用于测定扩散的方法与流程

本发明涉及使用电化学电池中的氧化还原反应来测定流体样品的扩散的方法和设备。本发明还涉及使用氧化还原反应同时测定流体样品中的一种或多种氧化还原活性物质的扩散和贡献的方法和设备。

背景技术：

基于电化学的传感器(例如血糖自监测条)用于测量在流体样品(例如全血)中的分析物。然而，它们的准确度可受到影响测试流体中的分析物质量传递的扩散干扰因子(dif)例如血液血细胞比容的影响，因为红细胞阻断分析物(例如葡萄糖)的扩散途径。另一个负面地影响传感器准确度的因素是由任何一种或多种氧化还原活性物质引起的氧化还原干扰因子(rif)，该氧化还原活性物质发生氧化还原反应并从而产生干扰信号(例如尿酸干扰电化学葡萄糖测量)。

减轻dif的技术是已知的。这些使用主动方法，其依赖于获得用于校正/补偿dif的dif敏感信号。主动dif减轻的示例在us2002125145a1、us20090184004a1和us8016997b2中有所描述。这些用于dif减轻的方法依赖于测定跨越条样品室的两个电极之间的扩散。从而，它们在样品室高度上可以受到条到条变化的影响。

减轻rif的技术是已知的。同样，这些使用依赖于获得用于校正/补偿的rif敏感信号的主动方法。用于自监测血糖的主动rif减轻的示例在us2002125145a1和wo2014037745a1中有所描述。

上述技术仅解决dif或rif，或使用不同技术/方法单独地解决dif和rif。

减轻dif和rif这两者以满足产品准确度要求是至关重要的。需要用于实现这种减轻的改善的技术。

技术实现要素：

本发明涉及用于同时测定流体样品中的扩散和一种或多种氧化还原活性物质的技术。该技术具有用于多种应用的潜力。例如，所测量的扩散和一种或多种氧化还原活性物质可用于在分析物例如葡萄糖的电化学测量中主动减轻dif和rif这两者。所谓扩散干扰因子(dif)意指影响质量传递的流体样品的性质，例如血液hct、粘度、扩散系数。所谓氧化还原干扰因子(rif)意指任何一种或多种氧化还原活性物质，其发生氧化还原反应并且从而产生干扰信号。

根据本发明的一个方面，提供使用具有至少两个电极的电化学电池中的氧化还原反应来测定流体样品的扩散的方法，其中第一电极在其表面或其表面附近具有至少一种氧化还原介体(redoxmediator)，而第二电极具有在测试开始时不含一种或多种氧化还原介体的电极表面，该方法包括：向电化学电池中的流体样品施加电位以在两个电极表面处引发氧化还原反应；测量与所施加的电位相关联的电流，以及使用所测量的电流和与其相关联的测试时间来测定扩散性质或特性。

该方法还可包括使用所测量的电流和与其相关联的测试时间来测定氧化还原活性物质的贡献。所谓氧化还原活性物质意指存在于测试样品中的物质，其通过在所施加的电位下在电极处发生氧化还原反应和/或与氧化还原介体反应以改变介体的氧化还原状态而产生干扰信号，该介体在电极(例如血液样品中的尿酸)处发生氧化还原反应。

该方法还可包括将校准信息和所测量的电流和与其相关联的测试时间一起使用来测定扩散性质或特性。

扩散性质或特性可以与流体样品中的质量传递相关联，包括扩散系数、血细胞比容、粘度。

氧化还原活性物质可为在施加的电位下在第二电极处发生氧化还原反应的至少一种物质。

电位可具有恒定大小或者随时间变化的大小，或者恒定大小和变化的大小的组合。

电流可为所测量的电流的单个值，或者在0.5秒，优选0.1秒，更优选0.03秒的持续时间内连续测量的电流的平均值。

电极可以共面的方式配置，使得两个电极表面在空间上布置成彼此面对，其中最小的面到面距离为10微米至1000微米，优选35微米至500微米，更优选50微米至120微米。

电极可以共平面的方式配置，使得两个电极表面在空间上布置在相同平面中，其中最小的边缘到边缘距离为10微米至2000微米，优选50微米至900微米，更优选100微米至500微米。

根据本发明的另一个方面，提供用于使用具有至少两个电极的电化学电池中的氧化还原反应来测定流体样品的扩散特征的测量仪或设备，其中第一电极在其表面或其表面附近具有至少一种氧化还原介体，而第二电极具有在测试开始时不含一种或多种氧化还原介体的电极表面，该测量仪或设备配置成：向电化学电池中的流体样品施加电位以在两个电极表面处引发氧化还原反应；测量作为时间的函数的与所施加的电位相关联的电流，以及使用在转折点处或之后的所测量的电流的瞬态部分上的测量点及其相关联的时间来测定扩散特征。

转折点可为第一瞬态部分结束并且第二瞬态部分开始的点，其中第一瞬态部分偏离科特雷尔(cottrell)电流衰减并且第二瞬态部分基本上遵循科特雷尔电流衰减。

测量仪或设备可以配置成识别在所测量的电流的瞬态部分上的转折点。测量仪或设备可以配置成使用所识别的转折点来测定待用于测定扩散特征的测量点，其中测量点在时间上从转折点偏置(t转折+δt，＝测量点)。

测量仪或设备可配置成使用测量点电流及其相关联的测试时间来同时测定至少一种氧化还原活性物质的扩散特征和贡献。

测量仪或设备可配置成存储校准信息，并且将校准信息和所测量的电流中的测量点及其相关联的测试时间一起使用以测定扩散特征。

测量仪或设备可配置成存储与测试时间和扩散特征相关的函数，并且将函数和测量点电流测试时间一起使用以测定扩散特征。

扩散特征可为与流体样品中的质量传递相关联的扩散性质或特性，包括扩散系数、血细胞比容、粘度。

氧化还原活性物质为在所施加的电位下在第二电极处发生氧化还原反应的至少一种物质。

测量仪或设备可配置成施加电位，该电位具有恒定大小或者随时间变化的大小，或者恒定大小和变化的大小的组合。

测量仪或设备可配置成测量在每个测量点处的单个电流值或者在0.5秒，优选0.1秒，更优选0.03秒的持续时间内连续测量的电流的平均值。

附图说明

现在仅以举例的方式并且结合下列附图来描述本发明的各种方面，其中：

图1示出通过在电极之间施加电位而刺激的在两个电极处的氧化还原反应；

图2示出在施加电位之后测量的用于图1的设备的电流对时间的曲线图，其中示出在时间t转折和电流i转折处的转折点；

图3a是两个供体的血液样品的t转折对葡萄糖、尿酸和hct的箱形图；

图3b是图3a的t转折对hct数据的箱形图，并且

图4是在葡萄糖浓度为约75mg/dl下i转折对hct和尿酸浓度的箱形图。

具体实施方式

图1示出电化学测试条例如自监测血糖条的氧化还原反应。该条具有两个电极，第一电极e1和第二电极e2。第一电极e1用含有氧化还原介体(m)和其它材料(例如酶)的试剂层覆盖，而第二电极e2具有无覆盖试剂层的表面。第一电极e1和第二电极e2分别电连接到稳压器(未示出)。在使用中，第一电极e1和第二电极e2分别与全血样品接触，并且在两个电极之间施加电位(电压)。这导致在两个电极处的氧化还原反应。测量作为时间的函数的在第一电极e1和第二电极e2之间的所得电流。

为了测试条，在第一电极e1和第二电极e2之间施加电位，并且测量电流。选择电位的大小和极性以引发在第一电极e1处的一种或多种介体的一种或多种还原和在第二电极e2处的一种或多种氧化还原活性物质的一种或多种氧化。将血液样品施加到条样品室触发取决于血液样品的hct和一种或多种氧化还原活性物质的物理和化学过程/改变。物理过程包括试剂层的水合、介体的溶解和双层充电(通过血液中带电物质的重排来中和电极表面附近的电荷不平衡的过程)。如图1所示，化学过程包括在第二电极e2处的一种或多种氧化还原活性物质的一种或多种氧化和在第一电极e1处的经氧化的介体mox的还原。

作为物理和化学过程的结果，所记录的电流具有瞬态，该瞬态具有偏离科特雷尔电流衰减的独特图案。这在图2中示出。每个电流瞬态具有如图2中标记为“x”的“转折点”，其定义电流参数i转折和时间参数t转折。转折点是这样的点，在该点处具有低电平振荡的第一瞬态部分结束并且具有平滑电流衰减的第二瞬态部分开始(图2中的nb，所示电流是负电流，并且所以低电平振荡右边的上升斜率表示电流衰减)。第一瞬态部分偏离科特雷尔电流衰减，而第二瞬态部分基本上遵循科特雷尔电流衰减。电流一达到稳定状态或氧化还原介体通过从试剂层扩散到达第二电极e2，第二瞬态部分就结束。转折点可由可以使用各种数学方法/技术开发的一种或多种过程/一种或多种算法来识别。

电流瞬态(特别是第一瞬态部分)与科特雷尔电流衰减的偏差主要是由物理过程引起的，该物理过程在该阶段在改变第一电极e1的活性表面积和/或用于在第一电极e1处还原的介体的可用性方面起主要作用。这些物理过程取决于血液样品的扩散，并且独立于一种或多种氧化还原活性物质的浓度。因此，瞬态电流从第一瞬态部分转变到第二瞬态部分的时间t转折是扩散的函数。

在条测试的早期阶段，还原的介体未扩散穿过样品室以到达第二电极e2的表面。从而，氧化电流主要通过一种或多种氧化还原活性物质的氧化产生。同时，一种或多种氧化还原活性物质的氧化取决于流体样品中的一种或多种氧化还原活性物质的质量传递。因此，i转折是一种或多种氧化还原活性物质和其扩散这两项的函数。

用于t转折的函数和用于i转折的函数可从通过测试具有指定的扩散性质的流体样品和一种或多种氧化还原活性物质而获得的实验室数据导出。在本发明中，用电化学电池测试流体样品，记录电流瞬态，识别转折点，定义t转折和i转折，以及求解这两个函数/公式使流体样品的氧化还原活性物质的扩散和贡献/影响能够同时测定。

测定/测量是指测试样品(例如hct)的扩散性质或测试样品中的一种或多种氧化还原活性物质(例如尿酸)的定量、半定量或定性评价。对于定量和半定量评价，结果是由一种或多种扩散性质产生的信号或测试样品中存在的氧化还原活性物质产生的信号的数值表示。作为一种或多种氧化还原活性物质的量度，其量化氧化还原活性物质的总体贡献。

该方法还适用于同时测量扩散和在第二电极e2处发生还原的任何一种或多种氧化还原活性物质。在这种情况下，第一电极e1处的试剂层包含处于其还原状态的介体，并且施加电位以在第二电极e2处引发一种或多种氧化还原活性物质的一种或多种还原。

为了允许根据本发明测量扩散依赖特征或对扩散具有影响的特征，感兴趣的扩散特征必须作为转折时间t转折的函数被校准。另选地，感兴趣的扩散特征可以由取决于转折时间t转折的数学函数表示。在任一种情况下，一旦在扩散特征和转折时间t转折之间的关系是已知的，则其就可以用于后面的测量中以提供扩散特征的量度。扩散特征可为例如扩散系数、血细胞比容(其影响扩散)、凝结作用或粘度。

为了允许测量任何一种或多种氧化还原活性物质的贡献，感兴趣的一种或多种氧化还原活性物质必须作为转折时间t转折的函数并且另外作为转折电流i转折的函数被校准。另选地，感兴趣的一种或多种氧化还原活性物质可以由取决于转折时间t转折和转折电流i转折的数学函数来表示。在任一种情况下，一旦在一种或多种氧化还原活性物质、转折时间t转折和转折电流i转折之间的关系是已知的，则其就可以用于后面的测量中以提供一种或多种氧化还原活性物质的量度或由一种或多种氧化还原活性物质对测量的电流作出的贡献的量度。

一种或多种氧化还原活性物质的量度可以是样品中物质浓度的量度。由一种或多种氧化还原活性物质作出的贡献的量度可以是对电流的贡献的量度。当此类计算需要排除一种或多种氧化还原活性物质的效应时，这可以用于随后的步骤或过程中以校正基于电流测量的任何计算。例如，尿酸干扰电化学葡萄糖测量，并且本发明将允许识别尿酸的效应并且从任何葡萄糖水平的计算中排除尿酸的效应。

本发明的方法已经使用可商购获得的条进行测试。测试在室温下进行。施加-400mv的电位并记录所得的电流信号。使用来自两个不同供体的两个血液样品，每个具有不同的葡萄糖水平。样品为2×6×4(葡萄糖/供体×hct×尿酸)操作的静脉血液。对于每个血液样品，测试重复八次至十次。这些测试的结果在图3a、图3b和图4中以图表形式表示。

图3a是t转折对各种血液样品变量(包括葡萄糖浓度、掺加/添加的尿酸浓度(干扰葡萄糖测量的氧化还原活性物质)和hct(其影响扩散))的箱形图。在该示例中，使用来自两个不同供体的样品，使得具有两种不同葡萄糖浓度的样品可被测试(在图3a的x轴上，“1”和“2”分别是供体1和供体2)。在这种情况下，对于供体1，葡萄糖浓度为约75mg/dl，而对于供体2，葡萄糖浓度为125mg/dl。天然(在掺加前)尿酸浓度分别对于供体1为4.47mg/dl，而对于供体2为4.79mg/dl。图3b是t转折对hct的箱形图。这示出与图3a中相同的hct数据，但是为了清楚起见，没有葡萄糖和尿酸数据。

图3a和图3b清楚地指示在t转折和具有良好分辨率的hct之间的强相关性，而葡萄糖和尿酸对t转折几乎没有影响。数学校准公式可以从数据(例如图3b中的那些)导出且用于在测试流体样品时提供扩散d或扩散相关性质(例如hct)的量度。校准公式可以表示为：

t转折＝f(d)[1]

图4是在葡萄糖浓度为约75mg/dl下i转折对hct和尿酸浓度的箱形图(供体1数据)。该曲线图清楚地指示在i转折与具有良好分辨率的hct之间的强相关性。该曲线图还指示在不同hct水平下i转折和尿酸浓度之间的明显相关性。可以从实验室数据(例如图4中的那些)导出数学校准公式。校准公式可以表示为：

i转折＝f(d,r)[2]

通过求解公式[1]和公式[2]，可以获得扩散d或扩散相关性质(例如hct)和一种或多种氧化还原活性物质r(例如尿酸)的贡献的量度。在存在多种氧化还原活性物质的情况下，所测定的贡献可为归因于多于一种氧化还原活性物质的电流的量度。该量度可用作用于取决于电流的任何测量/计算的校正因子。在仅存在单个氧化还原活性物质的情况下，公式[1]和公式[2]可以用于测定流体样品中的氧化还原活性物质的浓度。

已经参考在“转折点”处识别电流和时间参数而描述了本发明。然而，可以从电流瞬态的其它部分(特别是在“转折点”之后)获得电流参数和/或时间参数。例如，可以使用来自图2中标记为y的电流响应的部分的电流参数和时间参数。实际上，可以使用来自第二瞬态部分的任何电流和相关联的时间参数。

使用转折点的优点在于可以使用简单处理技术容易地识别电流和时间。如果使用远离转折点的电流和时间参数，则可以参考转折点识别它们的位置。例如，如果判断最佳电流和时间参数在时间t转折+δt处，则可以通过首先识别t转折并将其用作识别时间t转折+δt的参考来识别参数。

本发明提供用于同时测量流体样品(例如血液)中的扩散(例如hct)和一种或多种氧化还原活性物质的贡献/影响(例如干扰)的简单且有效的技术。它可以用于多种应用(例如hct、粘度、凝结作用等)。它还可用于测定校正因子，以通过减轻dif(例如hct)和rif(例如尿酸)来改善自监测血糖测试的准确度，该dif和rif为用于不定期的血糖监测的两个主要误差源。在这种情况下，本发明的方法独立于血液样品中的葡萄糖浓度。从而，它比许多现有技术更可靠和稳健。另外的优点在于对条样品室高度没有基本限制，从而减少条到条和/或批次到批次变化而造成的测量误差。

本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的情况下，所公开的布置的变型是可能的。例如，虽然已经参考仅具有两个电极的测试条描述本发明，但是本发明同样可以应用于具有三个或多个电极的条。另外，虽然图1的测试条具有平行板电极(即共面的电极构造)，但是本发明适用于具有共平面的电极构造(即所有电极表面在相同平面中)的条。此外，虽然图2的信号是对具有恒定大小的电位的响应，但是所施加的电位可以具有随时间变化的大小，或者可以具有恒定大小与变化的大小的组合。因此，具体实施方案的上述描述仅仅以举例的方式作出，而不是为了限制的目的。本领域技术人员将清楚，可以在不对所描述的操作进行显著改变的情况下进行微小的修改。