(57)【要約】本発明は、液体試料中のヘモグロビンを測定するための装置および方法に関する。その装置は、ヘモグロビンによって還元される反応物を収容した薄い層からなる電気化学的セル１のような使い捨ての電気化学的セルを有する。本発明に基づいて分析されるのに適した液体試料は全血である。分析されるヘモグロビンが赤血球中に存在する場合には、分析の前にヘモグロビンを解放するために、分解剤が試料に加えられてよい。
2004504604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出チャンバ、第１の電極、第２の電極、検出チャンバ内に試料を入れるための開孔、および検出チャンバ内に収容された反応物を備えた電気化学的セルを有し、
上記反応物はヘモグロビンによって還元されて上記ヘモグロビンが存在するか否かを示す電気的な信号を発生する、
液体試料中のヘモグロビンが存在するか否かを検出する装置。
【請求項２】
電気化学的セルは１回の実験に使用された後に廃棄されるように設計されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第１の電極はセンシング電極からなる、請求項１記載の装置。
【請求項４】
第１の電極は、プラチナ、パラジウム、炭素、酸化インジウム、酸化スズ、金、イリジウム、銅、鋼、銀、またはそれらの混合物からなる集合から選択された材料からなる、請求項１記載の装置。
【請求項５】
第１の電極は、スパッタリング、蒸気コーティング、スクリーン印刷、熱蒸着、インクジェット印刷、超音波溶射、スロットコーティング、グラビア印刷、および平版印刷からなる集合から選択された技術で形成された、請求項１記載の装置。
【請求項６】
第２の電極は対向電極からなる、請求項１記載の装置。
【請求項７】
第２の電極は金属塩と接触した金属からなる、請求項１記載の装置。
【請求項８】
金属塩と接触した金属は、塩化銀と接触した銀、臭化銀と接触した銀、ヨウ化銀と接触した銀、塩化第一水銀と接触した水銀、および硫酸第一水銀と接触した水銀からなる集合から選択される、請求項７記載の装置。
【請求項９】
電気化学的セルは第３の電極をさらに有する、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
第３の電極は基準電極からなる、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
第２の電極は基準電極からなる、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
反応物は、重クロム酸塩、酸化バナジウム、過マンガン酸塩、電気的に活性な有機金属錯体、キノン、およびジクロロフェノールインドフェノールからなる集合から選択される、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
反応物はフェリシアニドからなる、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
検出チャンバが、上記検出チャンバ内に収容された緩衝剤をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
緩衝剤が、燐酸塩、炭酸塩、メリト酸のアルカリ金属塩、およびクエン酸のアルカリ金属塩からなる集合から選択された、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
検出チャンバが、赤血球を分解する分解剤をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項１７】
分解剤が、イオン化した洗浄剤、非イオン化洗浄剤、タンパク分解酵素、リパーゼ、サポニン、ドデシル硫酸ナトリウム、臭化トリメチルセチルアンモニウム、およびポリエトキシ化されたオクチルフェノール、およびそれらの混合物からなる集合から選択された、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
試料が全血からなる、請求項１記載の装置。
【請求項１９】
第２の電極は、第１の電極からの距離が実質的に５００μｍより小さくて、上記第１の電極と向かい合う関係で取り付けられている、請求項１記載の装置。
【請求項２０】
第２の電極は、第１の電極からの距離が実質的に１５０μｍより小さくて、上記第１の電極と向かい合う関係で取り付けられている、請求項１記載の装置。
【請求項２１】
第２の電極は、第１の電極からの距離が実質的に１５０μｍより小さくかつ実質的に５０μｍより大きくて、上記第１の電極と向かい合う関係で取り付けられている、請求項１記載の装置。
【請求項２２】
メーターとの間で信号を伝達するためのインターフェースをさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項２３】
インターフェースは電圧または電流を伝達する、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
電気化学的セルは、薄い層からなる電気化学的セルからなる、請求項１記載の装置。
【請求項２５】
液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを検出する装置を提供する過程であって、上記検出する装置は、検出チャンバ、第１の電極、第２の電極、検出チャンバ内に試料を入れるための開孔、および検出チャンバ内に収容された反応物を有する電気化学的セルを含み、反応物はヘモグロビンによって還元されてヘモグロビンが存在するか否かを示す電気的な信号を発生する、上記検出する装置を提供する過程と、
液体試料を提供する過程と、
上記第１の電極および上記第２の電極が実質的に被われるように、上記液体試料を上記開孔を通して上記検出チャンバ内に流し込む過程と、
上記液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを示す電気化学的な測定値を得る過程とを有する
液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを検出する方法。
【請求項２６】
センシングチャンバ、第１の電極、第２の電極、および上記センシングチャンバ内に試料を配置するための開孔、上記センシングチャンバ内に収容されてヘモグロビンによって還元される反応物、および上記センシングチャンバ内に収容された赤血球を分解する薬剤を備えた電気化学的セルを含む装置を提供する過程と、
上記センシングチャンバ内にヘモグロビンを含む赤血球を含んだ全血の試料を配置して、上記センシングチャンバ内に収容された分解する薬剤が上記赤血球から上記ヘモグロビンを解放し、解放された上記ヘモグロビンが上記反応物を還元する、上記試料を配置する過程と、
上記全血の試料中に存在する上記ヘモグロビンのレベルを示す電気化学的な測定値を得る過程と
を有する液体の全血の試料中のヘモグロビンを測定するための方法。
【請求項２７】
全血の試料中に存在するヘモグロビンのレベルを示す電気化学的な測定値を得る過程が、
第１の電極に正の電圧を印加して、試料中のヘモグロビンが存在するか否かを示す電気化学的な測定値を得る過程と、
反応物とヘモグロビンの反応によって発生する電流を測定する過程と、
上記電流を分析して、赤血球を実質的に分解するのに要した時間、または上記電流に対して導かれた最終値を含む結果を与える過程と、
上記電流を分析して上記結果を与える過程によって与えられた上記結果に基づく時間の関数として完了した反応の割合を計算する過程と、
上記第１の電極の電圧を反転する過程と、
過渡的な電流を測定する過程と、
上記過渡的な電流に基づいて拡散係数と還元された形態の反応物の濃度とを求める過程と
を有する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを検出する装置の製造方法であって、上記検出する装置は、検出チャンバ、第１の電極、第２の電極、上記検出チャンバ内に試料を入れるための開孔、および上記検出チャンバ内に収容された反応物を有する電気化学的セルを含み、上記反応物は上記ヘモグロビンによって還元されて上記ヘモグロビンが存在するか否かを示す電気的な信号を発生し、
上記製造方法は、
電気的に抵抗性の材料からなるシートを通って延在する（第１の）開孔を形成する過程であって、上記開孔は上記検出チャンバの側壁を画定する、上記開孔を形成する過程と、
上記第１の電極を備えると共に上記開孔を被って上記検出チャンバの第１の終端壁を画定する第１の層を上記シートの第１の表面に取り付ける過程であって、上記第１の電極は上記シートの第１の表面と向かい合う、上記第１の層を取り付ける過程と、
上記第２の電極を備えると共に上記開孔を被って上記検出チャンバの第２の終端壁を画定する第２の層を上記シートの第２の表面に、上記第１の層と実質的に重なるように位置決めして取り付ける過程であって、上記第２の電極は上記シートの上記第２の表面と向かい合い、上記シート、上記第１の層、および上記第２の層が細長い一片を形成する、上記第２の層を取り付ける過程と、
上記検出チャンバ内に試料を入れるための（第２の）開孔を上記細長い一片に提供する過程と、
上記ヘモグロビンによって還元される上記反応物を上記検出チャンバ内に収容するように提供する過程と
を含む、液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを検出する装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液試料中のヘモグロビンのレベルを測定する装置および方法に関に関する。その測定する装置は、赤血球を分解する薬剤とヘモグロビンによって還元される反応物（試薬）とを収容した使い捨ての電気化学的セルを有する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘモグロビンは赤血球内で見出される呼吸のための分子である。ヘモグロビンは、肺から体の細胞へ酸素を輸送し、体の細胞から肺へ二酸化炭素を輸送するために働く。ヘモグロビンは６８，０００の分子量を有し、４つのポリペプチド鎖を含む。各ポリペプチド鎖は、Ｆｅ＋２イオンにキレート化されたテトラピロール環を有するヘム基（ｈｅｍｅ ｇｒｏｕｐ）に結合されている。肺の中では、ヘモグロビン分子の鉄原子は、酸素分子と可逆的に結合し、続いて、血液の循環と共に体の細胞へ輸送される。組織（体の細胞）では、酸素分子がヘモグロビンから解放されて、酸素分子を解放した（酸素分子と結合していない）ヘモグロビンは二酸化炭素と結合して、二酸化炭素は肺へ輸送され、肺で解放される。
【０００３】
ヘモグロビンは骨髄中の細胞内で生成されて赤血球になる。貧血および鎌状赤血球貧血などのいくつかの疾患が、ヘモグロビンの欠乏をもたらす。多赤血球症（ｐｏｌｙｃｙｔｈｅｍｉａ）または赤血球増加症（ｅｒｙｔｈｒｏｃｙｔｏｓｉｓ）などのその他の疾病によっても、過剰なレベルのヘモグロビンがもたらされる。したがって、これらの疾病の診断または監視を援助するものとして、全血中のヘモグロビンの濃度を求めるための方法および装置が望まれている。
【０００４】
ヘモグロビン（の濃度）を求めるためのさまざまな方法および装置が知られている。これらの方法には、直接的な分析、すなわちヘモグロビンを予め変形しないものと、間接的な分析とがある。直接的な分析方法の一例として、トールクウィスト法（Ｔａｌｌｑｕｉｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ）があり、この方法では、ヘモグロビンの一形態であるオキシヘモグロビンによって与えられる赤色の透過光学濃度または反射光学濃度の測定値が得られる。間接的な分析方法の一例としてドラブキンの方法（Ｄｒａｂｋｉｎ’ｓ Ｍｅｔｈｏｄ）がある。この方法では、ヘモグロビン中の鉄がフェリシアニドによって酸化されてメトヘモグロビンを形成し、メトヘモグロビンがシアン化合物によってシアンメトヘモグロビンに変換されて、シアンメトヘモグロビンが分光計を用いて観測される。これらの２つの方法は両方とも高価な分析用の器具と複雑な試料の準備とを必要とするという不利益を有する。したがって、従来技術の方法の課題を解決する、ヘモグロビンを観測するための迅速、簡単、かつ廉価な装置および方法が望まれている。
【０００５】
発明の概要
実験室での使用と同様に現場での使用にも適合する、試験に用いるのに頑健性を提供し、迅速かつ容易な、メーターと組合せて用いることのできる、１回だけ使用するのに適した使い捨てのセンシング（ｓｅｎｓｉｎｇ）要素を備えたヘモグロビンを測定するための装置および方法が提供される。より詳しく言うと、ヘモグロビンと反応して電気化学的な検出可能な信号を発生する酸化還元剤を用いる電気化学的センサが提供される。好ましい実施の形態の方法は、ヘモグロビンが例えばＦｅ＋２を含むヘモグロビンを酸化してＦｅ＋３を含むメトヘモグロビンにする別の化学的な過程でひとつの形態に変換される分光計を用いる方法とは異なり、全てのヘモグロビン、すなわち酸素化されたヘモグロビンおよび酸素化されていないヘモグロビンが測定される。好ましい実施の形態の方法によるヘモグロビンの測定は、試料中に存在するヘモグロビンのグリコシル化および酸素化の程度に依存しない。
【０００６】
第１の側面では、液体試料中のヘモグロビンが存在するか否かを検出する装置が提供され、その装置は、検出チャンバ、第１の電極、第２の電極、検出チャンバ内に試料を入れるための開孔、および検出チャンバ内に収容された反応物を有する電気化学的セルを含み、反応物はヘモグロビンによって還元されてヘモグロビンが存在するか否かを示す電気的な信号を発生する。電気化学的セルは１回の実験に使用された後に廃棄されるように設計されていてよい。
【０００７】
この実施の形態のある側面では、第１の電極はセンシング電極からなる。センシング電極は、プラチナ、パラジウム、炭素、酸化インジウム、酸化スズ、金、イリジウム、銅、鋼、銀、またはそれらの混合物からなってよい。第１の電極は、スパッタリング、蒸気コーティング（ｖａｐｏｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、インクジェット印刷（ｉｎｋ ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、超音波溶射（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ）、スロットコーティング（ｓｌｏｔ ｃｏａｔｉｎｇ）、グラビア印刷（ｇｒａｖｕｒｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、および平版印刷（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を含む方法で形成されてよい。
【０００８】
この実施の形態の他の側面では、第２の電極は対向電極からなる。第２の電極は、例えば、塩化銀と接触した銀、臭化銀と接触した銀、ヨウ化銀と接触した銀、塩化第一水銀と接触した水銀、硫酸第一水銀と接触した水銀などの金属塩と接触した金属からなってよい。第２の電極は基準電極からなっていてもよい。
【０００９】
この実施の形態の他の側面では、電気化学的セルは基準電極からなっていてよい第３の電極をさらに含む。第３の電極は、例えば、塩化銀と接触した銀、臭化銀と接触した銀、ヨウ化銀と接触した銀、塩化第一水銀と接触した水銀、硫酸第一水銀と接触した水銀などの金属塩と接触した金属を含んでよい。
【００１０】
この発明の他の側面では、反応物には、重クロム酸塩、酸化バナジウム、過マンガン酸塩、電気的に活性な有機金属錯体、キノン、ジクロロフェノールインドフェノール、およびフェリシアニドが含まれる。燐酸塩、炭酸塩、メリト酸のアルカリ金属塩（ａｌｋａｌｉ ｍｅｔａｌ ｓａｌｔｓ ｏｆ ｍｅｌｌｉｔｉｃ ａｃｉｄ）、およびクエン酸のアルカリ金属塩（ａｌｋａｌｉ ｍｅｔａｌ ｓａｌｔｓ ｏｆ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）などの緩衝剤が、検出チャンバ内に収容されていてよい。検出チャンバは、例えば、イオン化した洗浄剤、非イオン化洗浄剤、タンパク分解酵素、リパーゼ、サポニン、ドデシル硫酸ナトリウム、臭化トリメチルセチルアンモニウム（ｃｅｔｙｌ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ）、およびポリエトキシ化されたオクチルフェノール（ｐｏｌｙｅｔｈｏｘｙｌａｔｅｄ ｏｃｔｙｌｐｈｅｎｏｌ）から選択されたひとつなどの赤血球を分解する薬剤をさらに収容していてもよい。
【００１１】
この実施の形態の他の側面では、試料には全血が含まれる。
【００１２】
この実施の形態の他の側面では、検出チャンバは、例えば、メッシュ生地、不織布、繊維充填材、マクロ孔質膜、焼結粉末、またはそれらの組合せからなる、検出チャンバ内に収容された支持部を含む。反応物、赤血球を分解する分解剤および緩衝剤のいずれかひとつまたはそれらの任意の組合せが、支持部内に収容されているか、支持部によって支持されていてよい。
【００１３】
この実施の形態の他の側面では、第２の電極は、第１の電極からの距離が実質的に５００μｍより小さく、第１の電極からの距離が実質的に１５０μｍより小さく、または第１の電極からの距離が実質的に１５０μｍより小さくかつ実質的に５０μｍより大きくて、第１の電極と向かい合う関係で取り付けられている。
【００１４】
この実施の形態の他の側面では、装置はメーターとの間で信号を伝達するためのインターフェースをさらに含む。インターフェースは電圧または電流を伝達してよい。電気化学的セルは薄い層からなる電気化学的セルを含んでよい。
【００１５】
第２の実施の形態では、液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを検出する方法が提供され、その方法は、液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを検出する装置を提供する過程であって、検出する装置は、検出チャンバ、第１の電極、第２の電極、検出チャンバ内に試料を入れるための開孔、および検出チャンバ内に収容された反応物を有する電気化学的セルを含み、反応物はヘモグロビンによって還元されてヘモグロビンが存在するか否かを示す電気的な信号を発生する、検出する装置を提供する過程と、液体試料を提供する過程と、第１の電極および第２の電極が実質的に被われるように、試料を開孔を通して検出チャンバ内に流し込む過程と、試料中にヘモグロビンが存在するか否かを示す電気化学的な測定値を得る過程とを含む。
【００１６】
この実施の形態のある側面では、電気化学的セルは、１回の実験に用いられた後に廃棄されるように設計され、または電気化学的セルの薄い層からなっていてよい。電気化学的な測定値は、電流の測定値、電圧の測定値、電量（電荷）の測定値、または定量的な測定値からなっていてよい。
【００１７】
第３の側面では、液体の全血の試料中のヘモグロビンを測定するための方法が提供され、全血の試料は赤血球を含み、赤血球はヘモグロビンを含み、その方法は、センシングチャンバ、第１の電極、第２の電極、およびセンシングチャンバ内に試料を配置するための開孔、センシングチャンバ内に収容されてヘモグロビンによって還元される反応物、およびセンシングチャンバ内に収容された赤血球を分解する薬剤を備えた電気化学的セルを含む装置を提供する過程と、センシングチャンバ内に全血の試料を配置して、センシングチャンバ内に収容された分解する薬剤が赤血球からヘモグロビンを解放し、解放されたヘモグロビンが反応物を還元する、試料を配置する過程と、全血の試料中に存在するヘモグロビンのレベルを示す電気化学的な測定値を得る過程とを有する。
【００１８】
この実施の形態のある側面では、電気化学的セルは、１回の実験に用いられた後に廃棄されるように設計されているか、または薄い層の電気化学的セルからなっていてよい。
【００１９】
この実施の形態のある側面では、全血の試料中に存在するヘモグロビンのレベルを示す電気化学的な測定値を得る過程が、第１の電極に負の電圧を印加して、試料中のヘモグロビンが存在するか否かを示す電気化学的な測定値を得る過程と、反応物とヘモグロビンの反応によって発生する電流を測定する過程と、電流を分析して、赤血球を実質的に分解するのに要した時間、または電流に対して導かれた最終値を含む結果を与える過程と、電流を分析して、結果を与える過程によって与えられた結果に基づく時間の関数としての完了した反応の割合を計算する過程と、第１の電極の電圧を反転する過程と、過渡的な電流を測定する過程と、過渡的な電流に基づいて拡散係数と還元された形態の反応物の濃度とを求める過程とを有する。
【００２０】
第４の実施の形態では、液体試料中にヘモグロビンが存在するか否かを検出する装置の製造方法が提供され、検出する装置は、検出チャンバ、第１の電極、第２の電極、検出チャンバ内に試料を入れるための開孔、および検出チャンバ内に収容された反応物を有する電気化学的セルを含み、反応物はヘモグロビンによって還元されてヘモグロビンが存在するか否かを示す電気的な信号を発生し、その製造方法は、電気的に抵抗性の材料からなるシートを通って延在する（第１の）開孔を形成する過程であって、その開孔は検出チャンバの側壁を画定する、開孔を形成する過程と、第１の電極を備えると共に開孔を被って検出チャンバの第１の終端壁を画定する第１の層をシートの第１の表面に取り付ける過程であって、第１の電極はシートの第１の表面と向かい合う、第１の層を取り付ける過程と、第２の電極を備えると共に開孔を被って検出チャンバの第２の終端壁を画定する第２の層をシートの第２の表面に、第１の層と実質的に重なるように位置決めして取り付ける過程であって、第２の電極はシートの第２の表面に向かい合い、シート、第１の層、および第２の層が細長い一片を形成する、第２の層を取り付ける過程と、検出チャンバ内に試料を入れるための（第２の）開孔を細長い一片に提供する過程と、ヘモグロビンによって還元される反応物を検出チャンバ内に収容するように提供する過程とを含む。
【００２１】
この実施の形態のある側面では、製造方法は、試料が検出チャンバ内に充填されたときに検出チャンバから空気を排出するための細長い一片に設けられた換気口を提供する過程をさらに含む。
【００２２】
この実施の形態の他の側面では、開孔は長方形の断面形状を有する。
【００２３】
この実施の形態の他の側面では、少なくともひとつの電極は、パラジウム、プラチナ、銀などの貴金属を含む。少なくともひとつの電極は、スパッタリングによって堆積された金属被膜であってよい。電極は、例えば、感熱接着剤（ｈｅａｔ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、感圧性接着剤（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、熱硬化性接着剤（ｈｅａｔ ｃｕｒｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、化学的硬化性接着剤（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｃｕｒｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、熱溶融型接着剤（ｈｏｔ ｍｅｌｔ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、または熱流動型接着剤（ｈｏｔ ｆｌｏｗ ａｄｈｅｓｉｖｅ）などの接着剤によってシートに接着されてもよい。
【００２４】
この実施の形態の他の側面では、製造方法は、検出チャンバ内に収容された緩衝剤および赤血球を分解する分解剤のいずれか一方または両方を提供する過程を含んでよい。分解剤および緩衝剤のいずれか一方または両方は、検出チャンバの少なくともひとつの壁に印刷されていてよい。メッシュ生地、繊維充填材、マクロ孔質膜、焼結粉末、およびそれらの組合せなどの検出チャンバ内に収容された支持部が提供されてもよい。反応物は、支持部に支持されていても、支持部内に収容されていてもよい。
【００２５】
この実施の形態の他の側面では、製造方法は、シートおよび層のうちの少なくともひとつは、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、それらの混合物、およびポリエチレンテレフタレートから選択された重合体材料からなる。
【００２６】
この実施の形態の他の側面では、第２の電極は、第１の電極からの距離が実質的に５００μｍより小さく、第１の電極からの距離が実質的に１５０μｍより小さく、または第１の電極からの距離が実質的に１５０μｍより小さくかつ実質的に５０μｍより大きくて、第１の電極と向かい合う関係で取り付けられている。
【００２７】
この実施の形態の他の側面では、電気化学的セルは１回の実験に使用された後に廃棄されるように設計されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下の説明および例は本発明の好ましい実施の形態を詳細に例示している。本発明の範囲内に包含される本発明のさまざまな変形および変更が存在することは当業者には理解される。したがって、好ましい実施の形態の記載は本発明の範囲を限定するものではないと認識されなければならない。
【００２９】
液体試料の電気化学的な測定値を得るための方法および装置は、２０００年７月１４日に出願された係属中の米国特許出願第０９／６１５，６９１号「ＡＮＴＩＯＸＩＤＡＮＴ ＳＥＮＳＯＲ」、２０００年７月１４日に出願された係属中の米国特許出願第０９／６１６，４３３号「ＩＭＭＵＮＯＳＥＮＳＯＲ」、および２０００年７月１４日に出願された係属中の米国特許出願第０９／６１６，５５６号「ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＲＥＡＣＴＩＯＮ ＲＡＴＥＳ」にさらに記載されていて、これらの米国特許出願は参照したことにより、本明細書に組み込まれる。
【００３０】
試料
好ましい実施の形態では、液体の全血からなる試料中のヘモグロビンのレベルを測定するための装置および方法が提供される。全血が液体の形態ではない、すなわち乾燥した形態の場合には、固体試料（乾燥した形態の全血）が適切な液体、例えば水に混合された後に全血が分析される。固体組織の試料内に含まれた全血は、当業者によく知られた方法を用いて抽出された後に分析されてよい。
【００３１】
分析される前に、ヘモグロビンはヘモグロビンが含まれている赤血球から解放される。これは、試料を電気化学的セル内に導入する前に、分解剤を用いて全血の試料を前処理することにより達成される。代わりに、分解剤が電気化学的セル内に収容されてもよい。試料を前処理するためにその他の薬剤が用いられてもよい。例えば、ｐＨ（水素イオン指数）が緩衝剤または中和剤を用いて所望のレベルに調節されてよく、また、妨害する酸化剤または酸化防止剤を非反応性にする物質が加えられてよい。
【００３２】
電気化学的セル
電気化学的セルは使い捨てで一回の実験に使用されるように設計されている。好ましい実施の形態では、電気化学的セルは米国特許第５，９４２，１０２号明細書（参照したことにより、本明細書に組み込まれる）に開示されているように薄い層のセンサからなる。そのような電気化学的セルの好ましい実施の形態が図１、図２、および図３に示されている。図１、図２、および図３に示された電気化学的セルは円形の開孔８を備えたポリエステル製のコア４を含む。開孔８は円筒形のセルの側壁１２を画定する。コア４の一方の表面には、スパッタリングによって形成されたパラジウムの被膜２を備えたポリエステル製のシート１が付着されている。シート１は、パラジウムの被膜２がコア４および開孔８に隣接した状態で接着剤３によってコア４に付着されている。スパッタリングによって形成された第２のパラジウムの被膜６を備えたポリエステル製の第２のシート７が接着剤５によってコア４の他の表面に開孔８を覆うように付着されている。このようにして、両端がパラジウムの被膜２およびパラジウムの被膜６によって閉じられた円筒形の側壁１２を備えた電気化学的セルが画定される。アセンブリ（細長い一片）には切り欠き部９が設けられて、電気化学的セルに溶液が受容されるようにされ、または溶液が毛管作用によって吸い込まれるようにされ、空気が排気されるようにされる。パラジウムの被膜２およびパラジウムの被膜６は適切な電気的接続部または電気的な構造に接続されていて、電圧を印加することができ、電流を測定することができる。
【００３３】
そのような薄い層からなる電気化学的セルは、最初に電気的に抵抗性の材料のシートを貫通する開孔（８）を形成することによって準備され、その開孔は電気化学的セルの側壁（１２）を画定する。開孔を収容したシートに用いられるまたは電気化学的セルのその他の層に用いられる適切な電気的に抵抗性の材料としては、例えば、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、それらの混合物、およびそれらの類似物のような材料がある。好ましい実施の形態では、シートの開孔は長方形であり、開孔は、その他の形状、例えば、円形の形状を有してもよい。
【００３４】
開孔（８）が形成された後に、第１の薄い電極層（２）が、開孔（８）を覆って延在して終端壁を形成するように、電気的に抵抗性の材料のシートの一方の表面に取り付けられる。第１の電極層（２）は、例えば接着剤を用いてシートに付着されてよい。適切な接着剤としては、例えば、感熱接着剤（ｈｅａｔ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、感圧性接着剤（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、熱硬化性接着剤（ｈｅａｔ ｃｕｒｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、化学的硬化性接着剤（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｃｕｒｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、熱溶融型接着剤（ｈｏｔ ｍｅｌｔ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、熱流動型接着剤（ｈｏｔ ｆｌｏｗ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、およびそれらの類似物がある。第１の電極層は、電気的に抵抗性の材料からなるシートに適切な金属、例えばパラジウムを被覆して（例えば、スパッタリングによって被覆して）、準備される。
【００３５】
次に、第２の薄い電極層（６）が、開孔（８）を覆って延在して第２の終端壁を形成するように、電気的に抵抗性の材料のシートの反対側の表面に取り付けられる。好ましい実施の形態では、第１の電極層（２）および第２の電極層（６）は、実質的に１ｍｍより小さい間隔で、望ましくは実質的に８００μｍより小さい間隔で、より望ましくは実質的に６００μｍより小さい間隔で、もしくは、好ましくは実質的に５００μｍより小さい間隔で、より好ましくは実質的に３００μｍより小さく実質的に１５０μｍより大きい間隔で、より好ましくは実質的に１５０μｍより小さい間隔で、最も好ましくは、２５μｍ、４０μｍ、５０μｍ、または１００μｍより大きく１５０μｍより小さい間隔で、向かい合う関係で取り付けられる。次に、第２の開孔（９）が、液体を電気化学的セルに入れるために設けられる。そのような開孔（９）は、第１の電極層（２）および第２の電極層（６）と（第１の）開孔（８）を通って延在する切り欠き部を装置（電気化学的セル）の一方のへりに沿って形成することにより設けることができる。第１の電極層（２）および第２電極層（６）には、測定回路中にセンサを配置できるようにするための接続手段が設けられる。
【００３６】
酸化還元剤、分解剤、緩衝剤、およびその他の物質のような電気化学的セルで使用される化学物質は、電気化学的セルの電極または壁に、または電気化学的セル内に収容されたひとつまたは複数の独立した支持部によって支持されていてよく、または、それ自体を支持するようになっていてよい。化学物質が電気化学的セルの電極または壁によって支持される場合、化学物質は、インクジェット印刷（ｉｎｋ ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、平版印刷（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、超音波溶射（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ）、スロットコーティング（ｓｌｏｔ ｃｏａｔｉｎｇ）、グラビア印刷（ｇｒａｖｕｒｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、およびそれらに類似したものなどの良く知られた塗布技術を用いて塗布されてよい。適切な独立した支持部には、限定を意図するものではないが、メッシュ生地、不織布、繊維充填材、マクロ孔質膜、および焼結粉末がある。電気化学的セルで用いられる化学物質は、支持部に支持されているか支持部内に収容されていてよい。
【００３７】
好ましい実施の形態では、電気化学的セル内で用いられる物質は電気化学的セルを構成する物質と同様に大量生産に適合する形態であり、電気化学的セル自体は一回の実験に使用された後に廃棄できるように設計されている。
【００３８】
好ましい実施の形態に基づけば、使い捨ての電気化学的セルは一回の試験のみに使用されるように経済的に許容できるよう十分に低コストで製造できるものである。第２に、電気化学的セルは一回の試験だけ好都合に使用できるようにされていてよい。ここで、不都合（好都合でない）とは、一回だけ使用した後に、続けて使用するのに適するように電気化学的セルを処理するためには、洗浄および反応物の再充填などの過程が行なわれなければならないということを意味している。
【００３９】
ここで、経済的に許容できるとは、利用者が試験の結果から得ることのできる価値が、電気化学的セルを購入して使用するためのコストと同等以上であることを意味し、このとき電気化学的セルの購入価格は電気化学的セルを利用者に供給するためのコストおよび適切な利益によって評価されている。多くの用途に対して、このことは、電気化学的セルが比較的低コストの材料から作られることおよび簡単な製造プロセスで製造されることを必要とする。例えば、電気化学的セルの電極の材料は、炭素などの廉価なものでなければならず、または、高価な材料を用いることができるように極少量だけ用いられなければならない。炭素または銀のインクを用いるスクリーン印刷は比較的低コストの材料を用いて電極を形成するのに適した方法である。しかし、プラチナ、パラジウム、金、イリジウムなどを電極の材料として用いることが望まれる場合には、スパッタリング、または蒸発性の蒸気コーティング（ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｖａｐｏｒ ｃｏａｔｉｎｇ）などの材料をより良く利用する方法が、非常に薄いフィルムを形成するので、より適している。使い捨ての電気化学的セルの基板の材料も、廉価であることが好ましい。そのような廉価な材料の例として、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリエステルなどの重合体、コート紙（ｃｏａｔｅｄ ｐａｐｅｒ）、および厚紙（ｃａｒｄｂｏａｒｄ）がある。
【００４０】
電気化学的セルを組立てる方法は大量生産に適合するものであることが好ましい。それらの方法には、カード上に複数の電気化学的セルを製造して、主要な組み立て工程の後にカードを別々の細長い一片に分離するもの、および、電気化学的セルを連続したウエブ上に製造して、次に別々の細長い一片に分離するウエブ方法がある。カード上に電気化学的セルを製造する方法は、空間的に接近した複数の形状を位置合わせすることが製造に必要な場合、および電気化学的セルの基板に硬い材料が用いられる場合のいずれか一方もしくは両方の場合に最も適している。ウエブ方法は、形状のウエブに沿った位置合わせが臨界的なものではなく、柔軟なウエブが用いられる場合に最も適している。
【００４１】
使い捨ての電気化学的セルを一回だけ好都合に使用できるという要件は、利用者が電気化学的セルを再度使用しようとすることがなく、不正確な試験の結果を得ることがないので好ましい。電気化学的セルを一度だけ使用するという要件は、電気化学的セルに添付されている使用説明書に記載されてよい。より好ましくは、電気化学的セルは１回を越えて使用することが困難もしくは不可能なように製造されてもよい。これは、例えば、反応物が１回目の試験の間に洗い落とされまたは消費されて、２回目の試験では機能しなくなるようにすることにより、達成される。代わりに、その試験の信号が、電気化学的セル内の反応物が既に反応を完了したことを示しているか否かが検査されてもよく、例えば、初期の信号が異常に高い信号になっている場合にはその試験が中止される。他の方法には、電気化学的セルでの１回目の試験が完了した後に電気化学的セル内の電気的な接続を破壊するための手段を提供するものがある。
【００４２】
電極
電気化学的セル内の少なくともひとつの電極は、酸化された酸化還元剤の量を検出する電極として定義されるセンシング電極である。センシング電極の電位が、存在する検体のレベルを示す電圧センサの場合では、基準電圧として働く第２の電極が設けられていて、基準電位を提供するように働く。
【００４３】
センシング電極の電流が試料中のヘモグロビンのレベルを示す電流センサの場合では、少なくともひとつの他の電極（第２の電極）が設けられていて、電気回路を完成するための対向電極として働く。この第２の電極は基準電極としても働いてよい。代わりに、別の電極が基準電極としての機能を果たしてもよい。
【００４４】
センシング電極、対向電極、および基準電極に適した材料は、装置内に存在する酸化還元剤との適合性を有するものである。適合性を有する材料は酸化還元剤と化学的に反応せず、または電気化学的セル内に存在する任意の他の物質と化学的に反応しない。そのような適合性を有する材料には、限定を意図するものではないが、プラチナ、パラジウム、炭素、酸化インジウム、酸化スズ、混合された酸化インジウムおよび酸化スズ、金、銀、イリジウム、およびそれらの混合物がある。これらの材料は、任意の適切な方法で、例えば、スパッタリング、蒸気コーティング（ｖａｐｏｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、または平版印刷（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）で、電極の構造に形成されてよい。好ましい実施の形態では、それらの材料はスパッタリング、またはスクリーン印刷で電極の構造に形成される。
【００４５】
基準電極に用いるのに適した材料の非限定的な例としては、塩化銀と接触した銀、臭化銀と接触した銀、ヨウ化銀と接触した銀、および、塩化第一水銀または水銀塩と接触した水銀などの金属と金属塩のシステムがある。金属は任意の適切な方法によって堆積されてよく、次に適切な金属塩と接触した状態にされてよい。適切な方法としては、例えば、適切な塩の溶液中での電気分解、および化学的な酸化がある。そのような金属と金属塩のシステムは、ひとつの金属成分からなるシステムに比べて電圧測定方法においてより良好な電位の制御を提供する。好ましい実施の形態では、金属と金属塩の電極システムが、電流センサでの基準電極として働く別の電極として用いられる。
【００４６】
分解剤
赤血球を分解する適切な分解剤には、イオン性および非イオン性の洗浄剤、タンパク分解酵素、およびリパーゼが含まれる。適切なイオン性の洗浄剤には、例えば、ドデシル硫酸ナトリウム、および臭化トリメチルセチルアンモニウム（ｃｅｔｙｌ ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ）が含まれる。タンパク分解酵素の非限定的な例としては、トリプシン、キモトリプシン、ペプシン、パパイン、およびプロナーゼＥ（広い特異性を有する非常に活性の高い酵素）が含まれる。使用するのに適した非イオン性の洗浄剤には、例えば、アメリカ合衆国ペンシルベニア州フィラデルフィアのＲｏｈｍ ＆ Ｈａａｓから入手されるＴｒｉｔｏｎ Ｘ Ｓｅｒｉｅｓを含むエトキシ化されたオクチルフェノールが含まれる。好ましい実施の形態では、サポニン、すなわち水の中で泡立つ植物グリコシドが分解剤として用いられる。
【００４７】
酸化還元剤
適切な酸化還元剤には、ヘモグロビンを酸化することのできる酸化還元剤が含まれる。ヘモグロビンを分析するために用いられるのに適した酸化還元剤の例として、限定を意図するものではないが、フェリシアン塩、重クロム酸塩、オスミウムビピリジン錯体、酸化バナジウム、過マンガン酸塩、および電気的に活性な有機金属錯体がある。ジクロロフェノールインドフェノール、およびキノンなどの有機酸化還元剤も適している。好ましい実施の形態では、ヘモグロビンを分析するための酸化還元剤はフェリシアン塩である。
【００４８】
緩衝剤
所望に応じて、緩衝剤が酸化還元剤と共に乾燥した形態で電気化学的セル内に存在してもよい。緩衝剤が用いられる場合、存在する緩衝剤の量は、ヘモグロビンを酸化しかつその他の検出することを意図されていない種（ｓｐｅｃｉｅｓ）を酸化しないのに適したレベルに酸化還元剤の酸化能力を調整するための適切なｐＨ（水素イオン指数）レベルが得られるようにされる。存在する緩衝剤の量は、試験の間試料のｐＨレベルを所望のレベルに実質的に保つのに十分な量にされる。使用するのに適した緩衝剤の例として、燐酸塩、炭酸塩、アルカリ金属のメリット酸塩、およびアルカリ金属のクエン酸塩がある。緩衝剤は所望のｐＨレベルに応じて選択される。緩衝剤は酸化還元剤と反応しないものが選択される。
【００４９】
電気化学的セル内に存在するその他の物質
酸化還元剤および緩衝剤に加えて、電気化学的セル内にはその他の物質が存在してもよい。そのようなその他の物質には、例えば、粘度上昇剤（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｒ）および低分子量重合体がある。親水性の物質も電気化学的セル内に収容されていてもよく、そのような親水性の物質には、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、デキストラン、および、アメリカ合衆国ペンシルベニア州フィラデルフィアのＲｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ Ｃｏｍｐａｎｙから商品名「Ｔｒｉｔｏｎ」（商標）で市販されている界面活性剤またはアメリカ合衆国デラウェア州ウィルミントンのＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａｓ Ｉｎｃ．から商品名「Ｔｗｅｅｎ」（商標）で市販されている界面活性剤のような界面活性剤がある。そのような物質は、電気化学的セルの充填率を増加させてよく、より安定した測定を提供し、および少量の試料が蒸発するのを防止する。
【００５０】
ヘモグロビンの濃度を測定する方法
全血の試料中に存在するヘモグロビンを測定する時は、試料がセンサの電気化学的セル内に導入されて、導入された試料がセンサセル（電気化学的セル）内に存在する乾燥した反応物およびその他の物質を溶かす。試料が分解剤によって前処理されていない場合には、センサセル内に存在する分解剤がヘモグロビンを赤血球から解放する。そのとき、酸化還元剤（反応物）が試料中に存在するモグロビンと反応して、還元された形態の酸化還元剤を形成する。電圧センサの場合には、反応の結果得られた酸化還元剤の酸化された形態の還元された形態に対する比率が、基準電極に対するセンシング電極の電位を決定する。次に、この電位が試料中の最初のヘモグロビンの濃度の測定値として用いられる。
【００５１】
好ましい実施の形態では、センシングセル（電気化学的セル）は電流センサとして操作される。この実施の形態に基づけば、ヘモグロビンと反応して形成された還元された酸化還元剤は、センシング電極で電気化学的に酸化される。この電気化学的な反応によって生じた電流は試料中の最初のヘモグロビンの濃度を測定するのに用いられる。他の実施の形態では、センサは電圧モードまたは電量モードで操作される。
【００５２】
電気化学的セルの電極は、付属のメーターによって読取可能な電気的な信号、すなわち、電圧または電流を生み出すのに用いられる。好ましい実施の形態では、電気化学的セルとメーターとを接続するためのインターフェースが設けられている。そのメーターは視覚的な形態、音響的な形態、またはその他の形態で測定値を表示してよく、また電子的な形態で測定値を記憶してよい。
【００５３】
フェリシアニドが反応物として用いられる好ましい実施の形態では、ヘモグロビンの典型的な濃度、例えば１４ｇ／ｄｌでは、酸化によって８．２ｍＭの濃度のフェロシアニドを得る。好ましい実施の形態の方法および装置での検出可能な最小値は、実質的に０．１ｍＭである。
【００５４】
第１の電圧印加過程および第２の電圧印加過程を用いたヘモグロビンの測定
好ましい実施の形態では、ヘモグロビンを測定する前に全ての赤血球が実質的に完全に分解される。しかし、第１の電圧印加過程および第２の電圧印加過程を用いることにより、分解過程がゆっくりと進む場合でも、ヘモグロビンの測定値を迅速に得ることができる。
【００５５】
そのような実施の形態では、上述されたように構成されたセンサが用いられて、例えば、乾燥した反応物が堆積された下側電極がパラジウムからなり、上側電極が金からなるセンサが用いられる。時刻０において−０．３Ｖを供給することによって第１の電圧が印加されて金からなる電極（上側電極）が作用電極として設定される。赤血球が分解され始めてフェリシアニドが解放されたヘモグロビンと反応すると、電流がゆっくりと増加する。電流の増加はさまざまな方法で用いられ、例えば、十分に分解して反応するのに要する時間を得るため、より長時間に亘たる信号を外挿法によって推定するため、または、所定時間内に反応したヘモグロビンの割合を得るために用いられる。第１の方法はいくぶんかの品質保証をもたらし、第２の方法および第３の方法はより短時間の試験をもたらす。
【００５６】
第１の電圧が印加されて電流が測定された後、電圧が＋０．３Ｖに反転されて反転した過渡的な電流が測定され、例えば１９９８年４月１７日に出願された米国特許出願第０８／９８１，３８５号および米国特許第５，９４２，１０２号明細書（両方とも言及したことにより本明細書に組み込まれる）に開示されているような当業者に知られた電気化学的な方法を用いて分析されてフェロシアニドの拡散係数および濃度が計算される。
【００５７】
第１の電圧の印加は妨害物を減じるために用いられてもよい。フェリシアニドは、赤血球にパッケージされたヘモグロビンとの反応に比べて、血漿中で自由な形態の妨害物質とより迅速に反応する。第１の電圧を印加することによって生じた最小の電流値と最大の（または外挿法によって推定された）電流値との比が、第２の電圧パルス（＋０．３Ｖ）によって測定された還元された媒介物の濃度を求めるのに用いられて、ヘモグロビンのより正確な補正された濃度を得るようにしてもよい。最も簡単な補正は、
［Ｈｂ］’＝［Ｈｂ］×（１−ｉｍｉｎ／ｉｍａｘ）
で行なわれ、この式において、［Ｈｂ］’はヘモグロビンの補正された濃度であり、［Ｈｂ］はヘモグロビンの補正されていない濃度であり、ｉｍｉｎは第１の電圧を印加して生じた測定された電流値であり、ｉｍａｘは第１の電圧を印加した結果得られた外挿法によって推定された電流値である。
【００５８】
へモグロビンセンサを用いた他の電気化学的な測定値の測定
ある実施の形態では、少なくともひとつの電気的に活性な生成物を得る化学反応の反応速度に関する情報を、センサを用いて、その化学反応が電気的に活性な生成物と電気化学的な反応を起こすのに用いられる電極から離れた部位に配置されることを確実にすることで、得ることができる。
【００５９】
化学反応の起こる部位は電極から十分に離れて配置され、化学反応から電極の電気的に活性な種の物質移動（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ）が、任意の時刻における電極を流れる電流を有効に制御する。このような配置によって、化学反応の部位と電極との間の電気的に活性な種の濃度の実質的に線形な勾配が確実にされる。電気的に活性な種の濃度は、電気化学的な反応が起こっている電極において実質的に零に保たれる。したがって、濃度の勾配の大きさの時間的な変化は、化学反応の部位での電気的に活性な種の濃度および液体媒体中の電気的に活性な反応性生物の拡散係数の時間的な変化によってのみ実質的に決定されることになる。電極を流れる電流は、電極での電気的に活性な種の濃度勾配に比例するので、この電流の時間的な変化は電極から離れた化学反応の部位で起こる化学反応の時間的な変化を反映することになる。これによって、電極で測定される電流（または電流が積分される場合には通過する電荷）を発生する化学反応の速度および程度（ｅｘｔｅｎｔ）の好都合な測定値として用いることができる。
【００６０】
化学反応が作用電極から離れた部位で起こるのを確実にするための適切な方法の一例は、ひとつまたは複数の反応成分を電極から離れた固体の表面に固定（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅ）することである。反応成分は、固体の表面で乾燥されたまたは固体の表面に付着された重合体のマトリックス（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍａｔｒｉｘ）内に反応成分を組み込むことによって固定される。反応成分は化学的な結合または物理的な結合によって固体の表面に直接つなぎとめられてもよい。代わりに、ひとつまたは複数の反応成分は特別な固定化手段を用いずに単に固体の表面で乾燥されてもよい。この場合には、ひとつまたは複数の反応成分は、必要な測定を行なうために電気化学的な電流を有効に観測する時間に亘って反応成分が乾燥されている位置から実質的に移動しないように、電気化学的セルを満たしている液体のマトリックス中で十分に低い移動度を有している。ここで、実質的な移動とは、化学反応に必要な反応成分のうち最も移動の遅い反応成分が、コットレル形の劣化（Ｃｏｔｔｒｅｌｌ ｔｙｐｅ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）の反応速度が電極での電流の時間変化に影響し始めるほど十分に、作用電極の近くに達することを意味している。
【００６１】
好ましい実施の形態では、化学反応の起こる部位と作用電極との間の間隔の範囲は、望ましくは実質的に１ｃｍより小さく、好ましくは５ｍｍより小さく、より好ましくは、５μｍ乃至５ｍｍの間、１０μｍ乃至５ｍｍの間、５０μｍ乃至５ｍｍの間、１００μｍ乃至５ｍｍの間、２００μｍ乃至５ｍｍの間、または５００μｍ乃至５ｍｍの間であり、さらにより好ましくは、５μｍ乃至５００μｍの間、１０μｍ乃至５００μｍの間、５０μｍ乃至５００μｍの間、１００μｍ乃至５００μｍの間、または２００μｍ乃至５００μｍの間であり、最も好ましくは、５μｍ乃至２００μｍの間、１０μｍ乃至２００μｍの間、５０μｍ乃至２００μｍの間、１００μｍ乃至２００μｍの間である。
【００６２】
作用電極と同様に、液体試料と接触する対向電極が電気化学的セルを完成させるために設けられている。所望に応じて、対向電極は組み合わされた対向・基準電極として機能してもよく、また、別の基準電極が設けられてもよい。好ましい実施の形態では、作用電極および対向電極は、望ましくは実質的に３００μｍより大きい間隔だけ離れて配置されていて、好ましくは実質的に５００μｍより大きい間隔だけ離れて配置されていて、より好ましくは実質的に５００μｍ乃至実質的に１０ｍｍの間隔だけ離れて配置されていて、さらにより好ましくは実質的に５００μｍ乃至実質的に１ｍｍ、実質的に５００μｍ乃至実質的に２ｍｍ、または実質的に５００μｍ乃至実質的に５ｍｍの間隔だけ離れて配置されていて、最も好ましくは実質的に１ｍｍ乃至実質的に２ｍｍ、実質的に１ｍｍ乃至実質的に５ｍｍ、または実質的に１ｍｍ乃至実質的に１０ｍｍの間隔だけ離れて配置されている。
【００６３】
作用電極は、作用電極の電流の応答を妨害するような程度で使用される間に作用電極が接触することになる任意の成分と化学的に反応しない材料から構成されている。作用電極がアノード（陽極）として用いられる場合、適切な材料の例として、プラチナ、パラジウム、炭素、不活性な結合剤と組み合わされた炭素、イリジウム、酸化インジウム、酸化スズ、インジウムと酸化スズの混合物がある。作用電極がカソード（陰極）として用いられる場合、上述された適切な材料に加えて、他の適切な材料として、鋼、ステンレス鋼、銅、ニッケル、銀、およびクロムがある。
【００６４】
対向電極に適した材料として、プラチナ、パラジウム、炭素、不活性な結合剤と組み合わされた炭素、イリジウム、酸化インジウム、酸化スズ、インジウムと酸化スズの混合物、鋼、ステンレス鋼、銅、ニッケル、クロム、銀、および、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀、フェロシアン化銀（ｓｉｌｖｅｒ ｆｅｒｒｏｃｙａｎｉｄｅ）、フェリシアン化銀（ｓｉｌｖｅｒ ｆｅｒｒｉｃｙａｎｉｄｅ）などの実質的に不溶性の銀塩で被覆された銀がある。
【００６５】
化学反応の部位は、作用電極から離れた被覆のない壁または対向電極に配置される。化学反応の部位は作用電極と同じ平面上に配置されてよく、または、より好ましくは作用電極と向かい合った作用電極と平行な平面上に配置される。
【００６６】
ある実施の形態で用いるのに適したセンサは、作用電極、および電気的に絶縁性の基板に配置された対向電極を含む。第２の基板には化学的な反応物の層が配置されていて、少なくともひとつの反応物が第２の基板上に実質的に固定されている。使用時には、センサの壁の間には、反応物と反応して少なくともひとつの電気的に活性の種を生成する物質を含んだ液体が充填される。化学反応の生成物（電気的に活性の種）は、作用電極に向かって拡散し、作用電極では電気的に活性の種が電気化学的に反応して電流を生み出す。次に、電流の大きさまたは所定の時間中に通過する電荷の大きさ、もしくは電流または通過する電荷の時間的な変化が、反応物の層で起こっている化学的な反応の速度または程度の測定値を得るために用いられる。
【００６７】
センサの他の実施の形態では、反応物は、電気的に抵抗性の基板に配置された対向電極に配置されている。この実施の形態では、対向電極を構成する材料は対向電極に配置された反応物の任意の成分との反応を起こさない（反応に対して不活性である）。
【００６８】
上述された電気化学的な測定値を得るための方法は、ヘモグロビンを含む任意の適切な電気化学的システムに適用できる。異なるものではあるけれども典型的な電気化学的システムに適用される方法の例として、酵素ＰＱＱ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨｐｑｑ）および酸化還元媒介物質（ｒｅｄｏｘ ｍｅｄｉａｔｏｒ）を用いて全血中のブドウ糖を測定するものがある。この反応では、血液中のブドウ糖はＧＤＨｐｑｑと反応してグルコン酸を生成する。この過程で、酵素中のＰＱＱが還元される。次に、フェリシアン化カリウムなどの媒介物質が、酵素中のＰＱＱを酸化してフェロシアニドを生成する。次に、酸化された形態の酵素がさらにブドウ糖と反応する。この反応の全体の効果は、反応したひとつのブドウ糖の分子に対して２つのフェロシアニドの分子を生成することである。フェロシアニドは電気的に活性な種であり、したがって電極で酸化されて電流を生み出す。この反応に適した他の酵素は、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）、およびＮＡＤ依存性グルコースデヒドロゲナーゼである。その他の反応に対しては、乳酸デヒドロゲナーゼ、およびアルコールデヒドロゲナーゼが用いられてもよい。その他の適切な酸化還元媒介物質としては、フェロシニウム（ｆｅｒｒｏｃｉｎｉｕｍ）、ビピリジンとのオスミウム錯体、およびベンゾフェノンがある。
【００６９】
全血中のブドウ糖の酵素との反応は遅いものであり、反応が完了するまで数分を要する。さらに、血液試料中のヘマトクリット値が高いほど反応は遅くなる。血液のヘマトクリット値は全血の試料中の赤血球の体積の割合である。例えば、５０ｍｇ／ｍｌのＧＤＨｐｑｑ、０．９Ｍのフェリシアン化カリウムおよび５０ｍＭの緩衝剤を含むｐＨ６．５の溶液が対向電極上に滴下（ｄｅｐｏｓｉｔ）されて、乾燥した反応物の層を残して水が除去される。この反応物の層において、ＧＤＨｐｑｑは対向電極内で固定されるのに十分な大きさを有し、フェリシアニドは電気化学的セル内の液体全体の亘ってより均等に混合される。血液試料が電気化学的セル内に導入されて、＋３００ｍＶの電圧が作用電極と対向電極との間に直ちに印加される。＋３００ｍＶの電圧がフェロシアニドを酸化するのに最も好ましいが、電圧は、望ましくは＋４０ｍＶ乃至＋６００ｍＶであり、好ましくは＋５０ｍＶ乃至＋５００ｍＶであり、より好ましくは＋２００ｍＶ乃至＋４００ｍＶである。電気化学的セル内では、作用電極はポリエステル製の基板にスパッタリングによって堆積された金の層からなり、対向電極はポリエステル製の基板にスパッタリングによって堆積されたパラジウムの層からなる。
【００７０】
ヘマトクリット値の異なる血液試料に対する電流値が記録されて、ヘマトクリット値が小さいほど反応の速度が大きいことが示され、すなわち、血液のヘマトクリット値が２０％、４２％、および６５％の順で、反応の速度が大きい。各血液試料中のブドウ糖のレベルは略等しく、すなわち、ヘマトクリット値が６５％の試料では５．４ｍＭのブドウ糖のレベルであり、ヘマトクリット値が４２％の試料では５．５ｍＭのブドウ糖のレベルであり、ヘマトクリット値が２０％の試料では６．０ｍＭのブドウ糖のレベルである。
【００７１】
測定される電流は、
ｉ＝−ＦＡＤＣ／Ｌ
で近似的に与えられ、この式において、ｉは電流であり、Ｆはファラデー定数（９６４８６．７Ｃ／ｍｏｌｅ）であり、Ａは電極の面積であり、Ｄは試料中のフェロシアニドの拡散係数であり、Ｃは反応部位でのフェロシアニドの濃度であり、Ｌは反応部位と電極の間の距離である。反応速度は、Ｃの時間的な変化によって与えられるので、
ｄＣ／ｄｔ＝−（Ｌ／ＦＡＤ）ｄｉ／ｄｔ
で与えられる。上述された反応では、６秒乃至８秒のｄｉ／ｄｔの平均値は、２０％、４２％、および６５％のヘマトクリット値の試料に対して、各々、３．８２μＡ／秒、２．１４μＡ／秒、および１．３２μＡ／秒であった。各試料のフェロシアニドの拡散係数は、２０％、４２％、および６５％のヘマトクリット値の試料に対して、各々、２．０×１０−６ｃｍ２ ／秒、１．７×１０−６ｃｍ２ ／秒、および１．４×１０−６ｃｍ２ ／秒、であった。電極の面積（Ａ）は０．１２３８ｃｍ２ であり、反応部位と電極の間の距離（Ｌ）は１２５μｍであった。これらの値によって、２０％、４２％、および６５％のヘマトクリット値の試料に対して、各々、２．０ｍＭ／秒、１．３ｍＭ／秒、および０．９９ｍＭ／秒の反応速度が得られた。
【００７２】
血液中のブドウ糖の反応を観測するための上述された方法は、当業者には適切に理解されるように、モグロビンを含むその他の電気化学的システムに適用するために適切に変更されてよい。
【００７３】
以上の記載によって本発明のいくつかの方法および材料が開示された。本発明は、製造方法および製造器具の変更と同様に、方法および材料の変更が可能である。そのような変更は本明細書の開示内容を考慮することにより、または本明細書に開示された本発明を実施することにより、当業者には明らかとなる。したがって、本発明を明細書に開示された特定の実施の形態に限定することは意図されておらず、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の真の範囲および真髄に含まれる全ての変形および変更を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気化学的セルの平面図である。
【図２】図１の線１０−１０に沿った断面図である。
【図３】図１の線１１−１１に沿った断面図である。
【符号の説明】
１　シート
２　被膜
３　接着剤
４　コア
５　接着剤
６　被膜
７　シート
８　開孔
９　切り欠き部
１２　側壁
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004504604.tif 000023
【国際調査報告】
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