として援用される、
“過渡減衰（Transient Decay）電流測定法”という名称のU.S.仮出願No. 60/854,060の
利益、2006年12月11日に出願され、その全体を参考として援用される、“過渡減衰電流測
定法”という名称のU.S.仮出願No. 60/869,557の利益、および2006年12月12日に出願され
、その全体を参考として援用される、“過渡減衰電流測定法”という名称のU.S.仮出願No
. 60/869,625の利益、を主張する。
【背景技術】
【０００２】
[002]  バイオセンサは、全血、尿、または唾液などの、生体液の分析をもたらす。典
型的には、バイオセンサは生体液サンプルを分析して、生体液中の、グルコース、尿酸、
乳酸塩、コレステロール、またはビリルビンなどの、一つあるいはそれ以上の分析対象物
の濃度を決定する。この分析は、生理学的異常の診断および治療に有用である。例えば、
糖尿病個体はバイオセンサを使用して、食餌および／または投薬の調節のため、全血中の
グルコース濃度を決定することができる。
【０００３】
[003]  バイオセンサは、卓上、携帯用、および、同様の測定装置を使用して実行する
ことができる。携帯用の測定装置は、手持ち式であってよい。バイオセンサを、一つある
いはそれ以上の分析対象物を分析するように設計することが可能であり、またバイオセン
サは、異なる容量の生体液を使用することができる。いくつかのバイオセンサは、容量が
0.25〜15マイクロリットル（μL）であるような、一滴の全血を分析することができる。
携帯型の測定装置の例には、Bayer CorporationのAscensia Breeze（登録商標）およびEl
ite（登録商標）測定装置；イリノイ州Abbott ParkのAbbottから入手可能なPrecision（
登録商標）バイオセンサ；インディアナ州IndianapolisのRocheより入手可能なAccucheck
（登録商標）バイオセンサ；および、カリフォルニア州MilpitasのLifescanより入手可能
なOneTouch Ultra（登録商標）バイオセンサが含まれる。卓上測定装置の例には、インデ
ィアナ州West LafayetteのBAS Instrumentsより入手可能なBAS 100B Analyzer；テキサス
州AustinのCH Instrumentsより入手可能なCH Instruments' Electrochemical Workstatio
n；カンザス州LawrenceのCypress Systemsより入手可能なCypress Electrochemical Work
statioin；および、ニュージャージー州PrincetonのPrinceton Research Instrumentsよ
り入手可能なEG&G Electrochemical Instrumentが含まれる。
【０００４】
[004]  バイオセンサは通常、電気シグナルを測定して、生体液サンプル中の分析対象
物濃度を決定する。分析対象物は一般に、サンプルに入力シグナルが印加されると、酸化
／還元または酸化還元反応を受ける。酵素または同様の種をサンプルに添加して、酸化還
元反応を亢進させることができる。入力シグナルは通常、電流または電圧などの電気的シ
グナルである。酸化還元反応により、入力シグナルに応じた出力シグナルが生じる。出力
シグナルは通常、電流または電圧などの電気的シグナルであり、それを測定して、そして
生体液中の分析対象物の濃度と相関させることができる。
【０００５】
[005]  多数のバイオセンサには、測定装置およびセンサストリップが含まれる。セン
サストリップは、生物の外側、生物の内側、または生物の部分的に内側で使用するために
適合させることができる。生物の外側で使用される場合、生体液サンプルは、センサスト
リップ中のサンプル容器内に導入される。センサストリップは、分析のためにサンプルを
導入する前、導入した後、または導入の最中に、測定装置中に静置することができる。生
物の内側または生物の部分的に内側の場合、センサストリップを、持続的にサンプル中に
浸漬させていてもよく、またはサンプルを断続的にストリップに導入してもよい。センサ
ストリップには、サンプル容量を部分的に隔てた容器が含まれていてもよく、またはセン
サストリップはサンプルに対して開放されていてもよい。同様に、サンプルは、連続的に
ストリップを貫流してもよく、または分析のために遮断されてもよい。
【０００６】
[006]  測定装置は通常、センサストリップの導電体と接続する電気的接点を有する。
導電体は一般に、サンプル容器へと伸びる、作用電極、カウンタ電極、および／またはそ
の他の電極に接続される。測定装置は、電気的接点を介して、センサストリップの導電体
へと入力シグナルを印加する。導電体は電極を介して、サンプル容器内に存在するサンプ
ルへと入力シグナルを伝達する。分析対象物の酸化還元反応により入力シグナルに応じた
出力シグナルが生じる。測定装置により、出力シグナルに応じた分析対象物濃度が決定さ
れる。
【０００７】
[007]  センサストリップには、生体液サンプル中の分析対象物と反応する試薬が含ま
れてもよい。試薬には、分析対象物の酸化還元反応を促進するためのイオン化剤、および
、分析対象物と導体との間の電子の移動を補助するメディエータまたはその他の物質が含
まれてもよい。イオン化剤は、全血サンプル中のグルコースの酸化を触媒する、分析対象
物特異的な酵素などの、酸化還元酵素であってもよい。試薬には、酵素とメディエータを
一緒に保持する接着剤が含まれてもよい。
【０００８】
[008]  多数のバイオセンサが、測定出力シグナルが電流であるのに対して、電流測定
法を使用し、その場合、定電位（voltage）の電気的シグナルがセンサストリップの導電
体に対して印加される。従って、電流測定システムにおいて、センサストリップの作用電
極とカウンタ電極のあいだに定電位が印加されるため、電流を測定することができる。次
いで、測定電流を使用して、サンプル中の分析対象物の存在および／またはサンプル中の
分析対象物の量を測定することができる。電流測定法は、測定可能な種、そして従って分
析対象物、が作用電極で酸化されまたは還元される速度を測定する。分析対象物に加えて
、例えば生物学的基質およびメディエータが測定可能な種として機能することができる。
【０００９】
[009]  入力シグナルがセンサストリップに対して印加される時間が増加すればするほ
ど、測定可能な種が作用電極で酸化されまたは還元される速度が低下する。従って、高電
流出力の開始期間ののち、入力シグナルが印加され続けるため、センサストリップから記
録される電流が減少する。時間と共に生じるこの電流の低下は、電気化学的減衰と呼ぶこ
とができ、そしてこの減衰の速度は、サンプル中の測定可能な種、従って分析対象物、の
濃度と相関する可能性がある。電気化学的減衰は、一過性のものであるか、またはCottre
ll減衰である可能性がある。
【００１０】
[0010]  電気化学的減衰は、例えば、自然対数関数（ln）により電流を時間と関連させ
る直線を記述する式により、減衰を表現することによって、サンプル中の分析対象物濃度
と相関させることができる。従って、出力電流は、指数係数により時間の関数として表現
することができ、ここで負の指数係数は減衰のプロセスを示す。電流出力が最初に低下し
たのち、低下速度は比較的一定であるか、または不規則に変動し続ける可能性がある。 
【００１１】
[0011]  U.S. Pat. No. 5,942,102（“'102特許”）は、従来法の分析のあいだの、測
定出力電流と時間との間の関係について記述する。電気的シグナルは、全血サンプルをス
トリップに対して導入してから約60秒後の、センサストリップに対する入力である。最初
は、急速に減少する電流が観察され、その後比較的一定になるか、またはカウンタ電極か
ら作用電極へのメディエータのフィードバックにより生成される“定常状態” 電流出力
が観察される。電極間の短い距離により提供されるメディエータのフィードバックの結果
、最初の低下の後、実質的には時間とは無関係になる電流が生じる。この従来法での分析
において、サンプルの分析対象物濃度を、メディエータの濃度および拡散係数から以下の
様にして決定することができる：（1）時間の関数として電流を測定し；そして次いで（2
）定常状態電流を推定する。
【００１２】
[0012]  '102特許に記載される分析方法は、電流減衰の定常状態部分に依存するが、一
方U.S. Pat. Nos. 6,153,069（“'069特許”）および6,413,411（“'411特許”）は、メ
ディエータの濃度、従ってそれを裏打ちする分析対象物の濃度、が、メディエータの拡散
係数から決定される場合の方法を記載する。これらのシステムは、Cottrellの式により記
述される電流減衰の速度を提供する様に構成される。
【００１３】
[0013]  電流測定は、測定電流が時間の平方根に対して反比例する場合に、Cottrell減
衰 を示す。Cottrell減衰を伴う電流測定を、式（1）として以下に示すCottrellの式によ
り記述することができる：
【００１４】
【数１】
0005608255.tif 000002
【００１５】
ここで、iは測定電流であり；Cbは電気化学的に活性な種の全体の濃度（mol/cm3）であ
り；Aは電極面積（cm2）であり；F は96,500 coul/相当物のファラデー定数であり；nは
相当物/molにおいて移動された電子の数であり；Dは拡散係数（cm2/秒）であり；そしてt
は電気化学的反応の時間（秒）である。従って、Cottrellの式は、時間の指数関数として
電流を記述し、-0.5の減衰定数または指数係数を有する。Cottrellの式のさらなる詳細お
よびCottrellの振る舞いに必要とされる境界条件は、Electrochemical Methods: Fundame
ntals and Applications by Bard and Faulkner (1980)の第5章pp. 136-45に見出すこと
ができる。
【００１６】
[0014]  Cottrell電流減衰で動作する様に設計されたシステムは、-0.5の減衰定数を必
要とする。-0.5減衰定数を示す電気化学的システムは、Cottrell電流の必要条件が存在す
ること、すなわち分析対象物が測定可能な種に完全に変換されたこと、そしてこの測定可
能な種の実質的に一定の濃度分布が電流測定の前にサンプル容器を占有していること、を
暗示している。これらの必要条件は、'069特許および'411特許においてさらに記載される
。
【００１７】
[0015]  '411特許の第4欄、39〜40行に、15〜90秒間、好ましくは20〜45秒間の最初の
インキュベーション期間を、グルコース試験のために使用することが開示される。最初の
インキュベーション期間および単一励起入力シグナルの印加の後、Cottrell減衰を示す電
流測定を、2〜30秒間、または好ましくは10〜20秒間記録し、その後センサストリップに
対して入力シグナルを印加することができる。より長い最初のインキュベーション期間の
必要条件もまた、'411特許の図7に示されており、ここでサンプルを160秒間センサストリ
ップ中で反応させ（インキュベートし）、その後入力シグナルの印加を行わせる。
【００１８】
[0016]  分析対象物を測定可能な種に完全に変換するために必要とされるより長いイン
キュベーション期間は、以下のものをもたらす：（1）試薬を含有する試薬層の水和のた
めの時間；そして（2）分析対象物を変換するための試薬のための時間。例えば、'411特
許の第4欄36〜44行には、酵素反応が完了に達することができる十分な長さのインキュベ
ーション期間が記載されている。グルコース分析対象物が測定可能な種へと完全に変換さ
れるこのインキュベーション期間ののち、装置が既知の電位を電極間に負荷して、結果と
して生じるCottrell電流減衰のあいだの特定の時間、得られた拡散限界の（すなわちCott
rell）電流を測定する。このように、分析対象物を測定可能な種に変換することは、Cott
rell減衰が観察されるよりも前に完了する。試薬層の完全な水和もまた、Cottrell減衰の
必要条件として'411特許中で認識されている。'411特許は、試薬の不完全な湿潤は、結果
としてシステムがCottrell曲線減衰を追跡することを不可能にし、結果として不正確な分
析対象物濃度値が得られることを開示している。
【００１９】
[0017]  延長されたインキュベーション期間に加えて、Cottrell減衰もまた、電極表面
からの距離が増加するため、サンプル中の測定可能な種の実質的に一定の濃度分布を必要
とする。実質的に一定の濃度分布は、（1）相対的に大きなサンプル容量；および／また
は（2）表面平面電極または実質的に平面な電極とセンサストリップの蓋の底部表面との
間の相対的に大きな距離；により達成することができる。例えば、'069特許の第8欄40行
には、50μLのサンプル容量をもたらすサンプル容器をしめる作用電極が記載されており
、ここで作用電極と蓋との間の垂直距離は500〜2000μmである。別の例において、'102特
許の近接した間隔の電極とは異なり、'411特許の第7欄62〜66行に記載される作用電極と
カウンタ電極との距離は、少なくとも100μmであり、そして好ましくは100μm以上でなけ
ればならない。
【００２０】
[0018]  従来法の分析方法は、システムがCottrell減衰を有することを可能にするため
に十分なインキュベーション期間、電極距離、そしてサンプル容器容量を必要とすること
により、典型的には、サンプルを解析するために必要とされる時間を長くする。従って、
改良されたバイオセンサについての継続的な要望が存在する；特に、サンプルの分析対象
物濃度をより迅速に測定するもの、そして定常状態電流値の推定に基づくものではないも
の、が求められている。本発明のシステム、装置および方法は、従来型のバイオセンサに
関する少なくとも1つの欠点を克服する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】U.S. Pat. No. 5,942,102
【特許文献２】U.S. Pat. Nos. 6,153,069
【特許文献３】U.S. Pat. No. 6,413,411
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications by Bard and Faulkner (1980)の第5章pp. 136-45
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
[0019]  本発明は、過渡減衰を有する出力シグナルから生物学的サンプルの分析対象物
濃度を測定するバイオセンサシステムを提供する。出力シグナルは、時間の平方根に反比
例せず、そして従ってCottrell減衰の減衰定数よりも高いかまたは低い減衰定数を有する
。
【００２４】
[0020]  一側面において、サンプル中の分析対象物濃度を測定するための方法には、イ
ンキュベーション期間の後にサンプルに対して入力シグナルを印加し、測定可能な種のレ
ドックス反応に応じた過渡減衰（一過性減衰）を有する出力シグナルを生成し；そして出
力シグナルから分析対象物濃度を測定する；ことが含まれる。分析対象物はグルコースで
あってもよく、そしてサンプルをセンサストリップに対して導入することができる。この
方法には、サンプル中の分析対象物からまたは分析対象物へ少なくとも1つの電子を移動
させて、少なくとも1つのメディエータが含まれてもよい測定可能な種を形成することが
含まれてもよい。
【００２５】
[0021]  入力シグナルには、緩和により間隔をあけた少なくとも2回の励起が含まれて
いてもよく、その場合、少なくとも2回の励起は0.1〜5秒間の期間を有し、そして緩和の
期間は少なくとも0.1秒または少なくとも0.5秒である。各励起期間および／または緩和期
間は、同一であっても異なっていてもよい。1またはそれ以上の緩和のための期間は、0.1
〜3秒間であってもよい。入力シグナルには、少なくとも3回の励起と少なくとも2回の緩
和が含まれていてもよい。入力シグナルには、5秒間のあいだに印加される少なくとも2回
の負荷サイクルが含まれていてもよい。
【００２６】
[0022]  インキュベーション期間は、例えば、0.1〜8秒間、0.1〜6秒間、または0.5〜4
.75秒間であってもよい。インキュベーション期間および入力シグナルの印加は、最大で
も12秒間、最大でも6秒間、または最大でも4秒間で完了することができる。過渡減衰は、
-0.52〜-1、または-0.001〜-0.48の減衰定数を有していてもよい。過渡減衰は、最大でも
-0.45または最大でも-0.35の減衰定数を有していてもよい。分析対象物濃度を測定する出
力シグナルには、サンプルへ入力シグナルを印加してから2秒間以内に記録された電流値
が含まれていてもよい。サンプルの分析対象物濃度は、最大でも入力シグナルを印加して
から6秒間、3秒間、または1.5秒間以内に測定することができる。
【００２７】
[0023]  サンプルは、蓋の底部表面と蓋の底部表面から20〜200μm離れているセンサス
トリップ基板とにより規定される容器中に存在することができる。容器中のサンプル容量
は、0.25〜10μLであってもよく、0.25〜1.5μLであってもよい。容器には、最大でも20
μm、14μm未満、または最大でも5μmの平均初期厚を有する少なくとも1つの試薬層が含
まれていてもよい。入力シグナルに少なくとも2回の励起が含まれ、励起の少なくとも一
方が最大でも0.5秒間の期間を有する場合、容器には、最大でも2μmの平均初期厚を有す
る少なくとも1つの試薬層が含まれていてもよい。容器には、別個の拡散バリア層を含む
少なくとも1つの試薬層が含まれていてもよい。
【００２８】
[0024]  センサストリップ基板から蓋の底部までの容器の高さは、最大でも250μmであ
ってよく、容器内のサンプル容量は最大でも5μLであってよく、容器には最大でも20μm
の平均初期厚を有する少なくとも1つの試薬層が含まれていてもよく、そしてインキュベ
ーション期間は最大でも12秒間であってよい。センサストリップ基板から蓋の底部までの
容器の高さは、最大でも150μmであってよく、容器内のサンプル容量は最大でも3.5μLで
あってよく、容器には14μm未満の平均初期厚を有する少なくとも1つの試薬層が含まれて
いてもよく、そしてインキュベーション期間は最大でも6秒間であってよい。センサスト
リップ基板から蓋の底部までの容器の高さは最大でも100μmであってよく、容器内のサン
プル容量は最大でも3μLであってよく、容器には最大でも2μmの平均初期厚を有する少な
くとも1つの試薬層が含まれていてもよく、そしてインキュベーション期間は最大でも2秒
間であってよい。
【００２９】
[0025]  別の側面において、サンプル中の分析対象物濃度を測定するための方法には、
最大でも12秒間のインキュベーション期間の後にサンプルに対して入力シグナルを印加し
、測定可能な種のレドックス反応に応じた過渡減衰を有する出力シグナルを発生させ；そ
して出力シグナルから分析対象物濃度を測定することが含まれる。
【００３０】
[0026]  別の側面において、サンプル中の分析対象物濃度を測定するためのバイオセン
サには、センサインターフェースに接続されたプロセッサを有する測定装置；基板上にサ
ンプルインターフェースを有するセンサストリップが含まれ、ここでセンサインターフェ
ースはサンプルインターフェースと電気的に連通しており、サンプルインターフェースは
基板により形成される容器に隣接し；最大でも12秒間のインキュベーション期間の後、プ
ロセッサは充電器に容器に対して入力シグナルを印加する様に指示し；そしてプロセッサ
は、サンプル中の分析対象物のレドックス反応に応じて、過渡減衰を有する出力シグナル
からサンプル中の分析対象物濃度を測定する。
【００３１】
[0027]  容器には、充電器と電気的に連通した少なくとも1つの作用電極、約1μm〜約2
0μmの平均初期厚を有する組合せDBL/試薬層を有する作用電極上の試薬層が含まれていて
もよい。組合せDBL/試薬層は、最大でも1μmの平均初期厚を有することができる。
【００３２】
[0028]  別の側面において、サンプル中の分析対象物濃度を測定するための方法には、
最大でも12秒間のインキュベーション期間の後に、サンプルに対して入力シグナルを印加
し；サンプル容器中で測定可能な種の様々な濃度分布を生成し；測定可能な種のレドック
ス反応に応じた出力シグナルを生成し；そして出力シグナルから分析対象物濃度を測定す
ること、が含まれる。
【００３３】
[0029]  別の側面において、サンプル中の分析対象物濃度を測定するための方法には、
センサストリップに対してサンプルを導入し；最大でも8秒間のインキュベーション期間
の後、入力シグナルをサンプルに対して印加し；測定可能な種のレドックス反応に応じて
、過渡減衰を有する出力シグナルを生成し；そして出力シグナルの過渡減衰から分析対象
物濃度を測定すること、が含まれる。過渡減衰は、サンプルに対して入力シグナルを印加
してから0.5〜5秒間以内、または約0.5〜約3秒間で得られた減少する電流減衰であっても
よい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
[0030]  本発明を、以下の図面および説明を参照することにより、より良く理解するこ
とができる。図中の構成要素は、必ずしも等縮尺ではなく、代わりに、本発明の原理を示
す際に強調されている場合がある。さらに、図中において、同じ参照番号は、異なる図面
を通じて対応する部分を一般的に示す。
【図１Ａ】[0031]  図1Aは、組み立てられたセンサストリップの透視描写である。
【図１Ｂ】[0032]  図1Bは、蓋が外された場合のセンサストリップの上面図である。
【図２Ａ】[0033]  図2Aは、図1Bのセンサストリップの端面図である。
【図２Ｂ】[0034]  図2Bは、サンプル中の分析対象物濃度を測定するバイオセンサシステムのスキーム図を示す。
【図３】[0035]  図3は、サンプル中の分析対象物の存在および濃度を決定する電気化学的方法のフローチャートを示す。
【図４Ａ】[0036]  図4Aは、下部電極表面と上部蓋とにより境界を作られたサンプル容器を示す。
【図４Ｂ】[0037]  図4Bは、インキュベーション時間t1〜t5が入力シグナルの印加の前に経過する場合に、センサシステムから形成される濃度プロファイルを示す。
【図４Ｃ】[0038]  図4Cは、容器中の測定可能な種の濃度と電流減衰の速度との間の関係を示す。
【図５】[0039]  図5は、様々なインキュベーション期間の後に50、100、200、または400 mg/dLのグルコースを含有する全血サンプルについて作用電極から得られる減衰速度を示す。
【図６Ａ】[0040]  図6A〜6Cは、それぞれが反応層の異なる平均初期厚を有する3種類のセンサストリップから複数の初期インキュベーション期間において得られる電流プロファイルをプロットする。
【図６Ｂ】[0040]  図6A〜6Cは、それぞれが反応層の異なる平均初期厚を有する3種類のセンサストリップから複数の初期インキュベーション期間において得られる電流プロファイルをプロットする。
【図６Ｃ】[0040]  図6A〜6Cは、それぞれが反応層の異なる平均初期厚を有する3種類のセンサストリップから複数の初期インキュベーション期間において得られる電流プロファイルをプロットする。
【図７Ａ】[0041]  図7A〜7Bは、40％ヘマトクリットで100〜300 mg/dLのグルコースを含む全血サンプルについて、6秒の初期インキュベーション期間の後に得られる、電流vs.時間の自然対数のプロットである。
【図７Ｂ】[0041]  図7A〜7Bは、40％ヘマトクリットで100〜300 mg/dLのグルコースを含む全血サンプルについて、6秒の初期インキュベーション期間の後に得られる、電流vs.時間の自然対数のプロットである。
【図８Ａ】[0042]  図8A〜8Cは、0.25秒のインキュベーション期間、そしてその後0.5秒の励起時間と0.25秒の緩和時間とを有するゲート入力シグナルを行うことに由来する電流減衰プロファイルである。
【図８Ｂ】[0042]  図8A〜8Cは、0.25秒のインキュベーション期間、そしてその後0.5秒の励起時間と0.25秒の緩和時間とを有するゲート入力シグナルを行うことに由来する電流減衰プロファイルである。
【図８Ｃ】[0042]  図8A〜8Cは、0.25秒のインキュベーション期間、そしてその後0.5秒の励起時間と0.25秒の緩和時間とを有するゲート入力シグナルを行うことに由来する電流減衰プロファイルである。
【図８Ｄ】[0043]  図8Dは、図8A〜8Cにおいて示されるように、薄い試薬層センサストリップから得られた、最初の3回の励起の終点電流（p1、p2、p3）をプロットすることにより得られた較正プロットである。
【図８Ｅ】[0044]  図8Eは、図8A〜8Cにおいて示されるように、中等度厚試薬層を有するセンサストリップから得られた励起4、5、および6の終点電流（p4、p5、p6）をプロットすることにより得られた較正プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
[0045]  バイオセンサシステムは、Cottrell減衰定数を伴わない電気化学的プロセスを
使用して、生物学的サンプルの分析対象物濃度を測定する。バイオセンサシステムは、過
渡減衰を有する生物学的サンプルから出力シグナルを生成し、この場合、出力シグナルは
時間の平方根に反比例しない。バイオセンサシステムからの過渡減衰（一過性減衰）出力
は、-0.5よりも大きいかまたはそれよりも小さい減衰定数を有し、そしてこのシステムは
、分析対象物濃度を測定するために、定常状態電流値の推定に依存しない。好ましくは、
分析対象物濃度を測定する過渡減衰は、連続的に減少する。
【００３６】
[0046]  Cottrell減衰は、拡散依存性であり、そして分析対象物が測定可能な種に完全
には変換されず、そしてこの測定可能な種の実質的に一定の濃度分布が電流測定の前にサ
ンプル容器をしめない場合、Cottrell減衰は存在しない可能性がある。比較的長いインキ
ュベーション時間および多い量のサンプル容量が、Cottrell減衰を得るためには必要とさ
れる。これらの条件がない場合には、出力電流は時間の平方根に関して反比例せず、そし
て従ってバイオセンサはCottrell減衰のために必要とされる-0.5の減衰定数を示さない。
出力電流が時間の平方根に関して反比例しない場合または-0.5以外の減衰定数が出力シグ
ナル中に存在する場合、Cottrell減衰を用いて操作するためにデザインされたバイオセン
サは、不正確な解析をもたらす。
【００３７】
[0047]  本発明のバイオセンサシステムは、過渡減衰を使用して操作し、ここで-0.5よ
りも小さな減衰定数または-0.5よりも大きな減衰定数が観察される。一過性の従って非-C
ottrell減衰定数は、結果として相対的に短いインキュベーション期間から得られる可能
性がある。過渡減衰定数もまた、相対的に小さなサンプル容器容量、電極表面とセンサス
トリップの蓋との間の相対的に短い距離、および／または試薬層の平均初期厚に関して相
対的に短い励起から得られる可能性がある。
【００３８】
[0048]  過渡減衰を伴う出力電流または-0.5よりも大きいかまたは小さい過渡減衰定数
を生成するため、バイオセンサシステムは、12秒間またはそれ未満のインキュベーション
期間、5μLまたはそれ未満の容器容量、200μmまたはそれ未満の容器高、および／または
20μmまたはそれ未満の試薬層についての平均初期厚を、使用することができる。3.5μL
またはそれ未満の容器容量、150μmまたはそれ未満の容器高、および／または10μmまた
はそれ未満の試薬層についての平均初期厚と共に使用するための好ましいインキュベーシ
ョン期間は、最大でも8秒間、最大でも6秒間、または最大でも4秒間である。現時点では
、3.0μLまたはそれ未満のサンプルストリップサンプル容量、100μmまたはそれ未満のサ
ンプルストリップキャップ-ギャップ高、および／または2μmまたはそれ未満の試薬層に
ついての平均初期厚、と共に使用するための特に好ましいインキュベーション期間は、最
大でも2秒間または最大でも1秒である。その他のインキュベーション期間、容器容量、容
器高、および試薬層厚を使用することができる。
【００３９】
[0049]  図1Aおよび図1Bは、バイオセンサとともに使用することができるセンサストリ
ップ100を示す。図1Aは、組み立てられたセンサストリップ100の透視図であり、蓋120に
より少なくとも部分的に覆われたセンサ基板110を含み、蓋120には穴130、サンプルカバ
ー領域140、および、投入端開口部150が含まれる。部分的に囲まれたサンプル容器160（
キャピラリーギャップまたはキャップ-ギャップ）は、基板110と蓋120との間に形成され
る。アメリカ合衆国特許第5,120,420号および第5,798,031号に記述されるものなど、その
他のセンサストリップ設計もまた、使用することができる。具体的な構造は図1A〜1B中に
示されるが、センサストリップ100は、追加の構成成分を伴うものを含むその他の構造を
有するものであってもよい。
【００４０】
[0050]  センサ基板110と蓋120との間の容器160の高さは、20〜250μmであってもよく
、より好ましくは50〜150μmであってもよい。容器160の容量は、0.25〜10μLであっても
よく、好ましくは0.8〜4μLであってもよく、そしてより好ましくは0.5〜1.5μLであって
もよい。その他の高さおよび容量を使用することができる。
【００４１】
[0051]  分析のための液体サンプルは開口部150へ液体を導入することにより、容器160
へと移すことができる。液体は、先に含まれていた空気を穴130から押し出しながら、容
器160を満たす。容器160は、容器中に液体サンプルを保持することを補助する組成物（示
されていない）を含むことができる。そのような組成物の例には、カルボキシメチルセル
ロースおよびポリエチレングリコールなどの水膨潤性ポリマー；および、デキストランお
よびポリアクリルアミドなどの多孔性ポリマーマトリクスが含まれる。
【００４２】
[0052]  図1Bは、蓋120を外したセンサストリップ100の上面図を示す。導体170および1
80は、開口部150からそれぞれ作用電極175およびカウンタ電極185へと誘電層190の下を走
行することができる。センサストリップ100には、1つより多い作用電極が含まれてもよい
。作用電極175およびカウンタ電極185は、実質的に同一平面に存在することができる。電
極は別の向きであってもよい。誘電層190は、部分的に電極175、185を覆うことができ、
そして、絶縁ポリマーなどの適当な誘電物質から作ることができる。具体的な電極構造が
示される一方で、電極は、追加の構成要素を有するものを含む、その他の構造を有してい
てもよい。
【００４３】
[0053]  カウンタ電極185は、センサストリップ100の作用電極175における電気化学的
活性を補佐することができる。作用電極175における電気化学的活性を補佐する電位は、
カウンタ電極185を炭素などの不活性物質から形成すること、および、容器160内にフェリ
シアン化物（ferricyanide）などの可溶性酸化還元種を含ませることにより、センサ系に
提供されることができる。カウンタ電極185における電位は、Ag/AgClなどの酸化還元ペア
からカウンタ電極185を形成することにより達せられる参照電位であってよく、組み合わ
さった参照-カウンタ電極を提供する。酸化還元対には、異なる酸化数を有する化学物質
の2つの複合体種が含まれる。より高い酸化数を有する種の還元は、より低い酸化数を有
する種を生成する。あるいは、より低い酸化数を有する種の酸化は、より高い酸化数を有
する種を生成する。センサストリップ100には、第三導体および第三電極とを提供して、
センサ系に参照電位を提供することができる。
【００４４】
[0054]  作用電極175とカウンタ電極185は、200μmよりも遠くまたは250μmよりも遠く
離れていてもよい。作用電極175とカウンタ電極185は、200μm未満の距離で離れていても
よい。作用電極175とカウンタ電極185は、それ以外の距離で離れていてもよい。
【００４５】
[0055]  図2Aは、容器160中に存在する作用電極175およびカウンタ電極185の層構造を
示す図1Bに示されるセンサストリップ100の端面図を示す。導体170および180は、基板110
上に直接載せることができる。その他の物質が、導体170、180と基板110との間に存在し
てもよく、従って導体は、基板と物理的に接触していてもしていなくてもよい。導体の一
部は、基板の一部を貫通していてもよい。表面導体層270および280は、それぞれ導体170
および180の上に、場合によっては沈着することができる。その他の物質が、表面導体層2
70、280および導体170、180のあいだに存在してもよく、従って表面導体は導体と物理的
に接触していてもしていなくてもよい。表面導体の一部は、導体の一部を貫通していても
よい。表面導体層270、280は、同じ物質からまたは異なる物質から作ることができる。
【００４６】
[0056]  導体170、180、および表面導体層270、280を形成するために使用される、1つ
あるいは複数の物質は、すべての電導体を含むことができる。導体170、180には、好まし
くは、金、銀、白金、パラジウム、銅、またはタングステンなどの、金属または金属ペー
ストの薄い層が含まれる。表面導体層270、280には、好ましくは炭素、金、白金、パラジ
ウム、またはそれらの組み合わせが含まれる。好ましい電導体は非イオン化物質であり、
そのためその物質は、サンプルの分析の間に、正味の酸化、または、正味の還元を受けな
い。表面導体層が導体上に存在しない場合、導体は、好ましくは非イオン化物質（例えば
、炭素、金、プラチナ、パラジウム、またはこれらの組合せ）から作られる。
【００４７】
[0057]  箔蒸着、化学気相蒸着、スラリー塗布などを含む、センサストリップの操作と
互換性のある従来のすべての手法によって、表面導体物質を、導体170、180上に沈着する
ことができる。アメリカ合衆国特許第5,798,031号に記述される通り、スラリー蒸着の場
合、導体物質をインクとして導体170、180に適用することができる。
【００４８】
[0058]  試薬層275および285を、それぞれ導体170および180上に沈着することができる
。その層は、接着剤を含んでいてもよく、少なくとも1つの試薬組成物から形成される。
接着剤は、好ましくは、少なくとも部分的に水溶性のポリマー物質である。接着剤は、水
和されると、ゲルまたはゲル状物質を形成することができる。接着剤は、水和されると、
試薬と組み合わされて、ゲルまたはゲル状物質を形成することができる。ゲルまたはゲル
状物質は、赤血球を阻害しおよび／または濾過して、表面導体270および／または導体170
へ到達することを防止する。
【００４９】
[0059]  接着剤としての使用に適する、部分的に水溶性のポリマー物質には、ポリ（エ
チレンオキシド）（PEO）、カルボキシメチルセルロース（CMC）、ポリビニルアルコール
（PVA）、ヒドロキシエチレンセルロース（HEC）、ヒドロキシプロピルセルロース（HPC
）、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボ
キシメチルエチルセルロース、ポリビニルピロリドン（PVP）、ポリリジンなどのポリア
ミノ酸、ポチスチレンスルホン酸、ゼラチン、アクリル酸、メタアクリル酸、でんぷん、
それらの無水マレイン酸塩、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせが含まれてもよ
い。上記の接着剤物質の中で、PEO、PVA、CMC、およびHECが好ましく、現在のところ、CM
Cがより好ましい。
【００５０】
[0060]  接着剤に加えて、試薬層275および285には、同一の試薬、または異なる試薬が
含まれてよい。同一の試薬が含まれる場合、試薬層275および285は同一の層であってよい
。1つの観点において、第一層275中に存在する試薬を、作用電極175と共に使用するため
に選択することができ、一方、第二層285中に存在する試薬を、カウンタ電極185と共に使
用するために選択することができる。例えば、層285中の試薬は、サンプルと導体180との
間の電子の流れを促進することができる。同様に、層275中の試薬は、分析対象物の反応
を促進することができる。
【００５１】
[0061]  試薬層275には、分析対象物、特に複雑な生物学的サンプル中の分析対象物、
へのセンサ系の特異性を高めることができる、分析対象物に特異的な酵素系を含むことが
できる。酵素系には、1つあるいはそれ以上の酵素、補因子、および／または、分析対象
物との酸化還元反応に参加するその他の部分を含むことができる。例えば、アルコールオ
キシダーゼを使用して、サンプル中のアルコールの存在に対して感度の高いセンサストリ
ップを提供することができる。そのような系は、血液アルコール濃度を測定するのに有用
であるだろう。別の例では、グルコースデヒドロゲナーゼまたはグルコースオキシダーゼ
を使用して、サンプル中のグルコースの存在に対して感度の高いセンサストリップを提供
することができる。この系は、例えば糖尿病であることが既知の患者、または、疑われる
患者において、血液グルコース濃度を測定する際に有用であるだろう。
【００５２】
[0062]  酵素系において使用される酵素には、アルコールデヒドロゲナーゼ、乳酸脱水
素酵素、β-ヒドロキシ酪酸脱水素酵素、グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ、グルコ
ースデヒドロゲナーゼ、ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ、リンゴ酸脱水素酵素、およ
び3-ヒドロキシステロイド脱水素酵素が含まれる。好ましい酵素系は、酸素非依存性であ
り、つまり、実質的に酸素により酸化されない。
【００５３】
[0063]  グルコースセンサストリップにおいて使用するためのそのような酸素非依存性
酵素ファミリーの1つは、グルコースデヒドロゲナーゼ（GDH）である。異なる補酵素また
は補因子を使用して、異なるメディエータにより異なる様式で、GDHを媒介することがで
きる。GDHとのその関連性に応じて、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）などの補因
子は、FAD-GDHの場合のように、宿主酵素によってきつく捕えられることができる；ある
いは、ピロロキノリンキノン（PQQ）などの補因子は、PQQ-GDHというように、宿主酵素と
共有結合することができる。これらの各酵素系の補因子は、宿主細胞により捕えられてい
るか、あるいは、補酵素およびアポ酵素は、試薬組成物に酵素系が加えられる前に再構成
することができる。補酵素はまた、試薬組成物中の宿主酵素に独立して加えられ、ニコチ
ンアミドアデニンジヌクレオチドNAD/NADH+またはニコチンアミドアデニンジヌクレオチ
ドリン酸NADP/NADPH+の場合のように、宿主酵素の触媒的機能を補助することができる。
【００５４】
[0064]  試薬層275には、分析対象物の酸化還元反応の結果を、表面導体270および／ま
たは導体170へ、より効率的に伝えるためのメディエータを含むことができる。メディエ
ータはその電気化学的活性に基づいて、2つのグループに分けることができる。1電子移動
メディエータは、電気化学的反応のあいだ、1つのさらなる電子を捕えることができる。1
電子移動メディエータの例には、1,1'-ジメチルフェロセン、フェロシアン化物（ferrocy
anide）、フェリシアン化物（ferricyanide）などの化合物、およびルテニウム（III）ヘ
キサアミンが含まれる。2電子移動メディエータは、2つの追加の電子を移動させることが
できる。
【００５５】
[0065]  2電子メディエータには、フェナトロリンキノンなどの、有機キノンおよびヒ
ドロキノン；フェノチアジンおよびフェノキサジン誘導体；3-（フェニルアミノ）-3H-フ
ェノキサジン；フェノチアジン；および7-ヒドロキシ-9,9-ジメチル-9H-アクリジン-2-オ
ンおよびその誘導体が含まれる。さらなる2電子メディエータの例には、例えば、本明細
書中で参照として援用される、アメリカ合衆国特許第5,393,615号；第5,498,542号；およ
び第5,520,786号に記載される、電子-活性有機分子が含まれる。その他の電気活性な有機
分子には、酸化還元反応を受けることができる金属を持たない有機分子が含まれる。電気
活性な有機分子は、酸化還元種としておよび／またはメディエータとして、振る舞うこと
ができる。電気活性な有機分子の例には、補酵素ピロロキノリンキノン（PQQ）、ベンゾ
キノン、およびナフトキノン、N-オキシド、ニトロソ化合物、ヒドロキシルアミン、オキ
シン、フラビン、フェナジン、フェノチアジン、インドフェノール、およびインダミンが
含まれる。
【００５６】
[0066]  好ましい2電子移動メディエータには、3-フェニルイミノ-3H-フェノチアジン
（PIPT）および3-フェニルイミノ-3H-フェノキサジン（PIPO）が含まれる。より好ましい
2電子メディエータには、フェノキサジン誘導体の、カルボン酸または塩（たとえば、ア
ンモニウム塩など）が含まれる。現在のところ、特に好ましい2電子メディエータには、
（E）-2-（3H-フェノチアジン-3-イリデンアミノ）ベンゼン-1,4-ジスルホン酸、（E）-5
-（3H-フェノチアジン-3-イリデンアミノ）イソフタル酸、アンモニウム（E）-3-（3H-フ
ェノチアジン-3-イリデンアミノ）-5-カルボキシ安息香酸、およびそれらの組み合わせが
含まれる。好ましい2電子メディエータは、フェリシアン化物（ferricyanide）よりも少
なくとも100 mV低い、好ましくは少なくとも150 mV低い、酸化還元電位を有する。
【００５７】
[0067]  印刷、液体沈着、またはインクジェット沈着などの便利な手法により、試薬層
275、285を沈着させることができる。1つの観点において、この層は印刷により沈着され
る。その他の因子が等しい場合、印刷のブレードの角度が、試薬層の厚さに、逆向きに影
響する可能性がある。例えば、ブレードが基板110に対して約82°の角度で動かされる場
合、この層は約10μmの初期厚を有することができる。同様に、基板110に対して約62°の
ブレードの角度を使用する場合、より厚い30μmの層を作成することができる。このよう
に、ブレードの角度が低いほど、より厚い試薬層を提供することができる。ブレードの角
度に加えて、試薬組成物の粘度や、ふるいサイズ（screen-size）およびエマルション組
み合わせ（emulsion combination）などのその他の因子が、試薬層275、285の結果的な厚
さに影響を及ぼす可能性がある。
【００５８】
[0068]  より薄い試薬層が好ましい場合、マイクロピペッティング、インクジェッティ
ング、または、ピン-沈着などの、印刷以外の沈着方法を使用することができる。これら
の沈着方法は一般に、1〜2μmなどの、マイクロメートルまたはマイクロメートル未満の
厚さの乾燥試薬層を与える。例えば、ピン-沈着法は、約1μmの平均初期厚の試薬層を提
供することができる。ピン-沈着の結果である試薬層の厚さは、例えば、試薬組成物中に
含まれるポリマーの量により調節することができ、ポリマー含有量が高いほどより厚い試
薬層を提供する。望ましい測定性能を維持するためおよび／または拡散バリア層（DBL）
内の分析対象物を実質的に測定するために、より薄い試薬層は、より厚い試薬層よりも短
い励起期間を必要とする可能性がある。
【００５９】
[0069]  作用電極175には、図2Aに示されるような、試薬層275と一体のものである（in
tegral）DBLか、または、異なる層290であるDBLが含まれていてもよい。つまりDBLを、導
体上の試薬／DBLの組み合わせとして、導体上の異なる層として、または、試薬層上の区
別される層として、形成することができる。作用電極175が異なるDBL 290を含む場合、試
薬層275はDBL 290上に存在してもよいし、存在しなくてもよい。かわりに、試薬層275は
、試薬をサンプル中に溶解することができるセンサストリップ100のどの部分にあっても
よい。例えば、試薬層175は、基板110にあってもまたは蓋120上にあってもよい。
【００６０】
[0070]  DBLは、測定可能な種が存在できそして赤血球を導体表面から濾過することも
できる内部容量を有する、多孔空間を提供する。DBLの孔を、測定可能な種がDBL内に拡散
することができるが、赤血球などの物理的に大きなサンプル構成成分は実質的に排除され
るように選択することができる。従来のセンサストリップは、様々な物質を用いて作用電
極の表面から赤血球を濾過してきたが、DBLは内部多孔空間を提供して、サンプルから測
定可能な種の一部分を含有させ、そして分離する。
【００６１】
[0071]  試薬層275に水溶性接着剤が含まれる場合、励起の印加に先立ってサンプルに
溶解しない接着剤の部分は、一体のDBLとして機能することができる。DBL／試薬層の組み
合わせの平均初期厚は、好ましくは、20あるいは10マイクロメートル（μm）より薄く、
そしてより好ましくは、5μmより薄い。DBL／試薬層の組み合わせの望ましい平均初期厚
は、DBLから、導体表面（図2Aの導体170の表面または表面導体270の表面など）への、測
定可能な種の拡散速度が比較的一定になったときを基準にして、特異的な励起の長さにお
いて選択されることができる。0.25秒またはそれより短い励起期間と組み合わされる場合
、DBL／試薬層の組合せは2μm、1μm、またはそれより薄い、平均初期厚を有することが
できる。
【００６２】
[0072]  異なるDBL 290は、望ましい多孔空間を提供するすべての物質を含むことがで
き、一方、サンプル中に、部分的に、またはゆっくりと溶解する。異なるDBL 290は、試
薬のない試薬接着物質を含むことができる。異なるDBL 290は、1〜15μm、また、より好
ましくは2〜5μmの平均初期厚を有してもよい。
【００６３】
[0073]  図2Bは、生体液などのサンプル中の分析対象物濃度を測定するバイオセンサシ
ステム200のスキーム図を示す。バイオセンサシステム200には、分析方法を行う測定装置
202とセンサストリップ204とが含まれる。センサストリップ204は、例えば、図1A、図1B
、および図2Aに示すような電気化学的センサストリップであってもよい。測定装置202は
、卓上装置、携帯型または手持ち型装置などとして実施することができる。測定装置202
およびセンサストリップ204は、電気化学的分析、光学的分析、これらの組合せなどを行
うことができる。バイオセンサシステム200は、生物学的サンプル中のアルコール、グル
コース、尿酸、乳酸、コレステロール、ビリルビンなどの濃度を含む分析対象物濃度を測
定することができる。具体的な構造が示されるが、バイオセンサシステム200は、追加の
構成成分を有するものを含め、その他の構造を有していてもよい。
【００６４】
[0074]  センサストリップ204は、サンプル容器208と開口部212を伴うチャネル210とを
形成する基板206を有する。図1Aを参照する場合、チャネル210は、容器208と一体である
場合がある。容器208およびチャネル210は、穴が開いた蓋により覆われていてもよい。容
器208は、部分的に囲まれた容量（キャップ-ギャップ）を規定する。容器208は、水-膨潤
性ポリマーまたは多孔性ポリマーマトリクスなどの液体サンプルを保持することを補助す
る組成物を含有していてもよい。試薬は、容器208および／またはチャネル210中に入れて
いてもよい。試薬組成物には、1またはそれ以上の酵素、結合剤、メディエータなどが含
まれていてもよい。試薬には、光学系のための化学指示薬が含まれていてもよい。センサ
ストリップ204は、その他の構造を有していてもよい。
【００６５】
[0075]  センサストリップ204はまた、サンプルインターフェース214を有していてもよ
い。電気化学的システムにおいて、サンプルインターフェース214は、少なくとも2つの電
極（例えば、作用電極とカウンタ電極）に接続された導体を有する。電極は、容器208を
形成する基板206の表面に配置されていてもよい。サンプルインターフェース214は、その
他の電極および／または導体を有していてもよい。
【００６６】
[0076]  測定装置202には、センサインターフェース218およびディスプレイ220に接続
された電気回路216が含まれる。電気回路216には、シグナル発生器224、光学温度センサ2
26、および保存媒体228に対して接続されたプロセッサ222が含まれていてもよい。電気回
路216は、追加の構成成分を伴うものなどその他の構造を有していてもよい。
【００６７】
[0077]  シグナル発生器224は、プロセッサ222に応じて、電気的入力シグナルをセンサ
インターフェース218に対して提供する。光学システムにおいて、電気的入力シグナルを
使用して、センサインターフェース218中の検出器および光源を操作しまたは調節するこ
とができる。電気化学的システムにおいて、電気的入力シグナルは、センサインターフェ
ース218によりサンプルインターフェース214へと伝達され、電気的入力シグナルを容器20
8に対してそして従ってサンプルに対して印加することができる。
【００６８】
[0078]  電気的入力シグナルは、電位であるかまたは電流であってもよく、そして例え
ば、ACシグナルがDCシグナルオフセットと共に印加される場合など、一定であっても、可
変であっても、またはそれらの組合せであってもよい。電気的入力シグナルを単回パルス
としてまたは複数回パルスで、連続的にまたはサイクル状に印加することができる。シグ
ナル発生器224もまた、発生器-記録装置としてセンサインターフェース218からの出力シ
グナルを記録することができる。
【００６９】
[0079]  保存媒体228は、磁気メモリ、光学的メモリ、または半導体メモリ、その他の
コンピュータ読み取り可能保存装置などであってもよい。保存媒体228は、固定式のメモ
リ装置またはメモリカードなどの取り外し可能メモリ装置であってもよい。
【００７０】
[0080]  プロセッサ222は、分析対象物分析およびコンピュータ読み取り可能ソフトウ
ェアコードとおよび保存媒体228に保存されたデータとを使用したデータ処理を行うこと
ができる。プロセッサ222は、センサインターフェース218でのセンサストリップ204の存
在に応じた分析対象物分析、ユーザ入力に応じたサンプルのセンサストリップ204への適
用などを開始することができる。プロセッサ222は、シグナル発生器224に指示を出して、
電気的入力シグナルをセンサインターフェース218に対してもたらすことができる。プロ
セッサ222は、そのように備わっていれば、温度センサ226からサンプル温度を受け取るこ
とができる。
【００７１】
[0081]  プロセッサ222は、センサインターフェース218から出力シグナルを受け取る。
出力シグナルは、サンプル中の分析対象物のレドックス反応に応じて生成される。出力シ
グナルは、光学的システム、電気化学的システムなどを使用して生成することができる。
プロセッサ222は、相関式を使用して、1またはそれ以上の出力シグナルからサンプル中の
分析対象物の濃度を測定することができる。分析対象物分析の結果は、ディスプレイ220
へ出力することができ、そして保存媒体228に保存することができる。
【００７２】
[0082]  分析対象物濃度および出力シグナルに関する相関式は、グラフ的に、数学的に
、それらの組合せなどで、示すことができる。相関式は、保存媒体228中に保存される、
プログラム数割り当て（program number assignment；PNA）表、その他のルックアップ表
などにより示すことができる。分析の実施に関する指示は、保存媒体228中に保存される
コンピュータ読み取り可能ソフトウェアコードにより提供することができる。このコード
は、オブジェクトコードであっても、または本明細書中に記載される機能性を記述しまた
は制御するその他のいずれかのコードであってもよい。分析対象物分析からのデータは、
減衰速度の測定、K定数の測定、傾きの測定、切片の測定、および／またはプロセッサ222
中のサンプル温度の測定を含む、1またはそれ以上のデータ処理の対象であってもよい。
【００７３】
[0083]  電気化学的システムにおいて、センサインターフェース218は、電気的または
光学的にサンプルインターフェース214と連通している。電気的な連通には、センサイン
ターフェース218中の接点とサンプルインターフェース214中の導体との間の、入力シグナ
ルおよび／または出力シグナルの伝達が含まれる。電気的な連通は、例えば、ワイヤレス
で行われてもあるいは物理的接点を介して行われてもよい。センサインターフェース218
は、電気的入力シグナルを、シグナル発生器224から、接点を介して、サンプルインター
フェース214中のコネクタへと伝達する。センサインターフェース218もまた、出力シグナ
ルを、サンプルから接点を介してプロセッサ222および／またはシグナル発生器224へと伝
達する。
【００７４】
[0084]  光学的な連通には、サンプルインターフェース202中の光学的入り口とセンサ
インターフェース208中の検出器との間の光の伝達が含まれる。光学的な連通には、サン
プルインターフェース202中の光学的入り口とセンサインターフェース208中の光源との間
の光の伝達もまた含まれる。
【００７５】
[0085]  ディスプレイ220は、アナログであってもデジタルであってもよい。ディスプ
レイ220は、LCD、LED、または数値的読み取り値を表示する様に改造された真空蛍光ディ
スプレイであってもよい。
【００７６】
[0086]  使用時には、液体を開口部212に導入することにより、分析用の液体サンプル
を容器208中へと移動させる。液体サンプルは、事前に含まれていた空気を押し出しなが
ら、チャネル210を通過して、容器208中へと流される。液体サンプルは、チャネル210お
よび／または容器208中に配置される試薬と化学的に反応する。プロセッサ222は、シグナ
ル発生器224へと向けられ、入力シグナルをセンサインターフェース218に対してもたらす
。光学的システムにおいて、センサインターフェース218 は、入力シグナルに応じて、検
出器および光源を操作する。電気化学的システムにおいては、センサインターフェース21
8が、入力シグナルをサンプルインターフェース214を介してサンプルに対してもたらす。
プロセッサ222は、サンプル中の分析対象物のレドックス反応に応じて生成される出力シ
グナルを受け取る。プロセッサ222は、1またはそれ以上の相関式を使用して、サンプルの
分析対象物濃度を測定する。測定された分析対象物濃度は、表示してもよくおよび／また
は将来的な参照のために保存してもよい。
【００７７】
[0087]  図3は、サンプル312中の分析対象物322の存在そして場合によってはその濃度
を測定するための電気化学的分析300のフローチャートを示す。310において、サンプル31
2が、図1A〜図1Bおよび図2Aにおいて示されるセンサストリップなどのセンサストリップ3
14に対して導入される。図2Aに示される275および／または285などの試薬層は、サンプル
312中に溶解され始め、その結果反応が可能になる。
【００７８】
[0088]  315において、最初のインキュベーション期間317は、入力シグナルが印加され
る前に、試薬がサンプル312と反応することを可能にする。好ましくは、インキュベーシ
ョン期間317は、0.1〜10秒間であってよく、より好ましくは0.1〜8秒間または0.5〜4秒間
であってもよい。現在は、インキュベーション期間317としては、0.1〜1秒がより好まし
い。その他のインキュベーション期間を使用することができる。
【００７９】
[0089]  インキュベーション期間317のあいだ、サンプル312中に存在する分析対象物32
2の一部は、320中でレドックス反応により化学的にまたは生化学的に酸化または還元され
、測定可能な種332を形成する。測定可能な種332は、酸化されたかまたは還元された分析
対象物322であってもよく、またはメディエータであってもよい。酸化または還元に際し
て、電子が分析対象物322へと移動されるかまたは分析対象物322から移動され、330中の
測定可能な種332へと移動されるかまたは330中の測定可能な種332から移動される。例え
ば、メディエータは還元されて、分析対象物322の酸化を介して測定可能な種332を形成す
ることができる。好ましくは、インキュベーション期間317のあいだに形成される測定可
能な種332は、インキュベーション期間317のあいだに電気化学的には励起されない。
【００８０】
[0090]  340において、測定可能な種332は、電気化学的に励起される（酸化されまたは
還元される）。この様式において、電子は、分析対象物322とセンサストリップ314の作用
電極との間を選択的に移動される。励起340は、0.1〜5秒間の期間であってもよく、また
は0.1〜1秒間の期間であってもよい。励起340を繰り返してもよい。
【００８１】
[0091]  350において、励起340のあいだに生成される電流は、時間の関数として記録す
ることができる。複数の励起340がセンサストリップ314に対して印加される場合、励起34
0から得られる1またはそれ以上の電流を、350において記録することができる。電流を、
測定装置により記録することができる。
【００８２】
[0092]  360において、サンプルは緩和を受ける。好ましくは、電流を緩和360のあいだ
は記録しない。複数の励起を印加する場合、緩和360は、励起340のそれぞれの後に行うこ
とができる。緩和360のあいだ、励起340のあいだに存在する電流は、少なくとも半分まで
、好ましくは一桁まで、そしてより好ましくはゼロまで、実質的に減少させる。好ましく
は、ゼロ電流状態が、開回路によりもたらされるか、または実質的にゼロ電流をもたらす
ことが当業者に知られているその他の方法によりもたらされる。測定装置は、センサスト
リップ314を介して回路を開放して、開回路を提供することができる。ゼロ電流状態がも
たらされる場合、緩和360は、断続的なインキュベーション期間と考えることができる。
【００８３】
[0093]  緩和360は、少なくとも0.1秒間の期間または少なくとも0.5秒間の期間であっ
てもよい。緩和360は、0.1〜3秒間の期間、0.2〜2秒間の期間、または0.5〜1秒間の期間
であってもよい。その他の緩和期間を使用することができる。
【００８４】
[0094]  370において、1またはそれ以上の記録された350からの電流値および時間値を
解析して、サンプル312中の分析対象物322の存在および／または濃度を測定することがで
きる。好ましくは、分析対象物濃度は、最初に印加される励起の開始から2秒間または1秒
間以内に行われる電流測定から決定される。より好ましくは、複数の短い励起を最初に印
加される入力シグナルから2秒間以内、1秒間以内、またはそれ未満に行われる電流測定と
組み合わせて、サンプルの分析対象物濃度を測定する。記録された電流値および時間値を
、1またはそれ以上の相関式を使用して、サンプル312中の分析対象物322の濃度と相関さ
せることができる。
【００８５】
[0095]  励起340および緩和360は、一回の負荷サイクルを構成する。好ましくは、セン
サストリップ314に対して印加される入力シグナルには、独立して選択される3秒、5秒、7
秒、または9秒の期間内に印加される、少なくとも2回、4回、または6回の負荷サイクルが
含まれる。従って、入力シグナルの最初の印加から、電気化学的分析300の励起340および
緩和360の部分のために必要とされる全体の時間は、最大でも3秒間、最大でも5秒間、最
大でも7秒間、または最大でも9秒間であってもよい。負荷サイクルは、1〜3秒の期間のあ
いだ印加することができる。2〜6回の負荷サイクルを8秒間以内の間に印加することがで
きる。2〜4回の負荷サイクルを3〜6秒間以内に印加することができる。その他の期間を使
用することができる。
【００８６】
[0096]  連続的なモニタリングのため、移植されたセンサまたは部分的に移植されたセ
ンサと共に使用する場合と同様に、負荷サイクルを連続的に繰り返すことができる。シス
テムを操作するために必要とされるエネルギーを減少させることができ、そしてそのシス
テムの耐用年数を緩和を含まない方法に関して延長することができる。さらに、複数の負
荷サイクルの印加を、より長い期間（例えば5分またはそれ以上）の間隔を開けて行うこ
とができる。
【００８７】
[0097]  電流測定センサ系は電位（電圧）を電極に印加し、測定可能な種を励起させて
、その間に電流（電流量）をモニターする。従来型の電流測定センサ系は、例えば5秒か
ら10秒の電流を測定している間、励起電位を維持することができる。従来の方法と対照的
に、電気化学的分析300において使用される入力シグナルは、連続的で長期間の励起を、
複数回の短期間の励起および緩和に置き換えることができる。複数回の励起および緩和、
または“ゲート（gated）”パルスシーケンスの、より詳細な説明は、“Gated Amperomet
ry”と題された、2006年7月19日に出願されたPCT/US2007/013915に見い出すことができる
。
【００８８】
[0098]  本発明の短い最初のインキュベーション時間および／またはゲート入力シグナ
ルを使用する場合、一過性のまたは非-Cottrell電流減衰が結果として得られる可能性が
ある。サンプル312中の分析対象物322の濃度を測定するために、-0.5のCottrell減衰定数
に依存しないことにより、8秒間以内、4秒間以内、またはより好ましくは3秒間以内の過
渡減衰を使用して、電気化学的分析300を完了させることができる。電気化学的分析300は
、2秒間以内に完了させることができる。電気化学的分析300は、約0.5〜約3秒間で完了さ
せることができる。過渡減衰を使用する電気化学的分析300は、その他の期間を使用して
完了させることができる。
【００８９】
[0099]  図4Aは、下部電極表面402および上部蓋403により境界を作られるサンプル容器
400を示す。試薬層の事実上の上部境界405もまた、示される。従って、電極表面402と事
実上の上部境界405との間の面積は、試薬層により含有されるサンプルを示す。同様に、
事実上の上部境界405と上部蓋403との間の面積は、試薬層上のサンプルを示す。x-軸は、
電極表面からの距離を示し、一方y-軸は、分析対象物のレドックス反応から生成される測
定可能な種のサンプル濃度を示す。この図は、容器400の残留部分内のDBLと液体サンプル
との間を分割する分析対象物の作用を排除する。
【００９０】
[00100]  濃度プロファイル410は、サンプルをストリップに対して導入した直後に見ら
れる可能性があるものを示すが、一方濃度プロファイル420は相対的に長いインキュベー
ション期間の後に見られる可能性があるものを示す。濃度プロファイル410は一過性 条件
を示し、一方濃度プロファイル420はCottrell条件を示す。複数の一過性状態は、一過性
濃度プロファイル410およびCottrell濃度プロファイル420のあいだに存在する可能性があ
る。
【００９１】
[00101]  図4Bは、入力シグナルが電極に印加される前にインキュベーション時間t1〜t
5が経過する場合に、異なる濃度プロファイルが形成されることを示す。15〜30秒のイン
キュベーション期間を示すt5での濃度プロファイルは、サンプルを通じた測定可能な種の
実質的に一定の濃度分布を示し、それが-0.5の減衰定数を有するCottrell減衰をもたらす
。従って、t5線下面積および関連する測定可能な種の濃度は、電極表面402から相対的に
大きな距離離れるまで、実質的に変化しない。
【００９２】
[00102]  t5線とは対照的に、t4線は、1〜12秒間のインキュベーション期間およびサン
プル中の測定可能な種の様々な濃度分布を有する。t4線は、-0.30（1秒）〜-0.48（12秒
間）のよりゆっくりとした過渡減衰定数を有する。従って、t4線下面積およびそれを裏付
ける測定可能な種の濃度は、電極表面402から容器400の上部蓋403への実質的な変化を受
ける〜すなわち、可変である。
【００９３】
[00103]  インキュベーション期間がさらに、t3では0.4〜1秒にまで減少され、またはt
2では0.1〜0.3秒まで減少されるため、過渡減衰定数は、それぞれ、t3については-0.25〜
-0.3の範囲であり、そしてt2については-0.15〜-0.25の範囲であってもよい。0.01〜0.1
秒のインキュベーション期間を示すt1減衰は、-0.15またはそれ未満の過渡減衰定数を有
していてもよい。インキュベーション期間がt4からt1まで減少されるため、線下面積そし
て電極表面402と容器400の上部蓋403との間の関連する測定可能な種の濃度は、益々可変
になる。
【００９４】
[00104]  電極表面402で、容器400の他の部分よりも、測定可能な種が低い濃度を有す
る場合（t1からt4までの図4Bの可変の濃度分布プロファイルで示される場合など）、電流
減衰の速度は、Cottrell減衰に必要とされる-0.5の減衰定数よりもゆっくりとしていても
よい。このよりゆっくりとした減衰は、測定可能な種がサンプル容器400全体に均等に分
散された場合よりも、高い濃度の測定可能な種が電極表面402から遠ざかり電極表面によ
り迅速に到達することに起因する可能性がある。同様に、より早い減衰速度は、高い濃度
の測定可能な種のよりサンプル容器400の他の部分よりも電極表面402において存在する場
合に、得ることができる。
【００９５】
[00105]  図4Cは、容器400中の測定可能な種の濃度と電流減衰定数との間の関係を示す
。測定可能な種の濃度プロファイル430および440は、それぞれ、-0.5のCottrell減衰定数
と対応する420と比較して、よりゆっくりとした減衰速度およびより速い減衰速度を有す
る。-0.5のCottrell減衰定数未満の減衰定数（例えば、-0.3）を有する濃度プロファイル
430に関して、電流減衰速度は、Cottrellシステムに関して得られた速度よりもゆっくり
である。同様に、-0.5のCottrell減衰定数よりも大きな減衰定数（例えば、-0.7）を有す
る濃度プロファイル440に関して、電流減衰速度は、Cottrellシステムに関して得られた
速度よりも速い。従って、420により示される-0.5のCottrell減衰定数と比較して、過渡
減衰定数430、440は、容器400中での測定可能な種の可変の濃度分布を反映する。
【００９６】
[00106]  長いインキュベーション期間を使用してCottrell減衰を生成する場合、測定
励起のあいだに産生される測定可能な種の量は、それ以前のインキュベーション期間のあ
いだに産生される測定可能な種の量と比較して少ない。従って、入力シグナルの印加前に
、分析対象物が測定可能な種へと完全に酸化還元変換されることを示す濃度プロファイル
420とは異なり、濃度プロファイル430、440は、不完全な変換を示す。さらに、対流また
はその他の経路を介した測定可能な種の電極への拡散速度のいずれかの変化もまた、イン
キュベーション期間のあいだに生成される測定可能な種の量に関して小さい。従って、長
いインキュベーション期間は、-0.5のCottrell減衰定数を変化させる可能性がある効果を
実質的に無視する。 
【００９７】
[00107]  対照的に、短いインキュベーション期間（例えば、12秒間、10秒間、および
それよりも短い期間）を使用する場合、測定励起のあいだに生成される測定可能な種の量
および拡散以外のプロセスに由来する拡散速度のいずれかの変化は、-0.5のCottrell値よ
りも遅い実際の減衰速度をもたらす可能性がある。この減衰プロセスは、以下の正規化電
流式、式（2）により記述することができる：
【００９８】
【数２】
0005608255.tif 000003
【００９９】
式中、aは、インキュベーション期間中に形成される測定可能な種由来の減衰定数の部分
であり、bは、測定励起のあいだに形成される測定可能な種由来の減衰定数の部分であり
、そしてcは、サンプル容器中の測定可能な種の濃度分布の分散から生じる減衰定数の部
分である。bおよびcのマイナス値は、測定された測定可能な種の濃度の増加の結果であり
、一方bおよびcのプラス値は、測定された測定可能な種の濃度の減少の結果である。従っ
て、aまたはbのいずれかがゼロではない場合、a減衰値からの偏差が生じる。Cottrell減
衰が aについて-0.5値によりもたらされる場合、bまたはcからの顕著な寄与により、過渡
減衰定数がもたらされる。式（2）のもと、期間aは、濃度プロファイル420から得られた
減衰定数を調節し、一方期間bは、濃度プロファイル430および440から得られた減衰定数
に実質的に寄与し、そして分析対象物の酸化還元変換が完了する前に入力シグナルが印加
される。
【０１００】
[00108]  式（2）は、システムの減衰定数が、これらの裏付けとなる因子が測定の際の
電流減衰に影響を与えることに応じて、時間の経過と共に変化することができることを示
す。例えば、より長いインキュベーション期間は、bを減少させる一方でaを増加させる。
というのも、インキュベーション期間の間に測定可能な種へと変換された分析対象物が多
くなればなるほど、励起の間に測定可能な種へと変換されるためのサンプルに残る分析対
象物はより少なくなるためである。
【０１０１】
[00109]  分析対象物の測定可能な種への酸化還元変換は、水和した試薬層中で生じる
。より厚い試薬層は水和のためにより長い時間が必要であるため、入力シグナルが試薬層
が水和される前に印加される場合に、より厚い試薬層は、aの期間と比較してbの期間の増
加をもたらす。Cottrell減衰は、測定励起のあいだ（式（2）のbの期間）に形成される測
定可能な種の減衰定数の寄与のため、試薬層が水和される前には得られない。このことは
、'069特許の第4欄、58〜59行において認識されており、試薬の不完全な湿潤化の結果、
このシステムがCottrell曲線減衰を生じることができず、不正確な分析対象物濃度値が得
られるという結果を生じることを開示する。従って、過渡減衰定数は、相対的に短い最初
のインキュベーション期間の結果として部分的に水和した試薬層から得ることができる。
【０１０２】
[00110]  測定可能な種の実質的に一定の濃度分布を含むセンサストリップ容器は、cに
起因する減衰定数に対するいずれかの作用を低下させることができる。励起期間がサンプ
ル容量に対して非常に長い場合、cの期間もまた減衰定数に影響を与える可能性があり、
結果として、電極の表面からの距離が大きくなればなるほど、測定可能な種の濃度が迅速
に減少する。短い励起を使用しまたは複数の短い励起を1または複数の緩和と組み合わせ
て使用することにより、cの期間の減衰定数に対する影響を減少させることを補助するこ
とができる。
[00111]  例えば、'069特許は、160秒の最初のインキュベーション期間を50μLのサン
プル容器と組み合わせる場合に、-0.5のCottrell減衰定数をもたらすシステムを記載する
。このシステムに関して、インキュベーション期間が十分に短くされた場合、式（2）のb
の期間は増加され、従って非-Cottrell減衰が提供される。同様に、容器容量が十分に減
少された場合、非-Cottrell減衰が式（2）のcの期間の増加を結果として生じる。
【０１０３】
[00112]  図5は、約3.5μLの容器容量および約250μmの電極から蓋までの距離を有する
センサストリップから、インキュベーション期間を変化させることにより、50、100、200
、または400 mg/dLのグルコースを含有する全血サンプルについて得られた減衰定数を示
す。減衰の速度は、インキュベーション時間が増加すると共に増加した；しかしながら、
-0.5のCottrell減衰定数は、6秒のインキュベーション期間以内には得られなかった。従
って、このシステムは、これらの状況の下では、過渡減衰をもたらした。
【０１０４】
[00113]  以下の表Iは、図5の1〜6秒のインキュベーション期間のあいだの減衰定数を
提供し、そして10秒および15秒のインキュベーション期間のあいだの予想される定数を提
供する。予想される減衰定数もまた、延長される20秒のインキュベーション期間のあいだ
提供される。
【０１０５】
【表１】
0005608255.tif 000004
【０１０６】
[00114]  それぞれの事例において、入力シグナルには、4秒の最初の励起、次に可変期
間の開回路型の断続的なインキュベーション期間、そして1秒の測定励起が含まれ、測定
励起の間に電流を記録した。このセンサシステムは、1〜6秒のインキュベーション期間の
いずれかの間にCottrell減衰条件を達成しなかった。このセンサシステムは、50 mg/dLの
低グルコース濃度であっても、12秒以内にCottrell減衰条件を達成すると予測されなかっ
た。好ましい過渡減衰定数は、-0.001〜-0.48および-0.52〜-1である。より好ましい過渡
減衰定数は、最大でも-0.45、最大でも0.35、および最大でも-0.3である。その他の過渡
減衰定数を使用してもよい。
【０１０７】
[00115]  図6A〜図6Cは、それぞれが異なる反応層平均初期厚を有する3つのセンサスト
リップから得られた、0.125秒間、0.5秒間、1秒間、2秒間、4秒間、および6秒間の最初の
インキュベーション期間での電流プロファイルをプロットする。各ストリップのサンプル
容器は約1μLであった。図6Aのプロットは、約15μm〜約20μmの（“厚い”）平均初期厚
を有する反応層を有する複数のセンサストリップから得られた。図6Bのプロットおよび図
6Cのプロットは、10μm〜15μmの（“中間”の）平均初期厚を有する反応層を有する複数
のセンサストリップおよび1μm〜2μmの（“薄い”）平均初期厚を有する反応層を有する
複数のセンサストリップからそれぞれ得られた。その他の厚さを使用してもよい。
【０１０８】
[00116]  この図は、インキュベーション時間、試薬層の厚さ、そして層水和の関連す
る速度の関係を示す。より厚い試薬層は、試薬層を水和するためにより長い時間を必要と
し、そして試薬層を水和するために必要とされる時間が長くなればなるほど、電流減衰が
連続的減少の時点に到達する前の時間が長くなる。減少する過渡減衰から得られる電流値
は、サンプルの分析対象物濃度と相関させることが好ましい。
【０１０９】
[00117]  図6Aの厚い層をなすストリップに関して、連続的に減少する電流減衰は、約4
秒間またはそれ以上の長さのインキュベーション期間の後に得られた。しかしながら、約
2秒間およびそれ未満の長さのインキュベーション期間のあいだ、連続的に減少する電流
減衰は、約2秒またはそれ以上の長さの入力シグナルが印加されるまで、厚い層をなすス
トリップに関して得られなかった。
【０１１０】
[00118]  図6Bのセンサストリップの中間厚の試薬層に関して、連続的に減少する電流
減衰が、約2秒間またはそれ以上の長さのインキュベーション期間の後に得られた。約1秒
およびそれ未満の長さのインキュベーション期間に関して、約2秒またはそれ以上の長さ
の入力シグナルにより連続的に減少する電流減衰がもたらされた。
【０１１１】
[00119]  図6Cのセンサストリップの薄い試薬層に関して、連続的に減少する電流減衰
は、約1秒またはそれ以上の長さのインキュベーション期間の後に得られた。約0.5秒およ
びそれ未満のインキュベーション期間に関して、約1秒またはそれ以上の長さの入力シグ
ナルにより、連続的に減少する電流減衰がもたらされた。従って、より薄い試薬層は、よ
り短いインキュベーション期間と組み合わされて、より短い全分析時間をもたらす。その
一方、より厚い試薬層は、より長い期間のインキュベーション期間および／または入力シ
グナルを必要とする可能性がある。
【０１１２】
[00120]  図7A〜図7Bは、40％のヘマトクリットを有し、100または300 mg/dLのグルコ
ースを含む全血サンプルについて、6秒の最初のインキュベーション期間の後に得られた
、電流vs.時間の自然対数をプロットする。サンプル容器容量および試薬層の平均初期厚
は、上記の図6A〜図6Cと同様であった。プロットは、10秒の励起の最初の5秒間のあいだ
に得られた電流値から生成され、式（2）のaの期間は、減衰定数を左右する。観察された
減衰定数のそれぞれ〜ln（電流、nA）vs. ln（時間、sec）プロットの傾き〜は、-0.5のC
ottrell減衰定数とは異なり、約-0.35〜約-0.45の範囲の過渡減衰定数を有する。従って
、6秒間の最長の最初のインキュベーション期間であっても、Cottrell減衰は観察されな
い。
【０１１３】
[00121]  図8A〜図8Cは、0.25秒の最初のインキュベーション期間、その後0.5秒の励起
および0.25秒の緩和を含むゲート入力シグナルを行って、0.75秒の負荷サイクル期間をも
たらすことによる電流減衰プロファイルである。約1μLのサンプル容器容量を有する中間
厚の試薬層センサストリップおよび薄い試薬層センサストリップを両方とも使用して、40
％のヘマトクリットを有し、50、100、または400 mg/dLのグルコースを含む全血サンプル
を解析した。50 mg/dLのサンプル中の分析対象物濃度と相関する可能性がある連続的に減
少する電流減衰は、薄い試薬層に関して0.75秒以内に、すなわち最初の励起の間に、得ら
れた。より厚い中間厚の試薬層に関して、連続的に減少する電流減衰が3秒間以内に、す
なわち3回目の励起のあいだに、得られた。
【０１１４】
[00122]  図8Dは、図8A〜図8Cに示される様な薄い試薬層のセンサストリップから得ら
れる、最初の3回の励起の終点電流（p1、 p2、p3）をプロッティングすることにより得ら
れる較正プロットである。この図は、本発明に従って非常に短い0.25秒のインキュベーシ
ョン期間の後に得られる電流値が、全血サンプルの実際の血漿グルコース濃度と正確に相
関する（R2=0.999）可能性があることを示す。
【０１１５】
[00123]  図8Eは、図8A〜図8Cに示される様な中間厚の試薬層を有するセンサストリッ
プから得られる、励起4、5、および6の終点電流（p4、p5、p6）をプロッティングするこ
とにより得られる較正プロットである。この図は、本発明に従って非常に短い0.25秒の最
初のインキュベーション期間および0.5秒の励起および0.25秒の緩和を含む複数の負荷サ
イクルの後に得られる電流値が、全血サンプルの実際の血漿グルコース濃度と正確に相関
する（R2=0.99）可能性があることを示す。
【０１１６】
[00124]  本件出願の明細書および請求の範囲の明確で一貫した理解をもたらすために
、以下の定義が提供される。
【０１１７】
[0125]  “サンプル”は、未知量の分析対象物を含むことができる組成物である。サン
プルは、全血液、尿、唾液などの水性のもの、または抽出物、希釈物、濾過物、または再
構成沈殿物などの派生物であってもよい。
【０１１８】
[00126]  “インキュベーション期間”は、励起が印加される前の（例えば、最初の励
起が印加される前の）試薬とサンプルが反応する時間の長さおよび／または入力シグナル
に複数の励起が含まれる場合の励起間の時間の長さである。
【０１１９】
[00127]  “測定可能な種”は、電極表面において適切な電位の下、酸化または還元さ
れることができる、すべての電気化学的に活性である種である。
【０１２０】
[00128]  “酸化還元酵素”は、分析対象物または生物学的物質の酸化または還元を促
進する。例えば、Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology, Revised
Edition, A.D. Smith, Ed., New York: Oxford University Press (1997) pp. 161, 476
, 477, and 560を参照。
【０１２１】
[00129]  本発明の様々な態様が記述されたが、当業者においては、その他の態様およ
び実施が本発明の範囲内で可能であることは明らかだろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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