JP2014032017A - 生体試料測定センサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、生体試料測定センサに関するもので、生体試料の測定を安定化させることを目的としている。
【解決手段】本発明では、酵素と、メディエータと、ｐＨ調整剤と、接着剤と、保存安定剤と、を含む試薬に対して、ＨＰＣを０．０４９ｗｔ％〜５０ｗｔ％設け、また、ＳｉＯ２を０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％設けているので、試薬部における試薬の分散状態が均質化され、その結果として、測定を安定化することが出来る生体試料測定センサを提供するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、血糖値などを測定する生体試料測定センサとその製造方法に関する。

従来のこの種、生体試料測定センサは、基板と、この基板に所定間隔をおいて、対向配置した第１、第２の電極と、これらの第１、第２の電極間、及びそれに隣接する第１、第２の電極上の試薬部に配置した試薬と、この試薬への生体試料供給部と、を備え、前記試薬は、生体試料と反応する酵素と、その酵素の反応を伝達するメディエータと、前記試薬のｐＨを調整するｐＨ調整剤と、前記試薬を前記試薬部に接着させる接着剤と、前記試薬の保存安定剤と、約０．１％〜約１０％（Ｗ／Ｗ）のポリマー材料（高分子）と、約２０％〜約５０％（Ｗ／Ｗ）の多孔性シリカ粒子と、を含むものであり、乾燥後、急激な再水和を可能にし、測定時間を短くすることが出来たものが提示されている（例えば、特許文献１）。

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しかしながら、例えば、上記特許文献１に記載の構成では、試薬内におけるメディエータの分散状態の均質化について、製造工程において均質化が不十分な場合が発生する可能性があり、生体試料の測定が安定化しないという問題があった。

すなわち、従来では、メディエータが団結し、いわゆる大粒状態となりやすく、且つ、この大粒のメディエータが、接着剤により、試薬部に偏った状態で接着された状態、つまりメディエータが、試薬部に対して、不均質に配置された状態となり、その結果として、生体試料の測定が安定化しないという課題を発生させるものであった。

そこで、本発明は、生体試料の測定を安定化させることを目的としている。

そして、この目的を発生するために、本発明は、基板と、この基板に、所定間隔をおいて、対向配置した第１、第２の電極と、これらの第１、第２の電極間、及びそれに隣接する第１、第２の電極上の試薬部に配置した試薬と、この試薬への生体試料供給部と、を備え、前記試薬は、生体試料と反応する酵素と、その酵素の反応を伝達するメディエータと、前記試薬のｐＨを調整するｐＨ調整剤と、前記試薬を前記試薬部に接着させる接着剤と、前記試薬の保存安定剤と、前記試薬を構成する前記メディエータなど間の接続力を緩和させ分散状態を均一化するＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、前記試薬部における試薬の接着状態を緩和させるＳｉＯ２（二酸化珪素）と、を有し、前記ＨＰＣは、試薬に対して、０．０４９ｗｔ％（重量パーセント）〜５０ｗｔ％とし、前記ＳｉＯ２は、試薬に対して、０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％とし、これにより、所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、基板と、この基板に、所定間隔をおいて、対向配置した第１、第２の電極と、これらの第１、第２の電極間、及びそれに隣接する第１、第２の電極上の試薬部に配置した試薬と、この試薬への生体試料供給部と、を備え、前記試薬は、生体試料と反応する酵素と、その酵素の反応を伝達するメディエータと、前記試薬のｐＨを調整するｐＨ調整剤と、前記試薬を前記試薬部に接着させる接着剤と、前記試薬の保存安定剤と、試薬内における前記メディエータの分散状態を均質化するＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、前記試薬部における試薬の接着状態を緩和させるＳｉＯ２（二酸化珪素，一般名：シリカゲル）と、を有し、前記ＨＰＣは、試薬に対して、０．０４９ｗｔ％〜５０ｗｔ％とし、前記ＳｉＯ２は、試薬に対して、０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％としたものであるので、測定を安定化することができる。

すなわち、本発明においては、ＨＰＣを、試薬に対して、０．０４９ｗｔ％〜５０ｗｔ％設けているので、メディエータが、団結しにくく、小粒状態となる。
また、試薬に対して、ＳｉＯ２を０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％設けていることにより、接着剤によるメディエータの試薬部への接着力が緩和され、その結果として、この小粒状態のメディエータの流動性が高まり、これにより、試薬部に対して、メディエータを均質な状態で配置することが出来、測定を安定化することが出来るのである。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１にかかる生体試料測定センサの分解斜視図、断面図、平面図 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の別の実施の形態にかかる生体試料測定センサの分解斜視図、断面図、平面図 本発明の実施の形態として用いた生体試料測定センサと、それを使用する測定器を示す斜視図 本発明の実施の形態として用いた生体試料測定センサを使用する測定器における電気回路のブロック図 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施の形態として用いた生体試料測定センサを使用して測定する時における印加電圧の波形図、その時の生体試料測定センサから出力される測定電流の波形図 本発明の生体試料測定センサの試薬組成を示す図

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１による生体試料測定センサについて、図面も用いて説明する。

本実施形態では、生体試料の基質濃度（例：グルコース濃度など）を測定する板体形状のバイオセンサを用いた場合について説明する。なお、図１〜図６は、本発明の実施の形態の一様に過ぎず、実施の形態はこれに限られるものではない。

（生体試料測定センサ）
生体試料測定センサのうち、特に多く提案されているのは、電気化学式の血糖センサである。電気化学式の血糖センサは、酵素及びメディエータを備える。この酵素は、血液中の基質であるグルコースと特異的に反応（酵素−基質反応）することでグルコースを酸化する。メディエータは、酸化によって発生した電子を受容することで、酸化体から還元体になる。還元体となったメディエータは、例えば電極で電気化学的に酸化される。この酸化によって得られる電流の大きさから、血液中のグルコース濃度、すなわち血糖値が簡便に検出される。

一般的な血糖センサの製造では、酵素及びメディエータは、試薬液中に溶解した状態で基板上の試薬部に塗布される。試薬液が乾燥することで、試薬が形成される。形成された試薬が生体試料中に溶解することで、酵素−基質反応が進行する。

（生体試料測定センサの概略構成）
図１に示すように、生体試料測定センサ１は、生体試料中の標的物質を検出する及び／又は定量するセンサの一例であり、基板２、導電層３、試薬部４、スペーサ５、カバー６を有する。

図１は、導電層３を、レーザによりトリミングすることで、３つの電極（３１〜３３）を形成した３電極タイプの生体試料測定センサ１である。
なお、図２は、２つの電極（３１〜３２）を有する２電極タイプの生体試料測定センサ１´である。詳細は後述するが、本発明は、この例（２種類の電極タイプ）に限られるものではない。

（基板２）
図１及び図２に示すように、基板２は板状の部材である。基板２は絶縁性を有する。基板２を構成する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ビニルポリマ、ポリイミド、ポリエステル、及びスチレニクス等の樹脂、ガラス並びにセラミックス等が挙げられる。

基板２の寸法は、具体的な数値に限定されない。例えば、基板２の幅は、好ましくは４〜２０ｍｍ、より好ましくは５〜１０ｍｍである。また、基板２の長さは、好ましくは２０〜５０ｍｍである。また、基板２の厚みは、好ましくは０．０５〜１ｍｍである。基板２の幅、長さ及び厚みの全てが、上記範囲内にあることが好ましい。

（導電層３）
図１及び図２に示すように、導電層３は、基板２上に形成されており、略均一な厚みを有する。導電層３は、３つの電極３１〜３３を含む。図１に示すように、電極３１〜３３のそれぞれの一部分は、生体試料を導入する生体試料供給路８（以下、供給路８と記す）に面するように配置される。図１（ｃ）に示すように、供給路８内で、電極３２、電極３１、電極３３は、供給路８の端部から奥側に向かって、この順に配置されている。電極３１は作用電極、電極３２は対電極、電極３３は検知電極と称されることがある。

後述するように、生体試料が電極３１及び電極３３に到達すると、電極３１と電極３３との間の電流値が変化する。この変化から、後述の測定装置１０１は、生体試料測定センサ１に生体試料が点着されたことを検知し、測定を開始する。また、電極３１と電極３２との間の電流値の変化によって、後述の測定装置１０１は、生体試料内の標的物質の濃度を測定することができる。

電極３１、３２、３３は、導電性材料を用いた印刷等、又は、基板２を導電性材料で覆った後、レーザアブレーション等で非導電トラックを形成することで形成されてもよい。例えば、基板２にパラジウムをスパッタリングすることによって導電層３を蒸着・形成し、その後、レーザアブレーションにより、非導電トラックを形成することができる。非導電トラックは、好ましくは０．０１〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの幅を有する。

なお、導電層３の構成材料は、導電性材料（導電性物質）であればよく、特に限定されるものではない。導電性材料の例としては、金属、金属混合物、合金、金属酸化物、及び金属化合物に代表される無機導電性物質等、炭化水素系導電性ポリマー及びヘテロ原子含有系導電性ポリマー等の有機導電性物質、又は、これらの物質の組み合わせ、が挙げられる。導電層３の構成材料としては、パラジウム、金、白金、炭素などが好ましい。

導電層３の厚さは、その形成方法及び構成材料により変更可能である。例えば、スパッタリングによって導電層３が形成された場合、導電層３の厚さは、好ましくは０．１〜２０ｎｍ（ナノ・メートル）であり、より好ましくは１〜１０ｎｍである。印刷により導電層３が形成された場合、導電層３の厚さは、好ましくは０．１〜５０μｍ（マイクロ・メートル）であり、より好ましくは１〜３０μｍである。

（試薬部４）
図１及び図２に示すように、試薬部４は、電極３１〜３３に接するように配置されている。試薬部４は、電極３１及び３２と共に、生体試料測定センサ１の活性部として機能する。活性部とは、電気化学的に活性な領域であって、生体試料中の特定の物質に反応し、電気信号を生じる部分である。具体的には、試薬部４は、酵素及びメディエータを含む。

試薬部４は、少なくとも電極３１及び３２（第１の電極及び第２の電極）の一部に接触するように配置されていればよい。また、試薬部４は、さらに電極３３に接触するように配置されていてもよい。

試薬部４は、メディエータ及び酵素を含有する。

試薬部４におけるメディエータの含有量は、センサが機能できる程度の量に設定可能であり、１回の測定当たり又は生体試料測定センサ１個当たりにつき、好ましくは１〜５００ｎｍｏｌ（ナノ・モル）、より好ましくは１０〜２００ｎｍｏｌ程度に設定される。

メディエータは、電子伝達物質または電子受容体とも呼ばれている。メディエータは、可逆的に酸化体及び還元体となることができる。メディエータは、直接、または別のメディエータと協働して、物質間における電子の移動を媒介することができる。
試薬組成物は、メディエータとして、具体的には、キノン類化合物、フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェート、メチレンブルー、フェロセン、フェノチアジンおよびその誘導体からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含有する。

キノン類化合物とは、キノンを含有する化合物である。キノン類化合物には、キノン及びキノン誘導体が含まれる。キノン誘導体としては、キノンに種々の官能基（置換基とも呼ばれている）が付加された化合物が挙げられる。

キノン類化合物におけるキノンとしては、（ａ）ベンゾキノン、（ｂ）ナフトキノン、（ｃ）アントラキノン、（ｄ）フェナンスレンキノン、及び（ｅ）フェナントロリンキノン等が挙げられる。フェナンスレンキノンとして、特に具体的には、９，１０‐フェナンスレンキノンが挙げられる。

試薬部４における酵素の含有量は、標的物質の検出が可能な程度に設定され、１回の測定当たり又は生体試料測定センサ１個当たりにつき、好ましくは０．２〜２０Ｕ（ユニット）、より好ましくは０．５〜１０Ｕ程度に設定される。

酵素としては、酸化還元酵素が好適に用いられる。酸化還元酵素は、酸化酵素及び脱水素酵素を包含する。酸化還元酵素の例として、グルコースを基質とする酵素としては、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼが好ましく、乳酸を基質とする酵素としては、乳酸オキシダーゼ、又は乳酸デヒドロゲナーゼが好ましく、コレステロールを基質とする酵素としては、コレステロールエステラーゼ、又はコレステロールオキシダーゼが好ましく、アルコールを基質とする酵素としては、アルコールオキシダーゼが好ましく、ビリルビンを基質とする酵素としては、ビリルビンオキシダーゼが好ましい。
試薬組成物は、酵素に合う補酵素を含んでもよい。

試薬部４が基質を酸化する酵素を含む場合における、メディエータの働きについて説明する。酵素は、基質を酸化することで、基質からの電子を受け取り、補酵素に電子を与える。その結果、補酵素は、酸化体から還元体になる。酸化体であるメディエータは、還元体になった補酵素から電子を受け取って、補酵素を酸化体に戻す。その結果、メディエータ自身は還元体となる。還元体となったメディエータは、電極３１又は３２に電子を与えて、自身は酸化体となる。このようにして、メディエータは、酵素と電極間の電子移動を媒介する。

上記補酵素は、酵素タンパク質（酵素分子）に結合することで、酵素タンパク質に保持されてもよい。また、補酵素は、酵素タンパク質から分離した状態で存在していてもよい。

酵素は、その補酵素依存性について、特に限定されるものではない。例えば、酵素は、ＮＡＤ（Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ Ａｄｅｎｉｎｅ Ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）、ＮＡＤＰ（Ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ Ａｄｅｎｉｎｅ Ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、ＰＱＱ（Ｐｙｒｒｏｌｏ Ｑｕｉｎｏｌｉｎｅ Ｑｕｉｎｏｎｅ）、又はＦＡＤ（Ｆｌａｖｉｎ Ａｄｅｎｉｎｅ Ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）等の補酵素に対して依存性を有してもよい。

酵素の補酵素は、ＦＡＤ又はＰＱＱであることが好ましい。これらの補酵素に対応する酵素において、補酵素は、その酵素タンパク質に結合するか、又は含有される。よって、センサの作製および測定の実行時に、酵素とは別途に補酵素を添加する必要がない。その結果、センサの構成、製造工程及び測定工程が簡素化される。

ＮＡＤおよびＮＡＤＰ依存性酵素を用いる場合は、例えば、酵素蛋白質に結合しない状態で機能する補酵素ＮＡＤおよびＮＡＤＰを、別途に添加してもよい。

例えば、酵素は、ＦＡＤ依存性酸化酵素、ＮＡＤ依存性、ＰＱＱ依存性、又はＦＡＤ依存性脱水素酵素等であってもよい。酸化酵素及び脱水素酵素の具体例は、上述したとおりである。

試薬組成物は、緩衝剤を含んでいてもよい。緩衝剤は、試薬溶液のｐＨを調整するｐＨ調整剤の役割を有し、例えば、試薬組成物は、ＮａＨ２ＰＯ４及びＮａ２ＨＰＯ４等のリン酸ナトリウム、ＫＨ２ＰＯ４及びＫ２ＨＰＯ４等のリン酸カリウム、Ｎ‐（２‐アセトアミド）‐２‐アミノエタンスルホン酸（ＡＣＥＳ）、トリスヒドロキシメチルアミノメタン（ｔｒｉｓ（ｈｙｄｒｏｘｙｍｅｔｈｙｌ）ａｍｉｎｏｍｅｔｈａｎｅ：Ｔｒｉｓ）等を含んでいてもよい。

また、以下に示すような緩衝液、すなわち、リン酸緩衝液、ＡＣＥＳ緩衝液、ビス(２-ヒドロキシエチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン緩衝液（Ｂｉｓ−ｔｒｉｓ緩衝液）、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、クエン酸-リン酸緩衝液、２-モルホリノエタンスルホン酸一水和物 緩衝液（ＭＥＳ緩衝液）、Ｎ-(２-アセトミド)イミノ二酢酸緩衝液（ＡＤＡ緩衝液）、ピペラジン-１,４-ビス(２-エタンスルホン酸)緩衝液（ＰＩＰＥＳ緩衝液）、３-モルホリノプロパンスルホン酸 緩衝液（ＭＯＰＳＯ緩衝液）、Ｎ,Ｎ-ビス(２-ヒドロキシエチル)-２-アミノエタンスルホン酸 緩衝液（ＢＥＳ緩衝液）、３-モルホリノプロパンスルホン酸 緩衝液（ＭＯＰＳ緩衝液）、Ｎ-トリス(ヒドロキシメチル)メチル-２-アミノエタンスルホン酸 緩衝液（ＴＥＳ緩衝液）、４-(２-ヒドロキシエチル)-１-ピペラジンエタンスルホン酸 緩衝液（ＨＥＰＥＳ緩衝液）等を使用してもよい。

また、試薬組成物は、クエン酸‐３Ｎａ及び／又は塩化カルシウム（ＣａＣ１２）等の添加剤を含有していてもよい。クエン酸‐３Ｎａ及び塩化カルシウムは、試薬組成物がセンサに用いられたときに、グルコース濃度に対するセンサの応答電流の直線性を向上させることができる。

また、試薬組成物は、親水性高分子を含有してもよい。試薬組成物が親水性高分子を含有することで、試薬組成物がセンサの試薬層に適用されたときに、電極表面からの試薬層の剥離が抑制される。親水性高分子は、さらに、試薬部表面の割れを抑制する効果も有している。つまり、親水性高分子は、試薬を試薬部に接着させる接着剤としての機能を有している。
このような親水性高分子としては、結晶セルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリリジンなどのポリアミノ酸、ポリスチレンスルホン酸、ゼラチンおよびその誘導体、アクリル酸およびその塩の重合体、メタクリル酸およびその塩の重合体、スターチおよびその誘導体、無水マレイン酸およびその塩の重合体、アガロースゲルおよびその誘導体、キサンタンガム、ローストビーンガム、ポリエチレングリコールが用いられる。
試薬組成物は、糖アルコールを含有してもよい。試薬組成物が糖アルコールを含有することで、試薬の安定性が保たれる。このような糖アルコールとしては、エリトリトール、グリセリン、水素添加デンプン加水分解物（ＨＳＨ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ Ｓｔａｒｃｈ Ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅ）、イソマルト、ラクチトール、マルチトール、マンニトール、ソルビトール、キシリトール、スクロース等が好適に用いられる。

試薬部４は、種々の方法によって形成可能である。形成方法としては、例えば印刷法、塗布法等が挙げられる。

試薬部４の形状は、矩形状や円形状など様々に変更可能である。試薬部４の面積（基板２の平面方向における面積）は、デバイスの特性及びサイズに応じて決定される。この面積は、好ましくは１〜２５平方ミリメートル、より好ましくは２〜１０平方ミリメートルである。

塗布される水溶液が含む、酵素及びメディエータ並びにその他の成分の含有量は、必要とされるデバイスの特性やサイズに応じて選択される。

（スペーサ５及び供給路８）
図１及び図２に示すように、スペーサ５は、カバー６と基板２上に形成された導電層３との間に空隙を設けるための部材である。

具体的には、スペーサ５は、板状の部材であって、電極３１〜３３のリード部分及び後述の供給路８部分を除いて、導電層３の全体を覆うようになっている。スペーサ５は、電極３１〜３３のリード部分とは逆側の端部を露出させる切欠き５ａを備える。図１及び図２において、切欠き５ａは矩形である。スペーサ５がこの切欠き５ａを備えることで、スペーサ５、導電層３、及びカバー６とで囲まれた供給路８が形成される。このように、スペーサ５は、供給路８の側壁を提供し、さらに供給路８の長さ、幅、高さ等を規定することができる。

供給路８の容量は、０．０５〜５．０μＬ(マイクロリットル)程度で、好ましくは０．１〜１．０μＬ（マイクロリットル）程度に設定される。スペーサ５の厚みは０．０２〜０．５ｍｍ程度であり、好ましくは０．０５〜０．２ｍｍ程度である。スペーサ５が備える切欠き５ａの長さは、０．５〜１０ｍｍ程度であり、好ましくは１〜５ｍｍである。また、スペーサ５が備える切欠き５ａの幅は、０．２５〜４ｍｍ程度であり、好ましくは０．５〜２ｍｍ程度である。なお、これらの寸法は、供給路８が所望の容量になるように適宜選択されればよい。例えば、長さが３．４ｍｍ、幅が１．２ｍｍの切欠き５ａを備える厚さ０．１４５ｍｍのスペーサ５を用いた場合、長さが３．４ｍｍ、幅が１．２ｍｍ、高さが０．１４５ｍｍ、容量が０．６μＬの供給路８が提供される。

供給路８は、生体試料測定センサ１の長手方向に長い形状である。供給路８の長手方向における一端には、血液などの生体試料を点着する開口部があり、生体試料測定センサ１の外部から供給路８の内部に通じる。この開口部から毛細管現象によって生体試料を導入し、電極３１〜３３上に保持する。

（カバー６）
図１及び図２に示すように、カバー６はスペーサ５全体を覆う板状の部材である。カバー６は、表面から裏面まで貫通する孔を備える。この孔は、供給路８から外部に通じる空気孔７として機能する。空気孔７は、生体試料が供給路８に導入されるとき、供給路８内の空気を供給路外へ排出するための排気口である。このように空気が排出されることで、生体試料が供給路８内に容易に導入されやすい。空気孔７は、生体試料測定センサ１の開口部から離れた位置に、つまり、開口部から見て供給路８の奥に設けられることが好ましい。空気孔７が、このように配置されることで、生体試料が、生体試料測定センサ１の開口部から供給路８の奥まで、毛細管現象を促し、速やかに導入することができる。
（センサシステム）
上述の生体試料測定センサ１は、図３に示すセンサシステム１００で用いられる。センサシステム１００は、生体試料測定センサ１及び測定装置１０１を有する。

図３及び図４に示すように、測定装置１０１は、表示部１０２、センサ装着部１０３、切替回路１０７、基準電圧源１０８、電流／電圧変換回路１０９、Ａ／Ｄ変換回路１１０、演算部１１１、操作部１１３及び電源部１１２を備える。測定装置１０１は、さらに、生体試料測定センサ１の各電極に対応するコネクタを有する。図４には、前記センサ装着部１０３内に設けられているコネクタ１０４〜１０６が描かれている。

表示部１０２は、測定装置１０１の状態、測定結果、操作内容等を表示する。表示部１０２は、具体的には液晶表示パネルによって実現される。

図３に示すように、センサ装着部１０３には、生体試料測定センサ１が着脱可能に挿入される。

図４に示すように、コネクタ１０４〜１０６は、生体試料測定センサ１がセンサ装着部１０３に装着されることで、それぞれ生体試料測定センサ１の電極３１〜３３に接続される。

切替回路１０７は、コネクタ１０４〜１０６を、基準電圧源１０８に接続することも、電流／電圧変換回路１０９に接続することもできる。

基準電圧源１０８は、コネクタ１０４〜１０６を介して、電極３１〜３３に電圧を印加
する。

電流／電圧変換回路１０９は、生体試料測定センサ１からの電流を、コネクタ１０４〜１０６を介して受け取り、電圧に変換して、Ａ／Ｄ変換回路１１０に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路１１０は、電流／電圧変換回路１０９からの出力である電圧値（アナログ値）をデジタル値に変換する。

演算部１１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｅｉｎｇ Ｕｎｉｔ）並びにＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体を有する。演算部１１１は、標的物質（基質）の濃度算出を行ったり、測定装置１０１内の各部の動作を制御したりする。

演算部１１１の濃度算出機能について説明する。演算部１１１の記憶媒体中には、試料中の標的物質の濃度の決定に用いられる換算テーブル、この濃度の補正量の決定に用いられる補正量テーブル等が記憶される。演算部１１１は、Ａ／Ｄ変換回路１１０からの出力値に基づいて、換算テーブルを参照することにより、標的物質の仮の濃度を算出する。演算部１１１は、さらに、補正量テーブル中の補正量を用いて、標的物質の最終的な濃度（基質濃度）を決定する。こうして算出された濃度は、表示部１０２に表示される。

また、演算部１１１は、濃度算出機能以外に、切替回路１０７の切替制御、基準電圧源１０８の電圧制御、濃度測定や補正量選択時の時間の測定（タイマ機能及びカレンダ機能）、表示部１０２への表示データ出力、及び外部機器との通信機能等を有する。

演算部１１１の各種機能は、ＣＰＵが、図示しないＲＯＭ等に格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。

操作部１１３（図３参照）は、測定装置１０１の表面部に設けられる。操作部１１３は、使用者が測定データを参照したり、設定データを設定及び参照したりする時などに使用する操作ボタンなどから構成される。

電源部１１２は、上記の各電気回路、表示部１０２、演算部１１１などへ電源を供給する電池等から構成される。
（センサシステム１００の使用）
以下、センサシステム１００による生体試料の測定について説明する。

生体試料測定センサ１がセンサ装着部１０３に差し込まれると、コネクタ１０４〜１０６が、電極３１〜３３にそれぞれ接続される。また、生体試料測定センサ１がセンサ装着部１０３へ装着されることによって、センサ装着部１０３内の検出用スイッチ（図示せず）により検知する。生体試料測定センサ１のセンサ装着部１０３への装着が検知されると検出用スイッチがＯＮとなり、演算部１１１は生体試料測定センサ１がセンサ装着部１０３に装着されたと判断し、測定装置１０１を試料待機状態とする。試料待機状態とは、演算部１１１の制御の下、基準電圧源１０８がコネクタ１０４及び１０６を介して、電極３１及び電極３３間への電圧印加を開始し、かつ電流／電圧変換回路１０９が電流測定を開始した後であって、生体試料がまだ測定に供されていない状態である。
つまり試料待機状態とは、生体試料測定センサ１に生体試料が点着されるのを待っている状態のことである。

使用者が、生体試料測定センサ１の開口部に生体試料を点着させると、毛細管現象によって、開口部から供給路８に生体試料が引き込まれる。
生体試料としては、例えば、血液、汗、尿等の生体由来の生体試料等が用いられる。例えば、生体試料測定センサ１を血糖値センサとして用いる場合、使用者は、別の穿刺装置などにより、使用者自身の指、掌、又は腕等を穿刺して、少量の血液を搾り出し、この血液を生体試料として、生体試料測定センサ１に点着させて、測定に供する。

生体試料が生体試料測定センサ１上の電極３１及び電極３３に到達すると、演算部１１１が、電流／電圧変換回路１０９を介して受け取る電流値が変化する。この変化から、演算部１１１は、生体試料が生体試料測定センサ１の供給路８に正しく導入されたと検知することができる。こうして生体試料の導入が検知されることにより、測定が開始される。

生体試料測定センサ１内では、生体試料中に試薬部４中の酵素及びメディエータ等の成分が溶解する。
こうして、生体試料測定センサ１の電極３１及び３２上で、生体試料、酵素、及びメディエータが互いに接触する。

演算部１１１の制御により、切替回路１０７は、コネクタ１０４とコネクタ１０５とを基準電圧源１０８及び電流／電圧変換回路１０９に接続する。こうして、電極３１と電極３２との間に電圧が印加され、電極３１と電極３２との間に生じた電流が、電流／電圧変換回路１０９に伝達される。

電流／電圧変換回路１０９へ流れた電流は電圧へ変換される。そして、この電圧はＡ／Ｄ変換回路１１０によりさらにデジタル値へと変換される。演算部１１１は、このデジタル値から、標的物質（基質）の濃度を算出する。演算部１１１により算出された値は、表示部１０２に表示される。その際、使用者へのその他の情報が共に表示することができる。

測定終了後は、使用者は生体試料測定センサ１をセンサ装着部１０３から取り外すことができる。

なお、基準電圧源１０８は、２つの電極３１及び３２間に、目的の電気化学反応を起こすのに十分な電圧を与えられるようになっている。この電圧は主に、利用する化学反応および電極に応じて設定される。
図５に示す如く、基準電圧源１０８には、演算部１１１の指示に基づいて、生体試料測定センサ１に所定の電圧が、所定の時間、印加され、その時、生体試料測定センサ１からコネクタ１０４、１０５経由で入力される電流は、電流／電圧変換回路１０９にて電圧に変換され、その後、Ａ／Ｄ変換回路（アナログ／デジタル変換回路）１１０において、その電圧であるアナログ値をデジタル値に変換され、このデジタル変換されたデジタル値が演算部１１１に取り込まれる。

ここで、上記の電流／電圧変換回路１０９では、変換と同時に、入力信号を増幅している。
次に、上記の測定における印加電圧について、図５を用いて説明する。
図５（ａ）の印加では、休止期間（例えば、１秒間）を挟んで、第１の印加期間と第２の印加期間の２つの印加パターンを示している。
第１の印加期間は、前処理電圧印加モードまたはプリ印加モードとも言われており、前記演算部１１１からの指示により、コネクタ１０４、１０５を経由して、電極３１、電極３２間に、図５（ａ）に示す印加電圧Ｖ１（例えば、０．３５Ｖ）を印加時間Ｔ１（例えば、２秒間）、前処理電圧として印加するものである（図４、図５参照）。
また、休止期間は休止モードとも言われており、第１の印加期間（前処理電圧印加モード）の後に、コネクタ１０４，１０５を経由して電極３１、電極３２間に印加していた前処理電圧印加を停止するものである。つまり、血液中のグルコースと酸化還元酵素とが一定時間反応させられる事になる。
第２の印加期間は、測定電圧印加モードであり、前記休止期間の後、コネクタ１０４、１０５を経由して、電極３１、電極３２間に、図５（ａ）に示す印加電圧Ｖ２（例えば、０．２５Ｖ）を印加時間Ｔ２（例えば、測定開始から３秒後の２秒間）印加し、血糖値などの生体試料を測定するものである。
上記のように、図５（ａ）に示す、第１の印加期間、休止期間、第２の印加期間の電圧印加パターンを印加した場合、酵素反応により電極３１の上に生じた還元状態のメディエータを酸化し、その酸化電流を検出するが、この生体試料測定センサ１で検出された酸化電流は、図５（ｂ）に示すような信号波形として出力されることになる。
この生体試料測定センサ１からの信号（図５（ｂ）の右側の波形）から、生体試料の標的物質である生体情報（グルコース濃度である血糖値など)の測定を行なう。
ここで、図５（ａ）では、印加時間Ｔ１とＴ２の間に印加しない休止期間を設けているが、本発明は、これに限られない。
また、図５（ａ）では、印加電圧Ｖ１を印加電圧Ｖ２より高い電圧にしているが、これに限られることはなく、印加電圧Ｖ１の方が印加電圧Ｖ２よりも高くても良く、印加電圧Ｖ１と印加電圧Ｖ２の電圧は同じでもよい。
同様に、図５では、測定時間が５秒の場合を示しているが、これに限られない。
以上の説明で、本実施形態における基本的な構成及び動作が理解されたところで、以下、本実施形態におけるもっとも大きな特徴点について説明する。
本実施形態にかかる生体試料測定センサ１に搭載されている試薬部４の試薬は、上述の如く、生体試料と反応する酵素と、その酵素の反応を伝達するメディエータと、試薬のｐＨを調整するｐＨ調整剤と、試薬を試薬部に接着させる接着剤と、試薬の保存安定剤と、試薬内におけるメディエータの分散状態を均質化するＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、試薬部における試薬の接着状態を緩和させるＳｉＯ２（二酸化珪素）と、を有している。

試薬部４に含まれるｐＨ調整剤としては、リン酸カリウムやリン酸ナトリウムなどの所謂、リン酸バッファと言われるリン酸系調整剤を使用している。

また、試薬を試薬部４に接着させる接着剤としては、ＨＥＣ（ヒドロキシエチルセルロース）などのセルロース系の高分子が使用され、試薬の保存安定剤としては、マルチトールなどの糖アルコールが使用されている。

さらに、試薬内のメディエータ（電子受容体または電子伝達体とも呼ばれる）の分散状態を均質化する添加剤として、ＨＰＣ(ヒドロキシプロピルセルロース)を使用し、試薬部における試薬の接着状態を緩和させる添加剤として、ＳｉＯ２（ニ酸化珪素）を使用している。

このＨＰＣおよびＳｉＯ２の試薬における濃度については、図６の構成例に示している。
なお、試薬を形成するに際しては、水と、酵素と、メディエータと、ｐＨ調整剤と、接着剤と、保存安定剤と、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、ＳｉＯ２（二酸化珪素）と、を溶解させるのであるが、この時の投入量は、水をもっとも多くし、次に酵素水溶液、次にメディエータ、次にｐＨ調整剤、次に接着剤、次に保存安定剤、次にＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）、次にＳｉＯ２（二酸化珪素）の順としている。

一例として、水を１７３４ｇ、酵素水溶液を２４６ｇ、メディエータが１３．８ｇ、ｐＨ調整剤は４．６ｇ、接着剤が１ｇ、保存安定剤が０．９ｇとしたものに、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）とＳｉＯ２（二酸化珪素）を添加する。

ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）は、上記水溶液全体の０．０００５ｗｔ％〜１ｗｔ％（重量パーセント）とした、またＳｉＯ２（二酸化珪素）は、上記水溶液全体の０．０００１ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％とした。
また、乾燥状態の場合は、ＨＰＣは、試薬に対し０．０４９ｗｔ％〜５０ｗｔ％、ＳｉＯ２は、試薬に対し０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％の状態になる。
生体試料測定センサ１枚当たりにおいては、ＨＰＣ：０．００６μｇ〜１２μｇ、ＳｉＯ２：０．００１２μｇ〜０．１２μｇにおいて有効である。
以上の如く、本実施形態においては、ＨＰＣを、試薬に対して、０．０４９ｗｔ％〜５０ｗｔ％設けているので、メディエータが、団結しにくく、小粒状態となる。
また、試薬に対して、ＳｉＯ２を０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％設けていることにより、接着剤によるメディエータの試薬部への接着力が緩和され、その結果として、この小粒状態のメディエータの流動性が高まり、これにより、試薬部に対して、メディエータを均質な状態で配置することが出来、測定を安定化することが出来るのである。
これにより生体試料測定センサを使用して、グルコースなどの生体試料の基質濃度を測定する方法において、その測定を安定化することが出来るものである。

本発明によれば、基板と、この基板に、所定間隔をおいて、対向配置した第１、第２の電極と、これらの第１、第２の電極間、及びそれに隣接する第１、第２の電極上の試薬部に配置した試薬と、この試薬への生体試料供給部と、を備え、前記試薬は、生体試料と反応する酵素と、その酵素の反応を伝達するメディエータと、前記試薬のｐＨを調整するｐＨ調整剤と、前記試薬を前記試薬部に接着させる接着剤と、前記試薬の保存安定剤と、試薬内における前記メディエータの分散状態を均質化するＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、前記試薬部における試薬の接着状態を緩和させるＳｉＯ２（二酸化珪素，一般名：シリカゲル）と、を有し、前記ＨＰＣは、試薬に対して、０．０４９ｗｔ％〜５０ｗｔ％とし、前記ＳｉＯ２は、試薬に対して、０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％としたものであるので、測定を安定化することができる。
これにより測定を安定化することが出来、グルコース測定などの生体試料測定などの医療測定器に、特に有用である。

１ 生体試料測定センサ
２ 基板
３ 導電層
４ 試薬部
５ スペーサ
５ａ 切欠き
６ カバー
７ 空気孔
８ 供給路
３１、３２、３３ 電極
１００ センサシステム
１０１ 測定装置
１０２ 表示部
１０３ センサ装着部
１０４〜１０６ コネクタ
１０７ 切替回路
１０８ 基準電圧源
１０９ 電流／電圧変換回路
１１０ Ａ／Ｄ変換回路
１１１ 演算部
１１２ 電源部
１１３ 操作部

Claims (6)

1. 基板と、
   この基板に、所定間隔をおいて、対向配置した第１、第２の電極と、
   これらの第１、第２の電極間、及びそれに隣接する第１、第２の電極上の試薬部に配置した試薬と、
   この試薬への生体試料供給部と、を備え、
   前記試薬は、生体試料と反応する酵素と、
   その酵素の反応を伝達するメディエータと、
   前記試薬のｐＨを調整するｐＨ調整剤と、
   前記試薬を前記試薬部に接着させる接着剤と、
   前記試薬の保存安定剤と、
   試薬内における前記メディエータの分散状態を均質化するＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、
   前記試薬部における試薬の接着状態を緩和させるＳｉＯ２（二酸化珪素）と、を有し、
   前記ＨＰＣは、試薬に対して、０．０４９ｗｔ％〜５０ｗｔ％とし、
   前記ＳｉＯ２は、試薬に対して、０．０００２１ｗｔ％〜０．９８ｗｔ％とした、
   生体試料測定センサ。
2. 前記ＨＰＣは、試薬に対して、０．０６ｗｔ％とし、
   前記ＳｉＯ２は、試薬に対して、０．０００２１ｗｔ％とした、
   請求項１に記載の生体試料測定センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の生体試料測定センサの製造方法であって、
   水中に、酵素と、メディエータと、ｐＨ調整剤と、接着剤と、保存安定剤と、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、ＳｉＯ２（二酸化珪素）と、を投入・拡散して水溶液を作り、
   次に、この水溶液を前記試薬部に塗布し、その後乾燥させる生体試料測定センサの製造方法。
4. 請求項３に記載の生体試料測定センサの製造方法において、
   水と、酵素水溶液と、メディエータと、ｐＨ調整剤と、接着剤と、保存安定剤と、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）と、ＳｉＯ２（二酸化珪素）と、の投入量は、水をもっとも多くし、次に酵素水溶液、次にメディエータ、次にｐＨ調整剤、次に接着剤、次に保存安定剤、次にＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）、次にＳｉＯ２（二酸化珪素）の順とした生体試料測定センサの製造方法。
5. 請求項４に記載の生体試料測定センサの製造方法において、
   ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）は、全体の０．０００５ｗｔ％〜１ｗｔ％とした生体試料測定センサの製造方法。
6. 請求項５に記載の生体試料測定センサの製造方法において、
   ＳｉＯ２（二酸化珪素）は、全体の０．０００１ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％とした生体試料測定センサの製造方法。

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