Биосенсорная система и тестовые сенсоры для определения концентрации анализируемого вещества (варианты)

Биосенсорная система и тестовые сенсоры для определения концентрации анализируемого вещества (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

По данной заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке США № 61/201242 с названием «Композиция реагентов с низкой концентрацией соли», поданной 8 декабря 2008 года, которая включена путем ссылки в полном объеме.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Биосенсоры дают возможность анализировать биологическую жидкость, такую как цельная кровь, сыворотка, плазма, моча, слюна, интерстициальная или внутриклеточная жидкость. Как правило, биосенсоры содержат измерительное устройство, которое анализирует образец, находящийся в тестовом сенсоре. Обычно образец представлен в жидкой форме и может представлять собой биологическую жидкость или производное биологической жидкости, такое как экстракт, разбавленный раствор, фильтрат или восстановленный преципитат. Анализ, выполняемый посредством биосенсора, позволяет определить присутствие и/или концентрацию одного или нескольких анализируемых веществ в биологической жидкости. Примеры анализируемых веществ включают спирт, глюкозу, мочевую кислоту, лактат, холестерин, билирубин, свободные жирные кислоты, триглицериды, белки, кетоны, фенилаланин или ферменты. Анализ можно использовать в диагностике и лечении физиологических нарушений. Например, индивидуум, страдающий диабетом, может использовать биосенсор для определения уровня глюкозы в цельной крови, и эту информацию можно использовать при корректировании диеты и/или лекарственной терапии индивидуума.

Можно спроектировать биосенсоры для анализа одного или нескольких анализируемых веществ и можно использовать различные объемы образца. Некоторые биосенсоры могут анализировать одну каплю цельной крови объемом, например, 0,25-15 микролитров (мкл). Биосенсоры можно реализовать с использованием настольных, портативных и подобных измерительных устройств. Портативные измерительные устройства могут быть ручными и могут предусматривать идентификацию и/или количественное определение одного или нескольких анализируемых веществ в образце. Примеры портативных измерительных устройств включают измерители Ascensia Breeze® и Elite® компании Bayer HealthCare, Tarrytown, New York, а примеры настольных измерительных устройств включают Electrochemical Workstation, поставляемую компанией CH Instruments, Austin, Texas. Биосенсоры, предусматривающие более короткое время анализа и при этом обеспечивающие желаемую правильность и/или точность, предоставляют пользователю существенные преимущества.

В электрохимических биосенсорах концентрацию анализируемого вещества определяют по электрическому сигналу, генерируемому посредством окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества или частиц, чувствительных к анализируемому веществу, когда на образец подают входной сигнал. Входной сигнал можно подавать в виде одного электрического импульса, нескольких импульсов, последовательностей или циклов. Оксидоредуктазу, например фермент или подобные вещества, можно добавлять в образец для усиления переноса электронов с первых веществ на вторые вещества в ходе окислительно-восстановительной реакции. Фермент или подобные вещества могут реагировать с одним анализируемым веществом, таким образом, обеспечивая специфичность к части сгенерированного выходного сигнала.

Обычно электрохимические биосенсоры содержат измерительное устройство, которое имеет электрические контакты, которые соединяются с электрическими проводниками на тестовом сенсоре. Тестовый сенсор можно приспособить для использования за пределами, внутри или частично внутри живого организма. При использовании за пределами живого организма образец биологической жидкости помещают внутрь резервуара для образца в тестовом сенсоре. Тестовый сенсор можно помещать в измерительное устройство до, после или во время введения образца для анализа. При использовании внутри или частично внутри живого организма тестовый сенсор может быть непрерывно погружен в образец или можно периодически вводить образец в тестовый сенсор. Тестовый сенсор может содержать резервуар, который частично изолирует объем образца, или тестовый сенсор может быть открыт для образца. Подобным образом можно непрерывно пропускать образец через тестовый сенсор или прерываться для анализа.

Для электрохимических биосенсоров проводники можно выполнить из проводящих материалов, таких как твердые материалы, металлические пасты, проводящий углерод, проводящие углеродные пасты, проводящие полимеры и т.п. Как правило, электрические проводники соединяют с рабочим электродом, противоэлектродом, электродом сравнения и/или другими электродами, которые проходят внутрь резервуара для образца. Один или несколько электрических проводников также могут проходить внутрь резервуара для образца, чтобы обеспечить функциональность, не обеспечиваемую электродом.

Тестовый сенсор можно сформировать посредством размещения или нанесения печатным способом электрода на электроизолирующую подложку, используя различные методы, такие как методы, описанные в патентах США №№ 6531040; 5798031 и 5120420. Электроды можно сформировать посредством размещения одной или нескольких композиций реагента на одном или нескольких проводниках. Более чем один проводник можно покрыть одной и той же композицией реагента, например, когда рабочий электрод и противоэлектрод покрывают одной и той же композицией. Для размещения композиции реагента на тестовом сенсоре можно использовать различные способы, известные специалистам в данной области. Композицию реагента можно разместить на проводниках в виде текучего вещества реагента и затем высушить. Когда образец вводят в тестовый сенсор, композиция реагента начинает регидратироваться.

На проводниках можно разместить различные композиции реагентов. Таким образом, композиция реагента рабочего электрода может содержать фермент, посредник и связующее средство, тогда как композиция реагента противоэлектрода содержит посредник, который может быть таким же или отличным от посредника рабочего электрода, и связующее средство. Композиция реагента может содержать ионизирующее средство для облегчения окисления или восстановления анализируемого вещества, такое как оксидоредуктаза, а также любые посредники или другие вещества, которые способствуют переносу электронов между анализируемым веществом и рабочим электродом. В дополнение к связыванию реагентов, связующее средство может, например, способствовать фильтрованию красных клеток крови, препятствовать покрытию поверхности проводника красными клетками крови и стабилизировать оксидоредуктазу.

Чем быстрее получают выходной сигнал от тестового сенсора, где концентрацию анализируемого вещества можно точно определить по выходному сигналу, тем быстрее можно выполнить анализ. Таким образом, биосенсоры, содержащие композиции реагентов, обеспечивающие более короткое время анализа и при этом обеспечивающие желаемую правильность и/или точность, могут предоставить пользователю значительные преимущества.

Эффективность измерения биосенсорной системы определяют значениями правильности и/или точности. Увеличение правильности и/или точности обеспечивает усовершенствование эффективности измерения системы. Правильность можно выразить в единицах отклонения считываний анализируемого вещества сенсорной системы по сравнению с эталонным считыванием анализируемого вещества, при этом более высокие значения отклонения означают меньшую правильность. Точность можно выразить в единицах разброса или дисперсии отклонения для нескольких считываний анализируемого вещества по отношению к среднему. Отклонение представляет собой разность между одним или несколькими значениями, определяемыми биосенсорной системой, и одним или несколькими принятыми эталонными значениями для концентрации анализируемого вещества в биологической жидкости. Таким образом, одна или несколько ошибок в измеренном анализе ведет к отклонению установленной концентрации анализируемого вещества биосенсорной системы. Отклонение можно выразить в единицах «абсолютного отклонения» или «процентного отклонения». Абсолютное отклонение можно выразить в единицах измерения, таких как мг/дл, тогда как процентное отклонение можно выразить в виде процентной доли значения абсолютного отклонения от эталонного значения. Принятые эталонные значения можно получить, используя эталонный прибор, такой как YSI 2300 STAT PLUS™, производимый компанией YSI Inc., Yellow Springs, Ohio.

Биосенсорные системы могут предоставлять выходной сигнал в процессе анализа биологической жидкости, который содержит одну или несколько ошибок. Эти ошибки могут отражаться в аномальном выходном сигнале, например, когда одна или несколько частей или весь выходной сигнал нечувствителен или неправильно чувствителен к концентрации анализируемого вещества в образце. Эти ошибки могут происходить из одного или нескольких источников, таких как физические характеристики образца, аспекты окружающей среды образца, условия эксплуатации системы, мешающие вещества и т.п. Физические характеристики образца включают гематокрит (концентрация красных клеток крови) и т.п. Аспекты окружающей среды образца включают температуру и т.п. Условия эксплуатации системы включают состояние недостаточного заполнения, когда размер образца недостаточно велик, медленное заполнение образцом, прерывистый электрический контакт между образцом и одним или несколькими электродами в тестовом сенсоре, разложение реагентов, которые взаимодействуют с анализируемым веществом, и т.п. Мешающие вещества включают аскорбиновую кислоту, мочевую кислоту, ацетаминофен и т.п. Могут присутствовать другие источники или сочетания источников, вызывающих ошибки.

Многие биосенсорные системы включают один или несколько способов исправления ошибок, связанных с анализом. Значения концентрации, полученные из анализа с ошибкой, могут быть неправильными. Таким образом, возможность исправлять эти неправильные анализы может повысить правильность полученных значений концентрации. Система исправления ошибок может компенсировать одну или несколько ошибок, таких как температура образца или уровень гематокрита образца, которые отличаются от эталонной температуры или эталонного значения гематокрита. Например, стандартные биосенсорные системы можно выполнить с возможностью сообщения концентраций глюкозы, предполагая уровень гематокрита 40% (об./об.) для образца цельной крови, независимо от фактического уровня гематокрита в образце. В этих системах любое измерение глюкозы, выполненное для образца с уровнем гематокрита более или менее 40%, будет содержать ошибку и, таким образом, будет иметь отклонение, связанное с влиянием гематокрита.

Таким образом, существует постоянная потребность в усовершенствованных биосенсорных системах, в особенности в тех, которые могут обеспечивать все более правильное и/или точное определение концентрации анализируемого вещества в образце. Кроме того, существует необходимость в усовершенствованных биосенсорных системах, которые могут обеспечивать все более короткое время анализа и при этом обеспечивать желаемую правильность и/или точность. Системы, устройства и способы согласно настоящему изобретению позволяют преодолеть по меньшей мере один из недостатков, связанных со стандартными биосенсорными системами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описана биосенсорная система для определения концентрации анализируемого вещества в образце, которая содержит реакционное средство для избирательного осуществления окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества и измерительное средство для измерения скорости окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества. Реакционное средство содержит связующее средство; буферную соль; посредник, содержащий не более 20% (масс./масс.) неорганической соли непереходного металла; и ферментативную систему. Измерительное средство содержит по меньшей мере два проводника. Измерительное средство измеряет значение выходного сигнала от реакционного средства при максимальной кинетической эффективности в течение не более чем 7 секунд от введения образца в реакционное средство, при этом значение выходного сигнала чувствительно к концентрации анализируемого вещества в образце, и измерительное средство определяет по меньшей мере одно значение ΔS, чувствительное к по меньшей мере одному параметру ошибок. Кроме того, измерительное средство определяет концентрацию анализируемого вещества в образце по уравнению компенсации, содержащему по меньшей мере одну эталонную зависимость и по меньшей мере одно значение ΔS, где уравнение компенсации обладает значением R², равным по меньшей мере 0,5.

Описан тестовый сенсор для определения концентрации анализируемого вещества в образце, который содержит по меньшей мере два проводника, где один из проводников представляет собой рабочий электрод, и композицию реагента, размещенную на или рядом с рабочим электродом. Композиция реагента имеет среднюю площадь поверхности композиции реагента и содержит связующее средство; буферную соль в концентрации не более 9,54 нмоль на мм² площади поверхности композиции реагента; посредник в концентрации не более 4,76 нмоль на мм² площади поверхности композиции реагента, при этом посредник содержит не более 20% (масс./масс.) неорганической соли непереходного металла; ферментативную систему; и неионное поверхностно-активное средство.

Описан тестовый сенсор для определения концентрации анализируемого вещества в образце, который содержит по меньшей мере два проводника, где один из проводников представляет собой рабочий электрод; резервуар, который имеет объем резервуара; и композицию реагента, размещенную на или рядом с рабочим электродом. Композиция реагента содержит связующее средство; буферную соль в концентрации не более 67 нмоль на мкл объема резервуара; посредник в концентрации не более 40 нмоль на мкл объема резервуара, при этом посредник содержит не более 20% (масс./масс.) неорганической соли непереходного металла; ферментативную систему; и неионное поверхностно-активное средство.

Описан тестовый сенсор для определения концентрации анализируемого вещества в образце, который содержит по меньшей мере два проводника, где один из проводников представляет собой рабочий электрод, обладающий площадью рабочего электрода, и композицию реагента, размещенную на или рядом с рабочим электродом. Композиция реагента содержит связующее средство; буферную соль в концентрации не более 167 нмоль на мм² площади рабочего электрода; посредник в концентрации не более 80 нмоль на мм² площади рабочего электрода, при этом посредник содержит не более 20% (масс./масс.) неорганической соли непереходного металла; ферментативную систему; и неионное поверхностно-активное средство.

Описан способ определения концентрации анализируемого вещества в образце, который включает введение водного образца, содержащего по меньшей мере одно анализируемое вещество, в композицию реагента, и регидратацию композиции реагента водным образцом; подачу входного сигнала между проводниками, образец обеспечивает электрическое соединение между анализируемым веществом, композицией реагента и проводниками; и определение концентрации одного или нескольких анализируемых веществ в образце по одному или нескольким значениям выходного сигнала, значение выходного сигнала измеряют на проводниках в течение не более 7 секунд после введения водного образца в композицию реагента. Композиция реагента имеет среднюю площадь поверхности композиции реагента и может содержать связующее средство; буферную соль, присутствующую в концентрации не более 9,54 нмоль на мм² площади поверхности композиции реагента; посредник, присутствующий в концентрации не более 4,76 нмоль на мм² площади поверхности композиции реагента, при этом посредник содержит не более 20% (масс./масс.) неорганической соли непереходного металла; ферментативную систему; и неионное поверхностно-активное средство.

Описан способ определения концентрации анализируемого вещества в образце, который содержит генерацию по меньшей мере одного значения выходного сигнала, чувствительного к концентрации анализируемого вещества в образце, определение по меньшей мере одного значения ΔS из по меньшей мере одного параметра ошибок, компенсацию по меньшей мере одного значения выходного сигнала с использованием по меньшей мере одной эталонной зависимости и по меньшей мере одного значения ΔS и определение концентрации анализируемого вещества в образце по меньшей мере по одному значению выходного сигнала.

Описано текучее вещество реагента для формирования композиции реагента, которое содержит воду; связующее средство; буферную соль, присутствующую в концентрации не более 115 мМ; посредник, присутствующий в концентрации не более 90 мМ, при этом посредник содержит не более 20% (масс./масс.) неорганической соли непереходного металла; ферментативную систему; и неионное поверхностно-активное средство. Текучее вещество может иметь pH от 4,5 до 7,5.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение можно лучше понять на основании следующих чертежей и описания. Компоненты фигур не обязательно изображены в масштабе, вместо этого при иллюстрировании принципов согласно изобретению используют акцентирование.

На фиг. 1A представлено перспективное изображение тестового сенсора в собранном виде.

На фиг. 1B представлен вид сверху тестового сенсора, показанного на фиг. 1A, со снятой крышкой.

На фиг. 2 представлен вид с торца тестового сенсора, показанного на фиг. 1B.

На фиг. 3 представлен электрохимический аналитический способ определения присутствия и/или концентрации анализируемого вещества в образце, контактирующем с композицией реагента с низкой общей концентрацией соли.

На фиг. 4 изображены выходные сигналы из тестового сенсора для образца цельной крови с концентрацией глюкозы 400 мг/дл и уровнем гематокрита 70%.

На фиг. 5A представлена диаграмма пикового времени для тестовых сенсоров, содержащих композиции реагентов, перечисленные в таблице 1, в контакте с образцами крови с концентрацией глюкозы 50 мг/дл и различными уровнями гематокрита.

На фиг. 5B представлена диаграмма пикового времени для тестовых сенсоров, содержащих композиции реагентов, перечисленные в таблице 1, в контакте с образцами крови с концентрацией глюкозы 100 мг/дл и различными уровнями гематокрита.

На фиг. 6A представлен график зависимости ΔS_total для образцов в виде функции индекса простого отношения, как измерено через 5 секунд после приведения тестового сенсора, содержащего композицию реагента A, в контакт с образцом.

На фиг. 6B представлен график зависимости ΔS_total для образцов в виде функции индекса простого отношения, как измерено через 5 секунд после приведения тестового сенсора, содержащего композицию реагента B, в контакт с образцом.

На фиг. 6C представлен график зависимости ΔS_total для образцов в виде функции индекса простого отношения, как измерено через 5 секунд после приведения тестового сенсора, содержащего композицию реагента C, в контакт с образцом.

На фиг. 6D представлен график зависимости ΔS_total для образцов в виде функции индекса простого отношения, как измерено через 5 секунд после приведения тестового сенсора, содержащего композицию реагента D, в контакт с образцом.

На фиг. 6E представлен график зависимости ΔS_total для образцов в виде функции индекса простого отношения, как измерено через 5 секунд после приведения тестового сенсора, содержащего композицию реагента E, в контакт с образцом.

На фиг. 7 представлены графики значений R² при температуре 21,8°C в виде функции времени анализа для тестовых сенсоров, содержащих композиции реагентов, перечисленные в таблице 1.

На фиг. 8 представлен график индексов R5/4 при температуре 16°C в виде функции уровня гематокрита для композиций реагентов с низкой общей концентрацией соли F и G.

На фиг. 9 представлено схематическое представление биосенсора, который определяет концентрацию анализируемого вещества в образце биологической жидкости с использованием стробированного амперометрического входного сигнала.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Описана композиция реагента для тестового сенсора, которая имеет более низкую концентрацию общей соли, чем стандартные композиции реагентов для тестовых сенсоров. Общая концентрация соли в композициях реагентов с низкой общей концентрацией соли, включающей буферную соль и неорганическую соль непереходного металла, может составлять половину или меньше половины от общей концентрации солей в стандартном сенсоре. Композиции реагентов с низкой общей концентрацией соли могут содержать неионное поверхностно-активное средство, а также могут дополнительно содержать ионное поверхностно-активное средство.

Можно точно определить зависимость выходного сигнала тестового сенсора, который содержит композиции реагента с низкой общей концентрацией соли, от концентрации анализируемого вещества в образцах цельной крови в широком диапазоне уровней гематокрита. Это представляет собой значительное усовершенствование относительно стандартных тестовых сенсоров, содержащих общую соль в более высоких концентрациях в композиции реагента, которые могут обеспечить правильные измерения в более узком диапазоне уровней гематокрита.

Можно точно определить зависимость выходного сигнала тестового сенсора, который содержит композицию реагента с низкой общей концентрацией соли, от концентрации анализируемого вещества в образце в пределах приблизительно семи секунд. Это представляет собой значительное усовершенствование относительно стандартных тестовых сенсоров, содержащих общую соль в более высоких концентрациях в композиции реагента, которым требуется более семи секунд для предоставления выходного сигнала для правильной корреляции с концентрацией анализируемого вещества в образце.

На фиг. 1A и 1B представлен тестовый сенсор 100. На фиг. 1A представлено перспективное изображение тестового сенсора 100 в собранном виде, содержащего основание сенсора 110, по меньшей мере частично закрытое крышкой 120 и содержащее отверстие 130, покрываемую образцом область 140 и входное торцевое отверстие 150. Частично ограниченный резервуар 160 сформирован между основанием 110 и крышкой 120. Также можно использовать другие конструкции тестового сенсора.

Жидкий образец для анализа можно перенести внутрь резервуара 160 посредством введения жидкости в отверстие 150. Жидкость заполняет резервуар 160 и при этом вытесняет ранее содержавшийся воздух через отверстие 130. Резервуар 160 может содержать удерживающую композицию (не показана), которая способствует удержанию жидкого образца в резервуаре. Примеры удерживающих композиций включают водонабухающие полимеры, такие как карбоксиметилцеллюлоза и полиэтиленгликоль; и пористые полимерные матрицы, такие как декстран или полиакриламид.

На фиг. 1B представлен вид сверху тестового сенсора 100 со снятой крышкой 120. Проводники 170 и 180 могут проходить под диэлектрическим слоем 190 от интерфейса измерительного устройства 155 к рабочему электроду 175 и противоэлектроду 185 соответственно. Рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут находиться по существу в одной и той же плоскости, как показано на фигуре, или в различных плоскостях (не показано). Рабочий электрод и противоэлектрод 175, 185 могут отстоять от верхней части крышки 120 по меньшей мере на 100 мкм. Диэлектрический слой 190 может частично покрывать электроды 175, 185 и может быть выполнен из подходящего диэлектрического материала, такого как изолирующий полимер.

Противоэлектрод 185 может поддерживать электрохимическую активность рабочего электрода 175 тестового сенсора 100. В сенсорной системе можно предусмотреть потенциал для поддержания электрохимической активности рабочего электрода 175 посредством формирования противоэлектрода 185 из инертного материала, такого как углерод, и включения растворимого окислительно-восстановительного вещества, такого как посредник из феррицианида, внутри резервуара 160. Потенциал на противоэлектроде 185 может представлять собой потенциал сравнения, который получают посредством формирования противоэлектрода 185 из окислительно-восстановительной пары, такой как Ag/AgCl, чтобы предоставить комбинированный электрод сравнения/противоэлектрод. Альтернативно можно создать тестовый сенсор 100, содержащий третий проводник и электрод (не показаны), чтобы обеспечить потенциал сравнения для сенсорной системы.

Площадь рабочего электрода 175 может быть равна площади противоэлектрода 185 или один из электродов может иметь большую площадь, чем другой электрод. В настоящее время предпочтительно, чтобы площадь рабочего электрода была меньше площади противоэлектрода. Предпочтительно отношение площади противоэлектрода к площади рабочего электрода составляет по меньшей мере 1, более предпочтительно по меньшей мере 1,1, более предпочтительно по меньшей мере 1,2, более предпочтительно по меньшей мере 1,3, более предпочтительно по меньшей мере 1,4 и более предпочтительно по меньшей мере 1,5.

На фиг. 2 представлен вид с торца тестового сенсора, показанного на фиг. 1B, на котором показана структура слоев рабочего электрода 175 и противоэлектрода 185. Проводники 170 и 180 можно разместить непосредственно на основании 110. Слои поверхностных проводников 270 и 280 опционально можно разместить на проводниках 170 и 180 соответственно. Слои поверхностных проводников 270, 280 можно выполнить из тех же материалов, что и проводники 170, 180 или из отличающихся материалов.

Материал или материалы, используемые для формирования проводников 170, 180 и слоев поверхностных проводников 270, 280, могут содержать любой электрический проводник. Предпочтительные электрические проводники представляют собой такие неионизирующиеся проводники, что материал не подвергается полному окислению или полному восстановлению в процессе анализа образца. Проводники 170, 180 предпочтительно содержат тонкий слой металлической пасты или металла, такого как золото, серебро, платина, палладий, медь или вольфрам. Слои поверхностных проводников 270, 280 предпочтительно содержат углерод, золото, платину, палладий или их сочетания. Если на проводнике отсутствует слой поверхностного проводника, то проводник предпочтительно выполнен из неионизирующегося материала.

Материал поверхностного проводника можно разместить на проводниках 170, 180 с помощью любых стандартных средств, совместимых с функционированием тестового сенсора, включая размещение пленок, химическое вакуумное осаждение, осаждение суспензии и т.п. В случае осаждения суспензии смесь можно наносить в качестве краски на проводники 170, 180, например, как описано в патенте США № 5798031.

Композиции реагентов 275 и 285 можно разместить на или рядом с проводниками 170 и 180 соответственно. Термин «на» определяется как «над» и связан с описываемой ориентацией. Например, если первый элемент наносят поверх по меньшей мере части второго элемента, то о первом элементе говорят, что он находится «на» втором. В другом примере, если первый элемент находится выше по меньшей мере части второго элемента, то о первом элементе говорят, что он находится «на» втором. Использование термина «на» не исключает присутствие веществ между описанными верхним и нижним элементами. Например, первый элемент может иметь покрытие, расположенное поверх его верхней поверхности, а также второй элемент, расположенный поверх по меньшей мере части первого элемента, и его верхнее покрытие можно описать как расположенное «на» первом элементе. Таким образом, использование термина «на» опционально означает, что два упомянутых элемента находятся в физическом контакте.

Композиции реагентов включают реагенты и связующее средство. Связующее средство включает по меньшей мере один полимерный материал, который является по существу водорастворимым, и опционально может содержать по существу водонерастворимые пористые частицы. Пористые частицы могут придавать дополнительную физическую структуру полимерному материалу. Связующее средство может образовывать гель или гелеподобный материал при гидратации образцом. Опциональный слой 290 можно разместить на проводнике 170 и/или поверхностном проводнике 270. В опциональном слое 290 может отсутствовать один или несколько компонентов композиции реагента 275.

Композиции реагентов 275 и 285 могут содержать одинаковые или различные реагенты. Включая одни и те же реагенты, композиции реагентов 275 и 285 могут представлять собой одну и ту же композицию. Включая различные реагенты, реагенты, присутствующие в первой композиции 275, можно выбрать для использования с рабочим электродом 175, тогда как реагенты, присутствующие во второй композиции 285, можно выбрать для использования с противоэлектродом 185. Например, реагенты в композиции 285 могут содержать посредник для облегчения свободного тока электронов между образцом и проводником 180. Подобным образом, реагенты в композиции 275 могут содержать ферментативную систему и необязательно посредник для облегчения протекания реакции анализируемого вещества.

Ферментативная система, включенная в композицию реагента 275, может быть специфичной для анализируемого вещества и может облегчать протекание реакции анализируемого вещества, при этом повышая специфичность сенсорной системы к анализируемому веществу, в особенности в сложных биологических образцах. Ферментативная система может содержать один или несколько ферментов, кофакторов и/или других молекул, которые участвуют в окислительно-восстановительной реакции с анализируемым веществом. Например, можно использовать алкогольоксидазу, чтобы предоставить тестовый сенсор, который чувствителен к присутствию спирта в образце. Такую систему можно использовать при измерении концентрации спирта в крови. В другом примере можно использовать глюкозодегидрогеназу или глюкозоксидазу, чтобы предоставить тестовый сенсор, который чувствителен к присутствию глюкозы в образце. Эту систему можно использовать при измерении концентрации глюкозы в крови, например, у пациентов, страдающих диабетом или предположительно страдающих диабетом.

Композиции реагентов 275, 285 можно разместить посредством любых подходящих средств, таких как нанесение печатным способом, нанесение жидкости или нанесение способом струйной печати. Например, на тестовом сенсоре можно разместить одно или несколько текучих веществ реагентов и для формирования композиций реагентов 275, 285 можно высушить текучее(ие) вещество(а) реагента. Примеры устройств и способов для нанесения текучего вещества реагента на электрод тестового сенсора описаны, например, в публикации заявки на патент США US 2009/0145756 A1 заявителей Boru Zhu et al.

Различные факторы могут влиять на итоговые размеры композиций реагентов 275, 285. Примеры таких факторов включают вязкость наносимого текучего вещества реагента, сочетание номера сита и эмульсии и размеры элементов сенсора, на который наносят текучее вещество реагента. Когда предпочтительны более тонкие композиции реагентов, можно использовать способы, отличные от способа печатного нанесения, такие как нанесение микропипеткой, струйная печать или игольчатое нанесение. Как правило, эти способы дают сухие композиции реагентов микрометровой или субмикрометровой толщины, например 1-10 мкм. Например, способы игольчатого нанесения могут обеспечить среднюю толщину композиции реагента, равную 1 мкм. Толщину композиции реагента, полученную, например, в результате игольчатого нанесения, можно контролировать посредством количества связующего средства, содержащегося в композиции реагента, где более высокое содержание связующего средства обеспечивает более толстые композиции реагентов.

Определять количество ингредиентов композиции реагента, такой как 275, 285, можно в зависимости от размеров композиции, или можно определять количество ингредиентов относительно другого параметра сенсора, на который наносят композицию, такого как объем резервуара или площадь рабочего электрода. В одном примере количество ингредиента композиции реагента можно определять в микрограммах (мкг), нанограммах (нг), наномолях (нмоль) или единицах активности фермента (Ед) на квадратный миллиметр (мм²) площади поверхности композиции реагента, где площадь поверхности композиции реагента представляет собой двухмерную площадь композиции реагента. В другом примере количество ингредиента композиции реагента можно определять в микрограммах (мкг), наномолях (нмоль) или единицах активности фермента (Ед) на микролитр (мкл) объема резервуара. В другом примере количество ингредиента композиции реагента можно определять в микрограммах (мкг), наномолях (нмоль) или единицах активности фермента (Ед) на квадратный миллиметр (мм²) площади рабочего электрода.

Композиция реагента предпочтительно содержит связующее средство. Подходящие по существу водорастворимые полимерные материалы для применения в качестве связующего средства могут включать поли(этиленоксид) (PEO), карбоксиметилцеллюлозу (CMC), поливиниловый спирт (PVA), гидроксиэтиленцеллюлозу (HEC), гидроксипропилцеллюлозу (HPC), этилгидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилэтилцеллюлозу, поливинилпирролидон (PVP), полиаминокислоты, такие как полилизин, полистиролсульфонат, желатин, их соли акриловой кислоты, метакриловой кислоты, малеинового ангидрида, их производные и их сочетания. Полимерные материалы включают мономеры, преполимеры и другие материалы, которые образуют или содержат повторяющиеся звенья. Можно использовать другие полимерные материалы.

Среди этих полимерных материалов предпочтительны PEO, PVA, CMC и HEC, и в настоящее время более предпочтительна HEC. Для HEC предпочтительна средневзвешенная молекулярная масса (M_w) от приблизительно 8000 до приблизительно 1000000, и более предпочтительна M_w от приблизительно 15000 до приблизительно 500000, и более предпочтительна M_w от приблизительно 90000 до приблизительно 300000. В настоящее время особенно предпочтительной является смесь HEC с M_w приблизительно 90000 и HEC с M_w приблизительно 300000.

Композиция реагента предпочтительно содержит от приблизительно 0,14 до приблизительно 0,43 мкг связующего средства на мм² площади поверхности композиции реагента, более предпочтительно содержит от приблизительно 0,17 до приблизительно 0,38 мкг/мм² связующего средства и более предпочтительно содержит от приблизительно 0,22 до приблизительно 0,35 мкг/мм² связующего средства. Композиция реагента предпочтительно содержит от приблизительно 1 до приблизительно 3 мкг связующего средства на мкл объема резервуара, более предпочтительно содержит от приблизительно 1,2 до приблизительно 2,6 мкг/мкл связующего средства и более предпочтительно содержит от приблизительно 1,5 до приблизительно 2,3 мкг/мкл связующего средства. Композиция реагента предпочтительно содержит от приблизительно 1 до приблизительно 7,5 мкг связующего средства на мм² площади рабочего электрода, более предпочтительно содержит от приблизительно 1,2 до приблизительно 6,5 мкг/мм² связующего средства и более предпочтительно содержит от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,7 мкг/мм² связующего средства.

Композиция реагента опционально содержит по существу водонерастворимые пористые частицы. Предпочтительно, если пористые частицы присутствуют в композиции реагента, между пористыми частицами и связующим средством поддерживают соотношение приблизительно 1:10 (масс./масс.). Можно использовать другие отношения, чтобы придать композиции реагента различные свойства. Примеры пористых частиц для композиций реагентов описаны, например, в публикации заявки на патент США 2009/01 78936 A1 заявителя Boru Zhu.

Композиция реагента предпочтительно содержит буферную соль. Когда композицию реагента приводят в контакт с водным образцом, буферная соль предпочтительно поддерживает pH смеси от приблизительно 4,5 до приблизительно 7,5, более предпочтительно от приблизительно 6 до приблизительно 7. Можно выбрать предпочтительный pH и буферную соль(и) для композиции ре