Электрохимическая система для определения концентрации аналита в пробе, электрохимическая сенсорная полоска и способ повышения точности количественного определения аналита

Электрохимическая система для определения концентрации аналита в пробе, электрохимическая сенсорная полоска и способ повышения точности количественного определения аналита

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на родственные заявки

[001] Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США №60/617889 под названием «Определение концентрации в диффузионном барьерном слое», поданной 12 октября 2004 г., и предварительной заявки США №60/655180 под названием «Определение концентрации в диффузионном барьерном слое», поданной 22 февраля 2005 г., которые включены сюда посредством ссылки во всей их полноте.

Предшествующий уровень техники

[002] При контроле за состояниями пациентов и реакцией пациентов на проводимое лечение желательным является использование аналитических методов, которые являются быстрыми, точными и удобными для пациента. Для количественного определения некоторых аналитов в жидкостях организма, в частности в пробах крови, подходящими являются электрохимические методы. В типичном случае подобные биологические аналиты, такие как глюкоза, претерпевают окислительно-восстановительные реакции при контакте с определенными ферментами. Генерируемый при таких окислительно-восстановительных реакциях электрический ток может коррелироваться с концентрацией биологического аналита в пробе.

[003] Были разработаны миниатюрные электрохимические ячейки, которые дают пациентам возможность контролировать концентрации аналитов в крови без привлечения медицинских работников или лаборантов. В типичных управляемых пациентом электрохимических системах используется одноразовая сенсорная полоска со специальным измерительным устройством, в состав которого входят необходимые схемы и системы вывода. Для проведения анализа это измерительное устройство соединяют с одноразовой электрохимической сенсорной полоской, содержащей электроды и реагенты, для измерения концентрации аналита в пробе, которую наносят на эту полоску.

[004] Наиболее распространенными среди подобных миниатюрных электрохимических систем являются сенсоры на глюкозу, которые обеспечивают измерения уровней глюкозы в крови. В идеале миниатюрный сенсор на глюкозу должен быть способен выдавать точные показания уровней глюкозы крови при анализе одной единственной капли крови, в типичном случае 1-15 микролитров (мкл).

[005] В типичной аналитической электрохимической ячейке происходящие в «полуэлементах» реакции окисления или восстановления с участием аналита приводят, соответственно, к высвобождению либо акцептированию электронов. Возникающий поток электронов может быть измерен при условии, что электроны могут взаимодействовать с рабочим электродом, который находится в контакте с анализируемой пробой. Электрическая цепь завершается противоэлектродом, который также находится в контакте с пробой. На противоэлектроде также происходит химическая реакция, и эта реакция является противоположной по типу (окисление или восстановление) по отношению к типу реакции на рабочем электроде. Таким образом, если на рабочем электроде происходит окисление, то на противоэлектроде происходит восстановление. См., к примеру, Fundamentals Of Analytical Chemistry, 4 ^th Edition, D.A. Skoog and D.M. West; Philadelphia: Saunders College Publishing (1982), pp. 304-341.

[006] Некоторые традиционные миниатюрные электрохимические системы включают в себя истинный электрод сравнения. В данных системах истинный электрод сравнения может быть третьим электродом, который привносит в систему, в дополнение к рабочему электроду и противоэлектроду, неизменяемый потенциал сравнения. Хотя известно множество различных материалов электродов сравнения, типичной является смесь серебра (Ag) и хлорида серебра (AgCl). Материалы, которые дают неизменяемый потенциал сравнения, такие как смесь серебра и хлорида серебра, отделены от реакционных компонентов анализируемого раствора за счет их нерастворимости или другими средствами.

[007] В других миниатюрных электрохимических системах используется комбинированный противоэлектрод сравнения. Подобные электрохимические сенсорные полоски в типичном случае представляют собой двухэлектродные системы, имеющие рабочий электрод и противоэлектрод сравнения. Комбинированный противоэлектрод сравнения возможен в том случае, когда истинный электрод сравнения также используется в качестве противоэлектрода.

[008] Поскольку они являются истинными электродами сравнения, противоэлектроды сравнения в типичном случае представляют собой смеси серебра (Ag) и хлорида серебра (AgCl), которые обладают стабильными электрохимическими свойствами вследствие нерастворимости такой смеси в водной среде анализируемого раствора. Поскольку при кратковременном использовании соотношение Ag к AgCl значительно не меняется, потенциал такого электрода также по существу не изменяется.

[009] В типичном случае электрохимическую сенсорную полоску изготавливают путем нанесения слоя реагентов на поверхность проводника полоски для анализа. Для облегчения изготовления реагенты могут быть нанесены единым слоем на все электроды.

[0010] Слой реагентов может включать в себя фермент для содействия реакции окисления или восстановления аналита, а также любые медиаторы или другие вещества, которые способствуют переносу электронов между аналитом и поверхностью проводника. Слой реагентов также может включать в себя связующее, которое удерживает фермент и медиатор вместе, таким образом позволяя наносить их на электроды.

[0011] Пробы цельной крови (ЦК) содержат красные кровяные тельца (ККТ) (эритроциты) и плазму. Плазма в основном состоит из воды, однако содержит также некоторые белки и глюкозу. Соотношение объема ККТ-компонента к общему объему пробы ЦК называется гематокритом (Hct) и часто выражается в процентах. Процентные величины гематокрита в пробах цельной крови обычно находятся в пределах от 20 до 60%, причем среднее значение обычно составляет ~40%.

[0012] Одним из недостатков традиционных электрохимических сенсорных полосок, используемых для измерения концентрации глюкозы в ЦК, является так называемый «эффект гематокрита». Эффект гематокрита возникает в результате блокирования красными кровяными тельцами (ККТ) диффузии медиатора или иного измеряемого вещества к поверхности проводника для измерения. Поскольку такое измерение выполняют в течение одинакового периода времени каждый раз, когда проводят тест пробы, то пробы крови с разными концентрациями эритроцитов могут быть причиной погрешностей в измерении. Действительно, сенсор не в состоянии отличить более низкую концентрацию измеряемого вещества от более высокой концентрации измеряемого вещества, когда ККТ мешают диффузии измеряемого вещества к поверхности проводника. Таким образом, вариации в концентрации ККТ в пробах ЦК являются причиной погрешностей в измерении концентрации глюкозы (эффект гематокрита).

[0013] В том случае если тестируются пробы ЦК, содержащие одинаковые количества глюкозы, но имеющие гематокрит в 20, 40 и 60%, традиционной системой, которая основана на одном наборе калибровочных постоянных (к примеру, угловой коэффициент и отсекаемый на координатной оси отрезок), будут выданы три разные показания уровней глюкозы. Даже в случае равенства концентраций глюкозы такая система выдаст, что проба с гематокритом 20% содержит больше глюкозы, чем проба с гематокритом 60%, из-за затруднения эритроцитами диффузии измеряемых веществ к поверхности проводника.

[0014] Традиционные системы, как правило, рассчитаны на выдачу концентраций глюкозы в предположении пробы ЦК с показателем гематокрита 40% вне зависимости от реальных показателей гематокрита в пробе крови. При использовании подобных систем любые измерения уровня глюкозы в пробах крови с показателем гематокрита менее 40% будут включать в себя некоторую погрешность, приписываемую эффекту гематокрита.

[0015] Традиционные способы снижения эффекта гематокрита в амперометрических сенсорах включают в себя использование фильтров, как это раскрыто в патентах США № 5708247 и 5951836; обращение потенциала импульса считывания, как это раскрыто в WO 01/57510; а также способы, которые максимизируют собственное сопротивление пробы, как это раскрыто в патенте США № 5628890. И хотя каждый из этих способов обладает своими преимуществами и недостатками, однако ни один из них не является идеальным.

[0016] Как следует из приведенного выше описания, имеется насущная потребность в улучшенных устройствах и способах определения концентрации биологических аналитов, в том числе глюкозы. Устройства и способы по настоящему изобретению могут снизить уровень ошибок, вносимых эффектом гематокрита и другими эффектами в пробах ЦК.

Сущность изобретения

[0017] В одном из аспектов предложена электрохимическая сенсорная полоска, которая включает в себя подложку (основу) и первый и второй электроды на этой подложке. Первый электрод включает в себя по меньшей мере один первый слой на первом проводнике, причем этот первый слой содержит фермент оксидоредуктазу и связующее. Толщина первого слоя выбрана таким образом, что при приложении импульса считывания к первому и второму электродам во время использования измеряемые вещества по существу детектируются (обнаруживаются) в пределах первого слоя и по существу не детектируются за пределами первого слоя.

[0018] В другом аспекте предложен способ повышения точности количественного определения аналита. Данный способ включает в себя обеспечение электрохимической сенсорной полоски, имеющей по меньшей мере один первый слой, содержащий фермент оксидоредуктазу, медиатор и связующее. Затем содержащую аналит пробу вводят в электрохимическую сенсорную полоску и прикладывают электрический потенциал в виде импульса считывания. Длительность импульса считывания позволяет по существу детектировать ионизированную форму медиатора в пределах первого слоя, при этом по существу исключив из детектирования ионизированную форму медиатора за пределами первого слоя.

[0019] В одном из вариантов воплощения предложена электрохимическая сенсорная полоска, содержащая: подложку; первый электрод на этой подложке, причем первый электрод содержит по меньшей мере один первый слой на первом проводнике, причем этот первый слой содержит слой реагентов; и второй электрод на этой подложке, причем толщина первого слоя выбрана таким образом, что импульс считывания, приложенный к первому и второму электродам во время использования, по существу детектирует измеряемое вещество в пределах первого слоя и по существу не детектирует измеряемое вещество за пределами первого слоя.

[0020] В другом варианте воплощения электрохимическая сенсорная полоска дополнительно содержит второй слой между первым проводником и первым слоем, причем толщина второго слоя выбрана таким образом, что импульс считывания, приложенный к первому и второму электродам во время использования, по существу детектирует измеряемое вещество в пределах этого второго слоя и по существу не детектирует измеряемое вещество за пределами второго слоя, включая измеряемое вещество в пределах первого слоя, при этом толщина первого слоя не выбирается таким образом, что импульс считывания, приложенный к первому и второму электродам во время использования, по существу детектирует измеряемое вещество в пределах первого слоя. Толщина второго слоя может составлять по меньшей мере 5 мкм или от 8 до 25 мкм. В другом аспекте толщина второго слоя может составлять по меньшей мере 1 мкм или от 5 до 25 мкм. Второй слой может не включать в себя фермент оксидоредуктазу и/или медиатор, однако может включать в себя полимерный материал.

[0021] В другом варианте воплощения предложен способ повышения точности количественного определения аналита, включающий в себя: обеспечение электрохимической сенсорной полоски, имеющей подложку, первый проводник на этой подложке, второй проводник на этой подложке и по меньшей мере один первый слой на по меньшей мере первом проводнике, причем упомянутый по меньшей мере один первый слой содержит слой реагентов, включающий в себя связующее; введение содержащей аналит пробы с жидким компонентом в электрохимическую сенсорную полоску, причем проба обеспечивает электрическую связь между первым и вторым проводниками; приложение электрического потенциала между первым и вторым проводниками в виде импульса считывания, причем импульс считывания прикладывают в течение такой длительности, чтобы по существу детектировать измеряемое вещество в пределах первого слоя и по существу не детектировать измеряемое вещество за пределами первого слоя; измерение импульса считывания для получения количественного значения концентрации аналита в пробе с повышенной точностью по отношению к электрохимической сенсорной полоске, которая по существу детектирует измеряемое вещество за пределами первого слоя. Также может быть приложен начальный импульс и введена временная задержка перед импульсом считывания.

[0022] В другом варианте воплощения предложена электрохимическая сенсорная полоска, содержащая: подложку; первый электрод на этой подложке, причем первый электрод содержит по меньшей мере один первый слой на первом проводнике, причем первый слой содержит медиатор, связующее и по меньшей мере одну из глюкозооксидазы, глюкоза-дегидрогиназы и их смеси; и второй электрод на подложке, содержащий растворимый редокс-реагент, причем этот растворимый редокс-реагент включает в себя по меньшей мере один из металлоорганического комплекса переходного металла, координационного комплекса переходного металла и их смесей, причем толщина первого слоя выбрана таким образом, что импульс считывания, приложенный к первому и второму электродам во время использования, по существу детектирует измеряемое вещество в пределах первого слоя и по существу не детектирует измеряемое вещество за пределами первого слоя. Второй электрод электрохимической сенсорной полоски может содержать второй редокс-реагент на втором проводнике, причем растворимый редокс-реагент представляет собой первый редокс-реагент окислительно-восстановительной пары, включающей первый реагент и второй реагент, причем молярное отношение первого редокс-реагента ко второму редокс-реагенту составляет более чем примерно 1,2:1.

[0023] В другом варианте воплощения предложена электрохимическая сенсорная полоска, содержащая: подложку; крышку, контактирующую с подложкой с образованием зазора; первый электрод на подложке, содержащий первый проводник; второй слой на первом проводнике, причем между первым проводником и вторым слоем отсутствует слой реагентов; второй электрод на подложке; и слой реагентов в зазоре, причем толщина второго слоя выбрана таким образом, что импульс считывания, приложенный к первому и второму электродам во время использования по существу детектирует измеряемое вещество в пределах второго слоя и по существу не детектирует измеряемое вещество за пределами первого слоя.

[0024] Для обеспечения ясного и точного понимания описания и формулы изобретения ниже приведены следующие определения.

[0025] Термин «система» определяется как электрохимическая сенсорная полоска в электрической связи через ее проводники с электронным измерительным устройством, которая позволяет проводить количественное определение аналита в пробе.

Термин «измерительное устройство» определяется как электронное устройство, которое способно прикладывать электрический потенциал к проводникам электрохимической сенсорной полоски и измерять возникающие вследствие этого электрические токи. Измерительное устройство также может быть наделено технической способностью определять наличие и/или концентрацию одного или более аналитов в ответ на измеренный электрический потенциал.

[0027] Термин «проба» определяется как композиция, содержащая неизвестное количество интересующего аналита. В типичном случае проба для электрохимического анализа находится в жидкой форме, а предпочтительно проба представляет собой водную смесь. Проба может представлять собой биологическую пробу, такую как кровь, моча или слюна. Проба может представлять собой производное биологической пробы, такое как экстракт, разведение, фильтрат или перерастворенный преципитат.

[0028] Термин «аналит» определяется как одно или более веществ, присутствующих в пробе. В процессе измерения определяется присутствие, количество, число или концентрация присутствующего в пробе аналита. Аналит может взаимодействовать с ферментом или другим веществом, которое присутствует во время анализа.

[0029] Термин «точность» определяется как то, насколько близко количество аналита, измеренное с помощью сенсорной полоски, соответствует реальному количеству аналита в пробе.

[0030] Термин «воспроизводимость» определяется как то, насколько близки результаты различных измерений аналита на одной и той же пробе.

[0031] Термин «проводник» определяется как электропроводящее вещество, которое остается стационарным во время электрохимического анализа. Примерами материалов проводника могут служить твердые металлы, металлические пасты, проводящий углерод, проводящие углеродные пасты и проводящие полимеры.

[0032] Термин «неионизируемый материал» определяется как материал, который не ионизируется во время электрохимического анализа аналита. Примеры неионизируемых материалов включают углерод, золото, платину и палладий.

[0033] Термин «измеряемое вещество» определяется как любое электрохимически активное вещество, которое может быть окислено или восстановлено при подходящем потенциале на поверхности электрода электрохимической сенсорной полоски. Примеры измеряемых веществ включают аналит, субстрат или медиатор.

[0034] Термин «стационарное состояние» определяется как такое состояние, при котором скорость диффузии измеряемого вещества в диффузионный барьерный слой (ДБС) является по существу постоянной.

[0035] Термин «оксидоредуктаза» определяется как любой фермент, который облегчает окисление или восстановление измеряемого вещества. Оксидоредуктаза представляет собой реагент. Термин «оксидоредуктаза» включает в себя «оксидазы», которые облегчают реакции окисления, при которых молекулярный кислород выступает в роли акцептора электронов; «редуктазы», которые облегчают реакции восстановления, при которых восстанавливается аналит, а молекулярный кислород не является аналитом; и «дегидрогеназы», которые облегчают реакции окисления, при которых молекулярный кислород не выступает в роли акцептора электронов. Смотри, к примеру, Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology, Revised Edition, A.D. Smith, Ed., New York: Oxford University Press (1997) pp. 161, 476, 477 и 560.

[0036] Термин «медиатор» определяется как вещество, которое может быть окислено или восстановлено и которое может переносить один или более электронов между первым веществом и вторым веществом. Медиатор представляет собой реагент при электрохимическом анализе и не является интересующим аналитом, однако обеспечивает возможность непрямого измерения аналита. В упрощенной системе медиатор претерпевает окислительно-восстановительную реакцию с оксидоредуктазой после того, как оксидоредуктаза была окислена или восстановлена посредством ее контакта с надлежащим аналитом либо субстратом. Окисленный или восстановленный медиатор затем претерпевает обратную реакцию на рабочем электроде и регенерируется до своей исходной степени окисления.

[0037] Термин «электроактивная органическая молекула» определяется как органическая молекула, которая не содержит металла и которая способна претерпевать реакцию окисления или восстановления. Электроактивные органические молекулы могут выступать в роли редокс-реагентов и медиаторов. Примеры электроактивных органических молекул включают кофермент пирролохинолинхинон (PQQ), бензохиноны и нафтохиноны, N-оксиды, нитрозосоединения, гидроксиламины, оксины, флавины, феназины, фенотиазины, индофенолы и индамины.

[0038] Термин «связующее» определяется как материал, который является химически совместимым с реагентами, использованными в слое реагентов рабочего электрода, и который обеспечивает физическое удерживание реагентов в то время, когда эти реагенты содержатся на проводнике электрода.

[0039] Термин «средняя первоначальная толщина» относится к средней высоте слоя в его сухом состоянии до введения жидкой пробы. Термин «средний» используется потому, что верхняя поверхность слоя является неровной, с выступами и впадинами.

[0040] Термин «окислительно-восстановительная реакция» определяется как химическая реакция между двумя веществами (частицами), в ходе которой происходит перенос по меньшей мере одного электрона от первого вещества (частицы) ко второму веществу (частице). Таким образом, окислительно-восстановительная реакция включает в себя полуреакции окисления и восстановления. В ходе окислительной полуреакции происходит потеря по меньшей мере одного электрона первым веществом (частицей), в то время как в ходе восстановительной полуреакции происходит присоединение по меньшей мере одного электрона ко второму веществу (частице). Заряд ионов окисляемого вещества становится более положительным на число, равное количеству перенесенных электронов. Аналогично заряд ионов восстанавливаемого вещества становится менее положительным на число, равное количеству перенесенных электронов.

[0041] Термин «степень окисления» определяется как формальный ионный заряд химической частицы, такой как атом. Более высокая степень окисления, такая как (III), является более положительной, а более низкая степень окисления, такая как (II), является менее положительной. Нейтральная частица имеет нулевой ионный заряд (0). Окисление частицы приводит к повышению степени окисления этой частицы, в то время как восстановление частицы приводит к снижению степени окисления этой частицы.

[0042] Термин «окислительно-восстановительная пара» («редокс-пара») определяется как две парные формы химического вещества, обладающие различными степенями окисления. Восстановление формы с более высокой степенью окисления дает форму с более низкой степенью окисления. Альтернативно окисление формы с более низкой степенью окисления дает форму с более высокой степенью окисления.

[0043] Термин «окисляемое вещество» определяется как вещество окислительно-восстановительной пары в форме с более низкой степенью окисления, которая может быть таким образом окислена до формы с более высокой степенью окисления. Аналогично термин «восстанавливаемое вещество» определяется как вещество окислительно-восстановительной пары в форме с более высокой степенью окисления, которая может быть таким образом восстановлена до формы с более низкой степенью окисления.

[0044] Термин «растворимый редокс-реагент» определяется как вещество, которое способно претерпевать окисление или восстановление и которое растворимо в воде (pH 7, 25°C) в количестве по меньшей мере 1,0 грамм на литр. Растворимые редокс-реагенты включают в себя электроактивные органические молекулы, металлоорганические комплексы переходных металлов и координационные комплексы переходных металлов. Термин «растворимые редокс-реагенты» не включает в себя элементарные металлы и одиночные ионы металлов, в особенности те, которые являются нерастворимыми или плохорастворимыми в воде.

[0045] Термин «металлоорганический комплекс переходного металла», также сокращаемый как OTM(organotransition metal)-комплекс, определяется как комплекс, в котором переходный металл связан с по меньшей мере одним атомом углерода сигма-связью (формальный заряд атома углерода, связанного с переходным металлом сигма-связью, составляет -1) либо пи-связью (формальный заряд атомов углерода, связанных с переходным металлом пи-связью, составляет 0). К примеру, ферроцен представляет собой OTM-комплекс с двумя циклопентадиенильными (Cp) кольцами, каждое из которых связано с центральным атомом железа своими пятью атомами углерода посредством двух пи-связей и одной сигма-связи. Другим примером ОТМ-комплекса является гексацианоферрат(III) и его восстановленная форма гексацианоферрат(II), в которых шесть цианидных лигандов (формальный заряд -1 на каждом из 6 лигандов) связаны с центральным атомом железа углеродными атомами циано-групп посредством сигма-связей.

[0046] Термин «координационный комплекс» определяется как комплекс с ярко выраженной координационной геометрией, такой как октаэдрическая или плоско-квадратная геометрия. В отличие от ОТМ-комплексов, характеризуемых их связями, координационные комплексы характеризуются их геометрией. Так, координационные комплексы могут быть ОТМ-комплексами (к примеру, вышеупомянутый гексацианоферрат) либо комплексами, в которых отличные от углерода атомы неметаллов, такие как гетероатомы азота, серы, кислорода и фосфора, дативно связаны с центральным атомом переходного металла. К примеру, гексаамминрутения представляет собой координационный комплекс с ярко выраженной октаэдрической геометрией, в котором шесть NH₃-лигандов (формальный заряд каждого из 6 лигандов равен 0) дативно связаны с центральным ионом рутения. Более полное описание металлоорганических и координационных комплексов переходных металлов, а также особенностей связывания переходных металлов можно найти в книгах Collman et al., Principles and Applications of Organotransition Metal Chemistry (1987) и Miessler & Tarr, Inorganic Chemistry (1991).

[0047] Термин «на» определяется как «над» и относится к описываемой ориентации. К примеру, если первый элемент помещают поверх по меньшей мере части второго элемента, то говорят, что первый элемент «нанесен на» второй. В другом примере, если первый элемент находится над по меньшей мере частью второго элемента, то говорят, что первый элемент находится «на» втором. Использование термина «на» не исключает присутствия веществ между верхним и нижним описываемыми элементами. К примеру, первый элемент может иметь покрытие по своей верхней поверхности, а уже второй элемент поверх по меньшей мере части первого элемента и его верхнего покрытия может быть описан как находящийся «на» первом элементе. Таким образом, использование термина «на» может означать, а может и не означать, что два рассматриваемых элемента находятся в физическом контакте.

Краткое описание графических материалов

[0048] Настоящее изобретение может быть понято более глубоко при обращении к нижеследующим графическим материалам и описанию. Конструктивные элементы на фигурах необязательно показаны в масштабе, вместо этого особое внимание уделено иллюстрированию принципов изобретения. Помимо этого, на фигурах сходные ссылочные позиции обычно обозначают соответствующие части по всем различным видам.

[0049] Фиг.1 представляет собой схематический вид сверху подложки сенсора, содержащей рабочий электрод и противоэлектрод.

[0050] Фиг.2 представляет собой схематический вид сбоку подложки сенсора согласно Фиг.1.

[0051] Фиг.3 представляет собой схематический вид сверху подложки сенсора и электродов под диэлектрическим слоем.

[0052] Фиг.4-6 представляют собой виды сверху трехэлектродных сенсорных полосок.

[0053] Фиг.7 представляет собой схематический вид сбоку подложки сенсора согласно Фиг.5, изображающий третий электрод.

[0054] Фиг.8 представляет собой перспективное изображение полностью собранной сенсорной полоски.

[0055] Фиг.9А и 9В иллюстрируют рабочий электрод с поверхностью проводника и ДБС во время приложения коротких и длинных импульсов считывания.

[0056] Фиг.10А и 10В представляют собой графики, иллюстрирующие повышение точности измерения при использовании комбинации ДБС с коротким импульсом считывания в соответствии с настоящим изобретением.

[0057] Фиг.11А и 11В представляют собой графики, иллюстрирующие повышение точности измерения, возникающее в результате снижения длительности импульса считывания при использовании ДБС.

[0058] Фиг.12 представляет собой таблицу, сопоставляющую систематические погрешности результатов измерений, проведенных с различными типами сенсорных полосок с диффузионным барьерным слоем для 1- и 10-секундных импульсов считывания.

[0059] Фиг.13А-13С представляют собой графики, иллюстрирующие способность сенсорных полосок с ДБС в соответствии с настоящим изобретением точно измерять истинную концентрацию глюкозы в пробе при использовании короткого импульса считывания.

[0060] Фиг.14А-14F представляют собой графики, иллюстрирующие профили затухания тока для различных концентраций глюкозы при использовании скомбинированного со слоем реагентов ДБС различной толщины с последовательными односекундными импульсами считывания.

[0061] Фиг.14G иллюстрирует профили затухания тока для различных концентраций глюкозы при использовании скомбинированного со слоем реагентов ДБС толщиной от 1 до 2 мкм с первоначальным 1-секундным импульсом, за которым следовали последовательные 0,25-секундные импульсы считывания.

[0062] На Фиг.15 сопоставлена воспроизводимость сенсорных полосок с ДБС и объемом зазоров 1, 3, 5 и 10 мл при приложении импульсов считывания в 1, 5, 10 и 15 секунд.

Подробное описание изобретения

[0063] Миниатюрные электрохимические ячейки предоставляют пациентам выгодную возможность почти мгновенно измерять свой уровень глюкозы. Одним из главных факторов, вносящих ошибки в подобные измерения, является эффект гематокрита. Эффект гематокрита проявляется, когда эритроциты произвольным образом воздействуют на скорость диффузии измеряемых веществ к поверхности проводника рабочего электрода.

[0064] Ошибки измерений, вносимые эффектом гематокрита и отклонениями в процессе производства, могут быть снижены путем измерения уровня измеряемого вещества, находящегося в диффузионном барьерном слое (ДБС) при практическом исключении измеряемого вещества за пределами ДБС. По существу исключение измеряемого вещества за пределами ДБС может быть достигнуто за счет выбора толщины ДБС исходя из длительности импульса считывания либо за счет выбора длительности импульса считывания исходя из толщины ДБС.

[0065] Фиг.1 представляет собой вид сверху подложки 10 сенсора с проводниками 12 и 14, которая содержит рабочий электрод 20 и противоэлектрод 30. Фиг.2 представляет собой вид сбоку подложки 10 сенсора, иллюстрирующий рабочий электрод 20 и противоэлектрод 30. Рабочий электрод 20 может включать в себя первый главный проводник 22, в то время как противоэлектрод 30 может включать в себя второй главный проводник 32. Необязательно на главных проводниках 22 и 32 могут располагаться соответственно поверхностные проводники 24 и 34. На главном проводнике 22 рабочего электрода 20 также может располагаться диффузионный барьерный слой (ДБС) 28.

[0066] В одном из аспектов главные проводники 22 и 32 могут включать в себя металлическую фольгу, которая является прилегающей к поверхностным проводникам 24 и 34, включающим в себя один или более слоев углеродного порошка. Рабочий электрод 20 может включать в себя первый слой 26 реагентов, располагающийся на первом главном проводнике 22, в то время как противоэлектрод 30 может включать в себя второй слой 36 реагентов, располагающийся на втором главном проводнике 32. В другом аспекте противоэлектрод 30 может быть противоэлектродом сравнения либо противоэлектродом, покрытым растворимым редокс-реагентом с известным потенциалом окисления или восстановления. Подложка 10 сенсора может иметь другие конфигурации, в том числе конфигурации с меньшим числом компонентов или с дополнительными компонентами согласно известному в данной области техники. Для ознакомления с дополнительными конструкциями сенсоров смотри, к примеру, патенты США № 5120420 и 5798031, оба из которых включены сюда посредством ссылки.

[0067] Подложка 10 сенсора предпочтительно представляет собой электрический изолятор (диэлектрик), способный изолировать электрохимическую систему от ее окружения. Во время использования рабочий электрод 20 и противоэлектрод 30 находятся в электрической связи с измерительным устройством (не показано) посредством проводников 12 и 14 соответственно. Измерительное устройство может прикладывать электрический потенциал между рабочим электродом 20 и противоэлектродом 30. Затем измерительное устройство может количественно детектировать электрический ток, протекающий между рабочим электродом 20, пробой (не показана) и противоэлектродом 30. Проба может устанавливать электрическую связь между электродами 20, 30.

[0068] Главные проводники 22 и 32, а также необязательные поверхностные проводники 24 и 34 электродов 20 и 30 могут содержать любое электропроводящее вещество, в том числе металлы, проводящие полимеры и проводящий углерод. Примеры электропроводящих веществ включают тонкий слой металла, такого как золото, серебро, платина, палладий, медь или вольфрам, а также тонкий слой проводящего углеродного порошка. Предпочтительно проводники, находящиеся в контакте с пробой во время использования сенсора, выполнены из инертных материалов для того, чтобы проводник не претерпевал результирующей реакции окисления или восстановления во время проведения анализа. Более предпочтительно, электроды, находящиеся в контакте с пробой во время использования сенсора, выполнены из неионизирующихся материалов, таких как углерод, золота, платина и палладий.

[0069] Металлы могут быть нанесены на подложку 10 путем наложения металлической фольги, путем химического осаждения из паровой фазы либо путем нанесения суспензии металла. Проводящий углерод может быть нанесен на положку 10, к примеру, путем пиролиза углеродсодержащего материала или путем нанесения суспензии углеродного порошка. Суспензия может содержать более чем один тип электропроводящего вещества. К примеру, суспензия может содержать порошок и палладия, и углерода. В случае нанесения суспензии жидкотекучая смесь может быть нанесена в виде пасты на материал подложки, как это описано в патенте США № 5798031.

[0070] В случае когда поверхностные проводники 24 и 34 накладываются на главные проводники 22 и 32, является предпочтительным, чтобы вещество, из которого изготовлены поверхностные проводники, представляло собой неионизирующийся проводящий материал. В случае когда главные проводники 22 и 32 используются без отдельных поверхностных проводников 24 и 34, является предпочтительным, чтобы проводящий материал, из которого изготовлены главные проводники, был неионизирующимся. Более предпочтительно часть противоэлектрода 30 в контакте со вторым слоем 36 реагентов (либо главный проводник 32, либо поверхностный проводник 34) изготавливается из неионизирующегося материала.

[0071] ДБС может быть интегрирован в слой 26 реагентов, либо он может представлять собой отдельный слой 28 согласно проиллюстрированному на Фиг.2. Таким образом, ДБС может быть сформирован как скомбинированный со слоем реагентов диффузионный барьерный слой на поверхности проводника, как отдельный слой на поверхности проводника, как отдельный слой на поверхности проводника, на котором располагается слой реагентов, либо как отдельный слой на слое реагентов.

[0072] ДБС обеспечивает пористое пространство с определенным внутренним объемом, где может располагаться измеряемое вещество. Поры ДБС выбираются таким образом, что измеряемое вещество может диффундировать в ДБС, в то время как физически более крупные компоненты пробы, такие как ККТ (эритроциты), по существу исключаются. Хотя в традиционных сенсорных полосках использовались различные материалы для отфильтровывания ККТ от рабочего электрода, ДБС согласно настоящему изобретению дополнительно предоставляет внутреннее пористое пространство для содержания части измеряемого вещества и изоляции ее от объема пробы.

[0073] При управлении продолжительностью измерительной реакции на поверхности проводника сенсорная полоска может измерять измеряемое вещество внутри ДБС, одновременно по существу исключая из измерения измеряемое вещество за пределами ДБС. По отношению к поверхности проводника внутренний объем ДБС изменяет физический параметр скорости диффузии содержащегося внутри него измеряемого вещества по сравнению со скоростью диффузии измеряемого вещества вне ДБС.

[0074] Поскольку измеряемое вещество внутри ДБС диффундирует к поверхности проводника с иной скоростью, нежели измеряемое вещество за пределами ДБС, продолжительность измерительной реакции на рабочем электроде определяет, какая часть измеряемого вещества будет измерена