JPH05503158A - バイオセンサ電極用励起回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （翻訳文） 発明の名称 バイオセンサ電極用励起回路 発明の分野 本発明は、バイオセンシングセル、特に回路に係り、バイオセンシングセル中の 電極を確実に励起するとともに電極が正しく接続されていることを確認するもの に関する。

関連出願の表示 本発明は、以下に記載の発明に関連する。

１９８９年１２月１５日出願のバークス（Ｐａｒｋｓ）及びホワイト（ｗｈｉｔ ｅ）による「調整二股電源（Ｒｅｇｕｌａｔｅｄ　Ｂｌｆｕｒｃａｔｅｄ　Ｐｏ ｗｅｒ　５ｕｐｐｌｙ）　Ｊと称する米国特許出願第０７７４５１．１０２号１ ９８９年１２月１５日出願のバークス（Ｐａｒｋｓ）による「ノイズの減少を伴 うアナログディジタル変換（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒ ｓｌｏｎ　Ｗｉｔｈ　Ｎｏ１ｓｅ　Ｒｅｄｕｃｔｌｏｎ）　Ｊと称する米国特許 出願第０７７４５１２１２号 １９８９年１２月１５日出願のホワイト（Ｗｈｉｔｅ）による「バイオセンシン グ機器およびその方法（Ｂｉｏｓｅｎｓｌｎｇ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ａｎｄ 　Ｍｅｔｈｏｄ）Ｊと称する米国特許出願第０７／４５１．３０９号発明の背景 分析対象物（例ニゲルコース、コレステロール）の濃度を検出するバイオセンシ ング機器が、先行技術にて知られている。最近、血液サンプルのグルコース濃度 を測定するための電流滴定バイオセンサが現れた。ナンカイ（Ｎａｎｋａｉ）ら の欧州特許出願節０２３０４７２号及びポットゲン（Ｐｏｔｔｇｅｎ）らのＰＣ Ｔ出願公開第８９１０８７１３号には、グルコース濃度を測定するための電流滴 定技術が開示されている。各システムとも、グルコースが、酵素、例えばグルコ ースオキシダーゼにより、フェリシアン化カリウムがフェロシアン化カリウムに なる反応を促進させる反応に依存している。この反応の終了後、反応域に印加さ れた電圧によって、少量ではあるが測定可能な電流が流れながらこの反応は逆行 する。この電流は、コットレル電流と呼ばれ、反応域のグルコースの濃度に依存 して、逆反応の間はあらかじめ決められた曲線をたどる。そこで、このコットレ ル電流を読取るとグルコース濃度の値に変換することができる。

コットレル電流を利用して分析対象物の濃度を表示する電流滴定バイオセンサに は、多くの問題がある。上述のように、−まず、正反応を完了するまで進行させ てから、反応域をはさむ電極に電圧を印加して逆反応を生じさせる必要がある。

それ故、反応域の励起電位のオン・オフを切換えられるようにしなければならな い。電圧を印加しなければ、電流読取りの精度は保証されない。さらに、グルコ ースやコレステロールなどの分析対象物の濃度を測定するバイオセンサは、多く が家庭用であるから、機器の未熟な使用に対しても対応できなければならない。

従って、本発明の目的は、電流滴定バイオセンサ用の電圧励起回路を設けて、バ イオセンシングセルに生じた電位を正確に測定することにある。

さらに、本発明の目的は、テストセルがバイオセンシング機器に正しく挿入され た場合または挿入されない場合のいずれにおいても明確な表示を行うバイオセン シング励起回路を提供することにある。

発明の概要 バイオセンシングテストセルの電極に電位を与える回路を説明する。この電極は 、雌コネクタに正しく挿入されると、一対の離隔した接点と接触する。回路は、 励起電位のソースと、一方の入力端子が励起電位のソースに接続している演算増 幅器とを含む。スイッチ回路が、インピーダンスを有するスイッチ手段とともに 、演算増幅器と離隔した接点の第１接点との間に結合される。帰還回路が、離間 した接点の第２接点と演算増幅器の他方の入力端子との間に接続されて、第２接 点に現れる電位を帰還させる。この帰還は、スイッチ回路でのインピーダンス損 失を補償するレベルに演算増幅器の出力を維持することを目的とする。この帰還 回路は、電極に生じた電位が励起電位のソースに等しくなるように、演算増幅器 の出力を変えることができる。

離隔した接点間に開放状態または高インピーダンス状態が現れた場合を検出する ために、さらに回路が帰還回路に接続される。

図面の簡単な説明 図１は、本発明で用いられるバイオセンシングテストセルを雌コネクタに挿入す るときの状態を示す図である。

図２は、雌コネクタの内部で電極が接点に接触するテストセルの端部の拡大図で ある。

図３は、バイオセンシング励起回路の回路図である。

発明の詳細な説明 図１を参照すると、テストセル１０は、ポリマーシート１６に保持された一対の 電極１２及び１４からなる。カバーシート１８には開口部２０及び２４が形成さ れて導体１２及び１４が露出している。開口部２０は、井戸状に形成され、電極 １２及び１４間に反応域を形成している。反応体のゲル層（図示せず）が導体１ ２．１４の上を覆って基板を形成し、この基板上には引続き分析対象物を含有す る流体サンプルを配置することができる。

バイオセンシング機器２６の一面２Ｂは、雌コネクタが配置される開口部２８を 有して図示されている。図２に示すように、テストセル１０が開口部２８に挿入 されると、雌コネクタの接点によって、Ａ、ＢおよびＣの各点で電極１２および １４との接続が得られる。接点Ａ、ＢおよびＣが接続するようにテストセルｌＯ を挿入した後で、測定すべき分析対象物を含有する流体のサンプルが開口部２０ に配置され、反応域で分析対象物と反応体との間で正反応が始まる。この間、電 極１２および１４には電圧を印加せず、正反応を完了させる。

次に、端子Ｂに電位を与えて逆反応を生じさせる。そして、電極１２と電極１４ との間を流れる電流値を読取る。

電極１２及び１４を励起する回路を図３に示す。テストセルＩＯが、接点Ａ、Ｂ およびＣを電極１２及び１４に接続した状態で図示されている。励起電位Ｖｅが 演算増幅器５２の非反転入力端子５０に与えられる。供給電圧Ｖｓは、増幅器５ ２に必要なバイアスを供給し、Ｖｅのレベルを越えている。演算増幅器５２の出 力は、スイッチ５４を介して接点Ｂに供給され、そこから電極１２に供給される 。スイッチ５４は、内部インピーダンス５６（図示）を有し、この内部インピー ダンスは、制御ライン５８がスイッチ５４を閉じて演算増幅器５２の出力を接点 已に出力したときに、回路に組込まれる。

接点Ａは、導体６０を介して演算増幅器５２の反転入力端子６２に戻って接続さ れ、単一の回路利得を保証する帰還回路を形成する。また、導体６０はスイッチ ６４を介し導体６８を介してアナログデジタル変換回路６６に接続している。さ らに、供給電圧ＶＳが高インピーダンス抵抗７０を介して導体６８に接続してい る。スイッチ６４の閉成または開放は、導体７２を介して入力される入力によっ て制御される。

上述したように、正反応の間は、電圧を電極１２および１４に印加しない。正反 応が完了した時点で、電極１２および１４間に電流を流す電圧を電極１２に印加 する。この電流は、導体７４を介して演算増幅器７Ｇに供給され、この演算増幅 器７６で対応する電圧に変換されて導体７８に出力として供給される。

端子Ｂに励起電圧を印加するには、制！ｔｌ電位をライン５８を介して与えてス イッチ５４を閉じる（こうすることにより、スイッチ５４の特性インピーダンス が演算増幅器５２の出力端子と端子Ｂとの間に入り込む）。演算増幅器５２の非 反転入力端子５０に印加される励起電圧ｖｅによって、インピーダンスＡおよび Ｂの間に電極１２が正しく挿入されていれば、接点Ｂの電圧は、接点Ａおよび導 体６０を介して演算増幅器５２の反転入力端子６２に帰還される。その結果、演 算増幅器５２の出力は、供給電圧ＶＳの値に向けて増大する。ライン６０上の帰 還電圧が最終的に励起電圧Ｖｅに等しくなると、回路は安定し、演算増幅器５２ の出力は、接点ＢへのＶｅの継続印加を保評するに必要なレベルに維持される。

このようにして、電流は、電極１２と電極１４との間を流れて演算増幅器７６に よって検出され、導体７８で対応する出力電圧に変換される。

接点ＡおよびＢを帰還回路に組込むと、この帰還回路を、テストセル１０がバイ オセンシング機器に正しく挿入されたかどうかの判定に利用することもできる。

テストセル１０が正しく挿入されず電極１２が両接点ＡおよびＢと正しく接続し ていないならば、帰還回路は遮断される。また、何らかの理由により、接点Ａ及 び８間の電流の流れを妨げる腐食または汚染物が存在するならば、これらの接点 間に高インピーダンスが現れ、帰還回路に異常が生じたことも判る。

いずれの場合にも、反転入力端子６２に印加される帰還電圧のレベルは、必要と されるレベルよりも大幅に低下することになる。

適切な電圧が帰還されていることを判定するために、制御ライン７２はスイッチ ６４を閉じて導体６８を演算増幅器５２の反転入力端子Ｇ２に接続する。スイッ チ６４の閉成によっても、供給電圧Ｖｓが（高インピーダンス７０を介して）帰 還回路に入力される。

適切な電圧（すなわちＶｅ）がライン６０で演算増幅器５２に帰還されるならば 、ライン６８の電位はそのレベルに固定され、ＡＤ変換器６６は、適切な励起電 圧（Ｖｅ　）が電極１２に印加されていることを示す出力を出力する。一方、ス イッチ６４が閉じているときに接点Ａと接点Ｂとの間に高インピーダンスが存在 すれば、スイッチ６４が閉じてＡＤ変換器Ｂ６から障害状態を示す出力を出力す るときに、ライン６８の電位はＶｓに向けて上昇する。（スイッチ６４が閉じた 時に、ＡＤ変換器６Ｂの出力は制御表示を表示するためにサンプリングされたに すぎないことは明白である。）そのときは、誤測定を避けるために、制御回路に よって適切な修復措置を施すことができる。

上述の記載は単に本発明の一実施例を示しただけであることに注意すべきである 。当業者であれば、本発明から逸脱することなく多様な代替例および変形例を発 案することができる。よって、本発明は添付の請求項の範囲に収まる代替例およ び変形例をすべて包含することを意図している。

図２ 要約　（翻訳文） バイオセンシングテストセルの電極に電位を与える回路を説明する。この電極は 、雌コネクタに正しく挿入されると、一対の離隔した接点と接触する。回路は、 励起電位のソースと、入力端子の一方が励起電位のソースに接続された演算増幅 器とを含む。スイッチ回路が、演算増幅器と離隔した接点の第１接点との間に、 インピーダンスを有するスイッチ手段とともに結合される。帰還回路が、離隔し た接点の第２接点と演算増幅器の他方の入力端子との間に接続されて、第２接点 に生じる電位を帰還させる。この帰還によって、スイッチ回路でのインピーダン ス損失を補償するレベルに演算増幅器の出力を維持することを目的としている。

帰還回路は、演算増幅器の出力を変化させることができ、電極に与えられた電位 を励起電位のソースに等しくする。離隔した接点間に開放状態または高インピー ダンス状態が現れたときを検出するために、さらに回路が帰還回路に接続される 。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．バイオセンシング電極がコネクタに正しく挿入された時に一対の離隔する接 点と接触し、前記バイオセンシング電極に電位を与える回路であって、 一対の入力端子と出力端子とを有し、一方の入力端子が励起電位に接続する演算 増幅手段と、 前記演算増幅手段と前記接点の第１接点との間に結合され、内部インピーダンス を有するスイッチ手段と、前記接点の第２接点と前記演算増幅手段の他方の入力 端子との間に接続され、前記第２接点での電位を前記他方の入力端子に帰還する 帰還回路手段と、 を含み、 前記演算増幅手段の出力は、前記スイッチ手段を通過する際の電位降下を補償す るとともに前記励起電位に対して所定の関係を有する電位を前記第１接点に与え るレベルに維持されることを特徴とする回路。
2. ２．前記離隔した接点間の高インピーダンスが前記帰還回路手段での帰還電位に 変化をもたらす回路であって、前記変化した帰還電位の存在を表示して前記回路 に関する誤作動を示すために前記帰還回路手段に接続された信号手段を含むこと を特徴とする請求項１記載の回路。
3. ３．前記信号手段が、 供給電圧と、 前記供給電圧に接続された高インピーダンスと、前記高インピーダンスを前記帰 還回路手段に接続するスイッチ手段と、 前記供給電圧に近い数値を有する前記スイッチ手段での電位に反応して障害状態 を示し、前記第１および第２接点間に高インピーダンスが存在することを示す検 出手段と、を含むことを特徴とする請求項２記載の回路。
4. ４．前記演算増幅手段は反転入力端子および非反転入力端子を備え、前記帰還回 路手段は前記第２接点と前記反転入力端子との間に直接接続されていることを特 徴とする請求項３記載の回路。
5. ５．前記電極は、２電極差込み型テストセルの一方の電極からなり、電流検出器 が前記差込み型テストセルの他方の電極に接続されていることを特徴とする請求 項４記載の回路。
6. ６．前記差込み型テストセルは、前記電極に接続するとともに分析対象物が存在 するときにそれらの間に電流を流すことができる反応域を含むことを特徴とする 請求項５記載の回路。