(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料中の分析対象物の濃度を計測するための試験センサであって、
１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有するベースプレートと、
上面、下面及び前記上面に配置された導体を有する蓋と、を含み、
前記下面は、前記ベースプレートに対して嵌合し、かつ前記試料を収集するためのキャピラリーチャネルの少なくとも一つの壁を形成し、前記蓋が、前記試料を前記導体と接触させて満杯状態を合図させるための開口を有する、
ことを特徴とする試験センサ。
【請求項２】
前記導体が前記試料の収集端から電気的に絶縁されている、請求項１記載の試験センサ。
【請求項３】
前記導体がカーボン合金の被膜を含む、請求項１又は２記載の試験センサ。
【請求項４】
前記導体がアルミニウム合金の被膜を含む、請求項１又は２記載の試験センサ。
【請求項５】
前記ベースプレートが、前記電極対の少なくとも一方に結合された端子を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項６】
前記電極対の間の電流変化を計測するのに適合した計器と組み合わされた、請求項１〜５のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項７】
前記導体が、前記蓋の前記上面に配置された導電被膜を含み、前記導電被膜の第一の部分を、前記導電被膜の、前記試料収集端に隣接する第二の部分から電気的に絶縁するための線が前記導電被膜に刻みつけられ、前記線が前記開口と前記収集端との間に配置されている、請求項１〜６のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項８】
前記電極対の一方と前記導体との間の導電路の存在を検出するのに適合した計器と組み合わされた、請求項１〜７のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項９】
液体試料中の分析対象物の濃度を計測するための試験センサであって、
１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有するベースプレートと、
前記試料を収集するためのキャピラリーチャネルの側壁を形成する切欠きを有するスペーサと、
前記キャピラリーチャネルの別の壁を形成するための蓋と、
前記キャピラリーチャネルが実質的に満杯になったとき前記試料と接触して満杯状態を合図するための、前記キャピラリーチャネルの外に配置された導体と、を含むことを特徴とする試験センサ。
【請求項１０】
液体試料中の分析対象物の濃度を計測するための試験センサであって、
１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有するベースプレートと、
前記試料を収集するためのキャピラリーチャネルの側壁を形成する切欠きを有するスペーサと、
前記キャピラリーチャネルの別の壁を形成するための蓋と、
前記キャピラリーチャネルが実質的に満杯になったとき前記試料と接触して満杯状態を合図するための、前記スペーサ上に配置された導体と、
を含むことを特徴とする試験センサ。
【請求項１１】
前記導体が、前記スペーサ上に配置された導電被膜を含み、前記導電被膜の第一の部分を、前記導電被膜の、前記試験センサの試料収集端に隣接する第二の部分から電気的に絶縁するための線が前記導電被膜に刻みつけられている、請求項１０記載の試験センサ。
【請求項１２】
前記導体が前記蓋の外面に配置されている、請求項９記載の試験センサ。
【請求項１３】
前記導体が、前記蓋に配置された導電被膜を含み、前記蓋が、前記試料を前記導体と接触させて満杯状態を合図させるための開口を含み、前記導電被膜の第一の部分を、前記導電被膜の、前記試験センサの試料収集端に隣接する第二の部分から電気的に絶縁するための線が前記導電被膜に刻みつけられている、請求項１２記載の試験センサ。
【請求項１４】
前記導体が前記試料の収集端から電気的に絶縁されている、請求項９〜１３のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項１５】
前記導体がカーボン合金の被膜を含む、請求項９〜１４のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項１６】
前記導体がアルミニウム合金の被膜を含む、請求項９〜１４のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項１７】
前記ベースプレートが、前記電極対の少なくとも一方に結合された端子を含む、請求項９〜１６のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項１８】
前記電極対の間の電流変化を計測するのに適合した計器と組み合わされた、請求項９〜１７のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項１９】
前記電極対の一方と前記導体との間の導電路の存在を検出するのに適合した計器と組み合わされた、請求項９〜１８のいずれか１項記載の試験センサ。
【請求項２０】
１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有し、液体試料を収集するためのキャピラリーチャネルと、前記キャピラリーチャネルの外に配置された導体とを含み、前記導体が前記キャピラリーチャネルと流体導通している試験センサによって液体試料中の分析対象物の濃度を測定する方法であって、
前記液体試料を収集することと、
前記液体試料を前記キャピラリーチャネルに通して移動させることと、
前記キャピラリーチャネルが実質的に満杯でなったとき前記液体試料を前記導体と接触させることと、
前記液体試料が前記導体と接触したとき満杯状態を合図することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記試薬を前記液体試料中の前記分析対象物と反応させることをさらに含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記電極間の電流変化を計測することをさらに含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記液体試料が前記導体と接触したとき前記電極対の少なくとも一方と前記導体との間に導電路を形成することをさらに含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記電極対の一方と前記導体との間の導電路を検出することをさらに含む、請求項２０記載の試験センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、液体試料中の特定成分（分析対象物）を定量するための電気化学的バイオセンシングに関し、具体的には、電気化学的バイオセンサ用の充填不足検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液試料を速やかに採取し、血液試料の分析を実施することがしばしば必要である。血液試料を採取する必要性の一例は、使用者が自らの血中グルコース濃度を監視するためにしばしば使用しなければならない血中グルコース監視システムに関連する。
【０００３】
不規則な血中グルコース濃度を有する人は、医療的に、自らの血中グルコース濃度を定期的に自己監視することを求められる。不規則な血中グルコース濃度は、糖尿病のような疾病をはじめとする多様な理由によって起こる。血中グルコース濃度を監視する目的は、血中グルコース濃度を測定したのち、その濃度が高すぎるか低すぎるかに基づき、是正措置を講じて、その濃度を正常範囲内に戻すためである。是正措置を講じることができないと、深刻な事態が暗示される。血中グルコース濃度が低下しすぎると（低血糖症として知られる症状）、神経質になり、震え、混乱する。その人の判断力は損なわれ、最終的には失神することもある。また、血中グルコース濃度が上昇しすぎるならば（高血糖症として知られる症状）、非常に重い症状になる。低血糖症及び高血糖症のいずれも、生命を脅かす可能性のある緊急事態である。
【０００４】
人の血中グルコース濃度を監視する一つの方法は、手で持つ形式のポータブル血中グルコース試験装置を使用する方法である。これらの装置のポータブル性は、使用者が、いつでも、どこに居ようとも、自らの血中グルコース濃度を簡便に試験することを可能にする。グルコース試験装置は、分析のために血液を採取するための試験センサを含む。このような試験センサが「Electrochemical Biosensor」と題する米国特許第５，７５９，３６４号に記載されている。血中グルコース濃度をチェックするためには、穿刺装置を使用して指先から血滴を採取する。血液の滴が指先に出ると、試験センサを使用してその血液を採取する。試験装置に挿入された試験センサを血滴と接触させる。試験センサが血液を試験装置の中に引き込むと、この装置が血中グルコース濃度を測定する。ひとたび試験の結果が試験装置の表示装置に表示されたならば、試験センサを捨てる。新たな試験ごとに新たな試験センサが必要になる。
【０００５】
一部の穿刺及び／又は試験装置に伴う一つの問題は、正確な試験結果に必要な量の血液が常に得られるわけではないということである。おおむね３０％の穿刺装置が分析にとって十分な量の血液を出させない。各穿刺装置から得られる血液の量はゼロないし１０マイクロリットルで異なる。正確な結果を出すためには、少なくとも２マイクロリットルの血液を採取しなければならない。これに満たない量しか得られないならば、試験結果がエラーになるおそれがあり、試験センサが無駄になる。しかし、さらに深刻な問題は、使用者が、不十分な量の試料しか採取されなかったときの不正確な結果に頼るかもしれないことにある。明らかに、関係する医療問題の深刻な性質のため、誤った結果は避けなければならない。
【０００６】
従来の穿刺に伴うもう一つの問題は、正確な分析に適正な量の血液が得られたかどうかを使用者に知らせるための機構がないことである。通常、試験装置には、正確な試験に必要な血滴の大きさをイラストで示す取扱説明書が添付されている。しかし、この視覚的比較は主観的であり、しばしば一貫性のない結果を生じさせる。必要な量の血液が出ることを確保するため、使用者はしばしば、自分の指を絞ったり他のやり方で力を加えて必要以上に大きな血滴を出させることにより、無理に補ってしまう。しかし、これは、試験プロセス全体の時間を増し、また、無駄になる血液の量を増大させる。正確な結果を得るために、使用者の血液を可能な限り少量しか要しない／採取しないことが好ましい。換言するならば、必要な量の血液しか採取しないことが望ましい。しばしば、より多量の血液を要することは、より‘観血的’な手法と解釈され、血液の採取がより多くの時間を要し、より痛みを伴うことを意味する。したがって、適正な量の血液試料が得られたかどうかを判定することができる充填不足検出システムを有する血中グルコース試験装置の必要性が存在する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体試料中の分析対象物の濃度を計測するための試験センサにおいて、１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有するベースプレートと、上面、下面及び前記上面に配置された導体を有する蓋とを含み、前記下面は、前記ベースプレートに対して嵌合し、かつ前記試料を収集するためのキャピラリーチャネルの少なくとも一つの壁を形成し、前記蓋が、前記試料を前記導体と接触させて満杯状態を合図させるための開口を有する、ことを特徴とする試験センサに関する。
【０００８】
また、本発明は、液体試料中の分析対象物の濃度を計測するための試験センサであって、１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有するベースプレートと、前記試料を収集するためのキャピラリーチャネルの側壁を形成する切欠きを有するスペーサと、前記キャピラリーチャネルの別の壁を形成するための蓋と、前記キャピラリーチャネルが実質的に満杯になったとき前記試料と接触して満杯状態を合図するための、前記キャピラリーチャネルの外に配置された導体とを含む試験センサに関する。
【０００９】
また、本発明は、１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有し、液体試料を収集するためのキャピラリーチャネルと、前記キャピラリーチャネルの外に配置された導体とを含み、前記導体が前記キャピラリーチャネルと流体導通している試験センサによって液体試料中の分析対象物の濃度を測定する方法であって、前記液体試料を収集することと、前記液体試料を前記キャピラリーチャネルに通して移動させることと、前記キャピラリーチャネルが実質的に満杯でなったとき前記液体試料を前記導体と接触させることと、前記液体試料が前記導体と接触したとき満杯状態を合図することとを含む方法に関する。
【００１０】
１対の電極と、液体試料中の分析対象物の濃度を電気化学的に計測するための試薬とを有する試験センサ。この試験センサは、液体試料を収集するためのキャピラリーチャネルと、このキャピラリーチャネルの外に配置された導体とを含む。導体はキャピラリーチャネルと流体導通している。液体試料はキャピラリーチャネルを介して収集され、移動する。毛管経路が実質的に満杯になって満杯状態を合図すると、液体試料が導体と接触する。
【００１１】
本発明の上記概要は、本発明の各実施態様、すなわち、あらゆる実施態様を表すことを意図するものではない。詳細な説明、図面及び請求の範囲から、本発明のさらなる特徴及び利点が明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細な説明を図面と関連させて読むことによって明らかになる。
【００１３】
従来技術部分で論じたように、試験センサは一般に、人の血中グルコース量を計測するために使用される。人の血中グルコース濃度の測定に使用するためのセンサの一つのタイプは電気化学的センサである。このようなセンサは、全体を引用例として本明細書に含める、所有者が同じである米国特許第５，７５９，３６４号に記載されている。他のタイプの感知は、全体を引用例として本明細書に含める、所有者が同じである米国特許第５，７２３，２８４号に記載されている比色感知を含む。
【００１４】
まず図１を参照すると、本発明の一つの実施態様の試験センサ１０が示されている。試験センサ１０は、ベースプレート１２及び蓋１４を含む。ベースプレート１２は、ベースプレート１２の表面にプリントされた作用電極１６及び対電極１８を含む。蓋１４は、盛り上がった部分２０を含み、その下面がキャピラリーチャネル２２の三面を形成している。蓋１４がベースプレート１２と嵌合すると、ベースプレート１２がキャピラリーチャネル２２の第四の面を形成する。ベースプレート１２はまた、点線で示す反応区域又は試験区域２４を含む。点線によって示される円形区域は、図２でさらに詳細に示す。
【００１５】
次に図２を参照すると、ベースプレート１２の試料収集端２５が示されている。ベースプレート１２は、試験区域２４に組み込まれた試薬２６を含む。試薬２６は、キャピラリーチャネル２２を通って試験区域２４に達した血液２８中のグルコースとで反応するように設計されている。この反応が、血液試料中のグルコース濃度を示す、電極１６と１８間の電流の変化を生じさせる。換言するならば、グルコースと試薬との反応が、使用者の血中グルコース濃度に正比例する酸化電流を電極１６及び１８で発生させる。この電流を、電極１６と１８に対応する１対の端子３０と３２に電気的に結合された適切な計器（図示せず）によって計測することができる。
【００１６】
操作では、使用者が自分の指先を穿刺して血液試料を出させる。試験センサ１０は通常、試料収集端２５が露出した状態で試験装置に挿入されている。試料収集端２５を血液試料と接触させる。毛細管作用により、センサ１０の収集端２５から試験区域２４に血液は動き、その中で試薬と混合し、反応する。血液がキャピラリーチャネル２２の中を上昇するとき、押し退けられる空気が通気口３４を介してキャピラリーチャネル２２から出る。続いて起こる反応が、電極１６と１８間で計測可能である電流の変化を生じさせる。電流の変化は、端子３０と３２に結合された計器によって計測される。
【００１７】
従来技術部分で論じたように、十分な量の試料がセンサによって収集されたかどうかを合図する試験センサの必要がある。十分な量の試料が収集されたときを検出するため、試験センサは、第三の電極―信号電極を装備している。以下に詳述する理由のため、信号電極は、キャピラリーチャネル２２に対面するよう、ベースプレート１２にプリントされてもいないし、蓋１４の下面に配置されてもいない。蓋１４の外面を導電材で被覆することにより、蓋１４の外面に導体３６が形成されている。この導体３６が信号電極の端子を形成し、作用電極１６が信号電極回路の第二の電極として働く。
【００１８】
信号電極を形成するために、通気口は、キャピラリーチャネル２２が、満たされたとき、十分な血液試料を採取するのに必要な容積を提供するような距離に配置されている。満杯状態を合図するためには、試料が導体３６と接触しなければならない。十分な量の血液がキャピラリーチャネル２２を通過して通気口３４に入ると、血液は導体３６と接触して導体３６と作用電極１６との間に導電路を形成する。導電路の形成は、正確な試験に十分な量の試料が存在することを示す。一つの実施態様によると、この経路は、導電路が形成されると点灯するＬＥＤに結合された回路の一部であることもできる。使用者は、こうして必要な量の血液が収集されたことを知らされる。
【００１９】
試験センサ１０、具体的には導体３６を有する蓋１４の製造を容易にするためには、蓋１４全体が導電被膜で被覆されている。その導電被膜に線３８が刻みつけられて、導体３６を蓋１４の試料収集端２５から電気的に絶縁している。血液試料を採取するとき、蓋の試料収集端２５（及びベースプレートの収集端２５）が血液試料と接触する。蓋の試料収集端２５が導体３６から絶縁されていなければ、導体１６又は１８の一方からキャピラリーチャネル２２を通って導電被膜で被覆された蓋の試料収集端２５に達する導電路が形成されるであろう。このような導電路は、十分な試料が収集されたと過って合図するであろう。
【００２０】
本発明の一つの実施態様によると、導体３６は、蓋１４をDu  Pont  7102Tカーボンの膜で７μmの乾燥厚まで被覆することによって形成される。通気口３４は、直径約０．０５０インチ（約１．２７mm）である。もう一つの実施態様によると、導体は、蓋１４をアルミニウム膜で被覆することによって形成される。蓋１４を導電材で覆う方法は、コーティング、スパッタリング、真空蒸着及びめっきを含む。蓋１４全体を導電層で被覆したのち線３８を刻みつけて導体３６を試料収集端２５から電気的に絶縁する方法に代わる方法は、ゾーンコーティング、ゾーンスパッタリング及びプリントのような技術を使用して、導電材を所望の区域だけに配置する方法である。
【００２１】
先に簡潔に述べたように、信号電極をベースプレート１２にプリントすることは望ましくない。理由は、キャピラリーチャネル２２の容積を事実上増すことになるからである。キャピラリーチャネル２２は、正確な試験に必要な量の血液だけが試験センサ１０によって収集されるように設計されている。信号電極は、作用電極１６の正確なレベルに配置されることが理想的である。しかし、この配設は作用電極１６を短絡させることになるため、望ましくない。したがって、信号電極は、作用電極１６から離間させなければならない。本発明者は、一部にはプリント許容差のため、信号電極を作用電極から離間させるためにはキャピラリーチャネル２２を約０．０２５インチ（約０．６３５mm）長くする必要があることを見いだした。これが逆に毛管区域を増大させ、それが血液試料の増量を招く。従来技術部分で記したように、正確な分析に必要な血液の量を最小限にすることが望ましいため、これは逆効果である。
【００２２】
同じく上述したことは、信号電極を蓋１４の盛り上がり部分２０の下面にプリントすることが望ましくないということである。比較的狭いキャピラリーチャネル２２により、血液試料の表面張力が試験センサ１０の収集端２５からキャピラリーチャネル２２を通って試験区域２４に達する血液の移動を遅らせるかもしれない。したがって、一つの実施態様によると、蓋１４の盛り上がり部分２０の下面は、キャピラリーチャネル２２中の血液の移動を促進する二機能被膜を有する。信号電極を蓋１４の盛り上がり部分２０の下面に配置することは、試験区域への血液の移動を妨げ、試験を実施するのに要する合計時間を増すことになろう。
【００２３】
次に図３を参照すると、試験センサ５０の代替態様が示されている。図１に示すセンサ１０は２ピース（すなわち、ベースプレート１２及び蓋１４）構造を有するが、図３に示すセンサ５０は３ピース（ベースプレート１２、スペーサ５４及び蓋５６）構造を有している。３ピース構造のセンサは、全体を引用例として本明細書に含める米国特許第５，１２０，４２０号に記載されている。ベースプレート１２は、端子３０と３２にそれぞれ電気的に結合された電極１６と１８を含む点で、図１に示すベースプレート１２に類似している。さらには、ベースプレート１２には、点線によって示す試験区域２４で血液試料と反応するための試薬が組み込まれている。蓋５６は、血液を収集するとき空気が試験センサ５０から逃げ出すことを許す通気口５２を含む。
【００２４】
試験センサ５０（図３）は、試験センサ５０の蓋５６がキャピラリーチャネルを形成するために変形されていない点で、試験センサ１０（図１）とは異なる。試験センサ５０のスペーサ５４は、キャピラリーチャネル５８を形成する切欠きを含む。スペーサ５４の上面は導電材で被覆されて導体６０を形成している。本発明の一つの実施態様によると、スペーサは、まず、スペーサ５４を導電被膜で被覆し、次いでスペーサ５４及び導体６０中にキャピラリーチャネル５８を切ることによって形成される。導電被膜の縁がキャピラリーチャネル５８中の試料に対して露出する。線６２が導体６０に刻みつけられてスペーサ５４の試料収集端６４を導体６０から電気的に絶縁している。ひとたび試料が線６２を越えてキャピラリーチャネル５８を満たすと、血液試料は導体６０の露出部（すなわち、側面）と接触して満杯状態を合図する。
【００２５】
次に図４を参照すると、図３に示す試験センサ５０の代替態様にしたがって、スペーサ５４ではなく蓋５６が、その上に配置された導体７０を有している。通気口５２は、血液がキャピラリーチャネルを満たし、通気口５２を通過して蓋５６上の導体７０導電被膜と接触すると、満杯状態が合図されるように配置されている。導体７０は、導電被膜に刻みつけられた線７２によって収集端６４から電気的に絶縁されている。この実施態様は、図１及び２に関して記載された実施態様に類似している。
【００２６】
本発明は、種々の変形及び代替形態を加えやすいが、その具体的な実施態様を例として図面に示し、本明細書で詳細に説明した。しかし、これは、本発明を開示した特定の形態に限定することを意図せず、それどころか、その意図は請求の範囲によって定められる本発明の本質及び範囲に当てはまる全ての変法、同等物及び代替物を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施態様の試験センサの蓋及びベースプレートの分解図である。
【図２】図１に示すベースプレートの試料収集端の斜視図である。
【図３】本発明の代替態様の試験センサの蓋、スペーサ及びベースプレートの分解図である。
【図４】本発明のもう一つの代替態様の試験センサの蓋、スペーサ及びベースプレートの分解図である。
【符号の説明】
１０  試験センサ
１２  ベースプレート
１４  蓋
１６  作用電極
１８  対電極
２０  盛り上がった部分
２２  キャピラリーチャネル
２４  試験区域
２５  試料収集端
２６  試薬
２８  血液
３０  端子
３２  端子
３４  通気口
３６  導体
３８  線
５０  試験センサ
５２  通気口
５４  スペーサ
５６  蓋
５８  キャピラリーチャネル
６０  導体
６２  線
６４  試料収集端
７０  導体
７２  線
【図１】
0003850757.tif 000002
【図２】
0003850757.tif 000003
【図３】
0003850757.tif 000004
【図４】
0003850757.tif 000005