(57)【要約】  電気化学的試験装置であって、第１の電極をその上に有する基層と、第２の電極をその上に有する上部層とを有する装置を提供する。２つの電極は、開口部をその中に有するスペーサ層によって分離され、その開口部は、上部表面上の一方の電極と、底部表面上の他方の電極と、スペーサ内の開口部の端部で構成される側壁とによって試料受入れ空間が画定されるようなものである。電気化学反応を行うための試薬を、電極の１つの上、及び試料受入れ空間の側壁上に堆積させている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部基材の上に配置している第１の電極を有する底部基材と、
上部基材の上に配置している第２の電極を有する上部基材と、
上部基材及び底部基材の間に配置しているスペーサと、を備え、かつ、
空所を有する、電気化学的試験デバイスであって、
底部表面の上に配置している第１の電極を有する底部表面、
上部表面の上に配置している第２の電極を有し、第１の表面に向かい合っている上部表面、及び
スペーサ内の空所の端部で構成される側壁を有する試料受入れ空間が画定されていて、また、
前記デバイスが使用された場合、第１の電極で酸化され、且つ、第２の電極で還元されるレドックス活性材料を含む試薬を含むデバイスであり、
液体試料を導入する前に、試験デバイスに、第１の電極又は第２の電極の少なくとも一部、及び、前記側壁の少なくとも一部を被覆する層として、前記試薬が配置されている、電気化学的試験デバイス。
【請求項２】
前記試薬が、前記側壁の高さの少なくとも２５％を被覆する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記試薬が、前記側壁の高さの少なくとも５０％を被覆する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記試薬が、前記側壁の高さの少なくとも７５％を被覆する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記試薬が、前記側壁の高さの１００％を被覆する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記レドックス活性材料が、
フェリシアン化物、
【化１】
2008500550.tif 000012
フェロセン（Ｆｃ）、
フェロセンモノスルホネート、
フェロセンジスルホネート、
【化２】
2008500550.tif 000013
【化３】
2008500550.tif 000014
或いは、それらの相補的レドックス形態（酸化又は還元）物
からなる群から選択される、請求項１から５までのいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記試薬が、グルコースオキシダーゼをさらに含む、請求項１から６までのいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
電気化学的試験デバイスを製造する方法であって、
（ａ）底部基材の上に配置している第１の電極を有する底部基材を形成するステップと、
（ｂ）底部基材上にスペーサ層を形成するステップであって、スペーサ層は、その中に形成した空所であって、第１の電極がそれを介して露出され、前記空所内の側壁を有するステップと、
（ｃ）スペーサ層内の空所に、レドックス活性材料を含む液体試薬を導入するステップと、
（ｄ）液体試薬を乾燥して、乾燥試薬を形成するステップであって、乾燥により、第１の電極の少なくとも一部、及び前記側壁の少なくとも一部を被覆する乾燥試薬層を形成するように、前記空所に前記液体試薬を導入するステップと、
（ｅ）第２の電極が第１の電極に面しているように合わせて、前記スペーサ層上に、上部基材の上に配置している第２の電極を有する上部基材を置くステップであり、それにより、第１の表面の上に配置している第１の電極を有する第１の表面、第２の表面の上に配置している第２の電極を有し、第１の表面に向き合った第２の表面、及び、前記スペーサ内の空所の端部から構成される側壁を有する試料受入れ空間を形成するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記乾燥試薬が、前記側壁の高さの少なくとも２５％を被覆する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記乾燥試薬が、前記側壁の高さの少なくとも５０％を被覆する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記乾燥試薬が、前記側壁の高さの少なくとも７５％を被覆する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記試薬が、前記側壁の高さの１００％を被覆する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｂ）において適用しているスペーサ層が、第１の電極に向き合わずに、かつ、スペーサ層の側面上に配置された接着コーティング及び剥離性シートを有し、それにより、剥離性シートから側壁の一部が構成され、
前記液体試薬を乾燥した後、前記剥離性シートを取り除き、接着層を露出させるステップを更に含む、請求項８から１２までのいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記液体試薬を、前記剥離性シートで構成された側壁の部分を少なくとも一部被覆するレベルまで空所を満たすのに十分な体積で空所に導入する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記液体試薬を、前記空所の側壁の部分を一部被覆するレベルまで前記空所を満たすのに十分な体積で導入する、請求項８から１２までのいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記空所が、全ての側面で側壁により画定されるウェルの形態である、請求項８から１５までのいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記空所が、２つの向き合った側面でのみ側壁により画定されるチャンネルの形態である、請求項８から１５までのいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照として本明細書に組み込まれている、２００４年５月２１日出願の米国仮出願第６０／５２１５５５号の利益を請求する。
【０００２】
本出願は、試料中の分析物の存在又は量を検出するための一回使用試験ストリップの形態の電気化学アッセイデバイスに関し、またこのようなデバイスを製造し且つ使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
グルコースなどの分析物を電気化学的に検出するための一回使用使い捨て試験ストリップが知られている。このような試験ストリップでは、試料を試験ストリップ中に導入して、少なくとも２つの電極に接触させる。分析物の酸化又は還元が、２つの電極間に発生する電流として観察される。図１に例示しているように、一例として伝導セルにおけるグルコースの検出を用いると、酵素グルコースオキシダーゼによりグルコースが酸化されて、グルコノラクトン及び還元された酵素を生成する。酸化された媒介物との反応により、還元された媒介物の生成をもたらしながら、酸化された形の酵素が再生される。この還元された媒介物は一方の電極に電子を移動させるが、他方の電極では酸化された媒介物上に電子が移動し、こうして観察可能な電流が発生する。図２は、酵素／媒介物試薬系を使用して、試験ストリップにおける観察可能な電流を時間の関数として示している。この図では、ｔ＝０が試料適用の時点である。示しているように、電流が上昇して最大点を通過し、次いで低下して終局的な定常状態のプラトーに達する。分析物の量を決定するための測定は、最大電流に到達した後で行い、一般には定常状態を達成した後の時点で行う。
【０００４】
図２では最大点に達するまでに、遅れが観察されて存在し、この遅れが全体の測定時間のかなりの部分を占める可能性がある。この遅れの継続時間は、電極間の距離に依存し、また試験ストリップに使用する媒介物の移動度に依存している。媒介物の移動度は、媒介物それ自体の性質、すなわち拡散係数であるが、ヘマトクリット及び粘度などの他の試料の性質にも依存する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
使用者の利便性を向上させるために、一般に分析物試験ストリップに対する、また特にグルコース試験ストリップに対する改良は、２つの主要な目標、すなわちより短い試験時間及びより少ない試料体積に焦点を置いてきている。より少ない試料体積は、より狭い電極間隔を有するより小さいセルで使用され、またより狭い電極間隔はより短い反応時間をもたらすので、ある程度まで、これら２つの目標は連繋して達成されている。しかし、これらのセルは依然として図２の電流／時間プロフィールを有しており、したがって、測定前の固有の遅れを問題にすることができる。本発明は、この遅れを除去しており、こうして試験を完結するのに要する時間の著しい短縮をもたらしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の概要）
本発明に従って、第１の電極をその上に有する基層と、第２の電極をその上に有する上部層とを有する電気化学的試験デバイスを提供する。２つの電極は、空所をその中に有するスペーサ層によって分離され、その空所は、上面にある一方の電極と、底面にある他方の電極と、スペーサ内の空所の端部で構成される側壁とによって試料受入れ空間が画定されるようなものである。
【０００７】
電気化学反応を行うための試薬を一方の電極上に堆積させているが、側壁には堆積させていない伝導セルにおいて、このデバイスは図２における信号プロフィールを発生する。本発明のデバイスでは、試薬は、試料受入れ空間のこの電極上だけでなく、側壁上にも堆積させている（図３）。これにより、遅れのない、又は遅れが短縮された信号プロフィールがもたらされる（図４）。好ましい実施形態において、試薬は側壁の高さ全体にわたって広がっている。しかし側壁の高さの僅か２５％を試薬でコーティングしても、著しい改良が達成可能である。
【０００８】
本発明は、本発明の試験ストリップを製造する方法をも提供する。本方法に従って、基層と、その上に配置したスペーサ層とを備える中間構造体を形成する。基層は、第１の電極をその上に配置しており、この電極はスペーサ層内の空所を介して露出される。こうして、第１の電極／基層と、開口したスペーサ層の端部とによりウェル又はチャンネルが画定される。試薬を含有する液体を、それが少なくとも一部、好ましくは完全にウェルの側壁を被覆するような形で、そのウェル又はチャンネルに導入する。次いで、その液体を乾燥して、ウェル／チャンネルの底部（第１の電極）及び側壁上に、試薬のコーティングを残す。その後、そのウェル／チャネルを覆い、上部層及び第２の電極を添える。
【０００９】
本方法の好ましい実施形態において、スペーサ層は、基層に向き合った側面に接着剤コーティング及び剥離性シートを有し、そのウェルの側壁が剥離性シートの端から端まで上方に広がっている。剥離性シートの側壁の少なくともいくらかの部分が、乾燥前に試薬含有液で、また好ましくは乾燥後に試薬で被覆されるように、試薬材料をウェル／チャンネルに導入する。その後剥離性シートを取り除くと、側壁が乾燥試薬で実質的に完全に被覆されているウェルをもたらす。
【００１０】
（本発明の詳細な説明）
本出願は、血液グルコースのアッセイに通例使用されるタイプの、電気化学的試験デバイス又はストリップに関する。
【００１１】
定義
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する用語「電気化学的試験デバイス」は、単独で又は再使用可能な計器と組み合わせて、電気化学アッセイを用い試料中の分析物の測定を提供するデバイスをいう。好ましい電気化学的試験デバイスは、一般には、グルコースレベルを家庭で測定すると知られているタイプの、使い捨て、一回使用デバイスである。
【００１２】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する用語「分析物」は、試料の測定される成分を意味する。特定の分析物の非限定的例には、グルコース、ヘモグロビン、コレステロール、及びビタミンＣが含まれる。
【００１３】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する用語「電極」は、本電気化学的試験デバイスの試料受入れ空間に導入した試料中の化学種に、又はその化学種から、電子が移動する本デバイスの構成部分を指しており、同試料に接触する電極間の電流の流れ、又は電位差のいずれかとして発生する電子移動量を測定する回路に接続され、又は接続することができる。本発明のデバイスにおける電極は、電気化学セルが検出しようとする特定の分析物と両立する導電性材料から製造する。適切な導電性電極材料の特定の例には、金、炭素、銀、パラジウム、及び白金が含まれる。第１及び第２の電極に使用する導電性材料は、同一とすることができ、又は互いに異なるものとすることができる。本発明の好ましい実施形態において、電極を形成するために使用する導電性材料は金である。
【００１４】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する用語「スペーサ」は、本デバイスの２つの電極間で、電気的分離を提供する物質層をいう。したがって、スペーサは一般に絶縁性材料であり、電極間の電気的接触は、試料受入れ空間に試料が存在する状態でのみ生じる。好ましい実施形態において、スペーサは絶縁材料のフィルム又はシートから構成される。適切な材料の例には、限定されることなく、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ガラス、及びガラス繊維が含まれる。スペーサは、絶縁層の堆積によって、例えば抵抗性コーティング上への噴霧によって形成することもできる。画定したフィルム又はシート中の空所の予備カッティング、レーザー、又は化学エッチングなどを含む従来の技術を使用して、このような層内に空所を設けることができる。
【００１５】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する用語「試薬」は、試料と組み合わせた場合、試料中の分析物の測定を行うために本電気化学試験デバイスを使用することが可能になる薬品又は薬品の混合物をいう。試薬は、この測定を可能にするのに十分である必要はなく、本試験デバイスに導入する前の試料にさらなる薬品を添加することが、好ましくはないが許容できる。しかし、この試薬は、本デバイスを使用する際、第１の電極で酸化され且つ第２の電極で還元される（又はこの逆である）レドックス活性材料を最小限含有する。試薬には、電極間の電荷担体として作用する多重レドックス活性材料が含まれ得る。
【００１６】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する語句「分析物の測定」は、試料中に分析物が検出可能な量で存在するかどうかにかかわらない分析物の存在の定性的検出を、分析物が所定の閾値を超える量で存在するかどうかにかかわらない半定量的検出を、また存在する分析物の実際的数量の測定である定量的評価をいい、且つ、包む。
【００１７】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する用語「被覆」又は「被覆する」は、指定した表面のコーティングをいう。例えばコーティング中に気孔が存在する恐れがある場合、完全に被覆することは要求されずに、単に指定した表面にわたって被覆している試薬の分布であることが要求されるのみである。さらに、特定のデバイスにおいてコーティング過程の何気ない傷のために決して完全ではない恐れがあるコーティングも排除されない。
【００１８】
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する語句「被覆した電極から隣接して広がっている側壁の部分」は、電極を被覆する試薬コーティングが、側壁上の試薬コーティングに流入しているコーティングをいう。
【００１９】
本発明のデバイス
図３は、本発明のデバイスの試料受入れ空間を通る横断面を示す。示しているように、基材層３１は、その上に電極３２を配置している。スペーサ層３３はその中に空所を有し、その空所は側壁３４、３４’を備えている。上部基材層３５は、電極３６をその上に配置している。試料受入れ空間３７は、電極３２及び３６と、側壁３４及び３４’とにより画定されており、また、乾燥試薬３８を含む。代替的実施形態において、試料受入れ空間は、電極により一部被覆されている上部表面及び底部表面、並びに、一部露出している上部層を有することができる。乾燥試薬３８は、試料受入れ空間３７の底部で電極３２を覆い、側壁３４、３４’に沿って上方に延びている。
【００２０】
図４は、乾燥試薬が実質的に全ての側壁を被覆している、本発明のデバイスの電流／時間プロフィールを示す。この図を図２と比較すると、本発明の明らかな利点が示される。すなわち電流が直ちに立ち上がり、より短時間で定常状態に達している。
【００２１】
特定の機序に拘束されることを意図するものではないが、最初から両方の電極に近接して電荷担体が存在し、そのため、電流が直ちに発生することができるので、この効果が生じると考えられる。これに対して、第１の電極表面上のみに試薬を適用する場合、試料添加により、直ちに化学反応が開始することができるが、第１の電極から第２の電極まで媒介物（ｍｅｄｉａｔｏｒ）（又はいくつかの他のレドックス活性な化学種）が拡散するまで、実質的には電流が流れない。これには時間がかかり、したがって分析物に依存する電流が観察されるまで、遅れが生じる。さらに、活性媒介物が少量である試薬の場合には、対反応が可能になるまではある点を超えて反応を開始させることさえもできない。化学反応の開始におけるこの遅れは、他の拡散過程による遅れとともに、累積される。
【００２２】
この機序に基づくと、理論的には、この時間遅れは、第２の電極に到達するため電荷担体が移動しなければならない距離の二乗に関連すると予測される。このことは、乾燥試薬と第２の電極との距離を半分に切り詰めればこの時間が４分の１に短縮されること、及び側壁の２５％をコーティングしても最大電流到達所要時間が約２分の１短縮されることを意味する。したがって本発明のデバイスでは、第１の電極の上方に広がる側壁の少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７５％、また最も好ましくは全部を乾燥試薬でコーティングしている。
【００２３】
この機序は、試薬中の重要な成分が媒介物又は電荷担体であることをも明らかにしている。したがって、図５に例示するように、本発明の代替的実施形態では、第１の電極表面上にグルコースオキシダーゼなどの酵素を含む試薬層５１を堆積させ、また試料受入れ空間の底部、及び少なくとも一部の側面を覆うようにレドックス活性コーティング５２を堆積させる。
【００２４】
レドックス活性コーティング５２、又は試薬コーティング３８は、本デバイスで使用する両レドックス状態のレドックス活性化学種を含有できる。これは還元形、酸化形、又はこれらの混合物とすることができる。レドックス活性化学種の特定の非限定的な例は、グルコースの、及び他の媒介物による電気化学検出系に使用するため知られているレドックス媒介物である。本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用する用語「レドックス媒介物」は、分析物へ又は分析物から電気化学セルの電極へ電子を移動させる多重ステッププロセスの過程で酸化され且つ／又は還元される、分析物以外の化学種を意味する。媒介物の非限定的な例には、下記のものが含まれる：
・フェリシアン化物、
【化１】
2008500550.tif 000003
・フェロセン（Ｆｃ）、及び下記のものを含むがそれらに限定されない誘導体：
・フェロセンモノスルホネート、
・フェロセンジスルホネート、
【化２】
2008500550.tif 000004
【化３】
2008500550.tif 000005
・下記のものを含むがそれらに限定されないオスミウムＩＩ及びオスミウムＩＩＩトリス（フェナントロリン）（すなわちＯｓ−ｐｈｅｎ）錯体：
【化４】
2008500550.tif 000006
・及び下記のものを含むがそれらに限定されないイソ構造ルテニウム錯体：
【化５】
2008500550.tif 000007
・下記のものを含むがそれらに限定されないオスミウムＩＩ及びオスミウムＩＩＩトリス（ビピリジル）（すなわちＯｓ（ｂｐｙ）３）錯体：
【化６】
2008500550.tif 000008
・及び関連のルテニウム錯体、例えば
【化７】
2008500550.tif 000009
・下記のものを含むがそれらに限定されない他の配位子を有するオスミウムＩＩ及びオスミウムＩＩＩビス（ビピリジル）（すなわちＯｓ（ｂｐｙ）２）錯体：
【化８】
2008500550.tif 000010
・及び関連のルテニウム錯体、例えば
【化９】
2008500550.tif 000011
【００２５】
但し、Ｅｔはエチルであり、ｂｐｙはビピリジルであり、ｄｍｂｐｙはジメチルビピリジルであり、ＭｅＩｍはＮ−メチルイミダゾールであり、ＭｅＨＩｍはメチルイミダゾールであり、ＨＩｍはイミダゾールであり、ｐｈｅｎはフェナントロリンであり、ｍｐｈｅｎはメチルフェナントロリンであり、ｄｍｐｈｅｎはジメチルフェナントロリンであり、ｔｍｐｈｅｎはテトラメチルフェナントロリンであり、ｄｍｄｐｐｈｅｎはジメチルジフェニルフェナントロリンであり、ｐｈｐｈｅｎはフェニルフェナントロリンである。さらに、これらの媒介物の酸化形又は還元形は、単独か又は互いに組み合わせるかいずれかで使用できると理解される。
【００２６】
本発明の方法
本発明は、上述のタイプの電気化学的試験デバイスを製造する方法をも提供する。この方法を図６に概略的に例示する。図に示すように、第１の電極６２上にスペーサ層６１を配置する。これは、スペーサ層６１の両面に、接着剤をコーティングしている絶縁性フィルム又はシートを使用して容易に達成することができる。スペーサ層６１は空所６３を有し、それを介して第１の電極６２が露出される。この空所は図６に示すウェル６３の形とすることができ、又は図７Ａ及びＢに示すチャンネル７３として存在することができる。絶縁性支持体６４が電極６２の下側に存在する。
【００２７】
レドックス活性材料を含む液体試薬６５を、露出した第１の電極６２の少なくとも一部、しかし好ましくは全部、及び空所６３／７３の側壁６６の少なくとも一部を被覆するような形で、スペーサ層６１内の空所６３／７３中に導入する。本発明の一実施形態において、この結果は、側壁を少なくとも一部被覆する十分な深さまで空所６３／７３を満たすことによって達成される。この結果は、濡れた跡を残す小出しチップによる液滴の動きとして電極及び側壁に沿って試薬を適用することによって、或いはインクジェット又は類似のディスペンサを使用し、その軌跡上に濡れた側壁並びに濡れた電極をもたらして達成することもできる。グルコーステスト向けのデバイスに一般に使用される小規模のものでは、試薬の表面積が最小になるように、表面張力により試薬が引っ張られて全ての濡れた表面が被覆されることに注目すべきである。これにより、既に濡れていれば、試薬が隅々まで広がり且つ壁部を上昇する助けになる。
【００２８】
次いで、空所６３／７３内において液体試薬６５を乾燥して、第１の電極６２及び少なくとも一部の側壁６６を被覆する層として乾燥試薬を配置したものを形成する。この乾燥は、構造体を単に空気中で乾燥するままとすること、空気流を適用しその中で乾燥すること、加熱すること、加熱した空気流中で乾燥すること、真空下で乾燥すること、又は加熱した真空下で乾燥することにより達成できる。次いで、導電性電極表面６８を有する材料シート６７を、スペーサシートの上部を覆って適用して、空所６３を横切って第１の電極６２に面する第２の電極を形成する。試料受入れ空間への試料導入空所は、中間構造体を切り取り、それにより空所６３／７３を貫通して横方向に形成することによって作ることができ、また両電極について接点を形成して、外部計器への接続を可能にする。デバイスを形成するための好ましい方法は、参照として本明細書に組み込まれている米国仮出願特許第６０／５２１５５５号、及び２００５年５月２０日出願の米国特許出願第１０／９０８６５６号中に記載されている。
【実施例】
【００２９】
向かい合わせた金電極と、グルコースオキシダーゼ、フェリシアン化物、緩衝塩、及び可溶性安定剤を含む試薬とを使用して、２つのデバイスを組み立てた。本発明のデバイスでは、第２の電極の付近まで試薬が側壁を上昇し広がっていた。対照用デバイスでは、試薬を第１の電極上だけに配置した。試料がストリップに入ると直ぐに（ｔ＝０）、各デバイスに電位３００ｍＶを印加した（正極は試薬を有する第１の電極であった；負極は試薬を有しない第２の電極であった）。図２に示すように、対照用デバイスでは最初の２、３秒は実質的な電流が得られず、電流は約１秒で最初に増加するのみである。試薬が溶解し且つ第２の電極に拡散することができ、それにより対反応をもたらして電流が流れることを可能にするまで、電流を著しく増加させることができない。図４は、本発明のデバイスについて電流プロフィールを示す。この場合には、試料がストリップに入るとほとんど直ぐに、試薬が溶解且つ拡散し、事実上直ちに（ｔ＝０）電流が流れ始める。したがって、他のデバイスでは約５秒であるのに対して、本デバイスのサンドイッチ結合構造電極構造体では約３秒で定常状態の電流が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】グルコース試験ストリップに使用する基本化学反応を示す図である。
【図２】ウェルの底部のみに試薬を適用する伝導度セル試験ストリップにおいて、時間の関数として電流を示す図である。
【図３】本発明のデバイスの試料受入れ空間を通る横断面を示す図である。
【図４】本発明の試験ストリップにおいて、時間の関数として電流を示す図である。
【図５】本発明のデバイスの試料受入れ空間を通る横断面を示す図である。
【図６】本発明の方法を図式的に表示する図である。
【図７Ａ】本発明の方法を図式的に表示する図である。
【図７Ｂ】本発明の方法を図式的に表示する図である。
【図１】
2008500550.tif 000015
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008500550.tif 000019
【図６】
2008500550.tif 000020
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
2008500550.tif 000023
2008500550.tif 000024
2008500550.tif 000025