Способ определения адекватности объема пробы в устройствах биодатчиков

Способ определения адекватности объема пробы в устройствах биодатчиков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к области электрохимического определения количества исследуемого вещества в биологических жидкостях, а более точно - к способу электрохимического определения адекватности объема пробы биологической жидкости, используемой для определения концентрации исследуемого вещества.

Предшествующий уровень техники

Определение концентраций исследуемых веществ в биологических жидкостях, например крови и производных продуктах крови, таких как плазма, становится все более важным для современного общества. Такие анализы проводятся при клинических лабораторных исследованиях, исследованиях в домашних условиях, причем результаты такого контроля играют важную роль в диагностике и устранении широкого круга болезненных состояний. В число исследуемых веществ, представляющих интерес, входят глюкоза - при лечении разных форм диабета, холестерин - при оперативном контроле состояний сердечно-сосудистой системы, и т.п. В соответствии с растущей потребностью создано множество протоколов и устройств для исследований как в клинических, так и в домашних условиях.

К одному из способов для обнаружения исследуемых веществ относится электрохимический способ. При осуществлении указанного способа пробу жидкости на водной основе помещают в зону реакции, находящуюся в химическом источнике тока, содержащем по меньшей мере два электрода, т.е. электрод сравнения (противоэлектрод), и рабочий электрод, причем эти электроды имеют полное сопротивление, которое делает их пригодными для амперометрических измерений. Обеспечивают возможность прямой реакции анализируемого компонента, т.е. исследуемого вещества, с электродом, либо прямой или косвенной реакции с окислительно-восстановительным реактивом, для образования окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, соответствующем концентрации исследуемого вещества. После этого оценивают количество присутствующего окисляемого (или восстанавливаемого) вещества электрохимическим способом и устанавливают соответствие количеству исследуемого вещества, присутствующего в исходной пробе.

Химический источник тока обычно выполнен в форме индикаторной полоски одноразового использования, на которую нанесена осаждением биологическая проба и которая размещена внутри измерительного прибора, для электрохимического измерения концентрации исследуемого вещества. Системы анализа, построенные на использовании этих типов индикаторных полосок, часто называемых биодатчиками, и измерительных приборов, раскрыты в патентах США №5942102, 6174420 В1 и 6179979 B1. При наличии этих систем определение концентрации исследуемого вещества в биологической пробе предусматривает получение биологической пробы и введение этой пробы в контакт с областью реакции индикаторной полоски, чтобы обеспечить возможность реакции биологической пробы, а более конкретно - исследуемого вещества или его производного, с химическими веществами, например с тестирующим реактивом/реактивами, связанным/связанными с областью реакции. Чтобы получить точное количество исследуемого вещества/веществ, нужно нанести на область реакции минимальный объем пробы. Это условие не всегда соблюдается, поскольку наносят неадекватный объем пробы, зачастую - вследствие ошибки пользователя или неопытности пациента или неверной оценки. Неточные измерения могут привести к неверному диагнозу или неправильному лечению, например введению неверной дозы лекарства, несоблюдению пациентом режима и схемы лечения. Все это может привести к серьезным и даже угрожающим последствиям для тех, чья жизнь зависит от оперативного контроля исследуемого вещества в теле, например для диабетиков.

Для гарантированного взятия адекватного объема биологической пробы используется перенасыщение или больший объем отобранной жидкости, чем тот, который необходим для заполнения области реакции индикаторной полоски. Недостатком использования необоснованно большого объема пробы крови является необходимость забирать больший объем пробы крови у пациента. Это требует использования иглы большего диаметра и/или осуществление более глубокого проникновения в кожу. Эти факторы могут усилить дискомфорт или болевые ощущения пациента, а также вызвать затруднения при взятии проб у людей, когда капиллярную кровь нелегко выдавить. Поскольку процесс отбора проб может повторяться в течение одних суток, то для многих диабетиков усиление болевых ощущений становится недопустимым.

Разработано несколько биодатчиков, позволяющих обнаруживать исследуемые вещества, для обеспечения визуального подтверждения адекватности объема пробы, однако этот признак не исключает потенциальную ошибку пациента, например диабетики могут иметь неважное зрение. Некоторые биодатчики для определения исследуемых веществ имеют независимые от пользователя средства для определения адекватности объема пробы. Примеры таких биодатчиков описаны в патентах США №5628890 и 5650062, а также в Международной публикации №WO 99/32881 (заявка №PCT/US 98/27203 на патент). В указанной публикации №WO 99/32881 описана электрохимическая система оперативного контроля глюкозы, которая определяет адекватность объема пробы, нанесенной на биодатчик, путем приложения сигнала низкоуровневого напряжения переменного тока (без смещения напряжения постоянного тока) на известной частоте к биодатчику и последующего измерения действительной и мнимой составляющих полного сопротивления. Значения полного сопротивления сравнивают со справочной таблицей в памяти программ микропроцессора. Точность этого способа невысока, поскольку система зависит от уровней гематокритного числа крови и изменений температуры окружающей среды.

Другой недостаток способа, описанного в публикации №WO 99/32881, заключается в том, что следует отказаться от тестирования с замером содержания исследуемого вещества, если определено, что объем пробы не является адекватным, т.е. возникает ситуация, в которой нужно принимать решение по принципу «годен - не годен». Это приводит к необходимости брать еще одну пробу у пациента, что, как упоминалось выше, неудобно и может быть очень болезненным для пациента, вследствие чего он или она не будут соблюдать режим лечения. Кроме того, тест придется повторять, что приведет к бесполезному расходу индикаторных полосок и увеличению стоимости процедуры.

Краткое изложение существа изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа, который обеспечивает очень точное и быстрое определение адекватности объема взятой пробы, а также разработка такого способа определения адекватности объема пробы, при котором определение того, что объем пробы является неадекватным, не требует отказа от теста, предусматривающего измерение концентрации исследуемого вещества, путем компенсации объема пробы, который меньше оптимального, и обеспечении точного измерения концентрации исследуемого вещества без необходимости получения новой пробы или проведения нового теста.

Согласно изобретению предложены способы и системы для измерения объема биологической пробы и определения того, является ли такой объем адекватным для проведения точного измерения по меньшей мере одной выбранной характеристики биологической пробы, например, концентрации исследуемого вещества, содержащегося в этой пробе. Некоторые из способов и систем обеспечивают выполнение дополнительной функции компенсации объема пробы, определенного, как меньший, а не адекватный.

Предлагаемое техническое решение подлежит использованию совместно с биодатчиком, таким как электрохимическая индикаторная полоска, на которую нанесен некоторый объем пробы биологического раствора, и измерительным прибором для размещения индикаторной полоски внутри него и измерения концентрации выбранных исследуемых веществ в биологической пробе. Электрохимическая индикаторная полоска содержит химический источник тока, состоящий из противоположных электродов, между которыми находится зона реакции для размещения в ней биологической пробы, причем эта зона реакции имеет ограниченную толщину и объем.

Когда к химическому источнику тока приложено достаточное напряжение, в двойном слое будет происходить зарядка и электрохимическая реакция. Вследствие этого заряд течет к электродам химического источника тока. Поверхность раздела «электрод-раствор» аналогична поверхности раздела конденсатора. Отношение заряда к напряжению определяет емкость поверхности раздела «электрод-раствор». Поскольку общий заряд возникает благодаря зарядке двойного слоя и электрохимической реакции, обе составляющие емкости - С_дс и С_п, соответственно, вносят вклад в общую или эквивалентную емкость источника тока (см. Bard, A.J., and Faulkner, I.R., Electrochemical Methods, 1980).

Было обнаружено, что эквивалентная емкость химического источника тока является наиболее значимым фактором при точном определении объема пробы, потому что эквивалентная емкость источника тока прямо пропорциональна величине площади поверхности электродов источника тока, находящейся в контакте с пробой («покрытая площадь источника тока»), а значит прямо пропорциональна объему пробы внутри источника тока, т.е. между электродами. Также было обнаружено, что эквивалентное сопротивление химического источника тока также существенно при точном определении объема пробы, потому что эквивалентное сопротивление источника тока обратно пропорционально покрытой площади источника тока, а значит - обратно пропорционально объему пробы.

Таким образом, существенным признаком настоящего изобретения является определение покрытой площади поверхности и соответствующего объема пробы на основании эквивалентной емкости источника тока или на основании эквивалентной емкости источника тока и эквивалентного сопротивления источника тока.

Еще одним существенным признаком настоящего изобретения является управление некоторыми другими факторами (например, толщиной источника тока, концентрацией семейств ионов), которые могут мешать точному измерению объема пробы, чтобы значение эквивалентной емкости источника тока было независимым и не подверженным влиянию концентрации глюкозы и уровней гематокритного числа крови в пробе, температуры окружающей среды, особенностей донора, а также других компонентов крови, которые обычно мешают измерениям.

Еще одним существенным признаком настоящего изобретения является компенсация объема пробы, определенного как меньший, чем адекватный, для точного измерения концентрации исследуемого вещества.

Следовательно, согласно изобретению предложены способы определения адекватности объема биологической пробы, используемой для определения концентрации одного или более исследуемых веществ в пробе, взятой у донора.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемых способов к биодатчику, содержащему биологическую пробу, подлежащую тестированию, прикладывают напряжение переменного тока (напряжение АС), при этом осуществляют зарядку датчика. Одновременно с приложением напряжения АС можно прикладывать напряжение постоянного тока (напряжение DC), чтобы увеличить скорость стабилизации емкости биодатчика. Затем измеряют получаемый переменный ток, генерируемый в результате зарядки, а потом определяют эквивалентную емкость источника тока биодатчика на основе полученного переменного тока. Затем эквивалентную емкость источника тока используют для определения площади поверхности биодатчика, находящейся в контакте с раствором пробы, а площадь поверхности потом используют для осуществления объема пробы в биодатчике. После определения того, что объем пробы адекватен для проведения точного измерения концентрации исследуемого вещества, осуществляют измерение этой концентрации. Если определено, что объем пробы является неадекватным, предлагаемые способы могут дополнительно предусматривать компенсацию неадекватного объема пробы в течение измерения концентрации исследуемого вещества. Компенсация неадекватного объема обуславливает определение коэффициента необходимой компенсации, для чего по меньшей мере частично определяют отношение эквивалентной емкости источника тока для биодатчика, содержащего фактический объем пробы, к емкости источника тока для биодатчика, когда весь доступный объем заполнен.

Настоящее изобретение также касается систем для осуществления предлагаемых способов. Предлагаемые системы содержит электронные компоненты и/или схемы, предназначенные для использования вместе и соединенные электронными средствами с биодатчиком, например химическим источником тока, предназначенным для измерений, выполненным в форме индикаторной полоски одноразового использования, на которую наносят осаждением или за счет капиллярного воздействия взятый в качестве пробы раствор, подлежащий тестированию. Обычно электронная схема встроена в измерительный прибор или в автоматизированное устройство, которое имеет конфигурацию, обеспечивающую размещение и оперативный контакт с химическим источником тока, например индикаторной полоской одноразового использования, а также измерение одной или нескольких физических или химических характеристик биологической пробы, внутри химического источника тока. В наиболее типичном случае указанные характеристики включают в себя концентрацию одного или нескольких целевых исследуемых веществ в биологической пробе. Такая электронная схема может содержать дискретные электронные элементы, например источник напряжения, и/или интегральные схемы, имеющие многочисленные схемные элементы, и/или полупроводниковые устройства, например микропроцессор, должным образом запрограммированный на выполнение некоторых этапов или функций согласно предлагаемым способам и на основе вводов некоторых сигналов или данных, получаемых из химического источника тока.

В некоторых вариантах осуществления системы согласно изобретению включают в себя электронную схему и автоматизированное измерительное устройство или автоматизированный измерительный прибор, как указано выше, причем вся электронная схема структурно и функционально выполнена за одно целое с автоматизированным измерительным устройством.

Хотя предлагаемые способы и системы можно использовать для определения объема пробы разных биологических проб, таких как моча, слезы, слюна и т.п., эти способы и системы, в частности, пригодны для определения объема пробы крови или фракций крови. Кроме того, хотя предлагаемые системы и способы предназначены для определения объема пробы при подготовке к измерению множества физических и химических характеристик пробы, эти системы и способы полезны, в частности, при подготовке к измерению концентрации выбранных исследуемых веществ в пробе.

Поставленная задача решена путем создания способа определения объема биологической пробы, удерживаемой внутри электрохимического биодатчика, заключающегося в том, что

прикладывают к биодатчику напряжение переменного тока, имеющее амплитуду среднеквадратических значений от около 2 до около 100 мВ и частоту в диапазоне от 50 до 10000 Гц,

измеряют ток, генерируемый за счет приложения напряжения переменного тока,

определяют электрическую емкость биодатчика в соответствии с измеренным током,

определяют площадь поверхности биодатчика, находящуюся в контакте с пробой, на основе упомянутой измеренной емкости, и

определяют объем пробы внутри биодатчика по измеренной площади поверхности.

Целесообразно, чтобы дополнительно определяли, является ли объем пробы адекватным для проведения измерения одной или более выбранных характеристик пробы.

Полезно, чтобы дополнительно измеряли концентрацию одного или нескольких исследуемых веществ, присутствующих в пробе, причем измерение проводят, если упомянутый объем пробы является адекватным.

Предпочтительно, чтобы дополнительно измеряли концентрацию одного или более требуемых исследуемых веществ, присутствующих в образце после определения, что указанный объем образца является неадекватным, для чего

определяли необходимый коэффициент компенсации путем деления эквивалентной емкости С_пз полностью заполненного электрохимического источника тока на эквивалентную емкость С_неад электрохимического источника тока, содержащего неадекватный объем биологической пробы, причем указанный коэффициент предназначен для компенсации неадекватного объема, чтобы точно измерить концентрацию по меньшей мере одного исследуемого вещества,

осуществляли компенсацию неадекватного объема пробы.

Выгодно, чтобы для определения необходимого коэффициента компенсации определяли отношение емкости биодатчика, когда он полностью заполнен пробой, к емкости биодатчика с неадекватным объемом пробы.

Полезно, чтобы дополнительно определяли сопротивления биодатчика на основе измеренного тока.

Предпочтительно, чтобы дополнительно определяли площадь поверхности биодатчика, находящейся в контакте с пробой, на основе емкости и сопротивления.

Целесообразно, чтобы дополнительно прикладывали напряжение постоянного тока к биодатчику.

Полезно, чтобы приложение напряжения постоянного тока и напряжения переменного тока осуществляли одновременно.

Согласно другому варианту воплощения поставленная задача решена путем создания способа измерения концентрации одного или более выбранных исследуемых веществ, присутствующих в биологической пробе, удерживаемой внутри электрохимического биодатчика, заключающегося в том, что

определяют объем биологической пробы, удерживаемой в указанном электрохимическом биодатчике,

определяют адекватность объема биологической пробы для измерения указанной концентрации, и

после определения, что объем биологической пробы является неадекватным, компенсируют измерение концентрации для неадекватного объема.

Поставленная задача решена также путем создания системы для определения объема биологической пробы внутри химического источника тока, имеющего площадь поверхности и объем, содержащей

источник напряжения, обеспечивающий приложение напряжения к химическому источнику тока,

средство для измерения тока, генерируемого источником тока, когда к этому источнику тока приложено напряжение,

средство для определения емкости источника тока на основе измеренного тока,

средство для определения площади поверхности источника тока, покрытой биологической пробой, на основе емкости источника тока, и

средство для определения объема биологической пробы, исходя из площади поверхности источника тока.

Целесообразно, чтобы система дополнительно содержала средство для определения того, является ли объем пробы адекватным для проведения точного измерения концентрации одного или более выбранных исследуемых веществ в биологической пробе.

Полезно, чтобы система дополнительно содержала

средство для измерения концентрации одного или более выбранных исследуемых веществ в биологической пробе и

средство для компенсации объема пробы, определенного как неадекватный при измерении концентрации одного или более выбранных исследуемых веществ в биологической пробе.

Поставленная задача решена также путем создания системы для использования совместно с измерительным прибором, обеспечивающим контакт с химическим источником тока и измерение концентрации одного или более выбранных исследуемых веществ в биологической пробе, удерживаемой в химическом источнике тока, содержащей

источник напряжения, обеспечивающий приложение напряжения переменного и/или постоянного тока к химическому источнику тока, и

электронную схему, обеспечивающую прием тока, генерируемого химическим источником тока, когда к нему приложено напряжение, измерение упомянутого генерируемого тока, определение емкости химического источника тока на основе измеренного тока, определение площади поверхности химического источника тока, покрытой биологической пробой, на основе емкости источника тока, и определение объема биологической пробы в соответствии с площадью поверхности источника тока, покрытой биологической пробой.

Краткое описание чертежей

Эти и другие задачи, преимущества и признаки настоящего изобретения подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает известную электрохимическую индикаторную полоску для электрохимического определения концентрации исследуемого веществ с пространственным разделением деталей;

фиг.2 - схему цепи, отображающей эквивалентное полное сопротивление источника тока в форме индикаторной полоски на фиг.1;

фиг.3 - блок-схему системы для определения адекватности объема пробы, соединенной с электрохимическим биодатчиком, согласно изобретению;

фиг.4 - диаграмму зависимости изменения эквивалентной емкости источника тока от времени для химического источника тока в форме индикаторной полоски, когда источник тока заполнен полностью и наполовину раствором взятой пробы согласно изобретению;.

фиг.5 - диаграмму зависимости изменения эквивалентного полного сопротивления химического источника тока от времени, когда источник тока в форме индикаторной полоски заполнен полностью и наполовину раствором взятой пробы согласно изобретению;

фиг.6 - гистограмму зависимости изменения эквивалентной емкости источника тока для химического источника тока в форме индикаторной полоски через 0,5 секунды после нанесения раствора пробы на индикаторную полоску, когда источник тока заполнен полностью и наполовину раствором взятой пробы согласно изобретению;

фиг.7 - диаграмму отношения эквивалентной емкости химического источника тока и эквивалентного сопротивления источника тока от времени, когда химический источник тока в форме индикаторной полоски заполнен полностью и наполовину раствором взятой пробы согласно изобретению;

фиг.8 - диаграмму разброса зависимости отношения эквивалентной емкости химического источника тока и эквивалентного сопротивления источника тока от эквивалентной емкости химического источника тока, измеренной, через 0,5 секунды после нанесения пробы, когда химический источник тока заполнен полностью и наполовину раствором взятой пробы согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

В настоящем изобретении предложены системы и способы для определения объема биологической пробы для измерения некоторой выбранной характеристики пробы, например, концентрации исследуемого вещества, и определения того, является ли этот объем адекватным для точного измерения выбранной характеристики. Некоторые системы и способы предусматривают выполнение дополнительной функции компенсации объема пробы, определенного как меньший, чем адекватный, для точного измерения характеристики.

Определения

Термин «двойной слой» относится ко всему массиву семейств заряженных частиц и ориентированных диполей, существующих на поверхности раздела между поверхностью электрода и раствором, являющимся, например, пробой биологического раствора, которая находится в контакте с поверхностью электрода, когда к этому электроду приложено напряжение.

Термин «емкость двойного слоя» (С_дс) обозначает емкость, создаваемую благодаря зарядке двойного слоя поверхности раздела «электрод-раствор».

Термин «фарадическая емкость» (С_п) означает составляющую псевдоемкости, создаваемую благодаря процессу электрохимической реакции, который происходит на поверхности электродов.

Термин «фарадический ток» (i_ф) обозначает ток или перенос электронов, который происходит на поверхности электрода, к которому приложено напряжение. Термин «эквивалентная емкость источника тока» (С) обозначает суммарную эквивалентную емкость поперек химического источника тока, которая возникает, когда к химическому источнику тока приложено напряжение. Эквивалентная емкость источника тока меньше емкости двойного слоя и фарадической емкости.

Термин «эквивалентное сопротивление источника тока» (R) обозначает общее эквивалентное сопротивление поперек химического источника тока, которое возникает, когда к химическому источнику тока приложено напряжение.

Термин «эквивалентное полное сопротивление источника тока» (Z) обозначает общее полное сопротивление схемы, включающей в себя совокупность эквивалентной емкости источника тока и эквивалентного сопротивления источника тока, возникающую, когда к химическому источнику тока приложено напряжение.

Термин «фарадический ток» (i_Фар) обозначает ток, возникающий вследствие переноса электронов между компонентом пробы и поверхностью электрода в результате электрохимической реакции, которая происходит, когда приложено напряжение.

Сначала описаны возможные электрохимические биодатчики, используемые совместно с предлагаемыми системами при осуществлении способов согласно настоящему изобретению, после чего приведено подробное описание предлагаемых способов и систем, а также описание предлагаемых комплектов, включающих в себя предлагаемые системы и предназначенных для осуществления предлагаемых способов.

Электрохимические биодатчики

Согласно изобретению предложены системы и способы для определения объема пробы биологического материала, используемой для измерения концентрации исследуемого вещества, и определения того, является ли такой объем адекватным для проведения точного измерения концентрации исследуемого вещества. Эти способы и системы используются совместно с биодатчиком, а более конкретно - с биодатчиком на основе химического источника тока, на который нанесен осаждением или перенесен биологический материал взятой пробы. Существуют различные конструкции биодатчиков на основе химических источников тока. Наиболее распространенные из этих конструкций в области оперативного контроля концентрации исследуемых веществ включают в себя индикаторные полоски (см., например патент США №6193873). Такие индикаторные полоски используются вместе с измерительными устройствами для проведения электрохимических измерений.

Электрохимические биодатчики, не являющиеся индикаторными полосками, также пригодны для использования с настоящим изобретением. Например, электрохимический источник тока может иметь цилиндрическую конфигурацию, в которой сердцевинный электрод расположен соосно со вторым, трубчатым электродом и находится внутри него. Такие конфигурации химических источников тока могут быть выполнены в форме микроигл и либо встроены в конструкцию иглы для измерений in situ (в типичном случае, например, под поверхностью кожи) или с обеспечением физического или гидравлического сообщения с конструкцией микроиглы. Предлагаемые устройства описаны применительно к использованию совместно с химическими источниками тока в конфигурациях индикаторных полосок. Специалистам в данной области техники ясно, что предлагаемые устройства можно использовать с любой подходящей конфигурацией химического источника тока, включая конфигурации микроигл.

Тип проводимого электрохимического измерения может изменяться в зависимости от конкретного характера анализа и измерительного прибора, с которым используется электрохимическая индикаторная полоска. Химический источник тока будет измерять заряд при кулонометрическом анализе, ток при амперометрическом анализе и потенциал при потенциометрическом анализе. В данном случае изобретение описано в контексте амперометрических анализов, но предлагаемые устройства можно использовать при любом типе анализа и электрохимического измерения.

Химический источник тока при любой конфигурации содержит по меньшей мере два электрода, отстоящих друг от друга, при этом обеспечивается либо компоновка «лицом друг к другу», либо компоновка «бок-о-бок» в одной и той же плоскости. В первом случае, электроды отделены тонким слоем прокладки, который ограничивает область или зону реакции, или реакционную камеру, в которую наносят осаждением или переносят биологическую пробу для измерения концентрации исследуемого вещества. При конфигурации «бок-о-бок» электроды находятся в камере с ограниченной толщиной и объемом. В области реакции или реакционной камере присутствует (присутствуют), т.е. нанесен на одну или более лицевых поверхностей электродов один или несколько окислительно-восстановительных реактивов для обеспечения химической реакции с целевым исследуемым веществом (целевыми исследуемыми веществами). Окислительно-восстановительные реактивы в общем случае содержат по меньшей мере один фермент и медиатор.

Известная электрохимическая индикаторная полоска 2, пригодная для использования в настоящем изобретении, представлена на фиг.1. Индикаторная полоска 2 состоит из двух электродов 4, 8, разделенных слоем 12 прокладки, который имеет вырезанный участок, ограничивающий зону или область 14 реакции. Электроды 4, 8 выполнены в виде удлиненных прямоугольных полосок, каждая из которых имеет длину в диапазоне от 2 до 6 см, обычно от 3 до 4 см, ширину в диапазоне от 0,3 до 1,0 мм, обычно от 0,5 до 0,7 см, и толщину в диапазоне от 0,2 до 1,2 см, а обычно от 0,38 до 0,64 см.

Поверхности электродов 4, 8, обращенные к области реакции, выполнены из электропроводного материала, предпочтительно металла, причем металлы, представляющие интерес, включают в себя палладий, золото, платину, иридий, оксид олова, легированный индием, нержавеющую сталь, а также углерод. Внешние поверхности 6, 10 электродов 4, 8 выполнены из инертного материала опоры или подложки. Совместно с электродами 4, 8 можно использовать любой пригодный инертный материал подложки. В типичном случае этим материалом является материал, который способен обеспечить конструктивную опору для электрода и для электрохимической индикаторной полоски в целом. Пригодные материалы включают в себя пластмассы, например полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиимид, поликарбонат, полистирол, силикон, керамику, стекло, и т.п. Электроды 4, 8 и индикаторная полоска 2 могут быть изготовлены способом известным специалистам в этой области техники.

Тонкий слой 12 прокладки расположен между электродами 4, 8. Толщина слоя 12 прокладки находится в диапазоне от 1 до 500 мкм, обычно от 50 до 150 мкм. Слой прокладки может быть изготовлен из любого пригодного материала, причем приемлемые материалы включают в себя ПЭТФ, ПЭГ, полиимид, поликарбонат, и т.п. Поверхности слоя 12 прокладки можно обработать для обеспечения слипания с соответствующими электродами 4, 8 и поддержания тем самым целостности конструкции электрохимической индикаторной полоски 2.

Слой 12 прокладки имеет вырез для формирования зоны или области 14 реакции, имеющей любую форму, например, возможны области реакции, имеющие круглую, квадратную, треугольную, прямоугольную или неправильную форму. Верх и низ области 14 реакции ограничены лицевыми поверхностями электродов 4, 8, тогда как слой 12 прокладки ограничивает боковые стенки области 14 реакции. Объем области 14 реакции находится в диапазоне от 0,1 до 10 мкл, в обычном случае - от 0,2 до 5,0 мкл, более предпочтительно - от 0,3 мкл до 1,6 мкл.

В области 14 реакции размещена система окислительно-восстановительных реактивов, которая обеспечивает возможность обнаружения различных веществ и поэтому используется для вынесения суждения о концентрации исследуемого вещества в биологической пробе. Система окислительно-восстановительных реактивов содержит по меньшей мере один фермент и медиатор. Во многих вариантах осуществления ферментный элемент (ферментные элементы) системы окислительно-восстановительных реактивов представляет собой фермент или множество ферментов, которые действуют совместно, окисляя исследуемое вещество. Иными словами, ферментный компонент системы окислительно-восстановительных реактивов состоит из единственного фермента, окисляющего исследуемое вещество, или совокупности двух или более ферментов, которые действуют совместно, окисляя исследуемое вещество. Типичные ферменты, представляющие интерес, включают в себя оксидоредуктазы, гидролазы, трансферазы. Конкретный фермент, находящийся в области реакции, зависит от конкретного исследуемого вещества, для обнаружения которого предназначена электрохимическая индикаторная полоска. Например, когда исследуемым веществом является глюкоза, подходящие ферменты включают в себя глюкозооксидазу, глюкозодегидрогеназу (либо на основе β-никодитамид-аденин-динуклеотида (НАД), либо на основе 4,5-дигидро-4,5-диоксо-1Н-пирроло[2,3-f]хинолин-2,7,9-трикарбоновой кислоты (ДДПХТК)). Когда исследуемым веществом является холестерин, подходящие ферменты включают в себя холестеринэстеразу и холестериноксидазу. Для других исследуемых веществ можно использовать ферменты, включающие в себя липопротеинлипазу, глицеринкиназу, глицерин-3-фосфатоксидазу, лактатоксидазу, лактатдегидрогеназу, пируватоксидазу, алкогольоксидазу, билирубиноксидазу, уратоксидазу.

Вторым компонентом системы окислительно-восстановительных реактивов является медиаторный компонент, состоящий из одного или более медиаторных агентов. В данной области техники известно множество различных медиаторных агентов, которые включают в себя феррицианид, феназинэтосульфат, феназинметосульфат, фенилендиамин, 1-метокси-феназинметосульфат, 2,6-диметил-1,4-бензохинон, 2,5-дихлоро-1,4-бензохинон, производные ферроцена, комплексы бипиридила осмия, комплексы рутения. В тех вариантах осуществления, где исследуемым веществом является глюкоза, а ферментные компоненты представлены глюкозооксидазой или глюкозодегидрогеназой, медиатором являемся феррицианид. Другие реактивы, которые могут присутствовать в области реакции, включают в себя буферные агенты, например, соединения цитраконовой, лимонной, ортофосфорной кислот, «хорошие» буферы.

В общем случае, система окислительно-восстановительных реактивов находится в сухом виде. Количество компонентов может изменяться, при этом количество ферментного компонента находится в диапазоне от 0,1 до 20 мас.%.

Подробное описание заявленных способов

Предлагаемое изобретение включает способы определения объема биологической пробы, нанесенной осаждением или перенесенной на химический источник тока, имеющий зону реакции или реакционную камеру с ограниченным объемом, и определения того, является ли такой объем адекватным для проведения точного измерения концентрации исследуемого вещества. Как упоминалось выше, при определении объема пробы определяют эквивалентную емкость источника тока, а также эквивалентное сопротивление источника тока. Предлагаемые способы обеспечивают повышенную точность замера объема пробы по сравнению с известными способами.

В предлагаемых способах при определении эквивалентной емкости источника тока, а также эквивалентного сопротивления источника тока и объема пробы игнорируют некоторые характеристики или факторы раствора взятой пробы или окружающих условий, которые либо не влияют на определение эквивалентной емкости и/или эквивалентного сопротивления, либо этими факторами управляют так, что они не оказывают существенного влияния на результаты. Факторы, которыми управляют или от которых не зависит эквивалентная емкость, включают концентрацию ионов, гематокритное число крови, концентрацию глюкозы в крови, температуру окружающей среды, характерные признаки донора, а также вещества, мешающие работе датчиков и обычно обнаруживаемые в крови, толщину источника тока и старение биодатчика.

Для понимания существа способа, на фиг.2 представлена упрощенная модель цепи 40 полного сопротивления химического источника тока, имеющего форму индикаторной полоски, показанной на фиг.1. Цепь 40 полного сопротивления отображает факторы полного сопротивления индикаторной полоски, когда в ней содержится проба биологической жидкости и к ней приложено напряжение. Когда к источнику тока приложено и напряжение АС и DC, цепь 40 полного сопротивления содержит эквивалентную емкость (С) 42 источника тока, которая включает в себя емкость двойного слоя и фарадическую емкость, и эквивалентное сопротивление (R) 46 источни