在电化学测量期间检测高抗氧化剂水平和从中对分析物浓度防故障的方法及结合其的设...的制作方法_4

文档序号:9493535阅读:来源:国知局
秒,大约90 毫秒至大约300毫秒,大约100毫秒至大约250毫秒,大约150毫秒至大约200毫秒,或大约 175毫秒。可替换地,每一个脉冲可以被应用达大约50毫秒,大约60毫秒,大约70毫秒,大 约80毫秒,大约90毫秒,大约100毫秒,大约125毫秒,大约150毫秒,大约175毫秒,大约 200晕秒,大约225晕秒,大约250晕秒,大约275晕秒,大约300晕秒,大约325晕秒,大约 350晕秒,大约375晕秒,大约400晕秒,大约425晕秒,大约450晕秒,大约475晕秒或大约 500毫秒。特别地,约+450mV处的每一个DC脉冲可以被应用达大约250毫秒,并且约OmV 处的每一个DC脉冲可以被应用达大约500毫秒。仍旧可替换地,每一个脉冲可以被应用达 小于大约50毫秒或大于大约500毫秒。持续时间应当足够长或者发作软成足以避免充电 电流。无论如何,脉冲持续时间应当被应用得足够长以实现合理的50/60HZ噪声抑制。而 且,脉冲之间的时间理想地足够长以允许电化学电池放电并返回到接近其预脉冲状态。另 外,操作电位将取决于介体和测量系统。本文的示例演示了针对NA导出的氧化还原介体的 原理证据。
[0098] -般而言,每一个脉冲的斜坡速率被选择成提供相对于由接近理想的电位转变提 供的峰值电流的峰值电流中的大约50%或更大的减小。在一些实例中,每一个脉冲可以具 有相同的斜坡速率。在其它实例中,一些脉冲可以具有相同的斜坡速率并且其它脉冲可以 具有不同的斜坡速率。在另外其它实例中,每一个脉冲具有其自身的斜坡速率。例如,有效 斜坡速率可以从大约5mV/毫秒至大约75mV/毫秒或从大约10mV/毫秒至大约50mV/毫秒, 15mV/毫秒至大约25mV/mse,或大约20mV/毫秒。可替换地,斜坡速率可以为大约5mV/毫 秒,大约10mV/毫秒,大约15mV/毫秒,大约20mV/毫秒,大约25mV/毫秒,大约30mV/毫秒, 大约35mV/毫秒,大约40mV/毫秒,大约45mV/毫秒,大约50mV/毫秒,大约55mV/毫秒,大 约60mV/毫秒,大约65mV/毫秒,大约70mV/毫秒或大约75mV/毫秒。特别地,斜坡速率可 以从大约40mV/毫秒至大约50mV/毫秒。
[0099] 在该DC块的情况下,闭路OmVDC电位被应用以提供恢复脉冲,从而使其成为连续 激励电位分布图。这与在非零DC脉冲之间使用开路形成对照。恢复脉冲的使用允许除了 在非零脉冲期间的电流响应信息外还收集和分析在恢复脉冲的持续时间期间的响应电流。 恢复脉冲可以被视为足够长的恢复周期,其中与分析物(如葡萄糖)的电化学反应的至少 一部分被关闭,从而允许系统在对另一非零脉冲的后续询问之前返回到公共的开始点。
[0100] 类似于AC±夬,本领域技术人员理解的是,该DC块中脉冲的数目、电位、持续时间和 顺序能够变化。
[0101] 在一些情况下,AC块可以被应用在该至少一个DC块之前、在该至少一个DC块之 后或以散布于其中。可替换地,在该至少一个DC块之前应用AC块。在一些情况下,测试序 列包括单个DC块,而在其它情况下,测试序列包括两个或更多的DC块。
[0102] 在该方法中,AC和/或DC响应电流信息可以在大约2, 000/秒至大约200, 000/ 秒,在大约3, 000/秒至大约190, 000/秒,在大约4, 000/秒至大约180, 000/秒,在大约 5, 000/秒至大约170, 000,在大约6, 000/秒至大约160, 000/秒,在大约7, 000/秒至大 约150, 000/秒,在大约8, 000/秒至大约140, 000/秒,在大约9, 000/秒至大约130, 000/ 秒,在大约10, 〇〇〇/秒至大约120, 000/秒,在大约15, 000/秒至大约110, 000/秒,在大约 20, 000/秒至大约100, 000/秒,在大约30, 000/秒至大约90, 000/秒,在大约40, 000/秒至 大约80, 000/秒,在大约50, 000/秒至大约70, 000/秒,或大约60, 000/秒处获得(即测量 或记录)。在一些实例中,AC和/或DC响应电流信息可以在大约100/秒至大约200/秒, 在大约200/秒至大约300/秒,在大约300/秒至大约400/秒,在大约400/秒至大约500/ 秒,在大约500/秒至大约600/秒,在大约600/秒至大约700/秒,在大约700/秒至大约 800/秒,在大约800/秒至大约900/秒,在大约1,000/秒至大约1,500/秒,在大约1,500/ 秒至大约2, 000/秒,在大约2, 000/秒至大约2, 500/秒,在大约2, 500/秒至大约3, 000/ 秒,在大约3, 000/秒至大约3, 500/秒,在大约3, 500/秒至大约4, 000/秒,在大约4, 000/ 秒至大约4, 500/秒,在大约4, 500/秒至大约5, 000/秒,在大约5, 000/秒至大约5, 500/ 秒,在大约5, 500/秒至大约6, 000/秒,在大约6, 000/秒至大约6, 500/秒,在大约6, 500至 大约7, 000/秒,在大约7, 000/秒至大约7, 500/秒,在大约7, 500/秒至大约8, 000/秒,在 大约8, 000/秒至大约8, 500/秒,在大约8, 500至大约9, 000/秒,在大约9, 000/秒至大约 9, 500/秒,在大约9, 500/秒至大约10, 000/秒,在大约10, 000/秒至大约20, 000/秒,在大 约20, 000/秒至大约30, 000/秒,在大约30, 000/秒至大约40, 000/秒,在大约40, 000/秒 至大约50, 000/秒,在大约50, 000/秒至大约60, 000/秒,在大约60, 000/秒至大约70, 000/ 秒,在大约70, 000/秒至大约80, 000/秒,在大约80, 000/秒至大约90, 000/秒,在大约 90, 000/秒至大约100, 000/秒,在大约100, 000/秒至大约110, 000/秒,在大约110, 000/ 秒至大约120, 000/秒,在大约120, 000/秒至大约130, 000/秒,在大约130, 000/秒至大约 140, 000/秒,在大约140, 000/秒至大约150, 000/秒,在大约150, 000/秒至大约160, 000/ 秒,在大约160, 000/秒至大约170, 000/秒,在大约170, 000/秒至大约180, 000/秒,在大约 180, 000/秒至大约190, 000/秒,或大约200, 000/秒处获得。在其它实例中,AC和/或DC 响应电流信息可以在高达大约100/秒,大约200/秒,大约300/秒,大约400/秒,大约500/ 秒,600/秒,大约700/秒,大约800/秒,大约9000/秒,大约1,000/秒,大约1,250/秒,大 约1,500/秒,大约1,750/秒,大约2, 000/秒,大约2, 225/秒,大约2, 500/秒,大约2, 750/ 秒,大约3, 000/秒,大约3, 250/秒,大约3, 500/秒,大约3, 750/秒,大约4, 000/秒,大约 4, 250/秒,大约4, 500/秒,大约4, 750/秒,大约5, 000/秒,大约5, 250/秒,大约5, 500/秒, 大约5, 750/秒,大约6, 000/秒,大约6, 250/秒,大约6, 500,大约7, 000/秒,大约7, 250/ 秒,大约7, 500/秒,大约7, 750/秒,大约8, 000/秒,大约8, 250/秒,大约8, 500/秒,大约 8, 750,大约9, 000/秒,大约9, 250/秒,大约9, 500/秒,大约9, 750/秒,大约10, 000/秒, 大约15, 000/秒,大约20, 000/秒,大约25, 000/秒,大约30, 000/秒,大约35, 000/秒,大 约40, 000/秒,大约45, 000/秒,大约50, 000/秒,大约55, 000/秒,大约60, 000/秒,大 约65, 000/秒,大约70, 000/秒,大约75, 000/秒,大约80, 000/秒,大约85, 000/秒,大约 90, 000/秒,大约95, 000/秒,大约100, 000/秒,大约105, 000/秒,大约110, 000/秒,大约 115, 000/ 秒,大约 120, 000/ 秒,大约 125, 000/ 秒,大约 130, 000/ 秒,大约 135, 000/ 秒,大 约 140, 000/ 秒,大约 145, 000/ 秒,大约 150, 000/ 秒,大约 155, 000/ 秒,大约 160, 000/ 秒, 大约 165, 000/ 秒,大约 170, 000/ 秒,大约 175, 000/ 秒,大约 180, 000/ 秒,大约 185, 000/ 秒,大约190, 000/秒,大约195, 000,或大约200, 000/秒处获得。在又其它实例中,AC和/ 或DC响应电流信息可以在大于200, 000/秒处获得。
[0103]AC和/或DC电流响应信息可以从测试序列收集并包括对AC和DC块的电流响应。 在一些实例中,电流响应信息可以以供DC和AC测量简化系统设计的A/D采样率收集,该系 统设计包括用于AC和DC测量的单个共享信号路径。共有的数字音频采样率范围包括但不 限于从大约44. 1kHz到大约192kHz。该范围中的A/D转换器可容易地从多种商用半导体供 应商得到。
[0104] 如以下进一步详细描述的,对AC块的电流响应信息(例如,持续时间、形状和/或 幅度)可以用于确定导纳和相位值或其它复杂参数。对该DC块的电流响应信息能够用于 测量分析物,如葡萄糖或通过氧化/还原技术经受分析的另一分析物。此外,电流响应信息 还能够用于检查Hct和温度对分析物浓度的影响。
[0105] 鉴于前述内容,示例性测试序列可以包括:(1)约+450mV的短持续时间(例如,约 50-500毫秒)片段的DC块,这些片段被在其期间应用约-450mV的闭路电位的类似短持续 时间(例如,约50-500毫秒)片段分离。可替换的示例性测试序列可以包括:⑴不同频 率处的多个低振幅AC片段的AC块;和(2)约+450mV的短持续时间片段的DC块,这些片段 被在其期间应用约_450mV的闭路电位的类似短持续时间片段分离。进一步的示例性测试 序列可以包括:(1)不同频率处的多个低振幅AC片段的AC块;(2)约+450mV的短持续时间 脉冲的DC±夬,这些脉冲被在其期间应用约OmV闭路恢复电位的类似短持续时间片段分离; 和(3)约+450mV的短持续时间(例如,约50-500毫秒)脉冲的DC块,这些脉冲被在其期 间应用约-450mV的闭路恢复电位的类似短持续时间(例如,约50-500毫秒)恢复脉冲分 离。
[0106] -旦响应信息被收集,该方法就包括提供下述定性或定量抗氧化剂防故障:其在 含有的抗氧化剂水平低于预定浓度的样本与具有的抗氧化剂水平高于预定浓度的样本之 间进行区分。防故障功能能够与能够提供电池的阻抗特性和单极性或双极性的脉冲式安培 计量测量的电化学系统一起使用。其还能够用在下述电化学系统中:其中,电化学电池是利 用宽带频率和单极性或双极性形式的DC脉冲发生来同时激励的。防故障功能可以结合被 配置为确定多种不同分析物的浓度的测试系统而利用。在一些情况下,防故障可以结合葡 萄糖测试系统(如SMBG系统)而使用。如果防故障将样本识别为具有所计算的葡萄糖浓 度将在其处可靠的安全抗氧化剂水平,则可以向用户呈现所计算的葡萄糖水平。否则,可以 向用户呈现指示抗氧化剂水平或其它干扰物超过在其处能够递送可靠葡萄糖浓度的预定 阈值的错误代码。例如,样本中抗坏血酸盐的预定阈值可以是约3mg/dL或更高,约4mg/dL 或更高,约5mg/dL或更高,约6mg/dL或更高,约7mg/dL或更高,约8mg/dL或更高,约9mg/ dL或更高,或约10mg/dL或更高。
[0107] 为了确定给定氧化还原介体的激励电位,可以绘制在选定的工作电极/反电极 (WE-CE)电位步骤被应用后的固定时间(例如,3. 5秒)测量的电流。在任何情况下,本领 域技术人员将力求在电流-电位平稳期上舒服地操作。然而,更高电位并非始终更好,因为 它们可能招致其它(即,干扰)反应,该反应可能不期望地促成感兴趣的分析物测量。
[0108] 图4A示出了示例性SRBP波形和其所应用的电位序列。所示出的测试序列包括 与以上讨论且在图3B中描述的AC块类似的AC块,但省略了最后1kHz频率。在AC块后, 可以应用受控制的三角SRBP电位波形。该电位分布图定义了与循环伏安法(CV)相似的 动电位实验。然而,应当注意的是,在没有参考电极的情况下,以双安培计量模式应用该波 形,这意味着其并非严格意义上的CV测量。每当明显的所应用的电位分别达到了 +450mV 或-450mV时,电位扫描的方向都被反转。初始实验被执行在多通道、研究级恒电位仪上, 其以约1000Hz对电流响应进行了采样。该SRBP波形被应用到跨越了三(3)个葡萄糖浓度 (例如40、120和550mg/dL)、三(3)个Hct水平(例如,25、42和60% )和四(4)个抗坏血 酸盐浓度(〇、5、15和100mg/dL)的一组血液样本。然而,应当理解的是,这里公开的方法是 可适配的并因而等同地适用于临床或非处方(〇TC,over-the-counter)系统,诸如SMBG系 统。
[0109] 图4B示出了对于具有550mg/dL葡萄糖和42%Hct的掺标血液样本的在每个 抗坏血酸盐水平处的电流响应。电流响应包括在第一正扫描之后分别针对每个+450mV 和-450mV循环的两个不同峰值。令人惊奇的是,发现了较小的峰值以定量的方式追踪样本 中存在的抗坏血酸盐。
[0110] 图5A-B示出了来自相同数据集的两个附加样本的比较。左上曲线图示出了含有 550mg/dL葡萄糖、在25%Hct处、不具有抗坏血酸盐的血液样本的CV(y轴上单位为nA的 电流相对于X轴上单位为mV的所应用的电位)。右上曲线图示出了针对相同样本的电流响 应(y轴上单位为Μ的电流相对于X轴上单位为毫秒的时间)。在每个曲线图中,开始的 循环以一种颜色示出,而最后的循环以另一种颜色示出。相比之下,右下曲线图示出了针对 也含有550mg/dk葡萄糖、在25%Hct处、但具有100mg/dL的抗坏血酸盐的血液样本的CV。 右下曲线图示出了针对相同样本,电流响应相对于时间的变化。
[0111] 参考左上曲线图,位于明显的所应用的约±50mV的电位处的特征被识别为在前 次扫描期间产生的QDI的还原,并且+450mV处的特征对应于PDA的氧化。分配是使用化学 反应和电化学反应的有限差建模来确认的。尽管抗坏血酸盐是强抗氧化剂,但它不会还原 试剂中存在的过量NA,但它容易还原在测量过程期间形成的QDI,从而形成附加PDA,这导 致检测到未由与葡萄糖的反应产生的附加电流。要注意到,在左下伏安图中QDI特征是不 可辨认的,这对应于高抗坏血酸盐。比较针对这两个样本的CV和/或电流响应,观察到PDA 特征的清楚增加。在负的所应用的电位处也能够看到针对QDI和PDA的类似行为和签名。
[0112] 基于结合图1描述的反应,重要的是要理解,使用于检测抗氧化剂(如抗坏血酸 盐)的该方法成为可能,部分地因为试剂化学成分的特性,特别是氧化还原介体或氧化还 原介体前体的特性。NA作为氧化还原介体的选择是允许检测抗氧化剂(如抗坏血酸盐)的 试剂化学成分的一个示例。然而,形成能够容易地被抗氧化剂还原的物种的任何氧化还原 介体能够以类似的方式用于实施本文描述的方法,只要被抗氧化剂还原的附加量的介体的 电氧化产生在诸如具有SRBP波形的DC块之类的电位激励处明显的响应效应,而还原的介 体的基于葡萄糖的电氧化通常不明显。对于用于SMBG的常见氧化还原介体中的一些,不必 然是这种情况,但这是基于NA-衍生氧化还原介体的介体系统的一个效应。
[0113] 存在可能与使用多种不同机制而对葡萄糖或其它分析物的电化学检测发生干扰 的许多干扰物质。在本文公开的测量方法的开发期间测试的常见干扰物当中,抗坏血酸盐 和谷胱甘肽两者均被观察为具有与QDI的该特定相互作用。如此,可以相信的是,容易还原 QDI的任何干扰物将产生实质上唯一但类似的签名(例如,QDI特征的减小、QDI特征的增 加、PDA特征的减小或PDA特征的增加)。甚至多个干扰物当中特异性的缺乏也不会否定以 上描述的任何优点。如果针对NA-衍生氧化还原介体的FAD-GDH化学成分正常工作,则样本 (在给定葡萄糖、Hct和温度水平处)应当产生具有QDI和PDA峰值电流的特性比的电流响 应。如果QDI特征不可辨认,如图5B中的右下曲线图中所见,这意味着化学系统存在错误, 由于抗氧化剂(如抗坏血酸盐)过量或者由于某其它干扰物。该情形将导致由与仅与葡萄 糖的反应不同的机制引起的附加电流,从而导致不正确的读数。因此,检查QDI特征的简单 定性存
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