用于从由含分析物的样本的感测物理特性导出的指定取样时间确定的分析物测量的填充 ...的制作方法
【专利说明】用于从由含分析物的样本的感测物理特性导出的指定取样 时间确定的分析物测量的填充错误捕集
[0001] 优先权
[0002] 本申请根据巴黎公约要求2013年6月27日提交的美国专利申请序列号 13/294, 404和美国临时专利申请序列号61/839, 979的权益，以上专利申请据此如同本文 所示出的那样以引用方式并入本文。
【背景技术】
[0003] 电化学葡萄糖测试条，诸如用于〇ne'Touch'K UlmTK全血测试试剂盒（可购自 LifeScan公司）中的那些，设计用于测量糖尿病患者的生理流体样本中的葡萄糖浓度。葡 萄糖的测量可基于葡萄糖氧化酶（G0)对葡萄糖的选择性氧化来进行。葡萄糖测试条中可 发生的反应由下面的公式1和2概括。
[0004] 公式1葡萄糖+G0(C]X)-葡萄糖酸+G0 (rad)
[0005] 公式 2 G0(red)+2 Fe(CN)63 - GO (ox)+2 Fe(CN)64
[0006] 如公式1所示，葡萄糖被葡萄糖氧化酶的氧化形式（G0fcx))氧化成葡萄糖酸。应 该指出的是，60^!)还可被称为"氧化酶"。在公式1的反应过程中，氧化酶G0 ^}被转化为 其还原状态，表示为G〇m (即，"还原酶"）。接着，如公式2中所示，还原酶G0m通过与 Fe(CN)63 (被称为氧化介体或铁氰化物）的反应而被再氧化回GOy。在G0^d)重新生成回 其氧化状态G0M的过程中，Fe(CN) 63被还原成Fe(CN) 64 (被称为还原介体或亚铁氰化物）。
[0007] 当利用施加于两个电极之间的测试信号进行上述反应时，可通过在电极表面处经 还原介体的电化学再氧化生成测试电流。因此，由于在理想环境下，上述化学反应过程中生 成的亚铁氰化物的量与定位在电极之间的样本中葡萄糖的量成正比，所以生成的测试电流 将与样本的葡萄糖含量成比例。诸如铁氰化物的介体是接受来自酶（例如葡萄糖氧化酶） 的电子并随后将该电子供给电极的化合物。随样本中的葡萄糖浓度增加，所形成的还原介 体的量也增加；因此，源自还原介体的再氧化的测试电流与葡萄糖浓度之间存在直接关系。 具体地，电子在整个电界面上的转移致使测试电流流动（每摩尔被氧化的葡萄糖对应2摩 尔的电子）。因此，由于葡萄糖的引入而产生的测试电流可被称为葡萄糖信号。
[0008] 存在某些血液成分时，会对测量产生不良影响并导致检测信号不精确，从而对电 化学生物传感器产生不利影响。例如，测量不精确将会使葡萄糖读数不精确，使患者无法察 觉潜在的危险血糖含量。举例来说，血液的血细胞比容含量（即红细胞在血液中所占的数 量百分比）会对所得分析物浓度的测量结果造成错误影响。
[0009] 血液中红细胞容积的变化会造成一次性电化学测试条所测量的葡萄糖读数出现 差异。通常，高血细胞比容下会出现负偏差（即计算出的分析物浓度偏低），低血细胞比容 下会出现正偏差（即与参考分析物浓度相比，计算出的分析物浓度偏高）。在高血细胞比容 下，例如，血红细胞可能会阻碍酶和电化学媒介物的反应，降低化学溶解率，因为用于使化 学反应物成溶剂化物的血浆量较低并且媒介物的扩散速度慢。这些因素会造成比预期的葡 萄糖读数低，因为电化学过程中产生的信号较小。相反，在低血细胞比容下，可影响电化学 反应的红细胞数量比预期要少，因而测量的信号也更大。此外，生理流体样本电阻与血细胞 比容相关，这会影响电压和/或电流测量结果。
[0010]目前已采用了多个策略来降低或避免基于血细胞比容的变型对血糖造成的影响。 例如，测试条被设计成具有多个可将样本中的红细胞去除的筛目，或者含有多种化合物或 制剂，用以提高红细胞的粘度并减弱低血细胞比容对浓度确定的影响。为了校正血细胞比 容，其他测试条包括细胞溶解剂和被配置成确定血红蛋白浓度的系统。另外，生物传感器 被配置成通过下述方式来测量血细胞比容：测量经过交变信号的流体样本的电响应或利 用光照射生理流体样本之后的光学变型的变化，或者基于样本腔室填充时间的函数来测量 血细胞比容。这些传感器具有某些缺点。涉及血细胞比容检测策略的通用技术为使用测 量的血细胞比容值来校正或改变测量的分析物浓度，所述技术通常示于和描述于下述相应 的美国专利申请公布中：美国专利申请公开2010/0283488、2010/0206749、2009/0236237、 2010/0276303、2010/0206749、2009/0223834、2008/0083618、2004/0079652、 2010/0283488、2010/0206749、2009/0194432 ;或美国专利 7, 972, 861 和 7, 258, 769,所有这 些专利申请和专利均以引用方式在此并入本申请。
【发明内容】
[0011]申请人已设计出允许确定生物传感器的样本填充条件的错误的系统和方法。在一 个方面，申请人已设计出包括测试条和分析物测试仪的分析物测量系统。测试条包括衬底、 连接至相应电极连接器的多个电极。分析物测试仪包括外壳和微处理器，所述外壳具有被 配置成连接至测试条的相应电极连接器的测试条端口连接器，所述微处理器与测试条端口 连接器电连通以施加电信号或感测来自所述多个电极的电信号。在该测试仪中，微处理器 被配置成：(a)向多个电极施加第一信号，使得确定流体样本的物理特性；(b)基于测试序 列期间的预定取样时间点来估计分析物浓度；（c)在测试序列期间由所确定的物理特性规 定的指定取样时间点处向多个电极的第一电极和第二电极施加第二信号，使得从第二信号 计算分析物浓度；（d)在指定取样时间点处测量来自第一电极和第二电极中每一个的信号 输出；(e)评估由第一电极和第二电极的相应信号输出的幅值的差值除以第二电极的信号 输出的幅值所定义的值是否大于预定阈值；（f)如果该值小于预定阈值，则从指定取样时 间处的第一电极和第二电极的信号输出来确定或计算分析物浓度并通告分析物浓度；以及 (g)如果该值大于预定阈值，则通告错误。
[0012] 在另外的第二方面，申请人已设计出包括测试条和分析物测试仪的分析物测量系 统。测试条包括衬底、连接至相应电极连接器的多个电极。分析物测试仪包括外壳和微处 理器，所述外壳具有被配置成连接至测试条的相应电极连接器的测试条端口连接器，所述 微处理器与测试条端口连接器电连通以施加电信号或感测来自所述多个电极的电信号。在 该测试仪中，微处理器被配置成：(a)向多个电极施加第一信号，使得确定流体样本的物理 特性；(b)基于测试序列期间的预定取样时间点来估计分析物浓度；(c)在测试序列期间由 所确定的物理特性规定的指定取样时间点处向多个电极的第一电极和第二电极施加第二 信号，使得从第二信号计算分析物浓度；(d)在指定取样时间点处测量来自第一电极和第 二电极中每一个的信号输出；（e)评估由第一电极和第二电极的相应信号输出的幅值的差 值除以第二电极的信号输出的幅值所定义的值是否大于预定阈值；（f)如果该值大于预定 阈值，则将错误标记设定为有效的；（g)如果该值小于预定阈值，则从指定取样时间的第一 电极和第二电极的信号输出来确定或计算分析物浓度；(h)确定错误标记是否为有效的， 并且如果错误标记不是有效的，则通告分析物浓度，否则如果错误标记是有效的，则阻止通 告分析物浓度。
[0013] 在第三方面，申请人已设计出包括测试条和分析物测试仪的分析物测量系统。测 试条包括衬底、连接至相应电极连接器的多个电极。分析物测试仪包括外壳和微控制器，所 述外壳具有被配置成连接至测试条的相应电极连接器的测试条端口连接器，所述微控制器 与测试条端口连接器电连通以施加电信号或感测来自所述多个电极的电信号。在该测试仪 中，微控制器被配置成：(a)向多个电极施加第一信号，使得确定流体样本的物理特性；(b) 基于测试序列期间的预定取样时间点来估计分析物浓度；(c)向多个电极的第一电极和第 二电极施加第二信号；（d)利用以下形式的公式计算指定取样时间：
[0015] 其中
[0016] "指定取样时间"被指定为从测试序列启动时计的对测试条的输出信号进行取样 的时间点；
[0017] Η表示样本的物理特性；
[0018] xa表示约 4. 3e5 ;
[0019] xb表示约-3. 9 ;并且
[0020] xc表示约 4. 8 ;
[0021] (e)在测试序列期间的指定取样时间处测量来自第一电极和第二电极的输出信 号；（f)评估由第一电极和第二电极的相应信号输出的幅值的差值除以第二电极的信号输 出的幅值所定义的值是否大于预定阈值；（g)如果该值小于预定阈值，则从指定取样时间 处的第一电极和第二电极的信号输出来确定或计算分析物浓度并通告分析物浓度；以及 (h)如果该值大于预定阈值，则通告错误。
[0022] 在另外的第四方面，申请人已设计出确定生物传感器中的样本填充错误的方法。 生物传感器具有多个电极，其中第一电极、第二电极、第三电极和第四电极在其上提供有 酶。该方法可通过以下步骤实现：向第一电极和第二电极施加第一信号；将流体样本沉积 在第一电极、第二电极、第三电极和第四电极附近；向第三电极和第四电极施加第二信号； 从第三电极和第四电极的输出信号确定流体样本的物理特性；基于流体样本的物理特性来 限定指定取样时间；引发第一电极和第二电极与流体样本中分析物之间的电化学反应以使 分析物转化为副产物；在电化学反应期间的指定取样时间处测量来自第一电极和第二电极 的信号输出；评估由第一电极和第二电极的相应信号输出的幅值的差值除以第二电极的信 号输出的幅值所定义的值是否大于预定阈值；如果该评估为真，则通告填充错误并终止处 理；如果该评估步骤为假，则从信号输出计算流体样本中一定量分析物所表示的分析物值 并通告分析物值。
[0023] 另外的第五方面，申请人已设计出确定来自流体样本的分析物浓度的方法。该方 法可通过以下步骤实现：将流体样本沉积在生物传感器上以启动测试序列；引起样本中的 分析物进行酶促反应；估计样本中的分析物浓度；测量样本的至少一个物理特性；基于得 自估计步骤的估计分析物浓度和得自测量步骤的至少一个物理特性来限定从测试序列启 动至生物传感器的样本输出信号的指定时间点；在指定时间点处对生物传感器的第一电极 和第二电极的输出信号进行取样；评估由第一电极和第二电极的相应信号输出的幅值的差 值除以第二电极的信号输出的幅值所定义的值是否大于预定阈值；如果该值大于预定阈 值，则通告错误并终止进一步处理；如果该值小于预定阈值，则从指定时间点处取样的相应 第一电极和第二电极的输出信号确定分析物浓度。
[0024] 在另外的第六方面，申请人已设计出确定来自流体样本的分析物浓度的方法。该 方法可通过以下步骤实现：将流体样本沉积在生物传感器上以启动测试序列；引起样本中 的分析物进行酶促反应；估计样本中的分析物浓度；测量样本的至少一个物理特性；基于 得自估计步骤的估计分析物浓度和得自测量步骤的至少一个物理特性来限定从测试序列 启动至生物传感器的样本输出信号的指定时间点；在指定时间点处对生物传感器的第一电 极和第二电极的输出信号进行取样；评估由第一电极和第二电极的相应信号输出的幅值的 差值除以第二电极的信号输出的幅值所定义的值是否大于预定阈值；如果该值大于预定阈 值，则将错误标记设定为有效的；如果该值小于预定阈值，则从指定取样时间处的第一电极 和第二电极的信号输出来计算分析物浓度；确定错误标记是否为有效的，并且如果错误标 记不是有效的，则通告分析物浓度，否则如果错误标记是有效的，则阻止通告分析物浓度。
[0025] 因此，在前面所述实施例中的任何一者中，以下特征也可与前文所公开的实施例 以多种组合应用。例如，多个电极可以包括四个电极，其中第一电极和第二电极用以测量分 析物浓度，并且第三电极和第四电极用以测量物理特性；第一电极、第二电极、第三电极和 第四电极设置在提供于衬底上的同一腔室中；第一电极和第二电极以及第三电极和第四电 极设置在提供于衬底上的相应两个不同腔室中；所有电极均设置在由衬底限定的同一平面 上；将试剂设置在至少两个其他电极附近，并且不将试剂设置在至少两个电极上；从在测 试序列启动约10秒内的第二信号来确定最终分析物浓度，并且预定阈值可以包括约10至 约30的任何值；取样时间点选自包括矩阵的查找表，其中所估计的分析物的不同定性类别 在矩阵的最左列中列出，并且所测量或估计物理特性的不同定性类别在矩阵的最顶行中列 出，并且取样时间提供在矩阵的剩余单元格中；微控制器利用以下形式的公式确定分析物 浓度：
[0027] 其中
[0028] G。表示分析物浓度；
[0029] Ιτ表示在指定取样时间处测量的输出信号；
[0030] 斜率表示从该特定测试条所在的一批测试条的校准测试中获得的值；并且
[0031] 截距表示从该特定测试条所在的一批测试条的校准测试中获得的值。
[0032] 此外，在前面所述实施例中的任何一者中，以下特征也可与前文所公开的实施例 以多种组合应用。例如，微控制器用下述形式的公式来估计分析物浓度：
[0034] 其中Gest表示估计的分析物浓度；
[0035] IE为在约2. 5秒处测量的信号；
[0036] Xl可以包括特定批次的生物传感器的校正斜率；
[0037] x2可以包括特定批次的生物传感器的校正截距；并且
[0038] 其中微控制器利用以下形式的公式确定分析物浓度：
[0040] 其中：G。表示分析物浓度；
[0041] Is可以包括在指定取样时间处测量的信号；
[0042] x3可以包括特定批次的生物传感器的校正斜率；并且
[0043] x4可以包括特定批次的生物传感器的截距。
[0044] 此外，在前述方法中的每一者中，以下步骤也可与前文所公开的实施例以多种组 合应用。例如，测量可包括向样本施加第一信号以测量样本的物理特性；引起步骤可包括向 样本驱动第二信号；测量可包括在测试序列启动后的时间点处评估来自生物传感器的至少 两个电极的输出信号，其中时间点被设定为至少所测量或估计物理特性的函数；并且确定 步骤可包括从在所述时间点测量的输出信号计算分析物浓度；基于从测试序列启动时计的 预定取样时间点估计分析物浓度；限定可包括基于所测量或估计的物理特性和所估计的分 析物浓度二者来选择限定的时间点；基于在预定时间处对输出信号的测量来估计分析物浓 度；预定时间可包括从测试序列启动时计约2. 5秒；估计可包括相对于查找表比较所估计 的分析物浓度和所测量或估计的物理特性，该查找表具有相对于不同的样本测量时间进行 索引的样本的分析物浓度和物理特性的不同相应范围，使得获得用于对来自样本的第二信 号的输出进行测量的时间点，以用于计算步骤；第一信号