JP5788857B2 - 初期充填速度に基づく全血ヘマトクリット値を測定するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、サンプル中の分析物の濃度を決定する工程に関し、より具体的には、サンプルの初期充填速度に基づいて濃度をより正確に決定する工程に関する。

生理学的流体、例えば、血液又は血液由来の生成物中の分析物検出は、今日の社会では、今まで以上に重要性を増している。分析物検出の分析は、臨床検査、家庭検査などを含めて、多様な用途に利用法が見出され、そのような検査の結果は、様々な病状の診断及び処置において主要な役割を果たしている。目的の分析物には、糖尿病管理のためのグルコース、コレステロールなどが挙げられる。こうした分析物検出の重要性の高まりに応じて、臨床での使用及び家庭での使用の両方に対応する多様な分析物検出の手順及びデバイスが開発されてきた。これらのデバイスのいくつかには、電気化学セル、電気化学センサ、ヘモグロビンセンサ、酸化防止剤センサ、バイオセンサ、及び免疫センサが挙げられる。

分析物検出に影響を及ぼし得る血液の１つの特性は、ヘマトクリットである。ヘマトクリットのレベルは、様々な人により、非常に異なり得る。非限定的な例として、貧血を罹患する人は、約２０％のヘマトクリットレベルを有し得る一方、新生児は、約６５％のヘマトクリットレベルを有し得る。一定期間にわたって、同一の個人から摂取されたサンプルでさえ、異なるヘマトクリットレベルを有する場合がある。更に、高いヘマトクリットは、血液の粘度を増加させることもでき、その粘度が次には、分析物検出に付随する他のパラメータに影響を及ぼす場合があるため、ヘマトクリットのサンプルへの影響を明らかにすることが、正確な分析物濃度決定を行う上で重要になる場合がある。

血液サンプル中のヘマトクリットの異なるレベルを明らかにしてきた１つの方法は、血液から血漿を分離し、次いで、調節された血漿量に対して抗原の濃度を再計算することによるものである。分離は、例えば、遠心分離工程を実施することによって達成されてきた。血液サンプル中のヘマトクリットの異なるレベルを明らかにしてきた他の方法には、計算に平均メハトクリットを使用する工程、又は別個の工程においてヘマトクリットを測定し、次いで、血漿値に対する抗原の濃度を計算する工程が挙げられる。しかしながら、これらの方法は、少なくとも、それらが不必要なサンプルの取り扱いを伴い、更なる時間を要し、最終決定において実質的な誤差を引き起こすため、望ましくないと考えられている。更に、サンプルが分析される環境の温度は、分析物濃度決定の精度に負の影響を及ぼし得る。

したがって、広範なヘマトクリットレベル及び温度を明らかにする、より正確な分析物濃度測定を得る方法を開発することが望ましいであろう。ヘマトクリットレベルを迅速に決定する方法を開発することも望ましいであろう。

出願者は、前述の付随問題がほとんどないか、又はそれが全くない、広範なヘマトクリットレベル及び温度を明らかにする、より正確な分析物濃度測定を得る方法を開発することが望ましいであろうことを理解している。出願者は、ヘマトクリットレベルを迅速に決定する方法を開発することも望ましいであろうことも理解している。したがって、システム、デバイス、及び方法は、概して、血液サンプルのヘマトクリット値を決定し、かつサンプル中の分析物の濃度を決定するために提供される。全血サンプルのヘマトクリット値を決定するための方法の例示的な一実施例において、該方法は、全血のサンプルを、毛管空隙を有するサンプル分析デバイスに提供する工程と、毛管空隙の少なくとも一部分内のサンプルの初期充填速度を測定する工程と、初期充填速度からサンプルのヘマトクリット値を決定する工程と、を含む。初期充填速度を測定する工程は、電位を印加する工程と、電流を測定する工程と、初期電流量を決定する工程と、を含むことができる。一実施形態において、電流測定は、約１０ミリ秒毎に少なくとも約５０ミリ秒間実施され、平均電流は、電流測定値に基づき計算される。別の代替的実施形態において、初期充填速度を測定する工程は、光信号を検出する工程を含むことができる。一実施形態において、初期充填速度を測定する工程は、サンプルが毛管空隙に進入した直後に生じる。更に別の実施形態において、初期充填速度を測定する工程は、サンプルが、検出信号が生成されるサンプル分析デバイスの毛管空隙の領域内に横断した後に生じる。サンプルの温度は、測定するか、又は推測することができる。測定又は推測された温度は、サンプルのヘマトクリット値を決定するために使用することができる。例示的な一実施形態において、サンプル分析デバイスは、免疫センサを含む。

ヘマトクリットレベルを測定する工程の他に、該方法は、サンプル中の分析物の濃度を決定するために使用することもできる。例えば、ヘマトクリット値を決定するための方法は、決定されたヘマトクリット値を考慮して、分析物の濃度を計算する工程を含むことができる。これは、例えば、電位を印加し、電位を印加した後の初期電流を測定し、電位を逆転させることによって達成することができる。一定期間にわたる電流の変化は、電位の逆転後、測定することができる。一定期間にわたる、測定された電流の変化は、分析物の濃度を計算するためにも使用することができる。一実施形態では、サンプルの温度は、測定するか、又は推測することができる。かかる実施形態において、一定期間にわたる、測定された電流の変化、及びサンプルの温度は、分析物の濃度を計算するために使用することができる。

サンプル中の分析物の濃度を決定するための方法の例示的な一実施形態において、該方法は、分析物を含有するサンプルを、作用電極及び対電極を有するサンプル分析デバイスに提供する工程と、作用電極と対電極との間に電位を印加する工程と、サンプルの初期充填速度を決定する工程と、初期充填速度を考慮して、分析物の濃度を計算する工程と、を含む。一実施形態において、初期充填速度は、光信号における変化率を決定することによって決定することができる。別の実施形態において、初期充填速度は、初期電流量を決定することによって決定することができる。初期電流量は、例えば、約１０ミリ秒毎に少なくとも約５０ミリ秒間電流測定を実施し、次いで、電流測定値に基づき平均電流を計算することによって決定することができる。更に別の実施形態において、初期充填速度は、電位を印加した後の初期電流を測定し、サンプル中のヘマトクリットのレベルを決定し、作用電極と対電極との間で電位を逆転させることによって決定することができる。更に、分析物の濃度は、決定されたヘマトクリットのレベルに基づき、算定することができる。

分析物の濃度を決定するための方法は、電位の逆転後、一定期間にわたって、電流の変化、即ち、電流対時間のグラフの勾配ｍを測定する工程を更に含むことができる。その結果、分析物の濃度、Ｃ_Ｏは、一定期間にわたる、電流の変化を考慮して、計算することができる。例えば、分析物の濃度は、以下の等式を使用して、計算することができる：

式中、

であり、Ｈは、ヘマトクリットのレベルである。ヘマトクリットのレベルＨは、以下の等式を使用して決定することができる：

式中、

は、初期電流の絶対値である。

サンプル分析デバイスは、免疫センサであってもよい。濃度が分析される分析物は、Ｃ反応性タンパク質であってもよい。分析物は、血液であってもよい。一実施形態において、血液は、全血を含む。該方法は、全血の温度Ｔを測定する工程か、あるいは、周辺温度を測定し、それを使用して血液の温度Ｔを推測する工程を更に含むことができる。該方法は、電位の逆転後、一定期間にわたって、電流の変化、即ち、電流対時間のグラフの勾配ｍを測定する工程も更に含むことができる。その結果、分析物の濃度、Ｃ_Ｏは、一定期間にわたる、電流の変化を考慮して、計算することができる。例えば、分析物の濃度は、以下の等式を使用して、計算することができる：

式中、

であり、Ｈは、ヘマトクリットのレベルである。ヘマトクリットのレベルＨは、以下の等式によって決定することができる：

式中、

は、初期電流の絶対値である。

電気化学システムの例示的な一実施形態において、システムは、下部電極及び上部電極を有する免疫センサと、免疫センサの下部電極と上部電極との間に電位を印加するように構成された計器と、免疫センサ内に導入されたサンプルの開始充填速度を測定するように構成された制御ユニットと、を含む。制御ユニットは、開始充填速度を使用して、サンプルが血液を含むときのサンプルのヘマトクリット値及びサンプル中の分析物の濃度のうちの少なくとも１つを計算するように更に構成される。システムは、免疫センサの少なくとも一部分を加熱するように構成された加熱要素も含むことができる。

免疫センサは、第１の液体試薬と、第２の液体試薬と、抗原と抱合した磁気ビーズと、を含むことができる。一実施形態において、第１の液体試薬は、緩衝液中の酵素と抱合した抗体を含むことができる。第１の液体試薬は、下部電極上に縞模様に付けることができ、乾燥させることができる。第２の液体試薬は、フェリシアン化物と、酵素のための基質と、希酸溶液中のメディエータとを含むことができる。第２の液体試薬は、下部電極上に縞模様に付けることができ、乾燥させることができる。一方、磁気ビーズは、上部電極上に縞模様に付けることができ、乾燥させることができる。

免疫センサは、複数のチャンバーと、セパレータと、通気孔と、１つ以上の封止用構成要素とを更に含むことができる。セパレータは、下部電極と上部電極との間に配設することができる。複数のチャンバーは、反応チャンバーと、検出チャンバーと、充填チャンバーと、を含むことができる。反応チャンバーは、セパレータ内に形成されることができ、第１の試薬、及び抗原と抱合した磁気ビーズがその中に配設されることができる。検出チャンバーも、セパレータ内に形成されることができ、第２の試薬がその中に配設されることができる。充填チャンバーは、セパレータ、並びに下部電極及び上部電極の一方に少なくとも部分的に形成されることができ、検出チャンバーからある距離だけ離間されることができ、反応チャンバーの少なくとも一部分に重なり合うことができる。通気孔は、セパレータ、下部電極、及び上部電極の各々において少なくとも部分的に形成されることができ、反応チャンバーからある距離だけ離間されることができ、検出チャンバーの少なくとも一部分に重なり合うことができる。一実施形態において、１つ以上の封止用構成要素は、第１の封止用構成要素及び第２の封止用構成要素であることができる。第１の封止用構成要素は、下部電極及び上部電極のうちの一方に取り付けられた、組み込まれた抗凝固剤を有することができ、通気孔の上に配設されることができ、充填チャンバーの壁を形成すると共に通気孔を封止するように構成されることができる。第２の封止用構成要素は、下部電極及び上部電極のうちのもう一方に取り付けることができ、通気孔の上に配設されることができ、通気孔を封止するように構成されることができる。一実施形態において、第１の封止用構成要素は、親水性接着テープを含む。

一実施形態において、電気化学システムの制御ユニットは、サンプルの初期充填速度を測定するために、光信号における変化率を測定するように構成された光信号検出器を含むことができる。別の実施形態において、制御ユニットは、サンプルの初期充填速度を測定するために、初期電流量を測定するように構成された電流量検出器を含むことができる。更に別の実施形態において、制御ユニットは、サンプルが免疫センサの毛管空隙に進入した直後のサンプルの初期充填速度を測定するように構成されることができる。更に別の実施形態において、制御ユニットは、サンプルが、検出信号が生成される免疫センサの毛管空隙の領域内に横断した後の初期充填速度を測定するように構成されることができる。制御ユニット、免疫センサ、及び計器のうちの少なくとも１つは、サンプルの温度を測定するか、又はサンプルの温度を推測するように構成されることができる。

システムが濃度を計算する分析物は、Ｃ反応性タンパク質であってよい。免疫センサ内に導入されるサンプルは、血液であってよい。一実施形態において、血液は、全血を含む。

サンプル分析デバイスはまた、非限定的な例として、電気化学セル、電気化学センサ、グルコースセンサ、グルコース計器、ヘモグロビンセンサ、酸化防止剤センサ、及びバイオセンサを含む、多数の他の分析デバイスであってよい。一実施形態において、サンプル分析デバイスは、グルコースセンサを含む。グルコースセンサは、作用電極及び対又は対／基準電極を有する電気化学セルを含むことができる。作用電極及び対又は対／基準電極は、約５００マイクロメートル以下で離間することができる。一実施形態において、電極間の間隔は、約８０マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの範囲である。間隔は、所望の結果を達成するため、例えば、実質的に、所望時間内に定常状態の電流を達成するために決定することができる。一実施形態において、電極間の間隔は、対電極からの反応生成物が作用電極に到達するように選択される。

作用電極及び対又は対／基準電極は、様々な構成を有することができる。例えば、電極は、互いに面することができるか、それらは、実質的に互いに面することができるか、又は、それらは、電極がほぼ同じ平面上に位置付けられる隣接構造を有することができる。電極は、実質的に同一の対応領域を有することができる。電極は、平面的であってもよい。一実施形態において、電気化学セルは、作用電極、対電極、及び別個の基準電極を含む。別の実施形態において、電気化学セルは、２つの電極対を有することができる。電極対は、作用電極、対電極、対／基準電極、及び別個の基準電極のうちの任意の組み合わせを含むことができるが、例示的な一実施形態において、各対は、作用電極及び対又は対／基準電極を含む。更に別の実施形態において、電気化学セルは、約１．５マイクロリットル以下の有効なセル量を有することができる。あるいは、電気化学セルは、中空であってもよい。

電位は、非限定的な例として計器を含む、多数の異なる機構によって、セルの電極に印加することができる。電位の規模は、非限定的な例として、セル内のサンプルの所望の反応を含む、多数の異なる要因による可能性がある。一実施形態において、電位の規模は、サンプルの還元された形態の電解酸化、又は酸化された形態の電解還元が、実質的に拡散律速であるように、選択することができる。

サンプルは、毛管現象によりセルに進入することができる。制御ユニットは、セルに進入するサンプルの初期速度を決定するために使用することができる。一実施形態において、制御ユニットは、サンプルの初期充填速度を測定するために、光信号における変化率を測定するように構成される、光信号検出器を含むことができる。別の実施形態において、制御ユニットは、サンプルの初期充填速度を測定するために、初期電流量を測定するように構成される、電流量検出器を含むことができる。更に別の実施形態において、制御ユニットは、サンプルが電気化学セルの毛管空隙に進入した直後のサンプルの初期充填速度を測定するように構成されることができる。更に別の実施形態において、制御ユニットは、サンプルが、検出信号が生成される電気化学セルの毛管空隙の領域内に横断した後の初期充填速度を測定するように構成されることができる。制御ユニット、電気化学セル、及び計器のうちの少なくとも１つは、サンプルの温度を測定するか、又はサンプルの温度を推測するように構成されることができる。

血液サンプル中の抗原を測定するための方法の例示的な一実施形態は、２つの電極を有する免疫センサ及び免疫センサの２つの電極との間に電位を印加するように構成された計器を提供する工程を含むことができる。該方法は、抗原を含有する血液サンプルを免疫センサ内に導入する工程と、２つの電極間に電位を印加する工程と、血液サンプルの初期充填速度を決定する工程と、初期充填速度を考慮して、抗原の濃度を計算する工程とを更に含むことができる。代替的実施形態において、該方法は、血液のヘマトクリットレベルのみを測定するか、又は血液のヘマトクリットレベル及び血中の抗原の濃度の両方を測定するように設定することができる。免疫センサは、２つの電極間に配設されたセパレータ内に形成された反応チャンバー及び検出チャンバーと、セパレータ及び２つの電極のうちの１つ内に少なくとも部分的に形成された充填チャンバーと、セパレータ及び２つの電極内に少なくとも部分的に形成された通気孔と、を更に含むことができる。充填チャンバーは、検出チャンバーからある距離だけ離間されることができ、反応チャンバーの少なくとも一部分に重なり合うことができる。通気孔は、反応チャンバーからある距離だけ離間されることができ、検出チャンバーの少なくとも一部分に重なり合うことができる。血液サンプルの抗原は、Ｃ反応性タンパク質であってよい。該方法は、血液サンプルの温度を測定する工程、あるいは血液サンプルの温度を推測する工程、及び、次いで、電位を逆転させる工程後に、一定期間にわたって、電流の変化を測定する工程を更に含むことができる。その結果、抗原の濃度は、一定期間にわたる電流の変化及び測定又は推測された温度を考慮して、計算することができる。

血液サンプルを測定するための方法は、第１の緩衝液中の抗体酵素複合体及び第２の緩衝液中の抗原に連結した磁気ビーズを反応チャンバー内に提供する工程を更に含むことができる。希酸中のフェリシアン化物、グリコース、及びメディエータは、検出チャンバー内に提供することができる。第１の封止は、充填チャンバーの壁を形成する通気孔の第１の側面上に提供することができ、第２の封止は、通気孔の第２の側面上に提供することができる。免疫センサ内に導入される血液サンプルの少なくとも一部分は、それが免疫センサ内に導入されるときに、充填チャンバーから反応チャンバーに移動する。

該方法は、封止のうちの少なくとも１つを穿孔することによって、所定時間後に、通気孔を開口する工程を更に含むことができる。封止のうちの少なくとも１つを穿孔することで、磁気ビーズに拘束されていない抗原酵素複合体を含有する血液サンプルの一部分が、検出チャンバーに移動するのを可能にする。更に、該方法は、検出チャンバー内でグルコースの酸化を触媒する工程を含むことができ、これは、フェロシアン化物の形成をもたらすことができる。電流は、フェロシアン化物から電気化学的に検出することができ、血液サンプル中の抗原の濃度は、検出した信号を考慮して、計算することができる。

一実施形態において、初期充填速度を決定する工程は、電位を印加した後の初期電流を測定する工程と、サンプル中のヘマトクリットのレベルを決定する工程と、作用電極と対電極との間の電位を逆転させる工程と、を含むことができる。したがって、分析物の濃度は、決定されたヘマトクリットのレベルに基づき、算定することができる。該方法は、電位の逆転後、一定期間にわたって、電流の変化を測定する工程を更に含むことができる。したがって、分析物の濃度は、一定期間にわたる電流の変化を考慮して、計算することができる。別の実施形態において、初期充填速度を決定する工程は、初期充填速度を決定するために、光信号における変化率を決定する工程を含むことができる。更に別の実施形態において、初期充填速度を決定する工程は、初期充填速度を決定するために、初期電流量を決定する工程を含むことができる。初期充填速度は、血液サンプルが免疫センサの毛管空隙に進入した直後に決定することができる。あるいは、初期充填速度は、血液サンプルが、検出信号が生成される免疫センサの毛管空隙の領域内に横断した後に決定することができる。

本発明は、以下の詳細な説明を付属の図面と併せ読むことでより詳細に理解されるであろう。

本発明に従う、免疫センサ、及び初期充填速度を計算するための光検出器を有する制御ユニットの一実施形態の斜視図。 本発明に従う、免疫センサの別の例示的実施形態の分解図。免疫センサは、初期充填速度を計算するための電気化学検出システムを有する制御ユニットと共に使用するように構成される。 本発明に従う、電気化学セルの例示的な一実施形態の概略側面図（原寸に比例しない）。 上から見た図３の電気化学セルの平面図。 本発明に従う、中空の電気化学セルの例示的な一実施形態の概略断面図（原寸に比例しない）。 本明細書に提供される様々な血液サンプルを試験するための例示的な一実施例と併せて、図２のデバイスを使用して実施された電流対時間遷移のプロット。 電流に対しての図６に関連した実施例に関連して使用された、各血液サンプルに関するヘマトクリット濃度レベルのプロット。 図６に関連した各血液サンプルの決定されたヘマトクリット濃度レベルに対する、図６に関連した各血液サンプルに関して決定されたヘマトクリット濃度レベルの誤差割合のプロット。 図６に関連した各血液サンプルの計算されたＣ反応性タンパク質のレベルの、従来の酵素イムノアッセイによって決定される血漿Ｃ反応性タンパク質の参照値に対するプロット。 本明細書に提供される様々な血液サンプルを試験するための別の例示的実施例と併せて、図２の免疫センサを使用して実施した、血液サンプルが配設される免疫センサの検出チャンバーの電流対温度のプロット。 図１０に関連した各血液サンプルの決定されたヘマトクリット濃度レベルに対する、図１０に関連した各血液サンプルに関して決定されたヘマトクリット濃度レベルの誤差割合のプロット。 図１０に関連した各血液サンプルに関する、経時的な電流の変化に基づき決定された勾配の、血液サンプルが配設される免疫センサの検出チャンバーの温度に対するプロット。 従来の酵素イムノアッセイによって決定される血漿Ｃ反応性タンパク質の参照値に対して、約３３．５％のヘマトクリットレベル及び約４７．５％のヘマトクリットレベルを有する、図１０に関連した血液サンプルの計算されたＣ反応性タンパク質レベルのプロット。

本明細書で開示される装置及び方法の構造、機能、製造、及び使用の原理が総括的に理解されるように、特定の例示的実施形態について、これから説明することにする。これらの実施形態の１つ以上の実施例を添付の図面に示す。本明細書で詳細に説明し、添付の図面に示す装置及び方法は、非限定的な例示的実施形態であること、並びに、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって定義されることが、当業者には理解されよう。ある例示的実施形態に関連して例示又は説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わされてもよい。そのような修正及び変形は、本発明の範囲に含まれることを意図したものである。更に、いくつかの実施形態は、サンプルのヘマトクリットの値を決定する工程を論じ、他の実施形態は、サンプル中の分析物の濃度を決定する工程を論じるが、各種類の実施形態に付随する教示は、他の種類の実施形態に同様に適用可能であることは、当業者には理解されるであろう。即ち、ヘマトクリット値を決定する工程を対象とした実施形態は、サンプル中の分析物の濃度を決定するために使用することもでき、分析物の濃度を決定する工程を対象とした実施形態は、サンプルのヘマトクリット値を単に決定するために使用することができる。更に、実施形態は、両方、サンプルのヘマトクリット値を決定し、サンプル中の分析物の濃度を決定するために使用することができる。

本明細書に開示する、サンプル中のヘマトクリットの値を決定し、サンプル中の分析物の濃度を決定するための方法は、任意のサンプル分析デバイス及び／又はシステムと共に使用することができる。デバイスは、毛管空隙を有することができる。該デバイスは、少なくとも１つの作用電極及び電位をそれらの間に印加することができる１つの対電極を含むことができる。サンプル分析デバイスは、一般的に、計器等の電極間に電位を印加するための構成要素に関連付けられることができる。サンプル分析デバイスは、サンプルがデバイスに導入されるときに、サンプルの初期充填速度を測定することが可能な、１つ以上の構成要素に関連付けられることもできる。かかる構成要素は、初期充填速度を考慮して、サンプル中の分析物の濃度を計算することも可能である。かかる構成要素は、概して、本明細書において制御ユニットとして言及される。更に、分析物、抗原、及び抗体という用語は、その中で同じ意味で使用され、したがって、１つの用語の使用は、当業者によって他に指示されないか、又は道理にかなって知られていない限り、３つのすべての用語に同様に適用可能である。

全血サンプルのヘマトクリット値を決定するための方法の例示的な一実施形態において、全血のサンプルを、毛管空隙を有するサンプル分析デバイスに提供する。毛管の少なくとも一部分内のサンプルの初期充填速度を測定する。次いで、サンプルのヘマトクリット値を、初期充填速度から決定する。サンプル中の分析物又は抗原の濃度は、決定されたヘマトクリットの値を考慮して、決定することができる。初期充填速度を使用してヘマトクリット値を計算することにより、精度の改善を可能にすることができる。ヘマトクリット値を決定するための方法は、以下に詳細に論じるとおり、温度の効果も明らかにすることができる。更に、付随する分析物濃度を参照せずに、ヘマトクリットの値のみを測定することによって、決定値を、ほぼ瞬時に、しばしば、１秒未満で達成することができる。例えば、一滴の血液のヘマトクリットレベルは、血液をサンプル分析デバイスのセンサストリップ上に単に液滴することによって、１秒未満で決定することができる。血液がストリップ上に配設されると、ヘマトクリットレベルのデジタル読み出しを、ほぼ瞬時に提供することができる。その結果は、ヘマトクリットレベルの迅速かつ正確な決定値であり、これは、様々な医療評価において、例えば、貧血等の症状に関連する評価を行う上で有用である。

サンプル中の分析物の濃度を決定するための方法の別の例示的実施形態において、サンプルを、作用電極及び対電極を有するサンプル分析デバイスに提供する。電位は、サンプル分析デバイスの作用電極と対電極との間に印加することができ、サンプル分析デバイスの毛管空隙内へのサンプルの初期充填速度を決定することができる。サンプル中の分析物の濃度は、決定された初期充填速度を考慮して、計算することができる。初期充填速度を考慮して濃度を計算することによって、各サンプルで異なるヘマトクリットレベルから生じ得る誤差等の誤差を明らかにすることができ、それによって、サンプル中の分析物の濃度のより正確な決定値をもたらす。該方法は、以下に詳細に論じるとおり、温度の影響を明らかにすることもできる。サンプル中の分析物の濃度を検出するための代替的実施形態において、誤差は、決定された初期充填速度ではなくむしろ、決定された充填時間に基づき訂正される。かかるデバイスの一例は、「Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｆｉｌｌ Ｔｉｍｅ」と題する、２００９年１２月３０日に本出願と同時に出願されたＲｏｎａｌｄ Ｃ．Ｃｈａｔｅｌｉｅｒ及びＡｌａｓｔａｉｒ Ｍ．Ｈｏｄｇｅｓ（代理人整理番号１０４９７８−４５８）の同時係属特許出願に開示されており、これは、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。代替的実施形態において、血漿相内の抗原の濃度及びヘマトクリットレベルの推定レベルを決定することができる。

初期充填速度は、分析物の濃度を決定するための様々な方法に使用することができる。例えば、サンプルが全血を含み、サンプルがサンプル分析デバイス内で分析される位置の温度が既知である場合、初期充填速度は、決定されたヘマトクリットレベルに関連付けられることができる。例えば、サンプル分析デバイスのチャンバーが所望温度まで予熱される場合、サンプルの温度は既知であり得る。温度が不明な場合、計算は、依然として実施され、これは、温度を反応中に測定又は推測するのを可能にする。かかる例では、温度及びヘマトクリットレベルは、両方とも、より正確な分析物濃度決定値を提供するために明らかにすることができる。更に、初期充填速度は、同様に、血液サンプルのヘマトクリットレベルを決定するための様々な方法に使用することができる。

サンプル分析デバイスに進入するサンプルに関連付けられる初期充填速度を決定するための様々な方法が存在する。初期充填速度を決定することは、ひいては、液体の粘度を予測することを可能にすることができる。液体の粘度を予測することは、より正確な濃度決定を行う上で役立つことができる。図１に示すとおり、例示的な一実施形態において、免疫センサ１０は、一般的に免疫センサ１０の進入ポート２１付近から充填チャンバー２２まで位置する光検出器５２を有する制御ユニット５０を含む。光検出器５２は、任意の形状又は寸法を有することができ、また、例えば、免疫センサ１０の上部の上又は免疫センサ１０の進入ポート２１のすぐ内側に位置することができる。図示の実施形態において、光センサは、進入ポート２１に隣接する、免疫センサ１０の上部プレート１４に取り付けられる。光センサ５２は、サンプルがセンサ５２を通過するときに変化する光信号を含むことができる。したがって、サンプルが免疫センサ１０に提供されると、光信号の変化率を検出することができ、それは、ひいては、初期充填速度を予測するために使用することができる。変化率は、免疫センサ１０の毛管空隙の少なくとも一部分内で測定することができる。次いで、初期充填速度は、多くの異なるパラメータを計算するために使用することができる。非限定的な例として、初期充填速度は、サンプル中の抗原の濃度又は全血サンプルのヘマトクリットレベルを計算するために使用することができる。

別の例示的実施形態において、電気化学検出システムは、初期電流量の規模を測定するために使用することができる。規模は、サンプルがサンプル分析デバイスの毛管空隙に進入するとすぐに測定することができる。毛管空隙は、例えば、充填チャンバー内への初期の進入前に、充填チャンバーと反応チャンバーとの間、及び／又は反応チャンバーと検出チャンバーとの間に位置することができる。例示的な一実施形態において、初期電流量は、充填チャンバーと反応チャンバーとの間で決定される。別の例示的実施形態において、初期電流量は、まず、サンプルが、検出チャンバー等の検出信号が生成されるサンプル分析デバイスの毛管空隙の領域内に横断するときに測定される。

多くの異なる技術を、電流量を測定するために使用することができる。例えば、所望数の測定を、所望の期間にわたって行うことができる。例示的な一実施形態において、測定は、約１ミリ秒毎〜約２５ミリ秒毎の範囲にほぼ少なくとも約１０ミリ秒間〜約３００ミリ秒間、行われる。別の実施形態において、測定は、ほぼ約１０ミリ秒毎にほぼ少なくとも５０ミリ秒間行われる。単一の測定を行うこともできるが、典型的に、初期速度のより正確な結果は、短期間にわたって複数の測定を行うことによって得ることができる。いくつかを以下に詳細に開示するが、サンプルの初期電流及び／又は初期速度を決定することができる様々な他の方法が存在することは、当業者には理解されるであろう。

本明細書に開示する方法のうちの少なくともいくつか及び免疫センサ１１０と併せて使用するためのサンプル分析デバイスの別の例示的実施形態が図２に図示され、「Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ ａｎ Ｉｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒ」と題する、２００９年９月３０日に出願された、Ｃｈａｔｅｌｉｅｒらの米国特許出願第１２／５７０，２６８号に記載されており、これは、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。複数のチャンバーは、サンプルを免疫センサの中に導入することができる充填チャンバー、サンプルを１つ以上の所望の物質と反応させることができる反応チャンバー、及びサンプルの特定の構成成分の濃度を決定することができる検出チャンバーを含む、免疫センサ内に形成されることができる。これらのチャンバーは、免疫センサの下部電極、上部電極、及びセパレータのうちの少なくとも一部分内に形成されることができる。免疫センサは、必要に応じて、空気が免疫センサに進入及びそれから漏れることを可能にし、また第１及び第２の封止用構成要素が通気孔の第１及び第２の側面を選択的に封止することを可能にする、通気孔を含むこともできる。第１の封止用構成要素は、充填チャンバーの壁を形成することもできる。

図示するとおり、免疫センサ１１０は、その上に縞模様に付けられた２つの液体試薬１３０、１３２を有する下部電極１１２を含む。下部電極１１２は、電極を形成するために使用される任意の数の技術を使用して形成されることができるが、一実施形態では、硫酸バリウムで充填されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシートは、例えば、金等の好適な伝導体でスパッタコーティングされる。電極を形成する他の非限定的な例が、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題され、２０００年１１月１０日に出願された、Ｈｏｄｇｅｓらの米国特許第６，５２１，１１０号において開示されており、その内容は、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。

同様に、液体試薬１３０、１３２は、多くの異なる組成物を有し得る。一実施形態において、第１の液体試薬１３０は、スクロース、並びにポロキサマー（例えば、Ｐｌｕｒｏｎｉｃｓ（登録商標）ブロックコポリマー等）、抗凝結剤（シトラコン酸塩）、及びカルシウムイオンを含有する緩衝液中の酵素と抱合した抗体（例えば、ＧＤＨ−ＰＱＱ等）を含む。一実施形態において、第２の液体試薬１３２は、酸性緩衝液（希釈シトラコン酸溶液等）中のフェリシアン化物、グルコース、及び第２のメディエータ（フェナジンエトサルフェート等）の混合物を含む。第１及び第２の液体試薬１３０、１３２は、下部電極１１２の上で乾燥させることができる。試薬１３０、１３２を乾燥させるために多くの技法を使用することができるが、一実施形態において、下部電極１１２の上に試薬１３０、１３２が縞模様で付けられた後に、１つ以上の赤外線乾燥器を試薬１３０、１３２に適用することができる。また、例えば、１つ以上の空気乾燥器が赤外線乾燥器に続いて使用されることもできる。本明細書における、第１の試薬と第１の液体試薬、及び第２の試薬と第２の液体試薬についての言及は、同じ意味で用いられており、特定の実施形態に対して試薬が所与の時点で液体の又は乾燥した形態にあることを必ずしも示唆するものではない。更に、第１及び第２の液体試薬に付随する構成成分のいくつかは、交換可能に、かつ／又は、所望に応じて第１の液体試薬と第２の液体試薬の両方において使用されることができる。非限定的な例として、抗凝固剤は、第１の液体試薬１３０及び第２の液体試薬１３２のうちの一方又は両方に付随することができる。

１本の線が、試薬１３０、１３２の一方の縁部がその線に近接するか又は接するように、試薬１３０と１３２との間のスパッタコーティングされた金として形成されることができる。図示の実施形態において、線は、試薬１３２の縁部が通気孔１２４における線に接するように、形成される。この線は、レーザーアブレーションを利用して、又は鋭利な金属の縁部を用いて施されることができる。一実施形態において、線は、試薬１３０、１３２が電極上に縞模様で付けられる前に施されることができる。この線は、下部電極１１２の検出チャンバーの下にある部分を、反応チャンバーの下に位置する部分から電気的に絶縁するように設計されることができる。これにより、電気化学的分析の間、作用電極の範囲がより良好に画定されることができる。

また、免疫センサ１１０は、１つ以上の磁気ビーズ１３４を有する上部電極１１４を含むことができ、磁気ビーズ１３４は、表面結合型抗原をその上に含有している。これらの抗原は、以下で更に詳細に説明するように、下部電極１１２に配設された抗体及び反応チャンバー１１８内のサンプルと反応するように構成されることができる。下部電極１１２の上及び上部電極１１４の上に配設された構成要素が相互に交換可能であることが、当業者には理解されよう。したがって、下部電極１１２は１つ以上の磁気ビーズ１３４を有することができ、上部電極１１４は、上部電極１３２上に縞模様で付けられた２種類の液体試薬１３０、１３２を有することができる。更に、図示の実施形態において、電極１１２の長さは、免疫センサ１１０の全体の長さを形成しているが、他の実施形態において、電極は、免疫センサの層のうちの下部又は上部電極として働く一部分のみとされることができ、あるいは、複数の電極が、免疫センサの単一の層に配置されることができる。更に、免疫センサに印加される電位は、反転及び／又は交番することがあるため、下部及び上部電極の各々は、異なる段階において作用電極及び対電極又は対電極／基準電極として働くことができる。説明を容易にする目的で、本願において、下部電極は作用電極と見なし、上部電極は対電極又は対電極／基準電極と見なす。

下部電極１１２と上部電極１１４との間に配置されるセパレータ１１６は、多様な形状及び寸法を有することができるが、一般的には、望ましくは下部及び上部電極１１２、１１４と係合して免疫センサ１１０を形成するように構成される。例示的な一実施形態において、セパレータ１１６は、両側で接着特性を含む。セパレータ１１６は、セパレータ１１６の２面の各々の側に剥離ライナーを更に有することができる。セパレータ１１６は、少なくとも２つの空洞を形成する方式で切断されることができる。第１の空洞は、反応チャンバー１１８として働くように形成されることができ、第２の空洞は、検出チャンバー１２０として働くように形成されることができる。一実施形態において、反応チャンバー１１８は、電極１１２、１１４と整列して反応チャンバー内での抗原抗体反応を可能にし、一方で検出チャンバー１２０は、電極１１２、１１４と整列して検出チャンバー内でのフェロシアン化物の電気化学的測定を可能にするように、セパレータ１１６がキスカット（ｋｉｓｓ−ｃｕｔ）されることができる。

一実施形態において、セパレータ１１６は、上部電極１１４の磁気ビーズ１３４及び下部電極１１２の第１の試薬１３０を少なくとも部分的に反応チャンバー１１８内に配設することが可能となり、かつ下部電極１１２の第２の試薬１３２のフェロシアン化物とグルコースとの組み合わせを少なくとも部分的に検出チャンバー１２０内に配設することが可能となるような方式で、下部電極１１２上に配置されることができる第１及び第２の液体試薬１３０、１３２の各々に抗凝固剤を含めて、抗凝固剤が反応チャンバー１１８及び検出チャンバー１２０の各々に付随するようにすると有利となり得る。いくつかの実施形態では、上部電極１１２及び下部電極１１４の一方とセパレータ１１６との組み合わせが、互いに積層されて二層積層体を形成することができ、一方で、他の実施形態では、下部電極１１２、上部電極１１４、及びセパレータ１１６の各々の組み合わせが、互いに積層されて三層積層体を形成することができる。あるいは、更なる層も追加し得る。

充填チャンバー１２２は、下部電極１１２及び上部電極１１４の一方及びセパレータ１１６に孔を打抜きすることによって形成されることができる。図示の実施形態において、充填チャンバーは、下部電極１１２の孔が反応チャンバー１１８と重なり合うように、下部電極１１２及びセパレータ１１６に孔を打抜きすることによって形成されている。図示されるように、充填チャンバー１２２は、検出チャンバー１２０から一定の距離だけ離されることができる。そのような構成により、サンプルは、検出チャンバー１２０に進入することなしに、充填チャンバー１２２を通じて免疫センサ１１０に進入し、反応チャンバー１１８の中に流入して、例えば、第１の電極１１２上の、酵素と抱合した抗体を緩衝液中に含む第１の液体試薬１３０、及び上部電極１１４上に縞模様で付けられた磁気ビーズ１３４と反応することが可能となる。サンプルの充填チャンバー１２２への進入は、毛管現象として生じることができ、充填チャンバー１２２、反応チャンバー１１８、及びそれらの間の位置のうちの少なくとも１つを、毛管空隙と見なすことができる。サンプルが反応したら、そのサンプルは、次いで、第２の液体試薬１３２、例えば、フェリシアン化物、グルコース、及び酸性の緩衝液中の第２のメディエータの混合物と相互作用するために、検出チャンバー１２０の中に流入することができる。

通気孔１２４が免疫センサ１１０の全体を通じて延びるように、通気孔１２４は、２つの電極１１２、１１４の各々及びセパレータ１１６を貫いて孔を打抜きすることによって形成されることができる。孔は、例えば、多数の異なる位置でドリル又は打抜き等の好適な方法で形成されることができるが、例示的な一実施形態では、それは、反応チャンバー１１８から離間される検出チャンバー１２０の領域と重なり合うことができる。

通気孔１２４は、多数の異なる方法で封止することができる。図示の実施形態において、第１の封止用構成要素１４０は、下部電極１１２上に位置して、通気孔１２４の第１の側面を封止し、第２の封止用構成要素１４２は、上部電極１１４上に位置して、通機孔１２４の第２の側面を封止する。封止用構成要素は、任意の数の材料から作製することができ、及び／又は任意の数の材料を含むことができる。非限定的な例として、封止用構成要素のいずれか一方、又はそれらの両方は、親水性接着テープ又はスコッチ（Ｓｃｏｔｃｈ）（登録商標）テープであってよい。封止用構成要素の接着側は、免疫センサ１１０に面することができる。図示されるように、第１の封止用構成要素１４０は、通気孔１２４に対する封止を形成できるだけでなく、サンプルが中に収容されることができるように、充填チャンバー１２２の壁を形成することもできる。第１の封止用構成要素１４０の接着側上に組み込まれた特性は、充填チャンバー１２２に関連付けられることができる。例えば、第１の封止用構成要素１４０が、それを親水性及び／又は水溶性にする特性を含む場合、充填チャンバーは、サンプルがその中に配設されるときに、よく濡れた状態のままであることができる。更に、封止用構成要素１４０、１４２は、免疫センサ１１０及びその中に配設された構成成分に対して所望に応じて通気及び／又は封止をなすように、免疫センサ１１０に選択的に関連し、かつ切り離すことができる。

接着剤は、一般的に、免疫センサの構造に使用することができる。接着剤を本開示の免疫センサ及び他のサンプル分析デバイス内に組み込むことができる方法の非限定的な例は、「Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ ａｎ Ｉｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒ」と題し、２００９年９月３０日に出願された、Ｃｈａｔｅｌｉｅｒらの米国特許出願第１２／５７０，２６８号で確認することができ、この内容は、既に、参照によって、その全体が本願に組み込まれている。

本開示は、免疫センサに関連する様々な異なる実施形態を論じるが、免疫センサの他の実施形態も、本開示の方法と共に使用することができる。そのような実施形態の非限定的な例には、「Ｄｉｒｅｃｔ Ｉｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒ Ａｓｓａｙ」と題され２００２年３月２１日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許出願公開第２００３／０１８０８１４号、「Ｉｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒ」と題され２００４年４月２２日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許出願公開第２００４／０２０３１３７号、「Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｕｓｅ」と題され２００５年１１月２１日に出願されたＲｙｌａｔｔらの米国特許出願公開第２００６／０１３４７１３号、並びに米国特許出願公開第２００３／０１８０８１４号及び同第２００４／０２０３１３７号の各々に対する優先権を主張する米国特許出願第１２／５６３，０９１号に記載されたものが挙げられ、これらのそれぞれは、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。

一実施形態において、免疫センサ１１０は、電極１１２、１１４に電位を印加し、その電位を印加した結果として生じる電流を測定するように構成された計器の中に配設されるように構成されることができる。一実施形態において、免疫センサは、計器と係合するための１つ以上のタブ１１７を含む。他の特性も、免疫センサ１１０を計器に係合するために使用することができる。その計器は、多くの種々の特徴を有することができる。例えば、計器は、免疫センサ１１０の特定の構成成分をあるチャンバー内に維持し、その一方で他の構成成分が他のチャンバーに流れるように構成された、磁石を含むことができる。例示的な一実施形態において、計器の磁石は、免疫センサ１１０を計器内に配設すると磁石が反応チャンバー１１８の下方に配置されるように位置する。これにより、磁石は、任意の磁気ビーズ１３４、より具体的には、ビーズ１３４に拘束されている任意の抗体酵素複合体が、検出チャンバー１２０の中に流入するのを防ぐのを助けることができる。

計器の別の特徴には、加熱要素が挙げられる。加熱要素は、反応速度を速めるのを助け、また、粘度を減じることによってサンプルが所望の方式で免疫センサ１１０を通じて流動するのを助けることができる。加熱要素は、１つ以上のチャンバー及び／又はその中に配置されたサンプルが所定温度まで加熱されるのを可能にすることもできる。所定温度まで加熱することで、例えば、反応が生じる際の温度変化の影響を減少又は除去することによって、精度を提供するのを助けることができる。

更に、穿孔装置は、計器に関連付けられることもできる。穿孔装置は、空気が通気孔から流出し、液体が反応チャンバーから検出チャンバーに流動することができるように、所望時間に第１及び第２の封止用構成要素のうちの少なくとも１つを穿孔するように構成することができる。

免疫センサ１１０は、制御ユニットに関連付けられるように構成することもできる。制御ユニットは、様々な機能を実行するように構成することができる。例示的な一実施形態において、制御ユニットは、サンプルがデバイスに導入されたときに、サンプルの初期充填速度を測定することが可能である。別の実施形態において、制御ユニットは、血液サンプルのヘマトクリット値を決定するように構成される。更に別の実施形態において、制御ユニットは、初期充填速度を考慮して、サンプル中の分析物の濃度を計算するように構成される。実際、制御ユニットは、少なくとも部分的に、望ましいとされる機能性、及びシステムが初期充填速度を測定するように設計される方法に応じて、多数の異なる特徴を含むことができる。

非限定的な例として、システムが初期充填速度を光学的に測定するように設計される場合、制御ユニットは、光信号検出器を含むことができる。光信号検出器は、検出器によって感知された光信号における変化率に基づき初期充填速度を測定することができる。あるいは、システムが電流量に基づき所期充填速度を測定するように設計される場合、制御ユニットは、電流量検出器を含むことができる。電流量検出器は、サンプルが免疫センサに進入する結果として生じる電流の変化に基づき初期充填速度を測定することができる。この変化のタイミングは、多くの異なる方法で生じ得るが、例示的な一実施形態では、電流は、サンプルが、検出信号が生成される免疫センサの毛管空隙の領域内に横断した後、例えば、サンプルが反応チャンバーから検出チャンバーに横断するときに測定される。別の実施形態では、電流は、サンプルが免疫センサの毛管空隙に進入した直後、例えば、サンプルが反応チャンバーに進入したときに測定される。

制御ユニットは、システムの他の特徴を測定することもできる。非限定的な例として、制御ユニットは、免疫センサの１つ以上のチャンバーの温度を測定するように構成されることができる。また、例えば、直接、又は周辺温度を測定し、それを使用してサンプルの温度、サンプルの色、又はサンプル及び／又はシステムの様々な他の特徴及び／又は特性を推測することによって、サンプルの温度を測定するように構成されることもできる。更なる非限定的な例として、制御ユニットは、初期充填速度決定の結果、ヘマトクリット値決定の結果、及び／又は分析物濃度決定の結果を外部装置に伝達するように構成されることができる。これは、任意の数の方法で実現することができる。一実施形態において、制御ユニットは、マイクロプロセッサ及び／又はディスプレイデバイスに配線することができる。別の実施形態において、制御ユニットは、制御ユニットからのデータをマイクロプロセッサ及び／又はディスプレイデバイスに無線で送信するように構成されることができる。

システムの他の構成要素も、そのような測定を行うように構成されることができる。例えば、免疫センサ又は計器は、免疫センサの１つ以上のチャンバーの温度を測定するか、サンプルの温度を測定若しくは推測するか、又はサンプル及び／若しくはシステムの様々な他の特徴及び／若しくは特性を測定、決定、若しくは推測するように構成されることができる。更に、制御ユニットのこれらの特徴が、単一の制御ユニット内で交換及び選択的に組み合わせることができることは、当業者には理解されよう。例えば、制御ユニットは、初期充填速度を決定し、かつチャンバーの温度を測定することができる。他の実施形態において、複数の制御ユニットは、様々な制御ユニットの構成及び実行される所望機能に少なくとも部分的に基づき、様々な機能を実行するために共に使用することができる。

他の種類のサンプル分析デバイスを、本明細書に開示するシステム及び方法のうちの少なくともいくつかと併せて使用することができる。これらのデバイスには、非限定的な例として、電気化学セル、電気化学センサ、グルコースセンサ、グルコース計器、ヘモグロビンセンサ、酸化防止剤センサ、及びバイオセンサが挙げられる。一実施形態において、サンプル分析デバイスは、グルコースセンサを含む。グルコースセンサは、図３及び４に図示するセル等の電気化学セルを含むことができる。セルは、上部表面及び下部表面２０２、２０３を有する薄いストリップ膜２０１を含むことができ、また下部表面２０３上に配設された作用電極２０６と上部表面２０２上に配設された対／基準電極２０５との間に画定されたセル領域２０４を含むこともできる。膜の厚さは、反応生成物が対電極から作用電極に到達する等の所望の結果を達成するように選択することができる。例えば、膜の厚さは、電極が距離ｔによって分離されるように選択することができ、その距離は、対電極における電気化学反応の生成物が、試験期間中に作用電極に移動することができ、定常状態の拡散プロファイルを実質的に達成することができるように、十分に近接してもよい。典型的に、ｔは、約５００マイクロメートル未満、あるいは、約１０マイクロメートル〜約４００マイクロメートルの範囲、より具体的には、約８０マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの範囲であってよい。一実施形態において、電極間の間隔は、対電極からの反応生成物が作用電極に到達するように選択することができる。

電極は、様々な構成を有することもできる。例えば、電極は、平面的であってもよい。更に、図示の実施形態では、電極２０５、２０６は互いに面し、実質的に対向する一方、他の実施形態では、電極は、互いに単に面することができ、それらは、実質的に互いに対向するか、又はそれらは、電極がほぼ同じ平面上に位置付けられる隣接構造を有することができる。異なる電極構成の例は、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題し２００３年１０月１４日に出願された、Ｈｏｄｇｅｓの米国特許第７，４３１，８２０号において少なくとも確認することができ、その内容は、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。

サンプル付着又は「標的」領域２０７は、膜２０１の上部表面２０２上に画定することができ、セル領域２０４から膜の厚さを超える距離で離間することができる。膜２０１は、標的領域２０７とセル領域２０４との間に延在することができる拡散領域２０８を有することができる。好適な試薬は、酸化還元メディエータＭ、酵素Ｅ、及びｐＨ緩衝液Ｂを含むことができ、これらの各々は、膜のセル領域２０４内、及び／又はセル領域２０４と標的領域２０７との間に含まれることができる。試薬は、安定剤等を含むこともできる。

センサの使用中、一滴の血液を標的領域２０７上に設置することができ、血液の構成要素を、セル領域２０４に向かって吸上げることができる。血液が標的領域２０７を覆う初期速度は、少なくともヘマトクリットに依存し得る。

電極２０５、２０６の各々は、所定領域を有することができる。図３及び４の実施形態において、セル領域２０４は、膜の縁部２０９、２１０、２１１によって画定することができ、それは、電極の縁部２１２、２１３を（標的領域２０７に対して）誘導することによって、電極２０５、２０６の縁部に対応させることができる。本例において、電極は、約６０ｎｍ（６００オングストローム）の厚さであってよく、また約１ｍｍ〜５ｍｍの幅であってよいが、様々な他の寸法及びパラメータを、本発明の範囲から逸脱することなく使用することができる。

あるいは、膜の両側を、標的領域２０７を除いて、サンプルからの水の蒸発を防止しかつ装置に機械的ロバスト性を提供する機能を果たすことができる層を積層することによって、被覆することができる。水の蒸発は、それがサンプルを濃縮し、電極が乾燥するのを可能にし、溶液が冷却するのを可能にするため、望ましくないと考えられており、それによって、拡散係数に影響を及ぼし、酵素動態を遅くするが、拡散係数は、上記のとおり推測することができる。

図５に図示する代替的実施形態において、本明細書に開示するシステム及び方法と共に使用するための中空の電気化学セルを提供する。電極３０５、３０６は、離間されたポリマー壁３３０によって担持されることができ、それによって中空セルを画定する。開口部３３１を、セルの１つの側面上に提供することができ、それによって、サンプルを空洞３３２内に受け入れることができる。本実施形態では膜を使用しないが、いくつかの実施形態では膜を含むことができる。電極は、少なくとも上述のとおり、様々な構成を有することができる。非限定的な例として、電極は、約５００マイクロメートル未満、好ましくは、約１０マイクロメートル又は約２０マイクロメートル〜約４００マイクロメートルの範囲、より好ましくは、約１００マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの範囲で離間することができる。有効なセル量は、約１．５マイクロリットル以下であり得る。

図３〜５の電気化学セルは、計器、制御ユニット、並びに本明細書に開示するデバイス、システム、及び方法の他の構成要素及び工程と併せて使用することができる。図３〜５の電気化学セルに関連する更なる開示は、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｅｌｌ」と題し１９９８年４月１７日に出願された、Ｈｏｄｇｅｓらの米国特許第６，２８４，１２５号で確認することができ、この内容は、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。例えば、本開示と併せて使用される電気化学セルは、２つの電極対を有することができる。電極対は、作用電極、対電極、対／基準電極、及び別個の基準電極のうちの任意の組み合わせを含むことができる。

（実施例１）
測定する電流量に基づき初期充填速度を測定するための電気化学システムの使用を、以下の実施例によって示す。以下の実施例において、システムは、サンプル分析デバイス、特に、図２の免疫センサ１１０、電位を印加するように構成された計器、及び初期充填速度を決定するように構成された制御ユニットを含んだ。特に、電位を、免疫センサ１１０の電極に印加し、ヘマトクリットのレベルを決定し、次いで、電位を逆転させた。分析物の濃度を、決定されたヘマトクリットのレベルを考慮して、その後決定した。ヘマトクリットのレベルを、計算された初期充填速度を考慮して、決定した。

複数のサンプルを、本明細書に開示するシステム、デバイス、及び方法の性能を試験するための分析に提供した。サンプルは、Ｃ反応性タンパク質を含有する血液サンプルであり、したがって、決定される分析物の濃度は、Ｃ反応性タンパク質の濃度であった。試験結果の比較として既知の、４つの異なるレベルのヘマトクリットを含有したサンプルを、実際の結果と比較して、システム、デバイス、及び方法の精度を決定することができるであろう。ヘマトクリットの４つのレベルは、約３３％、約４１．５％、約４７．５％、及び約５５％であった。４つのレベルのヘマトクリットを試験することは、開示したシステム、デバイス及び方法の精度が広範囲におよぶ濃度レベルにわたり確認されるのを可能にした。

この第１の実施例において、免疫センサを、サンプルが導入される前に、約３７℃まで予熱した。免疫センサに関連付けられる計器を、予熱を実行するように構成したが、他の代替物を使用することもできた。次いでサンプルを免疫センサ内に導入した。サンプルの免疫センサ内への導入は様々な方法で達成することができるが、該実施例では、充填チャンバーへの毛管現象により、各サンプルを個別に受け入れた。

約２分間が経過した後、第１の封止用構成要素を穿孔することによって、免疫センサの通気孔にアクセスした。計器の穿孔装置を使用して穿孔動作を実行し、それが次には、血液が免疫センサの反応チャンバーから免疫センサの検出チャンバー内に流動するのを可能にした。血液が検出チャンバーに進入し始めるとすぐに、計器により約４秒間、約３００ｍＶの電位を電極に印加した。あるいは、電位を、血液が検出チャンバーに到達する前、又は到達している間に印加することもできた。その後、電位を、約１０秒間、中断し逆転させた。本実施例から得られた電流対時間遷移のプロットを図６に図示する。本実施例において、約１０ミリ秒毎に測定され、次いで、最初の５０ミリ秒間において平均化された各サンプルの初期電流は、特定のサンプルのヘマトクリットレベルに関連する。ヘマトクリットのレベルを、第１の電位の印加中に初期電流から決定する一方、Ｃ反応性タンパク質のレベルを、電位の逆転後、電流対時間プロットの勾配及び決定されたヘマトクリットのレベルに基づき計算する。

上述のとおり、いくつかの実施形態において、ヘマトクリットのレベルのみを測定することが望ましい場合がある。したがって、初期電流に基づく第１の計算は、その計算を行うのに必要とされる唯一の工程であり得る。本実施例において、この決定を、４秒間の電位印加の結果として行う一方、ヘマトクリットレベルの実際の決定は、初期電流を計算できるのと同じほど迅速に決定することができる。したがって、非限定的な例として、初期電流が、最初の約５０ミリ秒間の平均に基づき計算される場合、ヘマトクリットのレベルは、最初の約５０ミリ秒後に決定することができる。したがって、血液サンプルのヘマトクリットレベルの測定は、１秒未満で実施することができる。

決定された各サンプルのヘマトクリットレベルを、図７に図示する。図７は、各サンプルのヘマトクリットの濃度レベル対決定された初期電流のプロットを図示する。プロットは、４つの異なるレベルのヘマトクリットを含有するサンプルが試験されたことを明確に示し、それは、既知の濃度レベルと相関する。更に、図示するとおり、より高いレベルのヘマトクリットは、一般的に、測定された初期電流のより低い絶対値をもたらした。例えば、約３３％であったヘマトクリットの濃度を有するサンプルは、ほぼ、約３８マイクロアンペア〜約３３マイクロアンペアの範囲であった初期電流絶対値を有した一方、約４７．５％であったヘマトクリットの濃度を有するサンプルは、ほぼ、約３１マイクロアンペア〜約２６マイクロアンペアの範囲であった初期電流絶対値を有した。すべての結果の最適合線を決定し、それも図７に図示する。最適合線と相関する等式は、

であり、ここでＨは、ヘマトクリットのレベルであり、

は、初期電流である。ヘマトクリットレベル対初期電流の結果を表す等式と実際の結果との間の誤差を、図８に図示する。より具体的には、図８は、各試験サンプル対実際の測定されたヘマトクリットレベルに存在した誤差割合をプロットする。２つを除いたすべての実際の結果は、計算された範囲の約±５％内であり、かなりの量は約±２．５％の範囲であった。

ヘマトクリットレベルが決定したら、その結果を図６の電流対約９秒〜約１４秒の時間遷移の勾配と共に使用して、サンプル中のＣ反応性タンパク質の値を計算した。Ｃ反応性タンパク質のレベルを以下の等式で決定した：

式中、Ｃ_Ｏは、Ｃ反応性タンパク質の濃度であり、ｙは、前述の勾配及びヘマトクリットのレベルに基づく。より具体的には、ｙは、勾配へのヘマトクリットの影響を除去し、以下の等式によって計算した：

式中、ｍは、電流対約９秒〜約１４秒の時間遷移の勾配であり、Ｈは、決定されたヘマトクリットレベルである。図９は、血液サンプル各々の計算されたＣ反応性タンパク質のレベル対従来の酵素イムノアッセイによって決定される血漿Ｃ反応性タンパク質の参照値のプロットを図示する。図９の最適合線は、決定されたＣ反応性タンパク質のレベルと、同等の参照値との間の正確な相関関係を図示する。

（実施例２）
測定する電流量に基づき初期充填速度を測定するための電気化学システムの使用を、別の実施例によって更に示した。本実施例に使用したサンプル分析デバイスもまた、図２の免疫センサ１１０、電位を印加するように構成された計器、及び初期充填速度を決定するように構成された制御ユニットであった。特に、電位を、免疫センサ１１０の電極に印加し、ヘマトクリットのレベルを決定し、次いで、電位を逆転させた。分析物の濃度を、決定されたヘマトクリットのレベルを考慮して、その後決定した。前述の実施例と同様に、異なるヘマトクリットレベルを有する多くのサンプルを、システムの能力を実証するために、システムと共に使用した。ヘマトクリット濃度の既知のレベルは、約３３．５％、約４１％、約４７．５％、及び約５６．５％であった。

サンプルを、毛管現象により、未加熱の免疫センサに導入した。サンプルは、充填チャンバーに進入し、反応チャンバーに移動し、そこで約５分間、滞留した。第１の封止用構成要素を穿孔することによって、免疫センサの通気孔を、その後開口し、それによって、免疫センサ内に配設されたサンプルの血液が免疫センサの反応チャンバーから免疫センサの検出チャンバーへの流動するのを可能にした。封止用構成要素のうちの少なくとも１つを穿孔する前に、サンプルをより長い時間待機させることによって、特に未加熱の反応チャンバーを考慮して、免疫センサの抗原及び抗体酵素複合体が拡散し反応するのに十分な時間を提供した。上記の実施例１に示すとおり、免疫センサを予熱することで、この時間を速めることができる。しかしながら、本実施例において、加熱要素は含まれず、それは、システムに加熱要素を組み込むことに付随した複雑な問題及び費用を除去する利点をもたらした。しかしながら、チャンバーの温度が不明又は一定ではないそのような例では、ヘマトクリットのレベル及び／又はＣ反応性タンパク質のレベルを決定するために実行する計算は、より正確な結果を提供するために、異なる周辺温度の影響を明らかにしなければならない。そのような計算法を、この第２の実施例に提供した。一実施形態では、サンプルの温度を推測することができる。

以前の実施例と同様に、血液が検出チャンバーに進入し始めると、約３００ｍＶの電位を、計器により約４秒間、電極に印加した。その後、電位を約１０秒間、中断し逆転させた。得られた電流対時間遷移のプロットを、図６に図示したプロットと同様の方法で作製した。得られたプロットから、ヘマトクリットのレベルを電位の第１の印加中の初期電流から決定した。その後、Ｃ反応性タンパク質のレベルを、電位の逆転後に計算した。計算されたＣ反応性タンパク質のレベルは、電流対時間プロットの勾配、及び決定されたヘマトクリットのレベルに基づいた。本実施例の温度を明らかにすることによって、以下に示すとおり、更なる精度を提供した。

各サンプル用に決定された初期電流を、図１０に図示する。図１０は、サンプルが配設された免疫センサの検出チャンバーの決定された初期電流対温度のプロットを図示する。４つの種類のサンプル（即ち、４つの異なるレベルのヘマトクリット）の初期電流を、約２０℃〜約３７℃の範囲にわたり、測定した。一般的に、ヘマトクリットのより高いレベルは、初期電流のより低い絶対値をもたらした。チャンバー内の温度が上昇すると、初期電流の絶対値も通常上昇した。示すとおり、初期電流は、ヘマトクリットが固定されたときに、温度と線形的に異なった。チャンバーの温度及び初期電流を考慮して、ヘマトクリットのレベルを以下の等式によって決定した：

式中、Ｈは、ヘマトクリットのレベルであり、

は、初期電流であり、Ｔは、検出チャンバーの温度である。以前の実施例と同様に、図１１に示すとおり、ヘマトクリットの予測レベルにおける誤差は、約±５％以内であった。図１１は、各試験サンプル対そのサンプルの参照ヘマトクリットレベルに存在した誤差割合をプロットする。やはり以前の実施例と同様に、いくつかの実施形態において、ヘマトクリット値の決定のみが行われ、それによって、ヘマトクリット値の決定値に基づき評価することができる、様々な医学的状態の迅速な評価が可能になる。

ヘマトクリットレベルが決定したら、その結果を電流対約９秒〜約１４秒の時間遷移の勾配及び検出チャンバーの温度と共に使用して、サンプル中のＣ反応性タンパク質の値を計算した。Ｃ反応性タンパク質のレベルを以下の等式によって決定した：

式中、Ｃ_Ｏは、Ｃ反応性タンパク質の濃度であり、ｙ’は、検出チャンバーの温度及び変数に基づき、それがひいては前述の勾配及びヘマトクリットのレベルに基づく。より具体的には、ｙ’は、勾配への温度の影響を除去し、以下の等式によって計算した：

式中、Ｔは、免疫センサの検出チャンバーの温度であり、ｙは、勾配へのヘマトクリットの影響を除去する条件である。ｙ’に対する等式は、勾配が、約１℃毎の温度の変化に対して、一定の割合、典型的に約４〜約７パーセントの範囲で変化すると仮定する。更に、条件Ｔ−２５は、ｙ’のすべての値を２５℃の標準温度に修正する。異なる温度を修正しなければならない場合、この条件は、適宜に調整することができる。実際に、他のサンプル、温度等のために、この等式及びこの開示全体に開示される他の等式をうまく利用するための多くの方法が、当業者には理解されるであろう。

変数ｙを以下の等式によって計算した：

式中、ｍは、電流対約９秒〜約１４秒の時間遷移の勾配であり、Ｈは、決定されたヘマトクリットレベルである。条件（１−０．０１Ｈ）は、次いで任意電力まで上昇される、血漿である容量の一部を表す。電力を較正係数として得ることができる。

ほぼ、約９秒〜約１４秒の遷移の勾配は、Ｃ反応性タンパク質、ヘマトクリットレベル、及び温度の関数である。Ｃ反応性タンパク質の濃度が約０．１５ｍｇ／Ｌに固定されたときに、図１２に示すとおり、ヘマトクリット及び温度に対する勾配のかなりの変動が依然として存在した。図１２は、サンプルが配設された免疫センサの検出チャンバーの決定された勾配対温度のプロットを図示する。４つのヘマトクリットレベルのサンプルの各々の初期電流を、約２０℃〜約３７℃の範囲にわたり、測定した。一般的に、サンプル中のヘマトクリットのレベルが大きいほど、勾配の値は小さくなる。チャンバー内の温度が上昇すると、勾配の値は、通常上昇した。

図１３は、約３３．５％又は約４７．５％のいずれかのヘマトクリットレベルを有するサンプル各々の計算されたＣ反応性タンパク質レベル対従来の酵素イムノアッセイによって決定される血漿Ｃ反応性タンパク質の参照値のプロットを図示する。図１３の最適合線は、決定されたＣ反応性タンパク質のレベルと、同等の参照値との間の正確な相関関係を図示する。

これらの２つの実施例は、本明細書に含まれる教示をどのように実行し、かつ使用することができるかという、多くの実施例のうちの２つにすぎないことは、当業者には理解されよう。更に、本明細書に開示する方法、システム、及びデバイスは、血液サンプルの分析物の濃度を決定する工程と併せて主に使用され、血液サンプル中の異なるレベルのヘマトクリットから生じる場合がある誤差を明らかにする工程に主に焦点を置くが、本明細書に含まれる開示は、分析物を含有する様々な他のサンプルのために使用することもでき、サンプル内に含有される様々な抗原及び／又は抗体に対して試験することができることは、当業者には理解されよう。

様々な方法、システム、デバイスが特定の等式に頼るという点では、提供される等式は、一般的に、等式が適用された実施例に基づくことも、当業者には理解されよう。本開示を考慮して、本発明の範囲から逸脱することなく、他の状況に対して、開示した等式を調整することは、当業者には可能であろう。

更に、濃度を決定する工程並びにシステム及びデバイスを使用する工程に関する方法等の本明細書に論じる方法は、指示される場所を除き、特定の工程又は工程の順序によっても制限されない。当業者には、それらの方法を実施することができる様々な順序が理解され、また、それらの工程が本発明の範囲から逸脱することなく修正又は追加されることができることは、理解されよう。

本明細書に開示する方法を使用することができる、他の種類のデバイスのいくつかの非限定的な例が、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄ」と題され１９９７年５月７日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第５，９４２，１０２号、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題され１９９９年５月１８日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第６，１７４，４２０号、「Ｓｅｎｓｏｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｍｅａｎｓ」と題され１９９９年９月２０日に出願されたＣｈａｍｂｅｒｓらの米国特許第６，３７９，５１３号、「Ｈｅａｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題され２０００年９月１１日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第６，４７５，３６０号、「Ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ Ｓｅｎｓｏｒ」と題され２０００年７月１４日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第６，６３２，３４９号、「Ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ Ｓｅｎｓｏｒ」と題され２０００年７月１４日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第６，６３８，４１５号、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ ａｎｄ ａ Ｍｅｔｅｒ」と題され２００２年１２月９日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第６，９４６，０６７号、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ Ｓｈｏｒｔ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｆ ａ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｏｒ Ｗｉｃｋｉｎｇ Ｆｉｌｌ Ｄｅｖｉｃｅ」と題され２００３年４月３日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第７，０４３，８２１号、及び「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題され２００２年１０月１日に出願されたＨｏｄｇｅｓらの米国特許第７，４３１，８２０号において、より詳細に論じられており、これらの各々は、参照によって、その全体が本願に組み込まれる。

更に、特定の構成を有するデバイスと共に使用するための本明細書における開示について論じる限りにおいて、任意の数の構成が使用されることができる。例えば、本開示と共に使用され得るいくつかの構成は、互いに面する２つの電極を有するセンサ、同じ平面上に２つの電極を有するセンサ、及び３つの電極を有し、それらの電極のうちの２つが対向し、それらの電極のうちの２つが同じ平面上にあるセンサを含む。これらの異なる構成は、免疫センサを含む任意のデバイス及び他の前述のデバイス内で生じることができる。

デバイス、システム、及び方法の様々な態様は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な決定値に関して、必要に応じて、適合させる及び変更することができる。更に、上述の実施形態に基づいた本発明の更なる特徴及び利点が、当業者には理解されよう。したがって、本発明は、添付の請求項に示された内容を除き、本明細書に特に示され記述されたものに限定されることはない。本明細書に記載の全ての参考文献は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。

Claims (5)

1. 全血サンプルのヘマトクリット値を決定するための方法において、
   全血サンプルを、毛管空隙を有するサンプル分析デバイスに提供する工程と、
   前記毛管空隙の少なくとも一部分内の前記サンプルの初期電流を測定する工程と、
   前記初期電流から前記サンプルのヘマトクリット値を決定する工程と、
   を含み、
   前記サンプルの初期電流を測定する工程は、
   前記サンプルが、前記毛管空隙に進入した直後に生じるものである、または、検出信号が生成される前記サンプル分析デバイスの前記毛管空隙の領域内に横断した後に生じるものである、のいずれかであり、
   前記サンプルの初期電流を測定する工程が、
   電位を印加する工程と、
   電流を測定する工程と、
   初期電流量を決定する工程と、
   を更に含む、方法。
2. 前記サンプルの初期電流を測定する工程が、
   １０ミリ秒毎に少なくとも５０ミリ秒間電流測定を実施する工程と、
   前記電流測定値に基づき平均電流を計算する工程と、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記サンプルの温度を測定する工程、又は前記サンプルの温度を推測する工程のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記サンプル分析デバイスが、免疫センサである、請求項１に記載の方法。
5. 前記サンプルが、分析物を含み、前記方法が、
   前記決定されたヘマトクリット値を考慮して、前記分析物の濃度を計算する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。

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