WO1999044048A1

WO1999044048A1 - Instrument d'analyse du sang

Info

Publication number: WO1999044048A1
Application number: PCT/JP1999/000906
Authority: WO
Inventors: Shoji Kawanaka
Original assignee: Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd.
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 1999-09-02
Also published as: US6349230B1; JPH11242011A; CN1287617A; JP3978489B2; DE69934219D1; DE69934219T2; CN1163744C; EP1065501B1; EP1065501A4; EP1065501A1

Description

曰月糸田 » 血液測定装置技術分野

本発明は、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。

発明の背景

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、血糖値）を正常に保つことが不可欠となるので、バィォ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。

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。そして血糖値が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、さらに自己管理の効果力上がることが報告されている。

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、短冊状の基板 1 5の先端に電極部 4を形成するとともにこの電極部 4を反応層 5、スぺ一サ 6、カバーシート 7で覆って形成されている。電極部 4は、作用端子 1 1 と、これを取り囲む対極端子 1 2とによって形成されており、これら作用端子 1 1と対極端子 1 2とは、それぞれ基板 1 5の基端部に形成されたリ一ド端子 1 3 ， 1 4に導通させられている。電極部 4を覆う反応層 5には、フェリシアン化力リゥム、酸化酵素であるグルコースォキシダ一ゼが含まれている。

この血液測定装置は、次のようにして使用される。患者自らがランセット等で皮膚を突き刺して血液を絞り出し、絞り出した血液を測定機本体 1に挿入したチップ 2の先端に軽く接触させる。血液の一部が毛管現象によつて反応層 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、素反応が開始される。

反応層 5に存在しているフヱリシアンィヒカリゥムは還元され、還元型の電子媒体であるフエロシアン化力リゥムが蓄積される。フエロシアン化力リゥムの量は、測定対象であるグルコースの濃度に比例する。したがって、一定時間蓄積されたフヱロシァン化カリゥムを、一定電圧の印加によつて電気化学的に酸化させるときに作用端子 1 1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）が測定される。より具体的には、図 6 aに示すように、チップ 2がコネクタ 3に揷入され、コネクタ 3内部にある接続端子 2 1がリ一ド端子 1 3 , 1 4と接触して作用端子 1 1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。

ところで、チップ 2上の端子 1 1， 1 2 , 1 3， 1 4は、チップ 2の片面にしか形成されていない。その理由は、端子 1 1 , 1 2， 1 3 , 1 4をスクリーン印刷によつて簡易に形成すること力 \ 製造工程を簡略化して消耗品であるチップのコストダウンを図る上で好ましいからである。

しかしながら、端子 1 1， 1 2 , 1 3， 1 4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、表裏を逆に挿入してしまうと、図 6 bに示すように、チップ 2上のリード端子 1 3， 1 4がコネクタ 3内の接続端子 2 1と導通することができない。これではこの血糖値測定装置による正常な計測を行なうことができない。

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困難な者も多数存在する。そのため、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た測定装置もあるが、最終的には表裏逆とならないようにチップを挿入せねばならいことに変わりはない。そして、切れ込みや凹凸を付ける場合、チップの製造工数の増加を伴うため、コストアップとなる。したがって、本発明の目的は、表裏を確認することなくチップを装置本体に揷入して使用可能な血液測定装置を提供することである。発明の概要

本発明の血液測定装置は、採取した血液を吸引する板状のチップと、上記チップが揷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、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と、この酵素電極に導通するリード端子とを一面に有している一方、上記測定機本体は、上記チップ上のリ一ド端子に接触可能な接続端子をコネクタ内部に二組有し、力、つこの二組の接続端子は互、に対面した状態になっていることを特徴としている。

本発明では、チップ上のリード端子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の一面に形成されたリード端子に接触することになるので、チップを表裏いずれの方向を向けて測定機本体に挿入しても、適正に血液測定が行なわれる。

好ましい実施形態では、上記酵素電極は、血液によって溶解する反応層と、応答電力が流れる作用端子およびこの作用端子を囲む対極端子とを有する電極部とから構成され、上記反応層は、上記電極部の作用端子を覆う構成としている。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、電極部の作用端子に発生した応答電流は、リード端子、コネクタ内の接続端子を介して測定機本体内に導入され、その値が読み取られる。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が算出される。

好ましい実施形態においてはまた、上記反応層は、酸化酵素であるグルコースォキシダ一ゼまたは乳酸ォキシダ一ゼと、電子受容体であるフェリシアン化力リゥムとを有する構成になっている。

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ィ匕酵素はグルコースォキシダ一ゼ、電子受容体はフヱリシアン化力リゥムとする。酵素反応によって、グルコースはダルコン酸となり、フヱリシアン化力リゥムは還元されてフエロシアン化力リウムとなる。フエロシアン化力リゥムの量は、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ヱロシアン化カリゥムを電気化学的に酸ィ匕し、このとき得られる応答電流をダルコ一ス濃度に換算する。

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ィヒ酵素は乳酸ォキシダーゼ、電子受容体はフヱ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、フヱリシァン化カリウムは還元されてフエロシアン化カリウムとなる。フヱ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ヱロシアン化カリウムを電気化学的に酸化し、このときに得られる応答電力の量を乳酸の濃度に換算する。

このように、本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夕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。

本発明のその他の特徴および利点は、以下の図面を参照して行なう詳細な説明から、より明らかとなろう。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態に係る血液測定装置の外観を示す斜視図である。図 2は、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は、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 aおよび 4 bは、本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は、本発明に係る血液測定装置における制御回路の一例を示すプロック図であ。

図 6 aおよび 6 bは、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。発明の実施のための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ、説明する。血液測定装置は、図 1に示されるように、測定機本体 1と、この測定機本体 1に適宜挿入して使用する板状で使い捨てのチップ 2とから構成される。

本発明の実施にあたって、チップ 2は、従前の基本構成を備えるものをそのまま使用することができる。このチップ 2は、図 2および図 3に示すように、全体として短冊板状をしており、その一面の先端部には、酵素電極 1 0力基端部には、 2つのリード端子 1 3， 1 4が形成されている。これらのリード端子 1 3 , 1 4は、好ましくは銀でできている。酵素電極 1 0は、カーボンの作用端子 1 1 と、これを取り囲むように形成される力一ボンの対極端子 1 2とからなる電極部 4に反応層 5を重ね合わせて形成されている。上記作用端子 1 1は一方のリ一ド端子 1 3に、対極端子 1 2は他方のリ一ド端子 1 4に電気的につなげられている。上記の各端子 1 1， 1 2， 1 3， 1 4は、たとえば、ポリエチレンテレフタレ一ト製の基板にスクリーン印刷を施すことによって形成することができる。そして、反応層 5をさらに覆うようにして、スぺーサ 6およびカバ一シート 7が接着されている。スぺーザには、先端側に開放するスリット 1 6が形成されているとともに、カバーシート 7には、空気穴 1 7が開けられており、したがって、このチップ 2の先端に付着させられた血液等の液体試料は、毛管現象によつて上記スリット 1 .6が形成する通路を介して反応層 5に導入される。

なお、反応層 5は、酸化酵素（グルコースォキシターゼ）、フェリシアン化力リゥムおよびカルボキシメチルセルロースの混合水溶液を乾燥させて層状としたものである。

一方、測定機本体 1は、上記チップ 2の基端部が挿入されるコネクタ 3を備えており、本発明ではとくに、図 4に示すように、このコネクタ 3内に、対面状態にある 2組の接続端子 2 1 , 2 2を設けている。本実施形態の場合、各接続端子 2 1， 2 2は、それぞれ、チップ 2が表向きあるいは裏向きに揷入されたとき、その表面の基端側に形成されたリ一ド端子 1 3， 1 4と適正に接触しうる 2つの端子から構成されることになる。

使用に際しては、上記のチップ 2を測定機本体 1のコネクタ 3に挿入する。上述したように、本発明の場合、チップ 2を表向き、裏向きのいずれの向きで挿入しても差し支えない。そして、ランセット等を用いて皮膚につけた傷から少量の血液を絞り出し、その血液をチップ 2の先端に付着させる。そうすると、前述したように、血液は毛管現象によってチップ 2内の酵素電極 1 0に導入される。酵素電極 1 0の反応層 5は、導入された血液によって溶解され、下記式に示される酵素反応によってグルコ一ス濃度に応じたフヱロシアン化カリゥムが生成される。一定時間経過後、チップ 2に一定電圧を印加することによって得られる応答電流は、酵素反応で生成したフヱロシアン化カリウム濃度、すなわちダルコ一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値が測定できる。

GOD

D-G l u c o s e + 2 F e (CN) _β ³' + Η₂〇 ^

G l u c o n i c a c i d + 2H⁺ + 2 F e (CN) _e ⁴"

F e (CN) _s 4— > F e (CN) + e

一定電圧この血糖測定装置の制御回路例を図 5に示す。コネクタ 3にチップ 2を挿入すると、電極揷入検知スィッチ 5 0がチップの挿入を検知すると、自動的にスイツチ 5 1が閉成され、コネクタ 3の接続端子 2 1または接続端子 22と導通しているチップ 2の作用端子 1 1に、一定電圧が印加される。この印加電圧は、電池 5 5によって得られる。コネクタ 3に挿入されたチップ 2の応答電流は電流 Z電圧変換器 5 6によって電圧に変換され、さらに A/Dコンバータ 5 7に入力される。マイクロコンピュータ 58は AZDコンバータ 5 7の出力信号の読み取り処理 ¾·行なう。

チップ 2は酵素電極を有する力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 R_s 、電流 Z電圧変換器 56の増幅抵抗を R_f ，印加電圧を Eとすると電流/電圧変換器 56の出力電圧 E。は、下記式で示される。 E o = E + i x R _f = E + ( E /R _s ) x R _f 血液が供給されていない状態では、チップ 2の抵抗値 R _s は非常に大きく無限犬に近く、電流 iは非常に小さい。したがって、電流/電圧変換器 5 6の出力電圧 E。となる。

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 R _s は急激に低下するため、 E。値は逆に急激に増加する。この電流 Z電圧変換器 5 6の出力電圧 E。を常時モニターすることで、血液の吸引を検知できる。

電流ノ電圧変換器 5 6の出力電圧 E。の変化を AZDコンバータ 5 7を介してマイクロコンピュータ 5 8に判断させ、 E _Q 値が急激に増加したら（R _s 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 5 1をいつたん開成させ、一定時間経過後、すなわち、上記したような所定の酵素反応が進んだ後、再度スィッチ 5 1を閉成させて作用端子 1 1に一定電圧を印加し、そのときの応答電流を測定し、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 5 9に表示する。

上記実施形態では、本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）を測定している力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ォ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。

チップ 2は、図 2および図 3に示されるように、短冊状の基板 1 5の先端に電極部 4を形成するとともにこの電極部 4を反応層 5、スぺ一サ 6、カバ一シート 7 で覆って形成されている。電極部 4は、作用電極 1 1と、これを取り囲む対極 1 2とによって形成されており、これら作用電極 1 1と対極 1 2とは、それぞれ基板 1 5の基端部に形成されたリード電極 1 3 , 1 4に導通させられている。電極部 4を覆う反応層 5には、フヱリシアン化カリウム、酸化酵素であるグルコースォキシダ一ゼが含まれている。以上に限らず、本発明は請求の範囲内に含まれる範囲内で種々の変形を施す : 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。

Claims

言青求の範囲

. 採取した血液を吸引する板状のチップと、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つて、

上記チップは、血液中の特定成分と反応することによつて応答電流が流れる酵素電極と、この酵素電極に導通するリ一ド端子とを一面に有している一方、上記測定機本体は、上記チップ上のリ一ド端子に接触可能な接続端子をコネクタ内部に二組有し、かっこの二組の接続端子は互いに対面した状態になつていることを特徴とする、血液測定装置。 . 上記酵素電極は、血液によって溶解する反応層と、応答電力が流れる作用端子およびこの作用端子を囲む対極端子とを有する電極部とから構成され、上記反応層は、上記電極部の作用端子を覆う構成とされている、請求項 1に記載の血液測定装置。 . 上記反応層は、酸化酵素であるグルコースォキシダ一ゼと、電子受容体であるフヱリシアン化カリウムとを有する、請求項 1または 2に記載の血液測定装 . 上記反応層は、酸化酵素である乳酸ォキシダ一ゼと、電子受容体であるフエリシァン化カリウムとを有する、請求項 1または 2に記載の血液測定装置。