(57)【要約】【課題】分析時間を短くでき、また高濃度領域においても精度よく分析できる比色用の分析用具を提供する。【解決手段】試料中の特定成分と試薬を反応させるための反応空間４を備え、かつ比色により特定成分を分析する際に利用される比色用の分析用具Ｘにおいて、反応空間４を規定する面に、試薬を保持させるための試薬保持領域と、試薬保持領域の法線方向において試薬保持領域に対面して存在し、かつ試薬が保持されない対面領域と、を設定し、試薬保持領域と対面領域との対面距離Ｈを１５０μｍ以下とした。好ましくは、対面距離Ｈは、１００μｍ以下とされ、さらに好ましくは７５μｍ以下とされる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料中の特定成分と試薬を反応させるための反応空間を備え、かつ比色により上記特定成分を分析する際に利用される比色分析用具であって、
上記反応空間を規定する面には、試薬を保持させるための試薬保持領域と、上記試薬保持領域の法線方向において上記試薬保持領域に対面して存在し、かつ試薬が保持されない対面領域と、が設定されており、
上記試薬保持領域と上記対面領域との対面距離が１５０μｍ以下であることを特徴とする、小ギャップ比色分析用具。
【請求項２】
上記対面距離は、１００μｍ以下である、請求項１に記載の小ギャップ比色分析用具。
【請求項３】
上記対面距離は、７５μｍ以下である、請求項２に記載の小ギャップ比色分析用具。
【請求項４】
上記反応空間は、試料を移動させることができるように構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の小ギャップ比色分析用具。
【請求項５】
上記反応空間は、当該反応空間において生じる毛細管力により、試料を移動させるように構成されている、請求項４に記載の小ギャップ比色分析用具。
【請求項６】
上記反応空間は、第１および第２板材を接合することにより規定されており、かつ、
上記試薬は、上記第１および第２板材の一方に保持されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の小ギャップ比色分析用具。
【請求項７】
上記第１および第２板材は、スペーサを介して接合されており、
上記対面距離は、上記スペーサによって規定されている、請求項６に記載の小ギャップ比色分析用具。
【請求項８】
上記試料は、血球を含んだ血液である、請求項１ないし７のいずれかに記載の小ギャップ比色分析用具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比色により試料中の特定成分を分析する際に使用される分析用具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比色により血糖値を測定する際に利用される分析用具としては、たとえば図９に示したグルコースセンサ９がある。このグルコースセンサ９は、第１および第２透明板材９１，９２を、一対のスペーサ９３を介して接合した形態を有しており、各要素９１〜９３により、キャピラリ９４が規定されたものである。キャピラリ９４の内部には、血液が供給されたときに溶解する試薬部９５が設けられている。この試薬部９５は、発色剤、酸化還元酵素および電子伝達物質などの反応成分を含むものとして構成される。
【０００３】
このようなグルコースセンサ９では、開口９６を介して血液を導入した場合、キャピラリ９４の内部において生じる毛細管力により、キャピラリ９４に導入された血液が開口９７に向けて移動する。このとき、試薬部９５が溶解し、キャピラリ９４の内部には、グルコース、発色剤、酸化還元酵素および電子伝達物質を含む液相反応系が構築される。
【０００４】
液相反応系においては、試薬部９５に含まれる反応成分やグルコースが拡散して反応が生じ、グルコースから取り出された電子が、電子伝達物質を介して発色剤に供給される。発色剤は、電子が供給されることにより発色し、この発色により液相反応系が着色される。着色の程度は、光学的手法により検知され、この検知結果に基づいて血糖値を演算することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、発色剤を発色させるためには、少なくとも、グルコースから電子を取り出す反応と、取り出した電子を発色剤に供給する反応が必要となる。一方、液相反応系において効率よく発色剤を発色させ、測定時間を短くするためには、液相反応系において、試薬部の反応成分を均一に分散させる必要がある。しかしながら、試薬部として、試料の供給により溶解する構成を採用した場合には、局所的に反応成分の濃度が高い状態を経た後、反応成分が経時的に拡散することにより、反応成分の濃度が徐々に均一化されていく。そのため、グルコースセンサ９を用いた濃度測定では、測定時間が反応成分の拡散性に依存する傾向にある。また、グルコースは、血液をキャピラリ９４に導入した初期段階では液相反応系において略均一濃度で存在するが、反応の進行にともなってグルコースが消費され、未反応のグルコースの濃度は、反応成分の濃度が高い部分において低くなる。そのため、反応成分ばかりでなく、グルコース濃度の濃度分布ひいてはグルコースの拡散性も測定時間に影響を与えることとなる。
【０００６】
グルコースセンサ９では、第１透明基板と第２透明基板との距離が、小さくても、２００〜３００μｍに設定されており、しかも試薬部９５が第１透明基板９１にのみ形成されている。そのため、液相反応系において試薬部９５に含まれる反応成分の濃度を均一化させるためには、目的成分の拡散距離が大きくなってしまう。もちろん、グルコースの拡散距離も大きくなる。その結果、グルコースセンサ９では、目的とする反応状態（液相反応系の着色）を得るための時間が比較的に長く、測定時間が長いといった問題がある。この場合に、測定時間を短く設定すれば、発色剤が十分に発色していないために、高濃度領域での測定精度が低下し、また測定精度を十分に確保しようとすれば測定レンジが狭くなる。
【０００７】
本発明は、このような事情のもとに考えだされたものであって、分析時間を短くでき、また高濃度領域においても精度よく分析できる比色用の分析用具を提供することを課題としている。
【０００８】
【発明の開示】
本発明では、上記した課題を解決するため、次の技術的手段を講じている。すなわち、本発明により提供される分析用具は、試料中の特定成分と試薬を反応させるための反応空間を備え、かつ比色により上記特定成分を分析する際に利用される比色分析用具であって、上記反応空間を規定する面には、試薬を保持させるための試薬保持領域と、上記試薬保持領域の法線方向において上記試薬保持領域に対面して存在し、かつ試薬が保持されない対面領域と、が設定されており、上記試薬保持領域と上記対面領域との最短対面距離が１５０μｍ以下であることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、「対面」という用語は、特段の限定がない限りは、平面どうしの状態ばかりでなく、平面と曲面との状態および曲面どうしの状態も含むものとして使用している。また、「対面距離」とは、試薬が試薬保持領域からその法線方向に拡散したときに、対面領域に到達するのに必要な距離の最大値を意味している。
【００１０】
好ましくは、最短対面距離は、１００μｍ以下とされ、さらに好ましくは７５μｍ以下とされる。ただし、対面距離は、たとえば３０μｍ以上とするのが好ましい。これは、試料が血球の含んだ血液のように、試料が固体成分を含むような場合、あるいは試料の粘度が大きい場合には、最短対面距離を不当に小さくすれば、流路における試料の移動をスムーズに行うことができないためである。
【００１１】
反応空間は、たとえば試料を移動させることができるように構成されている。試料の移動は、当該反応空間において毛細管力を生じさせ、その毛細管力を利用して行うことができる。もちろん、ポンプの動力を利用して、反応空間の試料を移動させるように構成することもできる。
【００１２】
反応空間は、たとえば第１および第２板材を接合することにより規定される。この場合、試薬は、第１および第２板材の一方に保持される。第１および第２板材は、たとえばスペーサを介して接合される。この場合には、対面距離は、スペーサによって規定される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１４】
図１ないし図３に示したグルコースセンサＸは、使い捨てとして構成されたものであり、比色によりグルコース濃度を測定することができるように構成されたものである。このグルコースセンサＸは、長矩形の第１および第２板材１，２を、一対のスペーサ３を介して接合した形態を有しており、各要素１〜３により、第１および第２板材１，２の長手方向に延びるキャピラリ４が規定されている。
【００１５】
第１および第２板材１，２は、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ビニロンなどにより透明に形成されている。第１板材１には、キャピラリ４の内部に収容された状態で試薬部４３が設けられている。試薬部４３は、血液に対して溶解しやすい固体状に形成されており、発色剤を含んだものとして構成される。このため、キャピラリ４に血液を導入した場合には、キャピラリ４の内部には、グルコースおよび発色剤を含む液相反応系が構築される。
【００１６】
発色剤としては、公知の種々のものを用いることができるが、電子授受により発色したときの吸収波長が、血液の吸収波長からずれたものを用いるのが好ましい。発色剤としては、たとえばＭＴＴ（３−（４，５−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−２−ｔｈｉａｚｏｌｙｌ）−２，５−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−２Ｈ−ｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍ  ｂｒｏｍｉｄｅ）、４ＡＡ（４−Ａｍｉｎｏａｎｔｉｐｙｒｉｎｅ）を用いることができる。
【００１７】
試薬部４３は、電子伝達物質あるいは酸化還元酵素を含んだものとして構成してもよい。そうすれば、グルコースと発色剤との間の電子授受をより速く行うことができるようになるため、測定時間を短くすることが可能となる。
【００１８】
酸化還元酵素としては、たとえばＧＤＨやＧＯＤを用いることができ、典型的にはＰＱＱＧＤＨが使用される。また、発色剤として４ＡＡを用いる場合には、酸化還元酵素としてＧＯＤとＰＯＤを併用してもよい。電子伝達物質としては、たとえば  ［Ｒｕ（ＮＨ３）６］Ｃｌ３、Ｋ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］あるいはｍｅｔｈｏｘｙ−ＰＭＳ（５−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎａｚｉｎｉｕｍ  ｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆａｔｅ）を使用することができる。
【００１９】
一対のスペーサ３は、第１および第２板材１，２の間の距離、すなわちキャピラリ４の高さ寸法Ｈを規定し、かつキャピラリ４の幅寸法Ｗを規定するためのものである。第１および第２板材１，２が平行に配置され、かつ第１板材１の表面に試薬部４３が形成された構成では、キャピラリ４の高さ寸法Ｈが対面距離となる。グルコースセンサＸでは、一対のスペーサ３が一定の間隔を隔てて配置されており、当該間隔がキャピラリ４の幅寸法Ｗとなる。一方、各スペーサ３の厚み寸法Ｈは、キャピラリ４の高さ寸法に対応している。
【００２０】
キャピラリ４は、その内部が開口４０，４１を介して外部と連通している。開口４０は、キャピラリ４の内部に血液を導入するためのものであり、開口４１は、キャピラリ４の内部の空気を排出するためのものである。このようなキャピラリ４では、キャピラリ４の内部において生じる毛細管力により、開口４０を介してキャピラリ４に導入された血液が開口４１に向けて移動することができる。
【００２１】
キャピラリ４の長さ寸法Ｌは、たとえば１〜５０ｍｍに形成される。キャピラリ４の幅寸法はＷ、たとえば０．０５〜１０ｍｍに形成される。これに対して、キャピラリの高さ寸法（対面距離）Ｈは、１５０μｍ以下に形成される。キャピラリ４の高さ寸法Ｈは、好ましくは１００μｍ以下に設定され、さらに好ましくは７５μｍ以下とされる。ただし、全血のように血球（固体分）を含んだ試料を用いる場合には、キャピラリ４への試料（血液）の導入を確実ならしめるために、キャピラリ４の高さ寸法Ｈは、３０μｍ以上に設定するのが好ましい。
【００２２】
グルコースセンサＸでは、開口４０を介してキャピラリ４に血液を供給した場合には、図４（ａ）および（ｂ）に示したように、キャピラリ４において生じる毛細管現象により、血液がキャピラリ４の内部を進行する。血液の進行過程においては、血液により試薬部４３が溶解させられ、キャピラリ４の内部に液相反応系４４が構築される。血液の進行は、血液が開口４１に到達したときに停止する。
【００２３】
液相反応系４４においては、グルコースから取り出された電子が発色剤に供給されて発色剤が発色し、液相反応系４４が着色される。試薬部４３において、酸化還元酵素および電子伝達物質が含まれている場合には、酸化還元酵素が血液中のグルコースと特異的に反応してグルコースから電子が取り出され、その電子が電子伝達物質に供給された後に発色剤に供給される。したがって、発色剤の発色の程度（液相反応系の着色の程度）は、グルコースから取り出された電子の量、すなわちグルコース濃度に相関している。
【００２４】
液相反応系４４の着色の程度は、たとえば液相反応系４４に対して第２透明基板２を介して光を照射し、そのときに液相反応系４４を透過して第１透明基板１から出射する光を受光することにより検知される。液相反応系４４に照射する光は、発色剤の発現色における吸収の大きな波長の光のものが採用される。最終的なグルコース濃度は、たとえば液相反応系４４に対して入射させた入射光の強度と、液相反応系４４を透過した透過光の強度と、の比に基づいて演算される。
【００２５】
グルコースセンサＸでは、後述の実施例からも明らかとなるが、対面距離Ｈが１５０μｍ以下と通常よりも小さくされていることにより、測定時間を短くすることが可能となる。すなわち、グルコースセンサＸでは、液相反応系４４において試薬部４３に含まれる目的成分（発色剤、酸化還元酵素、電子伝達物質）の濃度を均一化させるために必要な目的成分の拡散距離が、高さ方向に関して小さくなっている。また、反応によりグルコースが消費された場合であっても、未反応のグルコースを均一に分散させるためのグルコースの拡散距離も高さ方向に関して小さくなっている。その結果、グルコースセンサＸでは、発色剤を発色させるために必要な反応が生じやすくなっており、目的とする反応状態（液相反応系の着色）を得るための時間が短くなって測定時間を短くすることができる。
【００２６】
本発明は、本実施の形態において説明した形態には限定されず、たとえば図５〜図７に示したような構成とすることもできる。
【００２７】
図５（ａ）および（ｂ）に示したグルコースセンサＸａは、第１板材１ａに断面矩形の凹部１０ａを形成し、この凹部１０ａの底面に試薬部４３を形成したものである。このグルコースセンサＸａでは、図５（ｂ）に示したように、対面距離Ｈは、凹部１０ａの底面と第２板材２ａとの間の距離となる。
【００２８】
図６（ａ）および（ｂ）に示したグルコースセンサＸｂは、キャピラリ４ｂの断面形状を半円状としたものである。より具体的には、第１基板１ｂに断面が半円の凹部１０ｂを形成し、この凹部１０ｂの内面に試薬部４３を形成したものである。このグルコースセンサＸｂでは、図６（ｂ）に示したように、対面距離Ｈは、凹部１０ｂの深さとなる。
【００２９】
図７（ａ）および（ｂ）に示したグルコースセンサＸｃは、キャピラリ４ｃの断面形状が円形とされたものである。より具体的には、第１および第２板材１ｃ，２ｃの双方に半円状の凹部１０ｃ，２０ｃが形成され、第１板材１ｃの凹部１０ｃに試薬部４３が形成されたものである。このグルコースセンサＸｃでは、図７（ｂ）に示したように、対面距離Ｈは、キャピラリ４ｃの直径となる。
【００３０】
図５ないし図７に示した例では、第１および第２基板の間にスペーサが介在していないが、スペーサを介在させた構成では、さらにスペーサの厚みを加えたものが対面距離となる。
【００３１】
本実施の形態においては、入射光と透過光の強度に基づいてグルコース濃度を測定できるように構成されたグルコースセンサについて説明したが、本発明は、入射光と反射光の強度に基づいて、グルコース濃度を測定できるように構成されたグルコースセンサについても適用できる。
【００３２】
本発明は、血液中のグルコース以外の成分、たとえばコレステロールなどを分析する場合にも適用でき、また血液以外の試料、たとえば尿などを分析する場合に適用できる。
【００３３】
グルコースセンサＸは、毛細管力により試料を移動させるように構成されていたが、ポンプなどの動力により試料を移動させるように構成してもよいし、また必ずしも試料を移動させる構成を採用する必要もない。
【００３４】
【実施例】
以下においては、試料としてグルコース溶液を用いた場合に、グルコースセンサにおけるキャピラリの高さ寸法（対面距離）が、測定時間に与える影響について、吸光度の経時変化を測定することにより検討する。
【００３５】
（グルコースセンサの作成方法）
本実施例においては、３種類のグルコースセンサについて測定時間を検討した。これらのグルコースセンサは、基本的には図１ないし図３に示したグルコースセンサＸと同様な構成であり、両面テープ（スペーサ）の厚み寸法を規定することにより、キャピラリの高さ寸法（対面距離）が異なったものとされている。
【００３６】
各グルコースセンサの作成においては、まず、寸法が１０ｍｍ×３０ｍｍ×２５０μｍであるＰＥＴ製の第１透明板に、一対の両面テープを３ｍｍの間隔を隔てて貼着した。両面テープは、キャピラリの厚み寸法を規定するものであるが、各グルコースセンサに使用した両面テープの厚みは、表１に示した通りである。次いで、上記間隔における３ｍｍ×３ｍｍの領域に試薬液を分注した後に、試薬液を送風乾燥（３０℃、１０％Ｒｈ）させて試薬部を形成した。各グルコースセンサを作成するときの試薬液の分注量は、表１に示した通りである。すなわち、試薬液の分注量は、キャピラリの容積に応じて設定されており、３種類のグルコースセンサ１〜３は、キャピラリに血液を導入したときにキャピラリ内での試薬濃度が同一となるように構成されている。続いて、寸法が１０ｍｍ×３０ｍｍ×２５０μｍであるＰＥＴ製の第２透明板を、先の両面テープを介して第１透明板に接合することにより本実施例において使用するグルコースセンサを得た。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１において、ＰＱＱＧＤＨは、ピロロキノリンキノンを補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ、ＰＭＳは５−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎａｚｉｎｉｕｍ  ｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆａｔｅ、ＭＭＴは３−（４，５−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−２−ｔｈｉａｚｏｌｙｌ）−２，５−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−２Ｈ−ｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍ  ｂｒｏｍｉｄｅ、ＰＩＰＥＳは、Ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ−１，４−ｂｉｓ（２−ｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）の略号である。
【００３９】
（吸光度の測定）
吸光度の測定においては、試薬部が設けられていた領域に対して、キャピラリの高さ方向に沿って光を照射し、そのときにグルコースセンサを透過した光を受光した。光の照射は、発光ダイオードを用いて、６３０ｎｍの光を照射することにより行った。透過光は、フォトダイオードにおいて受光した。吸光度は、下記数式１により算出した。
【００４０】
【数１】
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【００４１】
本実施例では、グルコースセンサ毎に、濃度が０ｍｇ／ｄＬ、２００ｍｇ／ｄＬ、４００ｍｇ／ｄＬ、または６００ｍｇ／ｄＬ相当である血液について、吸光度を経時的に測定した。各グルコースセンサでの測定結果を、それぞれ図８（ａ）〜（ｃ）に示した。
【００４２】
図８（ａ）に示したように、キャピラリの厚みが２００μｍのグルコースセンサ１では、吸光度の経時変化が小さく、グルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬや６００ｍｇ／ｄＬの場合には、血液の導入開始から３０秒経過しても、最大吸光度に対して十分に漸近していない。そのため、グルコースセンサ１においては、血液の導入開始から３０秒以内でのグルコース濃度の測定が困難であり、また血液の導入開始から３０秒以内で精度よくグルコース濃度を測定するとすれば、測定レンジが狭くならざるをえない。
【００４３】
図８（ｂ）に示したように、キャピラリの厚みが１００μｍのグルコースセンサ２では、グルコース濃度が６００ｍｇ／ｄＬの場合であっても、血液の導入開始から１０秒程度で、最大吸光度に対して十分に漸近している。そのため、グルコースセンサ２においては、少なくともグルコース濃度が０〜６００ｍｇ／ｄＬの範囲において、血液の導入開始から１０秒程度でグルコース濃度の測定を精度よく行うことが可能となる。
【００４４】
図８（ｃ）に示したように、キャピラリの厚みが６０μｍのグルコースセンサ３では、グルコース濃度が６００ｍｇ／ｄＬの場合であっても、血液の導入開始から５秒程度で、最大吸光度に対して十分に漸近している。そのため、グルコースセンサ３においては、少なくともグルコース濃度が０〜６００ｍｇ／ｄＬの範囲において、血液の導入開始から５秒程度でグルコース濃度の測定を精度よく行うことが可能となる。
【００４５】
これらの結果から分かるように、液相反応系の試薬濃度が同一とされている場合において、吸光度が最大値に漸近するまでの時間は、キャピラリの厚み寸法が小さくなるにしたがって短くなっている。したがって、グルコースセンサにおいては、キャピラリにおける試薬部の法線方向の距離（対面距離）を小さく、たとえばその距離を１５０μｍ以下、より好ましくは７５μｍ以下とすることにより、測定時間を短くすることができるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るグルコースセンサの一例を示す全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】キャピラリにおける血液の進行状態を説明するための図３に相当する断面図である。
【図５】本発明に係るグルコースセンサの他の例を示すものであり、（ａ）は一部を破断した斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明に係るグルコースセンサの他の例を示すものであり、（ａ）は一部を破断した斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図７】本発明に係るグルコースセンサの他の例を示すものであり、（ａ）は一部を破断した斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図８】グルコースセンサでの吸光度の経時的変化を示すグラフであり、（ａ）はキャピラリにおける対面距離が２００μｍ、（ｂ）は対面距離が１００μｍ、（ｃ）は対面距離が６０μｍでの測定結果である。
【図９】従来のグルコースセンサを説明するための全体斜視図である。
【符号の説明】
Ｘ，Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃ  グルコースセンサ（分析用具）
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  第１板材
２，２ａ，２ｃ  第２板材
３  スペーサ
４，４ｂ，４ｃ  キャピラリ（反応空間）
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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