Тестовые датчики, способы и системы с множеством зон и потенциалов

Тестовые датчики, способы и системы с множеством зон и потенциалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США №60/974823, "Multi-Potential Biosensors, Systems, and Methods" (Много-потенциальные биодатчики, системы и способы), поданной 24 сентября 2007, которая полностью включена в настоящее описание путем ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Биодатчики обеспечивают анализ биологической жидкости, такой как цельная кровь, сыворотка крови, плазма, моча, слюна, тканевая или внутриклеточная жидкость. Обычно, биодатчики имеют в составе измерительное устройство, которое анализирует пробу, находящуюся в тестовом датчике. Проба обычно имеет жидкостную форму и в дополнение к тому, что является биологической жидкостью, может быть производным биологической жидкости, таким как экстракт, раствор, фильтрат, или ресуспендированный осадок. Анализ, выполняемый посредством биодатчика, определяет наличие и/или концентрацию в биологической жидкости одного или нескольких аналитов, таких как этанол, глюкоза, мочевая кислота, лактат, холестерин, билирубин, свободные жирные кислоты, триглицериды, белки, кетоны, фенилаланин или ферменты. Анализ может быть полезным при диагностике и лечении физиологических нарушений. Например, диабетик может использовать биодатчик, чтобы определять уровень глюкозы в цельной крови для корректировок диеты и/или лечения.

Многие биодатчики осуществляют анализ в отношении одного аналита и используют различные методы, чтобы повышать точность и/или воспроизводимость результатов анализа. Точность может быть выражена в терминах систематической погрешности оценки показаний аналита сенсорной системы по сравнению с эталонным показанием для аналита, представляя при больших значениях систематической погрешности меньшую точность, тогда как воспроизводимость результатов может быть выражена в терминах разброса или расхождений между многократными измерениями. Для повышения точности и/или воспроизводимости результатов анализа может использоваться калибровочная информация, и может считываться из тестового датчика на измерительное устройство до проведения анализа. Измерительное устройство использует калибровочную информацию, чтобы корректировать анализ биологической жидкости в ответ на один или несколько параметров, таких как тип биологической жидкости, конкретный аналит(ы) и производственные отклонения тестового датчика. Биодатчики могут быть реализованы с использованием настольных, портативных и подобных измерительных устройств. Портативные измерительные устройства могут быть переносными и могут допускать идентификацию и/или определение количества аналита в пробе. Примеры переносных измерительных систем включают измерительные приборы Ascensia Breeze® и Elite® компании Bayer Healthcare, Тэрритаун, Нью-Йорк, тогда как примеры настольных измерительных систем включают электромеханическую рабочую станцию производства компании CH Instruments, Остин, Техас.

Электрический сигнал, подаваемый на тестовый датчик измерительным устройством, может быть потенциалом напряжением или током и может быть постоянным, регулируемым, или их комбинацией, например, если сигнал переменного тока (AC) подается со сдвигом сигнала постоянного тока (DC). Входной сигнал может подаваться в виде одиночного импульса или в виде множественных импульсов, последовательностей или циклов. Аналит или измеримое вещество подвергается окислительно-восстановительной реакции во время подачи входного сигнала на пробу. Окислительно-восстановительная реакция генерирует выходной сигнал, который может измеряться постоянно или периодически в процессе вывода в переходном и/или установившийся режиме. В отличие от неустановившегося выходного сигнала, который постоянно изменяется, установившийся выход наблюдают, когда изменение сигнала по отношению к его независимой входной переменной (времени, и т.д.) является по существу постоянным, например, в пределах +10 или +5%.

Могут использоваться различные электрохимические процессы, такие как кулонометрия, амперометрия, вольтамперометрия или подобные. В отличие от кулонометрии, в амперометрии и вольтамперометрии для определения концентрации аналита в пробе обычно измеряют скорость, с которой аналит окисляется или восстанавливается. В амперометрии электрический сигнал с постоянным потенциалом (постоянного напряжения) подают на электрические проводники тестового датчика, тогда как измеряемым выходным сигналом является ток. В вольтамперометрии, переменный потенциал подают на пробу биологической жидкости. Также могут использоваться амперометрические и вольтамперометрические методы на основе стробирования, включающие чередующиеся циклы возбуждения и релаксации.

"Эффект гематокрита" является одним фактором, который может снижать точность и/или воспроизводимость результатов анализа, выполняемого в пробе цельной крови. Кроме воды, глюкозы, белков, кетонов и других биологических молекул, пробы цельной крови содержат эритроциты. Гематокрит является занимаемым эритроцитами объемом в пробе цельной крови по отношению к полному объему пробы цельной крови и часто выражается в процентах. Чем больше выраженный в процентах гематокрит отклоняется от системной калибровки %-гематокрита для пробы цельной крови, тем больше систематическая погрешность (ошибка) в полученных от биодатчика показаниях аналита. Например, обычная система биодатчиков, имеющая один набор калибровочных констант (угловые коэффициенты для пробы цельной крови с содержанием гематокрита 40%, например), будет сообщать три различные концентрации глюкозы для проб цельной крови, имеющих тождественные концентрации глюкозы, но процентное содержание гематокрита 20%, 40% и 60%. Таким образом, даже при том, что концентрации глюкозы цельной крови являются одинаковыми, система представит отчет, что соответствующая гематокриту 20% проба цельной крови содержит больше глюкозы, чем соответствующая гематокриту 40% проба цельной крови, и что соответствующая гематокриту 60% проба цельной крови содержит меньше глюкозы, чем соответствующая гематокриту 40% проба цельной крови. Поскольку обычные биодатчики обычно настроены с возможностью представлять отчет о концентрациях глюкозы при условии 40%-го гематокритного содержания для пробы цельной крови, любое измерение глюкозы, выполненное на пробе крови, содержащей меньше или больше, чем гематокрит 40%, будет включать некоторую систематическую погрешность, относимую к эффекту гематокрита.

Погрешность показателя гематокрита может быть выражена следующим уравнением:

%Hct-bias=100%*(G_m-G_ref)/G_ref,

где G_m и G_ref являются показаниями измеренной глюкозы и номинальной глюкозы, соответственно, для любого уровня гематокрита. Чем больше абсолютное значение %Hct-bias (погрешности показателя гематокрита в процентах), тем значительнее эффект гематокрита.

В дополнение к эффекту гематокрита, неточности измерений также могут возникать, когда концентрация измеримого вещества не коррелируется с концентрацией аналита. Например, при определении биодатчиком концентрации восстановленного медиатора, генерируемого в ответ на окисление аналита, любой восстановленный медиатор, который не генерируется в результате окисления аналита, будет вызывать индикацию того, что в пробе присутствует больше аналита, чем надлежит, из-за фона медиатора.

При понимании, что выходной сигнал обусловлен факторами, не чувствительными к концентрации аналита, ложную часть выходного сигнала можно вычесть. В обычных системах делалась попытка изолировать нечувствительные порции выходного сигнала, помещая множества пар из рабочего электрода и противоэлектрода в общей емкости для пробы. Путем изменения реагентов, используемых для создания электродов, в этих системах попытка отделения частей, чувствительных и нечувствительных к аналиту, выполнялась вычитанием этих двух выходных сигналов.

Например, обычные сенсорные системы могут иметь множественные области детектирования в неразделенной камере для проб, где каждый рабочий электрод обращен к электроду сравнения. В другом аспекте, эти системы могут иметь одиночный электрод сравнения. Системы этих типов могут предусматривать систему калибровки датчика в ходе теста двумя известными стандартными или могут предусматривать отдельные системы электродов для определения аналита, помехи, и гематокрита, например. Общий недостаток этих систем состоит в одиночной камере для пробы, где смежные системы электродов/области детектирования могут загрязняться химически друг от друга из-за диффузии и/или движения жидкости. Этот недостаток может быть особо проблематичным, когда одна система реагента требует более длительного времени испытания, чем другая, и/или когда тестовый датчик является механически нарушенным после заполнения пробой.

Поскольку для диагноза необходимо все больше и больше информации относительно аналитов, присутствующих в биологических пробах, имеется возрастающая потребность в регулярном мониторинге множества биологических веществ медицинской значимости. Соответственно, имеется постоянная потребность в усовершенствованных биодатчиках, особенно таких, которые могут обеспечивать в большей степени точные и/или воспроизводимые результаты измерений концентрации для многих аналитов. Системы, устройства, и способы по настоящему изобретению устраняют или помогают избежать, по меньшей мере, один из недостатков, связанных с обычными биодатчиками.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В описании раскрыт тестовый датчик аналита, который включает в себя, по меньшей мере, две образующие емкость подложки, емкость имеет, по меньшей мере, две по существу химически изолированные вторичные зоны анализа; по меньшей мере, один первый рабочий электрод, включающий в себя первый проводник и композицию реагента, размещенную в емкости; по меньшей мере, один первый противоэлектрод, включающий в себя второй проводник и, по меньшей мере, одно первое окислительно-восстановительное вещество, размещенное в первой вторичной зоне анализа; и, по меньшей мере, один второй противоэлектрод, включающий в себя третий проводник и, по меньшей мере, одно второе окислительно-восстановительное вещество, размещенное во второй вторичной зоне анализа, при этом рабочий электрод, первый противоэлектрод и второй противоэлектрод являются независимо адресуемыми.

В документе раскрыт тестовый датчик аналита, который включает в себя, по меньшей мере, две подложки, образующие емкость, причем емкость включает в себя, по меньшей мере, три независимо адресуемые вторичные зоны анализа, и каждая из вторичных зон анализа является по существу химически изолированной.

В одном аспекте, тестовый датчик может иметь конфигурацию, в которой прямую линию, проходящую от рабочего электрода через первую вторичную зону анализа и через первичную область, нельзя провести через вторую вторичную зону анализа к противоэлектроду. Тестовый датчик также может иметь конфигурацию, в которой проводник расположен между двумя подложками и, по меньшей мере, одна часть емкости, включающая отверстие для пробы, образована, по меньшей мере, двумя подложками и гранью проводника. В этом случае, грань проводника образует, по меньшей мере, первый электрод.

В другом аспекте, тестовый датчик может иметь конфигурацию, в которой жидкостная проба, входящая, по меньшей мере, в одно отверстие для пробы, не протекает более чем через один из первого, второго, и третьего электродов для достижения другого электрода. Тестовый датчик также может иметь конфигурацию, в которой смешение первого и второго окислительно-восстановительного вещества при методе анализа, выбранном из циклической вольтамперометрии и хемоамперометрии, не наблюдается в течение 12 минут, если тестовый датчик механически не нарушен, или в течение 1,4 минуты, если тестовый датчик механически нарушен. Тестовый датчик также может иметь конфигурацию, в которой смешение первого и второго окислительно-восстановительного вещества при методе анализа, выбранном из циклической вольтамперометрии и хемоамперометрии, не наблюдается в течение 16 минут, если тестовый датчик механически не нарушен.

Раскрыт способ измерения, по меньшей мере, одного аналита в пробе, который включает этапы, на которых осуществляют химическое или биохимическое окисление или восстановление, по меньшей мере, одного аналита в пробе; подают первый входной сигнал на пробу, по меньшей мере, с помощью первого рабочего электрода и первого противоэлектрода; подают второй входной сигнал с потенциалом, отличным от первого входного сигнала, на пробу с помощью, по меньшей мере, первого рабочего электрода и второго противоэлектрода; анализируют выходные сигналы от первого и второго входных сигналов, чтобы определить концентрацию первого измеримого вещества в пробе с потенциалом первого противоэлектрода, и концентрацию второго измеримого вещества в пробе с потенциалом второго противоэлектрода; и преобразуют, по меньшей мере, одну из концентраций первого и второго измеримого вещества в концентрацию, по меньшей мере, одного аналита в пробе.

Раскрыт способ измерения, по меньшей мере, одного аналита в пробе, который включает этапы, на которых вводят пробу в тестовый датчик, включающий в себя, по меньшей мере, две пары электродов, причем, по меньшей мере, две пары электродов включают в себя, по меньшей мере, четыре независимо адресуемых и по существу химически изолированных электрода, при этом, по меньшей мере, два из электродов являются рабочими электродами и, по меньшей мере, два из электродов являются противоэлектродами; осуществляют химическое или биохимическое окисление или восстановление аналита в пробе; подают стробированный входной сигнал на пробу, по меньшей мере, по двум парам электродов, чтобы генерировать, по меньшей мере, два выходных сигнала; объединяют, по меньшей мере, два выходных сигнала; и измеряют концентрацию аналита в пробе на основании объединенных выходных сигналов. Раскрыты также системы использования описанных тестовых датчиков вместе с описанными способами.

Другие устройства, системы, способы, признаки и преимущества изобретения будут или станут очевидными специалисту в данной области техники после рассмотрения нижеследующих фигур и подробного описания. Подразумевается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки, и преимущества, включенные в рамки данного описания, включаются в рамки объема изобретения, и являются охраняемыми формулой изобретения, которая следует ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным при ссылке на нижеследующие чертежи и описание. Компоненты на фигурах не обязательно представлены в масштабе, вместо этого большее внимание акцентировано на иллюстрации принципов изобретения. Кроме того, на фигурах сходные числовые ссылочные позиции обозначают соответствующие части на всех видах.

Фиг.1A - представление компоновки тестового датчика, где проба вводится на поверхность основной области через отверстие для пробы и протекает по существу симметрично, чтобы заполнить четыре вторичные зоны анализа.

Фиг.1B - представление тестового датчика по Фиг.1A с дополнением электрода сравнения.

Фиг.1C - представление тестового датчика по Фиг.1A с отдельными противоэлектродами.

Фиг.1D - представление тестового датчика по Фиг.1C с дополнением электрода сравнения.

Фиг.2A - представление компоновки тестового датчика, где введение пробы происходит из отверстия для пробы на стороне тестового датчика в основную область, и затем протекает асимметрично, чтобы заполнить две вторичные зоны анализа.

Фиг.2B - представление тестового датчика, имеющего компоновку электродов, показанную на Фиг.2A, но с другой компоновкой вторичных зон анализа.

Фиг.3A - представление конструкции прямоканального тестового датчика, где проба протекает из основной области через первую потенциальную позицию электрода, чтобы достичь второй потенциальной позиции электрода.

Фиг.3B-3G - представления альтернативных конструкций для вторичных зон анализа, где проба течет не более, чем через одну потенциальную позицию электрода.

Фиг.4A - показ циклической вольтамперограммы для конструкции прямоканального тестового датчика, такого как представлен на Фиг.3A.

Фиг.4B - показ циклической вольтамперограммы для конструкции с Y-образным каналом, таким как представлен на Фиг.3E.

Фиг.5A - показ графика зависимости тока от времени при хемоамперометрии, демонстрирующего, что для прямоканального тестового датчика, соответствующего типу, используемому на Фиг.4A, пиковое значение ферроцианида наблюдалось на рабочем электроде в течение приблизительно 5 секунд после введения пробы.

Фиг.5B - показ графика зависимости тока от времени при хемоамперометрии, демонстрирующего, что для тестового датчика с Y-образным каналом, соответствующего типу, используемому на Фиг.4B, по существу нет ферроцианида, дошедшего до рабочего электрода через 30 секунд после введения пробы.

Фиг.5C - график зависимости тока от времени при хемоамперометрии, демонстрирующий, что конструкция с Y-образным каналом обеспечивает более совершенную химическую изоляцию между потенциальными позициями электродов, чем конструкция с T-образным каналом.

Фиг.5D демонстрирует, что три конструкции с Y-образным каналом были стойкими к такому смешению от механического нарушения.

Фиг.6A - представление тестового датчика, имеющего шахматную компоновку вторичных зон анализа, где проба входит в отверстие для пробы в основную область, имеющую форму канала, от которого ответвляются две вторичные зоны анализа.

Фиг.6B - представление компоновки тестового датчика, где проба входит в отверстие для пробы в основную область, имеющую форму канала, от которого ответвляются три вторичные зоны.

Фиг.7 и Фиг.7B - представление тестовых датчиков, имеющих конструкции вторичной зоны анализа с шахматной компоновкой.

Фиг.8A - представление разновидности тестового датчика, показанного на Фиг.7A, где множество рабочих электродов электрически соединены.

Фиг.8B - представление разновидности тестового датчика, показанного на Фиг.7A, где множество противоэлектродов электрически соединены.

Фиг.9A - представление одноэлектронного медиатора переноса, осуществляющего перенос одного электрона.

Фиг.9B - представление многоэлектронного медиатора переноса, осуществляющего перенос двух электронов.

Фиг.10A - представление системы с наличием трех независимо адресуемых противоэлектродов, каждый из которых действует с различным потенциалом, и трех электрически соединенных рабочих электродов, имеющих каждый систему медиатора, которая действует с различным потенциалом.

Фиг.10B - показ циклических вольтамперограмм для рутения (III) гексаамина, феррицианида и электро-активной органической молекулы.

Фиг.10C - график, относящийся к рабочему потенциалу противоэлектрода и соотношению сопряженной пары окисления-восстановления.

Фиг.10D - представление системы переноса заряда для множества независимо адресуемых противоэлектродов.

Фиг.10E - показ циклических вольтамперограмм, демонстрирующих различные рабочие потенциалы, которые могут подаваться на один или несколько рабочих электродов множеством независимо адресуемых противоэлектродов.

Фиг.11A - демонстрация того, что системы переноса заряда, показанные на Фиг.10E, могут быть заменены множественными соотношениями сопряженной пары окисления-восстановления, чтобы обеспечивать множество потенциалов для системы.

Фиг.11B - изображение профилей тока, полученных, когда потенциал на одном по существу химически изолированном рабочем электроде периодически регулируется последовательно тремя по существу химически изолированными и независимо адресуемыми противоэлектродами, имеющими каждый различный потенциал, обеспечиваемый различными системами переноса заряда.

Фиг.12A - изображение схематического представления системы биодатчика, которая определяет концентрацию аналита в пробе биологической жидкости.

Фиг.12B-12F - представление нескольких разновидностей регуляторов напряжения, которые могут использоваться вместе с генератором сигнала, показанным на Фиг.12A.

Фиг.13 - представление электрохимического анализа для определения наличия и/или концентрации, по меньшей мере, одного аналита в пробе.

Фиг.14A - представление входного сигнала из последовательности последовательных стробированных амперометрических импульсов, используемой в комбинации с тестовым датчиком, имеющим независимо адресуемые противо- и рабочие электроды.

Фиг.14B - представление входного сигнала из последовательности одновременных стробированных амперометрических импульсов, используемой в комбинации с тестовым датчиком, имеющим независимо адресуемые противо- и рабочие электроды.

Фиг.15 - показ результатов усреднения результатов до четырех отдельных анализов одного и того же аналита для определения концентрации аналита в пробе.

Фиг.16 - изображение спадов тока, полученных из эксперимента с усреднением сигнала.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Описана система биодатчиков, имеющая в составе тестовые датчики с наличием, по меньшей мере, трех независимо адресуемых зон анализа. Каждая зона анализа включает в себя проводник или электрод и может быть по существу химически изолированной. Таким образом, рабочий и противоэлектроды из электродной пары могут постоянно находиться по существу в химически изолированных средах. Рабочий электрод может объединяться с двумя или большим количеством противоэлектродов, где каждый противоэлектрод находится по существу в химически изолированной среде. Таким образом, система может иметь в составе, по меньшей мере, два противоэлектрода, действующих с различными потенциалами. Независимая адресуемость по существу химически изолированных зон анализа обеспечивает электрохимический анализ с несколькими потенциалами.

Пробы, включающие в себя множество аналитов, могут анализироваться при действии с более чем одним потенциалом. Могут выполняться множественные, независимые анализы одного и того же аналита, чтобы повышать точность и/или воспроизводимость результатов анализа. В дополнение к много-аналитовому и многостороннему анализу, способность системы изменять конфигурацию способствует повышенной точности и/или воспроизводимости результатов, поскольку может определяться часть выходного сигнала, относящаяся к мешающим компонентам пробы, гематокриту, фону медиатора, температуре, изменчивости параметров изготовления, вывода из работы реагента, и т.п.. Мешающими компонентами для аналита являются химические, электрохимические, физиологические или биологические вещества, которые приводят к положительной или отрицательной погрешности в определяемой концентрации аналита. Если известны, эти эффекты могут использоваться для изменения определяемой концентрации аналита или могут быть удалены из нее. Калибровочная информация также может обеспечиваться зонами анализа, которые не являются чувствительными к аналиту.

На Фиг.1A представлена компоновка тестового датчика 100, где проба вводится на поверхность основной области 110 через отверстие 115 для пробы и протекает по существу симметрично, чтобы заполнить четыре вторичные зоны 150 анализа. Каждая из вторичных зон 150 анализа включает в себя выпускное отверстие 120, чтобы позволять пробе выпускать воздух из вторичных зон 150 анализа во время заполнения. Выпускное отверстие 120 может иметь любую форму, которая является совместимой с формой вторичных зон 150 анализа, например, круглую или многоугольную. Максимальный диаметр или ширина выпускного отверстия 120 могут иметь любой размер, который обеспечивает желательное протекание пробы во вторичные зоны 150 анализа, при являющихся предпочтительными значениях от приблизительно 0,02 мм до приблизительно 1,5 мм.

Одиночный противоэлектрод 130 занимает основную область, тогда как рабочие электроды 141-144 присутствуют в каждой вторичной зоне 150 анализа. Хотя изображено с противоэлектродом 130 в основной области 110 и рабочими электродами 141-144 во вторичных зонах 150 анализа, расположение рабочих и противоэлектродов может быть изменено на обратное, чтобы множество противоэлектродов окружали одиночный рабочий электрод (не показано). В другом аспекте, электроды могут не находиться в той же плоскости. Например, некоторые электроды могут быть размещены горизонтально, тогда как другие могут размещаться вертикально. В другом примере, некоторые электроды могут быть помещены выше остальных, чтобы биологическая жидкость сначала доходила до более низких электродов. Могут использоваться другие конфигурации электродов. Например, на Фиг.1B представлен тестовый датчик, показанный на Фиг.1A, с дополнением электрода 170 сравнения, чтобы обеспечивать инвариантный потенциал.

На Фиг.1C представлен тестовый датчик 100, где вместо одиночного противоэлектрода 130 обеспечиваются четыре независимых противоэлектрода 131-134 в центральной основной области 110. Несмотря на то, что изображено с противоэлектродами в основной области и рабочими электродами во вторичных зонах анализа, расположение любого рабочего электрода и любого противоэлектрода может быть изменено на обратное (не показано). Могут использоваться другие конфигурации электродов.

На Фиг.1D представлен тестовый датчик, показанный на Фиг.1C, с дополнением электрода 170 сравнения к каждой вторичной зоне анализа, чтобы обеспечивать инвариантный потенциал. Один или большее количество электродов 170 сравнения могут действовать с одним или несколькими потенциалами, чтобы обеспечивать инвариантный потенциал для каждого анализа. Поскольку рабочий потенциал противоэлектродов может изменяться, один или несколько электродов сравнения могут использоваться для ориентации на потенциал противоэлектродов в дополнение к ориентации на потенциал рабочих электродов как обычно происходит в традиционных системах.

Хотя на фигуре не показано, для тестовых датчиков, реализованных в применениях для непрерывного мониторинга, таких как для электродов, имплантированных в живой организм, или иным образом находящихся в постоянном контакте с биологической жидкостью, использование множества электродов сравнения может обеспечивать повышенную точность и/или воспроизводимость результатов определяемых концентраций аналита. Повышение может происходить из-за уменьшения проблем, связанных с изменяющимся потенциалом рабочих электродов, имплантированных в живой организм, или иным образом находящихся в постоянном контакте с биологической жидкостью.

На Фиг.1A и Фиг.1B проводники 160 выходят из каждого электрода в направлении тыльной стороны тестового датчика 100, где каждый из проводников 160 может быть соединен с измерительным устройством, допуская, чтобы каждый рабочий электрод 141-144 адресовался независимо. Таким образом, когда проводник 160 соединен с одиночным электродом, электрод является адресуемым независимо. Проводники 160 могут оставаться независимо адресуемыми, или любые два или большее число могут быть электрически соединенными (не показано). Таким образом, когда свыше одного электрода электрически соединены с одним и тем же проводником, электроды не являются адресуемыми независимо, поскольку они электрически адресуются вместе. Например, посредством электрического соединения двух из рабочих электродов 141-144, таких как 141 и 144, результирующий тестовый датчик 100 получит три независимо адресуемых рабочих электрода и один противоэлектрод 130.

В конфигурации с одиночным противоэлектродом 130 и четырьмя независимо адресуемыми рабочими электродами 141-144, тестовый датчик 100, показанный на Фиг.1A и Фиг.1B, может потенциально выполнять различный анализ на каждом из рабочих электродов 141-144. Одиночный противоэлектрод 130 может обеспечивать одиночный потенциал для системы с помощью системы переноса заряда, которая действует с единственным потенциалом. В зависимости от измерительного устройства, одиночный противоэлектрод 130 может обеспечивать свыше одного потенциала для системы.

Если типы электрода были изменены на обратные для тестового датчика 100, показанного на Фиг.1A и Фиг.1B, чтобы были четыре независимо адресуемых противоэлектрода и одиночный рабочий электрод, электрохимия на рабочем электроде потенциально может измеряться при четырех различных потенциалах. Независимая адресуемость противоэлектродов дает возможность, чтобы каждый противоэлектрод формировался с другой системой переноса заряда, таким образом изменяя потенциал, подаваемый на рабочий электрод во время анализа. Если рабочий электрод включает в состав реагенты, которые взаимодействуют с одним или несколькими аналитами при четырех различных потенциалах, каждое взаимодействие аналита может измеряться независимо согласно электрической адресации надлежащего противоэлектрода. Предпочтительно, каждый независимо адресуемый противоэлектрод действует с одном потенциалом или диапазоном потенциалов.

На Фиг.1C и 1D, проводники 160 выходят из каждого электрода в направлении тыльной стороны тестового датчика 100, где каждый из проводников 160 может быть соединен с измерительным устройством. Такая компоновка дает возможность независимо адресовать каждый рабочий электрод 141-144 и каждый противоэлектрод 131-134. Проводники 160 могут оставаться электрически изолированными, или любые два или большее число могут быть электрически соединены (не показано). Например, электрическим соединением двух из противоэлектродов, например, 132 и 133, результирующий тестовый датчик будет иметь четыре независимо адресуемых рабочих электрода и три независимо адресуемых противоэлектрода. Любая комбинация электродов может быть электрически соединена.

Независимо адресуемые рабочие электроды потенциально дают возможность, чтобы в каждом рабочем электроде 141-144 измерялась другая химическая реакция. Наличие независимо адресуемых противоэлектродов 131-134 отличающихся рабочих потенциалов дает возможность, чтобы рабочий электрод использовался по отношению более чем к одному потенциалу противоэлектрода. Таким образом, две химические технологии переноса заряда, представленные на одном и том же рабочем электроде, могут измеряться независимо посредством двух независимо адресуемых противоэлектродов, где первый противоэлектрод действует с потенциалом первого химического процесса переноса заряда, и второй противоэлектрод действует с потенциалом второго химического процесса переноса заряда.

Тестовый датчик 100, показанный на Фиг.1C, обеспечивает независимую адресуемость для четырех рабочих электродов 141-144 и четырех противоэлектродов 131-134. Поскольку каждый из противоэлектродов 131-134 может обеспечивать отличающийся потенциал, то потенциально могут быть выполнены шестнадцать различных анализов. Таким образом, электрохимия одиночного рабочего электрода может измеряться с четырьмя различными потенциалами, и потенциал одиночного противоэлектрода может применяться по отношению к четырем различным химическим процессам рабочего электрода. Тестовый датчик, показанный на Фиг.1D, имеющий четыре независимо адресуемых электрода 170 сравнения, может обеспечивать для системы до четырех различных инвариантных потенциалов. Измерительное устройство может использовать один или большее количество инвариантных потенциалов для регулирования или определения рабочего потенциала на рабочих электродах 141-144 и на противоэлектродах 131-134.

Для тестового датчика 100 по фигурам Фиг.1A-Фиг.1D, вторичные зоны 150 анализа могут иметь площади приблизительно в 0,5 мм² и высоты приблизительно в 0,125 мм, чтобы обеспечить внутренний объем приблизительно 62 нл каждая. Предпочтительные вторичные зоны анализа имеют внутренние объемы в 100 нл и менее, при являющихся более предпочтительными внутренних объемах в 70 нл и менее. Могут использоваться большие и меньшие вторичные зоны анализа.

На Фиг.2A представлена компоновка тестового датчика 200, где введение пробы происходит из отверстия 215 для пробы на передней грани 214 тестового датчика 200 в основную область 210, и затем протекает асимметрично, чтобы заполнить первую вторичную зону 251 анализа и вторую вторичную зону 252 анализа. Поток пробы является асимметричным, поскольку вторая вторичная зона 252 анализа длиннее первой вторичной зоны 251 анализа. Вторичные зоны 251, 252 анализа могут включать в себя выпускное отверстие 220, чтобы давать возможность пробе выпускать воздух из зоны во время заполнения.

При входе, проба пересекает первую пару электродов, образуемую рабочим электродом 241 и противоэлектродом 231. Продолжая пересекать первую пару электродов, проба протекает ко второй и третьей парам электродов, образуемым рабочим электродом 242 и противоэлектродом 232 (вторая пара) и рабочим электродом 243 и противоэлектродом 233 (третья пара). Проба, протекающая через первую и третью пары электродов, затем продолжает протекать, пока не пересечет четвертую пару электродов, образуемую рабочим электродом 244 и противоэлектродом 234. Таким образом, четвертая пара электродов пересекается пробой после первой и третьей пар электродов. При пересечении пробой, композиция 280 реагента обеспечивает электрическую проводимость между парами из рабочего и противо- электродов. Независимая адресуемость пар электродов дает возможность мониторинга заполнения вторичных зон 251, 252 анализа. Могут использоваться другие конфигурации электродов, например расположение любого рабочего электрода и любого противоэлектрода может быть изменена на обратную (не показано).

Путем мониторинга заполнения вторичных зон 251, 252 анализа, тестовый датчик 200 обеспечивает систему выявления неполноты заполнения, чтобы не допускать или не рассматривать анализы, связанные с размерами проб, которые имеют недостаточный объем. Поскольку значения концентрации, полученные от неполно заполненного тестового датчика, могут быть неточными, способность не допускать или не рассматривать эти неточные анализы может повышать точность полученных значений концентрации. Обычные системы выявления неполноты заполнения имеют один или несколько индикаторов, таких как электрод или проводник, которые выявляют частичное и/или полное заполнение емкости для пробы внутри тестового датчика. При наличии способности мониторинга заполнения между множеством вторичных зон анализа, являются возможными более точные определения состояния заполненности тестового датчика 200. Может использоваться электрический сигнал, чтобы указывать, присутствует ли проба, и заполняет ли проба частично или полностью конкретную зону анализа.

На Фиг.2B представлен тестовый датчик 200, имеющий компоновку электродов, показанную на Фиг.2A, но с другой компоновкой вторичных зон анализа. Основная область 210, включающая в себя первую пару электродов, снабжена тремя симметрично заполняемыми вторичными зонами 253, 254, 255 анализа. При входе, проба пересекает первую пару электродов и затем движется независимо, чтобы пересечь вторую, третью, и четвертую пары электродов. В целом, поток жидкости остается асимметричным из-за первой пары электрода, занимающей основную область, таким образом заполняющуюся прежде вторичных зон анализа. Каждая из вторичных зон анализа 253, 254, 255 может иметь выпускное отверстие 220, чтобы давать возможность пробе выпускать воздух во время заполнения тестового датчика 200.

Композиция 280 с одним реагентом может проходить между каждой из четырех пар из рабочего и противоэлектродов, как показано. Проводник 260 выходит из каждого электрода в направлении тыльной стороны тестового датчика 200, где он может быть соединен с измерительным устройством, давая возможность каждому электроду быть независимо адресуемым. Хотя каждый электрод является независимо адресуемым, каждая пара электродов совместно использует ту же химическую среду вследствие того же самого слоя реагента, контактирующего с обоими рабочим и противо- электродами каждой пары. Электроды могут оставаться электрически изолированными, или любые два или большее число могут электрически соединяться (не показано). Могут добавляться один или несколько электродов сравнения, чтобы обеспечивать инвариантный потенциал (не показано).

Хо