DE102011007918A1

DE102011007918A1 - Biosensor

Info

Publication number: DE102011007918A1
Application number: DE102011007918A
Authority: DE
Inventors: Yosuke MURASE; Koji Katsuki
Original assignee: Arkray Inc
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: JP2011242385A; DE102011007918B4; US8679310B2; JP5753720B2; US20110259741A1

Abstract

Biosensor mit einer ersten Arbeitselektrode, auf die ein Biokatalysator, mit einer Eigenschaft, der auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, aufgebracht ist, einer zweiten Arbeitselektrode, auf die der Biokatalysator, der die Eigenschaft verloren hat aufgebracht wird, und wenigstens einer Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung auf die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Biosensor, welcher eine spezifizierte bzw. bestimmte Grundsubstanz misst, die in einer Körperflüssigkeit eines Menschen und eines Tieres enthalten ist.
Eine herkömmliche bekannte Technologie ist eine Technologie zur Messung von Zahlenwertinformationen bezüglich der Zielsubstanz in der Körperflüssigkeit, wie z. B. in Blut, in Urin und in Interstitialflüssigkeit, z. B. zur kontinuierlichen Messung einer Glucosekonzentration (welche ein sogenannter Blutglucosespiegel ist) in einer Interstitialflüssigkeit des Probanden durch Verwenden eines elektrochemischen Sensors, der im Abdomen oder einem Arm des Probanden eingesetzt ist. Der elektrochemische Sensor ist ein Sensor, der dazu in der Lage ist, eine geringe Menge elektrischen Stroms zu messen, indem er eine elektrochemische Reaktion ausnutzt, und der dafür geeignet ist, eine geringe Menge einer chemischen Substanz zu detektieren, in welcher eine Redox- bzw. Oxidations-/Reduktionsreaktion auftritt.
Der elektrochemische Sensor zur Messung der Glucosekonzentration kann, in vielen Fällen, die Verwendung eines Biosensors umfassen, welcher eine Zielsubstanz in einer Probe detektiert, indem eine Enzymreaktion verwendet wird, derart, dass das Enzym auf einem Sensorabschnitt immobilisiert wird. Diese Art von Biosensor umfasst im Allgemeinen eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode, wobei das Enzym (z. B. Glucoseoxidase) auf der Arbeitselektrode immobilisiert ist. Die Glucosekonzentration kann auf Grundlage eines Antwortstroms gemessen werden, der erhalten wird, wenn eine Spannung zwischen Arbeitselektrode und Gegenelektrode angelegt wird.
Die Glucoseoxidase bildet Gluconsäure, indem sie bei Vorliegen von Sauerstoff selektiv auf die Glucose einwirkt. Der Sauerstoff wird nachfolgend reduziert, wobei Wasserstoffperoxid proportional zur Menge der Glucose gebildet wird. Das Wasserstoffperoxid kann elektrochemisch leicht oxidiert und daher durch Verwendung eines Elektrodenpaars gemessen werden. Der Antwortstromwert kann nämlich dadurch erhalten werden, dass das Wasserstoffperoxid, das durch die Enzymreaktion des Enzyms gebildet wird, elektrisch oxidiert wird. Dann kann die Glucosekonzentration auf Grundlage eines Abtaststroms berechnet werden, der erhalten wird, indem periodisch der elektrische Strom von kontinuierlich aufgenommenen Antwortstromwerten abgetastet wird.
Im Übrigen enthält eine Flüssigkeit eines lebenden Körpers eine Interferenzsubstanz bzw. Interferenzsubstanzen, die gegebenenfalls einen Messwert des Antwortstroms zum Messen der Glucose, wie zuvor beschrieben, beeinträchtigen kann bzw. können. Bekannte Interferenzsubstanzen sind beispielsweise Ascorbinsäure, Erythrocyten und Vitamin C. Wenn die Interferenzsubstanz in der Flüssigkeit des lebenden Körpers enthalten ist, die als eine Ziel-Messflüssigkeit bezüglich einer Glucosekonzentration dient, umfasst der Antwortstrom eine Signalkomponente, die von einer nichtenzymatischen Reaktion (unspezifische Reaktion), wie z. B. einer Reaktion zwischen der Interferenzsubstanz und der Elektrode abgeleitet ist, und eine Signalkomponente, die von der Redoxreaktion auf Basis des Enzyms abgeleitet ist. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass die Glucosekonzentration, die auf Grundlage des Antwortstroms aufgenommen wurde, beträchtlich unterschiedlich von einem tatsächlichen Wert ist.
Bei einer Beobachtung des Antwortstroms ist es schwierig, zu entscheiden, ob der Antwortstrom die Signalkomponente enthält, die von der unspezifischen Reaktion abgeleitet ist, oder nicht. Da dies der Fall ist, existiert eine herkömmliche Technik (z. B. Patentdokument 1) zum Ausbilden eines Interferenzsubstanzentfernungsfilms auf einer Elektrode eines Sensors, und zum Abhalten von Interferenzsubstanzen, die keine biometrischen Komponenten sind, von der Reaktion auf der Elektrode.
[Patentdokument 1] U.S.-Patent Nr. 5356786
[Patentdokument 2] U.S.-Patent Nr. 7003341
[Patentdokument 3] U.S.-Patent Nr. 7190988
[Patentdokument 4] U.S.-Patent Nr. 7462264
Die Technik zum Ausbilden des Interferenzsubstanzentfernungsfilms, die in Patentdokument 1 offenbart ist, umfasst jedoch eine komplizierte Anordnung zum Aufbringen eines Reagenz auf der Elektrode. Ferner kann der Interferenzsubstanzentfernungsfilm nur eine gewünschte, spezifische Interferenzsubstanz entfernen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, welches im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Umstände anvisiert wurde, eine Technik bereitzustellen, die in der Lage ist, den Effekt einer Interferenzsubstanz zu begrenzen, und ein Ergebnis einer Messung einer physikalischen Quantität bzw. Menge einer Grund- bzw. Basissubstanz mit hoher Genauigkeit zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung verwendet die nachfolgenden Anordnungen, um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen. Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Biosensor. Der Biosensor umfasst: eine erste Arbeitselektrode, auf der ein Biokatalysator, welcher eine Eigenschaft aufweist, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet bzw. aufgebracht ist; eine zweite Arbeitselektrode, auf der der Biokatalysator, welcher die Eigenschaft verloren hat, angeordnet ist; und wenigstens eine Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung auf bzw. an die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, wenn die Spannung zwischen wenigstens einer Gegenelektrode und der ersten Arbeitselektrode und zwischen der wenigstens einen Gegenelektrode und der zweiten Arbeitselektrode angelegt wird, ein Antwortstrom (welcher als erster Antwortstrom bezeichnet wird) von der ersten Arbeitselektrode, und ein Antwortstrom (welcher als zweiter Antwortstrom bezeichnet wird) von der zweiten Arbeitselektrode erhalten. Der erste Antwortstrom enthält eine Signalkomponente, die von einer Reaktion (Biokatalysatorreaktion) zwischen dem Biokatalysator und der spezifizierten Grundsubstanz abgeleitet ist bzw. stammt und eine Signalkomponente, die nicht von der Biokatalysatorreaktion abgeleitet ist, während der zweite Antwortstrom die Signalkomponente, die von der Reaktion zwischen dem Biokatalysator und der spezifizierten Grundsubstanz abgeleitet ist, nicht enthält. Es kann nämlich angenommen werden, dass der zweite Antwortstrom nur die Signalkomponente enthält, die nicht von der Biokatalysatorreaktion abgeleitet ist. Daher kann beispielsweise die Signalkomponente, die von der Biokatalysatorreaktion abgeleitet ist, aus dem ersten Antwortstrom extrahiert bzw. von diesem entfernt werden, indem der zweite Antwortstrom von dem ersten Antwortstrom subtrahiert wird. Es ist daher möglich, eine präzise physikalische Quantität (z. B. eine Konzentration) der spezifizierten Grundsubstanz zu erhalten.
In dem ersten Aspekt ist die Anzahl der Gegenelektroden zum jeweiligen Erhalten der Antwortströme von der ersten Arbeitselektrode und der zweiten Arbeitselektrode nicht auf Eins beschränkt. Es können nämlich Gegenelektroden, die jeweils der ersten Arbeitselektrode und der zweiten Arbeitselektrode entsprechen, bereitgestellt bzw. vorbereitet werden. Selbstverständlich ist es möglich, die Anzahl von Schritten zur Herstellung des Biosensors zu reduzieren und den Biosensor dadurch zu verkleinern und zu vereinfachen, dass nur eine Gegenelektrode, die der ersten und zweiten Arbeitselektrode gemeinsam ist, bereitgestellt wird. Ferner kann auch eine Referenzelektrode zusätzlich zu der Gegenelektrode und den Arbeitselektroden bereitgestellt werden.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Anordnung verwenden, in welcher der Biokatalysator, der die Eigenschaft aufweist, die auf die spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist, und bei der die Eigenschaft des Biokatalysators dadurch deaktiviert wird, dass Energie an die zweite Arbeitselektrode bereitgestellt bzw. abgegeben wird. Beispielsweise kann thermische und/oder elektrische Energie als Energie verwendet werden.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Anordnung verwenden, in welcher der Biokatalysator mit der Eigenschaft, die auf die spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist, und bei der ein Material, das bewirkt, dass der Biokatalysator die Eigenschaft verliert, oder das die Eigenschaft inhibiert, zugegeben wird.
Ferner ist der Biokatalysator, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, beispielsweise ein Enzym. Was als Enzym ausgewählt wird, ist ein Enzym, das der spezifizierten Grundsubstanz entspricht, die als Zielsubstanz zur Messung einer physikalischen Quantität definiert wird. Beispielsweise können, wenn die spezifizierte Grundsubstanz Glucose ist, Glucoseoxidase (GOD) und Glucosedehydrogenase (GDH) als Enzyme verwendet werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Biosensor, der umfasst: eine erste Arbeitselektrode, auf der ein erster Biokatalysator, welcher eine Eigenschaft aufweist, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet ist; eine zweite Arbeitselektrode, auf der ein zweiter Biokatalysator, welcher die Eigenschaft aufweist, angeordnet ist; und wenigstens eine Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung an die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode, wobei eine Reaktionsgeschwindigkeit des ersten Biokatalysators mit der Grundsubstanz unterschiedlich zu einer Reaktionsgeschwindigkeit des zweiten Biokatalysators mit der Grundsubstanz ist.
Entsprechend dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Reaktionsgeschwindigkeiten des ersten Biokatalysators und des zweiten Biokatalysators in Bezug auf die Grundsubstanz unterschiedlich zueinander. Genauer weisen der erste Biokatalysator und der zweiter Biokatalysator unterschiedliche Maximalgeschwindigkeiten Vmax und/oder unterschiedliche Michaelis-Konstanten Km auf. Mit anderen Worten besitzen diese zwei Biokatalysatoren Kalibrationskurven, die unterschiedlich zueinander sind. Dies impliziert bzw. hat zur Folge, dass die Kalibrationskurve zum Erhalten der physikalischen Quantität der Grundsubstanz aus der Reaktion mit dem ersten Biokatalysator unterschiedlich zur der Kalibrationskurve zum Erhalten der physikalischen Quantität der Grundsubstanz aus der Reaktion mit dem zweiten Biokatalysator ist.
Dann ergibt der Biosensor entsprechend dem zweiten Aspekt, in Bezug auf die gleiche Körperflüssigkeit, einen Antwortstrom y von der ersten Arbeitselektrode und einen Antwortstrom y' von der zweiten Arbeitselektrode, wobei die Antwortströme y und y' unter der Annahme, dass die Interferenzsubstanz, die in der Körperflüssigkeit enthalten ist, in gleicher Weise die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode beeinflusst, wie folgt ausgedrückt werden können. y = ax + c (1) y' = bx + c (2)
Hierbei bezeichnet c eine Signalkomponente, die von der Reaktion eines Nichtbiokatalysators wie z. B. der Interferenzsubstanz abgeleitet ist, a einen Kalibrationskurvenkoeffizienten, der dem ersten Biokatalysator entspricht, und b einen Kalibrationskurvenkoeffizienten, der dem zweiten Biokatalysator entspricht. Ferner stellt x eine physikalische Quantität der spezifizierten Grundsubstanz in der Körperflüssigkeit dar. Die nachfolgende Gleichung (3) zum Erhalten der physikalischen Quantität x kann durch Verwenden der Gleichungen (1) und (2) erhalten werden. x = (y – y')/(a – b) (3)
Es ist daher möglich, die physikalische Quantität der spezifizierten Grundsubstanz genau zu messen.
Die ersten und zweiten Biokatalysatoren im zweiten Aspekt sind beispielsweise ein Enzym. Die Enzyme, die bezüglich des ersten Aspekts erläutert wurden, sind verwendbar. Ferner kann ein Enzym, das durch genetische Modifikation des ersten Biokatalysators erhalten wurde, als zweiter Biokatalysator verwendet werden.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Biosensor, der umfasst: eine erste Arbeitselektrode, auf der ein erster Biokatalysator, welcher eine Eigenschaft aufweist, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet ist; eine zweite Arbeitselektrode, auf der ein zweiter Biokatalysator, welcher die Eigenschaft aufweist, angeordnet ist; und wenigstens eine Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung an die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode, wobei ein Reaktionsbereich bzw. eine Reaktionsfläche auf der ersten Arbeitselektrode unterschiedlich zu einer Reaktionsfläche auf der zweiten Arbeitselektrode ist.
Entsprechend dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Reaktionsflächen auf der ersten Arbeitselektrode unterschiedlich zueinander und, ähnlich wie dem zweiten Aspekt, folgt daraus, dass die Kalibrationskurve zum Erhalten der physikalischen Quantität der spezifizierten Grundsubstanz aus dem Antwortstrom, der von der ersten Arbeitselektrode abgeleitet ist, unterschiedlich zu der Kalibrationskurve zum Erhalten der physikalischen Quantität der spezifizierten Grundsubstanz aus dem Antwortstrom ist, der von der zweiten Arbeitselektrode abgeleitet ist. Daher kann die physikalische Quantität x der spezifizierten Grundsubstanz durch die gleiche Technik wie bei der zweiten Ausführungsform erhalten werden, wodurch es möglich wird, eine genaue physikalische Quantität x zu messen.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Biosensor der aufweist: eine erste Arbeitselektrode, auf der ein erster Biokatalysator, der eine Eigenschaft aufweist, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet ist; eine zweite Arbeitselektrode, auf der ein zweiter Biokatalysator, welcher die Eigenschaft aufweist, angeordnet ist; und wenigstens eine Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung an die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode, wobei eine Gesamtreaktionsaktivität auf der ersten Arbeitselektrode unterschiedlich zu einer Gesamtreaktionsaktivität auf dem zweiten Biokatalysator bzw. der zweiten Arbeitselektrode ist.
Entsprechend dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die jeweiligen Gesamtreaktionsaktivitäten auf der ersten Arbeitselektrode und der zweiten Arbeitselektrode unterschiedlich zueinander, wodurch, ähnlich zu der zweiten und dritten Form, die Kalibrationskurve zum Erhalten der physikalischen Quantität der spezifizierten Grundsubstanz aus dem Antwortstrom, der von der ersten Arbeitselektrode abgeleitet ist, unterschiedlich zu einer Kalibrationskurve zum Erhalten der physikalischen Quantität der spezifizierten Grundsubstanz ist, die aus dem Antwortstrom, der von der zweiten Arbeitselektrode abgeleitet ist. Daher kann die physikalische Quantität x der spezifizierten Grundsubstanz durch die gleiche Technik wie bei der zweiten Ausführungsform erhalten werden, wodurch es möglich wird, eine genaue physikalische Quantität x zu messen.
Der erste Biokatalysator und der zweite Biokatalysator in den dritten und vierten Aspekten können die gleichen Arten von Biokatalysatoren sein, können aber auch unterschiedliche Biokatalysatoren darstellen. Ferner kann sowohl der erste als auch der zweite Biokatalysator beispielsweise ein Enzym sein, und das Enzym, das in dem ersten Aspekt erläutert wurde, kann verwendet werden.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Überwachungsvorrichtung, die aufweist: eine erste Detektionseinheit, welche einen ersten Signalwert von einer ersten Arbeitselektrode detektiert, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der ersten Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der ersten Arbeitselektrode angeordnet ist; eine zweite Detektionseinheit, welche einen zweiten Signalwert von einer zweiten Arbeitselektrode detektiert, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der zweiten Arbeitselektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, wobei der Biokatalysator, welcher die Eigenschaft verloren hat, auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist; eine Korrektureinheit, welche eine Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz korrigiert, die aus dem ersten Signalwert durch bzw. über den zweiten Signalwert berechnet wird; und eine Ausgabeeinheit, die die korrigierte Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ausgibt.
In dem fünften Aspekt kann die Korrektureinheit einen Wert als korrigierte Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz berechnen, der erhalten wird, indem der zweite Signalwert von dem ersten Signalwert subtrahiert wird.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Überwachungsvorrichtung, die aufweist: eine erste Detektionseinheit, welche einen ersten Signalwert von einer ersten Arbeitselektrode detektiert, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der ersten Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein erster Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der ersten Arbeitselektrode angeordnet ist; eine zweite Detektionseinheit, welche einen zweiten Signalwert von einer zweiten Arbeitselektrode detektiert, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der zweiten Arbeitselektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein zweiter Biokatalysator mit der Eigenschaft und einer Reaktionsgeschwindigkeit unterschiedlich zu dem ersten Biokatalysator auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist; eine Korrektureinheit, welche eine Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz korrigiert, die aus dem ersten Signalwert über den zweiten Signalwert berechnet wird; und eine Ausgabeeinheit, welche die korrigierte Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ausgibt.
In dem sechsten Aspekt kann die Korrektureinheit eine Konzentration x(t) der spezifizierten Grundsubstanz auf Grundlage einer nachfolgenden Gleichung erhalten, wobei die Gleichung unter der Vorgabe verwendet wird, dass: der erste Signalwert y(t) zu einem bestimmten Zeitpunkt t durch einen lineare Funktion y(t) = ax(t) + c ausgedrückt wird, wobei a ein Kalibrationskurvenkoeffizient ist, der dem ersten Biokatalysator entspricht, x eine Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ist, und c eine Signalkomponente ist, die von einer Substanz abgeleitet ist, die nicht die spezifizierte Grundsubstanz in einer Körperflüssigkeit ist; das zweite Signal y'(t) zu dem bestimmten Zeitpunkt t durch eine lineare Funktion y'(t) = bx(t) + c ausgedrückt wird, wobei b ein Kalibrationskurvenkoeffizient ist, der dem zweiten Biokatalysator entspricht, x die Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ist und c die Signalkomponente ist; und ein Wert der Signalkomponente c in den ersten Signalwert y(t) gleich einem Wert der Signalkomponente c des zweiten Signalwerts y'(t) ist. x(t) = (y(t) – y'(t))/(a – b) (Gleichung)
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programm, das durch eine Informationsverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, um folgendes auszuführen: Bestimmen eines ersten Signalwerts von einer ersten Arbeitselektrode, der dadurch erhalten wird, dass eine Spannung zwischen der ersten Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf die spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der ersten Arbeitselektrode angeordnet ist; Bestimmen eines zweiten Signalwerts von einer zweiten Arbeitselektrode, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der zweiten Arbeitselektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, wobei der Biokatalysator, welcher die Eigenschaft verloren hat, auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist; Korrigieren einer Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz, die aus dem ersten Signalwert über den zweiten Signalwert berechnet wird; und Ausgeben der korrigierten Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz.
Der siebte Aspekt kann eine Anordnung verwenden, in welcher als die korrigierte Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ein Wert, der erhalten wird, indem der zweite Signalwert von dem ersten Signalwert subtrahiert wird, in dem Korrekturschritt berechnet werden kann.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programm, das durch eine Informationsverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, um folgendes auszuführen: Bestimmen eines ersten Signalwerts von einer ersten Arbeitselektrode, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der ersten Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein erster Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der ersten Arbeitselektrode angeordnet ist; Bestimmen eines zweiten Signalwerts von einer zweiten Arbeitselektrode, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der zweiten Arbeitselektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein zweiter Biokatalysator mit einer Eigenschaft und einer Reaktionsgeschwindigkeit unterschiedlich zu dem ersten Biokatalysator auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist; Korrigieren einer Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz, die aus dem ersten Signalwert über den zweiten Signalwert berechnet wird; und Ausgeben der korrigierten Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz.
Ein achter Aspekt kann eine Anordnung verwenden, in welcher eine Konzentration x(t) der spezifizierten Grundsubstanz auf Grundlage der nachfolgenden Gleichung erhalten wird, wobei die Gleichung unter einer Vorgabe verwendet wird, dass: der erste Signalwert y(t) zu einem bestimmten Zeitpunkt t durch eine lineare Funktion y(t) = ax(t) + c ausgedrückt wird, wobei a ein Kalibrationskurvenkoeffizient ist, der dem ersten Biokatalysator entspricht, x eine Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ist, und c eine Signalkomponente ist, die auf einer Substanz beruht, die nicht die spezifizierte Grundsubstanz in einer Körperflüssigkeit ist; das zweite Signal y'(t) zu dem bestimmten Zeitpunkt t durch eine lineare Funktion y'(t) = bx(t) + c ausgedrückt wird, wobei b ein Kalibrationskurvenkoeffizient ist, der dem zweiten Biokatalysator entspricht, x die Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ist und c die Signalkomponente ist; und ein Wert der Signalkomponente c in dem ersten Signalwert y(t) gleich einem Wert der Signalkomponente c des zweiten Signalwerts y'(t) ist. x(t) = (y(t) – y'(t))/(a – b) (Gleichung)
Ferner kann die vorliegende Erfindung als eine Erfindung eines Messverfahrens, das im Wesentlichen die gleiche Anordnung wie jene in den siebten und achten Aspekten verwendet, oder als die Erfindung eines computerlesbaren Mediums, das mit einem Programm entsprechend der siebten und achten Aspekte beschrieben ist, spezifiziert werden.
Entsprechend den Aspekten der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Ergebnis zur Messung der physikalischen Quantität der Grundsubstanz mit hoher Genauigkeit aufzunehmen, was den Effekt der Interferenzsubstanz begrenzt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein Schema einer Anordnung einer Überwachungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung eines Biosensors (Glucosesensor), der in 1 dargestellt ist, veranschaulicht; 2(A) ist eine Draufsicht; und 2(B) ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie A-A aufgenommen wurde.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Anordnung zeigt, das sich auf einen Steuerrechner bezieht, der in 1 dargestellt ist.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Programmverarbeitung einer Steuereinheit entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein grafisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen Antwortkurven zeigt, die von ersten und zweiten Arbeitselektroden stammen, und eine Glucosekonzentration in einer zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das den Programmablauf der Steuereinheit in der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein grafisches Diagramm, das ein Beispiel eines Simulationsexperiments zur Demonstration von Funktionen und Effekten in der zweiten Ausführungsform zeigt und zeitbasierte Variationen in einem Antwortstrom zeigt.
8 ist ein grafisches Diagramm, das ein Beispiel des Simulationsexperiments zum Zeigen der Funktionen und der Effekte in der zweiten Ausführungsform zeigt und zeitbasierte Variationen in einer Konzentration eines Analyten zeigt.
9 ist ein grafisches Diagramm, das ein Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt und eine Antwortstromdichte zeigt, wenn die Glucose zugegeben wird.
10 ist ein grafisches Diagramm, das das Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt und die Antwortstromdichte zeigt, wenn eine Ascorbinsäure zugegeben wird.
11 ist ein grafisches Diagramm, das das Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und das die Antwortstromdichte zeigt, wenn die Glucose zugegeben wird, zeigt, wie die Zugabe der Ascorbinsäure die Antwortstromdichte beeinflusst, und die zeitbasierten Variationen in der Korrekturstromdichte zeigt, die durch ein Korrekturverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung korrigiert wurde.
12 ist ein grafisches Diagramm entsprechend einem zweiten Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das Kalibrationskurven in Bezug auf die Glucose durch Verwenden eines Hauptsensors (Haupt-AE), der durch natürliche GDH eingestellt wurde, und eines Sub- bzw. Nebensensors (Sub-AE), der durch eine GDH mit genetischer Modifikation eingestellt wurde, zeigt.
13 ist ein grafisches Diagramm entsprechend dem zweiten Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das Übergänge von Sensorausgaben (Antwortsensitivitäten) des Hauptsensors und des Subsensors zeigt.
14 ist ein grafisches Diagramm entsprechend dem zweiten Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das Übergänge der Glucosekonzentration zeigt, die durch Verwenden der Sensorausgabe des Hauptsensors und der Sensorausgabe des Subsensors korrigiert wurden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Anordnungen in den Ausführungsformen sind Veranschaulichungen bzw. beispielhafte Darstellungen, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anordnungen in den Ausführungsbeispielen beschränkt.
(Erste Ausführungsform]
1 ist eine Ansicht, die ein Schema einer Anordnung einer Überwachungsvorrichtung (Überwachungseinrichtung) 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt. Eine Überwachungseinrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, wird zum automatischen, kontinuierlichen Messen einer Glucosekonzentration in einem Blut oder in einer Interstitialflüssigkeit des Menschen oder eines Tiers als physikalische Quantität einer spezifizierten Grundsubstanz in einer Körperflüssigkeit verwendet. Die Überwachungseinrichtung 1 weist ein Gehäuse 2, einen Steuerrechner 3 und einen elektrochemischen Sensor 4 auf.
Der elektrochemische Sensor 4 ist ein Sensor, welcher eine spezifizierte Zielsubstanz misst, indem er eine elektrochemische Reaktion ausnutzt. Ein Biosensor wird in den Ausführungsformen verwendet. Der Biosensor verwendet einen lebenden Organismus oder ein Material, das von dem lebenden Organismus abgeleitet ist, als ein Element zur Bestimmung der Zielsubstanz, um kontinuierlich die Zielsubstanz zu messen und zu bestimmen.
Der elektrochemische Sensor 4 in den Ausführungsformen wird zum kontinuierlichen Messen der Glucosekonzentration in einer Interstitialflüssigkeit oder in Blut verwendet. Der elektrochemische Sensor (Biosensor) 4 wird daher als ”Glucosesensor 4” bezeichnet.
Das Gehäuse 2 nimmt eine äußere Form der Überwachungseinrichtung 1 an und umfasst eine Abdeckung 20 und eine Grundplatte 21. Die Abdeckung 20 und die Grundplatte 21, welche aneinander befestigt sind, definieren das Gehäuse 2, das den Steuerrechner 3 aufnimmt. Das Gehäuse 2 ist aus Materialien hergestellt, welches eine wasserdichtende Eigenschaft und/oder eine wasserbeständige Eigenschaft aufweist. In dem Gehäuse 2 können beispielsweise zumindest die Abdeckung 20 (und die Grundplatte 21, falls notwendig) aus Materialien hergestellt sein, welche eine geringe Permeabilität aufweisen, wie Metalle und/oder Kunstharze. Ein verwendbares Material für das Kunstharz ist beispielsweise Polypropylen.
An einem Endabschnitt 40A des Glucosesensors 4 ist dieser mit der Grundplatte 21 verbunden, und ein anderer Endabschnitt 40B des Glucosesensors 4 erstreckt sich außerhalb des Gehäuses 2 über eine Öffnung (nicht dargestellt), die in der Grundplatte 21 ausgebildet ist. Ein Verbindungsfilm 5 ist an einer äußeren Oberfläche der Grundplatte 21 angebracht. Der Verbindungsfilm 5 wird zur Befestigung der Überwachungseinrichtung 1 auf der Haut des Probanden verwendet. Beispielsweise kann ein doppelseitiges Klebeband mit Klebeflächen auf beiden Seiten als Verbindungsfilm 5 verwendet werden.
Der Steuerrechner 3 umfasst elektronische Komponenten, umfassend einen Computer, der zur Durchführung vorbestimmter Funktionen zur Messung der Glucose erforderlich ist, wie das Anlegen einer Spannung auf den Glucosesensor 4 und das Berechnen der Glucosekonzentration aus einem Antwortstrom, und weist ein Terminal bzw. einen Anschluss 30 zum Einrichten einer elektrischen Verbindung mit einer Elektrode 42 des Glucosesensors 4 auf. Der Anschluss 30 wird zum Erhalten eines Antwortstromwerts von dem Glucosesensor 4 verwendet, indem die Spannung an den Glucosesensor 4 angelegt wird.
Der Glucosesensor 4 wird zum Erhalten der Antwort verwendet, die der Glucosekonzentration in der Interstitialflüssigkeit entspricht. Der andere Endabschnitt 40B des Glucosesensors 4 ist mit einem Sensorabschnitt versehen, an welchen bzw. auf welchem ein Enzym, das ein Biokatalysator zur Bestimmung der Glucose in der Interstitialflüssigkeit ist, immobilisiert ist, und der Sensorabschnitt wird derart eingesetzt, dass er wenigstens teilweise subkutan implantiert ist. Ein Beispiel der ersten Ausführungsform ist jenes, dass ein Teil des Glucosesensors 4, welches außerhalb bzw. nach außen, wie in 1 dargestellt, von der Grundplatte 21 des Gehäuses 2 vorsteht, in eine Haut 6 eingesetzt ist.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Anordnung des Glucosesensors 4 entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; 2(A) ist eine Draufsicht des Glucosesensors 4; 2(B) ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie A-A des Glucosesensors, der in 2(A) gezeigt ist, aufgenommen wurde. Wie in den 2(A) und 2(B) gezeigt, umfasst der Glucosesensor 4 eine Grundplatte 41, eine Elektrode und einen Leitungsdraht, die auf der Grundplatte 41 ausgebildet sind, und einen enzymimmobilisierten bzw. mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt.
Genauer sind Metallschichten 42a, 42b und 42c auf einer Oberfläche der Grundplatte 21 ausgebildet. Die Metallschichten 42a, 42b und 42c werden auf einer Einzeloberfläche der filmförmigen Grundplatte 41 aufwachsen gelassen, indem ein Metall wie Gold und Platin auf einer Oberfläche durch eine physikalische Dampfdeposition (PVD, z. B. Sputtern) oder chemische Dampfdeposition (CVD) abgelagert wird, und indem ein laserbasiertes bzw. Laser-Zuschneiden bzw. Trimmen verwendet wird. Verwendbare Materialien für die Grundplatte 21 sind thermoplastische Harze wie Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) und Harze, wie etwa ein Polyimidharz und ein Epoxyharz bzw. Epoxidharz, die keinen schädlichen Effekt in dem menschlichen Körper haben, aber welche eine passende Isolationseigenschaft und Flexibilität aufweisen.
Jede der Metallschichten 42a, 42b und 42c wird in einer Längsrichtung der Grundplatte 41 ausgebildet und erstreckt sich von einem Ende zu einem anderen Ende der Grundplatte 41. Die anderen Enden einer jeden der Metallschichten 42a, 42b und 42c werden als eine erste Arbeitselektrode 42A, eine zweite Elektrode 42B und eine Gegenelektrode 42C verwendet. Im Gegensatz dazu werden Zwischenabschnitte und die einen bzw. ersten Enden der Metallschichten 42a, 42b und 42c jeweils als Leitungsdrähte verwendet.
Die anderen Enden der Metallschichten 42a, 42b und 42c sind jeweils mit Kontaktpads bzw. -feldern 44A, 44B und 44C verbunden, die an dem einen Ende der Grundplatte 41 bereitgestellt sind. Die Kontaktfelder 44A, 44B, 44C werden für eine elektrische Verbindung mit dem Anschluss 30 (1) des Steuerrechners 3 verwendet. Die Kontaktfelder 44A, 44B, 44C können integral mit den Elektroden und dem Leitungsdraht ausgebildet werden, indem die Metallschichten 42a, 42b, 42c zugeschnitten werden. Die Kontaktfelder 44A, 44B, 44C können selbstverständlich auch durch Verwenden eines Leiters ausgebildet werden, indem ein Verfahren verwendet wird, das von jenem des Ausbildungsverfahrens der Metallschichten abweicht. In der ersten Ausführungsform umfasst der Anschluss 30 jeweils Anschlüsse W1, W2, und ein Anschluss CR eines Potentiostaten 3A ist mit dem Steuerrechner 3 verbunden, und die Kontaktfelder 44A, 44B, 44C sind jeweils mit den Anschlüssen W1, W2, CR verbunden.
Genauer ist, in 1, die Grundplatte 41 der Überwachungseinrichtung 1 mit der Abdeckung 20 verbunden, wenngleich die Darstellung der Kontaktfelder 44A, 44B, 44C weggelassen wurde, wobei dann ein Zustand eintritt, dass das eine Ende des Glucosesensors 4 zwischen einem Substrat 3A des Steuerrechners 3 und der Grundplatte 21 eingebettet ist, um den Glucosesensor zu befestigen. Dann wird der Anschluss 30, der bei dem Substrat 3A bereitgestellt ist, derart befestigt, dass er zwischen die Kontaktfelder 44A, 44B, 44C gepresst wird, wodurch der Glucosesensor 4 und die Überwachungseinrichtung 1 in einen Zustand kommen, in dem sie elektrisch miteinander verbunden sind.
Eine Referenzelektrode 42D ist auf einem vorbestimmten Bereich bzw. einer vorbestimmten Fläche der Metallschicht 42c als Gegenelektrode 42C ausgebildet. Die Referenzelektrode 42D kann durch Beschichten oder Drucken, z. B. mit einer Silber-Silberchloridtinte bzw. -tusche, über dem vorbestimmten Bereich auf der Gegenelektrode 42C ausgebildet sein.
Andererseits können Kohlenstoffschichten 45a, 45b, die durch Sieb- bzw. Rasterdruck mit einer Kohlenstoffpaste ausgebildet werden, auf dem vorbestimmten Bereich auf den entgegengesetzten Seiten der Metallschichten 42a, 42b ausgebildet sein. Somit wird die erste Arbeitselektrode 42A, die die Metallschicht 42a und die Kohlenstoffschicht 45a umfasst, und die zweite Arbeitselektrode 42B, die die Metallschicht 42b und die Kohlenstoffschicht 45b umfasst, ausgebildet.
Wie zuvor beschrieben, umfasst der Glucosesensor 4 in den Ausführungsformen die Elektrode 42, die aus der ersten Arbeitselektrode 42A, der zweiten Arbeitselektrode 42B, der Gegenelektrode 42C und der Referenzelektrode 42D konstruiert ist.
Die Referenzelektrode 42D kann jedoch weggelassen werden. Ferner können, wenngleich die Gegenelektrode 42C in dem Beispiel, das in 2 veranschaulicht ist, gemeinsam für die erste Arbeitselektrode 42A und die zweite Arbeitselektrode 42B bereitgestellt ist, ebenso zwei Gegenelektroden, die jeweils der ersten Arbeitselektrode 42A und der zweiten Arbeitselektrode 42B entsprechen, bereitgestellt werden.
Mit immobilisiertem Enzym versehene Schichten 43A, 43B, auf bzw. in welchen das Enzym immobilisiert ist, werden jeweils auf den Kohlenstoffschichten 45a, 45b ausgebildet. Die mit immobilisiertem Enzym versehenen Schichten 43A, 43B werden derart ausgebildet, dass Glucosedehydrogenase (GDH) die auf Glucose über den Kohlenstoffschichten 45a, 45b einwirkt, dispensiert bzw. ausgebracht wird, und GDH mit einem Immobilisierungssubstanz Glutaraldehyd immobilisiert wird. In der zuvor beschriebenen Weise ist der Sensorabschnitt 40C an dem anderen Endabschnitt des Glucosesensors 4 eingerichtet. Nachfolgend wird die mit immobilisiertem Enzym versehene Schicht als ein erster mit immobilisiertem Enzym versehener Abschnitt 43A bezeichnet und die mit immobilisiertem Enzym versehene Schicht 43B als ein zweiter mit immobilisiertem Enzym versehener Abschnitt 43D bezeichnet, wo dies zweckmäßig ist.
Die erste Arbeitselektrode 42A und die zweite Arbeitselektrode 42B sind mit der hierzwischen angeordneten Gegenelektrode 42C angeordnet, wobei die erste Arbeitselektrode 42A, die zweite Arbeitselektrode 42B und die Gegenelektrode 42C in Abständen angeordnet sind, die gleich zueinander sind. Darüber hinaus können die Kohlenstoffschichten 45a, 45b und die mit immobilisiertem Enzym versehenen Schichten 43A, 43B so ausgebildet sein, dass sie Flächenmaße (Flächen) derselben ausgleichen, und die mit immobilisiertem Enzym versehenen Schichten 43A, 43B sind gleichfalls so ausgebildet, dass sie Quantitäten von Enzymen, die hierin bzw. hierauf enthalten sind, ausgleichen. Der Glucosesensor 4 beinhaltet nämlich die zwei Arbeitselektroden 42A und 42B, die die gleiche Anordnung aufweisen, und die ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitte 43A, 43B (der mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43 in 1).
3 veranschaulicht ein Beispiel von elektronischen Hauptkomponenten, die in der Überwachungseinrichtung 1 aufgenommen sind. Wie in 3 veranschaulicht, nimmt das Gehäuse 2 das Substrat 3a auf, das mit dem Steuerrechner 3, dem Potentiostaten 3A und einer Leistungsversorgungsvorrichtung 11 versehen ist. Eine Anzeigeeinheit 14, wenngleich so dargestellt, als ob sie durch das Substrat 3a in 3 umschlossen wäre, weist tatsächlich, wie in 1, ein Anzeigefeld 15 zum Anzeigen eines berechneten Ergebnisses der Glucosekonzentration auf. Ferner kann ein Gehäuse 17 der Anzeigeeinheit 14 auf der Haut über den Verbindungsfilm 5 in gleicher Weise wie das Gehäuse angebracht bzw. befestigt sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 weist der Steuerrechner 3 hardwareseitig einen Prozessor wie eine CPU (Central Processing Unit), ein Aufzeichnungsmedium wie einen Speicher (RAM (Random Access Memory)) und einen ROM (Read Only Memory), eine Kommunikationseinheit und eine nicht dargestellte Eingabe-Ausgabe-(I/O-)Einheit auf. Der Steuerrechner 3 fungiert als Vorrichtung mit einer Kommunikationseinheit 10, einer Steuereinheit 12 und einem Speicher 13, derart, dass der Prozessor das Programm, das auf dem Aufzeichnungsmedium (z. B. dem ROM) gespeichert ist, in dem RAM lädt und dann das Programm ausführt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Steuerrechner 3 auch eine zusätzliche Speichervorrichtung wie einen Halbleiterspeicher (EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM, einen Flashspeicher) und eine Festplatte aufweisen kann.
Die Steuereinheit 12 steuert eine Spannungsanlegungszeit, einen angelegten Spannungswert, eine Abtastung des Antwortstroms, die Berechnung der Glucosekonzentration oder Kommunikationen bzw. Kommunikationsvorgänge mit externen Informationsverarbeitungsterminals bzw. -anschlüssen. Die Kommunikationseinheit 10 führt Datenkommunikationsvorgänge mit der Anzeigeeinheit 14 (1) durch und überträgt die berechneten Ergebnisse der Glucosekonzentration, die durch die Steuereinheit 12 ausgegeben wird, an die Anzeigeeinheit 14. Kommunikationsvorgänge, die als Datenkommunikationsvorgänge verfügbar sind, sind drahtgebundene Kommunikationsvorgänge unter Verwendung eines Kabels, und drahtlose Kommunikationsvorgänge (IrDA, Bluetooth), die Infrarotstrahlen und Radioübertragung verwenden, können ebenfalls verwendet werden. Die Anzeigeeinheit 14 ist dazu in der Lage, beispielsweise das berechnete Ergebnis der Glucosekonzentration, das von der Überwachungsvorrichtung 1 in einem vorbestimmten Format erhalten wurde, auf dem Anzeigeschirm (dem Anzeigefeld 15) anzuzeigen.
Die Leistungsversargungsvorrichtung 11 umfasst eine Batterie 110 und stellt elektrische Leistung zum Betrieb an den Steuerrechner 3 und den Potentiostaten 3A bereit. Es sei darauf hingewiesen, dass die Leistungsversorgungsvorrichtung 11 auch außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein kann.
Der Potentiostat 3A ist als Vorrichtung definiert, die elektrische Potentiale der ersten Arbeitselektrode 42A und der zweiten Arbeitselektrode 42B konstant zu der Referenzelektrode 42D macht bzw. einstellt. Der Potentiostat 3A legt, über die Anschlüsse CR, W1 und W2, eine vorbestimmte Spannung zwischen der Gegenelektrode 42C und der ersten Arbeitselektrode 42A und zwischen der Gegenelektrode 42C und der zweiten Arbeitselektrode 42B an, misst dann einen Antwortstrom (einen zweiten Antwortstrom) der zweiten Arbeitselektrode 42B, der an dem Anschluss W2 aufgenommen wird, und auch einen Antwortstrom (einen ersten Antwortstrom) der ersten Arbeitselektrode 42A, der an dem Anschluss W1 aufgenommen wird, und überträgt gemessene Ergebnisse der ersten und zweiten Antwortströme an die Steuereinheit 12.
Es ist festzuhalten, dass die Anzeigeeinheit 14 die Funktionen der Steuereinheit 12 und der Speichereinheit 13 inkorporieren bzw. umfassen kann, während auf Seiten des Gehäuses 2 die Kommunikationseinheit 10 die gemessenen Ergebnisse des Potentiostaten an die Anzeigeeinheit 14 übertragen kann. Alternativ dazu können der Steuerrechner 3 und der Potentiostat 3A On-Board-Vorrichtungen der Anzeigeeinheit 14 werden, wodurch der Potentiostat 3a, der auf der Anzeigeeinheit 14 angebracht ist, ein Anlegen der Spannung auf den Glucosesensor 4 und ein Bestimmen des Antwortstroms von diesem ausführen kann.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Glucosekonzentrationsmessverfahrens des Steuerrechners 3 in der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Eine Vorgabe bzw. Voraussetzung ist die, dass die Überwachungsvorrichtung 1 und der Glucosesensor 4 in geeigneter Weise an vorbestimmten arten (einem Abdomen oder einem Arm) eines Probanden eingesetzt sind und die Sensoreinheit 40C in die Interstitialflüssigkeit immergiert bzw. getaucht ist.
In 4 steuert die CPU (die Steuereinheit 12) des Steuerrechners 3, wenn sie eine Glucosekonzentrationsmessungs-Startanweisung akzeptiert, die von außerhalb ausgegeben wurde, den Potentiostaten 3A so, dass dieser nur die zweite Arbeitselektrode 42B mit einem Überstrom (Schritt S01) bestromt. Die Überwachungsvorrichtung 1, welche eine nicht dargestellte Eingabevorrichtung aufweist, kann Anweisungen bezüglich Beginn/Ende einer Messung bzw. Mess-Start-/Stopanweisungen an den Steuerrechner 3 eingeben, indem sie die Eingabevorrichtung verwendet. Die Steuereinheit 12, die die Startanweisung akzeptiert bzw. empfängt, gibt beispielsweise einen Schalter SW frei, der zwischen der ersten Arbeitselektrode 42A und dem Anschluss W1 bereitgestellt ist, um einen Status des Stroms, der nicht zu der ersten Arbeitselektrode 42A fließt, einzustellen. Andererseits schaltet die Steuereinheit 12 den Überstrom zwischen der Gegenelektrode 42C und der ersten Arbeitselektrode 42a für einen vorbestimmten Zeitraum durch. Dadurch wird das Enzym (GDH), das auf dem ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43B der zweiten Arbeitselektrode 42B immobilisiert ist, in einen deaktivierten Zustand versetzt. Der Überstrom muss ein Strom sein, der einen solchen Wert aufweist, dass er weder die Gegenelektrode 42C noch die zweite Arbeitselektrode 42B über die Elektrifizierung bzw. Bestromung beschädigt. Ein Stromwert, der bzw. mit dem bestromt wird, und eine Bestromungszeit können in geeigneter Weise unter Berücksichtigung einer Enzymmenge und einer Deaktivierungsgeschwindigkeit des Enzyms eingestellt werden.
Durch die Bestromung mit dem Überstrom auf die zweite Arbeitselektrode 42B wird die zweite Arbeitselektrode in einen Zustand versetzt, in dem sie die gleiche Anordnung wie auf Seiten der ersten Arbeitselektrode aufweist, mit Ausnahme, dass eine Eigenschaft des Enzyms verloren gegangen ist, mit der dieses auf die Glucose als spezifizierte Grundsubstanz einwirkt.
Als nächstes schließt die Steuereinheit 12 den Schalter SW, steuert den Potentiostaten 3A, beginnt dann mit dem Anlegen der vorbestimmten Spannung auf die erste Arbeitselektrode 42A und die zweite Arbeitselektrode 42B (Schritt S02) und beginnt mit der Messung des Antwortstroms (des ersten Antwortstroms) von der ersten Arbeitselektrode 42A und des Antwortstroms (des zweiten Antwortstroms) von der zweiten Arbeitselektrode 42B (Schritt S03). Der Potentiostat 3A misst jeweils die ersten und zweiten Antwortströme, die durch Anlegen der Spannung aufgenommen wurden, und überträgt die gemessenen Ergebnisse an die Steuereinheit 12.
Die Steuereinheit 12 führt ein Korrekturverfahren zur Korrektur des ersten Antwortstroms aus, indem es den zweiten Antwortstrom (Schritt S04) verwendet. Die Steuereinheit 12 führt nämlich die nachfolgenden Verfahren aus. Hierin enthält der erste Antwortstromwert die Stromkomponente (Signalkomponente), die von der Reaktion zwischen GDH in einem aktivierten Status abgeleitet ist, der in dem ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43A und der Glucose enthalten ist. Wenn die Interstitialflüssigkeit eine Interferenzsubstanz wie Ascorbinsäure aufweist, welche die Messung der Glucosekonzentration beeinflusst, enthält der erste Antwortstrom eine andere Signalkomponente, die von einer Reaktion (nichtenzymatische Reaktion) abgeleitet ist, die sich von der enzymatischen Reaktion als Einflüsse bzw. in Form von Einflüssen der Interferenzsubstanz unterscheidet.
Im Gegensatz dazu weist der zweite Antwortstrom keine Signalkomponenten auf, die von der Reaktion zwischen der GDH und der Glucose abgeleitet sind, weil die GDH in dem zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43B deaktiviert wurde, und enthält nur eine Signalkomponente, die von der nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet wurde. Entsprechend können, wenn die Signalkomponente, die von der enzymatischen Reaktion abgeleitet wird, als ”m” definiert wird, und die Signalkomponente, die von der Reaktion abgeleitet ist, die nicht die enzymatische Reaktion ist, als ”n” definiert wird, ein erster Antwortstromwert ”y” und ein zweiter Antwortstromwert ”y'” (y und y' sind Funktionen der Zeit ”t”) durch die folgenden linearen Funktionen ausgedrückt werden: y(t) = m(t) + n(t) (Gleichung 1) y'(t) = n(t) (Gleichung 2)
Daher subtrahiert die Steuereinheit 12 den zweiten Antwortstromwert von dem ersten Antwortstromwert entsprechend den Gleichungen 1 und 2. Daher kann die Signalkomponente ”n”, die von der nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet ist, von dem ersten Antwortstromwert entfernt werden.
Die Steuereinheit 12 führt, auf Grundlage des ersten Antwortstromwerts (des korrigierten Stromwerts), von welchem die Signalkomponente ”n” entfernt wird, Verfahren zur Berechnung der Glucosekonzentration durch, indem sie eine bekannte Technik (Algorithmus) verwendet, und berechnet die Glucosekonzentration für die Zeit (t) (Schritt S05). Beispielsweise erhält der Speicher 13 des Steuerrechners 3 zuvor Kalibrationskurvendaten der Glucosekonzentration, die der GDH entsprechen, die auf dem ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43A immobilisiert ist, und die Steuereinheit 12 berechnet die Glucosekonzentration durch Verwenden der Kalibrationskurve, die durch die Kalibrationskurvendaten angezeigt bzw. vorgegeben werden. Alternativ dazu berechnet die Steuereinheit 12 die Glucosekonzentration durch Ersetzen des ersten Antwortstromwerts, der in eine vorbestimmte arithmetische Gleichung für die Glucosekonzentration korrigiert wurde.
Die Kommunikationseinheit 10 überträgt das berechnete Ergebnis der Glucosekonzentration, das berechnet wurde, an die Anzeigeeinheit 14 über eine Kommunikationsverbindung 18, die zwischen der Anzeigeeinheit 14 und der Kommunikationseinheit 10 eingerichtet ist (Schritt S06). Hiernach bestimmt die Steuereinheit 12, ob die Messung beendet ist oder nicht, und terminiert, wenn sie beendet ist, die Verarbeitung auf Grundlage des Verarbeitungsflusses, der in 4 dargestellt ist. Wenn sie hingegen nicht beendet ist, kehrt die Verarbeitung in Form eines Kreislaufs zurück zu Schritt S02. Mit diesem Betrieb wird die Glucosekonzentration kontinuierlich gemessen, bis ein Auslöser zur Beendigung der Messung, wie eine Eingabe der Messungsendanweisung, über den Steuerrechner 3 über die Eingabevorrichtung eingegeben wird. Die Anzeigeeinheit 14 empfängt kontinuierlich die gemessenen Ergebnisse der Glucosekonzentration von der Überwachungseinrichtung 1 und wird dadurch in die Lage versetzt, einen Graphen zu erzeugen, indem zeitbasierte Variationen in der Glucosekonzentration graphisch aufgetragen werden und indem der Graph auf dem Anzeigeschirm (dem Anzeigefeld 15) angezeigt wird.
Entsprechend der ersten Ausführungsform wird die Signalkomponente, die von der nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet ist, die als der zweite Antwortstromwert aufgenommen wird, von dem ersten Antwortstromwert entfernt. Daher wird der erste Antwortstromwert auf den Antwortstromwert auf Grundlage der Signalkomponente, die von der tatsächlichen Enzymreaktion abgeleitet wurde, korrigiert. Die Glucosekonzentration wird durch Verwenden des korrigierten Antwortstromwerts berechnet. Daher kann es die Glucosekonzentration mit erhöhter Genauigkeit erhalten.
Die erste Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden. In der ersten Ausführungsform wird das Enzym des mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitts 43B, der der zweiten Arbeitselektrode 42B entspricht, durch Strombeaufschlagen mit einem Überstrom auf die zweite Arbeitselektrode 42B deaktiviert, das Enzym kann jedoch auch anderweitig deaktiviert werden. Beispielsweise kann der mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43B auch dadurch ausgebildet werden, dass das Enzym (GDH), dessen Reaktion auf die Glucose durch Hitze deaktiviert wurde, ausgebracht wird. Wenn möglich, wird in Betracht gezogen, dass vor der Anbringung der Überwachungseinrichtung 1 und des Glucosesensors 4 an den Probanden das Enzym des mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitts 43B gleichfalls durch Erhitzen des mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitts 43B deaktiviert wird.
Alternativ dazu kann der zweite mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43B auch dadurch ausgebildet werden, dass das Enzym (GDH) verwendet wird, dessen Zusammensetzung in einem derartigen Ausmaß pulverisiert (zermahlen) wird, dass die Reaktion auf die Glucose deaktiviert wird. Ferner kann das Enzym des zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitts 43B gemäß einer weiteren Alternative auch dadurch in einen deaktivierten Zustand versetzt werden, wenn gemessen wird, dass in einem Verfahren zur Herstellung des Glucosesensors 4 oder vor der Messung der Glucosekonzentration eine Substanz (z. B. Natriumazid) zugegeben wird, welche die Deaktivierung der Enzymreaktion auf dem zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43B beschleunigt oder verhindert bzw. reduziert. Daher ist es im Fall der Durchführung des Enzymdeaktivierungsverfahrens möglich, bevor die Messung gestartet wird, den Überstrom-Strombeaufschlagungsschritt wie in Schritt S01, der in 4 dargestellt ist, wegzulassen, und ebenso den Schalter SW, der für das Überstrom-Strombeaufschlagungsverfahren verwendet wird.
Ferner hat die erste Ausführungsform das Beispiel einer Verwendung von GDH als das Enzym gezeigt, es kann jedoch auch Glucoseoxidase (GOD) als Ersatz für die GDH verwendet werden. Ferner kann die physikalische Quantität mit der verbesserten Genauigkeit auch dadurch aufgenommen werden, dass der Biosensor und die Überwachungseinrichtung verwendet werden, die die Anordnungen der ersten Ausführungsform aufweisen, auf eine Art, die einen Biokatalysator misst, der einer anderen spezifizierten Grundsubstanz entspricht, obschon die erste Ausführungsform die Glucose als spezifizierte Grundsubstanz veranschaulicht hat.
Ferner wird der Antwortstromwert in der Ausführungsform durch Subtrahieren des zweiten Antwortstromwerts von dem ersten Antwortstromwert korrigiert, jedoch kann die Glucosekonzentration mit der verbesserten Genauigkeit auch dadurch aufgenommen werden, dass die korrigierte Glucosekonzentration auf eine Weise erhalten wird, die die berechneten Ergebnisse der Glucosekonzentrationen auf Grundlage des ersten Antwortstromwerts und des zweiten Antwortstromwerts erhält bzw. aufnimmt und das berechnete Ergebnis der Glucosekonzentration auf Grundlage des zweiten Antwortstromwerts von dem berechneten Ergebnis der Glucosekonzentration auf Grundlage des ersten Antwortstromwerts subtrahiert.
[Zweite Ausführungsform]
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskutiert. Die zweite Ausführungsform weist die gleiche Anordnung wie die zweite Ausführungsform auf, und daher wird die Diskussion sich auf Punkte konzentrieren, die unterschiedlich zu der ersten Ausführungsform sind, und die gemeinsamen Punkte (Komponenten) sind mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen angegeben, bei welchen die Erläuterungen weggelassen werden.
Die physikalischen Anordnungen des Biosensors (des Glucosesensors) und der Überwachungseinrichtung 1 in der zweiten Ausführungsform können die Anwendung dessen beinhalten, was in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Die zweite Ausführungsform ist dadurch unterschiedlich zu der ersten Ausführungsform, dass Anordnungen des ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitts 43A und des zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitts 43B des Biosensors (Glucosesensors) 4 unterschiedlich sind.
Genauer werden die Enzyme (GDH), die eine andere Kalibrationskurve aufweisen als die Enzyme (GDH), die jeweils in dem ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43A und dem zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43B enthalten sind, verwendet. Beispielsweise wird in der zweiten Ausführungsform Wild- bzw. Wildtyp-(natürliche)GDH als die GDH, die auf den ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43A aufgebracht wird, und mutante bzw. mutierte GDH, in welcher die Wildtyp-GDH eine genetische Modifikation durchläuft, als die GDH, die auf den zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43B aufgebracht wird, verwendet.
Die GDH (ein erstes Enzym: ein erster Biokatalysator), die auf den ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43A und die GDH (ein zweites Enzym: ein zweiter Biokatalysator), die auf den zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43B aufgebracht wird, sind unterschiedlich in ihren Michaelis-Konstanten Km. 5 zeigt eine Beziehung (Kalibrationskurve) zwischen jeder Sensorausgabe (einer Antwortstromdichte) und der Glucosekonzentration für den Fall, dass auf der ersten Arbeitselektrode 42A und der zweiten Arbeitselektrode 42B das erste Enzym und das zweite Enzym immobilisiert sind.
Wie in dem Graphen der 5 gezeigt, ist die Kalibrationskurve der ersten Arbeitselektrode 42A, auf die das erste Enzym (die Wildtyp-GDH) aufgebracht wurde, unterschiedlich zu der Kalibrationskurve der zweiten Arbeitselektrode 42B, auf die das zweite Enzym (die mutierte GDH) aufgebracht wurde, und es ist daher offensichtlich, dass die unterschiedlichen Kalibrationskurven gebildet werden. In 5 stellt ein schwarzer Plot die Wildtyp-GDH dar, wohingegen ein weißer Plot die mutierte GDH darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass 5 ein Beispiel zeigt, in welchem die Kalibrationskurve des ersten Enzyms (der Wildtyp-GDH) durch y = 0,8x angegeben wird, wohingegen die Kalibrationskurve des zweiten Enzyms (der mutierten GDH) durch y' = 0,6x angegeben wird. Die Symbole y und y' bezeichnen die Antwortstromwerte, ein Wert ”x” stellt die Glucosekonzentration dar, und die Werte ”0,8” und ”0,6” geben Kalibrationskurvenkoeffizienten an.
Daher ist in der zweiten Ausführungsform die Kalibrationskurve der ersten Arbeitselektrode 42A, auf der das erste Enzym angeordnet ist, unterschiedlich zu der Kalibrationskurve der zweiten Arbeitselektrode 42B, auf der das zweite Enzym angeordnet ist, und Daten bezüglich der jeweiligen Kalibrationskurven (die Kalibrationskurvenkoeffizienten) werden zuvor in dem Speicher 13 (z. B. dem ROM) des Steuerrechners 3 der Überwachungseinrichtung 1 gespeichert.
Ferner ist in der zweiten Ausführungsform ein Verfahren zum Korrigieren der Glucosekonzentration unterschiedlich zu dem Verfahren in der ersten Ausführungsform. 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung des Steuerrechners 3 entsprechend der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Verfahren, die in 5 dargestellt sind, sind unterschiedlich zu jenen in der ersten Ausführungsform, dahingehend, dass Schritt S01 weggelassen, aber Schritt S11 (ein Glucosekonzentrationsberechnungs-(Korrektur-)Verfahren) anstelle der Schritte S04 und S05 ausgeführt wird.
In Schritt S11 nimmt die Steuereinheit 12 den ersten Antwortstromwert und den zweiten Antwortstromwert auf, die jeweils durch den Potentionstaten 3A erhalten wurden. Die Steuereinheit 12 erhält die Glucosekonzentration x zum Zeitpunkt bzw. zur Zeiteinheit t, welche auf Grundlage der nachfolgenden Gleichung 3 korrigiert wird. x(t) = (y(t) – y'(y))/(a – b) (Gleichung 3) wobei y den ersten Antwortstromwert (das Signal, das über die erste Arbeitselektrode 42A aufgenommen wurde) darstellt und y' den zweiten Antwortstromwert (das Signal, das über die zweite Arbeitselektrode 42B erhalten wurde) angibt. Ferner steht ein Wert ”a” für den Kalibrationskurvenkoeffizienten, der dem ersten Enzym (der Wildtyp-GDH) entspricht, und ein Wert ”b” stellt den Kalibrationskurvenkoeffizienten dar, der dem zweiten Enzym (der mutierten GDH) entspricht.
Die Gleichung 3 wird auf Grundlage der nachfolgenden Idee bzw. Überlegungen hergeleitet. Die erste Arbeitselektrode 42A (der mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43A) und die zweite Arbeitselektrode 42B (der mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43B) kommen nämlich in den Zustand, in dem sie in der Interstitialflüssigkeit unter gleichen Bedingungen immergiert bzw. eingetaucht sind. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der erste Antwortstromwert und der zweite Antwortstromwert in gleicher Weise die Signalkomponente aufweisen, die von der nichtenzymatischen Reaktion, wie etwa der Interferenzsubstanzreaktion, abgeleitet ist. Daher können der erste Antwortstrom y und der zweite Antwortstrom y' durch die linearen Funktionen, wie die nachfolgenden Gleichungen 4 und 5, ausgedrückt werden. y(t) = ax + c (Gleichung 4) y'(t) = bx + c (Gleichung 5) wobei die Werte ”a” und ”b” die Kalibrationskurvenkoeffizienten darstellen und ein Wert ”c” die Signalkomponente ist, die von der nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet ist. Wenn unter Verwendung der Gleichungen 4 und 5 transformiert, ist es möglich, die Gleichung 3, die als die Formel zur Berechnung der Glucosekonzentration definiert und oben beschrieben wurde, herzuleiten.
Die Steuereinheit 12 kann die Glucosekonzentration x, von der die Signalkomponente c, die von der nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet ist, zu entfernen ist, dadurch erhalten, dass der erste Antwortstrom y und der zweite Antwortstrom y' in die Gleichung 3 eingesetzt werden (die Kalibrationskurvenkoeffizienten a und b sind bereits bekannt und werden zuvor in Speicherabschnitt 13 gehalten).
Die 7 und 8 zeigen Graphen, die Beispiele von Simulationsexperimenten zur Veranschaulichung der Funktionen und der Effekte in der zweiten Ausführungsform zeigen. 7 veranschaulicht die Graphen, die zeitbasierte Variationen von Sensorausgängen (der erste Antwortstrom (die erste Arbeitselektrode 42A), der zweite Antwortstrom (die zweite Arbeitselektrode 42B)) des Glucosesensors 4 unter Verwendung des ersten Enzyms und des zweiten Enzyms, die in 5 erläutert wurden, zeigen. Die Sensorausgaben geben Stromsignale an, die durch den Biosensor (den Glucosesensor 4 in der zweiten Ausführungsform) detektiert wurden. In 7 ist der Graph der Sensorausgabe durch eine durchgezogene Linie angegeben und stellt den ersten Antwortstrom dar, wohingegen der Graph der Sensorausgabe, der durch eine unterbrochene Linie ausgedrückt wird, den zweiten Antwortstromwert darstellt. In dem Simulationsexperiment, das in 7 gezeigt ist, wird eine Flüssigkeit, die keine der Interferenzsubstanzen enthält, als eine Testflüssigkeit verwendet, die als die Körperflüssigkeit definiert wird. Entsprechend können der erste Antwortstrom und der zweite Antwortstrom als Antwortströme für den Fall, dass keine Signalkomponenten enthalten sind, die von einer nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet sind, aufgefasst werden.
In den Graphen der 7 wird die Interferenzsubstanz (welche in diesem Experiment die Ascorbinsäure ist) zu einem Zeitpunkt von etwa 28 zu der Test-Zielkörperflüssigkeit zugegeben. Im Ergebnis wird die Signalkomponente, die von der Reaktion der Ascorbinsäure und der Elektrode abgeleitet ist, d. h. die Signalkomponente, die von der nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet ist, zu dem Antwortstrom hinzugefügt, mit dem Ergebnis, dass der erste Antwortstrom und der zweite Antwortstrom jeweils ansteigen. Es wird aus 7 ersichtlich, dass der Anstieg im Strom aufgrund der Zugabe der Interferenzsubstanz, d. h. der Signalkomponente c, die von der nichtenzymatischen Reaktion abgeleitet ist, in gleicher Weise in dem ersten Antwortstrom und dem zweiten Antwortstrom enthalten ist. Es ist daher offensichtlich, dass der erste Antwortstrom in der 7 durch die Gleichung 4 ausgedrückt wird und der zweite Antwortstrom durch die Gleichung 5 ausgedrückt wird.
8 veranschaulicht den Graphen, der die zeitbasierten Variationen der Konzentration des Analyten (welcher in diesem Beispiel Glucose ist) in dem Simulationsexperiment zeigt, wobei die Glucosekonzentration dem Antwortstrom entspricht, der in 7 gezeigt ist. Der weiße Plot in 5 zeigt die Glucosekonzentration an, die auf Grundlage des ersten Antwortstroms von der ersten Arbeitselektrode 42A erhalten wurde. Der weiße Plot zeigt, dass die Glucosekonzentration, die durch die Berechnung erhalten wurde, aufgrund der Zugabe der Interferenzsubstanz (zu dem Zeitpunkt von etwa 28) zusammen mit der Zunahme in dem ersten Antwortstrom ansteigt.
Im Gegensatz dazu zeigt der schwarze Plot, welcher dem weißen Graphen im Wesentlichen als Fortführung ab dem Zeitpunkt nachfolgt, zu dem die Interferenzsubstanz zugegeben wird, die Glucosekonzentration nach der Korrektur, die durch Verwenden der Gleichung 3, die oben beschrieben wurde, berechnet wurde. Daher wird verstanden werden, dass der Korrekturwert aus dem schwarzen Graphen erhalten wurde, welcher im Wesentlichen gleich dem berechneten Wert der Glucosekonzentration auf Grundlage des ersten Antwortstroms ist, der von der ersten Arbeitselektrode 42A bestimmt werden wird, sofern die Interferenzsubstanz nicht zugegeben wird.
Daher ermöglichen es der Glucosesensor 4 und die Überwachungseinheit 1 entsprechend der zweiten Ausführungsform, den Korrekturwert zu erhalten, von welchem in geeigneter Weise eine Entfernung vorzunehmen ist, auch dann, wenn die Interferenzsubstanz, die in der Interstitialflüssigkeit (der Körperflüssigkeit) enthalten ist, die den Antwortstromwert auf Grundlage der Reaktion der Interferenzsubstanz auf der Elektrode beeinträchtigt, diesen beeinflusst. Es ist nämlich möglich, das Messergebnis der Glucosekonzentration mit der hohen Genauigkeit zu erhalten.
Die zweite Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden. Genauer umfasst die zweite Ausführungsform die Verwendung der zwei Enzyme mit den unterschiedlichen Michealis-Konstanten Km als erste und zweite Enzyme (die ersten und zweiten Biokatalysatoren), die die unterschiedlichen Kalibrationskurven aufweisen. Die zwei Enzyme, die unterschiedliche Maximalgeschwindigkeiten Vmax aufweisen, können auch in Bezug auf eine Unterscheidung der Kalibrationskurven auf Grundlage der Unterschiede zwischen den Reaktionsgeschwindigkeiten verwendet werden. Es ist nämlich möglich, die zwei Enzyme mit unterschiedlichen Werten von Km (Michaelis-Konstante) und/oder Vmax (Maximalgeschwindigkeit) anzuwenden.
Es kann ferner ausreichend sein, dass die Kalibrationskurven sich voneinander unterscheiden, und daher werden einerseits die gleichen Arten von Enzymen verwendet, wohingegen die Gesamtreaktionsaktivierungsquantitäten auf der ersten Arbeitselektrode 42A und der zweiten Arbeitselektrode 42B dadurch unterschieden werden können, dass die Enzymzuordnungsmengen (die Enzymmengen) für die erste Arbeitselektrode 42A (der erste mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43A) und die zweite Arbeitselektrode 42B (der zweite mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43B) jeweils unterschiedlich gemacht werden.
Alternativ dazu werden einerseits die gleichen Arten von Enzymen verwendet, wohingegen der Kontaktbereich zwischen dem Enzym und der Körperflüssigkeit in Bezug auf die erste Arbeitselektrode 42A (der erste mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43A) und der zweiten Arbeitselektrode 42B (der zweite mit immobilisiertem Enzym versehene Abschnitt 43B) aber unterschiedlich ausgebildet werden, wodurch die Kalibrationskurven unterschiedlich ausgebildet werden können.
Ferner können die unterschiedlichen Arten von Enzymen auch zwischen den Arbeitselektroden zur Differenzierung der Kalibrationskurven verwendet werden. Beispielsweise wird in Betracht gezogen, dass die GDH auf die erste Arbeitselektrode 42A (dem ersten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43A) oder die zweite Arbeitselektrode 42B (dem zweiten mit immobilisiertem Enzym versehenen Abschnitt 43B) aufgebracht wird und die GOD (Glucoseoxidase) auf die jeweils andere Arbeitselektrode aufgebracht wird.
Es sei zu verstehen gegeben, dass der zweite Antwortstrom, der von der zweiten Arbeitselektrode 42B des Glucosesensors 4 (des Biosensors) in der ersten Ausführungsform erhalten wird, die Signalkomponente nicht enthält, die von der enzymatischen Reaktion abgeleitet ist, und es kann daher davon ausgegangen werden, dass ”bx” (wenigstens eine der Grundsubstanzkonzentrationen x und der Kalibrationskurvenkoeffizienten b) in der Gleichung 5 Null ist. Daher kann die richtige Glucosekonzentration auf Grundlage der Programmverarbeitung (der Berechnung in der Gleichung 3) der Steuereinheit 12 in der zweiten Ausführungsform durch Verwenden des Glucosesensors 4 in der ersten Ausführungsform gemessen werden.
Die Anordnungen entsprechen der ersten und der zweiten Ausführungsformen, die zuvor beschrieben wurden, können geeignet kombiniert werden, in einem Umfang, der von dem Zweck der vorliegenden Erfindung nicht abweicht.
[Erstes Arbeitsbeispiel]
Als nächstes werden Arbeitsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Arbeitsbeispiele umfassen das Schaffen eines 4-Elektroden-Systems mit zwei Arbeitselektroden AE1, AE2, einer Referenzelektrode RE und einer Gegenelektrode CE. Speziell wird eine Metallschicht AU mit bis zu 5 nm durch Sputtern eines Polyimid-Grundmaterials (Polyether-Imid (PEI), 100 μm) abgelagert. Drei voneinander isolierte Bereiche werden derart ausgebildet, dass die Metallschicht einem Isolierverfahren unterworfen wird, dann wird ein Drucken auf den zwei Bereichen zwischen diesen drei Metallschichtbereichen bewirkt, indem eine Kohlenstofftinte verwendet wird, und die bedruckten Bereiche werden für 30 min in einer Umgebung von 110°C getrocknet, wodurch die zwei Arbeitselektroden AE1, AE2 hergestellt werden. Der verbleibende Bereich wird als Gegenelektrode CE ausgebildet.
Ferner wird zur Herstellung der Referenzelektrode RE das Drucken auf der verbleibenden Metallschicht (der Gegenelektrode CE) durch Verwenden einer Silber-Silberchlorid-(Ag/AgCl-)Tinte bewirkt, und der gedruckte Bereich wird für 30 Minuten unter einer Umgebung von 150°C getrocknet. Die Silber-Silberchloridtinte umfasst die Verwendung von [E2414], hergestellt durch die ERCON Corp.
Eine GDH-Lösung, die mit bzw. aus der Glucosedehydrogenase (GDH) als dem Enzym, Natrium-Säure-Phosphat bzw. Natriumphosphat (pH 5,8), das als pH-Einstellmittel dient, und Glutaraldehyd (GA) das als Crosslinker dient, gemischt ist, wird als Reagenz hergestellt, welches auf die Arbeitselektrode AE1 und die Arbeitselektrode AE2 aufgetragen wird. Zu dieser Zeit beträgt eine Endkonzentration (f. c.) der GDH etwa 1250 U/mL, und die Endkonzentration des Natriumphosphat ist 50 mN. Ferner werden als Crosslinkingbedingung eine Reaktionszeit von 45 Minuten und eine Reaktionstemperatur von 20°C verwendet.
Nach dem Aufbringen der GDH-Lösung in einer Menge von 0,32 μL auf die Arbeitselektrode AE1 und dem Trocknen der Lösung wird die GDH durch Durchführen eines zehnminütigem Trocknungsprozesses in einer Umgebung von 80°C deaktiviert. Hiernach wird die GDH-Lösung von 0,32 μL auf die Arbeitselektrode AE2 aufgebracht und dann getrocknet. Die Arbeitselektrode AE1 wird daher als eine hitzedeaktivierte Elektrode hergestellt, bei welcher die enzymatische Reaktion der GDH durch Hitze deaktiviert wird, wohingegen die Arbeitselektrode AE2 als aktivierte bzw. aktive Arbeitselektrode ausgebildet wird, die eine GDH-Aktivierung bzw. GDH-Aktivität zeigt.
Eine Antwortsensitivität auf die Glucose und eine Antwortsensitivität auf eine Ascorbinsäure (AsA), die als Interferenzsubstanz definiert wird, werden durch ein chromoamperometrisches Verfahren untersucht, bei dem eine Potentialdifferenz von 400 mV auf das Elektrodensystem derart angelegt wird, dass das Elektrodensystem, das zuvor beschrieben wurde, verwendet wird.
Zu Beginn umfasst ein Verfahren zur Messung der Antwortsensitivität auf die Glucose (Glu) das elektrische Verbinden der Arbeitselektrode (hitzedeaktivierte Elektrode) AE1, der Arbeitselektrode (aktivierte Arbeitselektrode) AE2 und der Gegenelektrode CE des Elektrodensystems und des Potentiostaten und das Eintauchen des Elektrodensystems in eine 0,1 M Phosphatpufferlösung (pH 7,0), die als Messlösung dient. Dann wird eine 2,0 M Glucoselösung in die Pufferlösung getropft, während eine konstante Spannung (400 mV ggü. Ag/AgCl) auf die Arbeitselektrode AE1 und die Arbeitselektrode AE2 aufgebracht wird. Konstante bzw. stationäre Stromdichten (nA/mm²) werden gemessen, wenn die Endkonzentration der Glucose 100 mg/dL beträgt. Die konstante Stromdichte entspricht der Antwortsensitivität.
9 zeigt ein Messergebnis der Sensorausgaben (Stromdichten) bezüglich der Glucose. Wie aus 9 ersichtlich, wird in bzw. mit der deaktivierten Arbeitselektrode AE2 bestätigt, dass die Antwortstromdichte auf Grundlage der enzymatischen Reaktion der GDH und, im Gegensatz dazu, beinahe keine Antwortstromdichte in der hitzedeaktivierten Elektrode AE1 festgestellt wird, in welcher die GDH deaktiviert ist. Dies führt zu einer Bestätigung, dass die GDH auf der Elektrode AE1 deaktiviert ist.
Als nächstes umfasst das Verfahren zur Messung der Antwortsensitivität auf die Ascorbinsäure (AsA) das elektrische Verbinden der Arbeitselektrode (hitzedeaktivierte Elektrode) AE1, der Arbeitselektrode (aktivierte Arbeitselektrode) AE2 und der Gegenelektrode des Elektrodensystems und des Potentiostaten und das Eintauchen des Elektrodensystems in die 0,1 M-Phosphatpufferlösung (pH 7,0). Dann werden konstante Stromdichten (nA/mm²) gemessen, wenn die Endkonzentration von AsA 1,0 mg/dL beträgt, indem die 10 mg/mL Ascorbinsäure (AsA) in die Pufferlösung zugegeben werden, während die konstante Spannung (400 mV ggü. Ag/AgCl) an die hitzedeaktivierte Elektrode und die aktivierte Arbeitselektrode AE2 angelegt wird. Die konstante Stromdichte entspricht der Antwortsensitivität.
Die 10 zeigt ein Messergebnis der Antwortsensitivität auf AsA. Wie aus 10 ersichtlich, wird sowohl durch die hitzedeaktivierte Elektrode AE1 als auch die aktivierte Arbeitselektrode AE2 bestätigt, dass Antwortstromdichten bestimmt werden, von denen jede im Wesentlichen das gleiche Niveau aufweist, abgeleitet von der Elektrodenreaktion bezüglich AsA.
Darüber hinaus wird überprüft, inwieweit die Ascorbinsäure in dem Fall der Zugabe der Ascorbinsäure (AsA) während der Messung der Antwortsensitivität der Glucose diese beeinträchtigt. Das Messverfahren umfasst das elektrische Verbinden der Arbeitselektrode (hitzedeaktivierte Arbeitselektrode) AE1, der Arbeitselektrode (aktivierte Arbeitselektrode) AE2 und der Gegenelektrode des Elektrodensystems und des Potentiostaten und das Eintauchen des Elektrodensystems in den 0,1 M Phosphatpufferlösung (pH 7.0). Dann wird die Glucoselösung zu einem Zeitpunkt von 300 verstrichenen Sekunden seit dem Beginn der Messung kontinuierlich in die Pufferlösung getropft, während die konstante Spannung (400 mV ggü. Ag/AgCl) an die hitzedeaktivierte Elektrode AE1 und die aktivierte Arbeitselektrode AE2 angelegt wird, um die konstanten Stromdichten (nA/mm²) in dem Fall zu messen, in dem die Endkonzentration der Glucose 100 mg/dL erreicht.
Hiernach werden die konstanten Stromdichten (nA/mm²) in einem Fall gemessen, in dem die Endkonzentration von AsA 1,0 mg/dL erreicht, indem die 10 mg/mL Ascorbinsäure (AsA) zu einem Zeitpunkt von 400 verstrichenen Sekunden seit dem Beginn der Messung in die Pufferlösung zugegeben wird.
Hiernach werden die konstanten Stromdichten (nA/mm²) in einem Fall gemessen, in dem die Endkonzentration von AsA 2,0 mg/dL erreicht, indem die 10 mg/mL Ascorbinsäure (AsA) zu einem Zeitpunkt von 500 verstrichenen Sekunden seit dem Beginn der Messung in die Pufferlösung zugegeben wird.
11 zeigt ein Messergebnis der zeitbasierten Variationen in den Sensorausaben (Antwortstromdichten (nA/mm²)) der hitzedeaktivierten Elektrode AE1 und der aktivierten Arbeitselektrode AE2. In 11 ist der Graph der durchgezogenen Linie die Sensorausgabe (die Antwortstromdichte) der aktivierten Arbeitselektrode AE2, wohingegen der Graph mit der unterbrochenen Linie den Sensorausgang (den Antwortstrom) der hitzedeaktivierten Elektrode AE1 ist. Ferner stellt der Graph der einfach gepunkteten Kettenlinie zeitbasierte Variationen in der Antwortstromdichte (korrigierte Werte) dar, die durch die Korrekturverfahren, die in der ersten Ausführungsform erläutert wurden, korrigiert wurden.
Der Antwortstrom aufgrund der enzymatischen Reaktion der GDH wird über die aktivierte Arbeitselektrode AE2 beobachtet, wenn die Glucose zu der zuvor bestimmten Zeit (zum Zeitpunkt von 300 verstrichenen Sekunden) seit dem Beginn der Messung zugetropft (zugegeben) wird, und, im Gegensatz dazu, wird bestätigt, dass ein minimaler Antwortstrom aus der hitzedeaktivierten Elektrode AE1 bestimmt wird.
Hiernach wird, mit der AsA-Zugabe zu der vorbestimmten Zeit (zum Zeitpunkt von 300 verstrichenen Sekunden) seit dem Beginn der Messung, bestätigt, dass die Stromdichte als Signalkomponente, die von der nichtenzymatischen Reaktion auf Grundlage der Elektrodenreaktion von AsA abgeleitet wird, im Wesentlichen gleich zu sowohl der hitzedeaktivierten Elektrode als auch der aktivierten Elektrode AE2 bestimmt wird.
Ferner wird, mit einer verdoppelten Zunahme in der AsA-Konzentration zu der vorbestimmten Zeit (zu einem Zeitpunkt von 500 verstrichenen Sekunden) seit dem Beginn der Messung, bestätigt, dass die Antwortströme von sowohl der Elektrode AE1 als auch von der Elektrode AE2 zunehmen. Dann wird bestätigt, dass das Korrektursignal (der Korrekturwert), der durch Subtrahieren der Antwortstromdichte der Elektrode AE1 von der Antwortstromdichte der Elektrode AE2 aufgenommen wird, die Stromdichte zeigt, die kleiner ist als jene der Arbeitselektrode AE2, über einen Zeitraum (400–500 Sek.) für den die Endkonzentration von AsA 1,0 mg/dL beträgt, und einen Zeitraum (ab 500 Sekunden), für den die Endkonzentration von AsA 2,0 mg/dL beträgt. Es kann dadurch bestätigt werden, dass die Aufnahme des Korrekturwerts des Antwortstroms es ermöglicht, die Glucosekonzentration mit einer beschränkten Beeinflussung durch die Ascorbinsäure zu messen.
Ferner wird aus dem Messergebnis der 11 sichergestellt, dass, wenngleich die Amplitude aufgrund der Zunahme in der Zugabequantität von AsA zunimmt, Auslenkungen in Plus- und Minusrichtungen auftreten, wobei ein Maß die Antwortstromdichte (etwa 150 nA/mm²) der Arbeitselektrode AE2 ist, für den Fall, dass nur die Glucose (300–400 Sek.) zugegeben wird, und beispielsweise kann die Antwortstromdichte etwa in Höhe der Dichte berechnet werden, wenn keine Ascorbinsäure zugegeben wird, indem der zeitbasierte Durchschnitt der Korrekturwerte verwendet wird.
[Zweites Arbeitsbeispiel]
Als nächstes wird ein zweites Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung diskutiert. Das zweite Arbeitsbeispiel nimmt Daten zur Korrektur der Beeinflussung der Interferenzsubstanz in der Antwort einer Hauptelektrode auf, die durch das natürliche (Wildtyp-)Enzym eingestellt wird, indem die Antwort einer Subelektrode verwendet wird, die durch das mutierte (genetisches Modifikation (genetische Transmutation)) Enzym eingestellt wird.
Im zweiten Arbeitsbeispiel wird ein Hauptsensor (Haupt-AE) mit einem 3-Elektrodensystem verwendet, das die Arbeitselektrode AE1, die Referenzelektrode RE und die Gegenelektrode CE umfasst, und ein Subsensor (Sub-AE), der das 3-Elektrodensystem mit der Arbeitselektrode AE2, der Referenzelektrode RE und der Gegenelektrode CE umfasst. Hierbei sind die Arbeitselektrode AE1 des Hauptsensors (Haupt-AE) und die Arbeitselektrode AE2 des Subsensors (Sub-AE) auf der gleichen Fläche ausgebildet, um relativ vergleichbare Sensorausgaben (Stromwerte) des Hauptsensors und des Subsensors zu erhalten.
Sowohl der Hauptsensor als auch der Subsensor werden wie folgt erzeugt. Genauer wird die Metallschicht von Au auf bis zum 5 nm durch Sputtern auf ein Polyimid-Grundmaterial (Polyetherimid (PEI), 100 μm) aufgebracht. Zwei Bereiche, die voneinander isoliert sind, werden derart ausgebildet, dass diese Metallschicht den Isolierprozess durchläuft, dann wird ein Drucken auf einen Bereich der zwei Metallschichten durch Verwenden der Kohlenstofftinte bewirkt, und dann wird der bedruckte Bereich für 30 Minuten in einer Umgebung von 110°C getrocknet, wodurch die Arbeitselektrode AE1 (die Arbeitselektrode AE2) ausgebildet wird. Der verbleibende Bereich wird als Gegenelektrode CE ausgebildet.
Ferner wird ein Drucken auf dem verbleibenden Metallschichtbereich (der Gegenelektrode CE) bewirkt, indem die Silber-Silberchlorid-(Ag/AgCl-)Tinte verwendet wird, und der bedruckte Bereich wird für 30 Minuten in einer Umgebung von 150°C getrocknet, wodurch die Referenzelektrode RE ausgebildet wird. Die Silber-Silberchloridtinte umfasst die Verwendung von [E2414], hergestellt durch die ERCON Corp.
Die GDH-Lösung, die mit bzw. aus Glucosedehydrogenase (GDH) als dem Enzym, Natriumphosphat (pH 5,8), das als pH-Einstellmittel dient, und Glutareldehyd (GA), das als Crosslinker dient, gemischt wird, wird als Reagenz hergestellt, welches auf die Arbeitselektrode AE1 des Hauptsensors und die Arbeitselektrode AE2 des Subsensors aufgebracht wird. Zu dieser Zeit beträgt die Endkonzentration (f. c.) der GDH etwa 1250 U/mL, und die Endkonzentration des Natriumphosphats beträgt 50 mN. Ferner werden eine Reaktionszeit von 40 Minuten und eine Reaktionstemperatur von 20°C als Crosslinkingbedingung verwendet.
Die Wildtyp-GDH wird als die GDH in dem Reagenz verwendet, das auf die Arbeitselektrode AE1 des Hauptsensors aufgebracht wird, wohingegen die mutante GDH als die GDH in dem Reagenz verwendet wird, das auf die Arbeitselektrode AE2 des Subsensors aufgebracht wird. Daher werden die Wildtyp-GDH-Lösung für den Hauptsensor und die mutierte GDH-Lösung für den Subsensor hergestellt.
Die Wildtyp-GDH-Lösung von 0,32 μL wird auf die Arbeitselektrode AE1 des Hauptsensors aufgetragen und dann getrocknet. Andererseits wird die GDH-Lösung mit der genetischen Modifikation von 0,32 μL auf die Arbeitselektrode AE2 des Hauptsensors aufgetragen und dann getrocknet. Daher werden der Hauptsensor (Haupt-AE), auf welchen die Wildtyp-GDH aufgetragen wurde, und der Subsensor (Sub-AE), auf welchen die mutante GDH aufgetragen wurde, erhalten.
Die Kalibrationskurven der Glucose werden unter Bezugnahme auf den Hauptsensor (Haupt-AE) und den Subsensor (Sub-AE) erzeugt. Die 12 zeigt die Ergebnisse hiervon. Die Kalibrationskurve, die durch die Sensorausgabe des Hauptsensors erhalten wurde, ist durch einen Graphen A in 12 angezeigt, und die Kalibrationskurve, die durch die Sensorausgabe des Subsensors erhalten wurde, ist durch einen Graphen B angezeigt. Sowohl der Hauptsensor als auch der Subsensor zeigen ein derartiges Charakteristikum, das die Sensorausgabe (Stromwert: die Antwortsensitivität) in Entsprechung zu der Zunahme der Glucosekonzentration ansteigt.
Die Antwortsensitivität bezüglich der Glucose und die Antwortsensitivität bezüglich der Ascorbinsäure (AsA), die als Interferenzsubstanz definiert ist, werden durch das chronoamperometische Verfahren untersucht, bei dem eine Potentialdifferenz von 400 mV auf das Elektrodensystem, das den Hauptsensor und den Subsensor verwendet, angelegt wird.
Zu Beginn umfasst das Verfahren zur Messung der Antwortsensitivität bezüglich der Glucose (Glu) das elektrische Verbinden der Arbeitselektrode AE1 (Arbeitselektrode AE2) und der Gegenelektrode CE mit dem Potentiostaten in Bezug auf den Hauptsensor und den Subsensor. Als nächstes werden der Hauptsensor und der Subsensor in eine Glucoselösung von 200 mg/dL eingetaucht, und eine konstante Spannung (400 mV ggü. Ag/AgCl) wird jeweils an die Arbeitselektrode AE1 und die Arbeitselektrode AE2 angelegt, wodurch die Messung eingeleitet wird.
Hiernach wird jeder der Sensorausgänge (Stromwerte (nA)) des Hauptsensors und des Subsensors in einem Fall gemessen, in dem die Endkonzentration der Glucose 100 mg/dL erreicht, in dem eine 0,1 M Phosphatpufferlösung (pH 7,0) zu der Glucoselösung zugegeben wird. Darüber hinaus werden die Sensorausgänge (Stromwerte (nA): als Wert ”Y” bezeichnet) des Hauptsensors und des Subsensors in einem Fall bestimmt, in dem die Endkonzentration von AsA 1,0 mg/dL erreicht, indem die 10 mg/mL Ascorbinsäure (AsA) nach einem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit seit dem Beginn der Messung zugegeben werden.
13 zeigt die Messergebnisse. Das Messergebnis des Hauptsensors wird durch einen Graphen A in 13 angezeigt und das Messergebnis des Subsensors wird durch einen Graphen B angezeigt. Wie aus 13 ersichtlich, wird sichergestellt, dass die Sensorausgänge des Hauptsensors und des Subsensors die Antwortstromwerte zeigen, die auf den Kalibrationskurven in Antwort auf die Verdünnung der Glucoselösung mit der Zugabe der Pufferlösung beruhen. Ferner wird auch bestätigt, dass die Antwortstromwerte, die im Wesentlichen das gleiche Niveau aufweisen, die von der Elektrodenreaktion von AsA abgeleitet sind, durch sowohl die Arbeitselektrode AE1 als auch die Arbeitselektrode AE2 aufgrund der Zugabe von AsA bestimmt werden.
Darüber hinaus werden die Sensorausgaben (Werte ”Y”), die in 13 dargestellt sind, in die Glucosekonzentration ”X” entsprechend der Kalibrationskurve, die in 12 gezeigt ist, konvertiert, und die korrigierten Werte (korrigierten Daten) des Hauptsensors werden auf Grund der zuvor erwähnten (Gleichung 3) zur Aufnahme der Glucosekonzentration x(t), die sich auf die Korrektur, die in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist, bezieht, erhalten. Die Ergebnisse sind in 14 gezeigt. Das Messergebnis des Hauptsensors (Haupt-AE (Wildtyp)) wird durch einen Graphen A (einen Kreis) in 14, das Messergebnis des Subsensors (Sub-AE (Mut.)) wird durch einen Graphen B (ein Viereck) und die Korrekturdaten (Offset) werden durch einen Graphen C (ein Dreieck) angegeben. Die Graphen A und B, die in 14 gezeigt sind, zeigen Ergebnisse (Werte X) der Glucosekonzentration, wenn Stromdichten (nA/mm²) verwendet werden, die von jeden der Stromwerte (Wert ”Y”) des Hauptsensors und des Subsensors, die in 13 gezeigt sind, erhalten werden.
Wie aus 14 ersichtlich, steigt der Wert von X (A: der Kreis), der durch den Hauptsensor (Haupt-AE) erhalten wird, in einer Weise an, die die AsA-abgeleitete Komponente auf Grund der Zugabe von als AsS enthält, wohingegen die korrigierten Werte für X (C: das Dreieck) kaum ansteigen, selbst wenn AsA zugegeben wird.
Entsprechend dem zweiten Arbeitsbeispiel wird bestätigt, dass die Glucosekonzentration derart in einer Weise gemessen werden kann, die die Beeinflussung von AsA begrenzt, indem der Sensor verwendet wird, der die Arbeitselektrode AE1 umfasst, auf welche das Reagenz mit der natürlichen GDH aufgebracht wird, und der Arbeitselektrode AE2, auf welche das Reagenz aufgebracht wird, das die genetische Modifikation von GDH enthält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5356786 [0006]
US 7003341 [0006]
US 7190988 [0006]
US 7462264 [0006]

Claims

Biosensor mit: einer ersten Arbeitselektrode, auf welcher ein Biokatalysator, welcher eine Eigenschaft aufweist, die auf eine spezifizierte bzw. bestimmte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet bzw. aufgebracht ist; einer zweiten Arbeitselektrode, auf welcher der Biokatalysator, der die Eigenschaft verloren hat, angeordnet ist; und wenigstens einer Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung an bzw. auf die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode.
Biosensor nach Anspruch 1, bei dem der Biokatalysator mit der Eigenschaft, die auf die spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist, und bei dem die Eigenschaft des Biokatalysators durch Abgeben bzw. Bereitstellen von Energie an die zweite Arbeitselektrode deaktiviert wird.
Biosensor nach Anspruch 2, bei dem die Energie thermische Energie umfasst.
Biosensor nach Anspruch 2, bei dem die Energie elektrische Energie umfasst.
Biosensor nach Anspruch 1, bei dem der Biokatalysator mit der Eigenschaft, die auf die spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist, und bei dem ein Material, das bewirkt, dass der Biokatalysator die Eigenschaft verliert, oder das die Eigenschaft inhibiert, zugegeben wird.
Biosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Biokatalysator ein Enzym ist.
Biosensor mit: einer ersten Arbeitselektrode, auf welcher ein erster Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet ist; einer zweiten Arbeitselektrode, auf welcher ein zweiter Biokatalysator mit der Eigenschaft angeordnet ist; und wenigstens einer Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung an die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode, wobei eine Reaktionsgeschwindigkeit des ersten Biokatalysators mit der Grundsubstanz unterschiedlich zu einer Reaktionsgeschwindigkeit des zweiten Biokatalysators mit der Grundsubstanz ist.
Biosensor nach Anspruch 7, bei dem der erste Biokatalysator und der zweite Biokatalysator Enzyme sind.
Biosensor nach Anspruch 8, bei dem der zweite Biokatalysator ein Enzym ist, das durch eine genetische Modifikation des ersten Biokatalysators erhalten wird.
Biosensor mit: einer ersten Arbeitselektrode, auf welcher ein erster Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet ist; einer zweiten Arbeitselektrode, auf welcher ein zweiter Biokatalysator mit der Eigenschaft angeordnet ist; wenigstens einer Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung an die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode, wobei ein Reaktionsbereich bzw. eine Reaktionsfläche auf der ersten Arbeitselektrode unterschiedlich zu einem Reaktionsbereich auf der zweiten Arbeitselektrode ist.
Biosensor mit: einer ersten Arbeitselektrode, auf welcher ein erster Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, angeordnet ist; einer zweiten Arbeitselektrode, auf welcher ein zweiter Biokatalysator mit der Eigenschaft angeordnet ist; und wenigstens einer Gegenelektrode zum jeweiligen Anlegen einer Spannung an die erste Arbeitselektrode und die zweite Arbeitselektrode, wobei eine Gesamtreaktionsaktivität bzw. -reaktivität auf der ersten Arbeitselektrode unterschiedlich zu einer Gesamtreaktionsaktivität auf der zweiten Arbeitselektrode ist.
Überwachungseinrichtung mit: einer ersten Bestimmungseinheit, welche einen ersten Signalwert von einer bzw. über eine erste Arbeitselektrode bestimmt, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der ersten Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der ersten Arbeitselektrode angeordnet ist; einer zweiten Bestimmungseinheit, welche einen zweiten Signalwert von einer zweiten Arbeitselektrode bestimmt, der durch Anlegen einer Spannung zwischen der zweiten Arbeitselektrode und der Gegenelektrode erhalten wird, wobei der Biokatalysator, der die Eigenschaft verloren hat, auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist; einer Korrektureinheit, welche eine Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz korrigiert, die aus dem ersten Signalwert über den zweiten Signalwert berechnet wird; und einer Ausgabeinheit, welche die korrigierte Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ausgibt.
Überwachungseinrichtung nach Anspruch 12, bei der die Korrektureinheit einen Wert berechnet, der durch Subtrahieren des zweiten Signalwerts von dem ersten Signalwert als korrigierte Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz erhalten wird.
Überwachungseinrichtung mit: einer ersten Bestimmungseinheit, welche einen ersten Signalwert über eine erste Arbeitselektrode bestimmt, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der ersten Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein erster Biokatalysator mit einer Eigenschaft, die auf eine spezifizierte Grundsubstanz einwirkt, auf der ersten Arbeitselektrode angeordnet ist; einer zweiten Bestimmungseinheit, welche einen zweiten Signalwert über eine zweite Arbeitselektrode bestimmt, der erhalten wird, indem eine Spannung zwischen der zweiten Arbeitselektrode und der Gegenelektrode angelegt wird, wobei ein zweiter Biokatalysator mit der Eigenschaft und einer Reaktionsgeschwindigkeit unterschiedlich zu dem ersten Biokatalysator auf der zweiten Arbeitselektrode angeordnet ist; einer Korrektureinheit, welche eine Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz korrigiert, die aus dem ersten Signalwert über den zweiten Signalwert berechnet wird; und einer Ausgabeeinheit, welche die Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ausgibt.
Überwachungseinrichtung nach Anspruch 14, bei der die Korrektureinheit eine Konzentration x(t) der spezifizierten Grundsubstanz auf Grundlage der nachfolgenden Gleichung berechnet, und wobei die Gleichung unter der Maßgabe verwendet wird, dass: der erste Signalwerte y(t) zu einem bestimmten Zeitpunkt t als lineare Funktion y(t) = ax(t) + c, ausgedrückt wird, wobei a ein Kalibrationskurvenkoeffizient ist, der dem ersten Biokatalysator entspricht, x eine Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ist, und c eine Signalkomponente ist, die auf einer Substanz beruht, die die spezifizierte Grundsubstanz in einer Körperflüssigkeit ausschließt bzw. nicht umfasst; das zweite Signal y'(t) zu dem bestimmten Zeitpunkt t durch eine lineare Funktion y'(t) = bx(t) + c ausgedrückt wird, wobei b ein Kalibrationskurvenkoeffizient ist, der dem zweiten Biokatalysator entspricht, x die Konzentration der spezifizierten Grundsubstanz ist, und c die Signalkomponente ist; und ein Wert der Signalkomponente c in dem ersten Signalwert y(t) gleich einem Wert der Signalkomponente c des zweiten Signalwerts y'(t) ist. x(t) = (y(t) – y'(t))/(a – b) (Gleichung)