Вольтамперометрический способ определения концентрации аналита в образце и устройство для определения концентрации аналита

Вольтамперометрический способ определения концентрации аналита в образце и устройство для определения концентрации аналита

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ССЫЛКА НА ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ЗАЯВКИ

По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной патентной заявки США №60/722584, поданной 30 сентября 2005 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к количественному определению аналитов в биологических жидкостях.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Количественное определение аналитов в биологических жидкостях применяют при диагностике и лечении физиологических расстройств. Например, определение уровня глюкозы в биологических жидкостях, таких как кровь, важно для людей, страдающих диабетом, которые должны часто тестировать уровень глюкозы крови для контролирования диеты и/или лечения.

Для данного типа анализа применяют электрохимические системы. В ходе анализа аналит подвергают окислительно-восстановительной реакции с помощью фермента или аналогичного препарата для генерирования электрического тока, который можно измерять и который соотносится с концентрацией аналита. Путем уменьшения времени, требуемого на анализ, можно получить предпочтение для пользователя, в то же время обеспечивая надлежащую точность и воспроизводимость.

Один из примеров электрохимической сенсорной системы для анализа аналитов в биологических жидкостях включает измерительное устройство и сенсорную панель. Сенсорная панель включает реагенты, которые реагируют с аналитом и переносят электроны аналита в ходе анализа, и электроды для передачи электронов через проводники к устройству. Измерительное устройство имеет контакты для получения электронов от панели, и для него обеспечена возможность приложения разности потенциалов между контактами. Устройство может регистрировать ток, проходящий через сенсор, и переводить значения тока в показатель содержания аналита в образце. Эти сенсорные системы могут анализировать одну каплю цельной крови (WB) объемом от 1 до 15 микролитров (мкл).

Примеры настольных измерительных устройств включают анализатор BAS 100B, поставляемый BAS Instruments, West Lafayette, Indiana; анализатор CH Instrument, поставляемый CH Instruments, Austin, Texas; электрохимическую рабочую станцию Cypress, поставляемую Cypress Systems, Lawrence, Kansas; и электрохимический прибор EG&G, поставляемый Princeton Research Instruments, Princeton, New Jersey. Примеры переносных измерительных устройств включают измерители Ascensia Breeze^® и Elite^® от Bayer Corporation.

Сенсорная панель может содержать рабочий электрод, где аналит подвергается электрохимической реакции, и противоэлектрод, где происходит противоположная электрохимическая реакция, обеспечивая прохождение тока между электродами. Таким образом, если окисление происходит на рабочем электроде, восстановление происходит на противоэлектроде (смотрите, например, Fundamentals Of Analytical Chemistry, 4^th издание, D.A.Skoog и D.M.West; Филадельфия: Saunders College Publishing (1982), стр. 304-341).

Сенсорная панель также может включать регулирующий контрольный электрод для подачи инвариантного относительного потенциала на измерительное устройство. Хотя известно множество материалов для контрольных электродов, типичной является смесь серебра (Ag) и хлорида серебра (AgCl) благодаря нерастворимости смеси в водной среде анализируемого раствора. Контрольный электрод можно также использовать в качестве противоэлектрода. Сенсорная панель с использованием такого сочетания контрольного электрода-противоэлектрода описана в патенте US №5820551.

Сенсорную панель можно изготовить нанесением электродов на диэлектрическую подложку с использованием множества способов (смотрите, например, патенты US №№6531040, 5798031 и 5120420). Один или несколько слоев реагента можно получить нанесением на один или несколько электродов, таких как рабочий электрод и/или противоэлектрод. В одном из аспектов более одного электрода можно покрыть одинаковым слоем реагента, например, когда на рабочий электрод и противоэлектрод наносят одинаковую композицию. В другом аспекте слои реагента, содержащие разные композиции, можно наносить или наносить в микроколичествах на рабочий электрод и противоэлектрод с использованием способа, описанного в предварительной патентной заявке США №60/513817, поданной 24 октября 2003 года. Таким образом, слой реагента на рабочем электроде может содержать фермент, медиатор и связующее вещество, в то время как слой реагента на противоэлектроде содержит растворимое окислительно-восстановительное вещество, которое может являться таким же, как медиатор, или другим, и связующее вещество.

Слой реагента может содержать ионизирующее вещество для облегчения окисления или восстановления аналита, а также любые медиаторы или другие вещества, которые помогают переносить электроны между аналитом и проводником. Ионизирующее вещество может являться специфичным для аналита ферментом, таким как глюкозооксидаза или глюкозодегидрогеназа, чтобы катализировать окисление глюкозы в образце WB. Слой реагента также может содержать связующее вещество, которое удерживает вместе фермент и медиатор. В таблице I ниже представлены общепринятые сочетания ферментов и медиаторов для использования со специфическими аналитами.

Таблица I
Аналит	Фермент	Медиатор
Глюкоза	Глюкозооксидаза	Феррицианид
Глюкоза	Глюкозодегидрогеназа	Феррицианид
Холестерин	Холестериноксидаза	Феррицианид
Лактат	Лактатоксидаза	Феррицианид
Мочевая кислота	Уриказа	Феррицианид
Спирт	Алкогольоксидаза	Фенилендиамин

Связующее вещество может включать полимеры различных типов и молекулярных масс, такие как CMC (карбоксилметилцеллюлоза) и/или PEO (полиэтиленоксид). Кроме связывания реагентов друг с другом, связующее вещество может помогать при фильтрации красных кровяных клеток, предотвращая покрытие ими поверхности электрода.

Примеры общепринятых электрохимических сенсорных систем для анализа аналитов в биологических жидкостях включают биосенсоры Precision^®, поставляемые Abbott, Abbott Park, Illinois; биосенсоры Accucheck^®, поставляемые Roche, Indianapolis, Indiana; и биосенсоры OneTouch Ultra^®, поставляемые Lifescan, Milpitas, California.

Один из электрохимических способов, которые применяют для количественного определения аналитов в биологических жидкостях, представляет собой кулонометрию. Например, в патенте US №6120676 раскрыт кулонометрический способ для измерений глюкозы WB. При кулонометрии концентрацию аналита количественно определяют полным окислением аналита в малом объеме и интегрированием тока по времени окисления для получения электрического заряда, представляющего концентрацию аналита. Таким образом, кулонометрия фиксирует суммарное количество аналита, которое присутствует на сенсорной панели.

Важный аспект кулонометрии состоит в том, что по направлению к концу кривой интегрирования заряда по времени скорость, с которой ток изменяется со временем, становится по существу постоянной, что приводит к стационарному состоянию. Эта стационарная часть кулонометрической кривой образует относительно плоский участок, плато, позволяя определить соответствующий ток. Однако для кулонометрического способа требуется полное превращение всего объема аналита для достижения стационарного состояния. Как результат, этот способ требует значительного количества времени и не обеспечивает быстрое получение результатов, которые необходимы пользователям электрохимических устройств, таких как средства, осуществляющие мониторинг глюкозы. Другая проблема кулонометрии состоит в том, что необходимо контролировать малый объем сенсорной ячейки для обеспечения точных результатов, что может являться сложным при массовом производстве устройства.

Другим электрохимическим способом, который применяют для количественного определения аналитов в биологических жидкостях, является амперометрия. При амперометрии ток измеряют в течение импульса считывания, при этом постоянную разность потенциалов (напряжение) прикладывают между рабочим электродом и противоэлектродом сенсорной панели. Измеряемый ток используют для количественного определения аналита в образце. С помощью амперометрии измеряют скорость, с которой электрохимически активное вещество, такое как аналит, подвергается окислению или восстановлению около рабочего электрода. Описано много вариаций амперометрического способа для биосенсоров, например, в патентах US №№5620579, 5653863, 6153069 и 6413411.

Недостатком общепринятых амперометрических способов является нестационарная природа тока после приложения разности потенциалов. Скорость изменения тока вначале является очень высокой, но с течением времени становится более низкой по мере проведения анализа вследствие изменяющейся природы лежащего в основе процесса диффузии. До тех пор пока скорость потребления восстановленного медиатора на поверхности электрода не сравняется со скоростью диффузии, невозможно получить стационарный ток. Таким образом, для общепринятых способов амперометрии измерение тока в течение переходного периода перед достижением стационарного состояния может быть связано с большей неточностью, чем измерение, осуществляемое в течение стационарного периода времени.

«Гематокритный эффект» препятствует точному анализу концентрации глюкозы в образцах WB. Образцы WB содержат красные кровяные (RB) клетки и плазму. Плазма в основном состоит из воды, но также содержит некоторые белки и глюкозу. Гематокрит представляет собой объем составной части из RB-клеток по отношению к суммарному объему образца WB, и его часто выражают в виде процентной доли. Образцы цельной крови, как правило, обладают процентными долями гематокрита от 20 до 60%, со средним значением около 40%.

В общепринятых сенсорных панелях глюкозу можно окислять ферментом, который затем передает электроны на медиатор. Этот восстановленный медиатор затем перемещается к рабочему электроду, где он электрохимически окисляется. Количество окисленного медиатора может коррелировать с током, проходящим между рабочим электродом и противоэлектродом сенсорной панели. Количественно ток, измеряемый на рабочем электроде, прямо пропорционален коэффициенту диффузии медиатора. Гематокритный эффект препятствует этому процессу, так как RB-клетки блокируют диффузию медиатора к рабочему электроду. Следовательно, гематокритный эффект влияет на количество тока, измеряемого на рабочем электроде, без какой-либо связи с количеством глюкозы в образце.

Образцы WB, содержащие варьирующие концентрации RB-клеток, могут приводить к неточностям в измерении, так как сенсор может не отличать более низкую концентрацию медиатора от более высокой концентрации медиатора, если RB-клетки блокируют диффузию к рабочему электроду. Например, если анализируют образцы WB, содержащие идентичные уровни глюкозы, но обладающие гематокритами 20, 40 и 60%, три разных показания глюкозы будут выданы общепринятой сенсорной системой, основанной на одном множестве калибровочных постоянных (наклон и отсекаемый отрезок, например). Даже если концентрации глюкозы одинаковы, система выдаст сообщение о том, что образец с 20% гематокритом содержит больше глюкозы, чем образец с 60% гематокрита, вследствие того, что RB-клетки препятствуют диффузии медиатора к рабочему электроду.

Нормальный диапазон гематокрита (концентрация RBC) для человека составляет от 20 до 60% и концентрируется в области 40%. Отклонение гематокрита отвечает за различие между эталонной концентрацией глюкозы, полученной с помощью эталонного прибора, такого как YSI 2300 STAT PLUS^TM, поставляемого YSI Inc., Yellow Springs, Ohio, и опытным показанием глюкозы, полученным с помощью переносной сенсорной системы, для образцов, содержащих отличающиеся уровни гематокрита. Различие между эталонными и опытными показаниями возникает из-за варьирующихся уровней гематокрита в конкретных образцах WB.

Кроме гематокритного эффекта неточности измерения также могут возникать в случае, если концентрация измеряемого вещества не коррелирует с концентрацией аналита. Например, если сенсорная система определяет концентрацию восстановленного медиатора, полученную в ответ на окисление аналита, любой восстановленный медиатор, не полученный окислением аналита, будет приводить к тому, что сенсорная система будет показывать большее количество аналита, чем то, которое действительно присутствует в образце, вследствие фонового влияния медиатора.

Кроме эффектов гематокрита и фонового влияния медиатора, другие факторы также могут приводить к неточностям в способности общепринятой электрохимической сенсорной системы определять концентрацию аналита в образце. В одном из аспектов эти неточности могут возникать вследствие того, что часть сенсорной панели, которая содержит образец, может отличаться по объему от панели к панели. Неточности могут также возникать в случае, если не обеспечено достаточное количество образца для полного заполнения объема пространства заглушки, состояние, обозначаемое как неполное заполнение. В других аспектах неточности могут возникать в ходе измерения вследствие случайного «шума» и когда у сенсорной системы отсутствует способность точно определять изменения температуры в образце.

В попытке преодолеть один или несколько из этих недостатков в общепринятых сенсорных системах применяют множество технических приемов, не только в отношении механической конструкции сенсорной панели и выбора реагента, но также относительно способа, с помощью которого в измерительном устройстве прикладывают разность электрических потенциалов к панели. Например, общепринятые способы снижения гематокритного эффекта для амперометрических сенсоров включают использование фильтров, как описано в патентах US №№5708247 и 5951836; обращение полярности прикладываемого тока, как описано в публикации WO 01/57510; и способы, которые делают максимальным внутреннее сопротивление образца, как описано в патенте US №5628890.

Многочисленные способы приложения разности электрических потенциалов к панели, обычно обозначаемые как импульсные способы, последовательности или циклы, используют для преодоления неточностей в определении концентрации аналита. Например, в патенте US №4897162 импульсный способ включает непрерывное приложение возрастающей и падающей разности потенциалов, которые смешиваются, приводя к волне в виде последовательности треугольных импульсов. Более того, в публикации WO 2004/053476 и патентных заявках US 2003/0178322 и 2003/0113933 описаны импульсные способы, которые включают непрерывное приложение возрастающей и падающей разности потенциалов, которые также изменяют полярность.

Другие общепринятые способы сочетают специфическую конфигурацию электрода с импульсной последовательностью, адаптированной для этой конфигурации. Например, в патенте US №5942102 сочетается специфическая конфигурация электрода, снабженная тонкослойной ячейкой, с непрерывным импульсом, так что продукты реакции от противоэлектрода поступают на рабочий электрод. Это сочетание используют для проведения реакции до тех пор, пока изменение тока от времени не станет постоянным, причем достигают истинного стационарного состояния для медиатора, перемещающегося между рабочим электродом и противоэлектродом в ходе скачка потенциала. Так как каждый из этих способов имеет различные преимущества и недостатки, ни один из них не является идеальным.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является улучшение электрохимических сенсорных систем, в особенности тех, которые могут обеспечить все более точное определение концентрации аналита за меньшее время, и создание систем, устройства и способов, которые обеспечивают преодоление, по меньшей мере, одного из недостатков известных систем.

Согласно изобретению предложен вольтамперометрический способ определения концентрации аналита в образце, который включает следующие шаги: приложение импульсной последовательности к образцу и измерение результирующих токов, причем импульсная последовательность состоит, по меньшей мере, из двух рабочих циклов. В дополнение к, по меньшей мере, двум рабочим циклам, импульсная последовательность может содержать терминальный импульс считывания и/или начальную временную задержку, и ее можно прикладывать к сенсорной панели, содержащей диффузионный барьерный слой на рабочем электроде. Способ может обладать меньшей погрешностью, связанной с фоновым влиянием медиатора, чем концентрация аналита, определяемая другим способом или вольтамперометрическим способом, у которого отсутствует импульсная последовательность, содержащая, по меньшей мере, два рабочих цикла. Образец может являться жидкостью, включая биологическую жидкость, а аналит может представлять собой глюкозу.

Рабочие циклы могут включать возбуждение, включающее разность потенциалов, изменяющуюся с течением времени, или разность потенциалов, изменяющуюся линейно с течением времени, такое как линейное, циклическое, нециклическое возбуждение или сочетание этих типов возбуждения. Величину тока можно регистрировать в ходе каждого возбуждения, и импульсная последовательность может включать терминальный импульс считывания. Рабочие циклы могут включать нециклические возбуждения, по существу невключающие пик обратного окисления или пик обратного восстановления, и могут уменьшать концентрацию медиатора в образце, не связанную с аналитом, по отношению к способу, где рабочие циклы включают циклические возбуждения. Рабочие циклы могут включать нециклические возбуждения, завершающиеся перед инициацией пика обратного тока, причем нециклические возбуждения по существу не включают пики прямого и обратного окисления и восстановления, или нециклические возбуждения по существу в пределах ограниченной диффузией области тока окислительно-восстановительной пары.

Способ может включать определение, по меньшей мере, одного контурного профиля и использование, по меньшей мере, одного вида обработки данных, такого как полуинтеграл, полупроизводная или производная, по отношению к результирующим токам. Способ может также включать определение совокупности калибровочных множеств, исходя из токов, и определение количества рабочих циклов, исходя из совокупности калибровочных множеств. Определение концентрации аналита может включать усреднение множества величин концентраций, полученных исходя из совокупности калибровочных множеств.

Способ также может включать определение того, является ли сенсорная панель, содержащая образец, не полностью заполненной образцом. Это определение может включать сравнение, по меньшей мере, одной величины токов с предварительно выбранной величиной. Способ также может включать определение содержания активного ионизирующего вещества сенсорной панели, причем определение можно осуществлять с помощью определения соотношения величин прямого и обратного сканированных токов. В одном из аспектов это соотношение ранее коррелировало с известными количествами активного ионизирующего вещества. В другом аспекте наклон калибровки можно изменять в ответ на содержание активного ионизирующего вещества сенсорной панели. В другом аспекте соотношение времени возбуждения/релаксации рабочих циклов может составлять от 0,3 до 0,2.

Предложено переносное устройство для измерения аналитов для определения концентрации аналита в образце. Устройство содержит стробируемое вольтамперометрическое измерительное устройство, адаптированное для подключения сенсорной панели. Стробируемое амперометрическое измерительное устройство содержит, по меньшей мере, два контакта устройства, электрически связанные с дисплеем посредством электрической схемы. Сенсорная панель включает, по меньшей мере, первый и второй контакты сенсорной панели. Первый контакт сенсорной панели электрически связан с рабочим электродом, и второй контакт сенсорной панели электрически связан с противоэлектродом посредством проводников. Первый слой реагента находится, по меньшей мере, на одном из электродов и содержит оксидоредуктазу и, по меньшей мере, одно из веществ окислительно-восстановительной пары. Электроды могут располагаться на одной и той же или разных подложках.

Предложено переносное измерительное устройство для определения концентрации аналита в образце, адаптированное для подключения сенсорной панели. Устройство содержит контакты, по меньшей мере, один дисплей и электрическую схему, устанавливающую электрическую связь между контактами и дисплеем. Схема содержит электрическое зарядное устройство и процессор, причем процессор электрически связан со считываемым компьютером носителем информации. Носитель содержит читаемую компьютером программу, которая при выполнении процессором заставляет зарядное устройство формировать стробированную вольтамперометрическую импульсную последовательность, включающую, по меньшей мере, два рабочих цикла.

Предложен способ уменьшения погрешности, связанной с фоновым влиянием медиатора в определяемой концентрации аналита в образце, который заключается в использовании стробированной вольтамперометрической импульсной последовательности, включающей, по меньшей мере, два рабочих цикла.

Предложен способ определения продолжительности импульсной последовательности, включающей, по меньшей мере, 2 рабочих цикла, для определения концентрации аналита в образце, который заключается в определении совокупности множеств калибровочных постоянных, определяемых исходя из токов, регистрируемых в течение, по меньшей мере, 2 рабочих циклов, и определении продолжительности импульсной последовательности в ответ на определяемую концентрацию аналита в образце. Импульсная последовательность может являться стробированной вольтамперометрической импульсной последовательностью.

Предложен способ, сигнализирующий пользователю о добавлении дополнительного образца на сенсорную панель, который заключается в определении, является ли сенсорная панель не полностью заполненной, путем сравнения, по меньшей мере, одной величины тока, зарегистрированной от импульсной последовательности, включающей, по меньшей мере, 2 рабочих цикла, с предварительно выбранной величиной, и сигнализации пользователю о добавлении дополнительного образца на сенсорную панель, если панель не полностью заполнена. Импульсная последовательность может являться стробированной вольтамперометрической импульсной последовательностью. Сенсорная панель может включать два электрода, и определение можно осуществлять менее чем за пять секунд.

Предложен вольтамперометрический способ определения концентрации аналита в образце, который включает в себя: приложение импульсной последовательности к образцу и измерение результирующих токов, причем импульсная последовательность включает, по меньшей мере, 2 рабочих цикла, обладающих соотношениями времени возбуждения/релаксации от 0,3 до 0,2. Способ может являться более точным, чем определение концентрации аналита с помощью другого способа, где соотношение времени возбуждения/релаксации импульса выше 0,3.

Предложен электрохимический способ определения концентрации аналита в образце, который включает усовершенствование, включающее приложение стробированной вольтамперометрической импульсной последовательности к образцу, включающей, по меньшей мере, два рабочих цикла.

Предлагаются следующие определения для ясного и непротиворечивого понимания описания и формулы изобретения.

Термин «аналит» определяют как одно или несколько веществ, присутствующих в образце. С помощью анализа определяют присутствие и/или концентрацию аналита, присутствующего в образце.

Термин «образец» определяют как композицию, которая может содержать неизвестное количество аналита. Как правило, образец для электрохимического анализа представляет собой жидкость, и предпочтительно образец является водной смесью. Образец может являться биологическим образцом, таким как кровь, моча или слюна. Образец также может представлять собой производное биологического образца, такое как экстракт, раствор, фильтрат или растворенный преципитат.

Термин «вольтамперометрия» определяют как способ анализа, в котором концентрацию аналита в образце определяют электрохимическим измерением скорости окисления или восстановления аналита при изменяющейся разности потенциалов.

Термин «система» или «сенсорная система» определяют как сенсорную панель, электрически связанную через проводники с измерительным устройством, которое позволяет количественно определять аналит в образце.

Термин «сенсорная панель» определяют как устройство, которое содержит образец в ходе анализа и обеспечивает электрическую связь между образцом и измерительным устройством. Часть сенсорной панели, которая содержит образец, часто обозначают как «пространство заглушки».

Термин «проводник» определяют как проводящее электричество вещество, которое остается неизменным в ходе электрохимического анализа.

Термин «измерительное устройство» определяют как одно или несколько электронных устройств, которые могут прикладывать электрическую разность потенциалов к проводникам сенсорной панели и измерять результирующий ток. Измерительное устройство также может включать технологическую возможность определения присутствия и/или концентрации одного или нескольких аналитов в ответ на регистрируемые величины токов.

Термин «точность» определяют как то, насколько близко количество аналита, измеряемого сенсорной панелью, соответствует истинному количеству аналита в образце. В одном из аспектов точность можно выражать в терминах погрешности.

Термин «воспроизводимость» определяют как то, насколько близко расположены множественные измерения аналита для одного и того же образца. В одном из аспектов воспроизводимость можно выражать в терминах разброса или вариации между множественными измерениями.

Термин «окислительно-восстановительная реакция» определяют как химическую реакцию между двумя веществами, включающую перенос, по меньшей мере, одного электрона от первого вещества ко второму веществу. Таким образом, окислительно-восстановительная реакция включает окисление и восстановление. Окислительный полуэлемент реакции включает утрату, по меньшей мере, одного электрона первым веществом, в то время как восстановительный полуэлемент включает присоединение, по меньшей мере, одного электрона вторым веществом. Ионный заряд вещества, которое окислено, становится более положительным на количество, равное количеству утраченных электронов. Аналогично, ионный заряд вещества, которое восстановлено, становится менее положительным на количество, равное количеству присоединенных электронов.

Термин «медиатор» определяют как вещество, которое может являться окисленным или восстановленным и которое может переносить один или несколько электронов. Медиатор является реагентом в электрохимическом анализе и не является интересующим аналитом, но обеспечивает непрямое измерение аналита. В простейшей системе медиатор подвергается окислительно-восстановительной реакции в ответ на окисление или восстановление аналита. Окисленный или восстановленный медиатор затем подвергается противоположной реакции на рабочем электроде сенсорной панели и восстанавливает свою первоначальную степень окисления.

Термин «связующее вещество» определяют как материал, который обеспечивает физическое закрепление и удерживание реагентов, при этом обладая химической совместимостью с реагентами.

Термин «фоновое влияние медиатора» определяют как погрешность, вносимую в измеряемую концентрацию аналита, связанную с измеряемым веществом, которая не зависит от лежащей в основе концентрации аналита.

Термин «измеряемое вещество» определяют как любое электрохимически активное вещество, которое можно подвергнуть окислению или восстановлению при подходящем потенциале на рабочем электроде электрохимической сенсорной панели. Примеры измеряемых веществ включают аналиты, оксидоредуктазы и медиаторы.

Термин «неполное заполнение» определяют как то, когда недостаточное количество образца вносят на сенсорную панель для получения точного анализа.

Термин «окислительно-восстановительная пара» определяют как два сопряженных вида химического вещества, обладающих разными степенями окисления. Восстановление вещества, обладающего более высокой степенью окисления, приводит к образованию вещества, обладающего более низкой степенью окисления. Альтернативно, окисление вещества, обладающего более низкой степенью окисления, приводит к образованию вещества, обладающего более высокой степенью окисления.

Термин «степень окисления» определяют как формальный ионный заряд химического вещества, такого как атом. Более высокая степень окисления, такая как (III), является более положительной, и более низкая степень окисления, такая как (II), является менее положительной.

Термин «обратимая окислительно-восстановительная пара» определяют как пару окислительно-восстановительных веществ, где разделение между прямым и обратным сканированиями полуинтеграла составляет самое большее 30 мВ на полувысоте перехода si_ss. Например, на фиг.10A приведены прямое и обратное полуинтегральное сканирования для окислительно-восстановительной пары феррицианид/ферроцианид в дополнение к высоте перехода si_ss. На линии, где полувысота линии перехода si_ss пересекает линии прямого и обратного сканирований, разделение между линиями составляет 29 мВ, что устанавливает обратимость окислительно-восстановительной пары феррицианид/ферроцианид при изображенной скорости сканирования.

Термин «квазиобратимая окислительно-восстановительная пара» определяют как окислительно-восстановительную пару, где разделение между прямым и обратным сканированиями полуинтеграла больше 30 мВ на полувысоте перехода si_ss для окислительно-восстановительной пары.

Термин «растворимое окислительно-восстановительное вещество» определяют как вещество, которое способно подвергаться окислению или восстановлению и которое растворимо в воде (pH 7, 25°C) на уровне, по меньшей мере, 1,0 грамма на литр. Растворимое окислительно-восстановительное вещество включает электроактивные органические молекулы, органические комплексы переходных металлов и координационные комплексы переходных металлов. В термин «растворимое окислительно-восстановительное вещество» не включают элементарные металлы и одиночные ионы металлов, в особенности те, которые нерастворимы или плохо растворимы в воде.

Термин «оксидоредуктаза» определяют как любой фермент, который облегчает окисление или восстановление аналита. Оксидоредуктаза является реагентом. Термин «оксидоредуктаза» включает «оксидазы», которые облегчают окислительные реакции, в которых молекулярный кислород является акцептором электронов; «редуктазы», которые облегчают восстановительные реакции, в которых аналит подвергается восстановлению и молекулярный кислород не является аналитом; и «дегидрогеназы», которые облегчают окислительные реакции, в которых молекулярный кислород не является акцептором электронов (смотрите, например, 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).

Термин «электроактивная органическая молекула» определяют как органическую молекулу, у которой отсутствует металл, способный подвергаться окислительной или восстановительной реакции. Электроактивные органические молекулы могут служить в качестве медиаторов.

Термин «органический комплекс переходных металлов», также обозначаемый как «OTM-комплекс», определяют как комплекс, в котором переходный металл связан, по меньшей мере, с одним атомом углерода посредством сигма-связи (формальный заряд -1 на атоме углерода, связанном сигма-связью с переходным металлом) или пи-связи (формальный заряд 0 на атомах углерода, связанных пи-связью с переходным металлом). Например, ферроцен представляет собой OTM-комплекс с двумя циклопентадиенильными (Cp) кольцами, каждое из которых посредством своих пяти углеродных атомов связано с центральным атомом железа двумя пи-связями и одной сигма-связью. Другой пример OTM-комплекса представляет собой феррицианид (III) и его восстановленный аналог ферроцианид (II), где шесть цианолигандов (формальный заряд -1 на каждом из 6 лигандов) связаны сигма-связью с центральным атомом железа через атомы углерода.

Термин «координационный комплекс» определяют как комплекс, обладающий хорошо определенной координационной геометрией, такой как октаэдрическая или квадратная плоская. В отличие от OTM-комплексов, которые определяют по их связям, координационные комплексы определяют по их геометрии. Таким образом, координационные комплексы могут являться OTM-комплексами (такими как ранее упомянутый феррицианид), или комплексами, где атомы неметаллов иные, чем углерод, такие как гетероатомы, включающие азот, серу, кислород и фосфор, связаны дативной связью с центральным атомом переходного металла. Например, рутений-гексамин представляет собой координационный комплекс, обладающий хорошо определенной октаэдрической геометрией, где шесть лигандов NH₃ (формальный заряд 0 на каждом из 6 лигандов) соединены дативной связью с центральным атомом рутения. Более полное обсуждение органических комплексов переходных металлов, координационных комплексов и связей переходных металлов можно найти в Collman et al., Principles and Applications of Organotransition Metal Chemistry (1987) и Miessler & Tarr, Inorganic Chemistry (1991).

Термин «стационарный» определяют как то, когда изменение электрохимического сигнала (тока) по отношению к независимой входной переменной (напряжение или время) является по существу постоянным, например в пределах ±10 или ±5%.

Термин «относительно постоянный» определяют как то, когда изменение величины токов или скорости диффузии находится в пределах ±20, ±10 или ±5%.

Термин «точка поворота» определяют как точку в циклическом или нециклическом сканировании, где прямое сканирование заканчивается и начинается обратное сканирование.

Термин «линейное возбуждение» определяют как возбуждение, при котором напряжение изменяется в одном «прямом» направлении с фиксированной скоростью, например, от -0,5 В до +0,5 В для обеспечения диапазона возбуждения 1,0 В. Диапазон возбуждения может охватывать восстановленные и окисленные состояния окислительно-восстановительной пары так, что происходит переход из одного состояния в другое. Линейное возбуждение можно аппроксимировать сериями инкрементных изменений разности потенциалов. Если инкременты расположены очень близко друг к другу во времени, то они соответствуют непрерывному линейному возбуждению. Таким образом, приложение изменения разности потенциалов, аппроксимирующего линейное изменение, можно рассматривать как линейное возбуждение.

Термин «циклическое возбуждение» определяют как сочетание линейного прямого возбуждения и линейного обратного возбуждения, где диапазон возбуждения включает пики окисления и восстановления окислительно-восстановительной пары. Например, изменение разности потенциалов циклическим образом от -0,5 В до +0,5 В и обратно до -0,5 В является примером циклического возбуждения для окислительно-восстановительной пары феррицианид/ферроцианид, как используют в глюкозном сенсоре, где пики как окисления, так и восстановления включены в диапазон возбуждения.

Термин «нециклическое возбуждение» определяют в одном из аспектов как возбуждение, включающее более одного пика прямого или обратного тока, чем другой пик тока. Например, возбуждение, включающее прямое и обратное линейные возбуждения, где прямое возбуждение начинается при другом напряжении, чем то, где заканчивается обратное возбуждение, например, от -0,5 В до +0,5 В и обратно до +0,25 В, является примером нециклического возбуждения. В другом примере нециклическое возбуждение может начинаться и заканчиваться по существу при том же напряжении, когда возбуждение начинается самое большее при ±20, ±10 или ±5 мВ от формального потенциала E°' окислительно-восстановительной пары. В другом аспекте нециклическое возбуждение определяю