专利名称：监测和补偿电化学传感器中温度相关的误差的制作方法
技术领域：
—般而言，本发明涉及电化学传感器中的温度补偿。更具体地说，本发明涉及静脉
内电流分析传感器中温度相关误差的自动补偿。
鹏令鹏勺娜 电化学传感器存在许多应用。 一类称为电流分析生物传感器的电化学传感器在卫生保健行业具有许多潜在的应用。例如，葡萄糖监测领域的新进展考虑用安装在大血管中的静脉内电流分析葡萄糖传感器连续监测血糖水平的系统。该静脉内传感器连续输出代表血糖水平的电信号到计算机系统，该计算机系统为主治医师显示实时水平。这允许医师在
血糖水平变得过高或过低的情况中采取矫正行动。在icu或其它紧急情况下，立即监测和控制血糖水平的能力，特别是对糖尿病患者，能意味着生与死的差别。 因此，生物传感器的输出精确度是非常重要的。众多能影响传感器精确度的变量之一是温度。电流分析传感器通常在正常体温下校准。当传感器被浸入患者的血流中时，它响应在传感器表面发生的化学反应产生电流。体温的变化可能影响反应速率，这引起精确度的丧失，因为相比在正常体温下传感器输出更多或更少的电流。如果输入的流体具有与体温不同的温度，那么紧邻着传感器通过导管输送流体也能引起温度相关的误差。传感器也可以因插入体内之前暴露于室温而受到影响。取决于生物传感器的定位和传感器位于其中的设备的构造，对于同样的葡萄糖浓度，温度变化可引起生物传感器产生的电流改变，因而致使校准曲线无效。这会引起这些生物传感器的精确度为临床应用所不可接受的，而且对指导治疗来说也许是不可靠的。 现有解决方案致力于电流分析传感器的温度依赖性问题，包括在具有恒定温度的隔离的静态环境中抽取血样和测量葡萄糖水平。但是，这种解决方案在ICU应用中是不切实际的，在这里时间是极其重要的。另一个解决方案包括通过生物传感器抽取血样并将血液再循环回患者体内。这种解决方案大为增加监测系统的复杂性，而且在实践中难以实现，这是因为患者可接入位置(access site)的数目有限，而这些位置通常是保留给输送血液和输送药物使用的。这些解决方案不补偿温度变化而是寻求避免温度变化的可能性。
另一个解决方案包括使用分离的具有随温度变化的电阻的温度敏感元件，如热敏电阻或银示踪或其它设备。但是，分离的敏感元件增加了监测系统的复杂性，占据了导管中的额外空间，并且增加了感染的风险以及其它缺点。 在卫生保健和其它行业中，使用电流分析传感器的趋势增加，特别是考虑到改进葡萄糖监测的现行需要，对在生物传感器电极中温度补偿以便不管周围温度的变化而提供可靠测量的更实用的解决方案存在需要。
发明内容
提供了补偿在电化学传感器中温度相关误差的系统和方法。该系统和方法具有工
业上和医学上的应用，特别是使用在参考温度下校准并因此易受温度相关误差影响的电流 分析传感器的仪器系统。当激发电压在以高于反应维持阈值一如氧化或还原阈值一水 平应用于传感器时，这些电流分析传感器输出与分析物浓度或另一个目的参数成比例的电 流。该系统和方法主要在用于紧急医疗程序的静脉内电流分析葡萄糖传感器的背景中描 述。 方法可以包括测量来自传感器的电流输出，临时降低传感器电压到低于反应维持
阈值的第一电压水平，测量相应于第一电压水平的补偿电流，调节传感器电压到低于反应 维持阈值的第二电压水平，测量相应于第二电压水平的补偿电流，计算补偿电流间的差，部 分基于该差推导出温度补偿值，和增加温度补偿值至测量的电流输出以得到对温度校正的 输出值。推导温度补偿值可以包括用计算机系统从存储在存储器中的查询表内检索值，或 者它可以包括用计算机系统执行算法一该算法依据基于经验数据的公式计算值。 当施加电压于传感器时，系统可以补偿电流分析传感器中温度相关的误差，该电 流分析传感器输出与目的分析物浓度——如血糖浓度——成比例的信号电流。系统可以包 括具有工作电极的传感器，调节施加于工作电极的电压的稳压器电路，连接存储器的处理 器，和存储于该存储器中通过处理器可执行的温度补偿软件。当工作电极的电压升高超过 反应维持阈值时，响应执行软件的处理器，稳压器电路临时降低工作电极的电压低于反应 维持阈值，以得到用于校正传感器输出的温度补偿值。该系统可以包括作为稳压器模拟电 路和处理器数字电路之间的界面的传感器控制元件，和连续显示校正的分析物浓度的显示 元件。 附图简述
图1A和1B是静脉内电化学传感器的俯视图，该传感器设置于检测出分析物并输 出温度可校正的信号的柔性电路(flex circuit)上。 图2是曲线图，阐明来自电流分析葡萄糖传感器的电流输出作为血管中葡萄糖浓 度的函数，和温度的改变高于和低于校准温度对电流输出的影响。 图3是阐明对电流分析葡萄糖传感器的不同的已知葡萄糖浓度值，葡萄糖传感器 输出电流作为温度的函数的曲线图。 图4显示了阐明没有温度补偿的现有技术葡萄糖测量的ClarkError Grid，涉及 已知葡萄糖浓度的值。 图5是电化学传感器中监测和补偿温度测量的系统的框图。 图6是葡萄糖传感器上的活化(active)和去活化(non-active)工作电极的电流
输出对葡萄糖浓度的图，其显示不同激发电压水平的补偿电流值。 图7是流程图，其阐明从电化学传感器输出推导温度校正值的处理步骤。 详细描述 本发明公开了补偿电化学传感器的输出中温度相关误差的技术。本发明利用传 感器本身的响应来检测温度，不需要单独的温度测量设备。这种进步在有空间限制的传感 (感测)应用——如某些侵入性的医疗过程——中具有特殊的重要性。例如，电流分析传感器可以用于监测患者体内的血液化学或其它疾病状态。传感器可以被装在导管上并通过 静脉插入患者体内，以允许对目的分析物的连续监测。在安装期间，导管被小心操纵通过血 管，直至它到达期望的内部位置。在例如这样的过程中，在导管上有很少到没有另外的可用 空间用以安置辅助设备，如温度传感器。 本发明的一个应用是在连续分析物监测系统中应用电流分析传感器。电流分析传 感器(例如，酶电极)产生通过一些与位于传感器表面上的物质如酶接触的介质发生化学 反应而产生的电流。通常，传感器用激发电压以足够维持化学反应的阈值水平供能。基于 传感器类型，由传感器产生的电流量可以确定介质中的化学浓度。在一个实施方式中，监测 系统可以是葡萄糖监测系统，并且电流分析传感器可以是葡萄糖传感器。葡萄糖传感器可 以包括特别是包被了酶——葡萄糖氧化酶——的酶电极。 当经由导管静脉内安装入患者体内时，葡萄糖传感器可以连续输出指示血糖水平 的电信号。该信号可以被输入计算机化监测系统，该监测系统连续或间歇地显示这些信息 给主治医师或其他卫生保健提供者。该监测系统通过临时地降低激发电压低于反应维持阈 值而自动检测温度，以获得可以推导出温度的读数。该监测系统确定校正因子来补偿传感 器输出中的温度相关误差。该监测系统可以提升传感器电压回到反应维持水平，并且可以 将校正因子应用到随后的读数。 图1A和1B是静脉内电化学传感器11和23的俯视图，传感器11和23安装在基 底13(例如，柔性电路)上用以感测分析物并输出温度可校正的信号。为了通过导管静脉 内安装，可以使用柔性电路技术制造传感器11，以使传感器11小型化。传感器11可以包括 基底13、参考电极15、反电极17和工作电极19。取决于应用传感器11上可以有更多的电 极。电线21提供电力给电极以维持氧化或还原反应，并且也可以运载信号电流到传感系统 中的检测电路。 传感系统自信号电流导出可指示由传感器11测量的参数的值。被测量的参数可 以是出现在传感器11暴露的介质中的目的分析物。例如，如果传感器11是浸入患者血流 内的葡萄糖传感器，目的分析物可以是过氧化氢，其是由血液中的葡萄糖和传感器上的葡 萄糖氧化酶发生反应形成的。在这个实施方式中，传感器11产生的信号电流的量与过氧化 氢的浓度成比例，因此也与血糖浓度成比例。 传感系统可以包括调节施加于电极17和19每一个的激励电压(energization voltage)的稳压器。激励电压可以响应来自传感系统中信号处理器的控制信号而改变。稳 压器通过检测电阻并相应地改变电流来保持工作电极19(或反电极17)的电势相对于参考 电极15恒定，因此保持了期望的电势。电极电势的控制可以通过欧姆定律的简单应用而实 现。以同样的方式，依照检测到的电阻或依照来自处理器的命令，稳压器可以通过提高或降 低电流来提高或降低工作电极19 (或反电极17)的电势。 传感器11可以以电流分析测量原理工作，其中工作电极19相对于反电极17保持 正电势以维持化学反应。对承载了葡萄糖氧化酶的葡萄糖传感器来说，正电势可以被提升 至足够维持过氧化氢的氧化反应的水平，这是葡萄糖和葡萄糖氧化酶反应的结果。因此， 工作电极19的功能是作为阳极并且收集由氧化反应在它表面产生的电子。这些电子作为 电流流入工作电极19。当工作电极19保持正电势在大约+450毫伏到大约+650毫伏之间 时，由于工作电极19包被了葡萄糖氧化酶，每一个葡萄糖分子的葡萄糖氧化反应产生了过
6氧化氢分子。产生的过氧化氢依据如下方程式在工作电极19表面氧化
H202 — 2H++02+2e— (1) 该方程式指出，每个氧化的过氧化氢分子产生两个电子。因此，在某些条件下，电 流的量与过氧化氢浓度成比例。因为工作电极19处每个氧化的葡萄糖分子产生一个过氧 化氢分子，所以血糖浓度和所形成的电流之间存在线性关系。 在传感器11中，基底13为装载电极和薄膜层提供了绝缘结构。基底13的宽度可 以在大约0. 050英寸到大约0. 060英寸之间，长度在大约1. 0英寸到大约2. 0英寸之间。薄 膜层的厚度可以在大约0. 5微米到大约10微米之间变化。 电线21可以连接或焊接到用柔性电路技术在基底13上形成的导电线路 (conductive trace)上。例如，该线路可以是镀金的铜。在一个实施方式中，可以设计传感 器11以便柔性电路终结于与多芯插头(multi-pin co皿ector)——例如3-芯，1毫米间距 ZIF Molex插头——配对的接头(tab)。这样的连接利于工作电极19的激发和电流信号的 测量，例如，使用稳压器或其它控制器。 使用厚膜工艺和商业化可得到的墨水，电极15、17和19可以应用到基底13。在一 个实施方式中，参考电极15可以用沉积或形成在基底13上的银/氯化银型材料来制造。参 考电极15确立了固定的电势，从该固定的电势可以确立反电极17和工作电极19的电势。 参考电势是能斯特电势(电位)(Nernstian)。对于银/氯化银电极，参考电势通过如下半 反应维持 Ag0 — Ag++e— (2) 反电极17可以用导电材料如铂或石墨来构造。这些材料可以被配制成导电墨水 来使用厚膜工艺应用在基底13上，并相应地固化。反电极17为引导由化学反应产生的大 多数电子回到血液溶液或其它反应物介质中提供工作区域。在电路中没有反电极17时，大 多数电流可能通过参考电极15，因而减少了它的使用寿命。反电极17可以被形成比工作电 极19更大的表面区域。 可以用类似于那些用于形成反电极17的铂/石墨材料形成工作电极19。在其它 实施方式中，工作电极19可以用其它导电材料形成。其实施迄今被描述为促进过氧化氢在 其表面的阳极氧化。其它实施方式是可能的，例如，工作电极19可以保持在负电势。在这 种情况下，在工作电极19产生的电流可以由氧的还原产生。在另一个实施方式中，工作电 极19保持或维持在虚地，反电极17的电压被调节。 在图1B所示的另一个实施方式中，传感器23可以包括第二工作电极25。传感器 23在所有其它方面可以和传感器11相同。第二工作电极25可以形式上与第一工作电极 19相同，除了不存在酶层。在这种情况下，第一工作电极19是活化电极(有源电极，active electrode)，第二工作电极25是去活化电极(inactive electrode)。例如，如果传感器23 被配置为葡萄糖传感器，那么第一工作电极19可以包含葡萄糖氧化酶层，以与葡萄糖反应 产生代表葡萄糖浓度的信号电流。第二工作电极25产生代表所有其它非该化学反应产生 的电流源的信号。使用具有第一工作电极19和第二工作电极25的传感器23的传感系统 然后可以从第一工作电极19的输出减去第二工作电极25的输出以得到只归因于目的化学 反应的结果。电流分析传感器如传感器11和23通常在特定温度下校准。对意在静脉内使 用的传感器来说，校准温度Tcal通常被选择为标准的人类体温，98. 6° F或37°C 。
7
图2是曲线图，阐明来自电流分析葡萄糖传感器的电流输出作为血管中葡萄糖浓 度的函数，和温度的改变高于和低于校准温度对电流输出的影响。如图所示，由传感器得到 的测量有些依赖于测量环境的温度。如果传感器周围的温度改变+/_ AT，测量中就有错误 发生。这是因为温度的升高增加了曲线的斜率，温度的降低减小了曲线的斜率。如果斜率 增加(即Tcal+AT)，需要更少的葡萄糖来产生特定的传感器输出量，因此计算的葡萄糖浓 度低于实际的葡萄糖水平。相反，如果斜率减小(即Tcal-AT)，需要更多的葡萄糖来产生 特定的传感器输出量，于是计算的葡萄糖浓度高于实际的葡萄糖水平。因此，周围温度的改 变提供了计算葡萄糖水平的误差。 图3是阐明对于不同的已知葡萄糖浓度值，萄萄糖传感器输出电流作为温度的函
数的曲线图。在四种不同葡萄糖浓度，温度范围从32t:到4rc，采集来自葡萄糖监测系统
的数据。37t:时的电流被归一化为1。如不同的葡萄糖浓度所示，温度的升高增加了传感器 测定的电流，因而提供了血液中葡萄糖水平的不准确测量。 图4中的Clark Error grid阐明了图3中的数据误差。该网格(grid)显示了没 有温度补偿的葡萄糖测量值如何与实际的葡萄糖浓度值相比较。图4显示了五个区域A、 B、C、D和E。区域A代表临床的精确测量。区域B代表背离参考的葡萄糖水平超过20X的 测量，该测量很可能导致良性的治疗或根本没有治疗。区域C代表背离参考的葡萄糖水平 超过20%的测量，该测量值很可能导致不必要的矫正治疗。区域D代表潜在危险的测量，因 为它们掩盖了不正常的葡萄糖水平，结果是可能阻止医师检测和治疗超出期望范围的血糖 水平。区域E代表导致错误治疗的测量。 使用葡萄糖传感器在温度范围32t:到4rC进行的实际的试验测量被绘制成垂直 线41、42、43和44。如在Clark Error grid中所示， 一些误差测量在区域A和区域B之间 的边界线上。这表明某一百分比的测量背离参考值超过20%。因此，当没有使用温度补偿 时，由这种传感器产生的具体误差也许飘移进导致不必要的治疗或阻止必要治疗的区域。
图5是电化学传感器中监测和补偿温度测量的系统500的框图。系统500可以在 很多工业、医疗、科技和其萄应用和行业任一中实施，用以连续或间歇监测目的介质。系统 500可以用作葡萄糖监测系统，以在人类患者体内进行持续的静脉内血糖浓度的测量。系统 500可在硬件、软件和其结合中执行。 系统500可以包括传感器50、传感器控制单元52、计算机系统54和显示单元56。 传感器50可以是具有一个或多个工作电极(活化或去活化的)的电流分析传感器，或者可 以类似先前描述的传感器11和23。传感器50可以远离系统500的其余部件，并且可以通 过电缆组件51连结到传感器控制单元52。电缆组件51可以包括多导体(导线)，来连接 传感器元件与传感器控制单元52内的其它电子元件。例如，电缆组件51可以从传感器控 制单元52传输激励电压到传感器50，并且可以从传感器50传输代表正在被传感器50测量 的参数的电流到传感器控制单元52。 传感器控制单元52处理从传感器50接收到的测量信号，并通过通信总线56输出 处理过的信号到计算机系统54。在一个实施方式中，经过通信总线56传输的信号包括数字 信号。在另一个实施方式中，通信总线56可以是USB电缆。传感器控制单元52可以包括 进行信号处理的内电子电路。可以包括稳压器电路53，来控制激发电压输出到传感器50， 并且可以从传感器50接收测量信号。可以包括信号转换器模块55，来处理从传感器50接
8收的模拟输入。例如，信号转换器模块55可以包括低通滤波器、模拟_数字转换器和一个或 多个放大器。可以包括处理额外信号的信号处理模块57，例如，和计算机系统54连接。信 号处理模块57可以包括微处理器或ASIC、数字-模拟转换器、时钟脉冲(clock)、存储器、 电源和其它数字电子元件。信号处理模块57接收来自信号转换器模块55的代表了正在被 传感器50测量的参数的输入，并且该输入可以以数字形式(即作为比特流)通过通信总线 56传输该信号到计算机系统54。 计算机系统54经由传感器控制单元52接收来自传感器50的输入，并且对输入作 出响应，可以执行一个或多个温度补偿算法。计算机系统54可以包括中央处理器58、存储 器60和装入存储器60的软件。中央处理器58可以是微处理器或个人计算机。存储器60 连接到中央处理器58，并且可以是任何本领域内已知的计算机可读介质。除了存储操作系 统软件和中央处理器58进行操作所需要的其它基本软件外，存储器60也包括一个或多个 软件模块，其实现补偿从传感器50接收的测量中的温度相关误差的处理。这些软件模块可 以包括温度补偿算法61和经验数据模块62。 对传感器输入作出响应，中央处理器58可以执行温度补偿算法61。当该程序被 执行时，中央处理器58经由通信总线56传输校准命令到传感器控制单元52。校准命令的 目的是引起稳压器电路53临时降低施加于传感器50的激励电压到低于反应维持阈值的水 平。当校准命令发出后，信号处理模块57可以利用数字-模拟转换器把该命令转换成模拟 信号，该模拟信号可以又被信号转换器模块55过滤和/或放大，以输出给稳压器电路53。
校准命令引起稳压器电路53临时降低传感器50的激发电压到低于反应维持阈值 的第一电压水平。例如，在载有葡萄糖氧化酶并暴露于血液的电流分析葡萄糖传感器上，激 发电压可以被临时地降到低于450毫伏水平以阻碍葡萄糖的氧化。这可以抑制过氧化氢的 产生，因而消除传感器50中的归因于方程式(1)中描述的反应的电流流动。在一个实施方 式中，第一电压水平可以在IOO毫伏等级。其它实施方式是可能的，其中第一电压水平可以 被减少到另一个值，例如，10毫伏或1毫伏等级的值。如本文表达的，理解电压水平代表来 自参考电压的绝对值。临时降低激发电压的持续时间也可以改变，并且可以在毫秒、10毫 秒、100毫秒或数秒的等级。持续时间可以依据很多因素而改变，包括传感器的类型、传感器 的响应时间、传感器在其中操作的介质和监测系统的处理速度。 依据温度补偿算法61，当传感器激发电压降至第一电压水平时，中央处理器58可 以读出所得到的传感器输出，并将该值作为补偿电流存储到存储器中。中央处理器58可以 发出第二校准命令到传感器控制单元52。第二校准命令的目的是引起稳压器电路53临时 减少施加于传感器50的激励电压到低于反应维持阈值的、不同于第一电压水平的第二电 压水平。当第二校准命令发出后，信号处理模块57和信号转换器模块55可以更改命令并 像以前一样传达命令以输出给稳压器电路53。在一个实施方式中，第二电压水平可以在50 毫伏等级。为第一电压水平和它的持续时间设定的范围内的其它值也可以用于第二电压水 平。当传感器激发电压被调节为第二电压水平时，中央处理器58可以读出所得到的传感器 输出，并将该值作为另一个补偿电流存储到存储器中。 当得到至少两个不同电压水平的补偿电流值时，温度补偿算法61可以计算两个 补偿电流之间的差。补偿电流差指示传感器温度。温度补偿算法61，独自地或部分地基于 该差或斜率(例如(il-i2)/(vl-v2))，可以推导出温度补偿值。温度补偿算法61可以例如使用查询表，交叉参照保存在经验数据模块62中的温度补偿值的差。在另一个实施方式 中，温度补偿算法61可以使用公式推导出温度补偿值，例如，另一个算法或提供为温度补 偿算法61—部分的子程序。作为子程序的基础的公式也可以从经验数据62推导出，其中 涉及补偿电流和温度校正值的差。 —旦温度补偿值被推导出，中央处理器58可以向稳压器电路53发出命令，以恢复 传感器激发电压到高于反应维持阈值的初始水平。中央处理器58可以从传感器50接收未 补偿的信号，并且依据温度补偿算法61，加入温度补偿值到未补偿的信号，以得到如今对温 度校正过的分析物浓度值(或其它感测参数)。 计算机系统54可以向显示单元56输出通过中央处理器58执行温度补偿算法61 得到的感测到的目的参数的温度校正值。显示单元56可以是本领域已知的任何可视的计 算机显示器。显示单元56可以是计算机系统54本机的(local)，或者可以是远程的。在一 个实施方式中，显示单元56和计算机系统54是整体式元件。在另一个实施方式中，显示单 元56、计算机系统54、和传感器控制单元52是整体式元件。在医疗应用中，例如，在ICU、ER 或0R设施内提供葡萄糖监测系统，允许显示单元56位于主治医师的视野之内，以提供患者 血糖水平的实时(或近于实时)信息，因而医师可以立即被通知紧急治疗的关键信息。
用户界面63如键盘、鼠标或触摸板，可以作为选择提供。当提供时，用户界面63 可以无线连接到计算机系统54，或直接连接到中央计算机58，以允许用户控制监测系统操 作、显示器的外观、数据输入、软件安装、系统的诊断法、传感器校准、软件的网络下载等。
图6是葡萄糖传感器上的活化和去活化工作电极的输出电流对葡萄糖浓度的图， 这显示不同激发电压水平的补偿电流值。该图反映了基于生物传感器上有两个工作电极 的实施方式的传感器输出电流第一工作电极Wel，其载有葡萄糖氧化酶，和第二工作电极 We2，除了不含酶以外，其与Wel相同。该图指出了补偿电流值1。(0) 、1。(1)和1。(2)，其分别 相应于施加于一个工作电极上的不同水平的激发电压。 当激发电压高于施加于Wel的阈值电压Vth时，传感器输出作为葡萄糖浓度的函 数通常是线性的，如标为Wel的斜线所示。这种输出是化学反应产生的电流、传感器构造产 生的电流和温度与误差源的函数的补偿电流的结合。但是，当激发电压高于施加于We2的 电压Vth时，传感器输出通常是个常数，如标为We2的水平线所示。该线代表了补偿电流 1。(0)。从传感器电极Wel的输出中减去传感器电极We2的补偿I。(0)，可以得到归因于传 感器构造的因素没有补偿的葡萄糖浓度值。但是，所得到的信号仍然易受温度相关误差的 影响。 当施加于Wel或We2的激发电压降低到比Vth低的第一电压水平Vi时，传感器可 以输出第一补偿电流I。(1)，如图所示。补偿电流I。(D可以由中央计算机系统记录在存储 器里。当施加于Wel或We2的激发电压降低到比Vth低的第二电压水平V2时——V工# 、，传 感器可以输出第二补偿电流I。(2)，如图所示。通过计算补偿电流I。(1)和1。(2)之间的差， 执行温度补偿算法61的中央计算机系统可以确定相应于计算的差的温度补偿值。然后，该 温度补偿值可以被加(或减或依比例縮放该值)到传感器输出信号(Wel或Wel-We2)，以得 到对温度相关误差校正的最终结果。温度补偿算法可以是比例因数，其乘以传感器输出信 号，以得到最终结果。温度补偿值可以是对非线性比例函数的输入，其产生乘以传感器输出 信号的比例因数。注意该技巧可以被运用到具有一个或两个工作电极的传感器上。
贯穿前述的公开内容，描述了依据本发明的多种方法。描述在图7中的方法70，目 前明确描述为在电化学传感器中校正温度相关误差的一系列处理步骤。这些处理步骤可以 共同形成算法如温度补偿算法61，并且能作为软件被存储在实际的计算机可读介质中，并
被计算机或处理器执行。 方法70始于程序块71，其中输出电流信号从电化学传感器——例如电流分析葡 萄糖传感器——测量。在程序块72中，传感器的激发电压降低至低于反应维持阈值的第一 电压水平。在程序块73中，相应于第一电压水平的补偿电流被测量。 一旦得到该补偿电流 值，该值可以在执行程序块74之前被记录或存储。在程序块74中，传感器激发电压被调节 为低于反应维持阈值的第二电压水平，因此第二电压水平不同于第一电压水平。在程序块 75中，得到相应于第二电压水平的补偿电流，并且可以被记录或存储。 接下来的两个程序块可以被连接到传感器的计算机系统或处理器执行。在程序块 76中， 一个值可以作为相应于第一 电压水平的补偿电流和相应于第二电压水平的补偿电流 之间的差获得。 一旦得到该差，可以执行程序块77。在程序块77中，独立地或部分地基于 在程序块76中得到的差，推导出温度补偿值。在一个实施方式中，可以用查询表得到温度 补偿值。在另一个实施方式中，通过运行算法或子程序——其依据公式计算作为补偿电流 函数的补偿值，可以得到温度补偿值。在程序块78中，温度补偿值被加到之前步骤测量的 数据中，以从获得来自传感器的、对温度校正的最终值。 本发明的原理应该被广泛地解释，而并不限于通常的葡萄糖传感器、酶电极或电 流分析传感器。本领域的技术人员将很容易地掌握本发明可以用于易被温度波动影响的 其它电极、传感器和仪器系统。相应地，贯穿本公开使用的术语应该理解为是示范而不是限 制方式。尽管本领域的技术人员很容易想到本发明较小的改动，但是应该理解为意图包含 在本专利保护范围内的是所有这些实施方式——其合理地落在对该领域的贡献改进的范 围内，并且理解为该范围不应该被限制，除了按照所附的权利要求和它们的等同物。
权利要求
一种补偿电化学传感器中温度相关误差的方法，当施加电压于传感器时，所述电化学传感器输出与分析物浓度成比例的电流，所述方法包括测量来自所述传感器的电流输出；降低传感器电压至低于反应维持阈值的第一电压水平；测量相应于所述第一电压水平的补偿电流；调节传感器电压至低于所述反应维持阈值的第二电压水平；测量相应于所述第二电压水平的补偿电流；计算补偿电流之间的差；部分基于所述差推导出温度补偿值；和增加所述温度补偿值至测量的电流输出，以得到对温度校正的分析物浓度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器电压施加于所述电化学传感器上的反电极或工作电极。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包含葡萄糖传感器。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述葡萄糖传感器包括葡萄糖氧化酶。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包含第一工作电极和第二工作电极。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述第一工作电极包含葡萄糖氧化酶，和所述第二工作电极包含参考电极。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述反应维持阈值是还原阈值或氧化阈值。
8. 根据权利要求1所述的方法，进一步包含显示表示温度校正的分析物浓度的值。
9. 补偿电化学传感器中温度相关误差的系统，当电压施加于传感器时，所述电化学传感器输出与分析物浓度成比例的电流，所述系统包括具有工作电极的传感器；调节施加于所述工作电极的电压的稳压器；连接存储器的处理器；禾口存储在所述存储器中的由所述处理器执行的温度补偿软件，其中，当所述工作电极的电压升高超过反应维持阈值时，响应执行所述软件的所述处理器，所述稳压器临时降低所述工作电极的电压低于所述反应维持阈值，得到校正传感器输出的温度补偿值。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中所述传感器包括葡萄糖传感器。
11. 根据权利要求io所述的系统，其中所述葡萄糖传感器包括葡萄糖氧化酶。
12. 根据权利要求9所述的系统，进一步包括连接于所述处理器的显示器，来显示依据所述温度补偿值校正的分析物浓度。
13. 根据权利要求9所述的系统，其中所述反应维持阈值是还原阈值或氧化阈值。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中所述温度补偿值部分基于补偿电流差，每个补偿电流是在低于所述氧化阈值的不同的电压水平的一个下测量的。
15. 根据权利要求9所述的系统，其中所述温度补偿值基于对以低于所述反应维持阈值的不同水平施加于所述工作电极的电压的传感器响应。
16. 根据权利要求9所述的系统，其中所述稳压器临时降低所述工作电极的电压至低于反应维持阈值。
17. —种监测和补偿电化学传感器的温度的设备，包括传感器，其具有包被着葡萄糖氧化酶的工作电极；禾口处理器，其被配置以传输低于反应维持阈值的第一激励电压至所述传感器，接收由所述传感器测量的代表温度参数的第一 电流值，基于所述第一 电流值确定温度补偿值，传输高于所述反应维持阈值的第二激励电压至所述传感器，和接收代表传感器输出的第二电流值。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中所述反应维持阈值是大约450毫伏。
19. 根据权利要求17所述的设备，其中所述温度补偿值通过计算两个补偿电流之间的差确定。
20. 根据权利要求17所述的设备，其中使用所述温度补偿值调节所述传感器输出。
21. —种补偿电化学传感器温度的设备，包括挠性基底；禾口在所述挠性基底上形成的电化学传感器，来感测分析物和输出用于补偿温度的信号，其中所述分析物是过氧化氢，并且电化学传感器包被了葡萄糖氧化酶。
22. 根据权利要求21所述的设备，进一步包括监测装置，所述监测装置减少所述电化学传感器的激发电压低于反应维持阈值，以得到温度参数。
23. 根据权利要求21所述的设备，其中所述电化学传感器具有参考电极、反电极和工作电极，所述工作电极相对于所述反电极保持在正电势，以维持化学反应。
24. 根据权利要求21所述的设备，进一步包括处理器，其被配置以传输信号，来用足够维持所述化学反应的阈值水平的激发电压供能电化学传感器。
25. —种监测和补偿电化学传感器的温度的方法，包括传输低于反应维持阈值的第一激励电压到所述传感器；接收所述传感器测量的代表温度参数的第一电流值；基于所述第一电流值确定温度补偿值；传输高于反应维持阈值的第二激励电压到所述传感器；禾口接收代表传感器输出的第二电流值。
全文摘要
一种不使用分离的温度测量源，补偿电化学传感器中的温度相关误差的方法，其通过测量传感器电流，临时降低传感器电压到低于反应维持阈值的第一水平，测量第一补偿电流，调节传感器电压到低于该阈值的第二水平，测量第二补偿电流，计算补偿电流之间的差，基于经验数据由该差推导出温度补偿值，和把该值加到测量的传感器电流。计算机系统可以执行作为算法存储在存储器中的本方法，提供传感器的自动控制，并提供校正输出值的连续显示。
文档编号G01N33/49GK101778594SQ200880102336
公开日2010年7月14日 申请日期2008年10月2日 优先权日2007年10月23日
发明者M·希金斯, T·菲耶德 申请人:爱德华兹生命科学公司