门控电流分析法
【专利摘要】本发明描述了用于测定样品中的分析物浓度的传感器系统、装置和方法。包括多个连续激发和弛豫工作循环的门控电流分析脉冲序列可以提供更短的分析时间和/或提高分析的准确度和/或精度。所公开的门控电流分析脉冲序列可以降低由血细胞比容效应、帽隙容积的变化、非稳态情况、介体背底、未填满、样品温度变化以及单组校准常数引起的分析误差。
【专利说明】门控电流分析法
[0001]本申请是申请日为2006年7月19日、发明名称为“门控电流分析法”的第200680026346.2号专利申请的分案申请。
相关申请的参考
[0002]本申请要求2005年7月20日提交的、题目为“Gated Amperometry (门控电流分析法)”的美国临时申请N0.60/700，787和2006年05月08日提交的、题目为“AbnormalOutput Detection system for a biosensor (生物传感器的反常输出检测系统)”的美国临时申请N0.60/746，771的优先权，并将这两个临时申请的内容并入本文中作为参考。
【背景技术】
[0003]定量测定生物流体中的分析物用于诊断和治疗生理异常。例如，测定诸如血液等生物流体中的葡萄糖水平，对于必须经常检查自己的血糖水平以便调节饮食和/或用药的糖尿病患者是很重要的。
[0004]电化学系统已经用于这种类型的分析。在分析过程中，分析物发生了与酶或类似物质(species)的氧化还原反应,从而产生可以测量的并与分析物浓度相关联的电流。通过缩短分析所需的时间，同时提供所期望的准确度和精度，可以让用户充分受益。
[0005]用于分析生物流体中的分析物的电化学传感器系统的一个例子包括测量装置和传感带。传感带包括试剂和电极，该试剂在分析期间与分析物发生反应并将分析物的电子转移，该电极通过将传感带与测量装置连接起来的导体而传输上述电子。测量装置具有从传感带接收电子的接点和在各接点之间施加电压差的能力。该装置可以记录穿过传感器的电流并将该电流值转变为样品的分析物含量的评估值。这些传感器系统可以分析一滴全血(WB)，例如体积为I?15微升(μ L)的全血。
[0006]台式(bench-top)测量装置的例子包括:由美国印第安纳州(Indiana)西拉斐特(West Lafayette)的BAS Instruments公司销售的BAS100B分析仪、由美国德克萨斯州(Texas)奥斯汀(Austin)的CH Instruments公司销售的CH仪器分析仪、由美国堪萨斯州(Kansas)劳伦斯(Lawrence)的Cypress Systems公司销售的Cypress电化学工作站以及由美国新泽西州(New Jersey)普林斯顿(Princeton)的Princeton Research Instruments公司销售的EG&G电化学仪器。便携式测量装置的例子包括Bayer Corporation公司的Ascensia Breeze 粮和 Elite:?.仪表。
[0007]传感带可以包括一个工作电极和一个对电极，分析物在工作电极处发生一种电化学反应，而在对电极处发生相对的(oppsite)电化学反应，从而使电流能在这两个电极之间流过。因此，如果在工作电极处发生氧化，则在对电极处发生还原。例如， 参 见 “Fundamentals Of Analytical Chemistry, 4thEdition, D.A.Skoog andD.M.West; Philadelphia: Saunders College Publishing (1982)，pp304_341，，(D.A.Skoog和D.M.West著作的《分析化学基础》，第四版，费城，桑德斯学院出版(1982年)，第304-341页)。
[0008]传感带还可以包括一个真(true)参比电极，从而向测量装置提供不变的参比电位。虽然多种参比电极材料都是已知的，但银(Ag)和氯化银(AgCl)的混合物比较典型，因为这种混合物不溶于分析溶液的含水环境中。参比电极也可以用作对电极。美国专利N0.5，820，551中描述了使用这种参比-对电极组合的传感带。
[0009]可以通过使用多种技术将电极印刷在绝缘基底上从而形成传感带，上述技术例如是美国专利N0.6，531，040、N0.5，798，031和N0.5，120，420中所描述的那些技术。可以通过涂敷一个或多个电极，诸如工作电极和/或对电极，从而形成一个或多个试剂层。在一个方面，多于一个的上述电极可以由相同的试剂层覆盖，例如当工作电极和对电极上涂敷有相同的组分时。在另一个方面，可以使用2003年10月24日提交的美国临时专利申请N0.60/513，817中所描述的方法，将具有不同组分的试剂层印刷或微沉积在工作电极和对电极上。因此，工作电极上的试剂层可以包含酶、介体和粘合剂，而对电极上的试剂层包括粘合剂和可与上述介体相同或不同的可溶性氧化还原物质。
[0010]试剂层可以包括用于促进分析物的氧化或还原的离子化制剂，以及有助于让电子在分析物与导体之间转移的任何介体或其他物质。离子化制剂可以是分析物特异性酶，例如葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶，以催化WB样品中的葡萄糖的氧化。试剂层也可以包括将酶与介体保持在一起的粘合剂。下面的表1提供了针对特定分析物而使用的酶与介体的常规组合。
【权利要求】
1.一种用于测定样品中的分析物的浓度的手持式测量装置，其中，所述装置适合于接纳传感带，所述装置包括: 接点； 至少一个显示器；以及 电路，用于建立所述接点与所述显示器之间的电通信，所述电路包括相互电通信的充电器和处理器，所述处理器使所述充电器在所述接点之间施加在180秒内包括至少3个工作循环的输入信号，每个所述工作循环包括激发和弛豫， 其中，所述输入信号在所述输入信号的10秒的持续时间上具有至少为0.01的氧化还原强度，且 所述处理器根据具有0.01~1.5秒的持续时间的激发测量输出信号，并在所述处理器确定出所测量的输出信号是根据所述工作循环获得的最大的最后时刻电流值时测定所述样品中的所述分析物的浓度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述样品包括红血细胞。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述处理器还用于在所述接点处测量至少一条电流曲线，并用于响应于所述至少一条电流曲线测定所述样品中的所述分析物的浓度。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一条电流曲线表示瞬时电流。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述充电器是充电器-记录器，且所述处理器根据所述记录器测量所述输出信号。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器响应于接触所述触点的样品使所述充电器施加所述输入信号。
7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的装置，其中，所述充电器和所述处理器用于在将所述输入信号施加到所述样品的4秒内测定所述样品中的所述分析物的浓度。
8.一种用于减小在被测定的样品中的分析物的浓度中归因于介体背底的偏差的方法，所述方法包括如下步骤: 向样品施加输入信号，所述输入信号在180秒内包括至少3个工作循环，且每个所述工作循环包括激发和弛豫，其中，所述输入信号在所述输入信号的10秒的持续时间上具有至少为0.01的氧化还原强度，其中，所述弛豫为0.1~3秒，并包括减小至所述激发的电流的至少一半的电流减小； 在所述样品中生成可测量物质； 根据激发测量输出电流，所述激发具有0.01~1.5秒的持续时间，其中，所述输出信号响应于所述可测量物质，且其中，所述可测量物质在所述样品中的浓度响应于所述样品中的所述分析物的浓度；以及 响应于所述输出信号，测定所述样品中的所述分析物的浓度。
9.根据权利要求8所述的方法，其还包括如下步骤: 将所述样品引入传感带，所述传感带包括工作电极和对电极，所述工作电极和所述对电极与所述样品电通信； 使至少一个电子从所述样品中的所述分析物转移到所述传感带中的介体；以及 将所述输入信号施加到所述工作电极和所述对电极，其中，所述输入信号电化学地激发所述可测量物质，且所述可测量物质是从由所述分析物、所述介体和它们的组合构成的群组中选择的。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述样品包括红血细胞。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所测量的输出信号包括根据所述至少3个工作循环的所述激发获得的最大的最后时刻电流值。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述可测量物质是被氧化或被还原的介体，所述介体是从由有机过渡金属络合物、配位络合物、电活性有机分子和它们的组合构成的群组中选择的。
13.根据权利要求8或9所述的方法，其包括如下步骤: 根据具有0.1~1.2秒的持续时间的激发，测量所述输出信号。
14.根据权利要求8或9所述的方法,其中,所述输入信号在3~16秒内包括4~8个工作循环。
15.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述输入信号在30秒内包括3~18个工作循环。
16.根据权利要求8或9所述的方法，其还包括如下步骤: 激发扩散势垒层内部的所述可测量物质，所述扩散势垒层具有I~30微米的平均初始厚度，所述扩散势垒层包括聚合物粘合剂层，所述聚合物粘合剂层具有部分水溶性；以及 基本上排除对所述扩散势垒层外部的所述可测量物质的激发，其中，所述扩散势垒层提供用于接纳一部分所述可测量物质并使所述一部分可测量物质与所述样品隔离的内部多孔空间。`
17.根据权利要求8或9所述的方法，其还包括如下步骤: 当到达所述可测量物质的相对恒定的扩散速率时，根据所述输出信号，确定电流曲线。
18.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述至少3个工作循环的所述激发中的每个激发具有处于0.1秒~1.5秒的范围中的持续时间，且所述工作循环具有处于约0.2秒~约3.5秒的范围中的脉冲间隔。
19.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述至少3个工作循环的所述激发中的每个激发具有处于0.4秒~1.2秒的范围中的持续时间，且所述工作循环具有处于约0.6秒~约3.7秒的范围中的脉冲间隔。
20.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述至少3个工作循环的每个所述激发具有处于0.1秒~3秒的范围中的持续时间，且所述至少3个工作循环的所述激发包括减小至所述激发的电流的至少一半的电流减小。
21.根据权利要求8或9所述的方法，其还包括如下步骤: 根据所述输出信号，确定电流曲线， 其中，响应于所述输出信号测定所述样品中的所述分析物的浓度的步骤包括:根据所述电流曲线，测定所述样品中的所述分析物的浓度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电流曲线包括瞬时衰变，且所述样品中的所述分析物的浓度是根据所述电流曲线的包括所述瞬时衰变的一部分测定的。
23.根据权利要求8或9所述的方法，其还包括如下步骤: 响应于所述输出信号，预先确定多组校准常数。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述多组校准常数是通过在将所述激发施加到所述样品之后在所述至少3个工作循环的每个所述激发中的固定时间处获取电流值而确定的。
25.根据权利要求23所述的方法，其还包括如下步骤: 响应于所述多组校准常数，测定所述样品中的所述分析物的多个浓度；以及对所述样品中的所述分析物的所述多个浓度取平均，以测定所述样品中的所述分析物的浓度。
26.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述样品中的所述分析物的浓度是在将所述输入信号施加到所述样品的4秒内测定的。
27.一种发信号通知用户向传感带添加额外样品的方法，所述方法包括如下步骤: 向与所述传感带的工作电极和对电极接触的样品施加输入信号，所述输入信号在180秒内包括至少3个工作循环，且每个所述工作信号包括激发和弛豫； 根据所述至少3个工作循环中的至少两个工作循环的所述激发，测量包括电流的输出信号; 根据所述至少两个激发内的所述输出信号，确定衰变常数曲线； 根据所述至少两个激发 期间的所述衰变常数曲线，判定所述传感带是否未填满； 如果所述传感带未填满，则发信号通知用户向所述传感带添加额外样品；以及 根据所述输出信号，测定所述样品中的分析物的浓度。
28.根据权利要求27所述的方法，其还包括如下步骤: 记录所述至少两个激发中每个激发期间的所述电流作为瞬时电流曲线。
29.根据权利要求28所述的方法，其还包括如下步骤: 根据所述至少两个激发中每个激发期间的所述瞬时电流曲线，确定衰变率作为时间的函数的轮廓曲线。
30.根据权利要求29所述的方法，其还包括如下步骤: 使用衰变过程的K常数，将所述衰变率作为时间的函数的轮廓曲线转换成所述衰变常数曲线。
31.根据权利要求27、28、29或30所述的方法，其中，当所述电流曲线的实际衰变常数小于选择值时，所述用户被发信号通知向所述传感带添加所述额外样品.
32.根据权利要求27、28、29或30所述的方法，其中，所述用户被发信号通知在将所述输入信号施加到与所述工作电极和所述对电极接触的样品的3~5秒内向所述传感带添加所述额外样品。
33.一种测定传感带所盛装的样品的温度的方法，所述方法包括如下步骤: 预先确定衰变率和温度之间关系； 根据在180秒内包括至少3个工作循环的输入信号的至少两个激发期间所记录的电流，测定电流曲线；且 将所述电流曲线与所述衰变率和温度之间关系关联起来，以测定所述样品的温度。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述至少两个激发中的至少一个激发的所述电流曲线被表示为K常数。
35.根据权利要求33或34所述的方法，其还包括如下步骤: 根据所述至少两个激发的所述电流曲线，产生轮廓曲线。
36.根据权利要求33或34所述的方法，其中，所述电流曲线是瞬时电流曲线。
37.根据权利要求33或34所述的方法，其还包括如下步骤: 响应于所述样品的所测定的温度，根据依照所述输入信号而记录的所述电流，测定所述样品的分析物浓度。
38.一种确定施加到样品的在180秒内包括至少3个工作循环的输入信号的持续时间的方法，用于测定样品中的分析物浓度，所述至少3个工作循环中的每个工作循环包括激发，所述方法包括如下步骤: 根据依照输出信号在固定时间记录的电流，预先确定多组校准点； 将在180秒内包括所述至少3个工作循环的所述输入信号施加到所述样品； 根据依照所述至少3个工作循环中的至少一个工作循环的所述激发而测量的输出信号，测定所述样品中的分析物浓度；且 响应于所述样品的所测定的分析物浓度，确定施加到所述样品的所述输入信号的持续时间。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述多组校准常数是根据在将所述激发施加了所述至少3个工作循环之后的固定时间记录的电流值确定的。
40.根据权利要求38所述的方法，其还包括如下步骤: 根据依照180秒内的所述至少3个工作循环的所述激发而记录的电流，确定电流曲线。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述电流曲线是瞬时电流曲线。
42.根据权利要求40所述的方法，其还包括如下步骤: 根据所述至少3个工作循环的所述电流曲线，产生轮廓曲线。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，用于确定施加到所述样品的所述输入信号的持续时间的所述样品中的分析物浓度是根据所述轮廓曲线的最高电流值测定的。
44.根据权利要求38或43所述的方法，其中，所述输入信号的持续时间是通过施加到所述样品的工作循环的数目确定的。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述输入信号中的工作循环的数目是响应于所述多组校准常数和所述样品中的所测定的分析物浓度确定的。
46.根据权利要求38或43所述的方法，其中，与在测定出所述样品中的所测定的低分析物浓度时相比，所述样品中的所测定的最高分析物浓度提供更短持续时间的所述输入信号。
【文档编号】G01N27/327GK103558284SQ201310479070
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2006年7月19日 优先权日:2005年7月20日
【发明者】伍焕平, 克里斯廷·D·纳尔森, 格雷格·P·比尔 申请人:拜尔健康护理有限责任公司