Система и способ измерения аналита в образце

Система и способ измерения аналита в образце

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРИОРИТЕТ

Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет в соответствии с §§119, 120, 365 или 371 раздела 35 Свода законов США по предыдущей заявке на патент № 61/365719 (CIL-5005PSP), № 61/61/366099 (CIL-5005PSP1) и № 61/442664 (CIL-5005PSP2); все предыдущие заявки включены в настоящую заявку на патент путем ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обнаружение аналита в физиологических жидкостях, например крови или продуктах крови, приобретает все большее значение в современном обществе. Анализы на обнаружение аналита используются в самых разнообразных целях, в том числе при клинических лабораторных исследованиях, исследованиях в домашних условиях и т.п., когда результаты такого исследования играют важную роль в диагностике и контроле различных заболеваний. К таким аналитам относятся глюкоза при контроле диабета, холестерин и т.п. В ответ на растущее значение обнаружения аналита были разработаны различные протоколы и устройства обнаружения аналита как для клинического, так и для домашнего применения.

Одним типом способа, применяемого для обнаружения аналита, является электрохимический способ. В таких способах водный жидкий образец помещают в камеру для приема образца в электрохимической ячейке, в которой находятся два электрода, например, рабочий электрод и противоэлектрод. Аналит подвергают реакции с окислительно-восстановительным реагентом для образования окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, соответствующем концентрации аналита. Затем количество имеющегося окисляемого (или восстанавливаемого) вещества оценивают электрохимически и соотносят с количеством аналита в исходном образце.

Такие системы подвержены разного рода неэффективности и/или погрешностям. Например, на результаты использования способа могут влиять колебания температур. Это имеет особое значение, когда способ используется в неконтролируемых условиях, как нередко бывает в домашних условиях или в развивающихся странах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявители обнаружили, что расчет концентрации глюкозы не требует температурной компенсации, если измеряемый или определяемый ток фиксируется в момент или перед моментом переключения с первого напряжения на второе напряжение, которые прикладываются к тест-полоске с двумя обращенными друг к другу электродами в измерительной ячейке с содержащимся в ней реагентом.

Предлагаются различные аспекты способа расчета концентрации аналита в образце. В одном аспекте предлагается способ определения концентрации глюкозы в крови с использованием системы измерения глюкозы. Система включает в себя тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного значения переходного тока, вызванного электрохимической реакцией в измерительной камере тест-полоски. Способ может быть реализован путем: вставки тест-полоски в разъем порта для полоски измерительного прибора для подключения по меньшей мере двух электродов тест-полоски к электрической схеме измерения полоски; запуска процедуры тестирования после нанесения образца; приложения первого напряжения между по меньшей мере двумя электродами тест-полоски в течение первого промежутка времени от запуска процедуры тестирования для инициации превращения аналитов в образце; переключения с первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменения со второго напряжения на третье напряжение, отличное от первого или второго напряжений; измерения первого выходного значения тока для переходного тока с электродов в течение промежутка времени для переключения с первого напряжения на второе напряжение, но до полного перехода на второе напряжение; измерения второго выходного значения тока для переходного тока с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценки установившегося выходного значения тока для переходного тока после установки третьего напряжения на электродах; и расчета концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока для переходного тока без температурной компенсации концентрации глюкозы.

В другом аспекте предлагается способ определения концентрации глюкозы в крови с использованием системы измерения глюкозы. Система включает в себя тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного значения переходного тока, вызванного электрохимической реакцией в измерительной камере тест-полоски. Способ может быть реализован путем: вставки тест-полоски в разъем порта для полоски измерительного прибора для подключения по меньшей мере двух электродов тест-полоски к электрической схеме измерения полоски; запуска процедуры тестирования после нанесения образца; приложения первого напряжения между по меньшей мере двумя электродами тест-полоски в течение первого промежутка времени от запуска процедуры тестирования для инициации превращения аналитов в образце; переключения с первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменения со второго напряжения на третье напряжение, отличное от первого или второго напряжений; измерения первого выходного значения тока для переходного тока с электродов в течение промежутка времени для переключения с первого напряжения на второе напряжение, но до полного перехода на второе напряжение; измерения второго выходного значения тока для переходного тока с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценки установившегося выходного значения тока для переходного тока после установки третьего напряжения на электродах; и вычисления концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока для переходного тока без температурной компенсации концентрации глюкозы с использованием уравнения вида: ; где: G₁ представляет собой концентрацию глюкозы; ; ; ; где a, b, c, p, zgr представляют собой технологические параметры; i_4.1 представляет собой ток, измеренный через приблизительно 4,1 секунды после запуска процедуры тестирования; i₅ представляет собой ток, измеренный через приблизительно 5 секунд после запуска процедуры тестирования; i_1.0 представляет собой ток, измеренный через приблизительно 1 секунду после запуска процедуры тестирования.

В дополнительном аспекте предлагается система измерения уровня глюкозы в крови. Система включает в себя тест-полоску для определения аналита и измерительный прибор. Тест-полоска для определения аналита включает в себя подложку с нанесенным на нее реагентом и по меньшей мере два электрода, расположенных в непосредственной близости к реагенту в измерительной камере. Измерительный прибор для определения аналита включает в себя разъем порта для полоски, обеспечивающий подключение к двум электродам, источник питания и микроконтроллер, электрически соединенный с разъемом порта для полоски и источником питания таким образом, что при вставке тест-полоски в разъем порта для полоски и осаждении образца крови в измерительной камере для химического окисления или превращения глюкозы в образце крови микроконтроллер определяет концентрацию глюкозы в образце крови без дополнительной температурной компенсации концентрации глюкозы.

В еще одном аспекте предлагается система измерения глюкозы для измерения концентрации глюкозы в физиологической жидкости пользователя. Система включает в себя тест-полоску, имеющую электрохимическую ячейку с рабочим электродом, электрод и слой реагента, содержащий медиатор в области измерения. Электроды могут быть соединены с соответствующими контактными площадками. Измерительный прибор для определения аналита включает в себя микропроцессор и схему испытания, соединенную с портом для тест-полоски, электрически соединенным с контактными площадками тест-полоски, таким образом, что измерительный прибор выполнен с возможностью приложения первого, второго и третьего напряжений после размещения физиологической жидкости на электродах и определения концентрации глюкозы по результатам измерения первого тока, в момент или перед моментом переключения с первого напряжения на второе напряжение, второго, третьего и четвертого токов, пикового тока после изменения со второго напряжения на третье напряжение, и установившегося тока, измеренного измерительным прибором без какой-либо температурной компенсации концентрации глюкозы.

Перечисленные и иные варианты осуществления, их особенности и преимущества станут очевидны для специалистов в данной области после изучения приведенного ниже более подробного описания различных примеров осуществления настоящего изобретения в сочетании с сопутствующими чертежами, которым предварительно дается краткое описание.

Решаемой задачей заявленного изобретения является определение концентрации улучшенным образом: без необходимости учета температуры.

Техническим результатом заявленного изобретения является

обеспечение возможности расчета концентрации глюкозы без температурной компенсации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопутствующие фигуры, включенные в настоящий документ и составляющие часть данного описания, иллюстрируют предпочтительные на данный момент варианты осуществления настоящего изобретения и, в сочетании с приведенным выше общим описанием и приводимым ниже подробным описанием, призваны разъяснить особенности изобретения (где одинаковыми номерами указаны одинаковые элементы).

На фиг.1A представлена предпочтительная система измерения глюкозы в крови.

На фиг.1B представлены различные компоненты, расположенные в измерительном приборе, показанном на фиг.1A.

На фиг.1C представлен вид в перспективе в собранном виде тест-полоски, допустимой для использования в системе и способах, раскрываемых в настоящем документе.

На фиг.1D представлен вид в перспективе в разобранном виде с покомпонентным представлением тест-полоски, допустимой для использования в системе и способах, раскрываемых в настоящем документе.

На фиг.1E представлен вид в перспективе в увеличенном виде проксимальной части тест-полоски, допустимой для использования в системе и способах, раскрываемых в настоящем документе.

На фиг.2 представлен вид снизу одного варианта осуществления тест-полоски, раскрываемой в настоящем документе.

На фиг.3 представлен вид сбоку тест-полоски, изображенной на фиг.2.

На фиг.4A представлен вид сверху тест-полоски, изображенной на фиг.3.

На фиг.4B представлен частичный вид сбоку проксимальной части тест-полоски, изображенной на фиг.4A.

На фиг.5 представлена упрощенная схема, показывающая измерительный прибор, электрически взаимодействующий с частями тест-полоски, раскрываемой в настоящем документе.

На фиг.6A представлен пример трехимпульсного профиля потенциала, приложенного изображенным на фиг.5 измерительным прибором к рабочему электроду и противоэлектроду на заданные промежутки времени.

На фиг.6B представлен переходный ток CT, генерируемый при измерении физиологического образца.

На фиг.7A, 7B, 7C, 7D и 7E представлен тестовый ток, измеренный с увеличением времени в переходном токе CT, в зависимости от температуры для демонстрации корреляции между измеренным током и температурой в зависимости от момента измерения выходного тока на полоске.

На фиг.8 представлен график зависимости значений тестового тока, измеренных через 1 секунду, от температуры для образцов с низкой, средней или высокой концентрацией глюкозы.

На фиг.9A представлен график значений тока, измеренных в момент или перед моментом переключения с первого напряжения на второе напряжение (например, через 1 секунду или раньше).

На фиг.9B представлен график значений тока, измеренных после переключения с первого напряжения на второе напряжение (например, через приблизительно 1,1 секунды).

На фиг.10 представлен график нескомпенсированной погрешности относительно стандарта YSI для результатов измерения глюкозы, рассчитанных с использованием раскрываемого в настоящем изобретении способа без температурной компенсации, в сравнении с данными для того же образца, проанализированными с учетом температурной компенсации для глюкозы.

На фиг.11 представлен пример способа измерения глюкозы в крови с применением системы, раскрываемой в настоящем изобретении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Приведенное ниже подробное описание следует изучать с учетом фигур, на которых одинаковые элементы представлены под одинаковыми номерами. Приведенные фигуры, не обязательно выполненные в масштабе, показывают выбранные варианты осуществления и не призваны ограничить объем настоящего изобретения. Подробное описание раскрывает принципы настоящего изобретения с помощью примеров, которые не ограничивают объем настоящего изобретения. Настоящее описание, несомненно, позволит специалисту в данной области осуществлять и использовать настоящее изобретение, а также дает представление о нескольких вариантах осуществления, видоизменениях, модификациях, альтернативах и вариантах применения изобретения, включая способ осуществления изобретения, который на настоящий момент считается наилучшим.

Для целей настоящего изобретения термин «приблизительно» применительно к любым числовым значениям или диапазонам указывает на приемлемый допуск на размер, который позволяет части или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную в настоящем документе. Кроме этого, для целей настоящего изобретения термины «пациент», «оператор», «пользователь» и «субъект» относятся к любому человеку или животному и не ограничивают область использования систем или способов только людьми, хотя использование предмета изобретения пациентами, которые являются людьми, является предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

На фиг.1A показана система контроля диабета, включающая измерительный прибор 10 и биосенсор в форме тест-полоски для определения уровня глюкозы 62. Следует отметить, что измерительный прибор (блок измерения) может также называться блоком измерения аналита и контроля аналита, глюкометром, измерительным прибором и устройством для измерения аналита. В одном варианте осуществления блок измерения может быть совмещен с устройством для введения инсулина, дополнительным устройством для определения аналита и устройством для введения лекарственного препарата. Блок измерения может быть соединен с удаленным компьютером или удаленным сервером через кабель или с использованием соответствующей технологии беспроводной связи, такой как, например, GSM, CDMA, Bluetooth, WiFi и т.п.

Как показано на фиг.1A, глюкометр или блок измерения 10 может включать в себя корпус 11, кнопки интерфейса пользователя (16, 18 и 20), дисплей 14 и отверстие порта для полоски 22. Кнопки интерфейса пользователя (16, 18 и 20) могут быть выполнены с возможностью ввода данных, навигации по меню и выполнения команд. Кнопка интерфейса пользователя 18 может иметь форму двухпозиционного переключателя. Данные могут включать значения, представляющие концентрацию аналита, и/или информацию, которая имеет отношение к повседневной жизни пользователя. Информация, которая имеет отношение к повседневной жизни пользователя, может включать объем принимаемой пищи, использование лекарственных препаратов, проводимые медицинские осмотры, а также общее состояние здоровья и уровни физической нагрузки пользователя. Электронные компоненты измерительного прибора 10 могут быть расположены на печатной плате 34, находящейся внутри корпуса 11.

На фиг.1B показаны (в упрощенном схематическом виде) электронные компоненты, расположенные на верхней поверхности печатной платы 34. Электронные компоненты на верхней поверхности включают в себя разъем порта для полоски 22, схему на операционном усилителе 35, микроконтроллер 38, разъем дисплея 14a, ПЗУ 40, тактовый генератор 42 и первый беспроводной модуль 46. Электронные компоненты на нижней поверхности могут включать в себя разъем для батареи (не показан) и порт передачи данных 13. Микроконтроллер 38 может быть электрически соединен с разъемом порта для полоски 22, схемой на операционном усилителе 35, первым беспроводным модулем 46, дисплеем 14, ПЗУ 40, тактовым генератором 42, батареей, портом передачи данных 13 и кнопками интерфейса пользователя (16, 18 и 20).

Схема на операционном усилителе 35 может включать в себя два или более операционных усилителей, выполненных с возможностью обеспечения части функции стабилизации напряжения и функции измерения тока. Функция стабилизации напряжения может означать приложение тестового напряжения между по меньшей мере двумя электродами тест-полоски. Функция измерения тока может означать измерение тестового тока, возникающего в результате приложения тестового напряжения. Измерение тока можно осуществлять с помощью преобразователя ток-напряжение. Микроконтроллер 38 может быть выполнен в виде микропроцессора комбинированного типа (MSP), такого как, например, Texas Instrument MSP 430. Микропроцессор TI-MSP 430 может также быть выполнен с возможностью выполнения части функции стабилизации напряжения и функции измерения тока. Кроме того, в состав MSP 430 также может входить энергозависимое ЗУ и ПЗУ. В другом варианте осуществления многие из электронных компонентов могут быть интегрированы вместе с микроконтроллером в виде специализированной интегральной микросхемы (ASIC).

Разъем порта для полоски 22 может быть выполнен с возможностью осуществления электрического соединения с тест-полоской. Разъем дисплея 14a может быть выполнен с возможностью подключения дисплея 14. Дисплей 14 может представлять собой жидкокристаллический дисплей для отображения измеренных уровней глюкозы и для облегчения ввода информации, относящейся к образу жизни пациента. Дисплей 14 может необязательно включать фоновую подсветку. Порт передачи данных 13 может допускать подключение соответствующего разъема к соединительному кабелю, что позволяет подключить глюкометр 10 к внешнему устройству, такому как персональный компьютер. Порт передачи данных 13 может представлять собой любой порт, позволяющий осуществлять передачу данных, такой как, например, последовательный порт, порт USB или параллельный порт. Тактовый генератор 42 может быть выполнен с возможностью отсчета текущего времени, привязанного к географическому району расположения пользователя, а также измерения времени. Блок измерения может быть выполнен с возможностью электрического соединения с источником питания, таким как, например, батарея.

На фиг.1C-1E, 2, 3 и 4B показаны разные виды примера тест-полоски 62, допустимой для использования в способах и системах, описываемых в настоящем документе. В одном примере осуществления предлагается тест-полоска 62, имеющая удлиненный корпус, проходящий от дистального конца 80 к проксимальному концу 82 и имеющий поперечные ребра 56, 58, как показано на фиг.1C. Как показано на фиг.1D, тест-полоска 62 также включает в себя первый электродный слой 66, второй электродный слой 64 и разделитель 60, расположенный в промежутке между двумя электродными слоями 64 и 66. Первый электродный слой 66 может включать в себя первый электрод 66, первый соединительный проводник 76 и первую контактную площадку 67, при этом первый соединительный проводник 76 электрически соединяет первый электрод 66 с первой контактной площадкой 67, как показано на фиг.1D и 4B. Следует отметить, что первый электрод 66 является частью первого электродного слоя 66, располагающегося непосредственно под слоем реагента 72, как указано на фиг.1D и 4B. Аналогичным образом, второй электродный слой 64 может включать в себя второй электрод 64, второй соединительный проводник 78 и вторую контактную площадку 63, при этом второй соединительный проводник 78 электрически соединяет второй электрод 64 со второй контактной площадкой 63, как показано на фиг.1D, 2 и 4B. Следует отметить, что второй электрод 64 является частью второго электродного слоя 64, располагающегося над слоем реагента 72, как указано на фиг.4B. Для целей настоящего изобретения термины «электродный слой» и «электрод» используются взаимозаменяемо и относятся к общей охватывающей электрод области или к конкретному месту размещения электрода.

Как показано на фиг.1D и 4B, камера для приема образца 61 образована первым электродом 66, вторым электродом 64 и разделителем 60 у дистального конца 80 тест-полоски 62. Первый электрод 66 и второй электрод 64 могут образовывать нижнюю и верхнюю стороны камеры для приема образца 61, соответственно, как показано на фиг.4B. Вырезанный участок 68 разделителя 60 может образовывать боковые стенки камеры для приема образца 61, как показано на фиг.4B. В одном аспекте камера для приема образца 61 может включать в себя порты 70, которые обеспечивают поступление образца и/или проход воздуха, как показано на фиг.1C-1E. Например, один из портов может быть предназначен для поступления жидкого образца, а другой порт может обеспечивать выход воздуха.

В одном примере осуществления камера для приема образца 61 (или измерительная ячейка или измерительная камера) может иметь небольшой объем. Например, камера 61 может иметь объем в диапазоне от приблизительно 0,1 микролитра до приблизительно 5 микролитров, от приблизительно 0,2 микролитра до приблизительно 3 микролитров или, предпочтительно, от приблизительно 0,3 микролитра до приблизительно 1 микролитра. Для получения небольшого объема образца вырезанный участок 68 может иметь площадь в диапазоне от приблизительно 0,01 см² до приблизительно 0,2 см², от приблизительно 0,02 см² до приблизительно 0,15 см² или, предпочтительно, от приблизительно 0,03 см² до приблизительно 0,08 см². Кроме того, первый электрод 66 и второй электрод 64 могут находиться друг от друга на расстоянии в диапазоне от приблизительно 1 микрона до приблизительно 500 микрон, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 10 микрон до приблизительно 400 микрон и более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 40 микрон до приблизительно 200 микрон. Относительно близкое расположение электродов может также создать возможность для протекания окислительно-восстановительного цикла, когда генерируемый у первого электрода 66 окисленный медиатор может диффундировать ко второму электроду 64 для восстановления и затем диффундировать обратно к первому электроду 66 для повторного окисления. Специалисты в данной области определят, что различные объемы, площади и/или межэлектродные расстояния находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения.

В одном варианте осуществления первый электродный слой 66 и второй электродный слой 64 могут представлять собой проводящий материал, изготовленный из такого материала, как золото, палладий, углерод, серебро, платина, оксид олова, иридий, индий или их комбинации (например, допированного индием оксида олова). Кроме того, электроды могут быть изготовлены путем нанесения проводящего материала на изолирующий лист (на фигуре не показано) путем напыления, химического осаждения или трафаретной печати. В одном примере осуществления первый электродный слой 66 и второй электродный слой 64 могут быть изготовлены из напыленного палладия и напыленного золота, соответственно. Допустимые материалы для использования в качестве разделителя 60 включают в себя различные изолирующие материалы, такие как, например, пластмасса (в частности, ПЭТ, ПЭТГ, полиимид, поликарбонат, полистирол), оксид кремния, керамика, стекло, адгезивы и их комбинации. В одном варианте осуществления разделитель 60 может быть выполнен в форме двухстороннего адгезива, нанесенного на противолежащие стороны листа полиэфира, при этом адгезив может быть чувствительным к давлению или термоактивируемым. Заявители отмечают, что различные иные материалы для изготовления первого электродного слоя 66, второго электродного слоя 64 и/или разделителя 60 находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения.

Либо первый электрод 66, либо второй электрод 64 могут выполнять функцию рабочего электрода в зависимости от величины и/или полярности приложенного тестового напряжения. Рабочий электрод может измерять предельный тестовый ток, пропорциональный концентрации восстановленного медиатора. Например, если токоограничивающим носителем является восстановленный медиатор (например, ферроцианид), то он может быть окислен на первом электроде 66, при условии что тестовое напряжение относительно второго электрода 64 в достаточной степени превышает окислительно-восстановительный потенциал медиатора. В такой ситуации первый электрод 66 выполняет функцию рабочего электрода, а второй электрод 64 - функцию противоэлектрода/контрольного электрода. Заявители отмечают, что противоэлектрод/контрольный электрод можно называть просто контрольным электродом или противоэлектродом. Когда весь восстановленный медиатор у поверхности рабочего электрода исчерпан, окисление ограничивается, таким образом, измеряемый ток окисления пропорционален потоку восстановленного медиатора, диффундирующего из объема раствора к поверхности рабочего электрода. Термин «объем раствора» относится к части раствора, расположенной достаточно далеко от рабочего электрода, когда восстановленный медиатор не находится в пределах обедненной зоны. Следует отметить, что, если не указано иное, для тест-полоски 62 все потенциалы измерительного прибора 10 далее указаны относительно второго электрода 64.

Аналогичным образом, если тестовое напряжение значительно ниже, чем окислительно-восстановительный потенциал медиатора, восстановленный медиатор может окисляться у второго электрода 64, давая предельный ток. В такой ситуации второй электрод 64 выполняет функцию рабочего электрода, а первый электрод 66 - функцию противоэлектрода/контрольного электрода.

Исходно процедура проведения анализа может включать введение некоторого количества жидкого образца в камеру для приема образца 61 через порт 70. В одном аспекте порт 70 и/или камера для приема образца 61 могут быть выполнены с возможностью заполнения камеры для приема образца 61 жидким образцом под действием капиллярных сил. Первый электрод 66 и/или второй электрод 64 могут быть покрыты слоем гидрофильного реагента для повышения капиллярности камеры для приема образца 61. Например, на первый электрод и/или на второй электрод могут быть нанесены тиол-дериватизированные реагенты с гидрофильным фрагментом, таким как 2-меркаптоэтансульфоновая кислота.

Продолжая анализ вышеуказанной полоски 62, слой реагента 72 может включать в себя глюкозодегидрогеназу (GDH) на основе кофактора PQQ и феррицианид. В другом варианте осуществления фермент GDH на основе кофактора PQQ может быть заменен на фермент GDH на основе кофактора FAD. При дозировании крови или контрольного раствора в реакционную камеру образца 61 происходит окисление глюкозы ферментом GDH_(ox) с одновременным превращением GDH_(ox) в GDH_(red), как показано на схеме химических превращений T.1 ниже. Следует отметить, что GDH_(ox) означает окисленное состояние GDH, а GDH_(red) означает восстановленное состояние GDH.

T.1 D-глюкоза+GDH_(ox)→глюконовая кислота+GDH_(red)

Затем GDH_(red) регенерируется обратно в свое активное окисленное состояние феррицианидом (т.е. окисленным медиатором или Fe(CN)₆ ^3-), как показано на схеме химических превращений T.2 ниже. В процессе регенерации GDH_(ox) в результате реакции происходит образование ферроцианида (т.е. восстановленного медиатора или Fe(CN)₆ ^4-), как показано на схеме T.2:

T.2 GDH_(red)+2Fe(CN)₆ ^3-→GDH_(ox)+2Fe(CN)₆ ^4-

На фиг.5 приведено упрощенное схематическое изображение измерительного прибора 100, взаимодействующего с первой контактной площадкой 67a, 67b и второй контактной площадкой 63. Вторую контактную площадку 63 можно использовать для установления электрического соединения с измерительным прибором через U-образный вырез 65, как показано на фиг.2. В одном варианте осуществления измерительный прибор 100 может включать в себя разъем 101 второго электрода и разъемы (102a, 102b) первого электрода, блок 106 тестового напряжения, блок 107 измерения тока, процессор 212, блок 210 памяти и дисплей 202, как показано на фиг.5. Первая контактная площадка 67 может иметь два выступа, обозначенных 67a и 67b. В одном примере осуществления разъемы 102a и 102b первого электрода по отдельности соединены с выступами 67a и 67b соответственно. Разъем 101 второго электрода может соединяться со второй контактной площадкой 63. Измерительный прибор 100 может измерять сопротивление или целостность электрической цепи между выступами 67a и 67b для определения наличия электрического соединения между тест-полоской 62 и измерительным прибором 10.

В одном варианте осуществления измерительный прибор 100 может прикладывать тестовое напряжение и/или ток между первой контактной площадкой 67 и второй контактной площадкой 63. Как только измерительный прибор 100 распознает вставленную полоску 62, измерительный прибор 100 включается и переходит в режим обнаружения жидкости. В одном варианте осуществления при переходе в режим обнаружения жидкости измерительный прибор 100 пропускает постоянный ток величиной приблизительно 1 микроампер между первым электродом 66 и вторым электродом 64. Поскольку изначально тест-полоска 62 находится в сухом состоянии, измерительный прибор 10 фиксирует относительно большое напряжение. Когда жидкий образец заполнит зазор между первым электродом 66 и вторым электродом 64 в процессе дозирования, измерительный прибор 100 измерит падение измеряемого напряжения ниже предварительно определенного порогового значения, что приведет к автоматическому запуску процедуры измерения глюкозы измерительным прибором 10.

В одном варианте осуществления измерительный прибор 100 может провести измерение глюкозы путем приложения множества тестовых напряжений в течение заданных промежутков времени, как показано на фиг.6A. Множество тестовых напряжений может включать в себя первое тестовое напряжение E1 в течение первого промежутка t₁ времени, второе тестовое напряжение E2 в течение второго промежутка t₂ времени и третье тестовое напряжение E3 в течение третьего промежутка t₃ времени. Третье напряжение E3 может отличаться по величине электродвижущей силы, полярности или по комбинациям обоих признаков от второго тестового напряжения E2. В предпочтительных вариантах осуществления E3 может быть равным по величине E2, но иметь противоположную полярность. Промежуток t_G времени измерения глюкозы представляет собой количество времени, требуемое для выполнения измерения глюкозы (но не обязательно всех вычислений, связанных с измерением глюкозы). Промежуток t_G времени измерения глюкозы может находиться в диапазоне от приблизительно 1 секунды до приблизительно 5 секунд. Далее, как показано на фиг.6A, второе тестовое напряжение E2 может включать компоненту постоянного (DC) тестового напряжения и наложенную на нее компоненту переменного (AC) или альтернативно колебательного тестового напряжения. Наложенная компонента переменного или колебательного тестового напряжения может быть приложена в течение промежутка времени, указанного как t_cap.

Множество значений тестового тока, измеренных в течение любого из промежутков времени, может производиться с частотой в диапазоне от приблизительно 1 измерения в микросекунду до приблизительно одного измерения за 100 миллисекунд. Хотя описывается вариант осуществления с последовательным использованием трех тестовых напряжений, измерение глюкозы может включать в себя иное количество напряжений разомкнутой цепи и тестовых напряжений. Например, в альтернативном варианте осуществления измерение глюкозы может включать в себя напряжение разомкнутой цепи в течение первого промежутка времени, второе тестовое напряжение в течение второго промежутка времени и третье тестовое напряжение в течение третьего промежутка времени. Следует отметить, что обозначения «первый», «второй» и «третий» выбраны для удобства и не обязательно отражают порядок приложения тестовых напряжений. Например, в варианте осуществления может использоваться профиль потенциала, в котором третье тестовое напряжение может быть приложено до приложения первого и второго тестовых напряжений.

После запуска измерения глюкозы измерительный прибор 10 может приложить первое тестовое напряжение E1 (например, приблизительно 20 мВ на фиг.6A) в течение первого промежутка t₁ времени (например, 1 секунда на фиг.6A). Первый промежуток t₁ времени может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 3 секунд, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,2 секунды до приблизительно 2 секунд и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,3 секунды до приблизительно 1 секунды.

Первый промежуток t₁ времени может быть достаточным для полного заполнения образцом камеры 61 для приема образца и также для по меньшей мере частичного растворения или сольватирования слоя 72 реагента. В одном аспекте первое тестовое напряжение E1 может иметь величину, относительно близкую к величине окислительно-восстановительного потенциала медиатора, так что измеряется относительно небольшая величина тока восстановления или окисления. На фиг.6B показано, что на протяжении первого промежутка t₁ времени наблюдается относительно небольшая величина тока по сравнению со вторым и третьим промежутками времени t₂ и t₃. Например, при использовании в качестве медиатора феррицианида и/или ферроцианида первое тестовое напряжение E1 на фиг.6A может находиться в диапазоне от приблизительно 1 мВ до приблизительно 100 мВ, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5 мВ до приблизительно 50 мВ и наиболее предпочтительно в диапазоне от приблизительно 10 мВ до приблизительно 30 мВ. Хотя в предпочтительных вариантах осуществления прикладываемые напряжения указываются как положительные величины, те же по величине отрицательные напряжения также могут использоваться для достижения целей заявленного изобретения.

После приложения первого тестового напряжения E1 измерительный прибор 10 прикладывает второе тестовое напряжение E2 между первым электродом 66 и вторым электродом 64 (например, приблизительно 300 мВ на фиг.6A) в течение второго промежутка t₂ времени (например, приблизительно 3 секунды на фиг.6A). Второе тестовое напряжение E2 может иметь достаточно большое отрицательное значение по сравнению с окислительно-восстановительным потенциалом медиатора, чтобы измерить предельный ток окисления на втором электроде 64. Например, при использовании в качестве медиатора феррицианида и/или ферроцианида величина второго тестового напряжения E2 может находиться в диапазоне от приблизительно нуля мВ до приблизительно 600 мВ, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 100 мВ до приблизительно 600 мВ и более предпочтительно составляет приблизительно 300 мВ.

Второй промежуток t₂ времени должен быть достаточным для возможности наблюдения скорости генерации восстановленного медиатора (например, ферроцианида) по величине предельного тока окисления. Восстановленный медиатор генерируется ферментативными реакциями в слое 72 реагента. В течение второго промежутка t₂ времени ограниченное количество восстановленного медиатора окисляется на втором электроде 64 и неограниченное количество окисленного медиатора восстанавливается на первом электроде 66 с формированием градиента концентрации между первым электродом 66 и вторым электродом 64.

В примере осуществления второй промежуток t₂ времени также должен быть достаточным для генерации или диффундирования достаточного количества феррицианида на втором электроде 64. На втором электроде 64 должно быть достаточное количество феррицианида, чтобы во время приложения третьего тес