JP2009178367A - バイオセンサ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性接触端子のヘタリに起因する接触不良が生じ難いバイオセンサ測定装置を提供し、センサチップの電気接続信頼性を向上させる。
【解決手段】バイオセンサチップ６５又は補正チップ５３が選択的に挿入される接続部挿入空間９３を有するコネクタハウジング８９と、接続部挿入空間９３内に配置されて電気接触部６７，８５に電気的に導通する弾性接触端子８１と、を有するコネクタ６１が設けられたバイオセンサ測定装置であって、弾性接触端子８１が、コネクタハウジング８９に支持固定される基端固定部と、接触部挿入空間９３に突出して対向内壁１０９に近接配置されるように屈曲形成された中間接触部１０７と、対向内壁１０９に接近する方向に付勢されて所定の予圧力でコネクタハウジング６１の支持部１１１に当接する先端当接部１１３と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明はバイオセンサ測定装置に関し、特に、採取した試料の付着するバイオセンサチップ等を装着することにより試料中の例えばブドウ糖のような特定成分を測定するバイオセンサ測定装置に関する。

近年、糖尿病の早期発見・悪化防止のため、日常の血糖値の変動をモニタリングする自己血糖測定が推奨されている。自己血糖測定にはランセット、センサチップ、測定装置が用いられる。自己血糖測定は、１日複数回行われることがあることから測定が容易に行えることが望ましい。

図６は特許文献１に記載されているランセット一体型のバイオセンサの外観斜視を（ａ）、分解斜視を（ｂ）に表した構成図である。
図６に示すように、ランセット一体型のバイオセンサ１１は、センサチップ（チップ本体）１３、ランセット１５及び保護カバー１７を有してなる。チップ本体１３は、カバー１９と基板２１とを開閉可能に有しており、カバー１９の内面には内部空間２３が形成されている。内部空間２３は、ランセット１５を移動可能に収納できる形状をしている。

ランセット１５の先端に設けられている穿刺用器具（針）２５は、ランセット１５の移動に伴って、チップ本体１３の内部空間２３の前端部に形成されている開口部２７から出没可能となっている。
内部空間２３の形状は、突起２９が位置する端部において、その幅がランセット１５より若干狭くなるよう湾曲しており、互いの押圧力や摩擦力によってランセット１５がチップ本体１３に係止されるようになっている。

保護カバー１７は針２５を挿嵌する管部３１を有しており、針２５の移動に伴って管部３１もチップ本体１３の内部に収納可能となっている。
従って、使用前の状態では、保護カバー１７を針２５に被せて、針２５を保護するとともに誤って使用者を傷付けないようになされている。なお、基板２１には、一対の電極端子３３，３３が設けられており、バイオセンサ測定装置（図示省略）に設けられたコネクタを介して計測手段に電気的に接続できるようになっている。

このように構成されたランセット一体型のバイオセンサ１１は、使用時に、保護カバー１７を外して、ランセット１５を押して針２５をチップ本体１３から突出させる。この状態で被検体を穿刺した後、針２５をチップ本体１３内部に収納し、チップ本体１３の前端に設けられている開口部２７を被検体の穿刺口に近づけて、流出した血液を採取する。

ところで、前述したようなランセット一体型のバイオセンサ１１においては、製造ロット間にバラツキの生じることがある。このバラツキには、例えば検知電極の電気抵抗のバラツキや試薬塗布のバラツキ等がある。このようなバイオセンサ１１のバラツキは、例えば血糖値を測定する場合の検量線（測定機検出電流値に基づく血糖値変換式）に影響を及ぼす。このため、市販されるバイオセンサ１１には、使用開始時、バイオセンサ１１と同梱された（検量線情報の記録された）補正チップ３５（図７参照）をバイオセンサ測定装置に挿入することで、補正が行われる製品もある。

ＷＯ０２−０５６７６９号公報

しかしながら、上記バイオセンサ１１の電極端子３３，３３に設けられた電気接触部３７が、図７に示すバイオセンサ測定装置のコネクタ３９に繰り返し着脱されると、弾性変形を繰り返すコネクタ内の弾性接触端子４１に金属疲労に起因するヘタリが発生し、電気接触部３７との接触位置に変位が生じる可能性がある。すなわち、本来の接触位置より徐々に離反した位置に変位する。

更に、補正チップ３５には、バイオセンサ１１の厚みＴよりも厚みｔが厚く（Ｔ＜ｔ）設定される製品もある。そのため、厚い補正チップ３５の挿入の繰り返しにより変形が生じて電気接触部３７との接触位置に変位が生じた弾性接触端子４１は、特に薄厚のバイオセンサ１１の電気接触部４３に対する接触圧が不十分となり、バイオセンサ１１に対する電気的な接触が不安定になり易いという問題があった。

従って、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、弾性接触端子のヘタリに起因する接触不良が生じ難いバイオセンサ測定装置を提供し、センサチップの電気接続信頼性の向上を図ることを目的とする。

本発明に係る上記目的は、センサチップの電気接触部が挿入される接触部挿入空間を有するコネクタハウジングと、前記接触部挿入空間内に配置されて前記電気接触部に電気的に導通する弾性接触端子と、を有するコネクタが設けられたバイオセンサ測定装置であって、
前記弾性接触端子が、前記コネクタハウジングに支持固定される基端固定部と、前記接触部挿入空間に突出して対向内壁に近接配置されるように屈曲形成された中間接触部と、前記対向内壁に接近する方向に付勢されて所定の予圧力で前記コネクタハウジングに当接する先端当接部と、を備えることを特徴とするバイオセンサ測定装置により達成される。

上記構成のバイオセンサ測定装置によれば、センサチップの電気接触部がコネクタの接触部挿入空間に挿入されると、弾性接触端子の中間接触部が前記電気接触部に電気的に弾性接触する。この時、弾性接触端子の予圧力は、先端当接部を介してコネクタハウジングに支持されており、電気接触部に接触する中間接触部には直接作用しない。そこで、センサチップの挿入抵抗を低く抑えることができる。

そして、センサチップの電気接触部がコネクタに繰り返し着脱されると、弾性変形を繰り返す弾性接触端子に金属疲労に起因するヘタリが発生し、予圧力が徐々に減少するが、この予圧力が完全に消失した時点で、予圧力の付与されていない従来構造のコネクタと同等の接触圧となる。つまり、予圧力が消失するまでの時間分、従来構造のコネクタに比べ、ヘタリに起因する接触不良が発生するまでの時間を遅延させることができる。

また、上記構成のバイオセンサ測定装置において、前記弾性接触端子における前記先端当接部と前記中間接触部との間には、前記接触部挿入空間の挿入口に向かうにしたがって前記対向内壁から徐々に離反する案内傾斜部が形成されることが望ましい。

このような構成のバイオセンサ測定装置によれば、センサチップの電気接触部が接触部挿入空間の挿入口に挿入されると、その先端が案内傾斜部に当たり、さらに電気接触部が挿入されることで、先端が案内傾斜部に摺接しながら弾性接触端子を対向内壁から離反方向へ変形させる。これにより、良好な摺接状態を維持しながらスムースな挿入が可能となる。

また、上記構成のバイオセンサ測定装置において、前記弾性接触端子の材料にベリリウム銅合金を用いることが望ましい。
即ち、ベリリウム銅合金は常温下での強度が高く、磁化し難く、打撃を受けても火花が出ない特徴を持つ。このためベリリウム銅合金を弾性接触端子に用いると耐久性が高まる。なお、ベリリウム銅合金は純銅に近い電気伝導性があるため、コネクタ端子の材料として適している。

また、上記構成のバイオセンサ測定装置において、前記弾性接触端子の接触面に０．３μｍ厚以上の金メッキを施すことが望ましい。
即ち、金は柔らかい金属であるため、金メッキ処理を行うことで、端子の接触が良くなる。また、金は安定しているため酸化し難いメリットもある。

本発明に係るバイオセンサ測定装置によれば、基端固定部がコネクタハウジングに支持固定されるとともに、屈曲形成された中間接触部が接触部挿入空間に突出して対向内壁に近接配置され、且つ先端当接部が所定の予圧力で対向内壁に接近する方向に付勢されてコネクタハウジングに当接する弾性接触端子を有するコネクタが設けられている。
そこで、センサチップの電気接触部の繰り返し着脱に伴う弾性接触端子の金属疲労により、予圧力が消失するまでの時間分、予圧力の付与されていない従来コネクタに比べてヘタリに起因する接触不良を遅延させることができる。特に、薄厚の補正チップに対する良好な接触圧を長期間に渡って維持することができる。この結果、バイオセンサチップおよび補正チップ等のセンサチップの電気接続信頼性を向上させることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るバイオセンサ測定装置の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明に係るバイオセンサ測定装置の概略構成を表した模式図、図２はバイオセンサチップを（ａ）〜（ｃ）、補正チップを（ｄ）で表した模式図である。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、下記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施形態によるバイオセンサ測定装置１００は、図１に示すように、選択的に装着されるセンサチップであるバイオセンサカートリッジ５１又は補正チップ５３（図２参照）に電気的に接続して採取した試料（血液）の情報、或いは較正情報を得る測定器５５を有する。測定器５５は、電源５７、制御装置５９、コネクタ６１および表示部６３を備え、これらが相互に接続される。

コネクタ６１は、センサチップ後端の電気接触部６７に露出している電極６９（図２参照）に電気的に接続される。なお、本実施形態によるバイオセンサ測定装置１００では、穿刺用器具７１を備えた穿刺具７３とバイオセンサチップ６５とを一体にしたバイオセンサカートリッジ５１が装着される構成を例示するが、本発明に係るバイオセンサ測定装置は、試薬の設けられたバイオセンサチップ６５のみを装着し、穿刺を行わずに試薬の電気特性を検出して血液の特定成分を測定するものであってもよい。

そして、バイオセンサ測定装置１００は、バイオセンサカートリッジ５１を装着し、バイオセンサカートリッジ５１の電極６９に接続して特定成分の情報を得ることに加え、上記補正チップ５３を装着することにより検出電気特性を較正する情報も得られるようになっている。

ここで、センサチップとしてのバイオセンサチップ６５及び補正チップ５３についてさらに説明する。
先ず、バイオセンサチップ６５は、試料（例えば血液）中の特定成分と反応する試薬が設けられ、電極６９にて試薬の電気特性が検出される。電極６９には測定器５５のコネクタ６１が電気的に接続される。測定器５５は、試料と試薬の反応により発生した電流を制御装置５９に入力することで、特定成分を計測し、その結果を表示部６３に表示する。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、バイオセンサチップ６５は、互いに対向する２枚の絶縁基板（以下、単に「基板」とも称す。）７５，７７と、これら基板７５，７７に挟装されるスペーサ層７９とを積層してなる。２枚の基板７５，７７の少なくとも１枚の基板７５におけるスペーサ層側の表面には、複数（本実施の形態では５つ）の電極６９が設けられている。

バイオセンサチップ６５の先端部には、スペーサ層７９を挟む２枚の基板７５，７７により中空反応部（図示せず）が形成され、この中空反応部の先端は採取した血液を導入する試料採取口（図示せず）となって開口している。
中空反応部では、２つの電極６９，６９が相互に向かい合ってＬ字状に曲げられ、平行な対向電極となって離間される。この対向電極部の直上或いは近傍に、例えば酵素とメディエータを固定化し血液中のグルコースと反応して電流を発生する試薬が設けられている。つまり、中空反応部は、試料採取口から採取入された血液等の試料が、試薬と生化学反応する部分となる。

基板７５，７７およびスペーサ層７９の材質としては、絶縁性材料のフィルムが選ばれ、絶縁性材料としては、セラミックス、ガラス、紙、生分解性材料（例えば、ポリ乳酸微生物生産ポリエステル等）、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂、ＵＶ硬化樹脂等のプラスチック材料を例示することができる。機械的強度、柔軟性、およびチップの作製や加工の容易さ等から、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック材料が好ましい。代表的なＰＥＴ樹脂としては、メリネックスやテトロン（以上、商品名、帝人デュポンフィルム株式会社製）、ルミラー（商品名、東レ株式会社製）等が挙げられる。

試薬としては、例えばグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）が挙げられる。また、検体の採血負担を考慮すると、中空反応部の容積は１μＬ（マイクロリットル）以下が好ましく、特に３００ｎＬ（ナノリットル）以下であることが好ましい。このような微小な中空反応部であると、穿刺用器具の直径は小さくても検体の充分な血液量が採取可能となる。

上記バイオセンサチップ６５は、電気接触部６７がコネクタ６１に挿入されると、電極６９に弾性接触端子８１が接触する。これにより、弾性接触端子８１に接続された信号配線８３を介して制御装置５９へ検出値が送られるようになっている。

一方、図２（ｄ）に示す補正チップ５３には、同梱されるバイオセンサカートリッジ５１のチップ情報が含まれる。このチップ情報としては、例えば、製造ロット情報（製造年月日、製造数等）、試薬種類、電極材料、電極抵抗値等が挙げられる。これらの情報が適宜、制御装置５９にて較正値として利用される。
補正チップ５３の後端には電気接触部８５が設けられ、電気接触部８５には上記チップ情報を検出するための複数の電極８７が設けられている。この補正チップ５３も、電気接触部８５がコネクタ６１に挿入されると、電極８７に弾性接触端子８１が接触する。これにより、弾性接触端子８１に接続された信号配線８３を介して制御装置５９へチップ情報検出値が送られるようになっている。

ところで、本実施形態においては、バイオセンサチップ６５の厚みＴが、補正チップ５３の厚みｔより厚く（Ｔ＞ｔ）形成されている。したがって、バイオセンサチップ６５が装着されるコネクタ６１の接触部挿入空間は、補正チップ５３の装着も可能としている。

図３は図１に示したコネクタの斜視を（ａ）、そのＡ−Ａ矢視を（ｂ）に表した構成部材説明図である。
図３に示すように、コネクタ６１のコネクタハウジング８９には、バイオセンサカートリッジ５１又は補正チップ５３における電気接触部６７，８５が挿入される扁平矩形状の挿入口９１が開口され、挿入口９１はコネクタハウジング８９の内部に形成された接触部挿入空間９３に連通する。

接触部挿入空間９３には複数の端子収容空間９５が区画形成され、各端子収容空間９５はそれぞれ弾性接触端子８１を収容している。端子収容空間９５は、先端部が透孔９７となってコネクタハウジング８９の前面９９に開口されるとともに、後端部が端子導出口１０１となってコネクタハウジング８９の後面１０３に開口される。

本実施形態の弾性接触端子８１は、図３（ｂ）に示すように、コネクタハウジング８９に支持固定される基端固定部１０５と、接触部挿入空間９３に突出して対向内壁１０９に近接配置されるように屈曲形成された中間接触部１０７と、対向内壁１０９に接近する方向に付勢されて所定の予圧力でコネクタハウジング８９に当接する先端当接部１１３と、を備える。

弾性接触端子８１の基端固定部１０５は、端子導出口１０１から導出された状態でコネクタハウジング８９に支持固定されている。この基端固定部１０５の端部には、上記信号配線８３が接続される。
略Ｖ字状に屈曲形成された中間接触部１０７は、図中上方より接触部挿入空間９３を横断して図中下方の対向内壁１０９に近接配置され、適宜接触している。

コネクタハウジング８９の透孔９７と挿入口９１との間には、支持部１１１が形成されている。弾性接触端子８１の先端当接部１１３は、対向内壁１０９に接近する方向に付勢されて所定の予圧力（プリロード）で支持部１１１に当接している。

更に、弾性接触端子８１における先端当接部１１３と中間接触部１０７との間には、接触部挿入空間９３の挿入口９１に向かうにしたがって対向内壁１０９から徐々に離反する案内傾斜部１１５が形成されている。
そこで、バイオセンサカートリッジ５１又は補正チップ５３における電気接触部６７，８５が接触部挿入空間９３の挿入口９１に挿入されると、その先端が案内傾斜部１１５に当たり、さらに電気接触部６７，８５が挿入されることで、先端が案内傾斜部１１５に摺接しながら弾性接触端子８１を対向内壁１０９から離反方向へ変形させる。これにより、良好な摺接状態を維持しながらスムースな挿入が可能となっている。

また、略Ｖ字状に折曲された中間接触部１０７の折曲先端は、曲線状に屈曲したＲ部１１７を備えている。上記電気接触部６７，８５の挿入先端が中間接触部１０７のＲ部１１７に接触することで、電気接触部６７，８５に対する電気的接触性と、電気接触部６７，８５の挿入性とがより良好となる。

尚、弾性接触端子８１の材料には、ベリリウム銅合金を用いることが望ましい。即ち、ベリリウ銅合金は常温下での強度が高く、磁化し難く、打撃を受けても火花が出ない特徴を持つ。このためベリリウム銅合金を弾性接触端子８１に用いると耐久性が高まる。なお、ベリリウム銅合金は純銅に近い電気伝導性があるため、コネクタ端子の材料として適している。
更に、弾性接触端子８１の接触面に０．３μｍ厚以上の金メッキを施すことが望ましい。即ち、金は柔らかい金属であるため、金メッキ処理を行うことで、端子の接触が良くなる。また、金は安定しているため酸化し難いメリットもある。

次に、上記構成のバイオセンサ測定装置１００の作用を説明する。
図４はバイオセンサチップの挿入されたコネクタを（ａ）、補正チップの挿入されたコネクタを（ｂ）で表した作用説明図であり、図５は接触圧と時間との相関を表したグラフである。

測定器５５のコネクタ６１には、図４（ａ）に示すバイオセンサカートリッジ５１のバイオセンサチップ６５、又は図４（ｂ）に示す補正チップ５３とが選択的に挿入される。バイオセンサチップ６５と補正チップ５３とは、厚みＴ，ｔが異なるため、コネクタ６１にバイオセンサチップ６５が挿入された時と、補正チップ５３が挿入された時とで、弾性接触端子８１の中間接触部１０７の変位量は異なる。すなわち、図４に示すように、バイオセンサチップ６５が挿入されたときの変位量ΔＴは、補正チップ５３が挿入されたときの変位量Δｔより大きい。

ところで、弾性接触端子８１は、弾性変形範囲内で変形を繰り返すが、経時的には疲労によりヘタリが生じる。ヘタリが生じれば電極６９，８７への接触圧は不安定となる。ヘタリは、弾性接触端子８１の変位量が大きいほど顕著となる。
バイオセンサ測定装置１００は、通常使用において、バイオセンサチップ６５の挿入頻度が高い。すなわち、バイオセンサチップ６５が複数回挿入される毎に、補正チップ５３が１回挿入される。したがって、弾性接触端子８１にヘタリが生じた状態で、特に肉厚である補正チップ５３が挿入された場合、弾性接触端子８１は接触圧力が減少する方向に変形し、その後のバイオセンサ１００の接触性に不利が生じる。

そこで、本実施形態に係るバイオセンサ測定装置１００では、測定器５５のコネクタ６１における弾性接触端子８１に、上述した予圧力を付与している。
例えば、従来の予圧力の付与されていない弾性接触端子４１（図７参照）では、電気接触部３７が挿入されると、弾性接触端子４１の弾性復元力によって図５に示す接触圧Ｆ１が生じる。これに対し、本実施形態による弾性接触端子８１では、予圧力Ｆ２が付与されていることにより、電気接触部６７が挿入されると、Ｆ１＋Ｆ２の接触圧が生じる。

従来の弾性接触端子４１では、電気接触部３７の着脱が繰り返されてヘタリが生じると、時間Ｔ１の経過後に接触圧Ｆ１が消失する。これに対し、本実施形態による弾性接触端子８１では、着脱が繰り返されてヘタリが生じると、先ず、予圧力Ｆ２分の接触圧が消失する。この接触圧が消失した状態においても、従来の弾性接触端子４１と略同等の接触圧Ｆ１は確保されることとなる。
つまり、本実施形態に係るコネクタ６１は、予圧力Ｆ２が消失するまでの時間Ｔ２−Ｔ１分、従来構造のコネクタ３９に比べ、ヘタリに起因する接触不良の発生するまでの時間を遅延させることができる。

したがって、本実施形態のバイオセンサ測定装置１００によれば、バイオセンサカートリッジ５１又は補正チップ５３における電気接触部６７，８５がコネクタ６１における接触部挿入空間９３の挿入口９１に挿入されると、弾性接触端子８１の中間接触部１０７が電気接触部６７，８５に電気的に弾性接触する。この時、弾性接触端子８１の予圧力Ｆ２は、先端当接部１１３を介してコネクタハウジング８９の支持部１１１に支持されており、電気接触部６７，８５に接触する中間接触部１０７には直接作用しない。そこで、バイオセンサカートリッジ５１又は補正チップ５３の挿入抵抗を低く抑えることができる。

そして、バイオセンサカートリッジ５１又は補正チップ５３の電気接触部６７，８５がコネクタ６１に繰り返し着脱されると、弾性変形を繰り返す弾性接触端子８１に金属疲労に起因するヘタリが発生し、予圧力Ｆ２が徐々に減少するが、この予圧力Ｆ２が完全に消失した時点で、予圧力Ｆ２の付与されていない従来構造のコネクタ３９と同等の接触圧Ｆ１となる。つまり、本実施形態に係るコネクタ６１は、予圧力Ｆ２が消失するまでの時間分、従来構造のコネクタ３９に比べ、ヘタリに起因する接触不良が発生するまでの時間を遅延させることができる。特に、薄厚の補正チップ５３に対する良好な接触圧を長期間に渡って維持することができる。この結果、バイオセンサチップ６５および補正チップ５３の電気接続信頼性を向上させることができる。

本発明に係るバイオセンサ測定装置の概略構成を表した模式図である。 バイオセンサチップを（ａ）〜（ｃ）、補正チップを（ｄ）で表した模式図である。 図１に示したコネクタの斜視を（ａ）、そのＡ−Ａ矢視を（ｂ）に表した構成部材説明図である。 バイオセンサチップの挿入されたコネクタを（ａ）、補正チップの挿入されたコネクタを（ｂ）で表した作用説明図である。 接触圧と時間との相関を表したグラフである。 従来のランセット一体型のセンサの外観斜視を（ａ）、分解斜視を（ｂ）に表した構成図である。 従来装置に設けられたコネクタの断面図である。

符号の説明

５３…補正チップ（センサチップ）
６１…コネクタ
６５…バイオセンサチップ（センサチップ）
６７，８５…電気接触部
８１…弾性接触端子
８９…コネクタハウジング
９１…挿入口
９３…接触部挿入空間
１００…バイオセンサ測定装置
１０５…基端固定部
１０９…対向内壁
１０７…中間接触部
１１１…支持部
１１３…先端当接部
１１５…案内傾斜部
１１７…Ｒ部
Ｆ２…予圧力
Ｔ，ｔ…電気接触部の厚み

Claims (4)

1. センサチップの電気接触部が挿入される接触部挿入空間を有するコネクタハウジングと、前記接触部挿入空間内に配置されて前記電気接触部に電気的に導通する弾性接触端子と、を有するコネクタが設けられたバイオセンサ測定装置であって、
   前記弾性接触端子が、前記コネクタハウジングに支持固定される基端固定部と、前記接触部挿入空間に突出して対向内壁に近接配置されるように屈曲形成された中間接触部と、前記対向内壁に接近する方向に付勢されて所定の予圧力で前記コネクタハウジングに当接する先端当接部と、を備えることを特徴とするバイオセンサ測定装置。
2. 前記弾性接触端子における前記先端当接部と前記中間接触部との間には、前記接触部挿入空間の挿入口に向かうにしたがって前記対向内壁から徐々に離反する案内傾斜部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ測定装置。
3. 前記弾性接触端子の材料にベリリウム銅合金を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオセンサ測定装置。
4. 前記弾性接触端子の接触面に０．３μｍ厚以上の金メッキを施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバイオセンサ測定装置。

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