Кратковременная затухающая амперометрия

Кратковременная затухающая амперометрия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

По данной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки США №60/854060, озаглавленной «Кратковременная затухающая амперометрия», поданной 24 октября 2006 года, которая включена сюда посредством ссылки в полном объеме, приоритет предварительной заявки США №60/869557, озаглавленной «Кратковременная затухающая амперометрия», поданной 11 декабря 2006 года, которая включена посредством ссылки в полном объеме, и приоритет предварительной заявки США №60/869625, озаглавленной «Кратковременная затухающая амперометрия», поданной 12 декабря 2006 года, которая включена посредством ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Биосенсоры обеспечивают анализ биологических жидкостей, таких как цельная кровь, моча или слюна. Обычно биосенсор анализирует образец биологической жидкости для определения концентрации одного или нескольких анализируемых веществ, таких как спирт, глюкоза, мочевая кислота, лактат, холестерол или билирубин в биологической жидкости. Анализ полезен в диагностике и лечении физиологических отклонений. Например, пациент с диабетом может использовать биосенсор для определения уровня глюкозы в цельной крови для корректировки диеты и/или лечения.

Биосенсоры могут быть реализованы с использованием настольных, портативных и подобных им измерительных устройств. Портативные измерительные устройства могут быть ручными. Биосенсоры могут быть созданы для анализа одного или нескольких анализируемых веществ и могут использовать различные объемы биологических жидкостей. Некоторые биосенсоры могут анализировать одну каплю цельной крови, например, от 0,25-15 микролитров (мкл) в объеме. Примеры портативных измерительных устройств включают в себя измерительные приборы Ascensia Breeze® и Elite® корпорации Байер; биосенсоры Precision®, доступные в Abbott в Эбботт Парке, Иллинойс; биосенсоры Accucheck®, доступные в Roche в Индианаполисе, Индиана; и биосенсоры OneTouch Ultra®, доступные в Lifescan в Милпитасе, Калифорния. Примеры настольных измерительных устройств включают в себя BAS 100B Analyzer, доступный в BAS Instruments в Западном Лафайете, Индиана; Электрохимическую рабочую станцию, доступную в CH Instruments в Остине, Техас; другую Электрохимическую рабочую станцию, доступную в Cypress Systems в Лоренсе, Канзас; и Электрохимический прибор EG&G, доступный в Princeton Research Instruments в Принстоне, Нью Джерси.

Биосенсоры обычно измеряют электрический сигнал для определения концентрации анализируемого вещества в образце биологической жидкости. Обычно анализируемое вещество подвергается окислению/восстановлению или окислительно-восстановительной реакции, когда входной сигнал прикладывается к образцу. Фермент или подобная разновидность может быть добавлена к образцу для усиления окислительно-восстановительной реакции. Входной сигнал обычно представляет собой электрический сигнал, такой как электрический ток или электрический потенциал. Окислительно-восстановительная реакция создает выходной сигнал в ответ на входной сигнал. Обычно выходной сигнал представляет собой электрический сигнал, такой как электрический ток или электрический потенциал, который может быть измерен и быть связан с концентрацией анализируемого вещества биологической жидкости.

Многие биосенсоры включают в себя измерительное устройство и сенсорную полоску. Сенсорная полоска может быть предназначена для использования снаружи, внутри или частично внутри живого организма. При использовании снаружи живого организма образец биологической жидкости вводится в емкость для образца в сенсорной полоске. Сенсорная полоска может быть помещена в измерительное устройство до, после или во время введения образца для анализа. Находясь внутри или частично внутри живого организма, сенсорная полоска может быть погруженной в образец все время или образец может вводиться в полоску с перерывами. Сенсорная полоска может включать в себя емкость, которая частично изолирует объем образца или может быть открытой для образца. Подобным образом, подача образца в полоску может идти все время или прерываться для анализа.

Обычно измерительное устройство имеет электрические контакты, которые соединены с электрическими проводниками сенсорной полоски. Электрические проводники обычно соединены с рабочими электродами, противоэлектродами и/или другими электродами, которые проходят в емкость для образца. Измерительное устройство прикладывает входной сигнал через электрические контакты к электрическим проводникам сенсорной полоски. Электрические проводники передают входной сигнал через электроды к образцу, присутствующему в емкости для образца. Окислительно-восстановительная реакция анализируемого вещества образует выходной сигнал в ответ на входной сигнал. Измерительное устройство определяет концентрацию анализируемого вещества в ответ на выходной сигнал.

Сенсорная полоска может включать в себя реактивы, которые взаимодействуют с анализируемым веществом в образце биологической жидкости. Реактивы могут включать в себя ионизатор для облегчения окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества, а также посредники или другие субстанции, которые способствуют переносу электронов между анализируемым веществом и проводником. Ионизатор может представлять собой оксидоредуктазу, например специфичный к анализируемому веществу фермент, который катализирует окисление глюкозы в образце цельной крови. Реактивы могут включать в себя связующее вещество, которое удерживает фермент и посредник вместе.

Многие биосенсоры используют амперометрические способы, когда электрический сигнал с постоянным потенциалом (напряжением) прикладывается к электрическим проводникам сенсорной полоски, тогда как измеренный выходной сигнал представляет собой ток. Таким образом, в амперометрической системе ток может быть измерен в виде постоянного потенциала, приложенного к рабочему электроду и противоэлектроду сенсорной полоски. Затем измеренный ток можно использовать для определения присутствия и/или количества анализируемого вещества в образце. Амперометрия измеряет скорость, с которой подлежащие измерению частицы и, таким образом, анализируемое вещество, будут окислены или восстановлены на рабочем электроде. В дополнение к анализируемым веществам, биологические субстанции и посредники могут служить, например, в качестве подлежащих измерению частиц.

С течением времени, в ходе которого входной сигнал прикладывается к сенсорной полоске, скорость, при которой подлежащие измерению частицы окисляются или восстанавливаются на рабочем электроде, уменьшается. Таким образом, после начального периода с высоким выходным сигналом тока ток, зарегистрированный на сенсорной полоске, уменьшается, в то время как продолжают подавать входной сигнал. Это уменьшение тока в зависимости от времени может быть обозначено как электрохимическое затухание, и скорость этого затухания может быть скореллирована с концентрацией подлежащих измерению частиц и, таким образом, анализируемого вещества в образце. Электрохимическое затухание может представлять собой кратковременное затухание или затухание Коттрелла.

Электрохимическое затухание может быть скореллировано с концентрацией анализируемого вещества в образце через выражение затухания с помощью уравнения, описывающего линию, которая связывает ток и время, например через функцию натурального логарифма (ln). Таким образом, выходной ток может быть выражен как функция времени с экспоненциальным коэффициентом, где отрицательные экспоненциальные коэффициенты указывают на процесс затухания. После начального снижения выходного сигнала тока скорость снижения может оставаться относительно постоянной или продолжать колебаться.

Патент США №5942102 («'102 патент») описывает зависимость между измеренным выходным током и временем в ходе обыкновенного анализа. Электрический сигнал подается на сенсорную полоску примерно 60 секунд после введения в полоску образца цельной крови. В начале наблюдается быстрое снижение тока, за которым следует относительно постоянный или «установившийся» выходной сигнал тока, образованный обратной связью посредника от противоэлектрода к рабочему электроду. Обратная связь посредника, обеспеченная коротким расстоянием между электродами, приводит к току, который становится в основном независимым от времени после начального снижения. В этом обыкновенном анализе концентрация анализируемого вещества в образце может быть определена по концентрации и коэффициенту диффузии посредника следующим образом: (1) измерение тока как функции времени; и затем (2) оценка установившегося тока.

Тогда как способ анализа, описанный в '102 патенте, основывается на установившийся части затухания тока, патенты США №№6153069 («069 патент») и 6413411 («'411 патент») описывают способы, в которых концентрация посредника и, таким образом, анализируемого вещества, лежащего в основе, устанавливается по коэффициенту диффузии посредника. Эти системы выполнены с возможностью обеспечения скорости затухания тока, которая описывается уравнением Коттрелла.

Измерения тока демонстрируют затухание Коттрелла, когда измеренный ток является обратнопропорциональным квадратному корню времени. Измерения тока с затуханием Коттрелла могут быть описаны с помощью уравнения Коттрелла, приведенного ниже как уравнение (1)

(1)

где i обозначает измеренный ток; C ^b обозначает объемную концентрацию электрохимически активных частиц в моль/см³; A обозначает площадь электрода в см²; F обозначает постоянную Фарадея, равную 96500 Кл/эквивалент; n обозначает число перенесенных электронов на эквивалент/моль; D обозначает коэффициент диффузии на см²/с; и t обозначает время электрохимической реакции в секундах. Таким образом, уравнение Коттрелла описывает ток в виде экспоненциальной функции от времени, обладающей постоянной затухания или экспоненциальным коэффициентом -0,5. Дополнительные детали уравнения Коттрелла и пограничные условия, требуемые для коттрелловского поведения, могут быть найдены в главе 5, стр.136-45, Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications by Bard and Faulkner (1980).

Система, разработанная для работы с коттрелловским затуханием тока, требует постоянного затухания, равного -0,5. Электрохимическая система, демонстрирующая постоянную затухания -0,5, предполагает, что присутствуют требования, необходимые для коттрелловского постоянного тока, а именно, что анализируемое вещество полностью превращено в подлежащие измерению частицы, и что в основном постоянное распределение концентрации этих подлежащих измерению частиц занимает емкость для образца перед измерением тока. Эти требования дополнительно описаны в '069 и '411 патентах.

Колонка 4, строки 39-40 '411 патента раскрывают то, что начальные инкубационные периоды от 15 до 90 секунд, предпочтительно от 20 до 45 секунд, используются для тестов на глюкозу. После начального инкубационного периода и прикладывания однократного возбуждающего входного сигнала измерения тока, показывающие коттрелловское затухание, могут регистрироваться от 2 до 30 секунд или предпочтительно от 10 до 20 секунд после прикладывания входного сигнала к сенсорной полоске. Потребность в более длинном начальном инкубационном периоде также изображена на фиг.7 '411 патента, где образец вступил в реакцию в сенсорной полоске (инкубация) за 160 секунд перед приложением входного сигнала.

Более длинные инкубационные периоды, требующиеся для полного превращения анализируемого вещества в подлежащие измерению частицы, предоставляют: (1) время для гидратации слоя реактивов, содержащего реактивы; и (2) время для превращения анализируемого вещества с помощью реактивов. Например, колонка 4, строки 36-44 '411 патента описывают инкубационный период достаточной длительности, который позволяет ферментативной реакции пройти до конца. После этого инкубационного периода, когда глюкоза анализируемого вещества полностью превращена в подлежащие измерению частицы, прибор прикладывает известный потенциал к электродам для измерения полученного диффузионно ограниченного (т.е. коттрелловского) тока в определенные моменты времени в ходе полученного коттрелловского затухания тока. Таким образом, превращение анализируемого вещества в подлежащие измерению частицы выполнено до наблюдения коттрелловского затухания. Полная гидратация слоя реактивов также признана в '411 патенте в качестве требования для коттрелловского затухания. '411 патент раскрывает то, что неполное смачивание реактива приводит к неспособности системы придерживаться кривой коттрелловского затухания, что приводит к получению неточного значения концентрации анализируемого вещества.

В дополнение к расширенному инкубационному периоду коттрелловское затухание также требует в основном равномерного распределения концентрации подлежащих измерению частиц в образце, так как увеличивается расстояние до поверхности электродов. В основном постоянное распределение концентрации может быть достигнуто с помощью: (1) относительно больших объемов образцов; и/или (2) относительно больших расстояний между электродами с плоскими гранями или практически плоскими электродами и нижней поверхностью крышки сенсорной полоски. Например, колонка 8, строка 40 '069 патента описывает рабочий электрод, занимающий емкость для образца, обеспечивающую 50 мкл объем образца, где вертикальное расстояние между рабочим электродом и крышкой составляет от 500-2000 мкм. В другом примере, отличном от близко расположенных электродов '102 патента, расстояние между рабочим электродом и противоэлектродом, описанное в колонке 7, строках 62-66 '411 патента, должно быть, по крайней мере, 100 микрон, и предпочтительно больше чем 100 микрон.

Обыкновенные способы анализа обычно удлиняют время, требуемое для анализа образцов за счет требований к инкубационным периодам, расстоянию между электродами и объему емкости для образца, достаточным, чтобы коттрелловское затухание в системе было возможным. Таким образом, в настоящее время сохраняется необходимость в улучшенных биосенсорах; особенно в таких, которые более быстро определяют концентрацию анализируемого вещества в образце и не зависят от оценки величины установившегося тока. Системы, устройства и способы по настоящему изобретению преодолевают, по меньшей мере, один из недостатков, связанных с обыкновенными биосенсорами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к биосенсорной системе, которая определяет концентрацию анализируемого вещества в биологическом образце по выходному сигналу, обладающему кратковременным затуханием. Выходной сигнал не является обратнопропорциональным квадратному корню времени и, таким образом, обладает постоянной затухания большей или меньшей, чем постоянная затухания коттрелловского затухания.

В одном из аспектов способ для определения концентрации анализируемого вещества в образце включает в себя приложение входного сигнала к образцу после инкубационного периода, образование выходного сигнала, обладающего кратковременным затуханием в ответ на окислительно-восстановительную реакцию подлежащих измерению частиц; и определение концентрации анализируемого вещества на основании выходного сигнала. Анализируемое вещество может содержать глюкозу, и образец может быть введен в сенсорную полоску. Способ может включать перенос, по меньшей мере, одного электрона из или к анализируемому веществу в образце для образования подлежащих измерению частиц, которые могут включать в себя, по меньшей мере, один посредник.

Входной сигнал может включать в себя, по меньшей мере, два возбуждения, разделенных релаксацией, где, по меньшей мере, два возбуждения обладают длительностью от 0,1 до 5 секунд и длительность релаксации составляет, по меньшей мере, 0,1 секунды или, по меньшей мере, 0,5 секунды. Длительность каждого возбуждения и/или релаксации может быть одинаковой или различной. Длительность одной или нескольких релаксаций может быть от 0,1 до 3 секунд. Входной сигнал может включать в себя, по меньшей мере, три возбуждения и, по меньшей мере, две релаксации. Входной сигнал может включать в себя, по меньшей мере, 2 рабочих цикла, длящихся в течение 5 секунд.

Инкубационный период может быть от 0,1 до 8 секунд, от 0,1 до 6 секунд или от 0,5 до 4,75 секунд, например. Инкубационный период и приложение входного сигнала может быть закончено не больше чем за 12, не больше чем за 6, или не больше чем за 4 секунды. Кратковременное затухание может иметь постоянную затухания от -0,52 до -1 или от -0,001 до -0,48. Кратковременное затухание может иметь постоянную затухания не больше чем -0,45 или не больше чем -0,35. Выходной сигнал, на основании которого определяется концентрация анализируемого вещества, может включать в себя значение тока, зарегистрированное в течение 2 секунд приложения входного сигнала к образцу. Концентрация анализируемого вещества в образце может быть определена при приложении входного сигнала в течение не более чем 6, 3 или 1,5 секунд.

Образец может находиться в емкости, определенной основанием сенсорной полоски и нижней поверхностью крышки, основание находится на расстоянии от 20 до 200 микрометров от нижней поверхности крышки. Объем образца в емкости может составлять от 0,25 до 10 микролитров, до от 0,25, до 1,5 микролитра. Емкость может включать в себя, по меньшей мере, один слой реактивов, обладающий начальной средней толщиной не более чем 20 микрометров, менее чем 14 микрометров или не более чем 5 микрометров. Емкость может включать в себя, по меньшей мере, один слой реактивов, обладающий средней начальной толщиной не более 2 микрометров, когда входной сигнал включает в себя, по крайней мере, два возбуждения, по меньшей мере, одно из возбуждений обладает длительностью не более чем 0,5 секунды. Емкость может включать в себя, по меньшей мере, один слой реактивов, содержащий особый диффузионный барьерный слой.

Высота емкости от основания сенсорной полоски до нижней части крышки может составлять не более чем 250 микрометров, объем образца в емкости может составлять не более чем 5 микролитров, емкость может включать в себя, по меньшей мере, один слой реактивов, обладающий средней начальной толщиной не более чем 20 микрометров, и инкубационный период может составлять не более чем 12 секунд. Высота емкости от основания сенсорной полоски до нижней части крышки может составлять не более чем 150 микрометров, объем образца в емкости может составлять не более чем 3,5 микролитра, емкость может включать в себя, по меньшей мере, один слой реактивов, обладающий средней начальной толщиной менее чем 14 микрометров, и инкубационный период может составлять не более чем 6 секунд. Высота емкости от основания сенсорной полоски до нижней части крышки может составлять не более чем 100 микрометров, объем образца в емкости может составлять не более чем 3 микролитра, емкость может включать в себя, по меньшей мере, один слой реактивов, обладающий средней начальной толщиной не более чем 2 микрометра, и инкубационный период может быть не более 2 секунд.

В другом аспекте способ определения концентрации анализируемого вещества в образце включает в себя приложение входного сигнала к образцу после инкубационного периода, равного не более чем 12 секундам, образование выходного сигнала, обладающего кратковременным затуханием в ответ на окислительно-восстановительную реакцию подлежащих измерению частиц; и определение концентрации анализируемого вещества на основании выходного сигнала.

В другом аспекте биосенсор для определения концентрации анализируемого вещества в образце включает в себя измерительное устройство, обладающее процессором, соединенным с интерфейсом сенсора; сенсорную полоску, обладающую интерфейсом образца на основании, интерфейс сенсора электрически соединен с интерфейсом образца, где интерфейс образца расположен рядом с емкостью, образованной с помощью основания; где процессор дает зарядному устройству команду подать входной сигнал на емкость после не более чем 12-секундного инкубационного периода; и где процессор определяет концентрацию анализируемого вещества в образце на основании выходного сигнала, обладающего кратковременным затуханием в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества в образце.

Емкость может включать в себя, по меньшей мере, один рабочий электрод, который электрически соединен с зарядным устройством, слой реактивов на рабочем электроде, обладающий комбинацией ДБС/слой реактивов со средней начальной толщиной приблизительно от 1 микрометра приблизительно до 20 микрометров. Комбинация ДБС/слой реактивов может обладать средней начальной толщиной не более чем 1 микрометр.

В другом аспекте способ определения концентрации анализируемого вещества в образце включает в себя приложение входного сигнала к образцу после не более чем 12-секундного инкубационного периода; образование переменного распределения концентрации подлежащих измерению частиц в емкости для образца; образование выходного сигнала в ответ на окислительно-восстановительную реакцию подлежащих измерению частиц; и определение концентрации анализируемого вещества на основании выходного сигнала.

В другом аспекте способ определения концентрации анализируемого вещества в образце включает в себя введение образца в сенсорную полоску; приложение входного сигнала к образцу после не более чем 8-секундного инкубационного периода; образование выходного сигнала, обладающего кратковременным затуханием в ответ на окислительно-восстановительную реакцию подлежащих измерению частиц; и определение концентрации анализируемого вещества на основании кратковременного затухания выходного сигнала. Кратковременное затухание может представлять собой убывающее затухание тока, полученное в течение от 0,5 до 5 секунд или в течение примерно от 0,5 приблизительно до 3 секунд приложения входного сигнала к образцу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение можно лучше понять с помощью ссылок на следующие чертежи и описание. Детали на чертежах необязательно находятся в масштабе и визуально выделены при иллюстрировании принципов изобретения.

Фиг.1A представляет собой изображение собранной сенсорной полоски в перспективе.

Фиг.1B представляет собой схему с видом сверху сенсорной полоски со снятой крышкой.

Фиг.2A представляет собой схему вида с торца сенсорной полоски с фиг.1B.

Фиг.2B изображает схематическое представление биосенсорной системы, которая определяет концентрацию анализируемого вещества в образце.

Фиг.3 представляет блок-схему электрохимического способа определения присутствия и/или концентрации анализируемого вещества в образце.

Фиг.4A представляет емкость для образца, ограниченную нижней поверхностью электрода и верхней крышкой.

Фиг.4B представляет профили концентраций, образованные сенсорной системой, когда времена инкубации с t ₁ до t ₅ прошли до приложения входного сигнала.

Фиг.4C представляет зависимость между концентрациями подлежащих измерению частиц в емкости и скоростями затухания тока.

Фиг.5 изображает скорости затухания, полученные от рабочих электродов после варьирования инкубационных периодов для образцов цельной крови, содержащих 50, 100, 200 или 400 мг/дл глюкозы.

Фиг.6A-6C изображает профили тока, полученные от трех сенсорных полосок, каждая из которых обладает отличающейся средней начальной толщиной реакционного слоя при множестве начальных инкубационных периодов.

Фиг.7A-7B изображает кривую натуральных логарифмов тока в зависимости от времени для образцов цельной крови, включающих в себя 100 или 300 мг/дл глюкозы при гематокрите 40%, полученного после 6-секундного начального инкубационного периода.

Фиг.8A-8C представляют собой профили затуханий тока от 0,25-секундного инкубационного периода, после которого стробированный входной сигнал обладает временем возбуждения, равным 0,5 секунды и временем релаксации, равным 0,25 секунды.

Фиг.8D представляет собой калибровочную кривую, полученную нанесением конечных токов ( p1 , p2 , p3 ) первых трех возбуждений, полученных из сенсорных полосок с тонким слоем реактивов, как изображено на фиг.8A-8C.

Фиг.8E представляет собой калибровочную кривую, полученную нанесением конечных токов ( p4 , p5 , p6 ) возбуждений 4, 5 и 6, полученных из сенсорных полосок, обладающих слоем реактивов средней толщины, как изображено на фиг.8A-8C.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Биосенсорная система использует электрохимический процесс с отсутствием постоянной затухания Коттрелла для определения концентрации анализируемого вещества в биологическом образце. Биосенсорная система образует выходной сигнал из биологического образца, обладающий кратковременным затуханием, где выходной сигнал не связан обратной зависимостью с квадратным корнем времени. Кратковременное затухание выходного сигнала биосенсорной системы обладает постоянной затухания, большей или меньшей чем -0,5, и система не зависит от оценки величины установившегося тока для определения концентрации анализируемого вещества. Предпочтительно, кратковременные затухания, на основании которых определяются концентрации анализируемого вещества, непрерывно снижаются.

Коттрелловское затухание зависит от диффузии и может не существовать до тех пор, пока анализируемое вещество не будет полностью превращено в подлежащие измерению частицы и не будет достигнуто, главным образом, постоянное распределение концентрации этих подлежащих измерению частиц, занимающих емкость для образца, перед измерением тока. Относительно большая длительность инкубации и большой объем образцов требуются для получения коттрелловского затухания. Без этих условий выходной ток не будет связан обратной зависимостью с квадратным корнем времени и, таким образом, биосенсоры не будут показывать постоянную затухания, равную -0,5, которая требуется для коттрелловского затухания. Биосенсоры, разработанные для функционирования с коттрелловским затуханием, будут обеспечивать неточные анализы, если выходной ток не связан обратной зависимостью с квадратным корнем времени, или если в выходном сигнале присутствует постоянная затухания, отличная от -0,5.

Данная биосенсорная система функционирует с использованием кратковременных затуханий, когда наблюдаются постоянные затухания меньше или больше -0,5. Кратковременные и, таким образом, некоттрелловские постоянные затухания могут быть следствием относительно короткого инкубационного периода. Кратковременные постоянные затухания также могут быть следствием относительно маленького объема емкости для образца, относительно маленьких расстояний между поверхностями электродов и крышкой сенсорной полоски, и/или относительно коротких возбуждений по отношению к средней начальной толщине слоя реактивов.

Для образования выходного тока с кратковременным затуханием или постоянными кратковременного затухания больше или меньше чем -0,5, биосенсорная система может использовать инкубационные периоды, равные 12 секундам или менее, объемы емкости от 5 мкл или менее, высоты емкостей от 200 мкм или менее, и/или среднюю начальную толщину для слоя реактивов, равную 20 мкм или менее. Предпочтительные инкубационные периоды для использования с объемами емкости 3,5 мкл или менее, высотами емкостей 150 мкм или менее, и/или средней начальной толщиной слоя реактивов, равной 10 мкм или менее, составляют не более чем 8 секунд, не более чем 6 секунд или не более чем 4 секунды. В настоящее время особо предпочтительные инкубационные периоды для использования с объемами образца полосок для образца, равными 3,0 мкл или менее, высотой крышка-зазор полоски для образца, равной 100 мкм или менее, и/или средней начальной толщиной слоя реактивов, равной 2 мкм или менее, составляют не более чем 2 секунды или не более чем 1 секунду. Можно использовать другие инкубационные периоды, объемы емкости, высоты емкости и толщины слоя реактивов.

Фиг.1A и 1B изображают сенсорную полоску 100, которую можно использовать с биосенсорной системой. Фиг.1A представляет собой изображение в перспективе собранной сенсорной полоски 100, включающей в себя основание сенсора 110, по меньшей мере, частично накрытое крышкой 120, которая включает в себя отверстие 130, зону 140 покрытия образца и входное концевое отверстие 150. Частично закрытая емкость 160 для образца (капиллярный зазор или крышка-зазор) образована между основанием 110 и крышкой 120. Так же можно использовать сенсорные полоски других конструкций, такие как те, что описаны в патентах США №№5120420 и 5798031. Несмотря на то, что на фиг.1A-1B показана специфическая конфигурация, сенсорная полоска 100 может иметь другие конфигурации, включая те, которые обладают дополнительными компонентами.

Высота емкости 160 между основанием сенсора 110 и крышкой 120 может быть от 20 до 250 микрометров (мкм), более предпочтительно от 50 до 150 мкм. Объем емкости 160 может составлять от 0,25 до 10 мкл, предпочтительно от 0,8 до 4 мкл и более предпочтительно от 0,5 до 1,5 мкл. Можно использовать другие высоты и объемы.

Жидкий образец для анализа может быть внесен в емкость 160 посредством введения жидкости в отверстие 150. Жидкость заполняет емкость 160, вытесняя предварительно содержавшийся воздух через отверстие 130. Емкость 160 может содержать композицию (не показана), которая помогает удерживать жидкий образец в емкости. Примеры таких композиций включают в себя: водонабухающие полимеры, такие как карбоксиметилцеллюлоза и полиэтиленгликоль; и пористые полимерные матрицы, такие как декстран и полиакриламид.

Фиг.1B изображает вид сенсорной полоски 100 сверху, со снятой крышкой 120. Проводники 170 и 180 могут двигаться под диэлектрическим слоем 190 от отверстия 150 к рабочему электроду 175 и противоэлектроду 185 соответственно. Сенсорная полоска 100 может включать в себя более чем один рабочий электрод. Рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут находиться главным образом в одной плоскости. Электроды могут находиться и в другом положении. Диэлектрический слой 190 может частично покрывать электроды 175, 185 и может быть выполнен из любого пригодного диэлектрического материала, такого как изолирующий полимер. Несмотря на то, что показана конфигурация отдельного электрода, электроды могут иметь другие конфигурации, включая конфигурации с дополнительными компонентами.

Противоэлектрод 185 может поддерживать электрохимическую активность на рабочем электроде 175 сенсорной полоски 100. Потенциал для поддержания электрохимической активности на рабочем электроде 175 может быть предоставлен сенсорной системе с помощью образования противоэлектрода 185 из инертного материала, такого как углерод, и включать в себя растворимые окислительно-восстановительные частицы, такие как феррицианид, в емкости 160. Потенциал на противоэлектроде 185 может быть опорным потенциалом, который достигается формированием противоэлектрода 185 из окислительно-восстановительной пары, такой как Ag/AgCl, для предоставления комбинированного опорного противоэлектрода. Окислительно-восстановительная пара включает в себя две спаренных частицы химической субстанции, обладающие различными степенями окисления. Восстановление частиц, обладающих более высокой степенью окисления, образует частицы, обладающие более низкой степенью окисления. Альтернативно, окисление частиц, обладающих более низкой степенью окисления, образует частицы, обладающие более высокой степенью окисления. Сенсорная полоска 100 может быть предоставлена с третьим проводником и электродом для обеспечения опорного потенциала для сенсорной системы.

Рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут быть разделены более чем 200 мкм или 250 мкм. Рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут быть разделены менее чем 200 мкм. Рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут быть разделены другими расстояниями.

Фиг.2A изображает вид с торца сенсорной полоски 100, изображенной на фиг.1B, показывает строение слоя рабочего электрода 175 и противоэлектрода 185, находящихся в емкости 160. Проводники 170 и 180 могут лежать на основании 110. Другие материалы могут находиться между проводниками 170, 180 и основанием 110, таким образом, проводники могут или не могут находиться в физическом контакте с основанием. Часть проводников может пронизывать часть основания. Поверхностные слои 270 и 280 проводников необязательно могут быть размещены на проводниках 170 и 180 соответственно. Другие материалы могут находиться между поверхностными слоями 270, 280 проводников и проводниками 170, 180, таким образом, поверхностные проводники могут или не могут находиться в физическом контакте с проводниками. Часть поверхностных проводников может пронизывать часть проводников. Поверхностные слои 270, 280 проводников могут быть изготовлены из одинаковых или из разных материалов.

Материал или материалы, образующие проводники 170, 180 и поверхностные слои 270, 280 проводников, могут включать в себя любой электрический проводник. Проводники 170, 180 предпочтительно включают в себя тонкий слой металлической пасты или металла, такого как золото, серебро, платина, палладий, медь или вольфрам. Поверхностные слои 270, 280 проводников предпочтительно включают в себя углерод, золото, платину, палладий или их сочетания. Предпочтительные электрические проводники являются неионизирующимися, так что материал не подвергается сетчатому окислению или сетчатому восстановлению в ходе анализа образца. Таким образом, если слой поверхностного проводника не является проводником, проводник предпочтительно изготовлен из неионизирующего материала, такого как углерод, золото, платина, палладий или их сочетаний.

Материал поверхностного проводника может быть нанесен на проводники 170, 180 с помощью любых обыкновенных средств, совместимых с работой сенсорной полоски, включая фольговое нанесение, химическое осаждение из паровой фазы, осаждение суспензии и т.п. В случае осаждения суспензии материал проводника может применяться в качестве чернил для маркировки проводников 170, 180, как описано в патенте США №5798031.

Слои 275 и 285 реактивов могут быть нанесены на проводники 170 и 180 соответственно. Слои образованы, по меньшей мере, из одной композиции реактивов, которая может включать в себя связывающее вещество. Связывающее вещество предпочтительно представляет собой полимерный материал, который, по меньшей мере, частично, является водорастворимым. Связывающее вещество при гидратации может образовывать гель или гелеподобный материал. Связывающее вещество при гидратации может образовывать гель или гелеподобный материал в сочетании с реактивами. Гель или гелеподобный материал может подавлять и/или фильтровать красные клетки крови от прохождения к поверхностному проводнику 270 и/или проводнику 170.

Пригодные частично водорастворимые полимерные материалы для применения в качестве связывающего вещества могут включать в себя поли(этиленоксид) (ПЭО), карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), поливиниловый спирт (ПВС), гидроксиэтиленцеллюлозу (ГЭЦ), гидроксипропилцеллюлозу (ГПЦ), метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, этилгидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилэтилцеллюлозу, поливинилпирролидон (ПВП), полиаминокислоты, такие как полилизин, полистиролсульфонат, желатин, акриловую кислоту, метакриловую кислоту, крахмал, малеиновый ангидрид его соли, его производные и их сочетания. Среди вышеуказанных материалов связывающих веществ ПЭО, ПВС, КМЦ и ГЭЦ являются предпочтительными, причем в настоящее время КМЦ наиболее предпочтительна.

В дополнение к связывающему веществу, слои 275 и 285 реактивов могут включать в себя одинаковые или различные реактивы. Когда содержатся одинаковые реактивы, слои 275 и 285 реактивов могут быть одним и тем же слоем. В одном из аспектов реактивы, которые присутствуют в первом слое 275, могут быть выбраны для использования с рабочим электродом 175, тогда как реактивы, присутствующие во втором слое 285, могут быть выбраны для использования с противоэлектродом 185. Например, реактивы в слое 285 могут облегчать протекание электронов между образцом и проводником 180. Сходным образ