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KR20030036609A - 헤모글로빈 감지기 - Google Patents

헤모글로빈 감지기 Download PDF

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KR20030036609A
KR20030036609A KR10-2003-7000585A KR20037000585A KR20030036609A KR 20030036609 A KR20030036609 A KR 20030036609A KR 20037000585 A KR20037000585 A KR 20037000585A KR 20030036609 A KR20030036609 A KR 20030036609A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
hemoglobin
sensing chamber
sample
reagent
Prior art date
Application number
KR10-2003-7000585A
Other languages
English (en)
Inventor
핫지스앨러스테어
채털리어론
벡토마스
Original Assignee
폴 필트레이션 앤드 세퍼레이션스 그룹 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/616,556 external-priority patent/US6444115B1/en
Priority claimed from US09/615,691 external-priority patent/US6638415B1/en
Priority claimed from US09/616,512 external-priority patent/US6632349B1/en
Application filed by 폴 필트레이션 앤드 세퍼레이션스 그룹 인코포레이티드 filed Critical 폴 필트레이션 앤드 세퍼레이션스 그룹 인코포레이티드
Publication of KR20030036609A publication Critical patent/KR20030036609A/ko

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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

본 발명은 유체 샘플 중의 헤모글로빈을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 당해 장치는 헤모글로빈에 의해 환원될 수 있는 시약을 함유하는, 박층 전기화학적 전지(1)와 같은 1회용 전기화학적 전지를 포함한다. 본 발명에 따라 분석될 수 있는 적합한 유체 샘플은 전혈이다. 분석될 헤모글로빈이 적혈구에 존재하는 경우, 분석 전에 헤모글로빈을 방출하기 위해 적혈구 분해제를 샘플에 첨가할 수 있다.

Description

헤모글로빈 감지기{Hemoglobin sensor}
헤모글로빈은 적혈구에서 발견되는 호흡 분자로서, 폐로부터 체세포로 산소를 운반하고 체세포로부터 폐로 이산화탄소를 운반하는 기능을 갖는다. 헤모글로빈은 분자량이 68,000이고 4개의 폴리펩티드 쇄를 함유한다. 각각의 쇄는 Fe+2이온에 킬레이팅된 테트라피롤 환으로 이루어진 헤메 그룹에 결합된다. 폐에서, 헤모글로빈 분자의 철 원자는 산소 분자에 가역적으로 결합한 다음, 혈액이 순환됨에 따라 체세포로 운반된다. 당해 산소는 조직에서 헤모글로빈 분자로부터 방출된 다음, 산소 비함유 헤모글로빈 분자가 이산화탄소를 흡수하고, 이는 다시 폐로 회귀한 다음, 폐에서 방출된다.
헤모글로빈은 적혈구가 될 골수 중의 세포에서 생성된다. 빈혈증 및 겸상적혈구 질환과 같은 특정 질환이 헤모글로빈의 결핍으로부터 야기된다. 다적혈구증 또는 적혈구 증다증과 같은 기타 질환은 과다한 농도의 적혈구에 기인한다. 그러므로, 이러한 질환의 진단 또는 모니터링을 돕는 방편으로서, 전체 혈액 중의 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위한 방법 및 장치가 요구된다.
헤모글로빈을 검측하는 무수한 방법 및 장치가 공지되어 있다. 이들 방법은 직접 분석법, 즉 헤모글로빈을 미리 개질시키지 않는 분석법과 간접 분석법을 모두 포함한다. 직접 분석법의 예는, 헤모글로빈의 하나인 옥시헤모글로빈에 의해 부여된 적색상의 투과 또는 반사 광학 밀도에 대한 측정치를 수득하는 톨퀴스트법(Tallquist Method)이다. 간접 분석 방법의 한 예는 드랩킨법(Drabkin's Method)이다. 당해 방법에서, 헤모글로빈 내의 철은 페리시아나이드와 함께 산화되어 메테모글로빈을 형성하며, 이는 시아나이드와 함께 시안메테모글로빈으로 전환된 다음, 분광학적으로 측정된다. 이들 방법을 둘 다 고가의 분석 장치와 복잡한 시료 제법을 요구한다는 단점을 갖는다. 따라서, 선행 기술의 방법의 단점을 극복하는 헤모글로빈을 측정하기 위한 신속하고 간단하며 저렴한 장치가 요망된다.
발명의 요약
실험용 뿐만 아니라 실제 사용용으로 적용가능한 시험을 견실하고 신속하며 용이하게 사용하도록 위해 계량기와 조합될 수 있는, 1회 사용하기에 적합한 1회용 감지 부재를 사용하여 헤모글로빈을 측정하는 장치 및 방법이 제공된다. 특히, 전기화학적으로 검측 가능한 신호를 제공하도록 헤모글로빈과 반응하는 산화환원제를 사용하는 전기화학적 감지기가 제공된다. 당해 바람직한 양태의 방법은, 헤모글로빈이 별도의 화학단계(예: F+2를 함유하는 헤모글로빈으로부터 Fe+3를 함유하는 메테모글로빈으로의 산화반응)에서 단일 형태로 전환되는 분광 광도계에 의한 측정 방법과는 달리, 산소화된 것과 산소화되지 않은 것을 모두 포함하는 전체 헤모글로빈을 측정한다. 당해 바람직한 양태의 방법에 의한 헤모글로빈의 측정은 샘플에 존재하는 헤모글로빈의 글리코실화도 또는 산소화도와 무관하다.
제1 양태에서, 감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한 구멍을 갖는 전기화학적 전지, 및 감지 챔버에 내장된 시약을 포함하며, 당해 시약이 헤모글로빈에 의해 환원되어 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기적 신호로 표시할 수 있음을 특징으로 하는, 수성 샘플 중의 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 검측하는 장치가 제공된다.
제1 양태의 한 예에서, 제1 전극은 감지 전극이다. 당해 감지 전극은 백금, 팔라듐, 탄소, 산화인듐, 산화주석, 금, 이리듐, 구리, 강, 은 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 당해 제1 전극은 스퍼터링, 증착, 스크린 인쇄, 열증발, 잉크 젯 프린팅, 초음파 분무, 슬롯 피복, 그라비어 인쇄 또는 석판인쇄를 포함하는 기술에 의해 형성될 수 있다.
제1 양태의 다른 예에서, 제2 전극은 역전극이다. 당해 제2 전극은 금속 염과 접촉하는 금속, 예를 들면, 염화은과 접촉하는 은, 브롬화은과 접촉하는 은, 요오드화은과 접촉하는 은, 염화수은과 접촉하는 수은, 및 황산수은과 접촉하는 수은일 수 있다. 제2 전극은 또한 기준 전극일 수도 있다.
제1 양태의 또 다른 예에서, 당해 전기화학적 전지는 기준 전극일 수 있는 제3 전극을 추가로 포함한다. 당해 제3 전극은 금속 염과 접촉하는 금속, 예를 들면, 염화은과 접촉하는 은, 브롬화은과 접촉하는 은, 요오드화은과 접촉하는 은, 염화수은과 접촉하는 수은, 및 황산수은과 접촉하는 수은을 포함할 수 있다.
제1 양태의 또 다른 예에서, 시약은 디크로메이트, 산화바나듐, 과망간산염, 전기활성 유기 금속 착물, 퀴논, 디클로로페놀인도페놀, 및 페리시아나이드를 포함할 수 있다. 포스페이트, 카보네이트, 멜리트산의 알칼리 금속 염 및 시트르산의 알칼리 금속 염과 같은 완충제가 감지 챔버 내에 내장될 수 있다. 당해 감지 챔버는 추가로 적혈구 분해제, 예를 들면, 이온성 세제, 비이온성 세제, 단백질 분해 효소, 리파제, 사포닌, 나트륨 도데실 설페이트, 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드, 또는 폴리에톡실화 옥틸페놀 중에서 선택되는 것을 포함한다.
제1 양태의 또 다른 예에서, 샘플은 전혈(whole blood)을 포함한다.
제1 양태의 또 다른 예에서, 감지 챔버는 감지 챔버 내에 내장된 지지체, 예를 들면, 메쉬, 부직포 시트, 섬유상 충전재, 거대구멍성 막, 소결된 분말, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 시약, 적혈구 분해제, 및/또는 완충제가 지지체 내부에 내장되거나 지지체에 의해 지지될 수 있다.
제1 양태의 또 다른 예에서, 제2 전극은 제1 전극으로부터 약 500㎛ 미만의 거리, 제1 전극으로부터 약 150㎛ 미만의 거리, 및 제1 전극으로부터 약 50㎛ 초과, 약 150㎛ 미만인 거리에 제1 전극과 마주보게 탑재된다.
제1 양태의 또 다른 예에서, 당해 장치는 계량기와 통하는 인터페이스를 포함한다. 당해 인터페이스는 전압 또는 전류를 전달할 수 있다. 당해 전기화학적 전지는 박층 전기화학적 전지일 수 있다.
제2 양태에서,
감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한 구멍을 갖는 전기화학적 전지, 및 감지 챔버에 내장된 시약을 포함하며, 당해 시약이 헤모글로빈에 의해 환원되어 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기적 신호로 표시할 수 있는 장치를 제공하는 단계,
샘플을 구멍을 통해 감지 챔버 내로 유입시켜, 제1 전극 및 제2 전극을 실질적으로 커버하는 단계 및
샘플 내에 존재하는 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기 화학적 측정 결과로 표시하는 단계를 포함하는, 수성 샘플 중에서 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 검측하는 방법이 제공된다.
제2 양태의 한 예에서, 전기화학적 전지는 한번의 실험에서 사용된 후 폐기되도록 설계되거나, 박층 전기화학적 전지일 수 있다. 당해 전기화학적 측정은 전류계 측정, 전위차계 측정, 전량계 측정 또는 정량적 측정일 수 있다.
제3 양태에서,
감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한 구멍을 갖는 전기화학적 전지; 감지 챔버에 내장되어 헤모글로빈에 의해 환원될 수있는 시약; 및 감지 챔버 내에 내장된 적혈구 분해제를 포함하는 장치를 제공하는 단계,
전혈 샘플을 감지 챔버에 투입함으로써, 감지 챔버 내에 내장된 적혈구 분해제가 적혈구로부터 헤모글로빈을 방출시키고, 이와 같이 방출된 헤모글로빈이 시약을 환원시키는 단계 및
전혈 샘플에 존재하는 헤모글로빈 농도를 전기화학적 측정 결과로 표시하는 단계를 포함하는, 헤모글로빈이 함유된 적혈구를 함유하는 유체 전혈 샘플 중의 헤모글로빈을 측정하는 방법이 제공된다.
제3 양태의 한 예에서, 전기화학적 전지는 단 한번의 실험에서 사용된 후 폐기되도록 설계되거나, 박층 전기화학적 전지일 수 있다.
제3 양태의 한 예에서, 당해 방법은 추가로 제1 전극에 포지티브 전위를 인가하고, 시약과 헤모글로빈의 반응에 의해 생성된 전류를 측정한 다음, 생성된 전류를 분석하여, 적혈구의 실질적인 분해에 소요되는 시간 또는 최종적으로 작동된 전류 값을 포함하는 결과를 수득하며, 분석 단계의 결과를 토대로 완료된 반응의 %를 시간의 함수로서 산정한 후, 제1 전극의 전위를 역전시키고, 과도 전류를 측정하며, 과도 전류를 토대로 환원 상태의 시약의 확산 계수 및 농도를 측정함으로써, 샘플 내의 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기적 신호로 표시하는 단계를 추가로 포함한다.
제4 양태에서,
감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한구멍을 갖는 전기화학적 전지, 및 감지 챔버에 내장되어 헤모글로빈에 의해 환원될 수 있어 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기적 신호로 표시할 수 있는 시약을 포함하는, 수성 샘플 중의 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 검측하는 장치의 제조방법으로서,
전기적 내성 재료로 이루어진 시트를 통해 연장되며 감지 챔버의 측벽을 규정하는 구멍을 형성시키는 단계,
당해 전기적 내성 재료로 이루어진 시트로 이루어진 제1면에 제1 전극을 갖는 제1 층을 탑재하고 구멍을 통해 연장시킴으로써, 제1 감지 챔버 말단 벽을 규정하고, 제1 전극이 당해 시트의 제1 면과 대면하도록 하는 단계,
당해 전기적 내성 재료로 이루어지 시트로 이루어진 제2면에 제2 전극을 갖는 제2층을 탑재하고 구멍을 통해 연장시킴으로써, 제1층과 실질적으로 겹쳐진 상태의 제2 감지 챔버 말단 벽을 규정하고, 제2 전극이 당해 시트의 제2면과 대면하고, 당해 시트와 층들이 박편을 형성하는 단계,
스트립 내에 구멍을 제공하여 감지 챔버 내로 샘플이 도입되도록 하는 단계 및
헤모글로빈에 의해 환원될 수 있는 시약을 제공하여 당해 시약을 감지 챔버 내에 내장시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
제4 양태의 한 예에서, 당해 방법은, 샘플이 감지 챔버에 충전됨에 따라 감지 챔버로부터 공기가 배출되도록 스트립 내에 배기구를 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
제4 양태의 한 예에서, 구멍은 직사각형 단면을 갖는다.
제4 양태의 또 다른 예에서, 전극 중의 하나 이상이 팔라듐, 백금 및 은과 같은 귀금속을 포함한다. 전극 중의 하나 이상이 스퍼터링 피복된 금속 침착물일 수 있다. 당해 전극은, 예를 들면, 열 활성화 접착제, 감압성 접착제, 열경화성 접착제, 화학적 경화성 접착제, 열용융성 접착제 및 고온유동성 접착제와 같은 접착제에 의해 시트에 접착될 수 있다.
제4 양태의 또 다른 양태에서, 당해 방법은 감지 챔버 내에 내장된 완충액 및/또는 적혈구 분해제를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 당해 시약 및/또는 완충제는 감지 챔버의 하나 이상의 벽 위에 인쇄될 수 있다. 감지 챔버 내에 내장된, 메쉬, 섬유상 충전재, 거대구멍성 막, 소결된 분말 또는 이들의 혼합물과 같은 지지체가 또한 제공될 수 있다.
제4 양태의 또 다른 예에서, 적어도 시트 또는 층 중의 하나가 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리올레핀 및 이들의 혼합물, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중에서 선택되는 중합체성 물질을 포함한다.
제4 양태의 또 다른 예에서, 제2 전극은 제1 전극으로부터 약 500㎛ 미만의 거리, 제1 전극으로부터 약 150㎛ 미만의 거리, 또는 제1 전극으로부터 약 50㎛ 초과, 약 150㎛ 미만의 거리에서 제1 전극과 대면하게 탑재된다.
제4 양태의 또 다른 예에서, 전기화학적 전지는 단 한번의 실험에서 사용된 후 폐기되도록 설계된다.
본 발명은 혈액 샘플 중의 헤모글로빈의 농도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 당해 장치는 적혈구 분해제를 함유하는 1회용 전기화학적 전지 및 헤모글로빈에 의해 환원될 수 있는 시약을 포함한다.
도 1은 전기화학적 전지의 평면도이다.
도 2는 도 1의 라인 10-10을 따르는 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 라인 11-11을 따르는 말단 단면도이다.
다음 설명 및 실시예는 본 발명의 바람직한 양태를 상세하게 설명한다. 당해 분야의 숙련가들은, 본 발명의 범위에 포함되는 본 발명에 대한 무수한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 인정할 것이다. 따라서, 바람직한 양태의 설명이 본 발명의 범주를 제한해서는 안된다.
유체 샘플을 전기화학적으로 측정하기 위한 방법 및 장치는, 발명의 명칭이 "산화방지제 감지기(Antioxidant sensor)"인 2000년 7월 14일자로 출원되어 공계류 중인 미국 특허원 제09/615,691호, 발명의 명칭이 "면역 감지기(Immunosensor)"인 2000년 7월 14일자로 출원되어 공계류 중인 미국 특허원 제09/616,433호, 및 발명의 명칭이 "화학반응속도를 측정하기 위한 전기화학적 방법(Electrochemical method for measuring chemical reaction rates)"인 2000년 7월 14일자로 출원되어 공계류 중인 미국 특허원 제09/616,556호에 추가로 논의되어 있으며, 이들 문헌은 각각 본원에 전체적으로 참조 인용되어 있다.
샘플
바람직한 양태에서, 유체 전혈 샘플 중의 헤모글로빈 농도를 측정하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 전혈 샘플이 액상이 아니고 건혈인 경우, 고형 샘플을 적합한 유체, 예를 들면, 물과 혼합시킨 후 분석할 수 있다. 고체 조직 샘플에 내장된 전혈은 당해 기술분야에 널리 공지된 기술을 사용하여 추출한 후 분석할 수 있다.
분석에 앞서, 헤모글로빈을 당해 헤모글로빈이 함유되어 있는 적혈구로부터 방출시킨다. 이는, 전혈 샘플을 전기화학적 전지 내로 도입시키기 전에 분해제로 전처리함으로써 달성할 수 있다. 또는, 분해제가 전기화학적 전지 자체 내에 내장될 수 있다. 기타 제제도 샘플의 전처리에 사용할 수 있다. 예를 들면, pH는 완충제 또는 중성화제에 의해 목적하는 수준으로 조절하거나, 간섭 종을 불활성화시키는 물질을 첨가할 수 있다.
전기화학적 전지
당해 전기화학적 전지는 바람직하게는 폐기 가능하여, 단 한번의 실험에 사용되도록 설계된다. 바람직한 양태에서, 당해 전기화학적 전지는 미국 특허 제5,942,102호(본원에 전체적으로 참조 인용됨)에 기재된 바와 같은 박층 감지기이다. 이러한 전기화학적 전지의 바람직한 양태는 도 1, 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 전지는 환형 구멍(8)을 갖는 폴리에스테르 코어(4)를 포함한다. 구멍(8)은 원통형 전지 측벽(12)을 규정한다. 코어(4)의 한면에, 팔라듐(2)의 스퍼터링 피막을 갖는 폴리에스테르 시트(1)가 부착된다. 당해시트는 코어(4)에 인접한 팔라듐(2)를 갖는 코어(4)에 코어 접착제(3)에 의해 접착되어 구멍(8)을 커버한다. 팔라듐(6)의 제2 스퍼터링 피막을 갖는 제2 폴리에스테르 시트(7)는 코어(4)의 다른 면에 접촉 접착제(5)에 의해 부착되어 구멍(8)을 커버한다. 이로써, 팔라듐 금속(2,6)에 의해 각각의 말단에 대해 폐쇄된 원통형 측벽(12)을 갖는 전지가 규정된다. 당해 조립물은 위치(9)에서 노칭되어, 전지에 용액을 유입시키거나 흡상 또는 모세관력에 의해 배출되어 공기를 배기시킨다. 당해 금속 필름(2,6)은 적합한 전기 접속부 또는 제형과 접속되어, 전위를 인가하고 전류적으로 측정될 수 있다.
이러한 박층 전기화학적 전지는, 먼저 전기적 내성 재료로 이루어진 시트를 통해 연장하는 구멍을 형성함으로써 제조되며, 당해 구멍은 전기화학적 전지의 측벽을 규정한다. 구멍을 함유하는 시트, 또는 전지내의 다른 층에서 사용될 수 있는 적합한 전기적 내성 재료는, 예를 들면, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 혼합물 등과 같은 재료를 포함한다. 바람직한 양태에서, 시트 내의 구멍은 직사각형이지만, 기타 형태, 예를 들면, 원형도 사용될 수 있다.
구멍이 형성된 후, 제1 전극 박층은 후속적으로 전기적 내성 재료로 이루어진 시트의 한면에 탑재되어, 구멍에 대해 연장되고 말단 벽을 형성한다. 당해 층은, 예를 들면, 접착제에 의해 시트에 접착될 수 있다. 적합한 접착제는, 예를 들면, 열 활성화 접착제, 감압성 접착제, 열경화성 접착제, 화학적 경화성 접착제, 열용융성 접착제 및 고온유동성 접착제 등을 포함한다. 당해 전극 층은 전기적 내성 재료 시트에 적합한 금속, 예를 들면, 팔라듐을 피복(예: 스퍼터링 피복)함으로써 제조된다.
제2 전극 박층은 후속적으로 전기적 내성 재료의 맞은 편에 탑재되어, 역시 구멍에 대해 연장되어 제2 말단 벽을 형성한다. 바람직한 양태에서, 당해 전극 층들은 서로 마주보면서 약 1mm 미만, 바람직하게는 약 800㎛ 미만, 보다 바람직하게는 약 600㎛ 미만, 바람직하게는 약 500㎛ 미만, 보다 바람직하게는 150㎛ 이상, 약 300㎛ 미만, 보다 바람직하게는 150㎛ 미만, 가장 바람직하게는 25㎛, 40㎛, 50㎛, 100㎛ 내지 150㎛의 거리를 두고 탑재된다. 제2 구멍 또는 함몰부는 후속적으로 전지에 액체가 유입되도록 한다. 이러한 함몰부는, 전극 층과 구멍을 통해 연장된 장치의 한 가장자리를 따라 노치를 형성시킴으로써 제공될 수 있다. 당해 전극 층에는 감지기를 측정 회로에 배치시키는 접속 수단이 장착된다.
전지에서 사용하기 위한 화학 물질(예: 산화환원 시약, 분해제, 완충제 및 기타 물질)은 전지 전극 또는 벽 상에서, 전지 내에 내장된 하나 이상의 독립적 지지체에 지지되거나, 지지체 자체일 수 있다. 화학물질이 전지 전극 또는 벽 상에 지지된다면, 화학 물질은 잉크 젯 인쇄, 스크린 인쇄, 석판 인쇄, 초음파 분무, 슬롯 피복 및 그라비어 인쇄 등과 같은, 당해 분야에 널리 공지된 적용 기술을 사용함으로써 적용할 수 있다. 적합한 독립적 지지체는 메쉬, 부직포 시트, 섬유상 충전재, 거대구멍성 막 및 소결된 분말을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 전지 내에 사용하기 위한 화학 물질은 지지체 상에 지지되거나 지지체 내에 내장될 수 있다.
바람직한 양태에서, 전지를 구성하는 데 사용되는 재료 뿐만 아니라 전지 내부에 사용되는 물질은 대량 생산에 맞게 변경 가능한 형태이고, 전지 자체는 단 한번의 실험에 사용된 다음 폐기되도록 설계된다.
바람직한 양태에 따라, 1회용 전지는 단 한번의 시험에서만 사용되는 것이 경제적으로 허용되기에 충분한 정도로 저렴한 것이다. 둘째, 당해 전지는 단지 단 한번의 시험에서 사용하기에 편리할 수 있다. 이러한 맥락에서 "불편하다"는 것은, 단일 사용 후 후속 사용에 적합하도록 전지를 작동시키기 위해 세척 및/또는 시약의 재부하와 같은 단계가 요구됨을 의미한다.
본 발명의 맥락상, "경제적으로 허용된다"는 것은 사용자에게 시험 결과의 인지 수치가 전지를 구입하여 사용하는 가격과 동일하거나 더 크고, 전지 구입 가격이 사용자에게 전지를 공급하는 가격과 적합한 상승비용을 더한 가격에 의해 결정된다. 다수의 적용에 있어서, 전지가 비교적 저렴한 재료비와 간단한 제조공정을 가질 것이 요구된다. 예를 들면, 전지의 전극 재료는 탄소와 같이 저렴하거나, 고가의 재료가 사용될 수 있도록 비교적 소량으로 사용되어야 한다. 스크린 인쇄 탄소 또는 은 잉크는, 비교적 저렴한 재료로 전극을 형성시키기에 적합한 공정이다. 그러나, 백금, 팔라듐, 금 또는 이리듐과 같은 전극 재료가 사용되는 것이 바람직한 경우, 극도로 얇은 필름을 제공할 수 있다는 이유로 스퍼터링 또는 증발성 증착법과 같은, 보다 우수한 재료를 사용하는 방법이 더욱 적합하다. 1회용 전지에 대한 기판 재료는 저렴한 것이 바람직하다. 이러한 저렴한 재료의 예는 폴리비닐클로라이드, 폴리이미드, 폴리에스테르와 같은 중합체 및 피복된 종이 및 카드보드이다.
전지 조립 방법은 또한 대량 생산에 맞게 변경 가능한 것이 바람직하다. 이들 방법은 카드 상의 다수의 전지를 제조하고, 주요 조립 단계에 이어 카드를 개별 스트립으로 분리하는 단계를 포함하며, 웹 제조시에는 전지가 연속 웹 상에서 제조된 다음, 후속적으로 개별 스트립으로 분리된다. 카드 공정은 제조를 위해 다수의 형태가 공간적으로 긴밀하게 합쳐져야 하는 경우 및/또는 경질 전지 기판 재료가 사용되는 경우 가장 적합하다. 웹 공정은 형태의 웹 하부 등록이 중요하지 않고 가요성 웹이 사용될 수 있는 경우 가장 바람직하다.
1회용 전지에 대한 편리한 1회 사용 요건은, 사용자가 전지를 재사용하고 가능하게는 부정확한 시험 결과를 얻으려 하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 전지에 대한 1회 사용 요건은 전지에 첨부된 사용자 지침에 기재될 수 있다. 보다 바람직하게는, 당해 전지는 1회 이상 전지를 사용하는 것이 어렵거나 불가능하도록 제작될 수 있다. 이는, 예를 들면, 제1 시험 동안 세척 제거되거나 소비되는 시약을 포함시켜 제2의 시험에서 제기능을 못 하도록 함으로써 달성될 수 있다. 또는, 시험의 신호는 전지 내의 시약이 이미 반응하였다는 표시(예: 비정상적으로 높은 초기 신호)에 대해 검사하여, 시험이 실패되도록 할 수 있다. 또 다른 방법은 전지 내의 제1 시험이 완료된 후 전지 내의 전기 접속을 파단하는 수단을 제공하는 단계를 포함한다.
전극
전지 중의 전극 중의 하나 이상은, 산화된 산화환원제의 양에 민감한 전극으로서 규정된, 감지 전극이다. 감지 전극의 전위가 존재하는 헤모글로빈의 농도를 표시하는 전위차계 감지기의 경우, 기준 전위를 제공하는 작용을 하는 기준 전극으로서 작용하는 제2 전극이 존재한다.
감지 전극의 전류가 샘플 내의 헤모글로빈의 농도를 표시하는 전류계 감지기의 경우, 전기 회로를 완결시키기 위해 역전극으로서 작용하는 하나 이상의 기타 전극이 존재한다. 당해 제2 전극은 기준 전극으로서 작용할 수도 있다. 또는, 별도의 전극이 기준 전극의 기능을 수행할 수도 있다.
감지 전극, 역전극 및 기준 전극에 적합한 재료는 장치 내에 존재하는 산화환원제와 병용 가능하다. 병용 가능한 재료는 전지 내에 존재하는 산화환원제 또는 임의의 기타 물질과 반응하지 않을 것이다. 이러한 적합한 재료의 예는 백금, 팔라듐, 탄소, 산화인듐, 산화주석, 혼합 산화인듐/산화주석, 금, 은, 이리듐 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이들 재료는 임의의 적합한 방법에 의해, 예를 들면, 스퍼터링, 증착, 스크린 인쇄, 열 증발 또는 석판 인쇄에 의해 전극 구조로 형성될 수 있다. 바람직한 양태에서, 당해 재료는 스퍼터링되거나 스크린 인쇄되어 전극 구조물을 형성한다.
기준 전극에 사용하기에 적합한 재료의 비제한적 예는, 금속/금속 염 시스템, 예를 들면, 염화은, 브롬화은 및 요오드화은과 접촉하는 은, 및 염화수은 및 황산수은과 접촉하는 수은을 포함한다. 당해 금속은 임의의 적합한 방법에 의해 침착된 다음, 적합한 금속 염과 접촉한다. 적합한 방법은, 예를 들면, 적합한 염용액 중의 전해 또는 화학적 산화를 포함한다. 이러한 금속/금속 염 시스템은 단일 금속 성분 시스템에서보다 전위차계 측정 방법에서 보다 우수한 전위 제어를 제공한다. 바람직한 양태에서, 금속/금속 염 전극 시스템은 전류계 감지기에서 별도의 기준 전극으로서 사용된다.
적혈구 분해제
적합한 적혈구 분해제는 이온성 세제, 비이온성 세제, 단백질 분해 효소, 및 리파제를 포함한다. 적합한 이온성 세제는, 예를 들면, 나트륨 도데실 설페이트 및 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드를 포함한다. 단백질 분해 효소의 비제한적 예는 트립신, 시모트립신, 펩신, 파파인 및 프로나제 E, 특이성이 넓은 고활성 효소를 포함한다. 사용하기에 적합한 비이온성 인터페이스활성제는, 예를 들면, 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 롬 앤 하스(Rohm & Haas)로부터 입수 가능한 트리톤(Triton) X 시리즈를 포함하는 에톡실화 옥틸 페놀을 포함한다. 바람직한 양태에서, 사포닌, 즉 수중 발포하는 식물 글리코사이드가 적혈구 분해제로서 사용된다.
산화환원 시약
적합한 산화환원 시약은 헤모글로빈을 산화시킬 수 있는 것들을 포함한다. 헤모글로빈을 분석하는 데 사용하기에 적합한 산화환원 시약의 예는 페리시아나이드, 디크로메이트, 산화바나듐, 과망간산염 및 전기활성 유기 금속 착물을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 디클로로페놀인도페놀, 및 퀴논과 같은 유기 산화환원 시약이 또한 적합하다. 바람직한 양태에서, 헤모글로빈을 분석하기 위한 산화환원 시약은 페리시아나이드이다.
완충제
임의로, 완충제는, 전기화학적 전지 중에 건조 상태로 산화환원 시약과 함께 존재할 수 있다. 완충제가 사용되는 경우, 당해 완충제는, 생성된 pH가 산화환원 시약의 산화 전위를 헤모글로빈을 산화시키기에는 적합하되 검측하는 것이 바람직하지 않은 다른 종을 산화시키지 않는 정도로 조절하기에 적합하게 하는 양으로 존재한다. 당해 완충제는 샘플의 pH를 시험 동안 목적하는 수준에서 유지시키기에 충분한 양으로 존재한다. 사용하기에 적합한 완충제의 예는 포스페이트, 카보네이트, 멜리트산의 알칼리 금속염, 및 시트르산의 알칼리 금속염을 포함한다. 완충제의 선택은 목적하는 pH에 따라 좌우될 것이다. 당해 완충제는 산화환원 시약과 반응하지 않도록 선택된다.
전지 내에 존재하는 기타 물질
산화환원 시약 및 완충제 이외에, 기타 물질이 전기화학적 전지 내부에 존재할 수 있다. 이러한 물질은, 예를 들면, 점도 개선제 및 저분자량 중합체를 포함한다. 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴산, 덱스트란 및 인터페이스활성제[예: 상표명 트리톤(TritonTM)하에 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 룀 앤드 하스 캄파니가 시판하는 것 또는 상표명 트윈(TweenTM)하에 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 아이시아이 아메리카스 인코포레이트(ICI Americas Inc.)가 시판하는 것]와 같은 친수성 물질이 또한 전기화학적 전지 내에 내장될 수 있다. 이러한 물질은 전지의 충전율을 개선시키고 보다 안정하게 측정시키며 소용적 샘플의 증발을 억제할 수 있다.
헤모글로빈 농도의 측정방법
전혈 샘플에 존재하는 헤모글로빈의 측정시, 당해 샘플을 감지기 전지에 도입하고, 이때 당해 샘플이 감지 전지 내에 존재하는 건조된 시약 및 기타 물질을 용해시킨다. 당해 샘플이 적혈구 분해제로 전처리되지 않는 경우, 감지 전지 내에 존재하는 적혈구 분해제가 적혈구로부터 헤모글로빈을 방출한다. 이어서, 산화환원 시약은 샘플 내에 존재하는 헤모글로빈과 반응하여 산화환원 시약의 환원된 형태를 형성한다. 전위차계 감지기의 경우, 산화환원 시약의 산화된 형태 대 환원된 형태의 비는 기준 전극에 대한 감지 전극의 전위를 고정한다. 이어서, 이러한 전위는 원래 샘플 중의 헤모글로빈 농도의 척도로서 사용된다.
바람직한 양태에서, 감지 전지는 전류계 감지기로서 작동한다. 당해 양태에 따라, 헤모글로빈과의 반응에 의해 형성된 환원된 산화환원 시약은 감지 전극에서 전기화학적으로 산화된다. 이어서, 이러한 전기화학적 반응으로부터 생성되는 전류는 원래 샘플 중의 헤모글로빈의 농도를 측정하는 데 사용된다. 다른 양태에서, 당해 감지기는 전위차계 또는 전량계에서 작동한다.
전지의 전극은 부착된 계량기에 의해 판독 가능한 전기 신호, 즉 전압 또는 전류를 생성시키는 데 사용된다. 바람직한 양태에서, 전지를 계량기에 접속시키기 위한 인터페이스가 제공된다. 당해 계량기는 가시적 형태, 음성 형태 또는 기타 형태로 측정을 표시하거나 전자 형태로 측정을 저장할 수 있다.
페리시아나이드가 시약으로서 사용되는 바람직한 양태에서, 헤모글로빈의 전형적인 농도, 예를 들면, 14g/dL은 산화시 8.2mM의 페로시아나이드 농도를 제공한다. 방법 및 장치의 바람직한 양태의 최소 검측 한계는 약 0.1mM이다.
제1 전위 인가 단계 및 제2 전위 인가 단계를 사용하는 전위 측정
바람직한 양태에서, 모든 적혈구의 실질적으로 완전한 분해는 헤모글로빈의 측정 전에 이루어진다. 그러나, 당해 적혈구 분해 단계가 제1 전위 인가 단계 및 제2 전위 인가 단계를 사용하여 느리게 진행되는 경우에도 신속한 헤모글로빈 측정이 이루어질 수 있다.
이러한 양태에서, 상술한 바와 같은 감지기 배열, 예를 들면, 하부 전극이 팔라듐이고 그 위에 건조된 시약이 침착되며 상부 전극이 금 전극인 감지기가 사용된다. 금 전극을 작업 전극으로 설정하기 위해 0 시점에서 -0.3V 전위를 인가함으로써 제1 전위가 인가된다. 적혈구가 분해되기 시작하고 페리시아나이드가 방출된 헤모글로빈과 반응함에 따라, 전류가 서서히 증가할 것이다. 전류의 증가는 완전분해 및 반응에 소요되는 시간을 측정하기 위해, 신호를 보다 장시간 동안 외삽하기 위해 또는 소정 시간에서 반응하는 헤모글로빈의 분획을 측정하기 위해 무수한 방법으로 사용될 수 있다. 제1 방법은 상당한 품질을 보장하며, 제2 및 제3 방법은 단시간 시험을 제공한다.
제1 전위가 인가되고 전류가 측정된 후, 당해 전위는 + 0.3V로 역전할 수 있으며, 역 과도 전류는 당해 분야에 공지된, 예를 들면 본원에 전체적으로 참조 인용되는 1998년 4월 17일자로 출원된 미국 특허원 제08/981,385호 및 미국 특허 제5,942,102호에 기재된 바와 같은 전기화학적 방법을 사용하여 측정 및 분석하여 페로시아나이드의 확산 계수 및 농도를 산정한다.
제1 전위 인가는 또한 간섭물을 제거하는데에도 사용될 수 있다. 페리시아나이드는 적혈구 내에 팩킹된 헤모글로빈보다는 혈장에 유리된 간섭 물질과 보다 신속하게 반응한다. 제1 전위 인가로부터 생성된 최소 전류 대 최대(외삽) 전류의 비를 사용하여, 제2 전위 펄스(+0.3V)에 의해 측정된 환원 매개제의 농도를 구하며, 이로써 헤모글로빈의 보다 정확한 보정된 농도를 수득한다. 가장 간단한 보정은 다음 수학식 1과 같을 것이다.
위의 수학식 1에서,
[Hb]'는 헤모글로빈의 보정된 농도이고,
[Hb]는 헤모글로빈의 보정되지 않은 농도이고,
imin은 측정된 전류이고,
imax는 제1 전위 인가로부터 생성된 외삽 전류이다.
헤모글로빈 감지기를 사용하는 기타 전기화학적 측정
특정 양태에서, 하나 이상의 전기활성 생성물을 수득하는 화학반응의 속도에 관한 정보는, 전기활성 생성물(들)을 전기화학적으로 반응시키는 데 사용되는 전극으로부터 동떨어진 위치에서 화학반응이 편중되도록 함으로써 감지기를 사용하여 수득할 수 있다.
화학반응 위치는, 당해 화학반응 위치로부터 전극으로의 전기활성 종의 물질 전달이 임의 시간에 전극에서 흐르는 전류를 효과적으로 조절하도록 전극으로부터 충분한 정도의 거리에 있다. 이러한 배열은 화학반응 위치와 전극 사이에 전기활성 종이 직선형 농도 구배를 갖도록 보장한다. 전기활성 종의 농도는 그 위치에서 발생하는 전기화학반응에 의해 전극에서 효과적으로 0으로 유지된다. 따라서, 당해 농도의 시간 경과에 따른 구배는 액체 매질 중의 전기활성 반응 생성물(들)의 화학반응 위치 및 확산 계수(들)에서 전기활성 종(들)의 시간 경과에 따른 농도에 의해서만 실질적으로 결정될 것이다. 전극에서 흐르는 전류가 전극에서 전기활성 종(들)의 농도 구배에 비례하므로, 시간 경과에 따라 당해 전류는 떨어진 위치에서 발생하는 시간 경과에 따른 화학반응을 반영할 것이다. 이는, 전극에서 측정된 전류(또는 전류가 집적되는 경우 통과하는 전하)가 화학반응이 발생하는 속도 및 정도의 편리한 척도로서 사용되도록 한다.
화학반응이 작업 전극으로부터 동떨어져 있도록 보장하는 적합한 방법의 예는, 전극으로부터 동떨어진 고체 표면 상에 하나 이상의 반응 성분을 고정하는 것이다. 반응 성분(들)은 이들을 고체 표면 상에 건조되거나 당해 표면에 부착된 중합체 매트릭스에 혼입시킴으로써 고정화시킬 수 있다. 반응 성분(들)은 또한 화학적 또는 물리적 결합에 의해 고체 표면에 직접 고정시킬 수 있다. 또는, 하나 이상의 반응 성분들이 특수 고정화 수단 없이 고체 표면 위에 간단하게 건조될 수 있다. 이러한 상황하에서, 하나 이상의 반응 성분들은 전기화학적 전지를 충전하는 액체 매트릭스에서 이동성이 충분한 정도로 낮아서, 필요한 측정을 수행하기 위해 전기화학적 전류가 유용하게 모니터될 수 있는 기간 동안 건조되는 위치로부터 실질적으로 이동하지 않도록 한다. 이러한 맥락에서, 실질적 이동은, 화학반응에 요구되는 가장 느린 이동 성분이, 코트렐형(Cottrel type) 고갈 동력학이 개시되어 전극에서 흐르는 시간 경과에 따르는 전류에 영향을 미치도록 작업 전극에 충분한 정도로 밀접하게 근접함을 의미한다.
바람직한 양태에서 화학반응 위치와 작업 전극 사이의 분리 거리는 바람직하게는 약 1cm 미만, 바람직하게는 5mm 미만, 보다 바람직하게는 5㎛, 10㎛, 50㎛, 100㎛, 200㎛, 500㎛ 내지 5mm, 보다 바람직하게는 5㎛, 10㎛, 50㎛, 100㎛, 200㎛ 내지 500㎛, 가장 바람직하게는 5㎛, 10㎛, 50㎛, 100㎛ 내지 200㎛의 범위이다.
작업 전극 뿐만 아니라, 액체 샘플과 접촉하는 하나 이상의 역전극은 전기화학적 회로를 완성하도록 제공된다. 임의로, 역전극은 역전극/기준 전극을 합한 기능을 갖거나, 별도의 기준 전극이 제공될 수 있다. 바람직한 양태에서, 작업 전극 및 역전극은 바람직하게는 약 300㎛ 이상, 바람직하게는 약 500㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 500㎛ 내지 10mm의 거리, 보다 바람직하게는 약 500㎛ 내지 1mm, 2mm 또는 5mm의 거리, 가장 바람직하게는 1mm 내지 2mm, 5mm 또는 10mm의 거리로 이격되어 있다.
당해 작업 전극은 전극의 전류 반응을 간섭하지 않는 정도로 사용동안 접촉될 임의의 성분들과 화학적으로 반응하지 않는 재료로 구성된다. 당해 작업 전극이 양극으로서 사용되는 경우, 적합한 재료의 예는 백금, 팔라듐, 탄소, 불활성 결합제들과 조합된 탄소, 이리듐, 산화인듐, 산화주석, 인듐과 산화주석과의 혼합물이다. 작업 전극이 음극으로서 사용되는 경우, 위에서 열거된 재료 이외에, 기타 적합한 재료는 강, 스테인레스 강, 구리, 니켈, 은 및 크롬이다.
역전극에 적합한 재료의 예는 백금, 팔라듐, 탄소, 불활성 결합제와 조합된 탄소, 이리듐, 산화인듐, 산화주석, 인듐과 산화주석과의 혼합물, 스테인레스 강, 구리, 니켈, 크롬, 은, 및 실질적으로 불용성인 은 염(예: 염화은, 브롬화은, 요오드화은, 은 페로시아나이드, 은 페리시아나이드)으로 피복된 은이다.
화학반응 위치는 작업전극과 동떨어진 노출된 벽 또는 역전극 위에 편중될 수 있다. 화학반응 위치는 작업 전극으로서 동일한 평면상에 있거나, 보다 바람직하게는 작업 전극과 마주보고 실질적으로 평행한 평면에 있다.
특정 양태에서 사용하기에 적합한 감지기는 전기적으로 절연된 기판 상에 배치된 작업 전극 및 역전극을 포함한다. 제2 기판 상에 화학반응물 층이 배치되며,여기서 하나 이상의 시약이 당해 기판 상에 실질적으로 고정화된다. 사용시, 감지기 벽들 사이의 공간은 시약과 반응할 수 있는 물질을 함유하는 액체로 충전되어 하나 이상의 전기활성 종을 생성시킨다. 화학반응 생성물은 작업 전극을 향해 확산하고, 여기서 전기활성 종(들)과 전기화학적으로 반응하여 전류를 생성시킨다. 특정 시간에 통과하는 전류 또는 전하의 크기 또는 전류 또는 전하가 통과하는데 소요되는 시간을 사용하여 반응물 층에서 발생하는 화학반응의 속도 또는 화학반응도를 측정할 수 있다.
감지기의 또 다른 양태에서, 반응물은 전기적 내성 기판 상에 배치된 역전극상에 배치된다. 당해 양태에서, 역전극의 구성 재료는 전극에 배치된 반응물의 성분 중의 어느 하나와의 반응에 불활성이다.
상술한 전기화학적 측정을 수득하는 방법은 헤모글로빈을 포함하는 임의의 적합한 전기화학적 시스템에 적용될 수 있다. 상이하기는 하지만 전형적인 전기화학적 시스템에 적용되는 방법의 한 예는 효소인 PQQ 의존성 글루코즈 탈수소효소(GDHpqq) 및 산화환원 매개제를 사용하여 전혈 중의 글루코즈를 측정하는 것이다. 이러한 반응에서 혈중 글루코즈는 GDHpqq와 반응하여 글루콘산을 형성한다. 당해 공정에서, 효소 중의 PQQ가 환원된다. 이어서, 칼륨 페리시아나이드와 같은 매개제가 효소 중의 PQQ를 산화시키고 페로시아나이드를 형성한다. 이어서, 산화된 형태의 효소는 추가의 글루코즈와 반응할 수 있다. 당해 반응의 순수한 효과는 반응된 각각의 글루코즈 분자에 대해 2개의 페로시아나이드 분자를 생성시키는 것이다. 페로시아나이드는 전기활성 종이므로, 전극에서 산화되어 전류를생성할 수 있다. 이러한 반응에 적합한 기타 효소는 글루코즈 옥시다제(GOD) 또는 NAD 의존성 글루코즈 탈수소효소이다. 기타 반응에서, 락테이트 탈수소효소 및 알콜 탈수소효소가 사용될 수 있다. 기타 적합한 산화환원 매개제는 페로시늄, 비피리딘과의 오스뮴 착물, 및 벤조페논을 포함한다.
전혈 중의 글루코즈와 효소와의 반응은 느려서 종결될 때까지 수분이 소요될 수 있다. 또한, 혈액 샘플 중의 헤마토크릿(haematocrit)이 높을수록 반응이 더욱 느려진다. 혈중 헤마토크릿은 전혈 샘풀 중의 적혈구의 용적율이다. 예를 들면, GDHpqq 50mg/ml, 0.9M 칼륨 페리시아나이드 및 50mM 완충액을 pH 6.5에서 함유하는 용액을 역전극에 침착시키고, 수분을 제거하여 건조된 반응물 층이 되게 한다. 당해 층에서 GDHpqq는 역전극 상에서 효과적으로 고정화되기에 충분한 정도로 큰 반면, 페리시아나이드는 전기화학적 전지 중의 액체에 걸쳐서 보다 균일하게 혼합될 수 있다. 혈액 샘플을 전지 내에 도입하여 +300mV의 전위를 작업 전극과 역전극 사이에 바로 인가한다. +300mV의 전위가 페로시아나이드를 산화시키기에 가장 바람직함에도 불구하고, 당해 전위는 바람직하게는 +40mV 내지 +600mV, 바람직하게는 +50mV 내지 +500mV, 보다 바람직하게는 +200mV 내지 +400mV이다. 전지 내에서 작업 전극은 폴리에스테르 기판 상에 스퍼터링된 금 층으로 이루어지고, 역전극은 폴리에스테르 기판 위에 스퍼터링된 팔라듐 층으로 이루어진다.
전류 트레이스가 헤마토크릿이 상이한 혈액 샘플에 대해 기록되며, 헤마토크릿이 보다 낮은 혈액, 즉 혈중 20%, 42% 및 65%의 헤마토크릿에서 반응이 보다 신속해지는 것으로 나타난다. 각각의 혈액 샘플 중의 글루코즈 농도는 거의 동일하다. 즉, 65% 헤마토크릿 샘플의 경우 5.4mM, 42% 헤마토크릿 샘플의 경우 5.5mM, 그리고 20% 해마토크릿 샘플의 경우 6.0mM이다.
측정된 전류는 수학식 2에 의해 대략적으로 구해진다.
위의 수학식 2에서,
i는 전류이고,
F는 패러데이 상수(96486.7C/mole)이고,
A는 전극 면적이고,
D는 샘플 중의 페로시아나이드의 확산 계수이고,
C는 반응 위치에서의 페로시아나이드의 농도이고,
L은 반응 위치와 전극 사이의 거리이다.
그러므로, 시간 경과에 따른 C의 전하 속도에 의해 구해지는 반응 속도는 수학식 3에 의해 구한다.
위에서 논의한 반응의 경우, 20%, 42% 및 65% 헤마토크릿 샘플에 대해 6 내지 8초에서, 평균 di/dt는 각각 3.82, 2.14 및 1.32μA/s이다. 이들 샘플에 대한 페로시아나이드의 확산 계수는 20%, 42% 및 65% 헤마토크릿 샘플에 대해 각각 2.0x 10-6, 1.7 x 10-6및 1.4 x 10-8cm2/s이다. 전극 면적은 0.1238cm2이고, L은 125㎛이다. 이들 수치는 각각 20%, 42% 및 65% 헤마토크릿 샘플에 대해 2.0, 1.3 및 0.99mM/s의 반응 속도를 제공한다.
혈중 글루코즈의 반응을 측정하기 위한 상술한 바와 같은 방법은 당해 분야의 숙련가에게 이해되는 바와 같이, 헤모글로빈을 포함해서, 기타 전기화학적 시스템에 적용되도록 적합하게 개질될 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 몇가지 방법 및 물질을 기재한 것이다. 본 발명은 방법 및 물질의 개질을 수용할 뿐만 아니라 제조방법 및 장치에 대한 변경도 수용한다. 이러한 변형은 본원에 기재된 본 발명의 기술내용 및 실시를 고려해 볼 때 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 본원에 기재된 특정한 양태에 제한되는 것이 아니라, 모든 변형 및 대안이 첨부된 청구의 범위에서 구체화한 바와 같은 본 발명의 진정한 범위 및 요지 내에 속한다.

Claims (28)

  1. 감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한 구멍을 갖는 전기화학적 전지, 및 감지 챔버에 내장된 시약을 포함하며, 당해 시약이 헤모글로빈에 의해 환원되어 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기적 신호로 표시할 수 있음을 특징으로 하는, 수성 샘플 중의 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 검측하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 전기화학전지가 단 한번의 실험에서 사용된 후 폐기되도록 설계된 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1 전극이 감지 전극을 포함하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제1 전극이 백금, 팔라듐, 탄소, 산화인듐, 산화주석, 금, 이리듐, 구리, 강, 은 또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제1 전극이 스퍼터링, 증착, 스크린 인쇄, 열증발, 잉크 젯 프린팅, 초음파 분무, 슬롯 피복, 그라비어 인쇄 또는 석판인쇄로 이루어진 그룹 중에서 선택된 기술에 의해 형성되는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 제2 전극이 역전극을 포함하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 제2 전극이 금속 염과 접촉하는 금속을 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 금속 염과 접촉하는 금속이, 염화은과 접촉하는 은, 브롬화은과 접촉하는 은, 요오드화은과 접촉하는 은, 염화수은과 접촉하는 수은, 및 황산수은과 접촉하는 수은으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 전기화학적 전지가 제3 전극을 추가로 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제3 전극이 기준 전극을 포함하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 제2 전극이 기준 전극을 포함하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 시약이 디크로메이트, 산화바나듐, 과망간산염, 전기활성 유기 금속 착물, 퀴논 및 디클로로페놀인도페놀로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 시약이 페리시아나이드를 포함하는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 감지 챔버가 완충제를 추가로 포함하며, 당해 완충제가 감지 챔버 내에 내장된 장치.
  15. 제14항에 있어서, 완충제가 포스페이트, 카보네이트, 멜리트 산의 알칼리 금속 염과 시트르산의 알칼리 금속 염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 장치.
  16. 제1항에 있어서, 감지 챔버가 적혈구 분해제를 추가로 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 적혈구 분해제가 이온성 세제, 비이온성 세제, 단백질 분해 효소, 리파제, 사포닌, 나트륨 도데실 설페이트, 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드, 폴리에톡실화 옥틸페놀 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 장치.
  18. 제1항에 있어서, 샘플이 전혈(whole blood)을 포함하는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 제2 전극이 제1 전극으로부터 약 500㎛ 미만의 거리를 두고 제1 전극과 마주보게 탑재된 장치.
  20. 제1항에 있어서, 제2 전극이 제1 전극으로부터 약 150㎛ 미만의 거리를 두고제1 전극과 마주보게 탑재된 장치.
  21. 제1항에 있어서, 제2 전극이 제1 전극으로부터 약 50㎛ 초과, 약 150㎛ 미만의 거리를 두고 제1 전극과 마주보게 탑재된 장치.
  22. 제1항에 있어서, 계량기와 통하는 인터페이스(interface)를 추가로 포함하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 인터페이스가 전압 또는 전류를 전달하는 장치.
  24. 제1항에 있어서, 전기화학적 전지가 박층 전기화학적 전지를 포함하는 장치.
  25. 감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한 구멍을 갖는 전기화학적 전지, 및 감지 챔버에 내장된 시약을 포함하며, 당해 시약이 헤모글로빈에 의해 환원되어 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기적 신호로 표시할 수 있는 장치를 제공하는 단계,
    수성 샘플을 제공하는 단계,
    샘플을 구멍을 통해 감지 챔버 내로 유입시켜, 제1 전극 및 제2 전극을 실질적으로 커버하는 단계 및
    샘플 내에 존재하는 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기 화학적 측정 결과로 표시하는 단계를 포함하는, 수성 샘플 중에서 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 검측하는 방법.
  26. 감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한 구멍을 갖는 전기화학적 전지; 감지 챔버에 내장되어 헤모글로빈에 의해 환원될 수 있는 시약; 및 감지 챔버 내에 내장된 적혈구 분해제를 포함하는 장치를 제공하는 단계,
    전혈 샘플을 감지 챔버에 투입함으로써, 감지 챔버 내에 내장된 적혈구 분해제가 적혈구로부터 헤모글로빈을 방출시키고, 이와 같이 방출된 헤모글로빈이 시약을 환원시키는 단계 및
    전혈 샘플에 존재하는 헤모글로빈 농도를 전기화학적 측정 결과로 표시하는 단계를 포함하는, 헤모글로빈이 함유된 적혈구를 함유하는 유체 전혈 샘플 중의 헤모글로빈을 측정하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 샘플 내의 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기화학적으로 측정하여 표시하는 단계가, 제1 전극에 포지티브 전위를 인가하고, 시약과 헤모글로빈의 반응에 의해 생성된 전류를 측정한 다음, 생성된 전류를 분석하여, 적혈구의 실질적인 분해에 소요되는 시간 또는 최종적으로 작동된 전류 값을 포함하는 결과를 수득하며, 분석 단계의 결과를 토대로 완료된 반응의 %를 시간의 함수로서 산정한 후, 제1 전극의 전위를 역전시키고, 과도 전류를 측정하며, 과도 전류를 토대로 환원된 상태의 시약의 확산 계수 및 농도를 측정함으로써, 샘플 내의 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기화학적으로 측정하여 표시함을 포함하는 방법.
  28. 감지 챔버, 제1 전극, 제2 전극 및 감지 챔버 내로 샘플을 유입시키기 위한 구멍을 갖는 전기화학적 전지, 및 감지 챔버에 내장되어 헤모글로빈에 의해 환원될 수 있어 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 전기적 신호로 표시할 수 있는 시약을 포함하는, 수성 샘플 중의 헤모글로빈의 존재 또는 부재를 검측하는 장치의 제조방법으로서,
    전기적 내성 재료로 이루어진 시트를 통해 연장되며 감지 챔버의 측벽을 규정하는 구멍을 형성시키는 단계,
    당해 전기적 내성 재료로 이루어진 시트의 제1면에 제1 전극을 갖는 제1 층을 탑재하고 구멍을 통해 연장시킴으로써, 제1 감지 챔버 말단 벽을 규정하고, 제1 전극이 당해 시트의 제1 면과 대면하도록 하는 단계,
    당해 전기적 내성 재료로 이루어진 시트의 제2면에 제2 전극을 갖는 제2층을 탑재하고 구멍을 통해 연장시킴으로써, 제1층과 실질적으로 겹쳐진 상태의 제2 감지 챔버 말단 벽을 규정하고, 제2 전극이 당해 시트의 제2면과 대면하고, 당해 시트와 층들이 박편을 형성하는 단계,
    스트립 내에 구멍을 제공하여 감지 챔버 내로 샘플이 도입되도록 하는 단계 및
    헤모글로빈에 의해 환원될 수 있는 시약을 제공하여 당해 시약을 감지 챔버내에 내장시키는 단계를 포함하는 방법.
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