JP6036212B2 - ヘモグロビン測定装置およびヘモグロビン測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヘモグロビン測定装置およびヘモグロビン測定方法に関する。

ヘモグロビンは、肺から体組織へ酸素を運搬し、逆に二酸化炭素を逆方向に運搬する球状タンパク質であり、主に赤血球に存在する。ヘモグロビンは赤血球細胞の構造維持に関与し、その異常は鎌状赤血球貧血症や、先天性溶血性貧血の一種であるサラセミア（ヘモグロビン構成遺伝子の異常による）を惹き起こす。更に、骨疾患、骨髄性疾患、腎疾患および糖尿病への関与も指摘されている。

ヘモグロビン濃度の測定方法としては、シアンメトヘモグロビン法が挙げられるが、予め血液を希釈する必要があり、操作が煩雑である。

より簡易的にヘモグロビン濃度を測定する装置が開示されている。特許文献１には、いわゆる電気化学的にヘモグロビン濃度を測定する技術が開示されている。

特開２００８−０７６１４３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、血液を希釈する作業が必要であり、作業が煩雑である点で問題がある。

本発明の課題は、血液を希釈することなくヘモグロビン濃度を測定する装置および測定方法を提供することである。

本発明者らは、鋭意研究の結果、コール酸系界面活性剤により溶血させた後、電子メディエータとの酸化還元反応により発生する電流値を測定することにより、血液中のヘモグロビンを定量的に測定できることを見いだした。

本発明に係るヘモグロビン測定装置は、バイオセンサが装置本体に着脱可能に設けられたものである。上記バイオセンサは、第１電極と、第２電極と、検体が該第１電極及び第２電極と接触可能に導入される試料空間と、少なくともコール酸系界面活性剤およびヘモグロビンにより還元され得る電子メディエータを含む試薬と、を備える。上記装置本体は、バイオセンサが装着された状態において、該バイオセンサの第１電極及び第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、該第１電極と該第２電極との間に生じた電流値を測定する電流測定手段と、を備える。

本発明の一実施態様としては、上記コール酸系界面活性剤が、コール酸、コール酸ナトリウム、コール酸メチルエステル、ケノデオキシコール酸、ケノデオキシコール酸ナトリウム、ジフェニルグリコール酸（ベンジル酸）、デオキシコール酸、デオキシコール酸ナトリウム、グリコケノデオキシコール酸ナトリウム、グリココール酸、グリココール酸ナトリウム、グリコデオキシコール酸、グリコデオキシコール酸ナトリウム、グリコール酸、グリコール酸ナトリウム、グリコリトコール酸ナトリウム、リトコール酸、チオグリコール酸ナトリウム、タウロコール酸ナトリウム、タウロデオキシコール酸ナトリウム、タウロウルソデオキシコール酸ナトリウム、ウルソデオキシコール酸ナトリウムおよびウルソデオキシコール酸からなる群から選択される少なくとも一つである。

本発明の一実施態様としては、上記試薬は、さらに、ドデシル（トリエチル）アザニウムのハロゲン塩を含む。

本発明は、また、上記ヘモグロビン測定装置の装置本体にバイオセンサを挿入した状態で、バイオセンサの試料空間にヒトから採取した血液を導入する工程を含むヘモグロビン測定方法も提供する。

本発明によれば、血液を希釈することなくヘモグロビンを測定する装置および方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態であるヘモグロビン測定装置１０の外観を示す斜視図である。 図２は、バイオセンサ１１の分解斜視図である。

以下、図面が参照されつつ本発明の実施形態が説明される。なお、本実施形態は、本発明の一例にすぎず、本発明の要旨が変更されない範囲において、本実施形態が適宜変更されてもよいことは言うまでもない。

［ヘモグロビン測定装置］
図１に示されるように、ヘモグロビン測定装置１０は、バイオセンサ１１と装置本体１２とを有する。バイオセンサ１１が装置本体１２の接続部１３に差し込まれることによって、バイオセンサ１１と装置本体１２とが電気的に接続される。バイオセンサ１１は、１回の測定毎に取り替えられるものである。

［装置本体１２］
図１に示されるように、装置本体１２は、筐体５０に電子部品が収容された電子装置である。筐体５０の表側には、液晶ディスプレイ５１及び操作キー５２，５３，５４が配置されている。操作キー５２，５３，５４は、ユーザの操作に基づいて対応するコマンドを発生させるためのものである。液晶ディスプレイ５１は、装置本体１２の状態や測定結果、エラー表示などを行う。各図には現れていないが、筐体５０の内部には、電圧印加手段及び電流測定手段としての制御基板が内蔵されている。制御基板は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有する演算装置として構成されており、液晶ディスプレイ５１及び操作キー５２，５３，５４と電気的に接続されている。操作キー５２，５３，５４からの入力に応じて、制御基板は、予めＲＯＭに格納されたプログラムを動作させる。また、筐体５０の内部には、バイオセンサ１１に電位を印加するための電源が内蔵されている。制御基板は、電源から所定の電位をバイオセンサ１１に印加する。この電源及び制御基板によって、電圧印加手段が構成されている。また、制御基板は、所定の電位に応答してバイオセンサ１１に流れた電流値からヘモグロビン濃度を演算する。演算されたヘモグロビン濃度は、液晶ディスプレイ５１に表示される。

［バイオセンサ１１］
図１に示されるように、バイオセンサ１１は、細長なシート形状である。バイオセンサ１１の長手方向１０１の一端が、装置本体１２の接続部１３に差し込まれることによって、バイオセンサ１１が装置本体１２に装着される。また、バイオセンサ１１が長手方向１０１に引き抜かれることによって、バイオセンサ１１が装置本体１０から取り外される。

バイオセンサ１１の表裏は相対的な関係なので、いずれが表であっても裏であってもよい。本実施形態においては、図１に現れる側が表と称され、図１に現れない側が裏と称される。

図２に示されるように、バイオセンサ１１は、主として、第１基板２３、第１電極２４、スペーサ２５、第２電極２６、第３電極２７及び第２基板２８を有する。図２における上側、つまり表側から順に、第１基板２３、スペーサ２５、第１電極２４、第２電極２６及び第３電極２７、第２基板２８の順に積層されて、シート形状のバイオセンサ１１が構成されている。

［第１基板２３］
図２に示されるように、第１基板２３は、平面視がバイオセンサ１１と概ね同じ形状であって、長手方向１０１において第２基板２４より若干短いシートである。第１基板２３は、電気絶縁性の材料からなる。この電気絶縁性の材料として、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のポリエステルや、フッ素樹脂及びポリカーボネイト、ガラスなどが挙げられる。

第１基板２３の一方の面は、表面２１を構成する。第１基板２３の表面２１には、方向１０２の両端に一対の着色部３０，３１が形成されている。着色部３０，３１は、表面２１と色分けされたものである。着色部３０，３１は、後述される試料導入口４１の位置の視認を容易にするためのものである。したがって、着色部３０，３１は、試料導入口４１の直上に配置されている。第１基板２３において、空間４０に対応する領域４２には、試薬の各成分が固定されている。試薬の各成分の詳細については、後述される。

［第２基板２８］
図２に示されるように、第２基板２８は、平面視がバイオセンサ１１と概ね同じ形状のシートである。第２基板２８は、電気絶縁性の材料からなる。この電気絶縁性の材料として、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のポリエステルや、フッ素樹脂及びポリカーボネイト、ガラスなどが挙げられる。

第２基板２８の一方の面は、裏面２２を構成する。裏面２２と反対側の面３４には第１電極２４，第２電極２６及び第３電極２７が設けられている。第２基板２８において、装置本体１２の接続部１３に差し込まれる長手方向１０１の一端側は、第１基板２３とは対向されていない。なお、各図には現れていないが、第２基板２８の裏面２２には、着色部３０，３１と同様の着色部が形成されている。

［第１電極２４］
図２に示されるように、第１電極２４は、第２基板２８における裏面２２と反対側の面３４に設けられている。第１電極２４は、第２基板２８の面３４において、長手方向１０１へ延出されており、方向１０２において第２基板２８の１／３程度の幅を有する。面３４において、第１電極２４は、後述される第２電極２６及び第３電極２７と電気的に非接続に配置されている。第１電極２４の素材としては、例えば、カーボンが挙げられる。第１電極２４にカーボンが用いられることによって、銀／塩化銀、金、パラジウム、白金などが用いられた電極の抵抗値より、カーボン製の第１電極２４の抵抗値が低くなるので、比較的弱い電位による小さな応答電流によっても、ヘモグロビン濃度の測定感度が維持され易くなる。第１電極２４は、第１基板２３に対して、スクリーン印刷法、インクジェット法、スパッタリング、真空蒸着、ゾルゲル法、クラスタビーム蒸着又はＰＬＤなどの手法によって面３４に積層されている。第１電極２４において、装置本体１２の接続部１３側に対応する端部は、第１基板２３と対向せずに露出されている。この端部が装置本体１２と電気的に接続される接続端子３３である。

［第２電極２６］
図２に示されるように、第２電極２６は、第２基板２８における裏面２２と反対側の面３４に設けられている。第２電極２６は、第２基板２８の面３４において、長手方向１０１へ延出されており、方向１０２において第２基板２８の１／３程度の幅を有する。面３４において、第２電極２６は、第１電極２４及び後述される第３電極２７と電気的に非接続に配置されている。第２電極２６の素材としては、例えば、カーボン、銀／塩化銀、金、パラジウム、白金などが挙げられる。第２電極２６において、装置本体１２の接続部１３側に対応する端部は、第１基板２３と対向せずに露出されている。この端部が装置本体１２と電気的に接続される接続端子３７である。

［第３電極２７］
図２に示されるように、第３電極２７は、第２基板２８における裏面２２と反対側の面３４に設けられている。第３電極２７は、第２基板２８の面３４において、長手方向１０１へ延出されており、方向１０２において第２基板２８の１／３程度の幅を有する。面３４において、第３電極２７は、第１電極２４及び第２電極２６と電気的に非接続に配置されている。第３電極２７の素材としては、例えば、カーボン、銀／塩化銀、金、パラジウム、白金などが挙げられる。第３電極２７は、空間４０へ血液が導入されたか否かを検出するための電極である。第３電極２７において、装置本体１２の接続部１３側に対応する端部は、第１基板２３と対向せずに露出されている。この端部が装置本体１２と電気的に接続される接続端子３９である。

［スペーサ２５］
図２に示されるように、スペーサ２５は、平面視がバイオセンサ１１と概ね同じ形状のシートである。スペーサ２５としては、電気絶縁性を有する両面テープが好適に用いられる。スペーサ２５は、着色部３０，３１に対応する位置に、方向１０２へ延びる空間４０を有する。つまり、スペーサ２５は、長手方向１０１に対して空間４０によって分断された２枚のシートから構成されている。空間４０によって、領域３８と領域４２との間に、スペーサ２５の厚み分の試料空間が形成される。つまり、空間４０が試料空間となる。空間４０には、第１電極２４の一部、第２電極２６の一部及び第３電極２７の一部がそれぞれ露出されている。第１電極２４において、空間４０に対応する領域３８には、試薬の各成分が固定されている。試薬の各成分の詳細については、後述される。

図１に示されるように、空間４０は、バイオセンサ１１の端に開口されており、この開口が試料導入口４１となる。なお、図１には現れていないが、試料導入口４１と対向する位置においても空間４０が開口されている。試料導入口４１が血液に曝されると、毛細管作用によって血液が空間４０に流れ込む。

［領域３８，４２へ固定される試薬の成分］
領域３８，４２に固定される試薬は、少なくともコール酸系界面活性剤およびヘモグロビンにより還元され得る電子メディエータを含む。

コール酸系界面活性剤は、コール酸、コール酸ナトリウム、コール酸メチルエステル、ケノデオキシコール酸、ケノデオキシコール酸ナトリウム、ジフェニルグリコール酸（ベンジル酸）、デオキシコール酸、デオキシコール酸ナトリウム、グリコケノデオキシコール酸ナトリウム、グリココール酸、グリココール酸ナトリウム、グリコデオキシコール酸、グリコデオキシコール酸ナトリウム、グリコール酸、グリコール酸ナトリウム、グリコリトコール酸ナトリウム、リトコール酸、チオグリコール酸ナトリウム、タウロコール酸ナトリウム、タウロデオキシコール酸ナトリウム、タウロウルソデオキシコール酸ナトリウム、ウルソデオキシコール酸ナトリウムおよびウルソデオキシコール酸などが挙げられる。

ヘモグロビンにより還元され得る電子メディエータとしては、例えば、フェリシアン化カリウム、ヘキサアミンルテニウムなどが挙げられる。

なお、試薬は、更に他の成分を含んでもよい。特に界面活性剤の１つであるドデシル（トリエチル）アザニウムのハロゲン塩を、さらに含むことにより、測定感度が向上することが判明している。

これら試薬の各成分は、領域３８，４２に任意に選択的に固定されてよい。また、試薬の各成分が、領域３８，４２にそれぞれ塗布される手法は、公知の手法が採用される。このような公知の手法として、例えば、ディッピング法やスクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法などが挙げられる。

［ヘモグロビンの測定方法］
以下、ヘモグロビン測定装置１０を用いたヘモグロビンの測定方法が説明される。

ユーザは、ヘモグロビンの測定に際して、装置本体１２の接続部１３にバイオセンサ１１を差し込む。ユーザは、指などから採取した血液を、希釈することなく、空間４０に導入する。空間４０において、血液が第１電極２４及び第３電極２７に接触すると、第１電極２４と第３電極２７との間の導電状態が変化する。制御基板により構成される演算装置は、この導電状態の変化によって、空間４０に血液が導入されたと判断する。血液４０は、コール酸系界面活性剤により溶血される。

制御基板及び電源により構成される電圧印加手段は、血液４０に血液が導入されたと判断してから、１０秒間待機し、その後に、第１電極２４の接続端子３３及び第２電極２６の接続端子３７に所定の電位を１０秒間印加する。これにより、第１電極２４が作用極となり、第２電極２６が対極となる。空間４０においては、溶血した血液から発生するヘモグロビンにより、フェリシアン化カリウムが還元され、フェロシアンイオンが生成される。このフェロシアンイオンが第１電極２４において酸化されることにより、第１電極２４と第２電極２６との間に酸化応答電流が流れる。このようにして第１電極２４及び第２電極２６間に流れた酸化応答電流に基づいて、制御基板により構成される電流測定手段はヘモグロビン濃度を演算し、その結果を液晶ディスプレイ５１に表示する。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態によれば、簡便にヘモグロビン濃度を測定することができる。

以下、本発明の実施例が説明される。

［実施例１］
バイオセンサとしては、前述された実施形態と同様の構成のバイオセンサ１１を製造した。第１電極２４、第２電極２６及び第３電極２７の素材としてはカーボンを用いた。バイオセンサ１１の領域３８には、１２ｍＭコール酸および１００ｍＭフェリシアン化カリウムを含むリン酸緩衝液の試薬を２μＬ塗布して乾燥させた。

［実施例２］
実施例１における試薬の代わりに、１２ｍＭコール酸、５０ｍＭドデシル（トリエチル）アザニウムブロマイドおよび１００ｍＭフェリシアン化カリウムを含むリン酸緩衝液の試薬を用いたこと以外は実施例１と同様にバイオセンサを製造した。

［比較例１］
実施例１における試薬の代わりに、５０ｍＭドデシル（トリエチル）アザニウムブロマイドおよび１００ｍＭフェリシアン化カリウムを含むリン酸緩衝液溶液の試薬を用いたこと以外は実施例１と同様にバイオセンサを製造した。

［実験例１］
ヘモグロビンを５．４ｇ／ｄＬ，１１．１ｇ／ｄＬ，１８．２ｇ／ｄＬ，２２．８ｇ／ｄＬ含む血液試料２．２μＬを希釈することなく、バイオセンサの試料空間に導入した。検体が検知された後に、第１電極２４と第２電極２６との間の電位を１０秒間、０ｍＶに保持し、その後、第１電極２４と第２電極２６との間の電位を１０秒間、５００ｍＶに保持して、１０秒後の応答電流を測定した。この測定を３回（ｎ＝３）繰り返した。３回の測定結果の平均値を表１に示す。

表１に示されるように、試薬にコール酸を含む実施例１では、試料中のヘモグロビン濃度が上昇するにつれて、好感度かつ濃度依存的に電流値が増加した。これに対して、試薬にドデシル（トリエチル）アザニウムブロマイドを含む比較例１では、電流値はわずかであり、濃度依存的でもないことが明らかである。しかしながら、試薬にコール酸およびドデシル（トリエチル）アザニウムブロマイドの両方を含む実施例２は、実験例１よりさらに好感度で測定できることも明らかとなった。

１０・・・ヘモグロビン測定装置
１１・・・バイオセンサ
１２・・・装置本体
２４・・・第１電極
２６・・・第２電極
４０・・・空間（試料空間）

Claims (3)

1. バイオセンサが装置本体に着脱可能に設けられたヘモグロビン測定装置であって、
   上記バイオセンサは、第１電極と、第２電極と、検体が該第１電極及び第２電極と接触可能に導入される試料空間と、少なくともコール酸系界面活性剤、ヘモグロビンにより還元され得る電子メディエータ、及びドデシル（トリエチル）アザニウムのハロゲン塩を含む試薬と、を備え、
   上記装置本体は、バイオセンサが装着された状態において、該バイオセンサの第１電極及び第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、該第１電極と該第２電極との間に生じた電流値を測定する電流測定手段と、を備えてなるヘモグロビン測定装置。
2. 上記コール酸系界面活性剤が、コール酸、コール酸ナトリウム、コール酸メチルエステル、ケノデオキシコール酸、ケノデオキシコール酸ナトリウム、ジフェニルグリコール酸（ベンジル酸）、デオキシコール酸、デオキシコール酸ナトリウム、グリコケノデオキシコール酸ナトリウム、グリココール酸、グリココール酸ナトリウム、グリコデオキシコール酸、グリコデオキシコール酸ナトリウム、グリコール酸、グリコール酸ナトリウム、グリコリトコール酸ナトリウム、リトコール酸、チオグリコール酸ナトリウム、タウロコール酸ナトリウム、タウロデオキシコール酸ナトリウム、タウロウルソデオキシコール酸ナトリウム、ウルソデオキシコール酸ナトリウムおよびウルソデオキシコール酸からなる群から選択される少なくとも一つである請求項１に記載のヘモグロビン測定装置。
3. 請求項１または２に記載されたヘモグロビン測定装置を用いて血液中のヘモグロビン濃度を測定する方法であって、
   上記装置本体にバイオセンサを挿入した状態で、バイオセンサの試料空間にヒトから採取した血液を導入する工程を含むことを特徴とするヘモグロビン測定方法。
   
   

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