(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
採取した血液を吸引するチップと、上記チップが挿入されるコネクタを有する測定機本体とからなる血液測定装置であって、
上記チップは、板状をしており、その片面の一端部には、作用極と対極と反応層とをもち、血液中の特定成分と反応することによって応答電流が流れる酵素電極が形成されているとともに、その片面の他端部には、上記作用極とつながるリード電極と上記対極につながるリード電極とからなる一対のリード電極がこのチップの幅方向に並設されている一方、
上記コネクタには、上記チップが表向きに挿入された場合に上記一対のリード電極に接触可能な第１の対の接続端子と、上記チップが裏向きに挿入された場合の上記一対のリード電極に接触可能な第２の対の接続端子とからなる二組の接続端子が互いに対面した状態に配置されており、かつ、上記二組の接続端子は、上記コネクタに上記チップが表裏いずれの方向に挿入されても、上記作用極に一定電圧を印加しうるように構成されていることを特徴とする、血液測定装置。
【請求項２】
上記反応層は、酸化酵素であるグルコースオキシダーゼまたは乳酸オキシダーゼと、電子受容体であるフェリシアン化カリウムとを有することを特徴とする、請求項１に記載の血液測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、血液中に含まれる特定成分の濃度を測定する装置、特に血液中のグルコース濃度を測定するための血糖測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、酵素の有する特異的触媒作用を利用した種々のバイオセンサが開発され、臨床分野への応用が試みられている。特に糖尿病の治療においては、患者の血中グルコース濃度（以下、血糖）を正常に保つことが不可欠なので、バイオセンサの利用価値は大きい。入院患者に対しては血糖の維持は医師の監視の下で実施できるが、通院患者に対しては医師の目が直接届かないため、患者自らによる血糖の自己管理が重要な治療法となっている。
【０００３】
血糖の自己管理の手法としては、食餌療法、運動療法、薬物療法があり、医師の指導の下で各療法を併用するのが常である。そして血糖値（血糖の測定値）が実際に正常範囲内にあるか否かを自ら確認することができれば、更に自己管理の効果が上がることが報告されている。
【０００４】
血糖を自ら確認する手段として、近年では、血糖測定装置が利用されている。血糖測定装置は、図１に示されるように主として測定機本体１と、血糖測定用のチップ２から構成される。チップ２は、図２および図３に示されるように、電極部４、反応層５、スペーサ６、カバーシート７によって形成されている。電極部４を覆う反応層５には、フェリシアン化カリウム、酸化酵素であるグルコースオキシダーゼが含まれている。血糖の測定方法および原理について、以下に簡単に説明する。
【０００５】
まず、チップ２を測定機本体１のコネクタ３に挿入する。次に、患者自らが採血針で指先を突き刺して血液を絞り出し、絞り出した血液にチップ２の先端を軽く接触させる。血液の一部が毛管現象によって反応層５へ吸収され、電極部４上に形成されている反応層５が血液によって溶解されて、下記式に示される酵素反応が開始される。
【０００６】
【数１】
0003978489.tif 000002
【０００７】
上記反応式に示されるように、反応層５に存在しているフェリシアン化カリウムは還元され、還元型の電子媒体であるフェロシアン化カリウムが蓄積される。フェロシアン化カリウムの量は、測定対象であるグルコースの濃度に比例する。一定時間蓄積されたフェロシアン化カリウムは、下記式に示されるように、一定電圧の印加によって酸化される。
【０００８】
【数２】
0003978489.tif 000003
【０００９】
上記式に示されるように、作用電極１１から流れる応答電流を測定機本体１で測定することによって、グルコース濃度（血糖）が決定される。具体的には図６（ａ）に示すように、チップ２がコネクタ３に挿入され、コネクタ３内部にある接続端子２１がリード電極１３と接触して作用電極１１に流れた応答電流を読みとり、その電流値を測定機本体１内のコンピュータがグルコース濃度に換算している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、チップ２上の電極１１，１２，１３，１４は、チップ２の片面にしか形成されていない。リード電極１３，１４が非常に高価であるため、チップ２の両面にリード電極１３，１４を形成すると、チップ２が非常に高価なものになってしまう。また、電極１１，１２を片面のみにスクリーン印刷する方が、両面に印刷するよりもチップ２を安く仕上げることができる。チップ２は、使い捨て用品なので、できるだけ安いほうが患者にとっては好ましい。従って、電極１１，１２，１３，１４は、チップ２の片面のみに形成されていた。
【００１１】
しかしながら、電極１１，１２，１３，１４が片面のみに形成されているチップ２を測定機本体１のコネクタ３に挿入する場合、表裏逆に挿入してしまうと、図６（ｂ）に示すように、チップ２上のリード電極１３がコネクタ３内の端子２１に接触しない。リード電極１３が端子２１に接触しないと、リード電極１３とつながっている作用電極１１に発生する応答電流が計測されない。このため、患者はチップ２の表裏を確認し、チップ２上のリード電極１３がコネクタ内の端子２１に接触するように、チップ２をコネクタ３に挿入していた。
【００１２】
しかしながら、糖尿病患者には目の不自由な人や老人が多く、チップ２の表裏を確認することができない者も多数存在する。チップ２の表面に切れ込みや凹凸を付けたり、チップ２の向きを間違えると本体に挿入できないようにしたりしてチップ２の表裏が確認できるようにしているが、それでもチップ２の表裏を確認できない患者も存在する。さらに、切れ込みや凹凸を付ける作業は、チップ２の生産効率を低下させる。
【００１３】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、測定機本体に挿入するチップの表裏を考慮する必要のない血液測定装置を提供することをその課題としている。
【００１４】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１５】
すなわち、本願発明の血液測定装置は、採取した血液を吸引するチップと、上記チップが挿入されるコネクタを有する測定機本体とからなる血液測定装置であって、上記チップは、板状をしており、その片面の一端部には、作用極と対極と反応層とをもち、血液中の特定成分と反応することによって応答電流が流れる酵素電極が形成されているとともに、その片面の他端部には、上記作用極とつながるリード電極と上記対極につながるリード電極とからなる一対のリード電極がこのチップの幅方向に並設されている一方、上記コネクタには、上記チップが表向きに挿入された場合に上記一対のリード電極に接触可能な第１の対の接続端子と、上記チップが裏向きに挿入された場合の上記一対のリード電極に接触可能な第２の対の接続端子とからなる二組の接続端子が互いに対面した状態に配置されており、かつ、上記二組の接続端子は、上記コネクタに上記チップが表裏いずれの方向に挿入されても、上記作用極に一定電圧を印加しうるように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
本願発明では、チップ上のリード電極と接触する接続端子が測定機本体のコネクタ内に二組形成されており、これらの接続端子は互いに対面している。チップがコネクタに挿入されると、いずれか一方の組の接続端子がチップ上のリード電極に接触することになるので、チップの表裏を確認してから、測定機本体のコネクタにチップを挿入する必要がなくなる。
【００１８】
チップが測定機本体のコネクタ内に挿入されると、コネクタ内のいずれか一組の接続端子の対が上記リード電極に接触する。チップに血液が供給されると、反応層が血液によって溶解され、酵素反応が開始され、血液中の特定成分（例えばグルコース）の濃度に応じた電子伝達体が生成される。一定時間経過後、チップに一定電圧を印加したときに、発生した応答電流は、リード電極に接触している接続端子によって読み取られる。応答電流の量は血液中の特定成分の濃度に比例するので、予め設定していた検量線を用い、この応答電流の値から特定成分の濃度を算出する。
【００１９】
本願発明の好ましい実施形態として、上記反応層は、酸化酵素であるグルコースオキシダーゼまたは乳酸オキシダーゼと、電子受容体であるフェリシアン化カリウムとを有する構成になっている。
【００２０】
血液中のグルコース濃度（血糖）を測定するときには、チップの反応層に含まれる酸化酵素はグルコースオキシダーゼ、電子受容体はフェリシアン化カリウムとする。酵素反応によって、グルコースはグルコン酸となり、フェリシアン化カリウムは還元されてフェロシアン化カリウムとなる。フェロシアン化カリウムの量は、測定対象物であるグルコースの濃度に比例する。一定時間経過後、チップに電圧を印加してフェロシアン化カリウムを電気化学的に酸化し、このとき得られる応答電流の量をグルコース濃度に換算する。
【００２１】
乳酸の濃度を測定するときには、チップの反応層に含まれる酸化酵素は乳酸オキシダーゼ、電子受容体はフェリシアン化カリウムとする。酵素反応によって、乳酸はピルビン酸となり、フェリシアン化カリウムは還元されてフェロシアン化カリウムとなる。フェロシアン化カリウムの量は、測定対象物である乳酸の濃度に比例する。一定時間経過後、チップに電圧を印加してフェロシアン化カリウムを電気化学的に酸化し、このとき得られる応答電流の量を乳酸の濃度に換算する。
【００２２】
以上、説明したように、本願発明の血液測定装置はコネクタ内に二組の接続端子を有しており、この二組の接続端子のうちのいずれかの一組がチップ上のリード電極と接触し、チップの電極部における作用電極から流れた応答電流を計測する。従って、本願発明の血液測定装置を使用すれば、チップを測定機本体のコネクタに挿入する際にチップの表裏を考慮する必要がなくなる。老人や目の不自由な患者等にとっては、チップの表裏の確認なしで使用できる本願発明の血液測定装置は、従来の装置よりもはるかに使いやすいものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について図面を参照しつつ、説明する。図１は、本願発明に係る血液測定装置の一実施例を示す斜視図、図２は血液測定装置に使用されるチップの全体斜視図、図３は血液測定装置に使用されるチップの分解斜視図、図４はチップと測定機本体との嵌合状態を示す一部拡大断面図である。
【００２４】
血液測定装置は、図１に示されるように、主として血液を吸引するチップ２と、チップ２に吸引された血液中の特定成分の濃度を算出する測定機本体１とから構成されている。測定機本体１のコネクタ３内部には、チップ２の片面上の端部において幅方向に並設された一対のリード電極１３，１４（図３参照）と電気的接続が可能な接続端子２１、２２（図４参照）が備えられている。測定機本体１のコネクタ３にチップ２を挿入して電圧を印加し、発生する応答電流を計測することで血液中の特定成分の濃度を検知することができる。
【００２５】
チップ２は、図２および図３に示されるように、酵素電極１０、スペーサ６、カバーシート７によって形成されている。酵素電極１０は、電極部４と反応層５とを合わせたものである。電極部４は、ポリエチレンテレフタレート製の基板１５上に、銀のリード電極１３につながるカーボン作用電極１１、同じく銀のリード電極１４につながるカーボン対極１２がスクリーン印刷されたものである。作用電極１１は対極１２によって取り囲まれており、基板１５上には絶縁層（図示略）が印刷されている。反応層５は酸化酵素、フェリシアン化カリウムおよびカルボキシメチルセルロースの混合水溶液が乾燥して層状になったものであり、対極１２および作用電極１１を覆うように形成されている。この反応層５を介して電極部４の上にはスペーサ６が接着され、スペーサ６の上にはカバーシート７が接着される。スペーサ６には先端が開放した試料供給孔１６が開けられており、この孔１６の先端から試料である血液が毛管現象によって対極１２および作用電極１１上に導入される。カバーシート７に開けられた孔１７は空気孔である。
【００２６】
コネクタ３は、内部の上側の面および下側の面に、チップ２における電極部４上の一対のリード電極１３，１４と接触可能な二組の接続端子２１，２２を有している。上記構造のコネクタであれば、市販品であっても差し支えない。
【００２７】
チップ２は測定機本体１のコネクタ３内に挿入される。図４（ａ）に示される姿勢でチップ２を挿入しても、図４（ｂ）に示される姿勢でチップ２を挿入しても、コネクタ３内部の何れか一方の組の端子２１，２２がチップ２上のリード電極１３，１４に接触することになる。このため、本願発明に係る血液測定装置は、チップ２の表裏を確認することができないような患者にも適用できる。
【００２８】
この血液測定装置で、血液中のグルコース濃度（血糖）を測定する場合の測定原理を以下に示す。血糖を測定する際は、チップ２における反応層５に含まれる酸化酵素はグルコースオキシダーゼである。チップ２に血液が供給されると、反応層５が血液によって溶解され、下記式に示される酵素反応が開始され、グルコース濃度に応じたフェロシアン化カリウムが生成される。一定時間経過後、チップ２に一定電圧を印加することで得られる電流は、酵素反応で生成したフェロシアン化カリウム濃度、すなわちグルコース濃度に比例するので、この応答電流を計測することによって、血糖が測定できる。
【００２９】
【数３】
0003978489.tif 000004
【００３０】
図５は、図１の血液測定装置の制御回路の一実施例を示すブロック図である。図５をもとにして、血液測定装置の動作について説明する。まず、コネクタ３にチップ２を挿入する。チップ２の挿入が電極挿入検知スイッチ５０で検知されると、スイッチ５１が入り、コネクタ３の接続端子２１または接続端子２２と導通しているチップ２の作用電極１１に、一定電圧が電池５５によって印加される。コネクタ３に挿入されたチップ２の応答電流を電流／電圧変換器５６によって電圧に変換し、さらにＡ／Ｄコンバータ５７に入力する。
【００３１】
マイクロコンピュータ５８はＡ／Ｄコンバータ５７の出力信号の読み取り処理を行なう。チップ２は酵素電極を有するが、一種の抵抗器として考えられる。例えばチップ２の抵抗値をＲs 、電流／電圧変換器５６の増幅抵抗をＲf ，印加電圧をＥとすると電流／電圧変換器５６の出力電圧Ｅ0 は、下記式で示される。
【００３２】
Ｅ0 ＝Ｅ＋ｉ×Ｒf ＝Ｅ＋（Ｅ／Ｒs ）×Ｒf 
【００３３】
血液が供給されていないときは、チップ２の抵抗値Ｒs は非常に大きく、電流ｉは非常に小さい。従って、電流／電圧変換器５６の出力電圧Ｅ0 ≒Ｅとなる。
【００３４】
これに対しチップ２に血液が供給されると、チップ２の抵抗値Ｒs は急激に低下するため、Ｅ0 値は逆に急激に増加する。この電流／電圧変換器５６の出力電圧Ｅ0 を常時モニターすることで、血液の吸引を検知できる。
【００３５】
電流／電圧変換器５６の出力電圧Ｅ0 の変化をＡ／Ｄコンバータ５７を介してマイクロコンピュータ５８に判断させ、Ｅ0 値が急激に増加したら（Ｒs が急激に低下したら）、自動的に測定機のタイマーをスタートさせる。それと同時にスイッチ５１を切って、一定時間経過後、スイッチ５１を接続して一定電圧を印加し、そのときの電流を測定し、予め設定されていた検量線を用いてグルコース濃度に換算し、表示器５９に表示する。
【００３６】
以上、本願発明の実施形態を説明してきたが、本願発明はこれらに限定されずに、以下に述べるように種々変形することが可能である。
【００３７】
上記実施形態では、本願発明の血液測定装置を用いて血液中のグルコース濃度（血糖）を測定しているが、この血液測定装置は他の成分の測定にも適用可能である。反応層５に含まれる酸化酵素を乳酸オキシダーゼとすれば、この血液測定装置は乳酸の濃度測定にも利用することができる。なお、乳酸は唾液中に十分な量が分泌されているので、チップ２に唾液を供給してやってもよい。唾液は血液よりも緩衝作用が低いが、チップ２の反応層５に緩衝剤を共存させてやれば唾液から乳酸の濃度を検出することは可能である。
【００３８】
以上に限らず、本願発明は特許請求の範囲内に含まれる範囲内で種々の変形を施すことも可能であり、その中には各構成要素を均等物で置換したものも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る血液測定装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】血液測定装置に使用されるチップの全体斜視図である。
【図３】血液測定装置に使用されるチップの分解斜視図である。
【図４】本願発明に係る血液測定装置におけるチップと測定機本体との嵌合状態を示す一部拡大断面図である。
【図５】本願発明に係る血液測定装置の制御回路の一実施例を示すブロック図である。
【図６】従来の血液測定装置におけるチップと測定機本体との嵌合状態を示す一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１              測定機本体
２              チップ
３              コネクタ
１０            酵素電極
４              電極部
５              反応層
６              スペーサ
７              カバーシート
１１            作用電極
１２            対極
１３，１４      リード電極
５１            スイッチ
５６            電流／電圧変換器
５７            Ａ／Ｄコンバータ
５８            マイクロコンピュータ
５９            表示器
【図１】
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【図２】
0003978489.tif 000006
【図３】
0003978489.tif 000007
【図４】
0003978489.tif 000008
【図５】
0003978489.tif 000009
【図６】
0003978489.tif 000010