(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体液中のグルコース濃度を、微分パルスボルタンメトリーを用いて分析することを含んでいる方法であって、
前記分析することが、
拡散限界電流となるピークより下方にある電圧窓内で、前記体液に電圧パルスの印加をすること、および
前記電圧窓内の前記電圧パルスに対する応答だけに基づいて、前記グルコース濃度の決定をすること
を含んでいる方法。
【請求項２】
バイオセンサ（３２）内に受け取られた体液中のグルコース濃度を分析することをさらに含んでおり、前記バイオセンサ（３２）が、少なくとも作用電極を覆っている試薬を含み、
前記分析することが、
前記印加をする工程において、拡散層を前記作用電極の前記試薬内に留めるほど短く高周波の電圧パルスを、前記バイオセンサ（３２）の中の前記体液に印加をすること、ここで、前記電圧パルスの電圧は徐々に増やされる、
および
前記決定によるグルコース濃度の結果を出力すること
を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
体液中のグルコース濃度を、計量器（３４）を用いて分析することをさらに含んでおり、
前記分析することが、
前記印加をする工程において、前記計量器（３４）を用いて、拡散限界電流となるピークより下方にある制限された電圧窓内で、前記体液に電圧パルスの印加をすること、ここで、前記電圧パルスは、拡散層を作用電極の試薬内に留めるほど短い、
前記決定をする工程において、前記計量器（３４）を用いて、制限された前記電圧窓内の前記電圧パルスに対する応答だけに基づいて、前記グルコース濃度の決定をすること、および
前記決定による前記グルコース濃度を、前記計量器（３４）を用いて出力すること
を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記電圧窓が、−０．０５〜０Ｖである請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記電圧窓が、３００ｍＶを超えない請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記電圧窓が、単一の示度である請求項１または２記載の方法。
【請求項７】
前記電圧窓が、０．０５〜０．２５Ｖである請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記印加の間、前記電圧パルスが、２５ｍｓｅｃのパルスの長さ、２５ｍｓｅｃのパルスの間隔、５０ｍＶのパルス電圧、および４ｍＶの電圧ステップを持つ請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記印加の間、前記電圧パルスが、５０ｍｓｅｃのパルスの間隔を持つ請求項１または２記載の方法。
【請求項１０】
前記印加の間、前記電圧パルスが、５０ｍｓｅｃのパルスの長さを持つ請求項９記載の方法。
【請求項１１】
計量器（３４）が、前記グルコース濃度の結果を出力することを行い、
前記印加の前に、前記バイオセンサ（３２）への前記体液の添加を、前記計量器（３４）を用いて検出することをさらに含んでおり、
前記体液の添加を検出することから、前記グルコース濃度の結果を出力することまでの経過時間が、５秒を超えない請求項２記載の方法。
【請求項１２】
前記印加の前に、前記バイオセンサ（３２）への前記体液の添加を検出すること、および
前記印加の前に、前記体液を２秒間培養すること
をさらに含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項１３】
培養期間が存在しない請求項２記載の方法。
【請求項１４】
前記決定をすることが、それぞれの電圧パルスの終わりの部分での電流とそれぞれの電圧パルスの直前での電流との差を測定することを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項１５】
前記決定をすることが、多くの較正パラメータに基づいて前記応答を調整することを含んでいる請求項２または３記載の方法。
【請求項１６】
前記印加の前に、バイオセンサ（３２）への前記体液の添加を検出することと、
計量器（３４）を用いて、前記決定によるグルコース濃度の結果を出力すること
とをさらに含んでおり、
前記体液の添加を検出することから、前記グルコース濃度の結果を出力することまでの経過時間が、５秒を超えない請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記印加の前に、バイオセンサへの前記体液の添加を検出することをさらに含む方法であって、
前記体液の添加を検出することから、前記計量器を用いて前記検体の濃度を出力することまでの経過時間が、５秒を超えない請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
近年、患者が様々な健康状態を自己監視する傾向がある。例えば、糖尿病患者は一日に何度も血中グルコースレベルをモニタするのが慣例である。その性質のために、グルコースのモニタリングは、報告されるグルコースの値の高度な正確性と、試料中に含まれる他の物質による干渉がほとんどないことが要求される。他の種類の体液検査も同様の特徴を要求する。
【背景技術】
【０００２】
血液または間質液中のグルコースレベルを測定する最も一般的な技術は、電気化学的技術を利用する。グルコースの電気化学的検出は、通常、検体の濃度に比例する電気信号または特性の測定に基づく。信号は、電極表面上またはその直近での、直接的または間接的な酸化還元反応に基づいて生み出される。いくつかの従来の電気化学的技術には、電流滴定、電量分析、および／またはインピーダンス測定が含まれる。しかしながら、これらの技術に関してはいくつかの欠点がある。測定される信号の拡散律速性により、電流滴定の測定技術は、通常、長い測定時間を要し、また変動するヘマトクリットレベルの干渉を受ける傾向にある。インピーダンス測定技術の利用はこれらの問題に対処できるが、インピーダンス技術は、通常、複雑で高価な装置を必要とする。家庭およびその他の医療エリアにおける診断検査環境においては、装置のコストが常に懸念となる。
【０００３】
ゆえに、この分野における改良に対するニーズがある。
【発明の概要】
【０００４】
１つの態様は、体液中のグルコース濃度を測定する方法に関する。バイオセンサ中の体液は、微分パルスボルタンメトリーを通して分析され、またバイオセンサは、作用電極を覆っている試薬を少なくとも含んでいる。計量器は、拡散層を作用電極の試薬内に留めるほどに、短く、高周波の電圧パルスをバイオセンサ中の体液に加え、パルスの電圧は徐々に増やされる。計量器は、拡散限界電流となるピークより下方にある電圧窓内のパルスに対する応答に基づいて、体液のグルコース濃度を決定し、また計量器は、グルコース濃度の結果を出力する。
【０００５】
別の態様は、体液中のグルコース濃度が微分パルスボルタンメトリーを通して分析される方法に関する。１つまたは２つ以上のパルスが、拡散限界電流となるピークより下方にある電圧窓内で、体液に加えられる。グルコース濃度は、この電圧窓内のパルスに対する応答に基づいて決定される。
【０００６】
さらなる１つの態様は、例えば全血、血清、血漿、尿などの体液における検体の濃度が、１つまたは２つ以上の電圧パルスを、拡散限界電流となるピークより下方にある制限された電圧窓内で、体液に印加することによって分析される方法に関する。電圧パルスは、拡散層を作用電極の試薬内に留めるほど短い。検体の濃度は、制限された電圧窓内のパルスに対する応答に基づいて決定される。可能な検体には、当業者に良く知られた、グルコース、コレステロール、トリグリセリド、乳酸塩などが含まれる。
【０００７】
本発明のさらなる形式、目的、特徴、見地、利益、利点および実施形態は、ここに備えられた詳細な説明および図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ここに記載された微分パルスボルタンメトリー技術を用いることができる、一実施形態による血中グルコース監視システムの概略図である。
【図２】記載された微分パルスボルタンメトリー技術にしたがって体液試料に印加され得る電圧信号の一例を示す。
【図３】時間に伴う信号の進展を示している他の微分パルスボルタンメトリー波形の一例を示す。
【図４】６６ｍｇ／ｄｌ、９７ｍｇ／ｄｌ、２２０ｍｇ／ｄｌ、４０３ｍｇ／ｄｌ、６４８ｍｇ／ｄｌ、および７０９ｍｇ／ｄｌのグルコースを含んでいる対照溶液の、電位がＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極との比較で伝えられる微分パルスボルタモグラムである。
【図５Ａ】２０ｍｇ／ｄｌの目標グルコース濃度および２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルを含んでいる血液の、電位がＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極との比較である微分パルスボルタモグラムである。
【図５Ｂ】５０ｍｇ／ｄｌの目標グルコース濃度および２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルを含んでいる血液の、電位がＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極との比較である微分パルスボルタモグラムである。
【図５Ｃ】１００ｍｇ／ｄｌの目標グルコース濃度および２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルを含んでいる血液の、電位がＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極との比較である微分パルスボルタモグラムである。
【図５Ｄ】２５０ｍｇ／ｄｌの目標グルコース濃度および２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルを含んでいる血液の、電位がＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極との比較である微分パルスボルタモグラムである。
【図５Ｅ】５００ｍｇ／ｄｌの目標グルコース濃度および２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルを含んでいる血液の、電位がＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極との比較である微分パルスボルタモグラムである。
【図６Ａ】−０．０５Ｖで、同一の溶液を用いて３電極モードで行われた１０回の測定の平均値で、グルコース濃度の関数として電流を示しているグラフである。
【図６Ｂ】０．０Ｖで、同一の溶液を用いて３電極モードで行われた１０回の測定の平均値で、グルコース濃度の関数として電流を示しているグラフである。
【図７Ａ】０．１Ｖで、同一の溶液を用いて２電極モードで行われた１０回の測定の平均値で、グルコース濃度の関数として電流を示しているグラフである。
【図７Ｂ】０．２Ｖで、同一の溶液を用いて２電極モードで行われた１０回の測定の平均値で、グルコース濃度の関数として電流を示しているグラフである。
【図８Ａ】パルスの前の長さが０．０５秒に倍増され２電極モードで行われた実験について、グルコース濃度の関数として０．１５Ｖでの電流を示しているグラフである。
【図８Ｂ】パルスの前の長さおよびパルスの長さが０．０５秒に倍増され２電極モードで行われた実験について、グルコース濃度の関数として０．１５Ｖでの電流を示しているグラフである。
【図８Ｃ】２電極モードで行われた実験について、グルコース濃度の関数として、より短い電位範囲（０．０５〜０．２５Ｖ）での電流を示しているグラフである。
【図９】２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルで、実際のグルコース濃度と対比させて、３つの較正パラメータを用いて予測されたグルコース濃度を比較しているグラフである。
【図１０】２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルで、実際のグルコース濃度と対比させて、１５の較正パラメータを用いて予測されたグルコース濃度を比較しているグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の原理の理解を促す目的で、ここから図面に示される実施形態を参照し、また同じものを説明するために特有の用語を用いる。しかしながら、それによって発明の範囲の限定が意図されていないことが理解される。記載された実施形態における、あらゆる改造およびさらなる変更、ならびにここに記載された発明の原理のさらなる応用は、本発明が関連する技術の当業者が通常想到するものと考えられる。発明の一実施形態が極めて詳細に示されるが、本発明に関連しないいくつかの特徴が明瞭さのために示され得ないことが、関連する技術のそれら当業者には明らかである。
【００１０】
ここに記載された体液分析技術およびシステムは、検体濃度を迅速に検出する際のヘマトクリットの干渉の問題に対処する。これは、拡散層を作用電極の試薬内に留めるほどに短く高周波の電圧パルスが印加され、また、ピークの拡散限界電流を作り出す電圧より下方にある制限された電圧窓（または範囲）内でパルスが連続して増やされる、パルス化されたボルタンメトリー技術を用いることによってこの問題に対処する。ピークの拡散限界電流未満の値は、その後、グルコース濃度を決定するために用いられる。この技術を用いて、グルコース濃度は比較的迅速に（例えば、５秒以内に）測定されることができ、通常、分析されている液体のヘマトクリットレベルと関係しない。確かではないが、比較的短いパルスは、観測される電流が試薬層内で拡散された検体によって生み出されるように、拡散層が試薬層内に留まることを確実にする、という学説が立てられている。その結果、赤血球からの干渉が少ない。
【００１１】
この技術は、２電極または３電極（または４電極以上）の電気化学型のテストストリップを用いてグルコース濃度を分析するために使用され得る。電極配置によって、電位窓は変化し得る。低電位で直流（ＤＣ）励起のみを使用することにより、計量器内の、電子およびその他のシステムを単純化でき、また短い測定時間が達成され得る。例えば、検査は滴下検出の５秒以内（または未満）に完了され得る。さらに、印加される低い電位は、電流応答への一般的な干渉の寄与を排除できるので、より正確な結果をもたらす。
【００１２】
ここに記載されたような微分パルスボルタンメトリー（ＤＰＶ）技術を用いて、検体のレベルを測定するように構成されたグルコース監視システム３０の一例が、図１に示されている。システム３０は、記載された実施例では、テストストリップであるバイオセンサ３２と、計量器３４とを含んでいる。図示されるように、テストストリップ３２は計量器３４に取り付けられ、分析の結果は出力装置３６上に提供される。バイオセンサおよび計量器は、この技術において公知であり、簡潔さのために、これらは以下に詳細には論じられない。前述のように、使用される血液試料が様々なヘマトクリットの程度を持ち、従来の電気化学分析技術を用いて迅速かつ安価に流体試料を分析することには、いくつかの困難があった。発明者らは、検体の濃度を迅速に検出する際の、ヘマトクリットの干渉の問題に対処する独特の技術およびシステムを発見した。特に、短い高周波の電圧パルスが、拡散限界電流となるピークより下方にある制限された電圧窓または範囲内で印加されるＤＰＶ技術が使用される。結果の応答信号は、その後、グルコースレベルのような検体の濃度を決定するために使用される。この技術を用いることにより、グルコース濃度は、少しのヘマトクリットの干渉で、比較的迅速に測定されることができ、また計量器３４内の電子部品は比較的安価になり得る。
【００１３】
図２は、例えば図１のグルコース監視システム３０を用いて液体試料を分析するために使用される、印加電位の波形の一例を示しているグラフ４０である。グラフ４０は、分析中に計量器３４によってテストストリップ３２に加えられる電位の波形を示している。１つの例においては、血液のようなグルコースを含んでいる溶液がテストストリップに付けられ、その溶液が電極および試薬を含んでいる電気化学領域内に毛細管を通して拡がった後に、図１に図示されるような波形の電位が印加される。図１に見られるように、体液が最初にテストストリップ３２に付けられると、酵素反応が生じるために充分な時間を与える平静な時間または培養期間が存在する。図示された例において、培養期間は約３秒であるが、他の例において、培養期間は、より長く、または、より短くてもよい。例えば、２秒の培養期間を含んでいてもよいし、培養期間が全くなくてもよい。
【００１４】
培養期間の後、計量器３４は、電位を常に増大させながら一連のパルスを加える。１つの例においては、５０ミリボルト（ｍＶ）のパルスが２５ミリ秒（ｍｓｅｃ）の間印加され、２５ｍｓｅｃごとに繰り返される。この例では、パルスのベースラインが、パルスごとに４ｍＶの増分によって増大する。１つの特定の例においては、パルスが、階段形状の波形に重ね合わされる対称な波の形状であり、対称な波の周期は階段波の時間ステップと同一である。
【００１５】
他の種類の波形が、体液を分析するために使用され得る。例えば、図３のグラフ４２は、５０ｍＶのパルスが加えられ、−１００ｍＶ〜３００ｍＶの電位窓内で４ｍＶの増分で増大する波形の一例を示している。
【００１６】
分析中、計量器３４は、パルスの終わりの部分における電流と、パルスが加えられる直前の電流との差として、システムの応答を測定する。言い換えれば、指示している電流は、正のパルスの終わりの部分でサンプリングされた電流との差である。図４は、この技術を使っている、様々なグルコース濃度の対照溶液の微分ボルタモグラムを示しているグラフ４４である。特に、図４のグラフ４４は、６６ｍｇ／ｄｌ、９７ｍｇ／ｄｌ、２２０ｍｇ／ｄｌ、４０３ｍｇ／ｄｌ、６４８ｍｇ／ｄｌ、および７０９ｍｇ／ｄｌのグルコース濃度の対照溶液についてのボルタモグラムを示している。電位窓は４００ｍＶで、検査の期間は５秒間続いた。試薬の化学作用の一例では、血液中のグルコースはグルコノラクトンに変換され、また同時に、この反応によって生成された電子がメディエータの還元に加わる。正の電位を次第に大きくして加えることによって、メディエータ還元型の酸化が引き起こされる。より正の値の電位のパルスを発生させることにより、電流の増加は、試料中のグルコースにそれぞれ変換される還元されたメディエータの量に比例する。電流は、メディエータの酸化／還元対の標準酸化還元電位に近い電位でピークに達し、電気活性種の電極への拡散速度が酸化還元反応速度よりも低いとき、電流の低下が後に続く。この拡散律速の効果は、図４に示される曲線のピークにおいて見られ、ピークの相対的な高さは、通常、グルコース濃度の増加に伴って高くなる。
【００１７】
前述したように、ヘマトクリットレベルの変化は、グルコース濃度の値に悪影響を及ぼすおそれがあり、従って、ヘマトクリットの影響を少なくする必要がある。この問題を理解するために、ヘマトクリット含有量が２５％、４５％、および６５％に調整され、２５ｍｇ／ｄｌ、５０ｍｇ／ｄｌ、１００ｍｇ／ｄｌ、２５０ｍｇ／ｄｌ、および５００ｍｇ／ｄｌの様々なグルコース濃度を持つ血液試料が分析された。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、および５Ｅは、２０ｍｇ／ｄｌ、５０ｍｇ／ｄｌ、１００ｍｇ／ｄｌ、２５０ｍｇ／ｄｌ、および５００ｍｇ／ｄｌのグルコース濃度それぞれにおける、２５％、４５％、および６５％のヘマトクリット濃度の血液試料についての微分パルスボルタモグラムをそれぞれ示しているグラフ４６、４８、５０、５２および５４を含んでいる。全てのグラフにおいて、最大のピーク、拡散限界電流は、およそ７０ｍＶのところに存在する。同量のグルコースを含み、異なるヘマトクリットレベルを有する試料を比較することにより、ヘマトクリットの割合が増加するとピーク電流が減少することが観察され得る。これは、測定されたグルコース濃度は、血球（ヘマトクリット）部分を有する試料内の実際のグルコース濃度から外れているという、ヘマトクリットの影響を示している。驚くべきことに、拡散限界電流となるピークより下方にある電位の範囲においては、ヘマトクリットの影響が最小化され得ることが発見された。特に、グラフに見られるように、−１００ｍＶから０ｍＶの電位窓において、ヘマトクリットの影響はごくわずかである。さらに−１００ｍＶから１０ｍＶの電位の範囲においても、ヘマトクリットの影響はわずかである。ゆえに、短い高周波の電圧パルスが使用されるパルス化されたボルタンメトリー技術を用いて、ピークの拡散限界電流未満の値を測定することが、変化するヘマトクリットレベルにおいてグルコース濃度の値を改善することに役立つことが見出された。
【００１８】
この改善をさらに表すために、図６Ａは、−０．０５ｍＶでの、グルコース濃度の関数として電流を示しているグラフ５６を示し、図６Ｂは、２５％、４５％、６５％のヘマトクリットレベルで、０ｍＶでの、グルコース濃度の関数として電流を示しているグラフ５８を示す。理解されるべきは、これらのグラフ５６、５８の両方の測定が、上述のパルス化されたボルタンメトリー技術を用いて行われ、電流が拡散限界のピーク電流未満で（すなわち、上述の電位窓内で）測定されたということである。検査は、テストストリップ３２が３つの電極（すなわち、作用、対抗、および参照電極）を持った上述のシステムに関して行われた。特に、電位はＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極に対して測定された。図６Ａおよび６Ｂにおいて、矢印は±１標準偏差を表す。電流値は、同一の溶液を用いて行われた１０回の測定を通して平均され、ヘマトクリットレベルが２５％、４５％、および６５％の間で変えられた。見られ得るように、示されている全てのヘマトクリットレベルおよびグルコース濃度で、平均値が有意に重なっている。
【００１９】
上述のように、比較的短い高周波の電圧パルスは、拡散層を試薬内に留めることに役立つという説が立てられており、それによりヘマトクリットの影響を少なくしている。先の５０ｍＶおよび０ｍＶの例を用いると、印加された電位は、培養期間を除いて、０．６２５秒および１．２５秒の測定時間にそれぞれ対応する。放射状の拡散と仮定すると、０．６２５秒での拡散層の厚さ（ｄ）は、以下の方程式１によって計算され得る。
方程式１
ｄ＝ｓｑｒｔ（２・Ｄ・ｔ）
ここで、ｄ＝拡散層の厚さ、Ｄ＝拡散係数、ｔ＝時間
【００２０】
５×１０-6ｃｍ2／秒の拡散係数（Ｄ）が、水溶液中のほとんどの検体の特性である。方程式１を使用すると、０．６２５秒（ｔ）での拡散層の厚さ（ｄ）は、２５マイクロメートル（μｍ）である。前述のように、パルスは２５ｍｓｅｃの脈動で印加される。方程式１に従うと、２５ｍｓｅｃのパルスを加えることにより、拡散層の５マイクロメートルだけがサンプルされる。その結果、検体によって生成される応答電流は、赤血球が存在しなさそうな試薬層に拡散される。酸化／還元対の酸化還元電位未満である電圧窓に基づいた測定をさせることにより（すなわち、過電位無く操作することにより）、反応の機構が制限要因となり、それはまた、拡散からの寄与を最小化する。これらの結果からわかるように、この技術は、迅速な方法でグルコースを検出できるうえに、ヘマトクリットからの最小の寄与で、２０〜５００ｍｇ／ｄｌの濃度範囲のグルコースを正確に予測できる。
【００２１】
先の例において、テストストリップ３２は３電極構成、すなわち、作用、対抗、および参照電極の様式であり、外部のＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極が使用された。この技術は、２つの電極のみを使用する場合にも適合し得るということが認識されるべきである。例えば、テストストリップ３２は、ロシュ・ダイアグノスティック製のＡｖｉｖａ（登録商標）ブランドテストストリップを含むことができる。２電極ストリップ３２が使用されるときは、電位窓を０．５〜０．５５ボルトに変更することによってパラメータが調整された。図７Ａは、２５％、４５％、６５％のヘマトクリットレベルで、０．１ボルトでの、グルコース濃度の関数とした電流を示しているグラフ６０を含んでいる。図７Ｂは、０．２ボルトで、２電極モードを使用している、２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルでの、グルコース濃度の関数とした、結果の電流を示すグラフ６２を示している。図７Ａおよび７Ｂについても、パルスの長さおよびパルスの間隔は上述した通りであって、パルスの電圧および電圧のステップについても同様である。すなわち、パルスの長さおよびパルスの間隔は２５ｍｓｅｃで、パルスの電圧は５０ｍＶで、４ｍＶステップであった。電位窓は０．５〜０．５５ボルトに及んだ。２電極モードに関して図７Ａおよび図７Ｂに示される応答は、３電極モードよりも不安定であるように見えるが、グラフはなお、グルコース濃度への良好な感度を示している。先の例のように、ヘマトクリットの影響は、測定の最初の数秒以内に低電位で応答を測定することにより軽減される。言い換えれば、ヘマトクリットの影響は、拡散限界電流値となるピークより低いパルスを印加および測定することによって軽減される。
【００２２】
他の実験条件も上記と似たような結果をもたらした。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃは、０．１５ボルトで、２電極型のテストストリップ３２を使用して行われた実験について、グルコース濃度の関数とした電流を図示するグラフ６４、６６、６８を示している。図８Ａに示される結果において、パルスのシーケンスが変更され、パルスの前の、またはパルスの間隔の長さは、２５ｍｓｅｃから５０ｍｓｅｃ（０．０５秒）へと倍増された。図８Ａ中のエラーバーは、±１単位の標本標準偏差を表し、電流値は、同一の溶液を用いて行われた１０回の測定を通して平均された。電流は、２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルに対して測定された。図８Ｂに見られるように、パルスの前の長さおよびパルスの長さは、それぞれ、０．５秒の長さへと倍増された。この特定の例において、サンプリング・レートは、実験の持続時間が変更されないように調整された。図８Ｂにおける電流応答からわかるように、電流応答は全てのヘマトクリットレベル（２５％、４５％、および６５％）で同様であった。前と同様に、エラーバーは、±１単位の標本標準偏差を表し、電流値は、その溶液を用いて行われた１０回の測定を通して平均された。図８Ｃは、より短い０．０５〜０．２５ボルトの電位範囲が用いられ、それがまた、さらに検査時間を減少させている場合の、電流応答を示している。他の例と同様に図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示される結果からも、この技術が、最小のヘマトクリット干渉で、グルコースおよび２０〜５００ｍｌ／ｄｌの濃度範囲の濃度を、予測できるということが認識されるべきである。
【００２３】
この技術の正確さは、較正パラメータの編入によりさらに向上され得る。特に、この技術の正確さは、単一の電位の定数の代わりに較正パラメータを用いることによりさらに向上され得る。図９中のグラフ７０は、３つの較正パラメータを用いる非線形回帰手法での結果を示している。特に、このグラフは、２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルで、３つの較正パラメータを使って、予測対実際のグルコース濃度を比較している。図９に備えられた３つの較正パラメータの例は、予測と、正確に測定されたグルコース濃度との間に、優れた相関関係をもたらす。詳細には、線形回帰を用いると、フィッティング係数（Ｒ2）は０．９６９２である。図１０のグラフ７２に示される、１５の較正パラメータを用いている同様の分析では、２５％、４５％、および６５％のヘマトクリットレベルにおける、予測と上述の技術に用いられた実際のグルコース濃度との比較のフィッティング係数（Ｒ2）は、．９９６２に改善される。
【００２４】
この血中のグルコース濃度を測定する技術の特定の実施例を、ここに記載する。最初に、体液が分析のためにテストストリップ３２に付けられるときに、酵素反応が生じるのに充分な時間を与えるために２秒の平静な時間が存在する。この平静な時間の後、計量器３４は、最大の（拡散限界）電流応答より下方にある電位窓内で、電位を常に増やしながら電位パルスを発生させる。１つの特定の形態においては、５０ｍＶのパルスが２５ｍｓｅｃの間印加され、２５ｍｓｅｃごとに繰り返される。パルスごとに、パルスのベースラインが４ｍＶ増やされる。ここでも、パルスが印加される電位の範囲または窓は、テストストリップの特性に応じて変更し得るが、この窓は、応答電流のピークよりも下方にある。計量器３４は、パルスの終わりの部分における電流と、パルスが加えられる直前の電流との差として応答を測定する。パルスが加えられる直前の電流を測定することにより、充電電流の影響が軽減され得る。計量器３４は、測定されたグルコースレベルを決定するために、この応答（ピーク電流未満）を既知のグルコース濃度に対する応答と比較する。計量器３４は、ディスプレイのような出力装置３６上で、測定されたグルコースレベルを使用者に提供する。
【００２５】
１つの例では、２、３のパルスのみが１５０ｍＶほどで加えられ（２電極モードで）、グルコース濃度は１つの電位での応答電流に基づいて決定される。しかしながら、検出の正確さは、３つの異なる電位で測定を行うことによりさらに向上され得る。さらに別の例では、狭い電位窓の中であるが、測定時間の改善を伴う測定の場合、同程度の正確さが達成され得る。３電極システム用の１つの例では、−１００〜３００ｍＶの範囲（合計４００ｍＶ）をカバーするために、５０ｍＶのパルスが４ｍＶの増分で印加される。
【００２６】
理解されるように、上述の技術は、ＤＣ型の励起信号で使用する際に簡易な診断方法を提供する。加えて、これは短い試料測定時間および低電位を可能にする。代替的な実施形態では、単一の電位で測定を行うときは、検出時間が５秒未満までさらに減らされ得るということが考えられる。また、印加されたより低い電位は、拡散限界電流となるピークよりも低く、干渉の一般的な原因からの潜在的な寄与を排除するということも認識されるべきである。
【００２７】
ポテンショスタットおよび計量器は、ここに記載される技術を実施するために互換的に使用され得るということが認識されるべきである。上術の検査結果の多くはポテンショスタットを使用して作り出されたが、特に家庭診断環境では、計量器が代わりに使用され得るということが認識されるべきである。計量器３４は、ディスプレイ、スピーカー、プロセッサ、メモリ、バッテリのような電力源、および／または、テストストリップ３２への接続のための電気的接触リード線のような部品を含み得る。しかしながら、記載された計量器に加えて、他の種類の電子装置もこれらの測定技術を利用できるということが理解されるべきである。１つの特定の例では、ロシュ・ダイアグノスティック社によって販売されるＡｖｉｖａ（登録商標）ブランドのテストストリップが使用されるが、上述の技術は、他の種類のテストストリップ３２における使用にも適合され得るということが認識されるべきである。例えば、この技術は、２電極または３電極（または４電極以上）の電気化学式テストストリップを用いてグルコース濃度を分析するために用いられ得る。電極配置に応じて、電位窓は変化し得る。１つの特定の形態においては、この技術にＡｖｉｖａ（登録商標）ブランドのテストストリップが使用される。この技術は、Ａｖｉｖａ（登録商標）型のシステムに用いられる現在の技術とは対照的な、血中グルコース濃度を決定する代替的な測定方法を提供する。低い電位でのＤＣ励起のみを使用することによって、計量器内の電子およびその他のシステムを単純化でき、また短い測定時間が達成され得る。例えば、検査は、滴下検出の５秒以内に完了され得る。さらに、印加される低い電位は、電流応答への一般的な干渉の寄与を排除することができ、これにより正確な結果をもたらす。
【００２８】
本明細書および請求項では、以下の定義が適用される。
【００２９】
「微分パルスボルタンメトリー」という語は、広い意味で使われ、一連の通常の電圧パルスが、電位のリニアまたはステップ状の掃引に重ね合わされる電気的な測定技術を含むことが意図されている。電流は、各電位変化の直前および後に測定され、電流の差分は、電位の関数として記される。パルスの波形は方形でもよく、他の形状のパルスを含んでいてもよい。
【００３０】
「拡散層」という語は、通常、作用電極の近傍の領域を含んでおり、そこでは、測定されている検体の濃度が、溶液の全体の濃度とは異なっている。この拡散層の拡張は、Ｔ1/2に比例する電流の低下という結果を招く。拡散とは、高濃度領域から低濃度領域への物質の移動である。ピーク電流は、時間に伴う電極表面の濃度の低下と拡散層の拡張との結合効果により観察される。
【００３１】
請求項および明細書において使用される用語は、上に明確に定義づけたもの以外は、単に、明白な普通の意味を持つものである。上記の定義における語は単に、それらの明白な普通の意味を持つものである。このような明白および普通の意味は、最も近くに出版されたウェブスター辞書、ランダムハウス辞書からの、矛盾しない辞書の定義をすべて含んでいる。
【００３２】
本発明は、図面および先の記載に詳細に示され、記述されているが、これは例示的なものであって制限的な性質のものではないと考えられ、好適な実施形態のみが示され、記載されており、以下の請求項により定義される本発明の趣旨内となる、全ての変更、同等物、および修正が、保護されることを望まれるということが理解されている。本明細書で引用される全ての出版物、特許、および特許出願は、各個別の出版物、特許、および特許出願が、詳細、かつ、個別に参照により取り込まれたことが示され、その全体がここに説明されたかのように、参照によってここに取り込まれる。
【００３３】
以下は、本発明の好適な実施形態のリストである。
１．バイオセンサ（３２）内に受け取られた体液中のグルコース濃度を、微分パルスボルタンメトリーを通して分析することを含んでいる方法であって、前記バイオセンサ（３２）が、少なくとも作用電極を覆っている試薬を含み、
前記分析することが、
拡散層を前記作用電極の前記試薬内に留めるほど短く高周波の電圧のパルスを、前記バイオセンサ（３２）の中の前記体液に印加をすること、ここで、前記パルスの前記電圧は徐々に増やされる、
拡散限界電流となるピークより下方にある電圧窓内の前記パルスに対する応答に基づいて、前記体液の前記グルコース濃度の決定をすること、および
前記決定によるグルコース濃度の結果を出力すること
を含んでいる方法。
２．前記電圧窓が、−０．０５〜０Ｖである実施形態１記載の方法。
３．前記電圧窓が、３００ｍＶを超えない実施形態１記載の方法。
４．前記電圧窓が、単一の値である実施形態１記載の方法。
５．前記電圧窓が、０．０５〜０．２５Ｖである実施形態１記載の方法。
６．前記印加の間、前記パルスが、２５ｍｓｅｃのパルスの長さ、２５ｍｓｅｃのパルスの間隔、５０ｍＶのパルス電圧、および４ｍＶの電圧ステップを持つ実施形態１記載の方法。
７．前記印加の間、前記パルスが、５０ｍｓｅｃのパルスの間隔を持つ実施形態１記載の方法。
８．前記印加の間、前記パルスが、５０ｍｓｅｃのパルスの長さを持つ実施形態７記載の方法。
９．計量器（３４）が、前記グルコース濃度の結果を出力することを行い、
前記印加の前に、前記バイオセンサ（３２）への前記体液の添加を、前記計量器（３４）を用いて検出することをさらに含んでおり、
前記体液の添加を検出することから、前記グルコース濃度の結果を出力することまでの経過時間が、５秒を超えない実施形態１記載の方法。
１０．前記印加の前に、前記バイオセンサ（３２）への前記体液の添加を検出すること、および
前記印加の前に、前記体液を２秒間培養すること
をさらに含んでいる実施形態１記載の方法。
１１．培養期間が存在しない実施形態１記載の方法。
１２．前記決定をすることが、それぞれのパルスの終わりの部分での電流とそれぞれのパルスの直前での電流との差を測定することを含んでいる実施形態１記載の方法。
１３．前記決定をすることが、多くの較正パラメータに基づいて前記応答を調整することを含んでいる実施形態１記載の方法。
１４．前記バイオセンサ（３２）が、２電極構成を有する実施形態１記載の方法。
１５．前記バイオセンサ（３２）が、３電極構成を有する実施形態１記載の方法。
１６．体液中のグルコース濃度を、微分パルスボルタンメトリーを用いて分析することを含んでいる方法であって、
前記分析することが、
拡散限界電流となるピークより下方にある電圧窓内で、前記体液に１つまたは２つ以上のパルスの印加をすること、および
前記電圧窓内の前記パルスに対する応答に基づいて、前記グルコース濃度の決定をすること
を含んでいる方法。
１７．前記電圧窓が、−０．０５Ｖ〜０Ｖである実施形態１６記載の方法。
１８．前記電圧窓が、３００ｍＶを超えない実施形態１６記載の方法。
１９．前記電圧窓が、単一の値である実施形態１６記載の方法。
２０．前記電圧窓が、０．０５Ｖ〜０．２５Ｖである実施形態１６記載の方法。
２１．前記印加の間、前記パルスが、２５ｍｓｅｃのパルスの長さ、２５ｍｓｅｃのパルスの間隔、５０ｍＶのパルス電圧、および４ｍＶの電圧ステップを持つ実施形態１６記載の方法。
２２．前記印加の間、前記パルスが５０ｍｓｅｃのパルスの間隔を持つ実施形態１６記載の方法。
２３．前記印加の間、前記パルスが５０ｍｓｅｃのパルスの長さを持つ実施形態２２記載の方法。
２４．前記印加の前に、バイオセンサ（３２）への前記体液の添加を検出することと、
計量器（３４）を用いて、前記決定によるグルコース濃度の結果を出力すること
とをさらに含んでおり、
前記体液の添加を検出することから、前記グルコース濃度の結果を出力することまでの経過時間が、５秒を超えない実施形態１６記載の方法。
２５．体液中の検体の濃度を、計量器（３４）を用いて分析することを含んでいる方法であって、
前記分析することが、
前記計量器（３４）を用いて、拡散限界電流となるピークより下方にある制限された電圧窓内で、前記体液に１つまたは２つ以上の電圧パルスの印加をすること、ここで、前記電圧パルスは、拡散層を作用電極の試薬内に留めるほど短い、
前記計量器（３４）を用いて、制限された前記電圧窓内の前記パルスに対する応答に基づいて、前記グルコース濃度の決定をすること、および
前記決定による前記グルコース濃度を、前記計量器（３４）を用いて出力すること
を含んでいる方法。
２６．前記電圧窓が、−０．０５Ｖ〜０Ｖである実施形態２５記載の方法。
２７．前記電圧窓が、３００ｍＶを超えない実施形態２５記載の方法。
２８．前記電圧窓が、０．０５Ｖ〜０．２５Ｖである実施形態２５記載の方法。
２９．前記印加の間、前記パルスが、２５ｍｓｅｃのパルスの長さ、２５ｍｓｅｃのパルスの間隔、５０ｍＶのパルス電圧、および４ｍＶの電圧ステップを持つ実施形態２５記載の方法。
３０．前記印加の前に、バイオセンサへの前記体液の添加を検出することをさらに含む方法であって、
前記体液の添加を検出することから、前記計量器を用いて前記グルコース濃度を出力することまでの経過時間が、５秒を超えない実施形態２５記載の方法。
３１．前記決定することが、多くの較正パラメータに基づいて、前記応答を調整することを含んでいる実施形態２５記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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９】
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【図１０】
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