Биосенсорная система, обладающая повышенной стабильностью и гематокритной эффективностью

Биосенсорная система, обладающая повышенной стабильностью и гематокритной эффективностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на родственные заявки

В данной заявке заявляется приоритет предварительной заявки на патент США № 60/846688 с названием “Устройство биодатчика, обладающего повышенной стабильностью и гематокритной эффективностью”, поданной 22 сентября 2006, которая целиком включена в настоящее изобретение посредством ссылки.

Уровень техники

Биодатчики позволяют проводить анализ биологической жидкости, такой как цельная кровь, моча или слюна. Как правило, биодатчик анализирует образец биологической жидкости с целью детектирования в биологической жидкости концентрации одного или нескольких аналитов, таких как глюкоза, мочевая кислота, лактат, холестерин или билирубин. Анализ необходим при установлении диагноза и при лечении физиологических аномалий. Например, больной диабетом может использовать биодатчик для определения уровня глюкозы в цельной крови с тем, чтобы провести коррекцию диеты и/или лечения.

Биодатчики могут выпускаться в виде стендовых, портативных и подобных устройств. Портативные устройства могут быть ручными устройствами. Биодатчики могут быть разработаны таким образом, чтобы анализировать одно или несколько аналитов, и могут использовать различные объемы биологических жидкостей. Некоторые биодатчики могут проводить анализ единственной капли цельной крови, объем которой составляет 0,25-15 микролитров (мкл). Примеры портативных измерительных устройств включают измерители Ascensia Breeze® и Elite®, выпускаемые компанией Bayer Corporation; биодатчики Precision®, выпускаемые компанией Abbott (Abbott Park, Illinois); биодатчики Accucheck®, выпускаемые компанией Roche (Indianapolis, Indiana); и биодатчики OneTouch Ultra®, выпускаемые компанией Lifescan (Milpitas, California). Примеры стендовых измерительных устройств включают анализатор BAS 100B Analyzer, выпускаемый компанией BAS Instruments (West Lafayette, Indiana); CH Instruments' Electrochemical Workstation, выпускаемый компанией CH Instruments (Austin, Texas); Cypress Electrochemical, выпускаемый компанией Cypress Systems (Lawrence, Kansas); и EG&G Electrochemical Instrument, выпускаемый компанией Princeton Research Instruments (Princeton, New Jersey).

С целью определения в образце биологической жидкости концентрации аналитов биодатчики обычно измеряют электрический сигнал. Когда на образец подан входной сигнал, аналит обычно претерпевает реакцию окисления/восстановления, или окислительно-восстановительную реакцию. Чтобы усилить окислительно-восстановительную реакцию, к образцу обычно добавляют фермент или подобное химическое вещество. Входной сигнал, как правило, представляет собой электрический сигнал, такой как электрический ток или потенциал. В ответ на входной сигнал окислительно-восстановительная реакция генерирует выходной сигнал. Выходной сигнал обычно представляет собой электрический сигнал, такой как электрический ток или потенциал, который можно измерить и провести корреляцию с концентрацией аналита в биологической жидкости.

Многие биодатчики включают измерительное устройство и полосковый сенсор. Образец биологической жидкости вводят в камеру для введения пробы полоскового сенсора. Полосковый сенсор размещается в измерительном устройстве для проведения анализа. Измерительное устройство обычно имеет электрические контакты, которые соединяют электрические проводники в полосковом сенсоре. Электрические проводники обычно соединяют рабочий электрод, противоэлектрод и/или другие электроды, которые простираются в камеру для введения пробы. Посредством электрических контактов измерительное устройство подает входной сигнал на электрические проводники в полосковом сенсоре. Электрические проводники передают входной сигнал через электроды к образцу, осажденному в камере для введения пробы. В ответ на входной сигнал окислительно-восстановительная реакция с участием аналита генерирует выходной сигнал. В ответ на выходной сигнал измерительное устройство устанавливает концентрацию аналита.

Полосковый сенсор может содержать реагенты, которые взаимодействуют с аналитом в образце биологической жидкости. Реагенты могут включать ионизирующий агент, облегчающий протекание окислительно-восстановительной реакции аналита, а также медиаторы или другие вещества, которые помогают в переносе электронов между аналитом и проводником. Ионизирующий агент может быть оксидоредуктазой, такой как фермент, который специфичен для аналита и который катализирует окисление глюкозы в образце целой крови. Реагенты могут включать связующее вещество, которое удерживает вместе фермент и медиатор.

Одним из недостатков композиций реагентов, используемых в обычных биодатчиках, является изменение эффективности измерения, либо точности измерения, либо погрешности измерения, которое наблюдается при хранении полоскового сенсора. Электронные устройства и методы анализа, которые измерительное устройство использует для определения концентрации аналита в образце, в общем случае подбирают из расчета, что композиция реагента, нанесенная на полосковый сенсор, функционирует так же, как и сразу же после ее изготовления. Однако после транспортировки и хранения на складе композиция реагента разлагается с течением времени и под действием температуры. Это изменение химических свойств композиции реагента может привести к снижению эффективности измерения.

С целью увеличения долговременной стабильности композиций реагентов, применяемых в биодатчике, в обычных биодатчиках используют значительный избыток фермента и медиатора, по сравнению с тем количеством указанных реагентов, которое требуется для анализа образца. С учетом того что указанные реагенты со временем деградируют, композиции обычных реагентов содержат значительно большее количество фермента и/или медиатора, чем требуется по стехиометрии для взаимодействия с аналитом. Помимо увеличения стоимости биодатчика вследствие применения реагентов, которыми приходится жертвовать, ненужные реагенты могут потребовать использования большего объема образца, более длительного времени проведения анализа, а также под действием многих факторов могут привести к ухудшению эффективности измерения.

Например, в PCT публикации WO 88/03270 раскрывается общая плотность осажденного слоя, полученная методом трафаретной печати, которая равна 3 мг/см² (30 мкг/мм²). Относительное количество K₃Fe(CN)₆ составляет 57,7%, фосфатного буфера 28,8% и глюкозо-оксидазы (GO) 3,6%. Пересчет указанных процентов в удельные плотности осаждения на полосковом сенсоре приводит к плотности K₃Fe(CN)₆ 17,31 мкг/мм², плотности фосфатного буфера 8,64 мкг/мм² и плотности GO 1,08 мкг/мм². В другом примере в патенте США № 4711245, в столбце 17, в строках 25-35, раскрывается осаждение 15 мкл 0,1М раствора 1,1'-диметилферроцена в толуоле на дисковый электрод с диаметром 4 мм. Молекулярная масса 1,1'-диметилферроценового медиатора составляет 214 массовых единиц, и его наносят с плотностью осаждения 25,5 мкг/мм² [(15 мкл · 0,1 M · 214 г/мол) / 2² · 3,14 мм² = 25,5 мкг/мм²]. В еще одном примере в патенте США № 5958199 раскрывается осаждение на электрод сенсора из 4 мкл раствора, содержащего 40 мг GO, 16 мг K₃Fe(CN)₆ и 20 мг CMC (карбоксиметилцеллюлозы) в 1 мл воды. В этом случае плотность осаждения составляет 6,67 мкг/мм² для GO, 10,67 мкг/мм² для K₃Fe(CN)₆ и 13,33 мкг/мм² для CMC при расчетной площади электрода (площади осаждения) 6 мм². В другом примере в патенте США № 5997817 описывается состав реагента, содержащего 59 г K₃Fe(CN)₆, растворенного приблизительно в 900 мл воды, вместе с другими ингредиентами. Приблизительно 4,5 мкл этого реагента осаждают в отверстие с площадью 21,4 мм² (3,2 × 6,7) и получают плотность осаждения медиатора, равную 13,96 мкг/мм² (4,5×10^-3 мл · 59 г/900 мл).

В каждом из этих примеров плотности осаждения медиатора для композиций реагента находятся в диапазоне 10-25 мкг/мм², в то время как плотности осаждения фермента находятся в диапазоне 1-6 мкг/мм². Указанную большую дозировку медиатора по отношению к ферменту можно объяснить тем, что одна и та же композиция наносится как на рабочий электрод, так и на противоэлектрод. В зависимости от конструкции датчика медиатор может функционировать на противоэлектроде с тем, чтобы поддерживать электрохимическую активность рабочего электрода. Таким образом, осаждение одной и той же композиции реагента на оба электрода может привести к значительной избыточной нагрузке рабочего электрода медиатором.

Указанные примеры показывают, что излишки фермента и медиатора используют в качестве гарантии того, что для точного измерения глюкозы имеется достаточное количество активных ингредиентов. При использовании после длительного хранения полосковых сенсоров, изготовленных с увеличенным количеством реагентов, которыми приходится жертвовать, можно столкнуться с рядом недостатков, связанных с изменением эффективности измерения. Указанное изменение может проявляться, по крайней мере, двояко: (1) фоновый ток с течением времени возрастает (оказывает влияние на наклон калибровочной кривой) и (2) наблюдается сдвиг в чувствительности сенсора (оказывает влияние на наклон калибровочной кривой).

Вследствие взаимодействий между окисленным медиатором и ферментной системой и полимером медиатор во время хранения может восстановиться. Указанный самопроизвольный процесс, как полагают, подчиняется законам термодинамики. Чем больше количество медиатора или фермента, тем большее количество восстановленного медиатора образуется. По мере того как с течением времени концентрация восстановленного медиатора возрастает, к концу срока хранения полосковых сенсоров фоновый ток увеличивается.

Было предложено множество способов уменьшить эффект дрейфа рабочих характеристик датчика перед использованием полоскового сенсора после его хранения. Например, Genshaw et al. в патенте США № 5653863 раскрывают способ, предусматривающий использование относительно длительного первоначального импульса перед проведением анализа с тем, чтобы окислить медиатор, который восстановился во время транспортировки и хранения. Несмотря на его эффективность указанный способ удлиняет время, требуемое для проведения полного анализа.

Таким образом, желательно увеличить долговременную стабильность композиции реагента с тем, чтобы повысить эффективность измерений с помощью биодатчика после его транспортировки и хранения. Указанное повышение долговременной стабильности композиции реагента позволяет увеличить эффективность измерений биодатчика и обеспечить более длительное время хранения полосок сенсора. Желательно также снизить количество фермента и/или медиатора, включенного в состав композиции реагента, которым приходится жертвовать, и уменьшить время, требуемое для проведения полного анализа.

Другой недостаток обычных биодатчиков, которые используют для измерения концентрации глюкозы в образцах цельной крови (WB), называют "гематокритным эффектом". Помимо воды и глюкозы образцы WB содержат эритроциты (RBC). Гематокритное число представляет собой объем образца WB, занятый эритроцитами, по отношению к общему объему образца WB и часто выражается в процентах. Гематокритный эффект возникает в том случае, когда эритроциты блокируют диффузию определяемого при анализе вещества и/или медиатора к одному или нескольким электродам биодатчика. Так как выходной сигнал, измеренный биодатчиком, соответствует скорости диффузии определяемого при анализе вещества и/или медиатора, то эритроциты могут привести к ошибке при проведении анализа, поскольку мешают протеканию указанного процесса диффузии. Таким образом, чем больше гематокритное число (объем, занимаемый эритроцитами) отклоняется от гематокритного числа системы калибровки для образца WB, тем больше гематокритная систематическая погрешность измерения (ошибка) в результатах измерениях глюкозы, полученных биодатчиком.

Гематокритное число образца WB обычно находится в пределах от 20 до 60%, при этом значение ~40% является средним значением. Если будут протестированы образцы WB, содержащие идентичные уровни глюкозы, а гематокритное число которых составляет 20, 40 и 60%, то система, основанная на одном наборе градуировочных констант (например, наклон и отрезок, отсекаемый кривой на оси координат, для образца WB, гематокритное число которого составляет 40%), даст три различных значения для глюкозы. Даже несмотря на то что концентрации глюкозы одни и те же, система сообщит, что образец WB с 20%-ным гематокритным числом содержит больше глюкозы, чем образец WB с 40%-ным гематокритным числом, а образец WB с 60%-ным гематокритным числом содержит меньше глюкозы, чем образец WB с 40%-ным гематокритным числом, вследствие того, что эритроциты препятствуют диффузии определяемого при анализе вещества и/или медиатора к поверхности электрода. Таким образом, обычные биодатчики могут оказаться не в состоянии различить более низкую концентрацию определяемого при анализе вещества и более высокую концентрацию определяемого при анализе вещества в том случае, когда эритроциты препятствуют диффузии.

Обычные биодатчики в общем случае конфигурируют таким образом, чтобы они указывали концентрацию глюкозы из расчета, что гематокритное число в образце WB составляет 40%, независимо от фактического гематокритного числа. Для указанных систем любое измерение глюкозы, которое проводят для образца крови, имеющего гематокритное число меньше или больше 40%, будет включать некоторую гематокритную систематическую погрешность измерения, которую объясняют гематокритным эффектом.

Различные способы и методики были предложены для уменьшения ошибки, которую вносит гематокритная систематическая погрешность измерения в результаты измерения глюкозы. Например, Ohara et al. в патенте США № 6475372 раскрывают способ, предусматривающий использование для компенсации гематокритного эффекта отношения прямых и обратных импульсов потенциала. McAleer et al. в патентах США № 5708247 и 5951836 раскрывают состав реагента с использованием частичек оксида кремния для защиты поверхности электрода с помощью фильтрации с целью уменьшить гематокритный эффект. Carter et al. в патенте США № 5628890 раскрывают способ, предусматривающий использование более широкого пространства между электродами в сочетании со слоями сетки с тем, чтобы распределить образец крови и снизить гематокритный эффект.

Указанные обычные методы снижения систематической погрешности измерений, связанной с гематокритным эффектом, включают (a) совместное осаждение полимера с целью минимизации гематокритного эффекта, (b) прибавление различных видов плавленого кварца, чтобы усилить эффект фильтрации полимерного слоя, (c) использование компенсационного коэффициента, основанного на отношении величин токов, полученных при прямом и обратном импульсе напряжения, и (d) самокомпенсацию с использованием существующего сопротивления раствора образцов цельной крови. Хотя эти методы могут оказаться пригодными, обычные датчики глюкозы продолжают показывать при анализе значительную систематическую погрешность измерения, связанную с гематокритным эффектом, которая в общем случае составляет от 15 до 30%. Таким образом, необходимы системы для количественного определения аналитов в биологических жидкостях, в частности для определения содержания глюкозы в цельной крови, которые уменьшают систематическую погрешность измерения, вызванную гематокритным эффектом.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом полосковый электрохимический сенсор включает изолирующее основание, первый и второй электроды на изолирующем основании и колпачок на изолирующем основании. Полосковый элемент включает, по крайней мере, один первый слой на первом проводнике, при этом первый слой включает слой реагента, который содержит не больше чем 8 мкг/мм² медиатора. Полосковый элемент позволяет определить значение концентрации, при этом, по крайней мере, одно из значений систематической погрешности составляет меньше чем ±10% после хранения при 50°C в течение 2 недель, по сравнению с тест-полоской сравнения, которую хранили при -20°C в течение 2 недель, гематокритная систематическая погрешность измерения составляет меньше чем ±10% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне от 20 до 60%, а отношение отсечения к угловому коэффициенту составляет самое большее 20 мг/дл.

Первый и второй электроды полоскового сенсора могут располагаться практически в одной плоскости, а второй электрод может включать первый слой, лежащий на втором проводнике. Второй электрод может включать второй слой на втором проводнике, и второй слой может включать слой реагента, композиция которого отличается от слоя реагента на первом слое. Электроды могут быть отделены друг от друга расстоянием, большим чем 200 мкм, и могут располагаться от верхней части колпачка на расстоянии, равном, по крайней мере, 100 мкм.

Средняя начальная толщина слоя реагента полоскового сенсора может составлять меньше чем 8 мкм или может составлять от 0,25 до 3 мкм. Слой реагента полоскового сенсора можно нанести из раствора реагента с плотностью осаждения не больше чем 0,2 мкл/мм². Слой реагента в качестве связующего может включать поли(оксид этилена), поливиниловый спирт, гидроксиэтиленцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу или их комбинацию. Плотность осаждения полимерного связующего на первом проводнике может составлять не больше чем 2 мкг/мм². Полимерное связующее может быть частично растворимо в воде и/или может при гидратации образовывать гелеподобное вещество.

Слой реагента может включать ферментную систему с плотностью осаждения не больше чем 0,8 мкг/мм² и/или включать не больше чем 1,3 ферментных единиц. Слой реагента на рабочем электроде может включать не больше чем 2 мкг/мм² медиатора. Медиатор может быть медиатором двухэлектронного переноса и может представлять собой 3-фенилимино-3H-фенотиазины, 3-фенилимино-3H-феноксазины, их соли, их кислоты, их производные или их комбинации. Медиатор может обладать окислительно-восстановительным потенциалом, по крайней мере, на 100 мВ меньшим, чем окислительно-восстановительный потенциал феррицианида.

Систематическая погрешность измерения полоскового сенсора может быть меньше чем ± 5% после хранения при 50°C в течение 2 или 4 недель, по сравнении с тест-полоской, которую хранили при -20°C в течение 2 или 4 недель соответственно. Полосковый сенсор может иметь гематокритную систематическую погрешность измерения меньше чем ± 5% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне от 20 до 60%. Отношение отсечения к угловому коэффициенту составляет самое большее для полоскового сенсора 10 мг/дл или самое большее 1 мг/дл.

В соответствии с другим аспектом полосковый электрохимический сенсор включает изолирующее основание, первый и второй электроды на изолирующем основании и колпачок на изолирующем основании. Полосковый элемент включает, по крайней мере, один первый слой на первом проводнике, при этом первый слой включает слой реагента, который содержит медиатор и ферментную систему, где слой реагента позволяет определить значение концентрации, при этом, по крайней мере, одно из значений систематической погрешности составляет меньше чем ±10% после хранения при 50°C в течение 2 недель, по сравнению с тест-полоской сравнения, которую хранили при -20°C в течение 2 недель, гематокритная систематическая погрешность измерения составляет меньше чем ±10% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне от 20 до 60%, а отношение отсечения к угловому коэффициенту составляет самое большее 20 мг/дл.

В соответствии с другим аспектом предлагается способ определения концентрации аналита в образце. Метод включает подачу на образец последовательности импульсов, при этом последовательность импульсов включает, по крайней мере, 3 рабочих цикла в течение 30 секунд. Способ включает также определение значения концентрации аналита в образце, при этом, по крайней мере, одно из значений систематической погрешности составляет меньше чем ±10%, гематокритная систематическая погрешность измерения составляет меньше чем ±10% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне от 20 до 60%, а отношение отсечения к угловому коэффициенту составляет самое большее 20 мг/дл.

Способ может включать, по крайней мере, 3 рабочих цикла в течение 9 сек, а последовательность импульсов может быть завершена не более чем за 5 сек. Определение концентрации аналита в образце может включать определение концентрации аналита в образце на основании данных по определению силы тока, измерение которых проводят в пределах 2 сек после приложения последовательности импульсов. Каждый рабочий цикл может включать возбуждение и релаксацию, где каждое возбуждение может длиться от 0,01 до 3 сек. Суммарная продолжительность возбуждений может составлять не больше 10 сек или не больше 2 сек, а амплитуды возбуждений могут отличаться на 500 мВ. Возбуждения могут составлять не больше чем 45% от длительности последовательности импульсов. Каждая из релаксаций может длиться, по крайней мере, 0,2 сек или может длиться от 0,2 до 3 сек. Последовательность импульсов может включать первоначальное возбуждение с длительностью от 0,75 до 3 сек, при этом продолжительность первоначального возбуждения больше, чем возбуждения в рабочих циклах.

Способ позволяет определять концентрацию с систематической погрешностью меньше чем ± 5% после хранения при 50°C в течение 2 или 4 недель, по сравнению с тест-полоской, которую хранили при -20°C в течение 2 или 4 недель соответственно. Гематокритная систематическая погрешность измерения концентрации может составлять меньше чем ±5% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне от 20 до 60%, а отношение отсечения к угловому коэффициенту составляет самое большее 10 мг/дл или самое большее 1 мг/дл.

В соответствии с другим аспектом способ повышения эффективности количественного детектирования аналита включает введение включающего жидкий компонент образца, который содержит определяемое при анализе вещество, в полосковый электрохимический сенсор, при этом полосковый элемент включает изолирующую подложку, первый проводник на изолирующей подложке, второй проводник на изолирующей подложке и, по крайней мере, один первый слой, по крайней мере, на первом проводнике, где, по крайней мере, один первый слой включает слой реагента, содержащий полимерное связующее, а образец обеспечивает электрический контакт между первыми и вторыми проводниками. Способ также включает приложение электрического потенциала между первыми и вторыми проводниками в форме, по крайней мере, 4 импульсов считывания в течение 30 сек или в течение 9 сек и измерение, по крайней мере, одного из импульсов считывания, с целью количественного определения концентрации аналита в образце с повышенной эффективностью, которая относится, по крайней мере, к одной рабочей характеристике, выбранной из систематической погрешности, составляющей меньше чем ±10% после того, как полосковый сенсор хранился при 50°C в течение 2 недель, по сравнению с тест-полоской сравнения, которая хранилась при -20°C в течение 2 недель, гематокритной систематической погрешности измерения, составляющей меньше чем ±10% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне 20-60%, отношение отсечения к угловому коэффициенту составляет самое большее 10 мг/дл, или их комбинации.

Импульсы считывания могут завершиться не больше чем за 5 сек, импульсы считывания могут быть измерены в пределах 2 сек после приложения электрического потенциала, а каждый импульс считывания может продолжаться от 0,01 до 3 сек. Импульсы считывания могут длиться не больше чем 2 сек, а разница их амплитуды может составлять в пределах 500 мВ.

Способ позволяет определять значение количественной характеристики с систематической погрешностью меньше чем ± 5% после хранения при 50°C в течение 2 или 4 недель, по сравнению с тест-полоской сравнения, которую хранили при -20°C в течение 2 или 4 недель соответственно. Способ позволяет определять значение количественной характеристики с гематокритной систематической погрешностью меньше чем ±5% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне от 20 до 60%. Способ позволяет определять значение количественной характеристики, для которой отношение отсечения к угловому коэффициенту составляет самое большее 10 мг/дл или самое большее 1 мг/дл.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет более понятным после ссылки на следующие чертежи и описания. Компоненты на фигурах необязательно даны в масштабе, вместо этого основное внимание уделяется пояснению принципов настоящего изобретения. Кроме того, на фигурах одинаковые номера позиций в общем случае обозначают соответствующие части на всех различных рисунках.

На фиг.1А представлен полосковый сенсор в собранном виде.

На фиг.1В приведен вид сверху полоскового сенсора со снятым колпачком.

На фиг.2А показан вид с торца полоскового сенсора, приведенного на фиг.1В.

Фиг.2В поясняет перенос медиатором одного электрона от ферментной системы к рабочему электроду.

Фиг.2С поясняет перенос медиатором двух электронов от ферментной системы к рабочему электроду.

На фиг.3 представлен электрохимический способ определения присутствия и концентрации аналита в образце.

На фиг.4А-4D приведены примеры последовательности управляемых импульсов, при этом на полосковый сенсор после введения образца прикладывают несколько циклов нагрузки.

На фиг.5А и 5В приведены кривые зависимости дозы для полоскового сенсора, включающей ферментную систему PQQ-GDH с гематокритным числом 20%, 40% и 55%.

На фиг.5С приведено отношение I/S, выраженное в мг/дл, которое определяют из экспериментальных данных.

На фиг.5D приведены отношения в I/S диапазоне от 0 до 20 мг/дл для нескольких концентраций глюкозы, которые определяют для полосок сенсора с использованием композиций реагента RC2, RC3 или RC4.

Фиг.5Е показывает практически идентичную гематокритную эффективность системы для образцов плазмы и образцов цельной крови с гематокритным числом 40%.

Фиг.6А показывает постоянную систематическую погрешность для четырех композиций реагентов, включающих ферментную систему PQQ-GDH, через 2 недели при 50°С.

Фиг.6В показывает постоянную систематическую погрешность для четырех композиций реагентов, включающих ферментную систему PQQ-GDH, через 4 недели при 50°С.

Фиг.6С показывает постоянную систематическую погрешность для трех композиций реагентов, включающих ферментную систему PQQ-GDH, через 52 недели при 25°С и относительной влажности 80%.

Фиг.6D показывает дисперсию постоянной систематической погрешности для полосковых сенсоров, содержащих RC2, где опорные данные, которые используют для расчета концентрации аналита, берут в различные моменты времени после начала проведения анализа.

На фиг.7А приведена кривая зависимости дозы, полученная с помощью полоскового сенсора для нескольких образцов цельной крови.

На фиг.7В приведены разбросы абсолютных гематокритных систематических погрешностей для четырех технологических партий, полученные для нескольких образцов цельной крови.

На фиг.7С приведено сравнение гематокритной чувствительности для полоскового сенсора по настоящему изобретению и обычного полоскового сенсора.

Подробное описание изобретения

Биодатчики удобны для пациентов тем, что позволяют практически мгновенно измерить уровни глюкозы. Ошибки при проведении указанных измерений можно объяснить деградацией композиции реагента и/или гематокритным эффектом. Деградация композиции реагента представляет собой непрерывный процесс, который протекает в то время, пока полосковый сенсор транспортируется и хранится после его изготовления. Множество факторов может влиять на скорость, с которой деградирует композиция реагента, в том числе температура. Гематокритный эффект возникает в том случае, когда эритроциты случайным образом воздействуют на скорость диффузии измеряемых химических веществ к поверхности проводника рабочего электрода.

Уменьшая количество медиатора и/или фермента, которые используют в полосковом сенсоре, можно увеличить долговременную стабильность композиции реагента, по сравнению с обычными биодатчиками и композициями реагентов. Таким образом, для полоскового сенсора можно уменьшить постоянную систематическую погрешность и отношение отсечения к угловому коэффициенту. Кроме того, сочетание способа управляемого анализа и увеличенной стабильности композиции реагента позволяет уменьшить гематокритный эффект. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением может быть улучшена одна или любая комбинация указанных и других рабочих характеристик.

В соответствии с одним аспектом биодатчики по настоящему изобретению показывают постоянную систематическую погрешность, которая предпочтительно составляет меньше чем ±10%, более предпочтительно составляет меньше чем ±5% после хранения при 50°С в течение 4 недель, по сравнению с полосковыми сенсорами, которые хранят при -20°С в течение 4 недель. В соответствии с другим аспектом биодатчики по настоящему изобретению показывают гематокритную систематическую погрешность измерения, которая предпочтительно составляет меньше чем ±10%, более предпочтительно составляет меньше чем ±5% для образцов цельной крови с гематокритным числом в диапазоне от 20 до 60%. В соответствии с другим аспектом биодатчики по настоящему изобретению предпочтительно имеют отношение отсечения к угловому коэффициенту, которое составляет не больше чем 20 мг/дл, более предпочтительно составляет не больше чем 10 мг/дл или не больше чем 6 мг/дл и еще более предпочтительно составляет не больше чем 1 мг/дл. Могут быть улучшены указанные и другие рабочие характеристики полоскового сенсора.

На фигурах 1A и 1B показан полосковый сенсор 100, который можно использовать по настоящему изобретению. На фиг.1A представлен полосковый сенсор 100 в собранном виде, который включает изолирующее основание сенсора 110, по крайней мере, частично закрытое колпачком 120, который имеет воздушный клапан 130, покрываемую образцом площадь 140 и отверстие для ввода 150. Частично закрытый объем 160 (капиллярная щель) образуется между изолирующим основанием 110 и колпачком 120. Могут использоваться конструкции других полосок сенсоров, совместимые с настоящим изобретением, например, описанные в патентах США № 5120420 и № 5798031.

Жидкий образец для анализа можно поместить в капиллярную щель 160, вводя его в отверстие 150. Жидкость заполняет капиллярную щель 160, вытесняя ранее содержавшийся в ней воздух через воздушный клапан 130. Капиллярная щель 160 может содержать композицию (не показана), которая помогает удерживать жидкий образец в капиллярной щели. Примеры подобных композиций включают набухающие в воде полимеры, такие как карбоксиметилцеллюлоза и полиэтиленгликоль; и пористые полимерные матрицы, такие как декстран и полиакриламид.

На фиг.1B приведен вид сверху полоскового сенсора 100 с удаленным колпачком 120. Проводники 170 и 180 могут проходить под слоем диэлектрика 190 от отверстия 150 к рабочему электроду 175 и противоэлектроду 185 соответственно. В соответствии с одним аспектом рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут находиться практически в одной плоскости, как показано на фигуре. В родственном аспекте рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут быть отделены друг от друга больше чем на 200 или 250 мкм и могут отстоять от верхней части колпачка 120, по крайней мере, на 100 мкм. В соответствии с другим аспектом рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут быть разделены друг от друга меньше чем на 200 мкм. Диэлектрический слой 190 может частично покрывать электроды 175, 185 и может быть сформирован из любого подходящего диэлектрического вещества, такого как изолирующий полимер.

Противоэлектрод 185 может поддержать электрохимическую активность рабочего электрода 175 полоскового сенсора 100. В соответствии с одним аспектом потенциал для поддержания электрохимической активности рабочего электрода 175 может быть приложен к чувствительной системе за счет изготовления противоэлектрода 185 из инертного материала, такого как углерод, и за счет введения растворимых окислительно-восстановительных соединений, таких как феррицианид, в капиллярную щель 160. В соответствии с другим аспектом потенциал на противоэлектроде 185 может быть опорным потенциалом, который образуется при формировании противоэлектрода 185 из окислительно-восстановительной пары, такой как Ag/AgCI, с образованием комбинированного электрода сравнения/противоэлектрода. В качестве альтернативы полосковый сенсор 100 может быть снабжен третьим проводником и электродом (не показаны), предназначенным для подачи опорного потенциала к чувствительному устройству.

На фиг.2А приведен вид с торца полоскового сенсора, приведенного на фиг.1В, где показана слоистая структура рабочего электрода 175 и противоэлектрода 185. Проводники 170 и 180 могут располагаться непосредственно на изолирующей подложке 110. Проводниковые слои 270 и 280 на поверхности необязательно могут быть нанесены на проводники 170 и 180 соответственно. Проводниковые слои 270 и 280 на поверхности могут быть изготовлены из одних и тех же или различных веществ.

Вещество или вещества, которые используют для формирования проводников 170, 180, и проводниковые слои 270 и 280 на поверхности могут включать любые электрические проводники. Предпочтительные электрические проводники не ионизируются, т.е. вещества в целом не претерпевают окисление или в целом не претерпевают восстановления в процессе анализа образца. Проводники 170 и 180 преимущественно включают тонкий слой металлической пасты или металла, такого как золото, серебро, платина, палладий, медь или вольфрам. Проводниковые слои 270 и 280 на поверхности преимущественно включают углерод, золото, платину, палладий или их комбинации. Если на проводнике нет слоя поверхностного проводника, то проводник преимущественно изготавливают из неионизирующегося вещества.

Вещество для расположенного на поверхности проводника может быть нанесено на проводники 170, 180 обычными способами, совместимыми с работой полоскового сенсора, в том числе осаждением тонких пленок, химическим осаждением из паровой фазы, осаждением из суспензий и т.п. В случае осаждения из суспензий смесь можно наносить в виде пасты на проводники 170, 180, как описано в патенте США № 5798031.

Слои реагентов 275 и 285 могут быть нанесены на проводники 170 и 180 соответственно. Слои формируют, по крайней мере, из одной композиции реагентов, которая включает реагенты и необязательно связующее вещество. Связующее вещество предпочтительно представляет собой полимерное вещество, которое, по крайней мере, частично растворимо в воде. В соответствии с одним аспектом связующее при гидратировании образцом может образовать гель или гелеподобное вещество. В соответствии с другим аспектом связующее вещество может фильтровать эритроциты.

Подходящие частично водорастворимые полимерные вещества для использования в качестве связующего могут включать поли(оксид этилена) (PEO), карбоксиметилцеллюлозу (CMC), поливиниловый спирт (PVA), гидроксиэтиленцеллюлозу (HEC), гидроксипропилцеллюлозу (HPC), метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, этилгидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилэтилцеллюлозу, поливинилпирролидон (PVP), полиаминокислоты, такие как полилизин, полистиролсульфонат, желатин, акриловую кислоту, метакриловую кислоту, крахмал, соли малеинового ангидрида, их производные и их комбинации. Среди вышеупомянутых веществ для связующего предпочтительными в настоящем изобретении являются PEO, PVA, CMC и HEC, при этом CMC является более предпочтительным.

Помимо связующего слои реагентов 275 и 285 могут включать те же самые или различные реагенты. Когда они включают те же самые реагенты, слои реагента 275 и 285 могут быть одним и тем же слоем. В соответствии с одним аспектом реагенты, находящиеся в первом слое 275, могут быть выбраны для использования в рабочем электроде 175, в то время как реагенты, находящиеся во втором слое 285, могут быть выбраны для использования в противоэлектроде 185. Например, реагенты в слое 285 могут облегчить свободное протекание электронов между образцом и проводником 180. Аналогично реагенты в слое 275 могут облегчить протекание реакций аналита