JP4439733B2 - 試験ストリップ - Google Patents

Description

【０００１】
ディスポーザブル試験ストリップを用いる電流測定法によるヒト血液などの複合液状媒体中のグルコースなどの分析物の測定は幅広く用いられるようになり、現在では多数の製品に用いられている。ある種の構造において、一つの電極が擬似基準／対電極として働き、基準電位差を確立する三電極システムを用いることにより信号対雑音比を改善することは有利である。典型的には、これは銀／塩化銀電極である。第二の作用電極は意図する分析物との酸化または還元反応を促進する酵素および酵素と電極の間で電子を伝達する化学伝達物質で被覆される。第三の「ダミー」電極は化学伝達物質で被覆されるが酵素では被覆されず、また目的分析物を含む酸化還元反応以外から発生する一定量の電流を提供する。こうしたシステムの例は、Ｃａｒｔｅｒらの米国特許第５，６２８，９８０号（本明細書中に参照により援用される）に記載されており、ＭｅｄｉＳｅｎｓｅ ＱＩＤグルコースメーターに利用されている。
【０００２】
三電極システムは、グルコースなどの目的分析物を関係させる酸化還元反応から発生する電流を遮断する良好な方法を提供するが、擬似基準／対電極上により高い電流負荷をかけもする。糖尿病患者が家庭で用いるグルコースメーターなどの一部の試験環境において、サンプルを前処理して予想干渉物質を除去することは非現実的または不可能である。従って、糖尿病患者は、家庭用グルコースメーターで全血サンプルをただ使用するだけである。全血中には概して多くの種類の電気化学的活性種が含まれ、その濃度は個人間で異なり、又同一人からのサンプルであってもサンプル間で異なり得る。ダミー電極は、これらの干渉物質の存在により発生する一定量の電流を提供し、これにより作用電極において測定される電流へのこれらの寄与を除去する標準化をもたらす。しかし、こうした三電極構造において、擬似基準／対電極により参照される電流は、作用電極およびダミー電極の両方からの寄与を含む。従って、場合によっては、擬似基準／対電極は二電極構造において認められるより極めて大きな電流が認められる。
【０００３】
こうした構造における擬似基準／対電極は、電流が流れると認められ、次第に大きくなりすぎて相互に一致することができない二つの役割を実際に果たしている。これは、一方では、一定の半電池電位、すなわち基準電位を提供することに役立ち、また他方では作用およびダミー電極において発生する電子伝達のバランスをとる対電極としても役立つ。例えば、典型的なグルコースメーターにおいて、化学伝達物質は作用およびダミー電極において次第に酸化されるので、還元反応が擬似基準／対電極において発生して電子伝達のバランスをとることが求められる。典型的なＡｇ／ＡｇＣｌ擬似基準／対電極では、銀イオンの還元を伴うので、塩化銀を消費（または還元）する。過剰の塩化銀が消費されると、擬似基準／対電極はもはや一定した半電池電位源を提供する機能を果たすことができない。言いかえれば、作用電極における化学伝達物質の酸化および擬似基準／対電極における銀の還元などの二電極反応間の電位差は、実際には反応が進行するようにシフトする。
【０００４】
一つの方法は、擬似基準／対電極を再設計して、半電池電位において有意なシフトを示すことなくより高い電流負荷を処理することである。これは、作用およびダミー電極に関連して擬似基準／対電極のサイズまたは銀濃度を増大させることを通常意味する。作用電極のサイズはすでに最小化されているので、そのサイズをさらに小さくすることは困難である。こうしたディスポーザブル試験ストリップの再生業者は、経済的に許容できる手順により制限される。反対に、擬似基準／対電極のサイズまたは銀濃度を増大させることは、銀がこうしたストリップの組立てにおいて用いられる最も高価な材料であるため、こうした三電極ディスポーザブル試験ストリップのコストを極めて高騰させる。
【０００５】
従って、コストが二電極試験ストリップに匹敵し、しかもなお二電極試験ストリップの場合とほぼ同じ安定性の擬似基準／対電極を有する電流測定システムにおいて用いるための三電極ディスポーザブル試験ストリップが必要である。
【０００６】
三電極システムを用いた電流測定において用いるためのディスポーザブル試験ストリップにおいて擬似基準／対電極上の電流負荷を低減させ、従って、ダミー電極の抵抗を増大させることにより、この半電池電位をより良好に安定化することができることを発見した。これにより三電極試験ストリップは用いられるメーターの操作性を変えることなくより良好な性能を提供することができる。
【０００７】
ダミー電極の抵抗を上げることは、擬似基準／対電極を通過する全電流を減少させるのみならず、ダミー電極のサンプルとの境界面における電位を変化させもする。従って、二つの分析物の濃度を同時に測定することができる三電極システムを有することが可能である。全抵抗がより高い「ダミー」電極における有効電位を二つの目的分析物のうちの一つの濃度を示す酸化還元反応をもたらすことができない程低く調整することができる。
【０００８】
作用電極の抵抗に比べて少なくとも１０００ｏｈｍ大きいダミー電極の抵抗を有することが好ましく、これらの抵抗差が少なくとも約４０００ｏｈｍであることが特に好ましい。
【０００９】
ダミー電極の活性電極面を用いて連続して抵抗をかけることによって、この電極の抵抗を増大させることも好ましい。従って、ダミー電極の活性面の面積および性質の両方が作用電極のものと類似または同一に保持される。これは、電圧をかけ、得られる電流を測定するメーターに活性電極表面を接続する導電路の抵抗を増大させることによって容易に達成することができる。分析物電流測定用の典型的なディスポーザブルストリップでは、三つの電極表面が細長い平坦なストリップの一方の端に存在し、三つの接触パッド（各電極表面に対して一つ）がこのストリップの他方の端に存在する。各電極表面は導電路によってその電極の接触パッドに接続される。接触パッドは、ストリップと電圧をかけ、得られる電流を測定するメーターとの間の電気的な接触を確立するための手段として役立つ。導電路は典型的には絶縁層によって被覆され、それらの間の一切のショートを防止する。
【００１０】
ダミー電極の導電路の抵抗を、その幅を狭くすることによって増大させることが特に好ましい。この導電路が作用電極の導電路と同じ材料で製造され、作用電極の導電路とほぼ同じ厚さを有する場合には、この導電路はより高い抵抗を有することができる。抵抗を増大させるこうしたメカニズムは、大量生産の実施が著しく容易である。
【００１１】
本発明の実施例を添付図面に従って説明する。
【００１２】
図１ａおよび１ｂは、幅を狭くした導電層を有するダミー／第二作用電極を有するディスポーザブル試験ストリップの電極の導電層を描写する略図である。
【００１３】
図２は、対照ディスポーザブル試験ストリップの電極の導電層を描写する略図である。
【００１４】
図３は、ディスポーザブル試験ストリップの展開図である。
【００１５】
図４は、図３を組立てたストリップの透視図である。
【００１６】
図５は、種々のダミー電極構造用のグルコース含有サンプルの存在下、初期電位差４００ミリボルトを条件とする、作用電極に関するマイクロアンペア単位の電流対秒単位の時間の一連のプロットである。
【００１７】
複合液状媒体中の分析物の電流測定用の三電極ディスポーザブル試験ストリップは、ダミー電極、すなわち、作用電極において利用される電気化学伝達物質を保持するが、酵素、または分析物を酸化還元反応させるために選択されたその他の作用物質を有さない電極の抵抗を増大させることにより、基準／対電極上に過剰な電流負荷を負わせることなく、信号対雑音比を改善するために最適化されている。この概念を適用するための典型的な環境は、全血サンプル中のグルコースの測定に関する米国特許第５，６２８，８９０号に記載の三電極試験ストリップである。
【００１８】
こうした試験ストリップは、典型的には、プラスチックなどの硬質非導電性材料の細長いストリップで構成されている。適切なプラスチックには、ＰＶＣ、ポリカーボネートまたはポリエステルが挙げられる。三つの導電路は、一方の端から他方の端への個別の導電路を確立するようにこのストリップ上に施設される。各導電路は、メーターと界接する接触パッドを有する電位をかけ、得られる電流を測定するために用いられるメーターの直前になるように改変された端で終点となる。ストリップの遠位端では、各導電路は測定されるべき分析物を保持する複合液状媒体に接触するように改造された電極内で終点となる。典型的な媒体はヒトの血液であり、典型的な分析物はグルコースである。
【００１９】
作用電極は、目的分析物を酸化−還元反応させるよう設計された物質と、パッドと酸化還元反応の間で電子を伝達することに適合した化学伝達物質との両方で被覆されるパッドである。典型的な物質はグルコースオキシダーゼなどのグルコースの酸化を促進することに適合した酵素であり、化学伝達物質は酸化還元反応からフェロセン誘導体などのパッドへ電子を容易に伝達する化合物である。
【００２０】
「ダミー」電極は、作用電極と同じ表面積を好ましくは有し、作用電極と同じ量の同じ化学伝達物質で被覆されるパッドである。この概念は、目的分析物と反応することに適合した物質、典型的には酵素を除き作用電極のものと本質的に同一であるこの「ダミー」電極の隣接付近に環境を提供するものである。そして、偽性電気化学反応が作用電極において雑音を生じながら発生すると、まさに「ダミー」電極においても発生することになる。従って、こうした偽性反応から発生する信号を「ダミー」電極における測定により決定して、作用電極において測定される全信号から控除することができる。これは改善された信号対雑音比を提供する。
【００２１】
擬似基準／対電極は、一つの化学種の酸化形態および還元形態の両方を有し、本質的に一定の半電池電位を提供する銀／塩化銀などの材料を有するパッドである。銀および塩化銀などのこの化学種の還元形態と酸化形態の相対比が実質的に変化しないかぎり、この電気化学的なペアの半電池電位は比較的一定を保つ。これは、作用電極において既知の一定した酸化または還元電位を維持可能にすることを容易にする。これにより、ディスポーザブル試験ストリップの生産バッチが共通のキャリブレーションを有することができる。
【００２２】
典型的な状況において、ディスポーザブルストリップは、外部電圧をディスポーザブルストリップの接触パッドに印加すると観測される電流の量と存在する分析物の量との相関関係を算出するように機能するメーターで利用される。このメーターは、この外部電圧を印加するとある種の電気特性が観測されるであろうということを仮定して設計される。一つのこうした仮定は、観測される電流の量が時間に伴って単調に減少するであろうということである。電流が期待したように減少しない場合、メーターは試験を中止するようにプログラムされている。銀／塩化銀などの擬似基準／対電極の半電池電位がシフトすると、電流特性はメーターにプログラムされた期待に全く応じることができず、試験を中止しうる。
【００２３】
例えば、塩化銀対銀の比率を変化させると、銀／塩化銀電極の半電池電位はシフトする。電流がこの電極を通って流れる時、作用電極において発生する反応の性質に依存して銀は還元されるかまたは酸化される。グルコース濃度を検知するための典型的なメーターにおいて、グルコースは作用電極において化学伝達物質を還元しながら酸化される。その後、化学伝達物質は電子、すなわちこの還元反応からその電極パッドにおいて増加した複数の電子を伝達する。これらの電子は、その後、擬似基準／対電極において吸収される。典型的な場合において、これは銀／塩化銀電極であり、また電子は塩化銀を金属銀に変化させる銀イオンの還元によって吸収される。
【００２４】
十分な量の電流がこうした擬似基準／対電極を通過する場合、この電極の半電池電位を著しく変化させるのに必要なだけ塩化銀に対する銀の割合が変化する。この変化が十分に大きくなれると、作用電極における電流はもはや単調に減少しない。これは、次に、メーターにエラー条件を感知させ、試験を中止させる。
【００２５】
作用電極における電流は、目的分析物を関係させる酸化還元反応および化学伝達物質によるその後の電子伝達から発生する。典型的なグルコースメーターにおいて、グルコースはグルコースオキシダーゼおよび化学伝達物質、例えばフェロセン誘導体によって酸化され、その後、グルコースの酸化によって遊離した電子をその電極パッドに伝達する。詳細には、グルコースオキシダーゼは、ディスポーザブル試験ストリップにさらされるサンプル中のグルコースを酸化することによって還元されてきて、その後、化学伝達物質を還元することによって再び酸化される。そして、今度は、化学伝達物質がその電極パッドを通り擬似基準／対電極を有する回路に電子を伝達することによって再び酸化されてくる。グルコースオキシダーゼとの反応によって還元された電極パッドまでの適度に分散された区間にある化学伝達物質が再び酸化される時、コットレル方程式に従ってこの伝達により発生する電流は、通常、単調に減少する。しかし、この挙動は、擬似基準／対電極に対して一定の電位で、またはそれより上で保持される作用電極における電位に依存する。この擬似基準／対電極における電位がシフトすると、作用電極における挙動はもはやこのパターンに従わない。
【００２６】
ディスポーザブルストリップは、典型的には擬似基準／対電極がこうした電位シフトを行わないように設計される。例えば、典型的に見られる分析物濃度によって発生した電流がこうしたシフトをもたらすのに足る銀イオンを消費しない程十分大きくこの電極を製造することができる。
【００２７】
しかし、第三の「ダミー」電極の使用は、擬似基準／対電極上に追加の電流負荷を負わせる。作用電極において酸化反応が発生する典型的なグルコースメーターでは、擬似基準／対電極において発生する還元反応が作用電極における酸化反応のみならず「ダミー」電極において発生する一切の酸化反応に対してもバランスをとらなければならない。この追加の負荷量は、擬似基準／対電極の半電池電位をその設計範囲外にシフトさせるのに十分なこともある。
【００２８】
これはフェロセン誘導体などの最初に還元される化学伝達物質を利用するグルコースメーターに特有の問題である。こうしたメーターでは、化学伝達物質が作用および「ダミー」電極の両方において酸化される時、最初に高い電流負荷がある。試験されるサンプル中に高レベルのグルコースもある場合、グルコースの酸化の結果として最初に還元される化学伝達物質の再酸化による相当高い電流負荷も存在するであろう。この複合電流負荷は、擬似基準／対電極の半電池電位に悪影響を及ぼす傾向がある。
【００２９】
擬似基準／対電極上の全電流負荷は、全回路における抵抗を増大させることによって低減することができる。しかし、作用電極を含む回路内の抵抗を変化させることは、非現実的である。本発明のディスポーザブル試験ストリップと共に用いられるメーターは、若干の期間の後、すなわち試験ストリップをサンプルにさらした後のある一定の時間間隔にわたり作用電極回路における電極のレベルと目的分析物の濃度との相関関係を算定するために検量される目盛りを定められる。その後、メーターは、ディスポーザブル試験ストリップを用いるメーターを幾年にもわたって用いることを期待する大多数のユーザーに分配される。従って、試験ストリップが用いられるメーターの変化への対応が求められるであろうこうした試験ストリップになんらかの変化をなすことは非現実的である。
【００３０】
しかし、ディスポーザブル試験ストリップとそのメーターの間の相互作用に悪影響を及ぼすことなく「ダミー」電極回路内の抵抗を低下させることができるということが見出された。「ダミー」電極の機能によって、作用電極における全信号または回路から目的分析物以外の複合液状媒体中の化学種と優位に酸化−還元反応をする部分を控除することができる。この控除は、作用電極における電流が分析物濃度に対する相関関係について測定される時点、すなわち測定中の時間にわたってのみ関わることである。典型的には、こうした測定は、作用電極における酸化の大部分が既に発生した後、全システムの抵抗が比較的高くなった後で行われる。この時点では、作用および「ダミー」電極における電気化学的環境の相違がダミー電極の機能に悪影響を及ぼすには不充分であることが発見された。
【００３１】
作用電極と付加抵抗を有する「ダミー」電極の間の電気化学的環境の相異は、試験サイクルが進行するにつれ低減される傾向がある。作用電極において再酸化される化学伝達物質が減少すると、作用電極回路内の有効抵抗が増大する。すなわち、電子伝達を持続させる化学種がほとんど存在しない。従って、作用電極回路と「ダミー」電極回路の間の抵抗には一定の差異が常に存在するが、この差異の百分率は、作用電極回路内の有効抵抗が増大すると減少するであろう。
【００３２】
別の実施様態において、三電極配置が二つの分析物の濃度を同時に測定するために用いられる。この場合には、二つの作用電極と一つの擬似基準／対電極が存在する。第一作用電極は、目的分析物の一方を比較的低電位で酸化還元反応させる第一物質で作動するように設計される。第二作用電極は、他方の目的分析物をより高い電位でのみ酸化還元反応させる第二物質で作動するように設計される。製造を容易にするために、両方の作用電極は、両方の物質および適する化学伝達物質で典型的には被覆される。しかし、試験ストリップは、第一作用電極に被覆される第二物質が不活性のままであるように設計される。特に、第一作用電極に接続した接触パッドから第一作用電極までの回線路内の電気抵抗は、第二作用電極に接続した接触パッドから作用電極までの回線路内の抵抗に比べ著しく大きい。従って、一定の電位が擬似基準／対電極に関連して両電極の接触パッドに印加されると、第一作用電極における有効電位は第二作用電極におけるものに比べて小さくなり、この電位降下の一部は、より高い回路抵抗をトラバースするために消費された。
【００３３】
二つの分析物の実施様態は、＋２００ｍＶで作動するケトン用の酵素化学伝達物質システムおよび＋４００ｍＶで作動するグルコース用の酵素化学伝達物質システムを利用することによるケトンとグルコースの同時測定に適用される。詳しくは、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）共同因子を伴うヒドロキシ酪酸脱水酵素（ＨＢＤＨ）および１，１０−フェナントロリンキノン（１，１０ＰＱ）化学伝達物質がケトンのために用いられ、またフェロセン誘導体化学伝達物質を伴うグルコースオキシダーゼがグルコースのために用いられる。
【００３４】
低作動電位のＨＢＤＨ／ＮＡＤＨ／１，１０ＰＱシステムは、限られた線状応答範囲を有するケトンのような分析物用に極めて有利である。ケトンの場合、典型的には、線状応答は約０〜８ミリモルの間の範囲にわたってのみ期待される。低電位で作動することによって、より高い電位で酸化還元反応を行うことができるその他の化学種からの干渉が回避される。言いかえれば、サンプル中の別の化学種が酸化されるようになり、第一作用電極に電子を配給し、これによりこの電極において検知される電流により高い寄与をもたらすような確立が最小化される。
【００３５】
第一作用電極における電位は、第二作用電極と擬似基準／対電極の間に４００ｍＶの電位が印加されると、この第一作用電極と擬似基準／対電極の間の電位が２００ｍＶとなるよう調整される。本明細書中において上で論じた方法の一つにおける適切な量により、第二作用電極を含む回線路の抵抗に対してこの電極を含む回線路の抵抗を増大させることによって、この調整は行われる。
【００３６】
第一作用電極において検知される電流はケトンの酸化の結果であり、一方、第二作用電極において感知される電流はケトンおよびグルコース両方の酸化の結果である。その後、各電極における電流の量を簡単な連立方程式に用いて、同じサンプル中のケトンおよびグルコースの濃度を決定することができる。
【００３７】
勿論、第一作用電極のみをケトン感知化学物質で被覆し、第二作用電極のみをグルコース感知化学物質のみで被覆することができる。これは、より高い製造コストをもたらすことが予想できる。典型的には、ディスポーザブル試験ストリップは、各作用電極に異なる化学物質を塗布するには、追加のプリント段階を必要とするような一連のプリント段階によって製造される。
【００３８】
グルコース測定に対する高抵抗ダミー電極の概念の特定の応用例を図１から５に示す。図示されたストリップにおいて、作用電極およびダミー電極各々が６．６１２平方ミリメートルの表面積を有し、一方、擬似基準／対電極は４．１８平方ミリメートルの表面積を有する。接触パッドを電極パッドへ接続する導電路は、ほとんどの場合、０．８０１ミリメートルである。この二つの事例では、図１ａおよび１ｂに図示したように、ダミー電極に関する導電路を０．５１０ミリメートルおよび０．３０５ミリメートルに狭めた。
【００３９】
二つの異なる導電層プリントを図１ａ（導電路Ａ）および１ｂ（導電路Ｂ）に示す。作用およびダミー電極が同じ抵抗を有する対照導電層プリントを図２に示す。図１ａ、１ｂおよび２を参照して、センサーストリップ上の電極構造は電導性炭素インキ２の三つのプリント層を有する。これらの層は、擬似基準／対電極４、作用電極５、ダミー電極５ａ、および電気接点３を規定する。
【００４０】
図２を参照して、作用電極５はダミー電極５ａの導電路幅１６ａと等しい導電路幅１６を有する。等しい導電路幅１６および１６ａは、作用電極およびダミー電極に等しい抵抗をもたらす。図１ａおよび１ｂを参照すると、ダミー電極５ａの導電路幅１６ｂおよび１６ｃは、図２の対照電極の導電路幅１６ａに比べて狭い。ダミー電極５ａの導電層は、作用電極の抵抗に対してダミー電極の抵抗を増大させるために狭くする。導電路幅１６ｃは導電路幅１６ｂに比べて狭い。従って、導電路Ａ（図１ａ）のダミー電極５ａの抵抗は、導電路Ｂ（図１ｂ）のダミー電極５ａの抵抗に比べて大きい。
【００４１】
導電層の組成物も電極の抵抗に影響を及ぼしうる。一般に、電極の導電性層は同時に同じインキでプリントされる。導電性層は低炭素含量インキまたは高炭素含量インキでプリントされる。低炭素含量インキは、３０〜３１重量パーセントの間の炭素含量および７〜９重量パーセントの間の樹脂含量を有した。高炭素含量インキは、４２〜４５重量パーセントの間の炭素含量および７〜９重量パーセントの間の樹脂含量を有する。
【００４２】
適切な電極センサーストリップを図３および図４に示す。図３および４を参照して、電極支持体１、すなわちプラスチック材料（例えば、ＰＶＣ、ポリカーボネート、またはポリエステル）の伸長したストリップは、電導性炭素インキ２の三つのプリント導電路を支持する。これらのプリント導電路は、擬似基準／対電極４、作動電極５、ダミー電極５ａ、および適する測定装置（図示なし）に挿入される電気接点３の位置を規定する。ダミー電極５ａの導電層は、作用電極に対してダミー電極の抵抗を増大させるために狭くする。
【００４３】
導電路の伸長した部分は、銀／塩化銀粒子導電路６ａと、４をオーバーレイする拡大された露出領域を有する６ｂとで各々オーバーレイされ、６ｂと４が一緒に擬似基準／対電極を形成する。ダミー電極５ａ用の導電路または導電層は、銀／塩化銀でオーバーレイされない。これは、ダミー電極の抵抗をさらに増大させる。導電路は、擬似基準／対電極、作用電極およびダミー電極の位置および接触領域のみを露出させておく疎水性絶縁材料の層７でさらにオーバーレイされる。この疎水性絶縁材料はショートを防止する。この絶縁材料が疎水性であるため、サンプルを露出した電極に拘束することができる。好ましい絶縁材料は、ＰＯＬＹＰＬＡＳＴ（登録商標）（イギリス、ケント州、ブロードステアズのセリカル社（Ｓｅｒｉｃｏｌ Ｌｔｄ．））として入手できる。
【００４４】
作用電極の作用領域８は酵素、化学伝達物質および導電材料の混合物を含有するインキから形成される。ダミー電極の作用領域は、酵素を含まない化学伝達物質および導電材料の混合物を含有するインキから形成される。それぞれのインクは、一定の長さの別個の領域として炭素導電路２の５および５ａの位置に塗布される。あるいは、電極層８は、酵素の代わりに分析される酵素と触媒作用により反応する基質を含有することができる。好ましい実施様態における導電材料には、その上にレドックス化学伝達物質が吸着した粒状炭素が挙げられる。
【００４５】
プリントインキは導体および吸着レドックス系化学伝達物質の水溶液として形成される。作用電極用には、酵素または代わりに基質も含む。測定されるべき分析物が血糖である時、酵素は好ましくはグルコースオキシダーゼであり、レドックス化学伝達物質はフェロセン誘導体である。
【００４６】
インキはスクリーン印刷することができる。インキは、多糖類（例えば、ガーゴムまたはアルギン酸塩）、加水分解ゼラチン、酵素安定剤（例えば、グルタミン酸塩またはトレハロース）、被膜形成ポリマー（例えば、ポリビニルアルコール）、導電性充填剤（例えば、炭素）、レドックス化学伝達物質（例えば、フェロセンまたはフェロセン誘導体）、消泡剤、緩衝剤、および酵素または基質を含むことができる。ダミー電極上にプリントされたインキは、酵素または基質を欠く。
【００４７】
擬似基準／対電極６ｂは、作用電極８およびダミー電極８ａに対して、効率的な電気化学機能にとっては非理想的な位置となるように設置される。電極は、回路の全抵抗に対する溶液の抵抗の影響が最小化されないように配置される（従来とおり）。作用電極の下流に擬似基準／対電極を定置することは、作用電極がサンプルにより完全に覆われてしまう前の回路の閉成（及びゆえに応答の検出）を防止するという利点を有する。
【００４８】
電極領域は、目の細かい等級のメッシュ９によってオーバーレイされる。このメッシュはプリントされた構成部品を物理的損傷から保護する。このメッシュはまた、サンプルの表面張力を低下させることによりサンプルが擬似基準／対電極および作用電極を湿潤させることに役立ち、これによりサンプルを電極一面に均一に広げることができる。好ましくは、このメッシュ層は、塗付位置および電極領域を含むそれらの間のサンプル進路の全長にわたって広がる。好ましくは、このメッシュはきめ細かく織られたナイロンストランドで造られる。あるいは、電極の表面を正常な拡散を妨げるように塞がないことを条件として、あらゆる織または不織材料を用いることができる。メッシュの厚さは、得られるサンプルの深度が、高い溶液抵抗をもたらすために十分小さくなるように選択される。好ましくは、この生地は７０μｍ以下の厚さである。好ましくは、メッシュは、約４０から約４５％の孔面積百分率、１ｃｍあたり約９５から約１１５の網目数、約２０から約４０μｍの繊維径、および約４０から約６０μｍの厚さを有する。適切なメッシュは、スイス、ルスチュリコン（Ｒｕｓｃｈｌｉｋｏｎ）、ＣＨ−８８０３のセファー（Ｓｅｆａｒ、元ＺＢＦ）から入手できるＮＹ６４ ＨＣ メッシュである。
【００４９】
メッシュは界面活性剤を被覆することができる。これは材料自身が疎水性（例えば、ナイロンまたはポリエステル）である場合にのみ必要である。疎水性メッシュが用いられる場合、界面活性剤の被覆を省略することができる。サンプルが適切に均一に広がることができるかぎり、メッシュを被覆するためにあらゆる適切な界面活性剤を用いることができる。好ましい界面活性剤はＦＣ １７０Ｃ ＦＬＵＯＲＡＤ（登録商標）フルオロケミカル界面活性剤（ミネソタ州、セントポールの３Ｍ）である。ＦＬＵＯＲＡＤ（登録商標）は、フッ化脂肪族オキシエチレン付加物、低重合ポリエチレングルコース、１，４−ジオキサンおよび水の溶液である。ほとんどの適用のために好ましい界面活性剤使用量は、メッシュ１ｍｇに対して約１５〜２０μｍである。好ましい界面活性剤使用量は用いられるメッシュおよび界面活性剤のタイプ、および分析されるべきサンプルにより異なる。異なるレベルの界面活性剤を用いてメッシュを通るサンプルの流れを観測することにより、界面活性剤の使用量を経験的に決定することができる。
【００５０】
きめの粗い界面活性剤で被覆されたメッシュの第二層１０は第一のメッシュの上に施される。サンプル移行経路内の置換空気が移動できる空間を提供することによって、サンプルが塗付位置から擬似基準／対電極および作用電極領域へ移動するように、またサンプルが優先的には下方の目の細かい等級のメッシュ層９に沿って、部分的にはメッシュ層１０中に移動するように、この第二メッシュ層はサンプルの流入を制御する。サンプル流の方向に対して垂直な繊維間がより広い第二メッシュ層は、サンプルの移動に対して繰返しの物理的遮断層を与えることにより、サンプルが移行経路を通って移動するようにサンプルの流れを制御することに役立つ。メッシュ繊維の規則正しい配列は、サンプルが段階的に進行すること、および正確な応答を発生させるのに必要な量のサンプルのみが進路に沿って全経路を通過し、擬似基準／対電極に達することができることを確実にする。
【００５１】
好ましくは、メッシュ１０は、ストリップの最長面に対して垂直、並行両方のメッシュ繊維の規則正しい繰返しの配列を与えるように織られた構造のものである。一般に、第二メッシュ層は、第一メッシュに比べて実質的に厚く、メッシュの繊維径が大きく、また繊維間の開口が大きくあるべきである。このより大きなメッシュは、好ましくは、１００から１０００μｍの厚さを有し、１００から１５０μｍの厚さが最も好ましい。好ましいメッシュは、約５０から約５５％の孔面積百分率、１ｃｍあたり約４５から約５５の網目数、および約５５から約６５μｍの繊維径を有する。適切なメッシュは、これもスイス、ルスチュリコン（Ｒｕｓｃｈｌｉｋｏｎ）、ＣＨ−８８０３のセファー（Ｓｅｆａｒ）から入手できるＮＹ１５１ ＨＣ メッシュである。
【００５２】
メッシュ１０も適切な界面活性剤の被膜を備えることができる（メッシュ自身が疎水性でないかぎり）。好ましくは、これは第一メッシュ層上に施したものと同じ界面活性剤である。界面活性剤の使用量は、メッシュ１０の横繊維を通過したサンプルの移動に対して更なる遮断層を提供するメッシュ９上に施した量に比べ、メッシュ１０上のほうが低い。一般には、メッシュ１ｍｇに対して１〜１０μｇの使用量が好ましい。
【００５３】
メッシュ層９および１０は、疎水性絶縁インキの層１１のにより適所に保持される。これらの層は、スクリーン印刷によりインキをメッシュの外周部分を越えて塗布することができる。これらの層およびメッシュは共に、ストリップの最遠位端の塗付位置から作用電極および擬似基準／対電極に向かって移動するサンプルのために適するサンプル移行経路１２を包囲し、規定する。インキは進路１２の外側でメッシュに含浸する。従って、サンプルを絶縁材料層により覆われたメッシュ領域に浸透させないことによって、絶縁材料はサンプル移行経路１２を規定する。メッシュ層に含浸するために好ましい絶縁インキはＳＥＲＩＣＡＲＤ（登録商標）（イギリス、ケント州、ブロードステアズのセリカル社（Ｓｅｒｉｃｏｌ Ｌｔｄ．））である。
【００５４】
電極の上部を液体／蒸気不透過性カバー膜１３によって閉鎖する。これは、塗布されるサンプルを下敷の界面活性剤被覆メッシュ層へ到達させるための小さな開口１４を含むポリエステルまたは類似の材料で製造された可撓性テープである。不透過性カバー膜は露出した作用電極および擬似基準／対電極を封入する。従って、この膜はメッシュ層９および１０両方の厚さと等量である一定の高さで電極を覆う使用可能な小空間を維持する。これは溶液抵抗を高レベルで維持することを確実にする。この点において、二つのメッシュ層の最大深度以下のあらゆるサンプル厚が適切である。開口１４は、開口の真下のメッシュの露出面を測定されるべき液状サンプルのための入口または塗付位置として用いることができるように、擬似基準／対電極６ｂから遠い目の粗いメッシュ領域の最遠位端にオーバーレイするよう位置決めされる。開口は、十分な量のサンプルをメッシュ層へ通させるのに必要な大きさのあらゆる適切なサイズであることができる。電極の領域をことごとく露出させるほど大きくあるべきではない。あらゆる適切な方法（例えば、打抜き）によってカバー膜内に開口を形成する。電極、サンプル移行経路または塗付領域を含まない特定のセクション区域に沿って、適切な接着法を用いてストリップにカバー膜を取付ける。好ましくは、これは、その後電極表面に熱溶接されるポリマーテープの下側をホットメルト接着剤層で被覆することによって達成される。ホットメルト接着剤層は、典型的には１０〜５０ｇ／ｍ^２の間、好ましくは２０から３０ｇ／ｍ^２の重量の被膜である。感圧接着剤またはその他同等の接着方法を用いることもできる。テープを施す時には、カバー膜にかけられる熱および圧力がＳＥＲＩＣＡＲＤ（登録商標）を溶融することができ、隣接領域上にこの溶融物を塗付する原因となりうることに注意すべきである。
【００５５】
塗付位置において界面活性剤被覆メッシュの露出部分上にサンプルを塗布させ、これにより少量のサンプル塗布を遥かに容易にすることに役立つシリコーンまたはその他の疎水性被覆層をカバー膜の上表面に有益に設けることもできる。
【００５６】
使用に関しては、本発明のディスポーザブル試験ストリップは、電気接点３を経由してメーター（図示なし）に接続される。サンプルは開口１４に塗布され、サンプル移行経路１２に沿って移動する。サンプルが不均一に流れるのではなく均一な前面を形成することができるように、サンプルの進行はメッシュ層１０によって十分に妨害される。空気はメッシュ層１０の上部を通り抜け、開口１４を通って排気される。サンプルは、先ず作用電極５の全体を覆い、そして次に擬似基準／対電極４のみに進入してそれを覆う。これは回路を閉成させ、測定器により検出される応答をもたらす。
【００５７】
全血サンプル中のグルコースを測定するためのシステムにおけるダミー電極の抵抗を増大させることの影響を電子的なモデルにした。詳しくは、グルコースオキシダーゼおよびフェロセン誘導体を利用するＭｅｄｉｓｅｎｓｅ Ｇ２ａディスポーザブル試験ストリップを、グルコースを１５ｍＭの濃度に増量した静脈血を用いて試験した。電子機器を用いて、ゼロから無限大（ダミー電極なし）の五つの付加抵抗の各々でダミー電極を有することの影響をシミュレートすることができる。擬似基準／対電極に関連して、４００ｍＶの初期電位を作用電極にかけ、作用電極における電流を時間を追って監視した。結果を図５に報告した。
【００５８】
図５は、作用電極において抵抗が増大するにつれて電流も増加することを説明する。これは擬似基準／対電極の半電池電位が安定化するであろうことを間接的に示している。理想的な状況において、作用電極における電流は、ダミー電極の抵抗から独立しているべきであり、グルコースが酸化される比率にのみ依存すべきである。しかし、現実世界では、ダミー電極により擬似基準／対電極上にかけられる余分の電流負荷は、擬似基準／対電極の半電池電位において注目すべきシフトをもたらす。これは、次に、作用電極において観測される電流に影響を及ぼす。このシフトのために作用電極と擬似基準／対電極の間の電位差が低下すると、作用電極における電流も低下する。
【００５９】
さらに、一部の条件下では、作用電極における電流減少は期待されるモデルからはずれる。詳しくは、電流が時間に伴い単調に減少し、コットレル方程式により予測される挙動を示す傾向があることが期待される。しかし、ある種の条件下では、ダミー電極が擬似基準／対電極上に著しい電量負荷をかけると、作用電極における電流は古典的な挙動をはずれ、実際には、ある短い時間にわたって時間と伴に減少する。これは、作用電極を含む回線路とダミー電極を含む回線路の間の抵抗差がないディスポーザブル試験ストリップを代表する図５の一番下の曲線の大部分において明確に説明される。
【００６０】
本発明のディスポーザブル試験ストリップが一般に用いられるグルコースメーターは、無効な試験結果を検出するように設計された電子機能を有する。これらのチェック機能の一つは、作用電極における電流減少の監視である。この減少が単調である場合、メーターはエラー状態を報告し、試験を中止する。
【００６１】
このように、ダミー電極の抵抗の増大は、作用電極における非単調な電流減少および結果として生じる試験の中止の可能性を低下させるのに有効であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１ａおよび１ｂは、幅を狭くした導電層を有するダミー／第二作用電極を有するディスポーザブル試験ストリップの電極の導電層を描写する略図である。
【図２】 図２は、対照ディスポーザブル試験ストリップの電極の導電層を描写する略図である。
【図３】 図３は、ディスポーザブル試験ストリップの展開図である。
【図４】 図４は、図３を組立てたストリップの透視図である。
【図５】 図５は、種々のダミー電極構造用のグルコース含有サンプルの存在下、初期電位差４００ミリボルトを条件とする、作用電極に関するマイクロアンペア単位の電流対秒単位の時間の一連のプロットである。

Claims (18)

1. （ａ）分析物を酸化−還元反応させるよう設計された物質と、酸化−還元反応と電極パッドの間で電子を伝達する化学伝達物質の両方で被覆された電極パッドを含んでなる作用電極、
   （ｂ）作用電極とほぼ同量の化学伝達物質で被覆されるが、分析物を酸化−還元反応させる物質がない電極パッドを含んでなるダミー電極、
   （ｃ）化学種の酸化および還元形態の両方を含有し、還元または酸化反応を行って作用およびダミー電極における相反する反応のバランスをとるよう設計された材料で被覆された電極パッドを含んでなる擬似基準／対電極、および
   （ｄ）各々が読取回路と界接するよう意図された接触パッドから電極パッドの一つに延び、その接触パッドおよびその電極パッドの両方と電気的に接触する三つの導電路を含んでなり、
   ダミー電極に接続した接触パッドからダミー電極までの回線路における電気抵抗が、作用電極に接続した接触パッドから作用電極までの回線路における電気抵抗に比べて大きい、複合液状媒体中の分析物濃度を示す電流を検出するために電流測定試験を行うメーターの信号読取回路に取付けるためのディスポーザブル（使い捨て）試験ストリップ。
2. ダミー電極をその接触パッドに接続する導電路の抵抗を増大させることによって、ダミー電極回路内により大きな電気抵抗が提供される、請求項１に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
3. 読取回路に取外し可能に取付けられた実質的に平坦な平面状の表面を有する細長い支持体をさらに含んでなる、請求項１または２に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
4. 三つの導電路が細長い支持体上に導電性粒子を被覆することによって作られる、請求項３に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
5. 導電性粒子が炭素を含んでなる、請求項４に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
6. 作用電極をその接触パッドに接続する導電路において用いられる導電性粒子の量と比較して小量の導電性粒子を用いることによって、ダミー電極をその接触パッドに接続する導電路により大きい電気的抵抗が付与される、請求項４または５に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
7. ダミー電極をその接触パッドに接続する導電路が作用電極をその接触パッドに接続する導電路に比べて狭い、請求項２から６のいずれか一項に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
8. ダミー電極に接続した導電路および作用電極に接続した導電路の両方が炭素粒子を含んでなるが、後者の導電路のみが銀で被覆される、請求項２から７のいずれか一項に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
9. 分析物がグルコースであり、および分析物を酸化還元反応させる物質が酵素である、請求項１から８のいずれか一項に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
10. 酵素がグルコースオキシダーゼである、請求項９に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
11. 化学伝達物質がフェロセン誘導体である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
12. 前記擬似基準／対電極が銀と塩化銀の混合物で被覆された電極パッドを含んでなる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
13. 前記ダミー電極回路における電気抵抗が前記作用電極回線路における電気抵抗に比べて少なくとも１０００ｏｈｍ大きい、請求項１から１２のいずれか一項に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
14. （ａ）複数の分析物の一つを第一電位で酸化−還元反応させるよう設計された物質と、その酸化−還元反応とその電極パッドの間で電子を伝達することができる化学伝達物質の両方で被覆された電極パッドを含んでなる第一作用電極、
    （ｂ）複数の分析物の別の一つを前記第一電位に比べて大きい第二電位で酸化−還元反応させるよう設計された物質と、その酸化−還元反応とその電極パッドの間で電子を伝達することができる別の化学伝達物質の両方で被覆された電極パッドを含んでなる第二作用電極、
    （ｃ）還元または酸化反応を行って第一および第二作用電極における相反する反応のバランスをとるよう設計された化学種の酸化および還元形態の両方を含有する材料で被覆された電極パッドを含んでなる擬似基準／対電極、および
    （ｄ）各々が読取回路と界接するよう意図された接触パッドから電極パッドの一つに延び、その接触パッドおよびその電極パッドの両方と電気的に接触した状態にある三つの導電路を含んでなり、
    第一作用電極に接続した接触パッドから第一作用電極までの回線路内の電気抵抗が、第二作用電極に接続した接触パッドから第二作用電極までの回線路内の電気抵抗に比べて大きい、液状媒体中の複数の分析物濃度を代表する電流を検出するために電流測定試験を行うメーターの信号読取回路に取付けるために適するディスポーザブル試験ストリップ。
15. 擬似基準／対電極が銀と塩化銀の混合物で被覆された電極パッドを含んでなる、請求項１４に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
16. 第一作用電極がケトンおよび適する化学伝達物質を活動させるように改変された酵素システムを含んでなり、また第二作用電極がグルコースおよび適する化学伝達物質を活動させることに適する酵素を含んでなる、請求項１４または１５に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
17. 第一作用電極がＨＢＤＨ／ＮＡＤＨ／１，１０ＰＱシステムを含んでなり、第二作用電極がグルコースオキシダーゼおよびフェロセン系化学伝達物質を含んでなる、請求項１６に記載のディスポーザブル試験ストリップ。
18. 第一作用電極回路内の抵抗が、第二作用電極と擬似基準／対電極の間に４００ｍＶの電位差が存在する時、第一作用電極と擬似基準／対電極の間の電位差が２００ｍＶとなるような抵抗である、請求項１７に記載のディスポーザブル試験ストリップ。

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