專利名稱：生物傳感器系統(tǒng)及分析物的濃度的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物傳感器及分析物的濃度測定方法。
背景技術(shù)：
以往，為了測定血液試樣中的分析物的濃度，例如測定血中葡萄糖濃度(血糖值)，使用便攜式生物傳感器系統(tǒng)，其具備具有運(yùn)算部的測定器、和在測定器中自由拆裝的傳感芯片。分析物的濃度是基于因借助以分析物作為底物的氧化還原酶的酶循環(huán)反應(yīng)而產(chǎn)生的氧化物(oxidized product)或還原物(reduced product)的量算出的。酶循環(huán)反應(yīng)的速度依賴于反應(yīng)進(jìn)行的環(huán)境的溫度(反應(yīng)溫度)。由此，提出過具備基于反應(yīng)溫度來修正分析物的濃度的功能的生物傳感器系統(tǒng)。反應(yīng)溫度例如由配置于測定器中的溫度傳感器來測定(專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-156469號公報專利文獻(xiàn)1的生物傳感器系統(tǒng)中，利用溫度傳感器來測定出測定器的內(nèi)部溫度。 這樣，所測定的溫度不會正確地反應(yīng)血液試樣的溫度。由此，在分析物濃度的測定中，會有產(chǎn)生誤差的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供難以產(chǎn)生由溫度變化造成的誤差的生物傳感器系統(tǒng)及濃度的測定方法。本發(fā)明的第一觀點(diǎn)的生物傳感器系統(tǒng)是使用氧化還原酶及電子媒介物來測定液體試樣內(nèi)的分析物的濃度的生物傳感器系統(tǒng)，具備傳感芯片、第一電壓施加部、濃度測定部和第二電壓施加部，上述傳感芯片具備毛細(xì)管，其被導(dǎo)入液體試樣，其高度比在生物傳感器系統(tǒng)的測定保障溫度的上限溫度下的上述分析物的擴(kuò)散距離及上述電子媒介物的擴(kuò)散距離的合計的最大值??；配置于上述毛細(xì)管內(nèi)的多個電極；配置于上述毛細(xì)管內(nèi)且包含電子媒介物的試劑層，上述第一電壓施加部對上述電極施加第一電壓，上述濃度測定部基于在施加上述第一電壓時在上述液體試樣中流動的電流值，測定上述分析物的濃度，上述第二電壓施加部在上述第一電壓的施加之前對上述電極施加第二電壓，以使上述濃度測定部中的測定結(jié)果受上述液體試樣的溫度的影響程度減小。另外，本發(fā)明的第二觀點(diǎn)的測定方法是使用氧化還原酶及電子媒介物來測定液體試樣內(nèi)的分析物的濃度的方法，由具有傳感芯片的生物傳感器系統(tǒng)執(zhí)行，上述傳感芯片具備毛細(xì)管，其被導(dǎo)入液體試樣，高度比生物傳感器系統(tǒng)的測定保障溫度的上限溫度下的上述分析物的擴(kuò)散距離及上述電子媒介物的擴(kuò)散距離的合計的最大值小；多個電極，它們配置于上述毛細(xì)管內(nèi)；試劑層，其配置于上述毛細(xì)管內(nèi)，包含電子媒介物，該方法包括第一電壓施加步驟，對上述電極施加第一電壓；電流檢測步驟，檢測在施加上述第一電壓時流動在上述液體試樣中的電流值；濃度測定步驟，基于上述電流值測定上述分析物的濃度；第二電壓施加步驟，為了使上述濃度測定部中的測定結(jié)果受上述液體試樣的溫度的影響程度減小，而在上述電流值的檢測之前，對上述電極施加第二電壓。本發(fā)明的生物傳感器系統(tǒng)及測定方法中，利用毛細(xì)管來限制液體試樣中的分析物因擴(kuò)散而能夠移動的距離。此外，通過在施加第一電壓之前，對電極施加第二電壓，而減少由溫度造成的測定結(jié)果的波動。


圖1是表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的生物傳感器系統(tǒng)的構(gòu)成的立體圖。圖2是圖1的生物傳感器系統(tǒng)中所含的傳感芯片的分解立體圖。圖3是圖2的傳感芯片的俯視圖。圖4是表示分析物及媒介物的擴(kuò)散距離的示意圖。圖5A是說明實(shí)施方式的傳感芯片中的毛細(xì)管的高度的圖。圖5B是說明其他實(shí)施方式的傳感芯片中的毛細(xì)管的高度的圖。圖6是表示圖1的生物傳感器系統(tǒng)的測定器101的內(nèi)部構(gòu)成的圖。圖7是表示圖1的生物傳感器系統(tǒng)的血液試樣的濃度測定方法的流程的一例的流程圖。圖8是表示血液試樣的濃度測定方法的流程的另一個例子的流程圖。圖9是表示血液試樣的濃度測定方法的流程的又一個例子的流程圖。圖IOA是表示對傳感芯片的電壓施加模式的一例的圖。圖IOB是表示對傳感芯片的電壓施加模式的另一例的圖。圖IOC是表示對傳感芯片的電壓施加模式的又一例的圖。圖IOD是表示對傳感芯片的電壓施加模式的又一例的圖。圖IlA是表示試樣的葡萄糖濃度為lOOmg/dL(毫克每分升)、開環(huán)電壓的施加及低電壓的施加都沒有執(zhí)行、施加電壓為250mV、毛細(xì)管的高度為150μπι時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖IlB是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖IlA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖IlC是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖IlA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖IlD是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖IlA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖12A是表示圖IlA 圖IlD的經(jīng)過8秒時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖12B是表示圖12A的各溫度條件下的響應(yīng)電流值的以21°C的響應(yīng)電流值為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。圖13A是表示試樣的葡萄糖濃度為400mg/dL、開環(huán)電壓的施加及低電壓的施加都沒有執(zhí)行、施加電壓為250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖13B是表示除了毛細(xì)管的高度為10 μ m以外與圖13A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖13C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖13A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。
圖13D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖13A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖14A是表示圖13A 圖13D的經(jīng)過8秒時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖14B是表示圖14A的各溫度條件下的響應(yīng)電流值的以21°C的響應(yīng)電流值為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。圖15A是表示通過將圖IlA的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖15B是表示通過將圖IlB的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖15C是表示通過將圖IlC的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖15D是表示通過將圖IlD的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖16A是表示圖15A 圖15D的經(jīng)過8秒時的電荷量的曲線圖。圖16B是表示圖16A的各溫度條件下的電荷量的以21°C的電荷量為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。圖17A是表示通過將圖13A的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖17B是表示通過將圖13B的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖17C是表示通過將圖13C的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖17D是表示通過將圖13D的響應(yīng)電流值的測定結(jié)果每隔0. 1秒地累計而得的電荷量的曲線圖。圖18A是表示圖17A 圖17D的經(jīng)過8秒時的電荷量的曲線圖。圖18B是表示圖18A的各溫度條件下的電荷量的以21°C的電荷量為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。圖19A是表示試樣的葡萄糖濃度為100mg/dL、電壓的施加條件為open (5 秒)-250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖19B是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖19A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖19C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖19A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖19D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖19A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖20A是表示圖19A 圖19D的經(jīng)過8秒時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖20B是表示圖20A的各溫度條件下的響應(yīng)電流值的以21°C的響應(yīng)電流值為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。圖21A是表示試樣的葡萄糖濃度為400mg/dL、電壓的施加條件為open (5秒)-250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖21B是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖21A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖21C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖21A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖21D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖21A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖22A是表示圖21A 圖21D的經(jīng)過8秒時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖22B是表示圖22A的各溫度條件下的響應(yīng)電流值的以21°C的響應(yīng)電流值為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。圖23A是表示試樣的葡萄糖濃度為40mg/dL、電壓的施加條件為open (1. 5 秒)-250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖2 是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖23A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖23C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖23A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖23D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖23A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖24A是表示除了試樣的葡萄糖濃度為155mg/dL以外與圖23A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖24B是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖24A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖24C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖24A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖24D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖24A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖25A是表示除了試樣的葡萄糖濃度為345mg/dL以外與圖23A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖25B是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖25A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖25C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖25A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖25D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖25A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖26A是表示除了試樣的葡萄糖濃度為600mg/dL以外與圖23A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖26B是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖26A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖26C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖26A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖26D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖26A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖27A是基于圖23A、圖24A、圖25A、以及圖26A表示毛細(xì)管的高度為150 μ m時的溫度、葡萄糖濃度、以及經(jīng)過5. 5秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖27B是基于圖23B、圖MB、圖25B、以及圖26B表示毛細(xì)管的高度為100 μ m時的溫度、葡萄糖濃度、以及經(jīng)過5. 5秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖27C是基于圖23C、圖MC、圖25C、以及圖^C表示毛細(xì)管的高度為59 μ m時的溫度、匍萄糖濃度、以及經(jīng)過5. 5秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖27D是基于圖23D、圖MD、圖25D、以及圖26D表示毛細(xì)管的高度為33 μ m時的溫度、葡萄糖濃度、以及經(jīng)過5. 5秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖28A是表示試樣的葡萄糖濃度為40mg/dL、電壓的施加條件為open (3 秒)-250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖28B是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖28A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖28C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖28A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖28D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖28A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖29A是表示除了試樣的葡萄糖濃度為155/dL以外與圖28A相同條件下(電壓的施加條件為0 611(3秒)-2501^、毛細(xì)管的高度為150μπι)的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖29Β是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖29A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖29C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖29A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖29D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖29A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖30A是表示除了試樣的葡萄糖濃度為345mg/dL以外與圖28A相同條件下(電壓的施加條件為0 611(3秒)-2501^、毛細(xì)管的高度為150μπι)的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖30Β是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖30A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖30C是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖30A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖30D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖30A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。
圖31A是表示除了試樣的葡萄糖濃度為600mg/dL以外與圖28A相同條件下(電壓的施加條件為0 611(3秒)-2501^、毛細(xì)管的高度為150μπι)的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖3IB是表示除了毛細(xì)管的高度為100 μ m以外與圖31Α相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖31C是表示除了毛細(xì)管的高度為59m以外與圖31A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖31D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖31A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖32A是基于圖28A、圖^A、圖30A、以及圖31A表示毛細(xì)管的高度為150 μ m時的溫度、葡萄糖濃度、以及經(jīng)過7秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖32B是基于圖^B、圖^B、圖30B、以及圖31B表示毛細(xì)管的高度為100 μ m時的溫度、葡萄糖濃度、以及經(jīng)過7秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖32C是基于圖^C、圖^C、圖30C、以及圖31C表示毛細(xì)管的高度為59 μ m時的溫度、葡萄糖濃度、以及經(jīng)過7秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖32D是基于圖^D、圖^D、圖30D、以及圖31D表示毛細(xì)管的高度為33 μ m時的溫度、葡萄糖濃度、以及經(jīng)過7秒時(從開始施加250mV的電壓起4秒后)的電流值的關(guān)系的曲線圖。圖33A是表示試樣的葡萄糖濃度為100mg/dL、開環(huán)電壓的施加及低電壓的施加都沒有執(zhí)行、施加電壓為250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖3 是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖33C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖33D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖3A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖34A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖34B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖34C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖34D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖35A是表示除了電壓的施加條件為open(l秒)_250mV以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖35B是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ mm以外與圖35A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖35C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖35A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖35D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖35A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖36A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖35A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖36B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖35A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖36C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖35A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖36D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖35A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖37A是表示除了電壓的施加條件為opend. 5秒)-250mV以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖37B是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖37A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖37C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖37A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖37D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖37A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖38A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖37A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖38B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖37A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖38C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖37A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖38D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖37A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖39A是表示除了電壓的施加條件為openO秒)_250mV以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖39B是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖39A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖39C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖39A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖39D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖39A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖40A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖39A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。
圖40B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖39A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖40C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖39A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖40D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖39A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖41A是表示除了電壓的施加條件為open (3秒)_250mV以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖41B是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖41A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖41C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖4IA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖41D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖41A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖42A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖4IA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖42B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖41A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖42C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖4IA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖42D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖41A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖43A是表示除了電壓的施加條件為openG秒)_250mV以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖4 是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖43A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖43C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖43A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖43D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖43A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖44A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖43A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖44B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖43A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖44C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖43A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖44D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖43A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖45A是表示除了電壓的施加條件為open(5秒)_250mV以外與圖33A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖45B是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖45A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖45C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖45A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖45D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖45A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖46A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖45A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖46B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖45A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖46C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖45A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖46D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖45A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖47A是表示試樣的葡萄糖濃度為100mg/dL、開環(huán)電壓的施加及低電壓的施加都沒有執(zhí)行、施加電壓為250mV、毛細(xì)管的高度為10411111、在51、141、301、以及381下測定出的各響應(yīng)電流值的以21°C的響應(yīng)電流值為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150 μ m以外在相同條件下得到的波動。圖47B是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖47A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖47C是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖47Α相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖47D是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖47A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150 μ m以外在相同條件下得到的波動。圖48A是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖47A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖48Β是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖47A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖48C是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖47A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖49Α是表示試樣的葡萄糖濃度為100mg/dL、電壓的施加條件為open (2 秒)-250mV、毛細(xì)管的高度為104 μ m、在5°C、14°C、30°C、以及38°C下測定出的各響應(yīng)電流值的以21°C的響應(yīng)電流值為基準(zhǔn)時的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150 μ m以外相同條件下得到的波動。圖49B是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖49A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖49C是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖49Α相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖49D是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖49A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖50Α是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖49A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150 μ m以外在相同條件下得到的波動。圖50B是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖49A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖50C是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖49A相同條件下的響應(yīng)電流值的波動的曲線圖。作為比較對照，表示出除了毛細(xì)管的高度為150μπι以外在相同條件下得到的波動。圖51Α是表示試樣的匍萄糖濃度為100mg/dL、電壓的施加條件為open (3 秒)-250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖5IB是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖51A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖51C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖51A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖51D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖51A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖52A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖5IA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖52B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖51A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖52C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖5IA相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖52D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖51A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖53A是表示試樣的葡萄糖濃度為100mg/dL、電壓的施加條件為OmV (3 秒)-250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖5 是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖53A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖53C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖53A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖3D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖53A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖54A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖53A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖54B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖53A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖54C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖53A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖54D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖53A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖55A是表示試樣的葡萄糖濃度為100mg/dL、電壓的施加條件為250mV (1 秒)-open O秒)_250mV、毛細(xì)管的高度為150 μ m時的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖55B是表示除了毛細(xì)管的高度為104 μ m以外與圖55A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖55C是表示除了毛細(xì)管的高度為90 μ m以外與圖55A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖55D是表示除了毛細(xì)管的高度為82 μ m以外與圖55A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖56A是表示除了毛細(xì)管的高度為69 μ m以外與圖55A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖56B是表示除了毛細(xì)管的高度為59 μ m以外與圖55A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖56C是表示除了毛細(xì)管的高度為49 μ m以外與圖55A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。圖56D是表示除了毛細(xì)管的高度為33 μ m以外與圖55A相同條件下的響應(yīng)電流值的曲線圖。
具體實(shí)施例方式對使用了本發(fā)明的一個實(shí)施方式的傳感芯片200的生物傳感器系統(tǒng)100說明如下。1.生物傳感器系統(tǒng)的構(gòu)成本實(shí)施方式的生物傳感器系統(tǒng)100是包括進(jìn)行液體試樣中所含的分析物的濃度測定的傳感器的系統(tǒng)。如圖1所示，生物傳感器系統(tǒng)100具有測定器101和傳感芯片200。所謂液體試樣，并不限定于特定的試樣，可以使用血液、汗、尿等來源于生物體的液體試樣(生物體試樣)；河水、海水、湖水等來源于環(huán)境的液體試樣；以及來源于食品的液體試樣等各種試樣。生物傳感器系統(tǒng)100優(yōu)選適用于生物體試樣，特別優(yōu)選適用于血液。
另外，分析物(成為測定的對象的物質(zhì))也不限定于特定的物質(zhì)，可以通過變更傳感芯片200中的后述試劑層20中的酶等來應(yīng)對各種物質(zhì)。作為血液試樣的分析物，可以舉出除血細(xì)胞以外的物質(zhì)，例如葡萄糖、白蛋白、乳酸、膽紅素以及膽固醇。測定器101中，在其側(cè)壁面具有作為矩形的孔的安裝口 102。在安裝口 102處，以自由拆裝的狀態(tài)連接有傳感芯片200。在測定器101的一個主面的大致中央部，配置有顯示測定結(jié)果的顯示部103。而且，對于測定器101的構(gòu)成，將在后段詳述。2.傳感芯片2-1.傳感芯片的構(gòu)成傳感芯片200是每使用1次就廢棄的一次性的傳感芯片。如圖2及圖3所示，傳感芯片200具備絕緣基板201、間隔件202、以及外罩203。外罩203被夾隔著間隔件202配置于絕緣基板201上。絕緣基板201、間隔件202以及外罩203例如利用粘接或熱熔接等而被一體化。作為絕緣基板201、間隔件202以及外罩203的材料，可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲醛、單體澆注尼龍、聚對苯二甲酸丁二醇酯、甲基丙烯酸樹脂及ABS樹脂之類的樹脂，還可以使用玻璃。傳感芯片200還具備毛細(xì)管40。毛細(xì)管40保持液體試樣。毛細(xì)管40由間隔件 202的缺口部204構(gòu)成。毛細(xì)管40是在傳感芯片200的長邊方向較長的形狀。毛細(xì)管40 在間隔件202的一個端部(圖2、圖3中的左側(cè)的端部)，與傳感芯片200的外部相通。換言之，傳感芯片200具備朝向外部開口的導(dǎo)入口 17，連通毛細(xì)管40與導(dǎo)入口 17連接。導(dǎo)入毛細(xì)管40的液體試樣的體積例如為1 μ 1以下。在絕緣基板201的表面上，設(shè)有3個電極11 13。有時將電極11稱為作用電極， 將電極12稱為對電極，將電極13稱為探測電極。電極11 13的各自的一部分配置于毛細(xì)管40內(nèi)。電極11 13被配置為，從導(dǎo)入口 17朝向毛細(xì)管40的里部依次排列對電極12、 作用電極11、對電極12、探測電極13。也就是說，圖5Α中，各電極在絕緣基板201的平面方向被相互面對地配置。但是，如圖5Β所示，作用電極11、對電極12以及探測電極13也可以立體地配置。 例如，也可以將對電極12在外罩203的下面設(shè)于與毛細(xì)管40相面對的位置，將作用電極11 及探測電極13配置于絕緣基板201上。而且，在傳感芯片200中，電極11 13的數(shù)目沒有特別限定。各電極的數(shù)目也可以是2個以上。電極11 13的材料也可以是鈀、鉬、金、銀、鈦、銅、鎳以及碳等公知的導(dǎo)電性材料。另夕卜，電極11、12以及13分別與引線110、120以及130連結(jié)。引線110、120以及 130設(shè)于絕緣基板201上。絕緣基板201的一端沒有被間隔件202及外罩203覆蓋。引線 110、120以及130的一端在絕緣基板201的未被覆蓋的一端向傳感芯片200的外部露出。 測定器101借助引線110、120以及130向電極11、12以及13施加電壓。在外罩203中，在與形成毛細(xì)管40的缺口部204的里側(cè)(與導(dǎo)入口 17相反的一側(cè))相面對的位置設(shè)有抽空氣口 16。通過設(shè)置抽空氣口 16，導(dǎo)入毛細(xì)管40的液體試樣就會因毛細(xì)管現(xiàn)象向由電極11 13及試劑層20構(gòu)成的檢測部律速地流動。像這樣，抽空氣口 16可靠地實(shí)現(xiàn)作為生物體試樣的血液試樣的點(diǎn)樣，并且使測定的穩(wěn)定性提高。另外，毛細(xì)管40的內(nèi)部的面也可以進(jìn)行親水性的處理或由親水性材料形成。這樣，液體試樣的點(diǎn)樣(導(dǎo)入)就會變得容易，可靠性進(jìn)一步提高。在絕緣基板201與間隔件202之間，在電極11 13上，載置有試劑層20。試劑層20是通過將含有電解質(zhì)的試劑預(yù)先涂布于絕緣基板201上而形成的。試劑層20以將絕緣基板201上的電極11、12及13重疊的部分覆蓋的方式形成。試劑層20 含有以液體試樣中的分析物作為底物的氧化還原酶和電子媒介物(以下有時簡稱為“媒介物，，)。作為合適的酶，可以使用以分析物作為底物的氧化還原酶。作為此種酶的例子，在分析物是葡萄糖的情況下，可以舉出葡萄糖氧化酶、或匍萄糖脫氫酶，在分析物是乳酸的情況下，可以舉出乳酸氧化酶、或乳酸脫氫酶，在分析物是膽固醇的情況下，可以舉出膽固醇酯酶、或膽固醇氧化酶，在分析物是醇的情況下，可以舉出醇氧化酶，在分析物是膽紅素的情況下，可以舉出膽紅素氧化酶等。酶并不限定于這些，可以根據(jù)分析物適當(dāng)?shù)剡x擇。而且， 作為分析物，除了這些以外，還可以舉出甘油三酯、尿酸等。媒介物是具有將在酶反應(yīng)中產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)交給電極的功能的物質(zhì)。作為合適的媒介物，例如可以使用選自鐵氰化鉀、對苯醌、對苯醌衍生物、氧化型吩嗪硫酸甲酯、亞甲基藍(lán)、二茂鐵鹽及二茂鐵鹽衍生物等中的至少一種。試劑層中的氧化還原酶的量根據(jù)酶的種類等的不同而不同，然而一般來說，優(yōu)選為0. 01 100單位(U)，更優(yōu)選為0. 05 10U，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 1 5U。為了提高試劑層的成形性，試劑層20也可以含有水溶性高分子化合物。水溶性高分子化合物可以是選自羧甲基纖維素及其鹽；羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素、 乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、羧乙基纖維素及其鹽；聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、多聚賴氨酸等聚氨基酸；聚苯乙烯磺酸及其鹽；明膠及其衍生物；聚丙烯酸及其鹽；聚甲基丙烯酸及其鹽；淀粉及其衍生物；馬來酸酐聚合物及其鹽；瓊脂糖凝膠及其衍生物中的至少一種。2-2.毛細(xì)管40的高度導(dǎo)入了液體試樣的毛細(xì)管40內(nèi)的體系成為包含液體和在液體中擴(kuò)散的擴(kuò)散物 (分析物及媒介物等)的擴(kuò)散系。可以將液體改稱為擴(kuò)散介質(zhì)或分散介質(zhì)。液體中的各擴(kuò)散物的擴(kuò)散距離d由下式(1)表示。d = ^/ Τ ( i )ζ 常數(shù)D 擴(kuò)散系數(shù)t:時間作為常數(shù)z，可以選擇任意的值。常數(shù)ζ可能隨著實(shí)驗(yàn)條件而變更，另外，常數(shù)ζ可能隨著擴(kuò)散物擴(kuò)散的距離的分布的定義而變更。一般來說，常數(shù)ζ多設(shè)定在1 < ζ < 4的范圍中。更具體來說，常數(shù)ζ也可以作為1、2、π或4來定義。由于在電化學(xué)的領(lǐng)域中，作為一例有作為ζ = π使用的情況，因此以下采用ζ = π的情況進(jìn)行說明。另外，擴(kuò)散系數(shù)D由斯托克斯-愛因斯坦的關(guān)系式(下式O))表示。
權(quán)利要求
1.一種生物傳感器系統(tǒng)，其是使用氧化還原酶及電子媒介物來測定液體試樣內(nèi)的分析物的濃度的生物傳感器系統(tǒng)，其特征在于，具備傳感芯片、第一電壓施加部、濃度測定部和第二電壓施加部，所述傳感芯片具備毛細(xì)管，其被導(dǎo)入液體試樣，其高度比在生物傳感器系統(tǒng)的測定保障溫度的上限溫度下的所述分析物的擴(kuò)散距離及所述電子媒介物的擴(kuò)散距離的合計的最大值?。慌渲糜谒雒?xì)管內(nèi)的多個電極；配置于所述毛細(xì)管內(nèi)且包含所述電子媒介物的試齊Ll層，所述第一電壓施加部對所述電極施加第一電壓，所述濃度測定部基于施加所述第一電壓時在所述液體試樣中流動的電流值，測定所述分析物的濃度，所述第二電壓施加部在所述第一電壓的施加之前對所述電極施加第二電壓，以使所述濃度測定部中的測定結(jié)果受所述液體試樣的溫度的影響程度減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述傳感芯片的毛細(xì)管的高度比在生物傳感器系統(tǒng)的測定保障溫度的下限溫度求出的所述分析物的擴(kuò)散距離及所述電子媒介物的擴(kuò)散距離的合計的最大值小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述傳感芯片的毛細(xì)管的高度是基于以下式(i)分別表示的所述分析物及所述電子媒介物的擴(kuò)散距離設(shè)定的，d 二 ^z D t( i )其中，d表示擴(kuò)散距離，ζ表示任意選擇的常數(shù)，D表示擴(kuò)散系數(shù)，t表示時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述式⑴中的常數(shù)ζ滿足 1彡ζ彡4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述第二電壓施加部通過施加所述第二電壓而在所述電子媒介物中蓄積電子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述第二電壓施加部施加開環(huán)電壓作為所述第二電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述第一電壓施加部施加正極性的電壓作為所述第一電壓，所述第二電壓施加部施加比所述第一電壓低的電壓作為所述第二電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述濃度測定部具有將所述電流值與所述分析物的濃度加以對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線或表格，并且即使所述液體試樣的溫度變動，也會基于相同的所述標(biāo)準(zhǔn)曲線或表格而算出所述分析物的濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述濃度測定部基于從所述第二電壓的施加開始起經(jīng)過時間為10秒以下的時間點(diǎn)處的電流值，測定所述分析物的濃度，所述傳感芯片的所述毛細(xì)管的高度為90 μ m以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的生物傳感器系統(tǒng)，其中，所述電極分別配置于所述毛細(xì)管的高度方向上相互面對的2個面。
11.一種測定方法，其是使用氧化還原酶及電子媒介物來測定液體試樣內(nèi)的分析物的濃度的方法，其特征在于，由具有傳感芯片的生物傳感器系統(tǒng)執(zhí)行，所述傳感芯片具備毛細(xì)管，其被導(dǎo)入液體試樣，其高度比在生物傳感器系統(tǒng)的測定保障溫度的上限溫度下的所述分析物的擴(kuò)散距離及所述電子媒介物的擴(kuò)散距離的合計的最大值??；配置于所述毛細(xì)管內(nèi)的多個電極；配置于所述毛細(xì)管內(nèi)且包含電子媒介物的試劑層，該測定方法包括第一電壓施加步驟，對所述電極施加第一電壓；電流檢測步驟，對施加所述第一電壓時在所述液體試樣中流動的電流值進(jìn)行檢測；濃度測定步驟，基于所述電流值測定所述分析物的濃度；第二電壓施加步驟，在所述電流值的檢測之前對所述電極施加第二電壓，以使所述濃度測定部中的測定結(jié)果受所述液體試樣的溫度的影響程度減小。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測定方法，其中，所述第二電壓被設(shè)定為利用所述第二電壓的施加在所述電子媒介物中蓄積電子的方式。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的測定方法，其中，所述第二電壓為開環(huán)電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求11 13中任項(xiàng)所述的測定方法，其中，所述第一電壓是正極性的電壓，所述第二電壓是比所述第一電壓低的電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求11 14中任一項(xiàng)所述的測定方法，其中，所述濃度測定步驟包括如下的算出步驟使用將所述電流值與所述分析物的濃度加以對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線或表格，即使所述液體試樣的溫度變動，也會基于相同的所述標(biāo)準(zhǔn)曲線或表格，算出所述分析物的濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11 15中任一項(xiàng)所述的測定方法，其中，所述傳感芯片的所述毛細(xì)管的高度為90 μ m以下，在所述濃度測定步驟中，基于從所述第二電壓的施加開始起經(jīng)過時間為10秒以下的時間點(diǎn)處的電流值，測定所述分析物的濃度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生物傳感器系統(tǒng)，可以具備傳感芯片及測定器。傳感芯片具備毛細(xì)管以及配置于毛細(xì)管內(nèi)的電極。毛細(xì)管的高度被設(shè)定為，比在生物傳感器系統(tǒng)的測定保障溫度的上限溫度下的分析物的擴(kuò)散距離與電子媒介物的擴(kuò)散距離的合計的最大值小。測定器在濃度測定前，對傳感芯片的電極施加開環(huán)電壓或比濃度測定時低的電壓等。
文檔編號G01N27/26GK102414558SQ20108001788
公開日2012年4月11日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者內(nèi)山素記 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社