(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側に熱伝導層を有しその反対側に接触パッドを有する電極を有するセンサーストリップと該センサーストリップを受け入れるためのセンサー装置の組み合わせであって、該センサー装置が、
間隙、
該間隙の第１側面であって、該センサーストリップを該装置に挿入したときにセンサーストリップ上の接触パッドに接触するように設置された電気接点、及び
該間隙の第２側面であって該電気接点の反対側にあり、該センサーストリップを該装置に挿入したときにセンサーストリップの熱伝導層と接触するように配置された温度センサー
を含む、前記組み合わせ。
【請求項２】
片側に熱伝導層を有しその反対側に接触パッドを有する電極を有するセンサーストリップと該センサーストリップを受け入れるためのセンサー装置との組み合わせであって、該センサー装置が、電気化学的分析のための電子部品、及び該センサーストリップの接触パッドと接触するための電気接点と該センサーストリップを該装置に挿入したときにセンサーストリップの熱伝導層に接触するように配置された温度センサーとを有する間隙を含む、前記組み合わせ。
【請求項３】
センサーストリップが少なくとも10W/m・Kの熱伝導率を有する、請求項１または２記載のセンサーストリップとセンサー装置の組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱伝導性電気化学センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気化学バイオセンサーは公知である。該バイオセンサーは、生物サンプル、特に血液に由来する様々なアナライト（被検体）の濃度を測定するために使われている。電気化学バイオセンサーは、米国特許第５，４１３，６９０号；第５，７６２，７７０号；および第５，７９８，０３１号、ならびに国際公開（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ）ＷＯ９９／１３１０１に記載されており、これらのいずれの開示も参照により本明細書に組み入れられる。
【０００３】
電気化学バイオセンサーは通常、センサーストリップおよびセンサー機器を含む。該センサーストリップは、分析しようとするサンプルを保持する空間を含み、該サンプル中に放出すべき試薬を含んでいてもよく、そして電極セットを含む。該電極セットは通常、絶縁物質およびサンプルと接触する電極を含む。該電極は、電極自身をセンサー機器に電気的に接続させる接触パッドを有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
分析中のサンプルの温度は、電気化学バイオセンサーによって検出されるシグナルに影響を及ぼす。サンプル温度における変動を補正するために、大部分の電気化学バイオセンサーは、通常該センサー機器内の温度センサーを使って周囲温度を測定し、かつ電気化学的分析のための電子部品を備えている。実際のサンプル温度は、湿度および局所的な空気移動に応じて、周囲温度から３℃またはそれ以上変化することがある。さらに周囲温度は必ずしも安定ではなく、そのため周囲温度の変化を補正するためのアルゴリズムが用いられてきた（例えば、米国特許第５，４０５，５１１号を参照されたい。この開示は参照により本明細書に組み入れる）。さらに、該機器を使用の間に手で持つ場合には、記録された周囲温度は手の温度によって影響されうる。
【０００５】
これらの装置はいずれも実際にサンプルの温度を測定するのではなく、むしろ単に周囲温度の測定値を利用して、間接的にサンプル位置の温度またはサンプル付近の温度を測定するにすぎない。サンプル温度をより正確に測定することにより、補正のためのアルゴリズムの必要性を回避し、かつ測定精度を改善することが望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
１態様において本発明は、（ａ）  電極支持体、（ｂ）  該電極支持体上の電極セット、および（ｃ）該電極支持体上であって電極セットの反対側にある熱伝導層を含んでなるセンサーストリップである。
【０００７】
別の態様において本発明は、（ａ）  電極支持体および  （ｂ）  該電極支持体上の電極セットを含んでなるセンサーストリップであって、少なくとも１０  Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する該センサーストリップである。
【０００８】
また別の態様において本発明は、間隙、該間隙の第１側面に存在する電気接点および該間隙の第２側面であって電気接点の反対側に存在する温度センサーを含んでなるセンサーストリップを受け入れるためのセンサー装置である。
【０００９】
さらに別の態様において本発明は、電極支持体上に電極セットを形成し、該電極セットを熱伝導層に付着することを含む、センサーストリップの作製方法である。
【００１０】
本発明の有利な点は、この発明が検出領域およびサンプルの正確な温度測定を可能にすることである。
【００１１】
本明細書で使用される場合、語句「電極セット」とは、少なくとも２つの電極のセット、例えば２〜６０個または３〜２０個の電極のセットである。これらの電極は、例えば、作用電極、対向電極および参照電極である。
【００１２】
本発明のその他の特徴および有利な点は、以下に記載する詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明および特定の実施例は本発明の実施形態を示しているが、これは説明のために挙げたものにすぎず、従って本発明の精神および範囲内における種々の変更および改変が、この詳細な説明から当業者には明らかであることが理解されなければならない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面は、本明細書の一部を成し、本発明のある種の態様を詳しく説明するために明細書中に含まれるものである。本発明は、これらの図面の１以上を、本明細書に記載した特定の具体例の詳細な記載と組合せて参照することによって、さらに理解しうる。
【００１４】
図２はセンサーストリップ１２の具体例の上面図であり、図３は下面図であり、そして図１は分解組立図である。図１には、電極支持体３、接触パッド９および９、ならびに検出領域１０が示されており、これら全てが電極１１および１１の一部である。該電極は、その一部が誘電体５で覆われているが、該誘電体に存在する穴２２を通して検出領域１０が露出されており、接触パッド９および９も露出されている。試薬６は検出領域１０上に存在する。また熱伝導層２４が電極支持体３の下に示されているが、これについては図３に最も明瞭に示されている。この具体例においてサンプルは、センサーストリップの上から穴２２を通してロードされる。
【００１５】
図４は、センサーストリップ１２の一部分を下方から見た側面図の詳細な図解である。この具体例において、熱伝導層２４は電極支持体３と接触しており、該電極支持体は次に電極１１と接触する。該電極は（一部が）誘電体５で覆われる。
【００１６】
図５は、センサーストリップ１２の別の具体例の分解組立図を示し、熱伝導層２４上の基板１および該基板を電極支持体３に保持するための接着フォイル２を含む。２つの電極１１および１１か      ら作られる電極セット１６は、電極支持体３上にあり、誘電体５によって部分的に覆われている。カバー８は、該誘電体の一方の端部に、接着テープ７によって付着している。誘電体内にある小さな間隙１３および接着テープ内にある空間１４は、カバーおよび電極と一緒になってポケットを形成する。該ポケット内部には、アナライトの電気化学的検出および定量を補助するために使用される試薬６が置かれていてもよい。該ポケットは毛細管として作用し、試験すべき液体を電極の検出領域１０上に引き込む。あるいは、カバーがなくて、電極の検出領域が露出していてもよく、サンプルを直接この領域上に添加することができる。
【００１７】
図６は、センサーストリップが挿入されたセンサー機器を図示する。示すように、センサーストリップ１２は接触パッド９および９を有する端部が物理的に該機器の内部にあるような状態で該機器に挿入される。電気接点３４および３４は、該接触パッドと電気的に接触する。温度センサー３２は、該接触パッドと反対側のセンサーストリップの下面と接触する。該温度センサーはセンサーストリップを受け入れる間隙の、該電気接点と反対側の側面にある。また、検出領域１０も図中に示されている。
【００１８】
電極セットは、少なくとも第１および第２の電極を含む。該電極は、その２つの電極間の電気的接触を妨げる間隙によって分離されている。図３において、各電極の検出領域は、インターディジタル構造のフィンガー（ｆｉｎｇｅｒ）を含む。検出領域は、実際に電気化学的センシングが行なわれるところである。検出領域において、単純なまっすぐの間隙のみによって電極が分離されていてもよいし（図１で例示）、または、例えば直線構成の間隙を含んでいたり、２つの電極が両手の指を組み合わせた形の領域を形成していたりと、より複雑になっていてもよい。
【００１９】
電極セットの長さは、好ましくは２．５〜２５０ｍｍであり、その幅は好ましくは０．４〜４０ｍｍである。接触パッド間の間隙は、好ましくは１μｍ〜５ｍｍであり、各接触パッドの幅は好ましくは１〜２０ｍｍである。電極のパターンは、対称であるのが好ましいが、これは必要要件ではなく、不規則または非対称なパターン（または電極の形状）も可能である。
【００２０】
熱伝導層は該センサーストリップの全体的な熱伝導率を向上させる。熱伝導層がない場合、該センサーストリップは、１．４１  Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有することができる。熱伝導層自体は少なくとも１０  Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは少なくとも５０  Ｗ／ｍ・Ｋ、より好ましくは少なくとも１００  Ｗ／ｍ・Ｋ、そして最も好ましくは少なくとも２００  Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。好ましくは熱伝導層は、銅、アルミニウム（それぞれ約４００および２００  Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する）、またはこれらの金属の合金を含む。熱伝導層は、金属粒子または金属繊維を含有するポリマーのような複合材料でもよい。さらに熱伝導層は、ニッケルや金またはポリマーフィルムなどの１種以上の材料で被覆することにより、その耐食性または外観を改善しうる。熱伝導層の体積は、センサーストリップの総体積に基づき、好ましくは少なくとも２％、より好ましくは少なくとも５％、さらにより好ましくは少なくとも２０％、そして最も好ましくは少なくとも４５％である。熱伝導層の厚さは、その熱伝導層の熱伝導率に依存する。熱伝導層の厚さは、好ましくは０．１  ミル〜０．５インチ、より好ましくは０．５  ミル〜０．１インチ、最も好ましくは１ミル〜５０ミルである。
【００２１】
熱伝導層は少なくとも検出領域（しかし電極支持体の反対側にある）付近の区域から、接触パッド（しかし電極支持体の反対側にある）付近の区域まで延びる。任意の形状が可能である。例えば、熱伝導層は電極支持体の全長および全幅にわたって延びていてもよく、また検出領域の対向側面から接触パッドの対向側面まで延びるような狭いストリップとすることも可能であろう。好ましくは熱伝導層は、電極支持体または基板の第１端部（すなわち、接触パッドを有する端部）から該支持体または基板の第２端部の方向に、検出領域とほぼ整合する位置まで延びる。熱伝導層は、センサーストリップの熱伝導率を増大する役割を果たす限り不規則な形状とすることも可能であろう。
【００２２】
熱伝導層は必須のものではない。その代わりとして、少なくとも１０  Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは少なくとも５０  Ｗ／ｍ・Ｋ、より好ましくは少なくとも１００  Ｗ／ｍ・Ｋ、最も好ましくは少なくとも２００  Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する電極支持体を単に使用することも可能である。しかし電極支持体は、電極の短絡を防ぐために少なくともその表面において電気的に絶縁していなければならない。従って、熱伝導層を使用しない場合、電極支持体はダイヤモンド、窒化アルミニウム、もしくは酸化アルミニウムなどの高熱伝導性セラミックから、またはポリマーと金属粒子もしくは金属繊維との組成物のような複合材料から作製しうる。
【００２３】
少なくとも１０  Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する熱伝導層または電極支持体によって、センサーストリップの熱伝導率は向上する。センサーストリップは、好ましくは少なくとも１０  Ｗ／ｍ・Ｋ、より好ましくは少なくとも２０  Ｗ／ｍ・Ｋ、さらにより好ましくは少なくとも８５  Ｗ／ｍ・Ｋ、そして最も好ましくは少なくとも１９０  Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。センサーストリップの熱伝導率とは、検出領域から接触パッドと反対側のセンサーストリップの表面までを測定したときの、平均の熱伝導率である。
【００２４】
熱伝導層は、電極支持体に付着させうる。あるいは、電極支持体が基板に付着している場合は、熱伝導層を該基板に付着させてもよい。熱伝導層は、接着剤または接着フォイルによって電極支持体または基板に接着させうる。あるいは熱および／または圧力を利用して、それらを直接一緒に貼り合わせることもできる。熱伝導層は、クリップまたは締結具を用いて機械的に付着させることもできるだろう。例えば、スパッタリングまたは蒸着によって、熱伝導層を電極支持体または基板上に直接形成させることも可能であろう。さらに、例えばスパッタリング、蒸着またはモノマーの重合によって、電極支持体または基板を熱伝導層上に直接形成させることも可能であろう。
【００２５】
センサーストリップの残りの部分を形成する方法は特に限定されるものではない。どのような従来法も使用しうる。例えば、電極支持体上にフォイル（例えば、金箔）を固着させることにより電極を形成してもよい。電極支持体上に電極をスクリーン印刷してもよい。また、金属層をスパッタリングして、その後リソグラフィー（平版印刷法）によりその中に電極を形成させることもできる。あるいは電極はラミネーションにより、または１９９９年１０月４日出願の「パターン化ラミネートおよび電極のレーザーで確定された特徴（ＬＡＳＥＲ  ＤＥＦＩＮＥＤ  ＦＥＡＴＵＲＥＳ  ＦＯＲ  ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ  ＬＡＭＩＮＡＴＥＳ  ＡＮＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ）」と題する出願番号  第０９／４１１，９４０号（参照により本明細書に組み入れる）に記載のようなレーザーアブレーションによって形成しうる。
【００２６】
電極として、好ましくは金、白金、パラジウム、イリジウム、またはこれらの金属の合金が挙げられる。なぜなら、このような貴金属およびその合金は、生体系内で不活性だからである。電極は任意の厚さでよいが、好ましくは１０  ｎｍ〜１ｍｍ、より好ましくは２０  ｎｍ〜１００μｍ、よりいっそう好ましくは２５  ｎｍ〜１μｍである。
【００２７】
ＵＶ硬化性の誘電体であって、スクリーン印刷可能なものを使用して、誘電体を形成しうる。このような誘電体には例えば、ＤｕＰｏｎｔの誘電体組成物であるポリマー組成物５０１８がある。透明なカバーは、体液に対して不活性な透明な材料である。例えば、ガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、またはポリエステルである。この透明なカバーには記号が付されていてもよい。また接着テープは、接着剤で被覆された表面を有する軟性ポリマーである。これらの材料もまた当業者に公知である。
【００２８】
基板は場合によって存在する支持構造体であり、好ましくは、センサーストリップを支持するのに十分な厚さの軟性ポリマー材料でできている。例えば、厚さ６ミリのポリエステルである。接着フォイルは接着テープと同じ種類の組成物で作製しうる。
【００２９】
試薬は随意のものであり、特定のアナライトに対する電気化学的プローブを供給するために該試薬を使用しうる。出発試薬は、該試薬の反応物または成分であり、たいてい液体中で一緒に混ぜ合わせて、その後、薄帯またはリールに塗布する。続いて該液体を蒸発させ、試薬を固体で残す。具体的な試薬の選択は、測定しようとする具体的なアナライトまたはアナライト群に依存し、当業者には公知である。例えば、ヒト血液サンプル中のグルコースを測定するための試薬は、６２．２ｍｇのポリエチレンオキシド（平均分子量１００〜９００キロダルトン）、３．３ｍｇのＮＡＴＲＯＳＯＬ  ２５０Ｍ、４１．５ｍｇのＡＶＩＣＥＬ  ＲＣ−５９１  Ｆ、８９．４ｍｇの一塩基性リン酸カリウム、１５７．９ｍｇの二塩基性リン酸カリウム、４３７．３ｍｇのフェリシアン化カリウム、４６．０ｍｇのコハク酸ナトリウム、１４８．０ｍｇのトレハロース、２．６ｍｇのＴＲＩＴＯＮ  Ｘ−１００界面活性剤、および試薬１グラム当り２，０００〜９，０００単位の活性をもつ酵素を含有する。酵素は、１２．５ｍｇの補酵素ＰＱＱおよび１２１万（１．２１  ｘ  １０６）単位のキノタンパク質グルコースデヒドロゲナーゼのアポ酵素から酵素溶液として調製し、キノタンパク質グルコースデヒドロゲナーゼ溶液を作製する。この試薬については、国際公開ＷＯ９９／３０１５２の７〜１０ページに記載されており、この開示は本明細書に参照により組み入れられる。
【００３０】
ヘマトクリットを定量するときは、試薬は、可逆性電気活性化合物の酸化型および還元型（それぞれ、ヘキサシアノ鉄（ＩＩＩ）酸カリウム（「フェリシアン化物」）およびヘキサシアノ鉄（ＩＩ）酸カリウム（「フェロシアン化物」））、電解質（リン酸カリウムバッファー）、および微結晶性材料（ＦＭＣ社から入手可能なＡｖｉｃｅｌ  ＲＣ−５９１Ｆ；８８％の微結晶性セルロースと１２％のカルボキシルメチル−セルロースナトリウムとのブレンド）を含む。乾燥前の該試薬内成分の濃度は次の通りである：４００ミリモル（ｍＭ）フェリシアン化物、５５ｍＭフェロシアン化物、４００ｍＭリン酸カリウムおよび２．０％（重量：容積）ＡＶＩＣＥＬ。ヘマトクリットアッセイ用試薬のさらなる記載は米国特許第５，３８５，８４６号にあり、該特許の開示は本明細書に参照により組み入れられる。
【００３１】
本発明のセル１０において特定のアナライトを測定するのに使用しうる酵素および媒介物質（ｍｅｄｉａｔｏｒ）の他の非限定的な例を以下の表１に掲げる。
【００３２】
【表１】
0003595315.tif 000002
【００３３】
表１に示したいくつかの例においては、１種以上の追加の酵素を反応触媒として使用する。また、表１に示したいくつかの例において、酸化型媒介物質への電子移動を促進する追加の媒介物質を利用しうる。追加の媒介物質は、酸化型媒介物質より少ない量で試薬に供給しうる。上記のアッセイに関らず、本発明の開示によれば、セル１０を用いて、種々の電気化学アッセイを実施しうると考えられる。
【００３４】
本発明のセンサーストリップはまた、「微小球含有センサー（ＭＩＣＲＯＳＰＨＥＲＥ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＳＥＮＳＯＲ）」と題する係属特許出願（代理人整理番号  ９７９３／３１）に記載された微小球も含みうる。この出願の発明者はＲａｇｈｂｉｒ  Ｓｉｎｇｈ  ＢｈｕｌｌａｒおよびＢｒｉａｎ  Ｓ．  Ｈｉｌｌで、１９９９年１２月２３日に出願したものであり、参照により本明細書に組み入れられる。
【００３５】
記載の工程および製品には、使い捨てのバイオセンサー、特に診断装置において使用するものが含まれる。しかし、例えば任意の生物学的サンプル、環境サンプル、食品サンプルまたはその他のサンプル内のアナライトを測定するような、診断以外の用途のための電気化学センサーも含まれる。さらに、典型的には複数のセンサーストリップが、通常はストッパーによりバイアル中にパッケージされる。さらに、新規センサー機器は該センサーストリップとともに使用しうる。
【００３６】
電気化学バイオセンサーは、センサーストリップならびにセンサー機器の双方を含む。該センサーストリップは、接触パッドがセンサー機器内の電気接点と接続するように、センサー機器内に挿入される。また、本発明のセンサーストリップとともに使用されるセンサー機器は、既知のセンサー機器と同様に温度センサーを有する。しかし該温度センサーは接触パッドと接続するようにされた電気接点付近に配置され、かつ温度センサーがセンサーストリップと接触するように配置される。これにより、温度センサーがセンサーストリップ自体の温度を測定することが可能になる。好ましくは温度センサーは、センサーストリップの下面と接触するように、より好ましくは温度センサーが熱伝導層と接触するように、配置される。その他すべての点において、本発明のセンサー機器は従来のセンサー機器、例えば、米国特許第５，４０５，５１１号に記載のセンサー機器と類似しており、この特許の開示は参照により本明細書に組み入れられる。ただし、本発明のセンサー機器にはサンプル温度を測定することを目的としたアルゴリズムは不必要であり、温度センサーによって直接測定された温度をサンプル温度として使用しうる。例えば、センサー機器内の間隙は、接触パッドを有するセンサーストリップの端部を受け入れるためのものであるが、一方の端部で接触パッドに連結するための電気接点を有することになり、本発明の具体的な例は電気接点と向かい合った側に温度センサーを有することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサーストリップの具体例を示した分解組立図である。
【図２】本発明のセンサーストリップの具体例を示した上面図である。
【図３】本発明のセンサーストリップの具体例を示した下面図である。
【図４】図３に示したセンサーストリップの一部分を下方から見た側面図である。
【図５】本発明のセンサーストリップの別の具体例を示した分解組立図である。
【図６】センサーストリップが挿入されたセンサー機器を示した図である。
【符号の説明】
１  基板
２  接着フォイル
３  電極支持体
５  誘電体
６  試薬
７  接着テープ
８  カバー
９  接触パッド
１０  検出領域
１１  電極
１２  センサーストリップ
１３  誘電体にある小さな間隙
１６  電極セット
２４  熱伝導層
３２  温度センサー
３４  電気接点
【図１】
0003595315.tif 000003
【図２】
0003595315.tif 000004
【図３】
0003595315.tif 000005
【図４】
0003595315.tif 000006
【図５】
0003595315.tif 000007
【図６】
0003595315.tif 000008