(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体濃度試験における干渉物質の影響を低減する方法であって、当該方法は、
（ａ）（ｉ）相互に離間した第１電極及び第２電極と、（ｉｉ）第１試薬層とを備えた電気化学的セルに生理学的サンプルを導入するステップと、
（ｂ）第１電極と第２電極との間に、第１の極性を有する第１試験電位を印加し、セル電流を測定し、第１ピーク電流値を得るステップと、
（ｃ）前記第１電極と前記第２電極との間に、第２の極性を有する第２試験電位を印加し、セル電流を測定し、第２ピーク電流値を得るステップと、
（ｄ）前記第１ピーク電流値及び前記第２ピーク電流値に基づいて、酸化反応又は還元反応によって干渉電流を引き起こす化学的な干渉物質の影響を抑えたグルコース濃度の算出において用いることができる干渉物質補正係数を算出するステップとを含んでなる方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｃ）が更に、セル電流を時間関数として測定し、第２過渡電流を得て、前記第２過渡電流に基づいて第１電流値を算出するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
更に、前記第１電流値から干渉電流値を除去することによって、第１補正電流値を算出するステップを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１補正電流値を算出するステップが、干渉物質補正数式によって前記第１電流値を積算するステップを含み、
前記干渉物質補正数式は、
【数１】
0005203620.tif 000025
であり、
ｉｐｂは前記第１ピーク電流値、ｉｐａは前記第２ピーク電流値、ｉｓｓは定常電流値である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記方法は更に、前記第２過渡電流に基づいて第２電流値を算出するステップと、前記ステップ（ｂ）において、セル電流を時間関数として測定し、第１過渡電流を得て、前記第１過渡電流に基づいて第３電流値を算出するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
更に、数式
【数２】
0005203620.tif 000026
に基づいて検体濃度を算出するステップを含み、［Ｃ］が検体濃度、ｉ４が前記第１補正電流値、ｉ２が前記第２電流値、ｉ３が前記第３電流値、ａ、ｐ及びＺは較正係数である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１試薬層が前記第１電極上に配設される、請求項１から６のいずれか記載の方法。
【請求項８】
前記第１の極性が前記第２電極に対して負であり、前記第２の極性が前記第２の電極に対して正である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
レドックス媒介物質を含むが、ほとんど酵素を含まない第２試薬層が前記第２電極上に配設され、前記レドックス媒介物質は、生理学的サンプル内に存在する干渉物質を酸化できる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｃ）が、更に、セル電流を時間関数として測定し、第２過渡電流を得る、請求項１から９のいずれか記載の方法。
【請求項１１】
検体濃度が数式
【数３】
0005203620.tif 000027
に基づいて算出され、［Ｃ］が検体濃度、ｉｐｐが前記第１過渡電流から導出される電流値、Ｃｏがグルコース濃度概算値、ｉｐａが前記第１ピーク電流値、ｉｐｂが前記第２ピーク電流値、ｉｓｓが定常電流値、ｐ及びＺが較正係数である、請求項１から１０のいずれか記載の方法。
【請求項１２】
前記ｉｐｐが、第１過渡電流の終端近傍の短時間期間にわたる電流の平均値である、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
検体と干渉物質の両方を含有した生理学的サンプルにおける検体濃度を決定する方法であって、当該方法は、
（ａ）（ｉ）相互に離間した第１電極及び第２電極と、（ｉｉ）酵素及び媒介物質を含有する第１試薬層とを備えた電気化学的セルに生理学的サンプルを導入するステップと、
（ｂ）第１電極と第２電極との間に、第１の極性を有する第１試験電位を印加し、セル電流を測定し、第１ピーク電流値を決定するステップと、
（ｃ）開回路電位時間期間を経過させるステップと、
（ｄ）開回路電位時間期間の後、前記第１電極と前記第２電極との間に、第２の極性を有する第２試験電位を印加し、セル電流を測定し、第２ピーク電流値を決定するステップと、
（ｅ）前記第２ピーク電流値から前記第１ピーク電流値を減算して、前記サンプル内の前記検体濃度と比例する補正電流値を決定するステップと、
（ｆ）前記補正電流値を用いて検体濃度を算出するステップとを含んでなる方法。
【請求項１４】
前記開回路電位時間期間が、約１秒乃至５秒の範囲である、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記開回路電位時間期間が、約２秒乃至３秒の範囲である、請求項１３又は１４記載の方法。
【請求項１６】
前記検体濃度が、数式
【数４】
0005203620.tif 000028
に基づいて算出され、［Ｃ］が検体濃度、ｉｐａが前記第１ピーク電流値、ｉｐｂが前記第２ピーク電流値、ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔが較正係数である、請求項１３から１５のいずれか記載の方法。
【請求項１７】
更に、前記ステップ（ｂ）において第１過渡電流を測定し、前記ステップ（ｄ）において第２過渡電流を測定するステップを含む、請求項１３から１６のいずれか記載の方法。
【請求項１８】
前記検体濃度が、数式
【数５】
0005203620.tif 000029
に基づいて算出され、［Ｃ］が検体濃度、ｉｐａが前記第１ピーク電流値、ｉｐｂが前記第２ピーク電流値、ｉ２が前記第２過渡電流から導出される電流値、ｉ３が前記第１過渡電流から導出される電流値、ｐ、ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔが較正係数である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
検体と干渉物質の両方を含有した生理学的サンプルにおける検体濃度を決定する方法であって、当該方法は、
（ａ）（ｉ）相互に離間した第１電極及び第２電極と、（ｉｉ）試薬層とを備えた電気化学的セルに生理学的サンプルを導入するステップと、
（ｂ）第１電極と第２電極との間に、第１の極性を有する第１試験電位を印加し、セル電流を測定するステップと、
（ｃ）前記第１電極と前記第２電極との間に、第２の極性を有する第２試験電位を印加し、セル電流を測定するステップと、
（ｄ）前記（ｂ）の前記電流測定から第１定常電流値を決定するステップと、
（ｅ）前記（ｃ）の前記電流測定から第２定常電流値を決定するステップと、
（ｆ）前記第２定常電流値から前記第１定常電流値を減算し、検体濃度に比例するが、干渉物質の影響の少ない値を決定するステップとを含んでなる方法。
【請求項２０】
更に、前記ステップ（ｂ）において第１過渡電流を測定し、前記ステップ（ｃ）において第２過渡電流を測定するステップを含み、
前記検体濃度は、数式
【数６】
0005203620.tif 000030
に基づいて算出され、
［Ｈ］が、検体濃度、ｉｓｓａが前記第１過渡電流からの定常電流、ｉｓｓｂが前記第２過渡電流からの定常電流、ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔが較正係数、Ｆがファラデー定数、Ａが第１電極の面積、Ｄがレドックス活性分子の拡散係数、Ｌが電極の間隔である、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記検体がヘモグロビンである、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉物質の存在下でサンプルを迅速で正確に分析する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬｉｆｅＳｃａｎ社から入手可能なＯｎｅＴｏｕｃｈ（登録商標）Ｕｌｔｒａ（登録商標）全血試験キットなどで使用される電気化学的グルコース試験片は、糖尿病患者から採取した血液サンプル中のグルコース濃度を測定するように設計されている。グルコースの測定は、フラボ酵素グルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ（ｏｘ））による特異的酸化に基づく。この反応の間、酵素は還元され、（ＧＯｘ（ｒｅｄ））となる。酵素は、酸化された媒介物質フェリシアニド（Ｆｅ（ＣＮ）６３−）と反応して再酸化され、フェリシアニド（Ｆｅ（ＣＮ）６３−）自体はこの工程、即ち反応時に還元される。これらの反応の概要は以下の通りである。
0005203620.tif 000002
【０００３】
２本の電極の間に試験電位を印加して上記の反応が行われると、電極面で還元された媒介物質（フェロシアニド、即ちＦｅ（ＣＮ）６４−）が電気化学的に再酸化することにより電流が流れる可能性がある。理想的な環境では、上記の化学反応時に生成されるフェロシアニドの量は、電極間に存在するサンプル中のグルコースの量と正比例するため、生成された電流は、サンプルのグルコース含有量と比例することになる。フェリシアニドなどの媒介物質とは、グルコースオキシダーゼなどのレドックス酵素と電極間で電子を交換する化合物である。他の種類のグルコース試験片では、ピロロキノリンキノン（ＰＱＱ）補助因子を用いた酵素グルコースデヒドロゲナーゼをグルコースオキシダーゼの代わりに使用することができる。グルコース濃度が増加すると、生成される還元された媒介物質の量も増加することから、グルコース濃度と還元された媒介物質の再酸化により発生する電流の間には直接の因果関係がある。特に、電気的境界面（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を越えた電子の移動が電流の流れとなる（１モルのグルコースが酸化されるごとに２モルの電子が移動する）。このことから、グルコースの導入により生じた電流を、検体電流、より具体的には、グルコース電流と呼ぶことがある。
【０００４】
血液中のグルコースレベルを監視することは、糖尿病などの疾病を管理する上で重要な手段となることから、上述の原理を用いた、試験用計量器が普及している。試験時に生成されるグルコース電流は、試験用計量器により記録され、簡単な数式に基づいて電流をグルコース濃度に対応させる所定のアルゴリズムを用いて、グルコース濃度表示値に変換される。一般的に、試験用計量器は、電極と試薬を含むサンプル反応チャンバを有した使い捨ての試験片と共に動作する。使用時、使用者が、サンプル反応チャンバに少量の血液を注入すると試験用計量器が分析を行い、使用者に血糖値を知らせるようになっている。
【０００５】
電気化学的な意味において、試験用計量器は二重の機能を有している。第１は、分極試験電位（０．４Ｖ）を印加して、電気的境界面を分極させ、２つの作用電極面の間にセル電流が流れるようにすることである。第２は、試験用計量器がセル電流を計測できることである。したがって、試験用計量器は、実際には、グルコースの測定を容易にし、および／または試験用計量器のその他の機能を実行するために、３本目、場合によっては４本目の電極を用いることがあるが、２本の電極モードで動作する簡単な電気化学的システムとして考えることができる。
【０００６】
多くの場合、上記の化学反応式は、試験片に発生する化学反応を十分に近似しており、相当に正確なグルコース濃度の表示値を得ることができると考えられる。しかしながら、特定の状況で特定の目的の下において、例えば、電極で測定される電流の一部にサンプル内のその他の薬物または化合物の存在によるものが含まれる場合などでは、測定精度の向上が有利である場合がある。このような薬物または化合物が存在する場合、それらを干渉物質と呼び、この結果生じる追加的な電流を干渉電流（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）と呼ぶことができる。
【０００７】
考えられる干渉物質（即ち、試験電位が印加された際に干渉電流を生成する可能性のある血液などの生理学的流体に存在する化合物）の例として、アスコルビン酸塩、尿酸塩、アセトアミノフェン（Ｔｙｌｅｎｏｌ（登録商標）またはパラセタモール）などがあげられる。試験用計量器に干渉電流が生成される第１のメカニズムは、媒介物質（例えば、フェリシアニド）の還元により一つ以上の干渉の原因となる化合物が酸化されることである。更に、こうして還元された媒介物質は作用電極で酸化され得る。この第１のメカニズムは、間接干渉電流と呼ぶこともできる。試験用計量器に干渉電流が生成される第２のメカニズムは、作用電極において一つ以上の干渉物質が酸化されることである。第２のメカニズムは、直接干渉電流と呼ぶことができる。こうして、測定されるセル電流に、干渉物質から生じる望まない電流成分が含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
干渉物質の影響を削減するために使用可能な方法は、第１作用電極と基準電極と共に第２作用電極を使用することである。第２作用電極が剥き出しの状態であれば、第２作用電極は直接干渉電流を測定することができる。第１作用電極は、グルコース電流、直接干渉電流及び間接干渉電流の合計を含む電流を測定するため、酵素と媒介物質を含むようにする。第２作用電極で測定した直接干渉電流を第１作用電極で測定した電流から引くと、干渉物質の影響を削減できる。
【０００９】
代替或いは追加的として、第２（又は第３）作用電極を媒介物質（しかし酵素ではない）で被覆して、第２作用電極が直接及び間接干渉電流の合計（しかしグルコースは入らない）を含む電流を測定できるようにする。この場合、第２作用電極で測定した直接及び間接干渉電流を第１作用電極で測定した電流から引くと干渉物質の影響を削減できる。
【００１０】
ユーザが提供する血液サンプルを少量で済ませるため、サンプル反応チャンバは小型の方が好ましい。干渉物質の影響を補償するために第２（または第３）作用電極を用いる欠点は、第２作用電極は、サンプル反応チャンバの容積を相応に増加することである。更に、第２作用電極を用いると、構造が複雑となり、製造コストの増加を招くという欠点がある。したがって、２本の電極のみを用いて干渉物質の影響を受けずにグルコースを測定する方法の開発が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は広義には、生理学的サンプル中の検体濃度を電気化学的に決定する方法及び装置を提供する。一態様において、本明細書中に記載の方法は、電気を印加し、電流を測定する試験片を用いる。本方法は、こうして測定した電流値に基づいて、干渉物質の影響を最小限にしながら、迅速に検体濃度を測定できる。
【００１２】
一実施の形態において、本方法は、生理学的サンプルを電気化学セルに導入するステップを含んでなる。例えば、相互に離間した第１及び第２電極と試薬とを備えたセルなど、様々な電気化学的セルを使用できる。一旦サンプルが付着すると、本方法は、第１の極性を有する第１試験電位を反応セルに印加し、セル電流を時間関数として測定し、第１過渡電流を得る。第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２試験電位をセルに印加し、セル電流を時間関数として測定することによって、第２過渡電流を得る。
【００１３】
次に第１及び第２過渡電流を分析し、第１過渡電流から第１ピーク電流値を決定し、第２過渡電流から第２ピーク電流値を決定する。第１ピーク電流値及び第２ピーク電流値に基づいて、サンプル中の干渉物質の影響を決定できる。
【００１４】
一実施の形態において、干渉物質の影響は、第１ピーク電流値及び第２ピーク電流値を用いて電流値を補正することによって減少する。例えば、補正電流値は、第２過渡電流から導出した第１電流値を修正することによって決定できる。こうして得られた補正電流値は、干渉物質に起因する電流成分を除去した第１電流値を表せる。
【００１５】
一態様において、干渉物質からの第１電流値への寄与は、第１電流値と干渉物質補正係数とを積算することによって、（少なくとも部分的に）除去する。干渉物質補正数式は、
0005203620.tif 000003
であり、ｉｐｂは第１ピーク電流値、ｉｐａは第２ピーク電流値、ｉｓｓは定常電流値である。
【００１６】
補正電流値を用いて検体濃度を決定できる。例えば、本方法は、第２過渡電流から第２電流値を算出し、第１過渡電流から第３電流値を算出するステップを含むことができる。検体濃度は、数式
0005203620.tif 000004
から得ることができる。［Ｃ］が検体濃度、ｉ４が第１補正電流値、ｉ２が第２電流値、ｉ３が第３電流値、ａ、ｐ及びＺが較正係数である。
【００１７】
本明細書に開示される他の実施の形態において、検体濃度は数式
0005203620.tif 000005
に基づいて決定され、［Ｃ］が検体濃度、ｉｐｐが第１過渡電流から導出される電流値、Ｃｏがグルコース濃度概算値、Ｚが較正係数、ｉｐａが第１ピーク電流値、ｉｐｂが第２ピーク電流値、ｉｓｓが定常電流値である。一代替態様において、ｉｐｐは、第１過渡電流終端近傍の短時間期間にわたる電流の平均値である。
【００１８】
本明細書に開示された他の実施の形態は、検体と干渉物質の両方を含有した生理学的サンプルにおける検体濃度を決定する方法である。当該方法は、電気化学的セルに生理学的サンプルを導入し、第１の極性を有する第１試験電位を反応セルに印加する。セル電流値を時間関数として測定し、第１過渡電流を得る。次に、開回路電位時間期間を経過させる。開回路電位時間期間が経過した後、第２の極性を有する第２試験電位を印加することによって、第２過渡電流を測定する。
【００１９】
第１過渡電流及び第２過渡電流に基づいて、第１ピーク電流値及び第２ピーク電流値が得られる。第２ピーク電流値から第１ピーク電流値を減算して、サンプル内の検体濃度と比例する補正電流を決定する。補正電流を用いて検体濃度を算出する。
【００２０】
例えば、検体濃度は、数式
0005203620.tif 000006
に基づいて算出できる。［Ｃ］が検体濃度、ｉｐａが第１ピーク電流値、ｉｐｂが第２ピーク電流値、ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔが較正係数である。他の態様において、数式は、反応キネティクスを考慮して、以下の数式に修正できる。
0005203620.tif 000007
［Ｃ］が検体濃度、ｉｐａが第１ピーク電流値、ｉｐｂが第２ピーク電流値、ｉ２が第２過渡電流から導出される電流値、ｉ３が第１過渡電流から導出される電流値、ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔが較正係数である、
【００２１】
更に他の実施の形態は、検体と干渉物質の両方を含有した生理学的サンプルにおけるヘモグロビン濃度を決定する方法である。当該方法は、電気化学的セルに生理学的サンプルを導入し、第１の極性を有する第１試験電位を前記セルに印加するステップを含んでなる。セル電流値を時間関数として測定し、第１過渡電流を得る。次に、第２の極性を有する第２試験電位を印加し、セル電流値を時間関数として測定することによって、第２過渡電流を測定する。
【００２２】
第１過渡電流に基づいて、第１定常電流を決定し、第２過渡電流に基づいて第２定常電流を決定する。第２定常電流値から第１定常電流値を減算し、ヘモグロビン濃度に比例する電流値を得る。
【００２３】
一態様において、ヘモグロビン濃度は
数式
0005203620.tif 000008
に基づいて算出される。
［Ｈ］が、検体濃度、ｉｓｓａが前記第１過渡電流からの定常電流、ｉｓｓｂが前記第２過渡電流からの定常電流、ｓｌｏｐｅ及びｉｎｔｅｒｃｅｐｔが較正係数、Ｆがファラデー定数、Ａが第１電極の面積、Ｄがレドックス活性分子の拡散係数、Ｌが電極の間隔である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の方法および装置は、種々多様なサンプル中の種々多様な検体の測定に使用するのに適しており、特に対象となる検体がグルコースである場合に、全血またはその誘導物中の検体を測定するのに特に適している。本発明は、迅速な方法で正確な測定結果を得ることができる生理学的サンプル中の検体濃度値を測定する方法を提供する。本明細書では、検体濃度値の測定に使用できる代表的な実施の形態の試験片の構造について説明する。さらに、本明細書では、試験片に発生する過渡電流を試験片と電気的に接続した計量器によって測定し収集する、試験片を用いた方法について説明する。さらに、本明細書では、迅速な方法で過渡電流を処理するために用いられ、正確な検体濃度を出力するアルゴリズムについて説明する。さらなる態様において、干渉物質の影響を削減するように検体濃度を測定する方法について説明する。
【００２５】
本発明の方法は、原理的には、離間した第１及び第２電極を有する如何なる種類の電気化学セルと共に用いることができる。本明細書では、本発明を例示するため、対向する電極を用いた特定の実施の形態について説明する。しかしながら、本発明は、同一平面上の電極を用いたセルなど、他の構成の電極を用いたセルにも同様に適用可能であることが理解される。適用しなくてはならない唯一の構成上の制限は、干渉電流の測定が検体（例えばグルコース）の反応により生成される電気活性種からの影響をほとんど受けることのないように電極は配置される必要があるという点である。これは通常、検体の反応により生成される電気活性種が、干渉電流を測定する電極に、干渉電流の測定前または測定時中に到達する時間のないように電極を十分に離間することにより達成される。
【００２６】
以下、図１Ａ〜図４Ｂを参照して、様々な実施の形態の、近端部８０から遠端部８２へ長手方向軸Ｌに沿って延在し、側縁部５６、５８を含む伸長体５９を有する試験片６２の形状のかかる装置について説明する。伸長体５９は、電極１６４、１６６と試薬７２を含有する電極近端側サンプル反応チャンバ６１を含むことができる。試験片伸長体５９は遠端側にさらに、試験用計量器（図示されてない）と電気的に接続する電気的接点６３、６７を含むことができる。
【００２７】
一態様において、試験片６２は、第１導電層６６、スペーサ層６０、第２導電層６４を含む多層から形成される。第１導電層６６及び／又は第２導電層６４は、一実施の形態では、絶縁シート（図示されてない）に配置された様々な導電性材料から形成できる。スペーサ層６０は、様々な電気絶縁性材料から形成でき、接着剤を含む、又は接着剤から形成されてもよい。三層の試験片が図示されているが、追加の導電層または絶縁層を用いて、試験片伸長体５９を形成できることは当業者には明らかである。
【００２８】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、近端側サンプル反応チャンバ６１は、第１導電層６６、第２導電層６４及びスペーサ層６０により画定できる。以下により詳細に説明するように、反応チャンバ６１はまた、試薬７２、第１及び第２電極１６６、１６４を含むことができる。例えば、スペーサ層６０の切り欠き領域６８は、第２導電層６４と第１導電層６６の一部を露出させることにより、第１電極１６６と第２電極１６４をそれぞれ形成できる。一形態として、試薬７２は第１電極１６６上に形成した層でもよい。
【００２９】
一実施の形態において、反応チャンバ６１は少量のサンプルを分析するようになっている。例えば、サンプル反応チャンバ６１の容量は、約０．１μｌ（ｍｉｃｒｏｌｉｔｅｒ）乃至約５μｌの範囲、好ましくは、約０．２μｌ乃至約３μｌの範囲、より好ましくは、約０．３μｌ乃至約１μｌの範囲とできる。少量のサンプルを収容するため、電極は近接していることが好ましい。例えば、スペーサ層６０は、第１電極１６６と第２電極１６４間の距離を画定する場合、スペーサ層６０の高さが約１ミクロン（ｍｉｃｒｏｎ）乃至約５００ミクロンの範囲、好ましくは、約１０ミクロン乃至約４００ミクロンの範囲、より好ましくは、約４０ミクロン乃至約２００ミクロンの範囲とできる。
【００３０】
反応チャンバ６１の一層の容積削減を支援するため、切り欠き領域６８及び／又は伸長体５９の長手方向及び／又は側方向の寸法を調節することができる。例えば、試験片伸長体５９は、反応チャンバ６１の側方向の幅が試験片伸長体５９の全幅（最大幅）より小さくなるように、切り取り部５１、５２を有することができる。切り取り部５１、５２はまた、反応チャンバ６１へのサンプルの送入を容易できる。例えば、切り取り部５１、５２は、使用者の指の一部に対応した形状を有することができる。使用者が指を刺して絞り出した血液を採取する際、切り取り部５１、５２は、使用者が自身の指に付着した血液サンプルを伸長体５９の側縁部５６、５８のサンプル注入口（例えば、開口部７０）の位置に合わせやすくできる。２つの切り取り部が図示されているが、当業者には、試験片伸長体５９は、切り取り部を一つのみ有してもよいし、或いは切り取り部を有さなくてもよいことは明らかである。
【００３１】
上述したように、試験片伸長体５９の近端部は、サンプルを反応チャンバ６１に注入するための少なくとも一つのサンプル注入口を有することができる。例えば、切り欠き領域６８は、試験片伸長体５９の側縁部５６、５８から横方向に延在し、生物学的流体をサンプル反応チャンバ６１へ注入する二つの開口部７０を形成できる。二つの開口部７０が存在すると、一方を、サンプルをサンプル反応チャンバ６１に注入するサンプル注入口として機能させながら、他方を通気口として機能させることができる。当業者には、例えば、第１及び／又は第２導電層６６、６４にサンプル注入口および／または通気口を設けるなど、試験片伸長体５９内の上記とは異なる場所にサンプル注入口及び／又は通気口を設けた代替の構造体を用いてサンプルをサンプル反応チャンバ６１へ注入することが可能であることは明らかである。
【００３２】
一実施の形態において、試験片６２は、毛細管現象によりサンプルを反応チャンバ６１へ引き入れるようになっている。例えば、反応チャンバ６１と開口部７０の寸法と表面の特性は、液体サンプル（例えば、全血）が開口部７０の一つと接触する際に毛細管力を生成するようにできる。当業者には、反応チャンバ６１には、例えば、ビーズ、多孔性膜及び／又はその他の充填物など、毛細管力を補助／生成するための構造体を含められることは明らかである。
【００３３】
上述のようにして、試薬７２などの試薬を反応チャンバ６１内に付着できる。試薬７２の組成は、目的とする検体及び希望するサンプルの形態に応じて変更できる。一態様において、試薬７２は、少なくとも一つの媒介物質及び酵素を含み、第１電極１６６に付着する。適当な媒介物質の例として、フェリシアニド、フェロセン、フェロセン誘導物、オスミウムビピリジル錯体及びキノン誘導物が挙げられる。適当な酵素の例として、グルコースオキシダーゼ、ピロロキノリンキノン（ＰＱＱ）補助因子をベースとしたグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド補助因子をベースとしたＧＤＨが挙げられる。試薬層７２を生成するために適した代表的な試薬配合物については、参照によりその全開示内容が本明細書に援用される、「滅菌され、較正されたバイオセンサーベースの医療デバイスの製造方法」と題した係属中の米国特許出願第１０／２４２，９５１号、米国特許公開番号第２００４／０１２０８４８号に記載している。
【００３４】
近端側サンプルチャンバ６１に対して遠端側に位置する伸長体５９は、第１及び第２電極１６６、１６４を遠端側電気的接点６３、６７と電気的に接続する接続トラックを有することができる。一態様において、第１導電層６６は、第１電極１６６を第１電気的接点６７と電気的に接続する第１接続トラック７６を有する。同様に、第２導電層６４は、第２電極１６４を第２電気的接点６３と電気的に接続する第２接続トラック７８を有する（図１Ｂ）。
【００３５】
第１及び第２導電層はまた、試験片６２と試験用計量器との電気的接触を容易にする第１及び第２電気的接点６７、６３を画成できる。一実施の形態では、第１導電層６６の一部は、スペーサ層６０及び第２導電層６４の遠端部から更に遠端側へ延在し、第１電気的接点６７を画成する。第２電気的接点は６３、第２導電層６４の一部を露出する第１導電層６６に形成されたＵ字形状切り込み部６５により画成できる。当業者には、試験片６２は、試験用計量器と電気的に接続する他の様々な代替可能な電気的接点構成を有することができることは明らかである。例えば、参照によりその全開示内容が本明細書に援用される、米国特許第６，３７９，５１３号には、電気化学セル接続構造体が開示されている。
【００３６】
図５は、試験片６２の第１電極１６６及び第２電極１６４とそれぞれ電気的に接続する、第１電気的接点６７及び第２電気的接点６３と接する試験用計量器１００の簡略図である。試験用計量器１００は、第１電極１６６及び第２電極１６４と、それぞれ第１電気的接点６７及び第２電気的接点６３を介して電気的に接続するようになっている（図２および図５を参照）。一態様において、試験用計量器１００は、第２電気的接点６３とＵ字形状切り込み部６５を介して接触する。
【００３７】
図５に示すように、電気的接点６７は、６７ａ及び６７ｂと付された２本のプロング（ｐｒｏｎｇ）を有することができる。代表的な一実施の形態では、試験用計量器１００が試験片６２と接すると回路が完結するように、試験用計量器１００はプロング６７ａ、６７ｂと別々に接続する。試験用計量器１００は、プロング６７ａ及び６７ｂ間の抵抗又は電気的導通を測定して、試験片６２が試験用計量器１００と電気的に接続しているか否かを判断できる。当業者には、試験用計量器１００は、様々な代替可能なセンサ及び／又は回路を用いて、試験片６２が試験用計量器１００に対して適切に配置されているか否かを判断できることは明らかである。
【００３８】
試験用計量器１００はまた、反応チャンバ６１内の流体の存在を検出するように構成することもできる。例えば、試験用計量器１００が試験片６２が挿入されたことを認識すると、試験用計量器１００は、第１電極１６６と第２電極１６４間に定電流（例えば、１μＡの電流）を流すことができる。開始時に反応チャンバ６１は乾燥しているため、試験用計量器１００は最大電圧を印加して、所望の電流を得るようにしてもよい。しかしながら、一旦生理学的サンプルが使用者により注入口７０に投与されると、サンプル反応チャンバ６１は満たされる。生理学的サンプルが第１電極１６６と第２電極１６４間の間隙を満たすと、試験用計量器１００は、所定の閾値を下回る測定電圧の低下を検出する（米国特許第６，１９３，８７３号参照）。
【００３９】
幾つかかのケースにおいて、生理学的流体が付着したことを認識したとしても、サンプル反応チャンバ６１が完全に満たされたことを示すとは限らず、サンプル反応チャンバ６１内における生理学的流体の一部の存在の確認のみを意味する場合もある。試験用計量器１００が、生物学的流体が試験片６２に付着されたと判断すると、生理学的流体がサンプル反応チャンバ６１を完全に満たすように短い時間であるが、限られた時間待機することができる。
【００４０】
一旦生理学的サンプルが試験片６２に投与されると、試験用計量器１００は、開回路電位と複数の試験電位をそれぞれ所定の時間期間印加することにより、グルコース試験を実行できる。例えば、グルコース試験はグルコース試験時間期間ＴＧにわたり実行でき、グルコース試験時間期間ＴＧは、開回路時間期間ＴＯＣ、第１電位時間期間Ｔ１及び第２試験電位時間期間Ｔ２を連続して含むことができる。図６は、３つの時間期間を含む代表的な試験を表すグラフである。
【００４１】
以下の本発明の実施の形態において、一連の時間期間は全体で、５秒間のグルコース試験時間期間ＴＧを表す。しかしながら、グルコース試験時間期間は変更可能であり、例えば、５秒間を上回る、或いは下回る時間期間も含む。一態様において、グルコース試験時間期間ＴＧは、約１秒乃至約１０秒の範囲とすることができ、好ましくは約２秒乃至約８秒の範囲とすることができ、より好ましくは約３秒乃至約６秒の範囲とできる。グルコース試験は、開回路時間期間ＴＯＣでサンプル反応チャンバ６１を充填できる。開回路時間期間ＴＯＣは、サンプルの性質（例えば、粘性、組成など）、サンプル反応チャンバの寸法及び物理的特性、及び／又は充填方法の違い（例えば、毛細管現象の強さ）に応じて変更できる。例えば、周囲温度が低く（例えば、約５℃）及び／又はヘマトクリット値が高い（例えば６０％を超える）ため、血液サンプルが粘性の可能性のある場合、追加の開回路時間を要することがある。本発明の一実施の形態では、開回路時間期間ＴＯＣは、約０．１秒乃至約２秒の範囲でよく、好ましくは約０．３秒乃至約１．５秒の範囲でよく、より好ましくは約０．５秒乃至約１秒の範囲でよい。
【００４２】
一旦開回路時間期間ＴＯＣが経過すると、試験用計量器１００は、第１電極１６６と第２電極１６４の間に第１試験電位Ｅ１を第１試験電位時間期間Ｔ１の間印加できる。第１試験電位時間期間Ｔ１が経過すると、試験用計量器１００は、第１電極１６６と第２電極１６４の間に第２試験電位Ｅ２を第２試験電位時間期間Ｔ２の間印加できる。Ｔ１及びＴ２の間、試験用計量器１００はセル電流を第１試験電位時間期間Ｔ１の間ｉａ（ｔ）で、第２試験電位時間期間Ｔ２の間ｉｂ（ｔ）で表される時間関数として測定することができ、これらを時間−過渡電流又は過渡電流と呼ぶ。
【００４３】
一実施の形態において、第１試験電位Ｅ１は第１の極性を有し、第２試験電位Ｅ２は第２の極性を有し、第１の極性は第２の極性の反対である。更に、第１試験電位Ｅ１は、限界酸化電流が測定される作用電極として第２電極１６４が機能するように、第２電極１６４に対して十分に負の大きさを持つことができる。酸化可能な種は作用電極面で局所的に枯渇し、酸化電流の測定値はバルク溶液から作用電極面の方向へ拡散する酸化可能な種の流れに比例するようになる。ここで「バルク溶液」とは、酸化可能な種が枯渇ゾーン内に存在しなくなった作用電極から十分に離れた溶液の一部を意味する。同様に、第２試験電位Ｅ２は、限界酸化電流が測定される作用電極として第１電極１６６が機能するように、第２電極１６４に対して十分に正の大きさを持つことができる。一実施の形態では、第１試験電位Ｅ１及び第２試験電位Ｅ２は、約−０．６ボルト乃至約＋０．６ボルトの範囲とできる。第１試験電位Ｅ１が負である場合、試薬７２は第１電極１６６に設けることができる。
【００４４】
図６に、代表的な一グルコース試験時間期間ＴＧをグラフで示す。ここで第１試験電位Ｅ１には−０．３ボルトを印加し、第２試験電位Ｅ２には＋０．３ボルトを印加できる。第１試験電位時間期間Ｔ１は３秒であり、第２試験電位時間期間Ｔ２は１秒であった。第２試験電位Ｅ２は第１試験電位Ｅ１を印加した直後に印加する。
【００４５】
図７に、干渉物質を添加していないグルコース濃度６２ｍｇ／ｄＬの生理学的サンプル（実線）とアスコルビン酸塩濃度２０ｍｇ／ｄＬの生理学的サンプル（点線）について、図６のグルコース試験時間期間ＴＧに基づく試験を実行して生成された第１及び第２過渡電流をグラフで示す。図８に、図７の第１過渡電流の拡大図をグラフで示す。
【００４６】
試験片が、図１Ａ〜図４Ｂに示す面が対向する構成を有するとした場合、グルコース濃度は、以下の数式１に示す第１グルコースアルゴリズムを用いて算出できる。
【数１】
0005203620.tif 000009
【００４７】
上記の数式１において、［Ｇ］はグルコース濃度を表し、ｉ１は第１電流値、ｉ２は第２電流値、ｉ３は第３電流値、ｐ、Ｚ及びａは実験により得られた較正定数を表す。数式１の導出方法については、参照によりその全開示内容が本明細書に援用される、２００５年９月３０日に出願された「迅速な電気化学的分析方法及び装置」と題した係属中の米国特許出願第１１／２４０，７９７号に記載している。
【００４８】
第１電流値ｉ１及び第２電流値ｉ２は第２過渡電流から算出することができ、第３電流値ｉ３は第１過渡電流から算出される。便宜上、「第１」、「第２」及び「第３」という名称を用いたが、当業者にはこれが電流値を算出する順番を反映すると限らないことは明らかである。数式１及び後述する数式に記載する全ての電流値（例えば、ｉ１、ｉ２及びｉ３）には、電流の絶対値を使用できる。
【００４９】
第１電流値ｉ１及び第２電流値ｉ２は、一態様では、第２過渡電流の時間期間における電流値の積分、第２過渡電流の時間期間における電流値の合計、或いは第２過渡電流値の平均又は一つと第２過渡電流の時間期間との積とできる。同様に、第３電流値ｉ３は、一態様では、第１過渡電流の時間期間における電流値の積分、第１過渡電流の時間期間における電流値の合計、或いは第１過渡電流値の平均又は一つと第１過渡電流の時間期間との積を用いることができる。電流値の合計については、所定範囲の連続した電流測定値から２つのみ、或いは電流測定値の全てを加算して求めることができる。
【００５０】
他の実施の形態において、第１電流値ｉ１、第２電流値ｉ２及び第３電流値ｉ３は、クーロン値で置換できる。電流を測定する代わりに、通過した電荷を測定できる。通過した電荷の合計は、過渡電流の積分と同一の情報となる。例えば、通過電荷は、所定の時間期間にわたって測定でき、第１、第２及び／又は第３電流値として使用できる。
【００５１】
本明細書で開示する一実施の形態の方法において、グルコース反応キネティクスは電流値（例えば、ｉ１、ｉ２及び／又はｉ３）を用いて求められる。この結果は、ヘマトクリット濃度と温度の影響を受けにくいため、高い正確さと精度でグルコース濃度を測定できる。
【００５２】
一態様において、試薬層７２は第１電極１６６上に設ける。これにより生理学的サンプルと溶解後、試薬のほとんどは第１電極１６６の近傍に残留する。この結果、少なくとも初期において、還元された媒介物質の多くの部分は第１電極１６６近傍に存在する。所定の時間期間が経過した後、グルコースとの反応により試薬層７２で生成された還元された媒介物質は、第１電極１６６から受動的に拡散する。このプロセスの間、第１電極１６６と第２電極１６４間の媒介物質濃度の大きさは、還元された媒介物質の濃度が第１電極１６６でより高く、第２電極１６４でより低くなる勾配を形成する。第１電極１６６側の還元された媒介物質の濃度が大きくなる程、大きさの勾配は急になる。第１過渡電流の大きさは、この勾配の大きさと比例する。したがって、試薬層７２で生成された還元された媒介物質の量は、還元された媒介物質の第２電極１６４への拡散を促進する。電極で測定される電流の変化速度は、試薬層７２における還元された媒介物質濃度の変化速度及びグルコース反応キネティクス（即ち、還元された媒介物質を生成するグルコースの反応速度）を示す。
【００５３】
グルコース反応キネティクスは、電極間隔（グルコースが試薬層７２へ拡散するために要する最大距離に関係する）、生理学的サンプルの粘性、ヘマトクリット濃度及び温度を含む複数の因子に左右される。
【００５４】
生理学的サンプルの粘性は、ヘマトクリット値、タンパク質、脂質含有量又はそれらの組み合わせの増加とともに増加する可能性がある。ヘマトクリット値は、血液サンプル中の赤血球の比率を示す。通常、赤血球の比率が高いと、血液の粘性が高くなり、結果として赤血球中の全グルコースの比率は大きくなる。赤血球中のグルコースが試薬層７２と反応するためには、グルコースは、赤血球膜を越えて移動する必要がある。特定の条件の下では、この移動は比較的緩やかであり、グルコース反応キネティクスを制限することがある。したがって、ヘマトクリット値が高くなるとグルコース反応キネティクスは遅くなる。粘性は通常、サンプル反応チャンバ６１内の全体的な拡散プロセスを緩やかにする。温度が高くなると通常、関連する移動プロセスは迅速になり、サンプル反応チャンバ６１内のグルコースと試薬層７２との反応速度は増加する。
【００５５】
電流値（ｉ１、ｉ２及び／又はｉ３）、特に電流値の比率を用いて、グルコース反応キネティクスのばらつきを補正できる。例えば、第２過渡電流の大きさは一般的に第１過渡電流の大きさの絶対値より大きくなる。このため、ｉ２／ｉ３の比率は一般的に、サンプル反応チャンバ６１内でグルコース反応が進行している間は１より大きくなり、グルコース反応が完了すると１になる。ｉ２／ｉ３値の１との乖離は、反応完了の度合いを示す係数となる。ｉ２／ｉ３値が比較的大きい場合は、グルコース反応が完了までほど遠く、ｉ２／ｉ３値が１に近い場合は、グルコース反応は完了に近いことを意味する。したがって、ｉ２／ｉ３の比率は一般的にグルコース反応の進捗情報を示し、グルコース濃度の測定におけるヘマトクリット値、粘性及び温度の影響を除去するために使用できる。
【００５６】
さらに計算の精度を高めるため、一以上の較正係数を使用できる。例えば、数式１に示す、ｉ２／ｉ３の比率をべき指数ｐで累乗する。ここでｐは、特定のロットの試験片に使用できる較正係数である。べき指数ｐを用いることは、精度を向上し、試験時間を短縮するための経験的な手法から発見された。本発明の一実施の形態において、ｐは約０．２乃至約４の範囲、好ましくは、約０．１乃至約１の範囲とできる。
【００５７】
数式１に示すように、切り欠き領域６８及びスペーサ層６０の高さのばらつきの可能性を表す較正係数ａを使用できる。切り欠き領域６８のばらつきは、測定電流の大きさを相応にシフトする原因となり得る。特定の状況では、製造工程で試験片のロット毎に電流面積のばらつきが生じることがある。同様に、スペーサ層６０の高さもロット毎にばらつきが生じることがある。スペーサ層６０の高さのばらつきは、試験電流に相応の影響を与える。例えば、スペーサ層６０の高さが増加すると、試験電流は低下する。ロット毎に試験片の較正係数ａを算出することは、電極面積及びスペーサ層６０の高さのばらつきの補償に有益である。較正係数ａを算出すると、因子ａは、試験片のロットの較正工程で算出できる。
【００５８】
一実施の形態では、数式１に示すように、バックグラウンドのばらつきを表すために較正係数Ｚを用いる。生理学的流体を試験片６２に付加する前の試薬層７２内における酸化可能な種の存在がバックグラウンド信号に寄与することがある。例えば、生理学的流体が試験片に注入される前に試薬層７２が少量のフェロシアニド（例えば、還元された媒介物質）を含有していた場合、測定される試験電流はグルコース濃度とは無関係に増加する。これは、特定のロットの試験片について測定される試験電流全体の恒常的なバイアスとなる。このバイアスを補正するために較正係数Ｚを用いることができる。因子ｐと同様に、Ｚもまた、較正工程で算出できる。
【００５９】
本明細書では較正係数ｐ、ａ及びＺを用いた方法について開示するが、当業者には、これらを用いることが必須でないことは明らかである。例えば、一実施の形態では、グルコース濃度は、ｐ、ａ及び／又はＺを用いずに算出できる（数式１において、ｐ及び／又はａを１と等価に設定し、Ｚをゼロと等価に設定できる）。
【００６０】
ｉ１、ｉ２及びｉ３を算出する時間期間の選択は、個別の種類の試験片毎に学習アルゴリズムに従って決定（即ち経験的に決定）できる。学習アルゴリズムを実行する際、複数の試験片について、試験時に使用者が遭遇する可能性のある範囲の条件で試験を行う。かかる条件は、２０ｍｇ／ｄＬ乃至６００ｍｇ／ｄＬの範囲のグルコース濃度、０％乃至７０％の範囲のヘマトクリット値、５℃乃至４５℃の範囲の温度、相対湿度５％（５％ＲＨ）乃至９５％ＲＨの範囲の湿度、及び内因性及び外因性干渉物質を含んでもよい。内因性及び外因性干渉物質、及びそれらの生理学的濃度範囲の例については、参照によりその全開示内容が本明細書に援用される、Ｗａｙｎｅ著、ＰＡ．：ＮＣＣＬＳ、１９８６年刊行の「Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｆｏｒ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ：  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｉｎ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；  ｐｒｏｐｏｓｅｄ  ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ  ＥＰ７−Ｐ．」と題した刊行物に記載している。数式１を用いて算出したグルコース濃度が正確で（即ち、基準測定値の＋／−１０％内）、ばらつきが少なく（即ち、１σにおける試験片間のばらつきが約２％以下）なるように、標準的な最小化技術又は誤差処理技術を用いた時間期間、即ちｉ１、ｉ２及びｉ３の選択の最適化を定義している。当業者には第１電流値、第２電流値及び第３電流値に選択した時間期間は同一でもよく、或いは異なってもよいことは明らかであり、一実施の形態では、二つの電流値のみを算出する。例えば、第２電流値ｉ２は、第１電流値ｉ１と同一となるように定義してもよい。
【００６１】
時間期間ｉ１、ｉ２及びｉ３を選択後、試験片ロットを較正できる。試験片ロットを較正する代表的な方法については、参照によりその全開示内容が本明細書に援用される、米国特許第６，７８０，６４５号に記載している。より具体的には、較正係数ａ、ｐ及び／又はＺは、試験片のロット毎に算出できる。通常、複数の供与者から採血した血液中のグルコースの濃度範囲をグルコース試験片で試験し、正確で精度の高いことが知られている基準装置でも試験する。本発明の試験片により得た結果と基準法により得た結果の結果との誤差を、ａ、ｐ及び／又はＺの最適な組み合わせを求めて最小化する。一実施の形態では、試験片ロットから試験片を用いる前に、この較正情報を試験用計量器１００へ送信し、及び／又は試験用計量器１００に保存できる。
【００６２】
サンプル中の干渉物質の存在を示すことができる検体濃度を算出する更なる方法について説明する。例えば、通風などの特定の疾病は人体の尿酸濃度を上昇させ、グルコース測定の精度に影響を与えることがある。尿酸塩は、作用電極面、及び／又は酸化された媒介物質により酸化されやすいため、多くの電気化学的測定において、潜在的な干渉物質となる。本発明の一実施の形態では、数式１を修正して尿酸塩などの干渉物質の存在下におけるグルコース測定精度を高めている。修正アルゴリズムを開発するため、第１過渡電流及び第２過渡電流時における干渉物質の酸化に対応する数学的関係式を求めた。
【００６３】
還元された媒介物質全体の濃度がグルコース試験時間期間ＴＧの間サンプル反応チャンバ６１内で変化しないと仮定した場合、第１過渡電流の電流の大きさは時間関数として以下の数式２で表すことができる。
【数２】
0005203620.tif 000010
【００６４】
ｉｓｓは、第１試験電位Ｅ１印加後の定常電流であり、Ｄは、媒介物質の拡散係数であり、Ｌは、スペーサ層６０の厚みである。数式２においてｔは第１試験電位Ｅ１を印加してから経過した時間を表す。図７の場合を例にとると、数式２で用いたｔの値は、実時間から１秒引くことになる。第２過渡電流の大きさは時間関数として以下の数式３で表すことができる。
【数３】
0005203620.tif 000011
第１試験電位Ｅ１と極性が反対の第２試験電位Ｅ２を第１試験電位Ｅ１の直後に印加しており、この第２試験電位Ｅ２から第２過渡電流が生成されるため、数式３の指数項には数式２の指数項と異なる係数が２つある。数式３において、ｔは第２試験電位Ｅ２を印加してから経過した時間を表す。図７の場合を例にとると、数式３で用いたｔの値は、実時間から４秒引くことになる。−０．３Ｖの第１試験電位Ｅ１を印加している間、第２電極１６４では干渉物質が酸化され、これにより、第１電極１６６では還元された媒介物質が生成される。還元された媒介物質が第１電極１６６で蓄積されるため、第２試験電位Ｅ２印加時の初期電流が指数項で２倍の大きさになる。
【００６５】
図９に、サンプル反応チャンバ６１内の濃度勾配をグラフで示し、数式２の指数項と数式３の指数項を比較した場合の２つの係数の違いを説明する。還元された媒介物質全体の濃度がグルコース試験時間期間ＴＧの間サンプル反応チャンバ６１内で変化しないと仮定した場合、酸化可能な種の濃度は、第１試験電位Ｅ１が試験片６２に印加される前にサンプル反応チャンバ６１内全体で均一になる必要がある。図９上で円で描いた複数の点は、濃度が１であることを示し、酸化可能な種の正規化濃度が一定であったことを表す。この初期濃度をバルク濃度と呼ぶことができる。第１試験電位Ｅ１が一旦印加されると、第２電極１６４における酸化可能な種の正規化濃度は直ちに枯渇し、濃度は０となる。図９において、第２電極１６４の表面はＸ軸上でゼロとして表され、第２電極１６４から第１電極６６への正規化距離はＸ軸上で１として表されることに留意されたい。
【００６６】
第１試験電位Ｅ１の印加後、酸化可能な種の正規化濃度は、第１電極１６６でバルク濃度の２倍となり、この場合では２となる。図９上で四角で描いた複数の点は、サンプル反応チャンバ６１内の濃度勾配が線形であることを示し、酸化可能な種の正規化濃度は第１電極１６６で最大で、第２電極１６４で最小である。サンプル反応チャンバ６１内における電荷保存則により、第２電極１６４で酸化可能な種が消費される毎に、第１電極１６６では酸化可能な種が生成される。このため、第１電極１６６における酸化可能な種の正規化濃度は、第１試験電位Ｅ１の印加後、２となる。
【００６７】
第２試験電位Ｅ２を印加すると短時間後に電流は、Ｅ１を印加してから同様の時間が経過した時点の電流から定常電流を引いた値の２倍となる。２倍となる理由は、第１電極１６６の酸化可能な種の初期濃度がバルク濃度の２倍となるためである。反対に、第１試験電位Ｅ１を印加する前の第２電極１６４における酸化された種の初期の正規化濃度は半分に過ぎず、この場合、バルク濃度であった。定常電流を引く理由は、２本の電極間に存在する酸化可能な種の勾配により第１電極１６６から離間する電子の流れがあるためである。
【００６８】
図７に示すように、第１試験電位時間期間Ｔ１にはｉｐａで示すピーク電流があり、第２試験電位時間期間Ｔ２にはｉｐｂで示すピーク電流がある。第１ピーク電流ｉｐａ及び第２ピーク電流ｉｐｂは共に、第１試験電位Ｅ１及び第２試験電位Ｅ２を印加した後短時間後、例えば、０．１秒後にそれぞれ測定された。数式３から数式２を引いて数式４を導くことができる。
【数４】
0005203620.tif 000012
【００６９】
数式２に２を乗じて、加算の項を相殺したことに留意されたい。数式４は、試験片６２を干渉物質を含むがグルコースを含まないサンプルで試験した場合の第１過渡電流と第２過渡電流との関係を示す。サンプル中にグルコースが含まれない場合、試薬層７２はグルコース試験時間期間ＴＧ時に還元された媒介物質を生成しない。従って、第１及び第２過渡電流は両方とも干渉物質の酸化のみを反映することになる。上述の説明から、第１及び第２ピーク電流と定常電流の関係は、基本的な電気化学的数式に基づいて、或いは口頭／図形の発見的な議論により導出できることは明らかである。数式４は両方の方法から導き出せる。
【００７０】
開回路時時間期間ＴＯＣを用いて、ピークが第１試験電位Ｅ１を印加した直後に形成されるよう第１ピーク電流値ｉｐａの先鋭度を高めてもよい。公称開回路時間期間ＴＯＣはサンプル反応チャンバを完全に充填可能な時間である。更に、公称開回路時間期間ＴＯＣは、試薬層７２が溶解され、酸化された媒介物質が第１電極１６６により還元され、限界酸化電流が第２電極１６４で測定できる時間である。
【００７１】
第１及び第２過渡電流の大きさは、試薬層７２がグルコース試験時間期間ＴＧ時に還元された媒介物質を生成する場合、より複雑な関係を有する。約１．１秒後の早い時期には、試薬層７２がグルコース反応による還元された媒介物質を大量に生成しないと仮定する。更に、生成された還元された媒介物質のほとんどは、最初に試薬層７２が付着していた第１電極１６６の近傍に残り、第２電極１６４へ拡散するものはわずかである仮定する。したがって、ｉｐａの大きさの大部分は、第２電極１６４における干渉物質の酸化に起因する直接的な干渉電流である。
【００７２】
約４．１秒後の遅い時期には、試薬層７２がグルコースの存在する第１電極１６６においてグルコース反応によって還元された媒介物質を大量に生成すると仮定する。また、酸化された媒介物質により干渉物質が酸化される可能性があるため、大量の還元された媒介物質が生成される可能性はある。上述のように、酸化された媒介物質を還元する干渉物質は電流に寄与し、こうして生じる電流は間接電流と呼ぶことができる。更に、干渉物質はまた、第１電極１６４で直接酸化される可能性があり、こうして生じる電流は直接電流と呼ぶことができる。媒介物質が作用電極で酸化される可能性のある状況では、直接酸化と間接酸化の合計は、酸化された媒介物質が作用電極に付着しなかった場合に測定された直接酸化電流とほぼ等しいと仮定できる。要約すると、ｉｐｂの大きさは、間接的及び直接的な干渉物質の酸化、及び第２電極１６４におけるグルコース反応に起因する。ｉｐａは、主に干渉物質により制御されると判断されるため、ｉｐｂをｉｐａと共に用いて、補正係数を決定できる。例えば、以下に示すように、ｉｐｂをｉｐａと共に用いた数学的関数により、グルコースと比例するが干渉物質の影響を受けにくい補正電流を決定できる。
【００７３】
グルコースに比例するが、干渉物質に起因する電流の相当成分を除去した電流ｉ４を算出するため、数式５を実験により導き出した。
【数５】
0005203620.tif 000013
【００７４】
ｉｓｓを分子及び分母の両方に加算し、グルコースが存在しない場合でも分子がゼロに近づくようにした。ｉｓｓは、最小時間を上回る時間の電流について、数式５Ｂを用いて概算でき、適当な最小時間は数式５Ｃから概算できる。
【数５Ｂ】
0005203620.tif 000014
【数５Ｃ】
0005203620.tif 000015
【００７５】
ｉｓｓは第２電位を印加後の定常電流である。ｉは電流の測定値で時間関数である。Ｄはレドックス活性分子の拡散係数であり、この係数は、Ｆｉｃｋの第１法則、即ち、Ｊ（ｘ，ｔ）＝−Ｄ  ｄＣ（ｘ，ｔ）／ｄｘから決定できる。Ｌはスペーサの厚さである。ｔは第２電位の印加時間であり、ｔ＝０を第２時間期間の開始とする。
【００７６】
数式１においてｉ１をｉ４で置き換えると、数式６に示す第２グルコースアルゴリズムが得られる。
【数６】
0005203620.tif 000016
このように、数式６は、干渉物質の存在下で２本の電極のみを用いて正確なグルコースの測定を可能にする。
【００７７】
本発明の他の実施の形態において、数式７に示すグルコースアルゴリズムを用いて、グルコースを干渉物質の存在下で測定できる。数式７では、初期濃度Ｃｏを補正係数で乗じている。生成物は、反応したグルコースの濃度とバックグラウンドの還元された媒介物質の和に比例する。したがって、Ｚを減算し、その結果を（ｉｓｓ／ｉｐｐ）ｐで乗じ、サンプル中の全グルコースを測定する。
【数７】
0005203620.tif 000017
【００７８】
ｉｐｐは、第１過渡電流から導かれる電流値である。一態様において、ｉｐｐは、第１過渡電流の終端近傍の短時間期間にわたる電流の平均値である。例えば、電流の平均値は、３．８乃至４．０秒内に測定できる。Ｃｏは、グルコース濃度の概算値で、数式８によって定義される。
【数８】
0005203620.tif 000018
【００７９】
Ｆはファラデー定数、すなわち９６，４８５Ｃ／ｍｏｌｅである。Ａは作用電極の面積である。
【００８０】
特定の干渉物質は電極面で容易に直接酸化されることはない。例えば、アセトアミノフェンは、第１電極を−０．３Ｖに保持しても、金をスパッタリングして形成した第２電極１６４では容易に酸化しない可能性がある。第２電極１６４で直接干渉電流を測定できない場合、干渉物質によるｉｐａ及びｉｐｂの関係は、グルコースの存在しない数式４で表せなくなる。同様に、数式６及び数式７も、干渉物質の存在下におけるグルコースの正確な測定値を表さなくなる。第２電極１６４で干渉電流が測定されない問題を解決するため、酸化された媒介物質を含むが、酵素をほとんど含まない第２試薬層を、第２電極１６４に設けることができる。例えば、フェリシアニドなどの酸化された媒介物質は容易にアセトアミノフェンを酸化して、間接干渉電流を第２電極１６４で測定可能にできる。干渉物質の酸化を第２電極１６４で測定できるようにすることにより、数式６及ぶ数式７は干渉物質の存在下でグルコース濃度を正確に算出できるようになる。
【００８１】
この問題を解決する他の実施の形態において、十分な量の酸化された媒介物質を第１電極上に、及び／又は、第１電極内に乾燥させて、セルを充填する際に酸化された媒介物質の一部がサンプルのバルクと混合しても大量の酵素がサンプルのバルクと混合することのないようにできる。これは、例えば、配合物中に十分な量の酸化された媒介物質を含有させ、酸化された媒介物質の少なくとも一部がほとんど酵素を含まずに結晶化するように十分にゆっくりと乾燥することによって実現できる。この結晶は溶解し、媒介物質は酵素よりも大きさがほぼ小さいことから、酵素よりも広範にサンプルと混合する。このようにして、潜在的な干渉物質を酸化された媒介物質により酸化できるので、干渉電流の一部として測定可能な還元された媒介物質を生成でき、第２試薬層を不要にできる。
【００８２】
他の実施の形態においては、開回路電位を第１試験電位Ｅ１と第２試験電位Ｅ２の間に印加する。この開回路電位を「第２」開回路電位と呼ぶが、「第２」という言葉は便宜上用いたものであり、「第１」開回路電位を必要とするという意味ではない。第２開回路電位は電気化学的勾配を崩壊し、非摂動状態（即ち、第１試験電位Ｅ１の印加により、第１電極１６６に蓄積した酸化された媒介物質がバルク溶液に拡散して戻れる状態）に戻すことができる。このような条件の下、干渉物質の影響は、第２過渡電流から第１過渡電流を直接引くことにより、除去できる。上述したように、第１試験電位Ｅ１の直後に第２試験電位Ｅ２を印加した際、初期電流は、数式３の項に示すように、大きくなる。しかしながら、第２開回路電位を、第１電極１６６の還元された媒介物質の蓄積を散逸してバルク溶液に戻る程度に長く印加した場合、第２試験電位Ｅ２の初期電流は、第１試験電位Ｅ１の初期電流と等しくなる。このため、試験時間期間時に還元された媒介物質が生成されず、第２開回路電位を十分に長く印加した場合、第１及び第２試験電位の過渡電流は同一となる。
【００８３】
還元された媒介物質が第１電極１６６から散逸するために要する時間は、標準的な拡散に関する数式を用いて予測できる。一般的に、第１電極１６６の表面で散逸する還元された媒介物質のフラクションは時間関数として、
0005203620.tif 000019
に比例する。一例として、Ｌを９５ミクロン、Ｄを４．５  ｘ  １０−６  ｃｍ２／ｓと仮定してもよい。図１０に、還元された媒介物質の勾配の摂動の百分率を第２開回路時間期間の関数としてグラフで示す。この場合、摂動は、還元された媒介物質の濃度がバルク濃度に近づく前に既に散逸する必要のある還元された媒介物質の量を表す。上記の仮定の値をパラメータＬ及びＤに用いると、第２開回路電位に要する十分に長い時間は約２．５秒間（即ち、５ｘＬ２／（４π２Ｄ））となる。本発明の一実施の形態において、第２開回路電位時間期間は、約１秒乃至約５秒の範囲、好ましくは約２秒乃至約４秒の範囲とできる。当業者は、所定の試験片のパラメータに応じて、グルコース反応のない条件で第１及び第２試験電位の過渡電流が同一となる十分に長い開回路電位時間期間を容易に決定できる。
【００８４】
数式９に示す十分に長い開回路電位時間期間を用いた場合、簡易なアルゴリズムを用いて干渉物質の存在下のグルコース濃度を算出できる。
【数９】
0005203620.tif 000020
【００８５】
数式９で、切片（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）及び傾き（ｓｌｏｐｅ）は較正係数である。この場合、ｉｐｂはグルコース濃度及び干渉物質濃度と比例し、ｉｐａは干渉物質濃度のみに比例する。ｉｐｂとｉｐａの差異は、干渉物質成分を補正したグルコースに比例する電流となる。試験を実行するために使用する電気化学セルが同一平面上に電極を有する場合は数式９を用いることができる。
【００８６】
数式１０に、十分に長い開回路電位時間期間において干渉物質の存在下でグルコース濃度を算出する別の簡略化したアルゴリズムを示す。
【数１０】
0005203620.tif 000021
【００８７】
数式１０は、グルコース反応キネティクスを表す補正係数
0005203620.tif 000022
を有する点以外は数式９と同様である。
【００８８】
本明細書で開示する他の実施の形態において、血液中のヘモグロビン測定用の試験片を準備してもよい。この実施の形態では、試験片６２の試薬層７２を、フェリシアニドとデオキシコール酸ナトリウムなどの溶血試薬を含有する新試薬層に置き換える。血液を新試薬層に投与すると、赤血球は溶血し、フェリシアニドがヘモグロビンを酸化するようになる。ヘモグロビンセンサについては、参照によりその全開示内容が本明細書に援用される、米国特許第６，６３２，３４９号に記載している。続いて生成されたフェロシアニドを次にヘモグロビン電流として測定できる。グルコースと同様に、フェロシアニドはアッセイの初期段階時に第２電極１６４に到達しないものと仮定する。試験用計量器によって試験片内の血液が検出されると、試験用計量器は１秒間開回路電位を、３秒間第１試験電位−０．３Ｖを、５秒間試験電位＋０．３Ｖを連続して印加できる。
【００８９】
ヘモグロビン濃度Ｈは、以下の数式１１に示す第１ヘモグロビンアルゴリズムを用いて測定できる。
【数１１】
0005203620.tif 000023
【００９０】
この場合、Ｃｏはヘモグロビン濃度に比例し、標準的な回帰分析（傾き（ｓｌｏｐｅ）及び切片（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ））を用いた基準技術で較正できる。しかしながら数式１１は、干渉物質の存在下でヘモグロビンアッセイを正確に実行できるように修正できる。数式１２は、ヘモグロビンセンサの精度を改善した第２ヘモグロビンアルゴリズムを示す。
【数１２】
0005203620.tif 000024
【００９１】
ここで、ｉｓｓａ及びｉｓｓｂは、それぞれ第１過渡電流及び第２過渡電流からの定常電流である。
【実施例１】
【００９２】
シトラコン酸塩をｐＨ６．８において６７ｍＭ、０．１％の消泡剤（２部のプルロニック（Ｐｌｕｒｏｎｉｃ）Ｐ１０３と１部のプルロニックＦ８７）、６０ｍＭのサッカロース及び１．７ｍＭのＣａＣｌ２を含有する緩衝剤を調合した。次に、ＰＱＱ補助因子を用いたＧＤＨを緩衝液に添加し、１５ｍｇ／ｍＬとした。その後ＰＱＱを緩衝液に添加し、ＧＨＤを活性化した。ＰＱＱの添加後、配合物を約１時間インキュベートさせた。次に、フェリシアン化カリウムを混合物に添加し、６００ｍＭとした。配合物は、参照によりその全開示内容が本明細書に援用される、米国特許第６，７４９，８８７号、６，６８９，４１１号及び６，６７６，９９５号に記載したスロットコーティング処理により図１に示す第１導電層６６上にストライプした。配合物をコーティングし、乾燥させ、試薬層７２、スペーサ層６０及び第２電極１６４をその上に組立て、試験片６２を形成する。
【実施例２】
【００９３】
複数の試験片６２を約８３乃至８８ｍｇ／ｄＬの範囲の濃度のグルコースを含有する血液で試験した。血液サンプルには干渉物質を混入した。試験片６２は試験用計量器１００を用いて５秒間のグルコース試験時間期間ＴＧ試験した。試験用計量器１００には図６に示す電位波形を印加した。試験片毎に試験電流を測定し、数式１に示す第１グルコースアルゴリズム及び数式６に示す第２グルコースアルゴリズムを用いてグルコース濃度に変換した。試験片毎にｍｇ／ｄＬの単位で基準法に対する平均バイアスを算出した結果を図１１に示す。図１１から、第１グルコースアルゴリズムを用いた場合と比較して第２グルコースアルゴリズムを用いた場合、アスコルビン酸塩及び尿酸塩などの干渉物質の存在下における全体的なバイアスが削減されたことがわかる。
【実施例３】
【００９４】
異なる試験片６２のセットを用いて同様の方法で本実施例３の実験を繰り返した。この実験では、試験片毎に試験電流を測定し、数式１に示す第１グルコースアルゴリズム及び数式７に示す第３グルコースアルゴリズムを用いてグルコース濃度に変換した。試験片毎にｍｇ／ｄＬの単位で基準法に対する平均バイアスを算出した結果を図１２に示す。図１２から、第１グルコースアルゴリズムを用いた場合に対して第３グルコースアルゴリズムを用いた場合、干渉物質の存在下における全体的なバイアスが削減されたことがわかる。簡単な電流の合計値の代わりに、Ｃｏを用いることにより、干渉物質の存在下におけるより正確な測定を可能にできる。
【実施例４】
【００９５】
ヘモグロビン測定用の試験片６２を複数用意した。複数の試験片６２を１６．３ｇ／ｄＬの濃度のヘモグロビンを含有する血液で試験した。血液サンプルには干渉物質を混入した。試験片毎に試験電流を測定し、数式９に示す第１ヘモグロビン数式及び数式１０に示す第２ヘモグロビン数式を用いてヘモグロビン濃度に変換した。試験片毎にｍｇ／ｄＬの単位で基準法に対する平均バイアスを算出した結果を図１３に示す。図１３から、第１ヘモグロビン数式を用いた場合に対して第２グルコース数式を用いた場合、アスコルビン酸塩（ＡＡ＝１０  ｍｇ／ｄＬ）、尿酸塩（ＵＡ＝１０ｍｇ／ｄＬ）及びアセトアミノフェン（Ａｃｅｔ＝２０ｍｇ／ｄＬ）などの干渉物質の存在下における全体的なバイアスが削減されたことがわかる。
【００９６】
当業者であれば、上記の実施態様に基づき、本発明の更なる特徴及び利点を想起することができるであろう。したがって、本発明は、添付された請求項により示された内容以外の、具体的に示されまた記載された内容に限定されることはない。本明細書において記載された全ての刊行物及び参考文献は、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその内容を援用する。
【００９７】
本発明の新規な特長について、添付の特許請求の範囲に詳細に記載する。本発明の特長及び利点は、本発明の原理を用いた例示された実施の形態に記載される詳細な説明及び添付の図面を参照してより理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１Ａ】本発明の方法の使用に好適な組立済み試験片の斜視図。
【図１Ｂ】本発明の方法の使用に好適な試験片の分解斜視図。
【図１Ｃ】本発明の方法の使用に好適な試験片近端部分の拡大斜視図。
【図２】本発明の一実施の形態の試験片の底面図。
【図３】図２に示した試験片の側面図。
【図４Ａ】図３に示した試験片の上面図。
【図４Ｂ】図４Ａに示した試験片における近端部分の４Ａ−４Ａ矢視拡大側面図。
【図５】本発明の試験片の一部と電気的に接続する試験用計器の簡略図。
【図６】試験用計器が所定の時間期間で連続して印加する開回路電位と試験電位の電位波形の例。
【図７】干渉物質を添加していない濃度６２ｍｇ／ｄＬのグルコースを含有した生理学的サンプル（実線）と濃度２０ｍｇ／ｄＬのアスコルビン酸塩を含有した生理学的サンプル（点線）を試験して生成した第１過渡電流及び第２過渡電流を示すグラフ。
【図８】第１過渡電流を示す図７の拡大図。
【図９】サンプル反応チャンバ内の還元された媒介物質の濃度勾配を示すグラフ。
【図１０】第１電極における還元された媒介物質の勾配の摂動百分率を第２開回路時間期間の関数として示すグラフ。
【図１１】第１グルコースアルゴリズムと第２グルコースアルゴリズムを用いた場合におけるグルコース濃度測定結果のバイアスの絶対値を示すグラフ。
【図１２】第１グルコースアルゴリズムと第３グルコースアルゴリズムを用いた場合におけるグルコース濃度測定結果のバイアスの絶対値を示すグラフ。
【図１３】第１ヘモグロビンルゴリズムと第２ヘモグロビンアルゴリズムを用いて特定の干渉物質の存在下でヘモグロビン濃度を測定した場合におけるバイアスの絶対値を示すグラフ。
【符号の説明】
【００９９】
６１  反応チャンバ
６２  試験片
１００  試験用計量器
１６６  第１電極
１６４  第２電極
【図１Ａ】
0005203620.tif 000031
【図１Ｂ】
0005203620.tif 000032
【図１Ｃ】
0005203620.tif 000033
【図２】
0005203620.tif 000034
【図３】
0005203620.tif 000035
【図４Ａ】
0005203620.tif 000036
【図４Ｂ】
0005203620.tif 000037
【図５】
0005203620.tif 000038
【図６】
0005203620.tif 000039
【図７】
0005203620.tif 000040
【図８】
0005203620.tif 000041
【図９】
0005203620.tif 000042
【図１０】
0005203620.tif 000043
【図１１】
0005203620.tif 000044
【図１２】
0005203620.tif 000045
【図１３】
0005203620.tif 000046