СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ АНАЛИТА С ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Система и способ, представленные в данном документе, относятся к области медицинского тестирования, в частности, к определению присутствия и/или концентрации аналита(ов) в пробе (например, физиологических жидкостях, включая кровь).

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способы определения концентрации аналита в физиологических жидкостях (например, крови или продуктах переработки крови, таких как плазма) приобретают все большее значение в современном обществе. Такие анализы используются для разных целей и в разных условиях, в том числе в клинических лабораторных тестах, при тестировании в домашних условиях и т.п., когда результаты такого тестирования имеют большое значение в диагностике и лечении различных заболеваний. К примерам таких аналитов относятся глюкоза при контроле сахарного диабета, холестерин при мониторинге состояния сердечнососудистой системы и т.п. В ответ на растущую значимость определения аналитов разработаны различные протоколы определения аналитов, а также приборы для применения как в условиях клиники, так и в домашних условиях. Некоторые из этих приборов содержат электрохимические ячейки, электрохимические сенсоры, сенсоры гемоглобина, сенсоры содержания антиоксидантов, биосенсоры и иммуносенсоры.

Распространенный способ исследования для определения концентрации аналита основан на электрохимии. В применении таких способов, пробу водосодержащей жидкости помещают в реакционную камеру для пробы в сенсоре, например, электрохимическую ячейку, состоящую по меньшей мере из двух электродов, т.е. рабочего электрода и противоэлектрода, где импеданс электродов подходит для амперометрических или кулонометрических измерений. Компонент, подлежащий анализу, реагирует с реагентом с образованием окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, пропорциональном концентрации аналита. Затем количество окисляемого (или восстанавливаемого) вещества определяют электрохимическим способом и соотносят с концентрацией аналита в пробе.

Показателем крови, который может оказывать влияние на определение аналита, является гематокрит. Уровни гематокрита могут существенно разниться у разных людей. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, у лица, страдающего анемией, уровень гематокрита может составлять примерно 20%, в то время как у новорожденного уровень гематокрита может составлять примерно 65%. Даже при анализе проб, забранных у одного и того же человека в течение некоторого времени, могут обнаруживаться разные уровни гематокрита. Более того, в связи с тем, что высокий уровень гематокрита может также вызывать увеличение вязкости крови, а вязкость может, в свою очередь, оказывать влияние на другие параметры, связанные с определением аналита, учет воздействия гематокрита на результаты анализа пробы может оказаться важным при выполнении точного определения концентраций аналита.

Один из способов, с помощью которого учитываются различные уровни гематокрита в пробе крови, заключается в отделении плазмы от крови с последующим перерасчетом концентрации антигена относительно скорректированного объема плазмы крови. Отделение может выполняться, например, с помощью выполнения этапа центрифугирования. Другие способы, с помощью которых учитываются различные уровни гематокрита в пробе крови, включают использование среднего гематокрита при расчетах или при измерении гематокрита на отдельном этапе, а затем расчет концентрации антигена относительно величины плазмы крови. Эти способы, однако, не считаются предпочтительными, по меньшей мере потому, что они подразумевают нежелательную обработку проб, требуют дополнительного времени и/или приводят к существенным ошибкам в окончательных результатах определения. Более того, температура окружающей среды, где проводится анализ проб, может также оказывать отрицательное влияние на точность определения концентрации аналита.

Желательной характеристикой всех измерительных элементов является их длительный срок хранения - иными словами, отсутствие значимых изменений измерительных характеристик измерительного элемента в период времени между его изготовлением и эксплуатацией (т.е. во время хранения). Однако хранение в течение длительного периода времени и/или в неправильных условиях хранения, например, при высокой температуре, высокой влажности и т.п., может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик сенсоров. Например, может снизиться точность результатов определения концентраций аналита с помощью таких сенсоров. Цель настоящего изобретения как раз состоит в преодолении или улучшении этих и других недостатков предшествующего уровня техники.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявители признают, что желательным является разработка способа получения более точных результатов измерений концентраций аналита у широкого круга доноров, уровней концентраций аналита, уровней гематокрита, температур, а также условий хранения при минимальном количестве или отсутствии сопутствующих ограничений, упомянутых выше. Исходя из этого, системы, приборы и способы в целом предназначены для точных результатов определения концентрации аналита в пробе. В целом, системы, приборы и способы, раскрываемые в этом документе, включают внесение серии корректировок в оптимизированные измерения концентрации аналита, чтобы обеспечить скорректированное значение концентрации аналита с более высокой точностью.

В примере варианта осуществления способа определения концентрации аналита в пробе, этот способ включает обнаружение содержащей аналит пробы, введенной в электрохимический сенсор. Электрохимический сенсор может содержать, например, два электрода в разнесенной конфигурации. В других вариантах осуществления, два электрода могут иметь обращенную друг к другу ориентацию. В других вариантах осуществления, электрохимический сенсор может содержать два электрода, имеющих обращенную в противоположные стороны ориентацию. В других вариантах осуществления, электрохимический сенсор может содержать сенсор глюкозы. В других вариантах осуществления, электрохимический сенсор может содержать иммуносенсор. В некоторых вариантах осуществления, проба может содержать кровь или цельную кровь. В некоторых вариантах осуществления, аналит может содержать C-реактивный белок.

Способ также включает в себя реагирование аналита с вызыванием физического превращения аналита между двумя электродами. Например, реагирование аналита может привести к образованию электроактивного вещества, которое можно измерить как ток двумя электродами. Способ также содержит измерение выходов тока на дискретных интервалах для выведения времени заполнения сенсора пробой и емкости сенсора с пробой. Способ также содержит определение первого значения концентрации аналита по выходам тока; расчет второго значения концентрации аналита по выходам тока и первого значения концентрации аналита; корректировку второго значения концентрации аналита на влияния температуры для обеспечения третьего значения концентрации аналита; корректировку третьего значения концентрации аналита как функции времени заполнения сенсора для обеспечения четвертого значения концентрации аналита; и корректировку четвертого значения концентрации аналита как функции емкости для обеспечения конечного значения концентрации аналита.

В примере варианта осуществления способа обеспечения повышенной точности измерений с помощью тест-полоски, способ содержит обеспечение партии тест-полосок, причем каждая тест-полоска имеет два разнесенных электрода с размещенным между ними реагентом. При использовании в данном документе, термин «партия» относится к множеству тест-полосок из одной производственной серии, которые, как предполагается, обладают аналогичными характеристиками. Например, партия может содержать примерно 500 тест-полосок из производственной серии, содержащей примерно 180000 тест-полосок. Способ также содержит введение контрольной пробы, содержащей контрольную концентрацию аналита, в каждую из партии тест-полосок. Способ также включает реагирование аналита с вызыванием физического превращения аналита между двумя электродами; измерение выходов тока на дискретных интервалах для выведения времени заполнения сенсора пробой и емкости сенсора с пробой; и определение первого значения концентрации аналита по выходам тока. Способ также содержит расчет второго значения концентрации аналита по выходам тока и первой концентрации аналита; корректировку второго значения концентрации аналита на влияния температуры для обеспечения третьего значения концентрации аналита; корректировку третьего значения концентрации аналита как функции времени заполнения сенсора для обеспечения четвертого значения концентрации аналита; и корректировку четвертого значения концентрации аналита как функции емкости для обеспечения конечного значения концентрации аналита для каждой из партии тест-полосок, так что по меньшей мере 95% конечных значений концентрации аналита партии тест-полосок находятся в пределах 10% от контрольной концентрации аналита.

В примере варианта осуществления способов, указанных выше, выходы тока, измеряемые на дискретных интервалах могут содержать первое суммирование токов i_r и второе суммирование тока i_l. В некоторых вариантах осуществления, дискретные интервалы времени, на которых измеряются первое суммирование токов i_r и второе суммирование токов i_l, могут измеряться с момента введения пробы в тестовую камеру и могут содержать первый интервал от примерно 3,9 секунды до примерно 4 секунд, и второй интервал от примерно 4,25 секунды до примерно 5 секунд. Например, первое суммирование токов i_r можно выразить с помощью уравнения

а второе суммирование токов i_l можно выразить с помощью уравнения,

,

где i(t) составляет абсолютное значение тока, измеренного во время t.

В некоторых примерах варианта осуществления способов, указанных выше, этап определения первого значения концентрации аналита включает в себя расчет концентрации G1 аналита с помощью уравнения вида:

где p составляет примерно 0,5246; a составляет 0,03422; i₂ составляет скорректированное по оксидантам значение тока; а zgr составляет примерно 2,25.

В некоторых примерах варианта осуществления способов, указанных выше, этап расчета второго значения концентрации аналита может содержать расчет концентрации G2 аналита с помощью уравнения вида:

где p составляет примерно 0,5246; a составляет примерно 0,03422; i₂ составляет скорректированное по антиоксидантам значение тока; AFO составляет примерно 2,88; zgr составляет примерно 2,25; и k составляет примерно 0,0000124.

В некоторых примерах вариантов осуществления способов, указанных выше, третье значение концентрации аналита может содержать первую температурную поправку во второе значение концентрации аналита по температуре всякий раз, когда температура окружающей среды превышает первое пороговое значение температуры, и вторую температурную поправку всякий раз, когда температура окружающей среды ниже или равна первому пороговому значению температуры.

В некоторых примерах вариантов осуществления способов, указанных выше, этап корректировки третьего значения концентрации аналита как функции времени заполнения сенсора может содержать расчет поправочного коэффициента времени заполнения, основанного на времени заполнения. Например, поправочный коэффициент времени заполнения составляет около нуля, когда время заполнения ниже, чем первое пороговое значение времени заполнения. В другом примере, поправочный коэффициент времени заполнения рассчитывается на основе времени заполнения, когда время заполнения выше первого порогового значения времени заполнения и ниже второго порогового значения времени заполнения. В еще одном примере, поправочный коэффициент времени заполнения может содержать постоянное значение, когда время заполнения выше второго порогового значения времени заполнения. В некоторых вариантах осуществления, первое пороговое значение времени заполнения может составлять примерно 0,2 секунды, а второе пороговое значение времени заполнения может составлять примерно 0,4 секунды.

В некоторых примерах вариантов осуществления способов, указанных выше, четвертое значение концентрации аналита может быть установлено равным третьему значению концентрации аналита, когда третье значение концентрации аналита ниже порогового значения концентрации аналита, составляющего, например, примерно 100 мг/дл. Когда третье значение концентрации аналита больше чем примерно 100 мг/дл, например, четвертое значение концентрации аналита может содержать произведение третьего значения концентрации аналита на смещение поправочного коэффициента времени заполнения, когда третье значение концентрации аналита больше чем примерно 100 мг/дл.

В некоторых примерах вариантов осуществления способов, указанных выше, конечное значение концентрации аналита может быть установлено примерно равным четвертому значению концентрации аналита, когда четвертое значение концентрации аналита ниже первого порогового значения концентрации аналита. Например, первое пороговое значение концентрации может составлять примерно 100 мг/дл. В другом примере варианта осуществления способов, указанных выше, конечное значение концентрации аналита может содержать произведение поправочного коэффициента емкости и четвертого значения концентрации аналита, когда четвертое значение концентрации аналита превышает первое пороговое значение концентрации. Например, поправочный коэффициент емкости для конечного значения концентрации аналита может быть основан на измеренной емкости, когда емкость ниже первого порогового значения емкости, и поправочный коэффициент емкости может быть установлен на максимальное значение, когда рассчитанный поправочный коэффициент емкости превышает заданное значение.

В примере варианта осуществления прибора для измерения аналита, прибор может содержать корпус, соединитель порта для полоски, смонтированный на корпусе и выполненный с возможностью приема тест-полосок для аналита, и микропроцессор, размещенный в корпусе, микропроцессор соединен с соединителем порта для полоски, источником питания и запоминающим устройством так, чтобы тест-полоска для аналита была сопряжена с портом для полоски с размещенной в тестовой камере тест-полоски с пробой, аналит вынуждается реагировать между двумя электродами и обеспечивать первое оценочное значение G1 концентрации аналита на основании измеренных значений выходного тока в течение дискретных интервалов во время реакции аналита, второе оценочное значение G2 концентрации аналита на основании измеренных значений выходного тока в течение дискретных интервалов во время реакции аналита, скорректированное по температуре значение G3 концентрации аналита из второго значения G2 концентрации аналита, скорректированное по времени заполнения пробой значения G4 концентрации аналита из третьей величины G3 концентрации аналита и скорректированное по емкости тест-полоски конечное значение G5 концентрации из скорректированного по времени заполнения пробой значения G4 концентрации аналита.

В примере варианта осуществления системы измерения аналита, система может содержать множество тест-полосок, причем каждая тест-полоска имеет по меньшей мере два разнесенных электрода в тестовой камере, и реагент для приема содержащей аналит пробы. Система может также включать прибор для измерения аналита. Прибор для измерения аналита может включать в себя порт для полоски, имеющий соединители, выполненные с возможностью сопряжения с соответствующими электродами каждой тест-полоски, и микропроцессор, соединенный с портом для полоски. Микропроцессор может быть выполнен с возможностью измерения тока, емкости тест-полоски и времени заполнения пробой с помощью электродов каждой тест-полоски, когда в тестовую камеру каждой из множества тест-полосок помещается контрольная проба, и конечной концентрации аналита, определяемой на основании тока, времени заполнения пробой и емкости тест-полоски, так что процентная величина конечных значений концентрации аналита от партии тест-полосок находится в пределах 10% от контрольного значения аналита выше порогового значения аналита.

В некоторых вариантах осуществления, микропроцессор может быть выполнен таким образом, чтобы, когда тест-полоска для аналита из множества тест-полосок сопряжена с портом для полоски с размещенной в ней пробой, аналит в пробе реагирует между двумя электродами для обеспечения первого оценочного значения G1 концентрации аналита на основании измеренных значений выходного тока в течение дискретных интервалов, второго оценочного значения G2 концентрации аналита на основании измеренных значений выходного тока в течение дискретных интервалов, скорректированного по температуре значения G3 концентрации аналита из второго значения G2 концентрации аналита, скорректированного по времени заполнения пробой значения G4 концентрации аналита, из третьей величины концентрации аналита и скорректированного по емкости полоски конечного значения G5 концентрации из скорректированного по времени заполнения пробой значения G4 концентрации аналита.

В примере варианта осуществления, дискретные интервалы времени могут измеряться с момента введения пробы в тестовую камеру и могут содержать первый интервал от примерно 3,9 секунды до примерно 4 секунд и второй интервал от примерно 4,25 секунды до примерно 5 секунд. Значения выходящего тока, измеряемые в первый и второй интервалы, могут содержать первое суммирование токов i_r и второе суммирование токов i_l, где

и

,

где i(t) составляет абсолютное значение тока, измеренного во время t.

В некоторых вариантах осуществления, первое величина G1 концентрации аналита может содержать вывод значений тока с помощью уравнения вида:

где p составляет примерно 0,5246; a составляет примерно 0,03422; i₂ составляет скорректированное по антиоксидантам значение тока; и zgr составляет примерно 2,25.

В некоторых вариантах осуществления, второе значение G2 концентрации аналита может содержать вывод с помощью уравнения вида:

где p составляет примерно 0,5246; a составляет примерно 0,03422; i₂ составляет скорректированное по антиоксидантам значение тока; AFO составляет примерно 2,88; zgr составляет примерно 2,25; и k составляет примерно 0,0000124.

В некоторых вариантах осуществления, скорректированное по антиоксидантам значение тока i₂ может содержать уравнение вида:

где i(4.1) составляет абсолютное значение тока при третьем электрическом потенциале; i(1.1) составляет абсолютное значение тока при втором электрическом потенциале; а i_ss составляет установившийся ток.

В некоторых вариантах осуществления, i_ss может содержать уравнение вида:

где i(5) составляет абсолютное значение тока на третьем электрическом потенциале; π составляет константу; D составляет коэффициент диффузии окислительно-восстановительного вещества, а L составляет расстояние между двумя электродами.

В некоторых вариантах осуществления, скорректированное по температуре значение G3 концентрации аналита может быть скорректировано с помощью поправочного коэффициента времени заполнения, основанного на времени заполнения. Например, поправочный коэффициент времени заполнения может составлять около нуля, когда время заполнения ниже, чем первое пороговое значение времени заполнения. В другом примере, когда время заполнения выше первого порогового значения времени заполнения и ниже второго порогового значения времени заполнения, коэффициент времени заполнения может рассчитываться на основе времени заполнения. В еще одном примере, когда время заполнения выше второго порогового значения времени заполнения, поправочный коэффициент времени заполнения может составлять постоянное значение. В некоторых вариантах осуществления, первое пороговое значение времени заполнения может составлять примерно 0,2 секунды, а второе пороговое значение времени заполнения может составлять примерно 0,4 секунды.

В некоторых примерах вариантах осуществления скорректированное по температуре значение G3 концентрации аналита может содержать первую температурную поправку во второе значение G2 концентрации аналита всякий раз, когда температура окружающей среды превышает первое пороговое значение температуры, и вторую температурную поправку всякий раз, когда температура окружающей среды ниже или равна первому пороговому значению температуры.

В некоторых вариантах осуществления, скорректированное по времени заполнения значение G4 концентрации аналита может составлять скорректированное по температуре значение G3, когда скорректированное по температуре значение G3 ниже порогового значения концентрации, составляющее, например, примерно 100 мг/дл, а скорректированное по времени заполнения значение G4 может содержать процентное увеличение третьего значения концентрации аналита с учетом поправочного коэффициента времени заполнения, когда скорректированное по температуре значение G3 выше, чем пороговое значение концентрации, составляющее, например, примерно 100 мг/дл.

В некоторых вариантах осуществления, скорректированное по емкости тест-полоски конечное значение G5 концентрации может устанавливаться равным к четвертому значению концентрации аналита, когда скорректированное по времени заполнения пробой значение G4 концентрации аналита, меньше первого порогового значения концентрации. Например, первое пороговое значение концентрации может составлять примерно 100 мг/дл. В некоторых вариантах осуществления, скорректированное по емкости тест-полоски конечное значение G5 концентрации может содержать произведение поправочного коэффициента емкости и скорректированного по времени заполнения пробой значения G4, когда скорректированное по времени заполнения пробой значение G4 превышает первое пороговое значение концентрации. Например, поправочный коэффициент емкости для конечного значения G5 концентрации аналита может быть основан на измеренной емкости, когда емкость ниже первого порогового значения емкости, и поправочный коэффициент емкости может быть установлен на максимальное значение, когда рассчитанный поправочный коэффициент емкости превышает заданное значение.

В другом варианте осуществления примера способа определения концентрации аналита в пробе, способ содержит введение содержащей аналит пробы, в электрохимический сенсор. Способ также содержит реагирование аналита с вызыванием физического превращения аналита между двумя электродами и определение концентрации аналита.

В другом примере способа, касающегося способа измерения скорректированной концентрации аналита в пробе, способ содержит обнаружение присутствия пробы в электрохимическом сенсоре. Электрохимический сенсор может содержать два электрода. Способ также содержит реагирование аналита с вызыванием физического превращения аналита, определение первой концентрации аналита в пробе и расчет скорректированной концентрации аналита на основе первой концентрации аналита и одного или нескольких поправочных коэффициентов.

В некоторых вариантах осуществления, этап определения концентрации аналита может содержать этап корректировки по одному или более из времени заполнения пробой, физического свойства электрохимической ячейки, температуры пробы, температуры электрохимического сенсора и кинетики реакции глюкозы. В примерах вариантов осуществления, этап корректировки по кинетике реакции глюкозы может включать в себя расчет первой концентрации аналита и расчет второй концентрации аналита, которая зависит от первой концентрации аналита, так что величина корректировки по кинетике реакции глюкозы пропорциональна величине первой концентрации аналита.

В некоторых вариантах осуществления, физическое свойство электрохимического сенсора может быть связано по меньшей мере с одним из срока хранения электрохимического сенсора и условия хранения электрохимического сенсора. Например, физическим свойством может являться емкость электрохимической ячейки.

В примере варианта осуществления электрохимической системы, система включает электрохимический сенсор, включающий в себя электрические контакты, выполненные с возможностью сопряжения с контрольным измерительным прибором. Электрохимический сенсор может содержать первый электрод и второй электрод в разнесенном взаимном расположении и реагент. Измерительный прибор может включать в себя процессор, выполненный с возможностью приема данных о токе от электрохимического сенсора при подаче напряжений на тест-полоску. Измерительный прибор может быть также выполнен с возможностью определения скорректированной концентрации аналита на основе рассчитанной концентрации аналита и одного или более из времени заполнения пробой, физического свойства электрохимической ячейки, температуры пробы, температуры электрохимического сенсора и кинетики реакции глюкозы.

В некоторых вариантах осуществления, измерительный прибор может включать в себя хранилище данных, содержащее пороговое значение концентрации аналита и множество пороговых значений, относящихся к одному или более из следующего: время заполнения пробой, физического свойства электрохимической ячейки, температура пробы, температуры электрохимического сенсора и кинетики реакции глюкозы.

В некоторых вариантах осуществления, электрохимическая система может содержать нагревательный элемент, выполненный для нагрева, по меньшей мере, части электрохимического сенсора. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из электрохимического сенсора, измерительного прибора и процессора, могут быть выполнены с возможностью измерения температуры пробы.

В некоторых вариантах осуществления, системы и способы могут снижать вариацию при определениях концентрации аналита, например, от разных доноров и/или от доноров разного пола. Способ также может снижать влияние концентрации уратов на определение концентрации аналита.

В некоторых вариантах осуществления, системы и способы по настоящему изобретению могут достигать стандарта точности по меньшей мере, ±10% для концентраций определенного аналита (например, глюкозы), превышающих пороговые значения концентрации аналита, так что по меньшей мере 95% серии оценок концентрации аналита дают значение концентрации аналита с точностью в пределах 10% от контрольного измерения аналита. В другом примере варианта осуществления, способ может достигать стандарта точности по меньшей мере ±10 мг/дл для концентраций аналита (например, глюкозы плазмы крови в пробе цельной крови) ниже порогового значения концентрации аналита, так что по меньшей мере 95% серии оценок концентрации аналита дают значение концентрации аналита с точностью примерно 10 мг/дл от контрольного значения измерений аналита. Например, пороговое значение концентрации аналита может составлять примерно 75 мг/дл глюкозы плазмы крови в пробе цельной крови.

В другом примере, стандарт точности может быть достигнут на основе серии, составляющей примерно 5000 оценок концентрации аналита. В еще одном примере, стандарт точности может быть достигнут на основе серии, составляющей примерно 18000 оценок концентрации аналита.

Отличительные особенности и преимущества этих и других вариантов осуществления вполне очевидны для специалистов в данной области после изучения приведенного ниже более подробного описания различных примеров осуществления настоящего изобретения в сочетании с сопутствующими чертежами, которые кратко описаны в начале документа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Различные характерные особенности настоящего раскрытия указаны более подробно в прилагаемых пунктах изобретения. Лучшее понимание этих особенностей можно получить при отсылке к следующему подробному описанию, в котором представлены наглядные варианты осуществления, не имеющие ограничительного характера, сопроводительные чертежи, из которых:

На Фиг.1A представлен вид в перспективе примера тест-полоски.

На Фиг.1В представлен развернутый вид в перспективе тест-полоски, изображенной на Фиг.1A.

На Фиг.1C представлен вид в перспективе дистальной части тест-полоски, изображенной на Фиг.1A.

На Фиг.2 представлен вид снизу в горизонтальной проекции тест-полоски, изображенной на Фиг.1A.

На Фиг.3 представлен вид сбоку в горизонтальной проекции тест-полоски, изображенной на Фиг.1A.

На Фиг.4A представлен вид сверху в горизонтальной проекции тест-полоски, изображенной на Фиг.1A.

На Фиг.4B представлен частичный вид сбоку дистальной части тест-полоски в соответствии со стрелками 4B-4B на Фиг.4A.

На Фиг.5A представлена упрощенная схема, демонстрирующая измерительный прибор, электрически взаимодействующий с контактными площадками тест-полоски.

На Фиг.5B показан пример системы для измерения концентрации аналита, содержащей контрольный измерительный прибор и тест-полоску;

На Фиг.5C показан пример упрощенной схемы печатной платы измерительного прибора, представленного на Фиг.5B;

На Фиг.6 представлено изображение в развернутом виде примера осуществления иммуносенсора.

На Фиг.7A представлена форма волны испытательного напряжения, при которой c измерительного прибора подается множество испытательных напряжений через заданные интервалы времени.

На Фиг.7B представлен испытательный переходный процесс, генерируемый с формой волны испытательного напряжения, изображенной на Фиг.6.

На Фиг.8A представлена форма волны испытательного напряжения, при которой с измерительного прибора подается совокупность тестовых напряжений противоположной полярности в течение заданных интервалов времени по сравнению с Фиг.7A.

На Фиг.8B представлен испытательных переходный процесс, генерируемый при испытательных напряжениях, изображенных на Фиг.8A.

На Фиг.9 представлена диаграмма, показывающая среднее смещение проб крови от доноров мужского и женского пола с использованием первого алгоритма и второго алгоритма, раскрываемых в настоящем документе;

На Фиг.10 показан график смещения от контрольного измерения глюкозы в зависимости от контрольного измерения глюкозы для каждого элемента набора данных, включающих примерно 18970 анализов глюкозы;

На Фиг.11 показан график смещения от контрольного измерения глюкозы в зависимости от контрольного измерения процента гематокрита для каждого элемента набора данных, включающих примерно 18970 анализов глюкозы;

На Фиг.12 показан график смещения от контрольного измерения глюкозы в зависимости от измерения температуры для каждого элемента набора данных, включающих примерно 18970 анализов глюкозы;

На Фиг.13 показан график смещения от контрольного измерения глюкозы в зависимости от времени хранения тест-полоски для элементов набора данных, где концентрация глюкозы была ниже чем примерно 75 мг/дл;

На Фиг.14 показан график смещения от контрольного измерения глюкозы в зависимости от времени хранения тест-полоски для элементов набора данных, где концентрация глюкозы была выше чем примерно 75 мг/дл.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Приведенное ниже подробное описание следует толковать со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые элементы на разных чертежах представлены под одинаковыми номерами. Приведенные чертежи, необязательно выполненные в реальном масштабе, показывают выбранные варианты осуществления и не призваны ограничить объем изобретения. Подробное описание раскрывает принципы настоящего изобретения с помощью примеров, но без ограничения настоящего изобретения.

При использовании в настоящем документе, термины «примерно» или «приблизительно» применительно к любым числовым значениям или диапазонам указывают на приемлемый допуск на размер, который позволяет части или множеству компонентов функционировать по назначению, как указано в настоящем документе. В дополнение, при использовании в данном документе термины «пациент», «оператор», «пользователь» и «субъект» относятся к любому человеку или животному и не ограничивают использование систем или способов только людьми, хотя использование предмета изобретения пациентами-людьми является предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

Для более полного понимания конструкции, принципов работы, производства и использования систем и способов, описанных в настоящем документе, ниже приведено описание некоторых примеров осуществления настоящего изобретения. Один или несколько примеров таких вариантов осуществления представлены на сопроводительных чертежах. Специалистам в данной области вполне понятно, что конкретные системы и способы, описанные в настоящем документе и проиллюстрированные на сопроводительных чертежах, являются примерами вариантов осуществления, которые не носят ограничительного характера, и объем настоящего изобретения определяется исключительно формулой изобретения. Особенности, проиллюстрированные или описанные применительно к одному примеру осуществления, могут сочетаться с особенностями других вариантов осуществления. Такие модификации и изменения предназначены для включения в объем настоящего раскрытия изобретения.

Как будет указано более подробно ниже, раскрываемые системы и способы включают определение первого значения концентрации аналита; расчет второго значения концентрации аналита из первого значения концентрации аналита; корректировку второго значения концентрации аналита на влияния температуры для обеспечения третьего значения концентрации аналита; корректировку третьего значения концентрации аналита как функции времени заполнения сенсора для обеспечения четвертого значения концентрации аналита и корректировку четвертого значения концентрации аналита как функции емкости сенсора для обеспечения конечного значения концентрации аналита.

Системы и способы, описанные в настоящем документе, подходят для применения при определении большого числа аналитов в большом числе проб, в частности, они подходят для применения при определении аналитов в цельной крови, плазме крови, сыворотке крови, интерстициальной жидкости или продуктов их переработки. В примере варианта осуществления, тест-система для определения глюкозы основана на использовании тонкослойной ячейки с противоположными электродами и электрохимического трехимпульсного метода обнаружения; что обеспечивает быстроту анализа (например, время анализа примерно 5 секунд и меньше), требует малого объема пробы (примерно 0,4 мкл) и может обеспечивать более высокую надежность и точность измерения глюкозы крови. В реакционной ячейке для испытуемого аналита содержащаяся в пробе глюкоза может окисляться до глюконолактона с помощью глюкозодегидрогеназы, а для переноса электронов от фермента к рабочему электроду может применяться электрохимически активный медиатор. Более конкретно, слой реагента, покрывающий по меньшей мере один из электродов реакционной ячейки, может включать глюкозодегидрогеназу (ГДГ) на основе кофактора пирролохинолинхинона (ПХХ) и феррицианида. В другом варианте осуществления вместо фермента ГДГ на основе кофактора ПХХ может использоваться фермент ГДГ на основе кофактора флавинадениндинуклеотида (ФАД). При введении крови или контрольного раствора в реакционную камеру глюкоза окисляется ферментом ГДГ(ox) с одновременным превращением ГДГ(ox) в ГДГ(red), как показано на схеме химических превращений T.1 ниже. Следует отметить, что ГДГ(ox) означает ГДГ в окисленном состоянии, а ГДГ(red) означает ГДГ в восстановленном состоянии.

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

Для применения к форме волны трехимпульсного напряжения может использоваться потенциостат при подаче на рабочий электрод и противоэлектрод напряжений, индуцирующих переходный процесс, используемый для расчета концентрации глюкозы. Кроме того, дополнительную информацию, полученную при измерении переходного процесса, можно использовать для различения матрикса пробы и введения корректировки на обусловленную гематокритом вариабельность проб крови, колебания температуры, наличия электрохимически активных компонентов, а также выявления возможных системных погрешностей.

В принципе, описанные способы можно использовать для сенсора с электрохимическими ячейками любого типа, содержащего первый и второй электроды в разнесенной конфигурации и слой реагента. Например, сенсор с электрохимической ячейкой может иметь форму тест-полоски. В одном аспекте, тест-полоска может содержать два расположенных друг против друга и разделенных тонким разделителем электрода, для образования камеры для приема пробы или зоны, в которой размещен слой реагента. Авторы заявки отмечают, что с описанными в настоящей заявке системами и способами можно использовать и другие типы тест-полосок, включая, например, тест-полоски с электродами, расположенными в одной плоскости. Приборы, используемые с системами, и способы, описанные в этом документе, обычно содержат по меньшей мере один рабочий электрод и один противоэлектрод, между которыми может подаваться электрическое напряжение. Прибор для анализа пробы может, в целом, быть связан с компонентом для подачи электрического напряжения между электродами, таким как измерительный прибор. Авторы заявки отмечают, что с системами и методами, описанными в настоящем документе, можно использовать различные измерительные приборы. Однако в одном варианте осуществления, измерительный прибор содержит по меньшей мере процессор, который может содержать один или несколько блоков управления, выполненных с возможностью проведения расчетов и способных рассчитывать поправочный коэффициент с учетом по меньшей мере одного измеренного или рассчитанного параметра, а также выполненный с возможностью сортировки и/или хранения данных. Микропроцессор может быть выполнен в виде микропроцессора смешанных сигналов (MSP), такого как, например, Texas Instruments MSP 430. Микропроцессор TI-MSP 430 может также быть выполнен с возможностью осуществления части функции стабилизации напряжения и функции измерения тока. Кроме того, микропроцессор MSP 430 может также включать энергозависимое и энергонезависимое запоминающее устройство. В другом варианте осуществления, с микропроцессором может быть интегрировано множество электронных компонентов в виде специализированной интегральной микросхемы.

Электрохимические ячейки

На Фиг.1A-4B показаны различные изображения примеров тест-полоски 62, подходящей для применения способов, описанных в настоящем документе. Как показано, тест-полоска 62 может содержать удлиненное тело, продолжающееся от дистального конца 80 до проксимального конца 82 и имеющее боковые края 56, 58. Дистальная часть корпуса 59 может содержать реакционную камеру 61 для пробы, в которой размещены множество электродов 64 и 66 и реагент 72, в то время как проксимальная часть корпуса 59 тест-полоски может содержать элементы, выполненные с возможностью электрического соединения с измерительным прибором. В процессе эксплуатации, в реакционную камеру 61 для пробы может быть введена физиологическая жидкость или контрольный раствор для проведения электрохимического анализа. При использовании в настоящем документе, термин «проксимальный» означает, что референтная структура расположена ближе к контрольному измерительному прибору, а термин «дистальный» означает, что референтная структура расположена дальше от контрольного измерительного прибора.

В показанном примере осуществления, тест-полоска 62 может содержать первый электродный слой 66 и второй электродный слой 64, а также расположенный между ними разделительный слой 60. Первый электродный слой 66 может содержать первый электрод 166 и первый соединительный проводник 76 для электрического соединения первого электрода 166 с первым электрическим контактом 67. Аналогичным образом, второй электродный слой 64 может содержать второй электрод 164 и второй соединительный проводник 78 для электрического соединения второго электрода 164 со вторым электрическим контактом 63.

В одном варианте осуществления, реакционная камера 61 для пробы образована первым электродом 166, вторым электродом 164 и разделителем 60, как показано на Фиг.1A-4B. Более конкретно, первый электрод 166 и второй электрод 164 образуют, соответственно, нижнюю и верхнюю стороны реакционной камеры 61 для пробы. Вырезанный участок 68 разделителя 60 может образовывать боковые стенки реакционной камеры 61 для пробы. В одном аспекте реакционная камера 61 для пробы может дополнительно содержать множество отверстий 70, которые обеспечивают поступление пробы и/или пропускание воздуха. Например, одно из отверстий может обеспечивать поступление жидкой пробы, а другое отверстие может обеспечивать пропускание воздуха.

Реакционная камера 61 для пробы может иметь малый объем. Например, объем может составлять от примерно 0,1 микролитра до примерно 5 микролитров, предпочтительно, чтобы она составляла от примерно 0,2 микролитра до примерно 3 микролитров, наиболее предпочтительно, от примерно 0,3 микролитра до примерно 1 микролитра. Как вполне понятно специалистам в данной области, реакционная камера 61 для пробы может иметь другой объем. Для обеспечения малого объема пробы, площадь выреза 68 может составлять от примерно 0,01 см² до примерно 0,2 см², предпочтительно, от примерно 0,02 см² до примерно 0,15 см², наиболее предпочтительно, от примерно 0,03 см² до примерно 0,08 см². Аналогичным образом, как вполне понятно специалистам в данной области, вырез 68 может иметь любую другую площадь. В дополнение, первый электрод 166 и второй электрод 164 могут находиться друг от друга на расстоянии, составляющем от примерно 1 микрона до примерно 500 микрон, предпочтительно, от примерно 10 микрон до примерно 400 микрон, наиболее предпочтительно, от примерно 40 микрон до примерно 200 микрон. В других вариантах осуществления это расстояние может составлять любые другие величины. Близкое расположение электродов друг к другу также может способствовать протеканию цикла окислительно-восстановительных реакций, когда генерируемый у первого электрода 166 окисленный медиатор может диффундировать ко второму электроду 164 для восстановления и затем диффундировать обратно к первому электроду 166 для повторного окисления.

На проксимальном конце корпуса 59 тест-полоски можно использовать первый электрический контакт 67 для установления электрического соединения с контрольным измерительным прибором. Доступ измерительного прибора ко второму электрическому контакту 63 может обеспечиваться через U-образный вырез 65, как показано на Фиг.2. Авторы заявки отмечают, что тест-полоска 62 может содержать различные альтернативные электрические контакты, выполненные с возможностью электрического подключения к контрольному измерительному прибору. Например, в патенте США № 6379513, содержание которого полностью включено в настоящую заявку путем отсылки, раскрываются средства подключения электрохимической ячейки.

В одном варианте осуществления, первый электродный слой 66 и/или второй электродный слой 64 могут представлять собой проводящий материал, образованный из таких материалов, как золото, палладий, углерод, серебро, платина, оксид олова, иридий, индий и их сочетания (например, допированного индием оксида олова). В дополнение, электроды могут быть изготовлены путем нанесения проводящего материала на изолирующую подложку (не показано) с использованием различных процессов, например, распыления, химического осаждения или трафаретной печати. В одном примере осуществления второй электродный слой 64 может представлять собой электрод из напыленного золота, а первый электродный слой 66 может представлять собой электрод из напыленного палладия. Подходящие материалы для изготовления разделительного слоя 60 включают различные изолирующие материалы, например, пластмассы (в частности ПЭТ, ПЭТГ, полиимид, поликарбонат, полистирол), органический кремний, керамику, стекло, адгезивы и их комбинации.

Слой реагента 72 в реакционной камере 61 для пробы может быть нанесен с применением таких процессов, как нанесение через щелевую головку, нанесение с конца трубки, струйная печать и трафаретная печать. Такие процессы описаны, например, в следующих патентах США №№: 6749887, 6869411, 6676995 и 6830934, содержание каждого из которых полностью включено в настоящую заявку путем отсылки. В одном варианте осуществления, слой реагента 72 может содержать по меньшей мере медиатор и фермент и может быть нанесен на поверхность первого электрода 166. Существу и объему настоящего изобретения соответствуют различные медиаторы и/или ферменты. Например, подходящие медиаторы содержат феррицианид, ферроцен, производные ферроцена, осмий-бипиридильные комплексы и производные хинонов. Примеры подходящих ферментов включают в себя глюкозооксидазу, глюкозодегидрогеназу (ГДГ) на основе кофактора пирролохинолинхинона (ПХХ), ГДГ на основе кофактора никотинамидадениндинуклеотида и ГДГ на основе кофактора ФАД [E.C.1.1.99.10]. Один пример состава реагента, который подходит для получения слоя 72 реагента, описан в рассматриваемой заявке на патент США № 10/242,951 под заглавием «Способ изготовления стерилизованного и калибрированного медицинского прибора на основе биосенсоров», изданная как опубликованная заявка на патент США № 2004/0120848, содержание которой полностью включено в настоящий документ путем отсылки.

Или первый электрод 166, или второй электрод 164 могут выполнять функцию рабочего электрода, на котором происходит окисление или восстановление ограниченного количества медиатора в зависимости от полярности испытательного напряжения, подаваемого с измерительного прибора. Например, если токоограничивающим соединением является восстановленный медиатор, он может окисляться на первом электроде 166 при условии подачи достаточно положительного потенциала относительно второго электрода 164. В этой ситуации первый электрод 166 выполняет функцию рабочего электрода, а второй электрод 164 - функцию противоэлектрода/электрода сравнения. Следует отметить, что, если для тест-полоски 62 не указано иное, далее все напряжения, подаваемые с измерительного прибора 100, указаны относительно второго электрода 164.

Аналогичным образом, если подается достаточно отрицательный потенциал относительно второго электрода 164, восстановленный медиатор может окисляться на втором электроде 164. В этой ситуации второй электрод 164 может выполнять функцию рабочего электрода, а первый электрод 166 - функцию противоэлектрода/электрода сравнения.

Первоначально описанный в настоящем изобретении способ может содержать введение некоторого количества анализируемой жидкой пробы в тест-полоску 62, которая содержит первый электрод 166, второй электрод 164 и слой реагента 72. Жидкая проба может представлять собой или цельную кровь или продукт ее переработки или фракцию, либо контрольный раствор. Жидкая проба, например кровь, может быть введена в реакционную камеру 61 для пробы через отверстие 70. В одном аспекте отверстие 70 и/или реакционная камера 61 для пробы могут быть выполнены с возможностью заполнения реакционной камеры 61 для пробы жидкой пробой под действием капиллярных сил.

На Фиг.5A представлена упрощенная схема контрольного измерительного прибора 100, взаимодействующего с первым электрическим контактом 67 и вторым электрическим контактом 63, которые электрически соединены с первым электродом 166 и вторым электродом 164 тест-полоски 62, соответственно. Измерительный прибор 100 может быть выполнен с возможностью электрического соединения с первым электродом 166 и вторым электродом 164 через первый электрический контакт 67 и второй электрический контакт 63, соответственно (как показано на Фиг.2 и 5A). Как вполне понятно специалистам в данной области, описанный в настоящем документе способ можно использовать для различных измерительных приборов. Однако в одном варианте осуществления, измерительный прибор содержит, по меньшей мере, процессор, который может содержать один или несколько блоков управления, выполненный с возможностью проведения вычислений и способный вычислять поправочный коэффициент с учетом по меньшей мере одного измеряемого параметра, связанного с некоторым физическим свойством электрохимической ячейки, а также выполненный с возможностью сортировки и/или хранения данных. Микропроцессор может быть выполнен в виде микропроцессора смешанных сигналов (MSP), такого как, например, Texas Instruments MSP 430. Микропроцессор TI-MSP 430 может также быть выполнен с возможностью осуществления части функции стабилизации напряжения и функции измерения тока. Кроме того, микропроцессор MSP 430 может также содержать энергозависимое и энергонезависимое запоминающее устройство. В другом варианте осуществления, с микропроцессором может быть интегрировано множество электронных компонентов в виде специализированной интегральной микросхемы.

Как показано на Фиг.5A, электрический контакт 67 может содержать два выступа 67a и 67b. В одном примере осуществления, измерительный прибор 100 независимо подключается к каждому из выступов 67a и 67b таким образом, что при взаимодействии измерительного прибора 100 с тест-полоской 62 электрическая цепь замыкается. Измерительный прибор 100 может измерять сопротивление или целостность электрической цепи между выступами 67a и 67b для определения электрического соединения между тест-полоской 62 и измерительным прибором 100. Авторы заявки отмечают, что с измерительным прибором 100 могут использоваться различные сенсоры и схемы для определения, когда тест-полоска 62 расположена надлежащим образом относительно контрольного измерительного прибора 100.

В одном варианте осуществления, в цепи, размещенной в измерительном приборе 100, может создаваться испытательное напряжение и/или ток между первым электрическим контактом 67 и вторым электрическим контактом 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, составляющий примерно 1 микроампер, между первым электродом 166 и вторым электродом 164. Поскольку тест-полоска 62 первоначально является сухой, измерительный прибор 100 измеряет максимальное напряжение, ограниченное возможностями аппаратуры измерительного прибора 100. Однако когда пользователь вводит жидкую пробу во входное отверстие 70 реакционная камера для пробы 61 заполняется. После того как жидкая проба заполняет пространство между первым электродом 166 и вторым электродом 164, измерительный прибор 100 фиксирует падение измеряемого напряжения (например, как описано в патенте США № 6 193 873, содержание которого полностью включено в настоящую заявку путем отсылки) ниже заданного порогового значения, что приводит к автоматическому запуску процедуры измерения концентрации глюкозы измерительным прибором 100.

Следует отметить, что измеряемое напряжение может опуститься ниже установленного порогового значения, если заполнена только часть реакционной камеры 61 для пробы. Применяемый способ автоматического распознания жидкости не обязательно указывает на полное заполнение реакционной камеры 61 для пробы, но может лишь подтверждать наличие некоторого количества жидкости в реакционной камере 61 для пробы. После того как измерительный прибор 100 определяет введение жидкости в тест-полоску 62, все еще может потребоваться короткий, но не нулевой промежуток времени для полного заполнения жидкостью реакционной камеры 61 для пробы.

На Фиг.5B показана система контроля сахарного диабета, включающая блок управления данными по сахарному диабету 10 и биосенсор в форме тест-полоски для определения глюкозы 42. Следует обратить внимание, что блок управления данными по сахарному диабету (DMU) может также называться прибором для измерения и контроля концентрации аналита, глюкометром, измерительным прибором и прибором для измерения аналита. В одном варианте осуществления изобретения, DMU может сочетаться с устройством введения инсулина, дополнительным устройством для анализа аналита и устройством для введения лекарственных препаратов. DMU может присоединяться к компьютеру или серверу посредством кабеля или подходящей технологии беспроводной связи, такой как, например, GSM, CDMA, BlueTooth, WiFi и т.п.

Возвращаясь к Фиг.5B, DMU 10 может включать корпус 11, кнопки интерфейса пользователя (16, 18 и 20), дисплей 14 и порт для тест-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 быть выполнена в виде двухполюсного переключателя. Данные могут содержать величины, отражающие концентрации аналита, и/или информацию, относящуюся к повседневному образу жизни пациента. Информация, относящаяся к повседневному образу жизни, может содержать данные о приеме пищи, приеме лекарств, проведении контрольных осмотров состояния здоровья, а также общем состоянии здоровья и уровне физической нагрузки пациента.

Электронные компоненты прибора DMU 10 могут быть размещены на печатной плате 34, которая расположена в корпусе 11. На Фиг.5C показаны (в упрощенном схематическом виде) электронные компоненты, расположенные на верхней поверхности печатной платы 34. Электронные компоненты на верхней поверхности могут содержать отверстие порта для полоски 308, микроконтроллер 38, энергонезависимую флэш-память 306, порт данных 13, часы реального времени 42 и множество операционных усилителей (46-49). Электронные компоненты на верхней поверхности могут содержать множество аналоговых переключателей, драйвер фоновой подсветки и электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ (ЭСППЗУ, не показано). Микроконтроллер 38 может быть электрически соединен с отверстием 308 порта полоски, энергонезависимой флэш-памятью 306, портом данных 13, часами реального времени 42, множеством операционных усилителей (46-49), множеством аналоговых переключателей, драйвером фоновой подсветки и ЭСППЗУ.

Возвращаясь к Фиг.5C, различные операционные усилители могут содержать операционные усилители (46 и 47) с каскадами усиления, операционный усилитель 48, управляемый током, и операционный усилитель с источником смещения 49. Множество операционных усилителей может быть выполнено с возможностью обеспечения функции потенциостата и функции измерения тока. Функция потенциостата может относиться к подаче испытательного напряжения между по меньшей мере двумя электродами тест-полоски. Функция измерения тока может относиться к измерению испытательного тока, вызванного подачей испытательного напряжения. Измерение тока может осуществляться с помощью преобразователя ток-напряжение. Микроконтроллер 38 может быть выполнен в виде микропроцессора смешанных сигналов (MSP), такого как, например, Texas Instruments MSP 430. Микропроцессор MSP 430 может также выполнять потенциостатическую функцию и функцию измерения тока. Кроме того, микропроцессор MSP 430 может также содержать энергозависимое и энергонезависимое запоминающее устройство. В другом варианте осуществления, вместе с микроконтроллером может быть интегрировано большое количество электронных компонентов в виде специализированной интегральной схемы (ASIC).

Разъем 308 порта для полоски может располагаться в непосредственной близости к отверстию для полоски 22 и быть выполнен с возможностью образования электрического соединения с тест-полоской. Дисплей 14 может представлять собой жидкокристаллический дисплей для отображения измеренного уровня глюкозы и для облегчения ввода информации, относящейся к образу жизни пациента. В качестве опции, дисплей 14 может содержать фоновую подсветку. Порт данных 13 может принимать подходящий разъем, прикрепленный к соединительному проводу, тем самым обеспечивая соединение глюкометра 10 с внешним устройством, таким как персональный компьютер. В качестве порта данных 13 может использоваться любой порт, обеспечивающий передачу данных, такой как, например, последовательный порт, USB порт или параллельный порт.

Часы реального времени 42 могут быть выполнены с возможностью отображения текущего времени для определенной географической зоны, где находится пользователь, а также для времени измерения. Часы реального времени 42 могут включать в себя схему часов 45, кристалл 44 и суперконденсатор 43. Блок DMU может быть выполнен с возможностью электрического соединения с источником питания, таким как, например, аккумуляторная батарея. Суперконденсатор 43 может быть выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания в течение длительного периода для снабжения питанием часов 42 в случае прекращения электроснабжения. Таким образом, в случае разрядки или замены батареи пользователю не нужно заново устанавливать правильное время на часах. Использование часов реального времени 42 с суперконденсатором 43 позволяет снизить риск неправильной установки времени на часах реального времени 42 пользователем.

Другой пример осуществления прибора анализа пробы для использования в сочетании с по меньшей мере некоторыми способами, описанными в настоящей заявке, иммуносенсор 110 представлен на Фиг.6 и описан в заявке на патент США № 12/570,268, поданной Chatelier (Шателье) и соавт., озаглавленной «Адгезивные композиции для использования в иммуносенсоре» и поданной 30 сентября 2009 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку путем отсылки. В иммуносенсоре может быть образовано множество камер, включая приемную камеру, с помощью которой возможно введение пробы в иммуносенсор, реакционную камеру, в которой проба может реагировать с одним или несколькими предпочтительными материалами, а также камеру обнаружения, в которой может определяться концентрация конкретного компонента в пробе. Указанные камеры могут быть образованы в по меньшей мере части первого электрода, второго электрода и разделителя иммуносенсора. Иммуносенсор также может содержать вентиляционное отверстие для входа и выхода воздуха из иммуносенсора, а также первый и второй герметизирующие компоненты для избирательной герметизации первой и второй сторон вентиляционного отверстия. Первый герметизирующий компонент также может образовывать стенку приемной камеры.

Как показано, иммуносенсор 110 содержит первый электрод 112, на который нанесены полоски двух жидких реагентов 130 и 132. Первый электрод 112 может быть изготовлен любым из известных способов получения электродов, но в одном варианте осуществления, на подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), наполненную сульфатом бария, напыляют слой золота. Подложка из ПЭТФ может быть также наполнена диоксидом титана. Другой пример изготовления электрода, не имеющий ограничительного характера, описан в патенте США № 6 521 110, полученный Hodges (Ходжес) и соавт., под заглавием «Электрохимическая ячейка» и зарегистрированный 10 ноября 2000 г., содержание которого полностью включено в настоящую заявку путем отсылки.

Аналогичным образом, жидкие реагенты 130, 132 могут иметь множество различных составов. В одном варианте осуществления первый жидкий реагент 130 содержит антитело, конъюгированное с ферментом, таким как ГД-ПХХ, в буферном растворе, содержащем сахарозу, а также полоксамер, такой как блок-сополимеры Pluronics®, антикоагулянт, такой как цитраконат, и ионы кальция. В одном варианте осуществления второй жидкий реагент 132 содержит смесь феррицианида, глюкозы и второго медиатора, такого как этосульфат феназина, в кислотном буфере, таком как разбавленный раствор цитраконовой кислоты. Первый и второй жидкие реагенты 130 и 132 могут быть высушены на поверхности первого электрода 112. Для сушки реагентов 130 и 132 можно использовать множество различных способов, но в одном варианте осуществления после нанесения полосок реагентов 130 и 132 на первый электрод 112 одну или несколько инфракрасных сушилок используют для сушки реагентов 130 и 132. После обработки инфракрасными сушилками также можно использовать, например, одну или более воздушных сушилок. Ссылки на первый реагент и первый жидкий реагент, а также второй реагент и второй жидкий реагент в настоящем документе считаются взаимозаменяемыми и не указывают на то, что в конкретном варианте осуществления реагент в указанное время присутствует в жидкой или сухой форме. Более того, некоторые из компонентов, входящих в состав первого или второго жидких реагентов, могут при необходимости быть использованы взаимозаменяемо и/или одновременно и в первом, и во втором жидком реагентах. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, антикоагулянт может быть включен в состав либо одного, либо обоих из первого жидкого реагента 130 и второго жидкого реагента 132.

Возможно образование электрически изолированного проводника, напыленного золотом, между реагентами 130 и 132 таким образом, чтобы край реагента 132 находился очень близко или касался проводника. Проводник может быть нанесен путем лазерной абляции или с помощью острого металлического ребра. В одном примере осуществления, проводник может быть напылен до нанесения на электрод полосок реагентов 130 и 132. Проводник может быть выполнен с возможностью обеспечения электрической изоляции части первого электрода 112, расположенной под камерой обнаружения, от части, которая будет располагаться под реакционной камерой. Это может обеспечить более точное определение площади рабочего электрода при выполнении электрохимического анализа.

Иммуносенсор 110 также может содержать второй электрод 114, имеющий один или несколько магнитных микроносителей 134, поверхности которых покрыты антигенами. Антигены могут быть выполнены с возможностью реагирования с находящимся на первом электроде 112 антителом и находящейся в реакционной камере 118 пробой, как более подробно описано ниже. Как вполне понятно специалистам в данной области, нанесенные на первый электрод 112 и второй электрод 114 компоненты могут быть взаимозаменяемыми. Таким образом, первый электрод 112 может содержать один или несколько магнитных микроносителей 134, а второй электрод 114 может содержать полоски двух нанесенных на него жидких реагентов 130 и 132. Более того, хотя в проиллюстрированном варианте осуществления длина электрода 112 составляет длину всего корпуса иммуносенсора 110, в других вариантах осуществления электрод может представлять собой лишь часть слоя иммуносенсора, выполняющей функцию первого или второго электрода, или множество электродов может быть размещено на одном слое иммуносенсора. Более того, поскольку полярность поданного на иммуносенсор напряжения может быть обращена и/или изменена, каждый из первого и второго электродов может выполнять функцию рабочего электрода и противоэлектрода или противоэлектрода/электрода сравнения на разных стадиях. Для упрощения описания в настоящей заявке, первый электрод принят за рабочий электрод, а второй электрод принят за противоэлектрод или противоэлектрод/электрод сравнения.

Разделитель 116, находящийся между первым и вторым электродами 112 и 114, может иметь различную форму и размер, но в целом выполнен с возможностью соединять между собой предпочтительным образом первый и второй электроды 112 и 114 для образования иммуносенсора 110. В одном примере осуществления, разделитель 116 содержит адгезивный слой на обеих сторонах. Разделитель 116 может также содержать покровную пленку на каждой стороне из двух сторон разделителя 116 для удобства процесса изготовления. Каждая покровная пленка удаляется перед прикреплением к каждому электроду. Разделитель 116 может быть вырезан таким образом, чтобы получить по меньшей мере две полости. Первая полость может быть образована для выполнения функции реакционной камеры 118, а вторая полость может быть образована для выполнения функции камеры обнаружения 120. В одном варианте осуществления разделитель 116 может быть вырезан путем надсечки, так что реакционная камера 118 центрирована относительно электродов 112 и 114 так, чтобы обеспечить протекание в ней реакции антигена с антителом, а камера обнаружения 120 центрирована относительно электродов 112 и 114 так, чтобы обеспечить в ней электрохимическое определение ферроцианида.

В одном варианте осуществления разделитель 116 может быть расположен на первом электроде 112 таким образом, чтобы обеспечить по меньшей мере частичное размещение в реакционной камере 118 магнитных микроносителей 134 второго электрода 114 и первого реагента 130 первого электрода 112, и по меньшей мере частичное размещение феррицианид-глюкозной комбинации второго реагента 132 первого электрода 112 - в камере обнаружения 120. Преимуществом может являться введение антикоагулянта в каждый из первого и второго жидких реагентов 130, 132, так чтобы антикоагулянт присутствовал в каждой из реакционной камеры и камеры обнаружения 118 и 120. В некоторых вариантах осуществления, комбинация одного из первого и второго электродов 112, 114 и разделителя 116 может быть ламинирована вместе для получения двухслойной слоистой структуры, а в других вариантах осуществления комбинация каждого из первого электрода 112, второго электрода 114 и разделителя 116 может быть ламинирована вместе для получения трехслойной слоистой структуры. В альтернативном варианте осуществления также могут быть добавлены дополнительные слои.

Приемная камера 122 может быть образована путем вырубки отверстия в одном из первого и второго электродов 112, 114 и разделителе 116. В проиллюстрированном варианте осуществления, приемная камера образована путем вырубки отверстия в первом электроде 112 и разделителе 116 таким образом, чтобы отверстие в первом электроде 112 перекрывало реакционную камеру 118. Как показано, приемная камера 122 может находиться на некотором расстоянии от камеры обнаружения 120. Такая конфигурация позволяет пробе входить в иммуносенсор 110 через приемную камеру 122 и протекать в реакционную камеру 118 для осуществления реакции, например, с первым жидким реагентом 130, который содержит конъюгированное с ферментом антитело в буферном растворе на первом электроде 112, и магнитными микроносителями 134, нанесенными на второй электрод 114, без введения в камеру обнаружения 120. После окончания реакции проба может затем перетекать в камеру обнаружения 120 для химического или физического превращения в присутствии второго жидкого реагента 132, например, смеси феррицианида, глюкозы и второго медиатора в кислотном буферном растворе.

Отверстие 124 может быть образовано путем вырубки отверстия через каждый из двух электродов 112, 114 и разделитель 116, так что отверстие 124 проходит через весь иммуносенсор 110. Отверстие может быть образовано любым подходящим способом, например, путем сверления или вырубки во множестве различных мест, но в одном примере осуществления оно может перекрывать область камеры обнаружения 120, которая находится на некотором расстоянии от реакционной камеры 118.

Отверстие 124 может быть герметизировано с помощью ряда различных способов. В проиллюстрированном варианте осуществления, первый герметизирующий компонент 140 размещен на первом электроде 112 и используется для герметизации первой стороны вентиляционного отверстия 124, а второй герметизирующий компонент 142 размещен на втором электроде 114 и используется для герметизации второй стороны вентиляционного отверстия 124. Герметизирующие элементы могут быть изготовлены из любого количества материалов и/или содержать любое количество материалов. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, любой из или оба герметизирующих компонента могут представлять собой гидрофильную клейкую ленту или ленту Scotch®. Клейкие стороны герметизирующих компонентов могут быть обращены к иммуносенсору 110. Как показано, первый герметизирующий компонент 140 может не только герметизировать вентиляционное отверстие 124, но и образовывать стенку приемной камеры 122 так, чтобы обеспечить удержание пробы в ее пределах. Свойства, которыми обладает клейкая сторона первого герметизирующего компонента 140, могут быть восприняты приемной камерой 122. Например, если первый герметизирующий компонент 140 обладает свойствами, придающими ему гидрофильность и/или водорастворимость, приемная камера может сохранять влажное состояние при помещении в нее пробы. Кроме того, герметизирующие компоненты 140 и 142 могут избирательно присоединяться и отсоединяться от иммуносенсора 110 для обеспечения доступа воздуха и/или герметизации иммуносенсора 110 и размещенных в нем компонентов, как это требуется.

В конструкции иммуносенсоров, в целом, могут применяться адгезивы. Примеры способов, не имеющие ограничительного характера, с помощью которых адгезивы могут вводиться в состав иммуносенсоров и иных устройств анализа проб, составляющих предмет настоящего изобретения, приведены в заявке на патент США с серийным № 12/570,268, поданной Chatelier (Шателье) и соавт., озаглавленной «Адгезивные композиции для использования в иммуносенсорах» и зарегистрированной 30 сентября 2009 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку путем отсылки.

Несмотря на то, что в настоящем описании представлены различные варианты осуществления, относящиеся к иммуносенсорам, способы, раскрываемые в настоящем описании, могут также использоваться и другими вариантами осуществления иммуносенсоров. Примеры подобных вариантов осуществления, не имеющие ограничительного характера, включают в себя варианты осуществления, описанные в заявке на патент США с серийным № 2003/0180814, поданной Hodges (Ходжес) и соавт., озаглавленной «Прямой иммуносенсорный анализ» и зарегистрированной 21 марта 2002 г., заявке на патент США с серийным № 2004/0203137, поданной Hodges (Ходжес) и соавт., озаглавленной «Иммуносенсор» и зарегистрированной 22 апреля 2004 г., заявке на патент США с серийным № 2006/0134713, поданной Rylatt (Риатт) и соавт. и озаглавленной «Аппаратура и способы использования биосенсора», зарегистрированной 21 ноября 2005 г., которая испрашивает приоритет в отношении каждой из заявок на патент США с серийными №№ 2003/0180814 и 2004/0203137, содержание каждой из которых полностью включено в настоящую заявку путем отсылки.

В одном варианте осуществления иммуносенсор 110 может быть выполнен с возможностью размещения в измерительном приборе, выполненном с возможностью подачи напряжения, например, через подходящую схему, на электроды 112, 114 и измерения тока, вызванного подачей напряжения. В одном варианте осуществления иммуносенсор содержит один или несколько язычков 117 для входа в зацепление с измерительным прибором. Для входа иммуносенсора 110 в зацепление с измерительным прибором также можно использовать другие элементы. Измерительный прибор может содержать множество различных компонентов. Например, измерительный прибор может содержать магнит, выполненный с возможностью удержания некоторых компонентов иммуносенсора 110 в одной камере, при этом другие компоненты перетекают в другую камеру. В одном примере осуществления магнит измерительного прибора располагается таким образом, чтобы при размещении иммуносенсора 110 в измерительном приборе магнит оказался ниже реакционной камеры 118. Это может позволить магниту способствовать удержанию любых магнитных микроносителей 134, а более конкретно - любого конъюгата антитела с ферментом, связанного с поверхностью микроносителя 134, от перетекания в камеру обнаружения 120.

Альтернативный компонент измерительного прибора содержит нагревательный элемент. Нагревательный элемент может способствовать ускорению химической реакции и способствовать протеканию пробы через иммуносенсор 110 предпочтительным образом с помощью снижения вязкости. Нагревательный элемент также может обеспечить нагрев одной или нескольких камер и/или помещенной в них пробы до заранее заданной температуры. Нагрев до заранее заданной температуры может способствовать обеспечению точности, например, путем ослабления или устранения воздействия колебаний температуры в ходе реакции.

К измерительному прибору может быть дополнительно приложен инструмент для прокалывания. Инструмент для прокалывания может быть выполнен с возможностью прокола по меньшей мере одного из первого и второго герметизирующих компонентов в необходимый момент так, чтобы через отверстие мог выйти воздух, а жидкость могла перетечь из реакционной камеры в камеру обнаружения.

Иммуносенсор 110 и тест-полоска 62 могут быть также выполнены с возможностью связывания с блоком управления. Блок управления может быть выполнен с возможностью выполнения различных функций. В одном примере осуществления блок управления позволяет измерять время заполнения пробой, когда ее вводят в устройство. В другом варианте осуществления блок управления может быть выполнен с возможностью определения уровня гематокрита в пробе крови. В еще одном варианте осуществления блок управления может быть выполнен с возможностью расчета концентрации аналита в пробе с учетом времени заполнения. Фактически, блок управления может содержать множество различных функций, которые по меньшей мере частично зависят от желаемых функциональных возможностей и способа, который предусмотрен в системе для измерения времени заполнения.

Блок управления также может измерять другие аспекты системы. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, блок управления может быть выполнен с возможностью измерения температуры одной или нескольких камерах иммуносенсора или тест-полоски. Он также может быть выполнен с возможностью измерения температуры пробы, цвета пробы, емкости иммуносенсора или тест-полоски или различных иных характеристик и/или свойств пробы и/или системы. В качестве дополнительного примера, не имеющего ограничительного характера, блок управления может быть выполнен с возможностью передачи результатов определения времени заполнения, результатов измерения емкости, результатов определения концентрации аналита и/или результатов измерения гематокрита на внешнее оборудование. Это может быть реализовано любым количеством способов. В одном варианте осуществления блок управления может быть аппаратно подключен к микропроцессору и/или устройству визуализации. В другом варианте осуществления, блок управления может быть выполнен с возможностью беспроводной передачи данных от блока управления к микропроцессору и/или устройству визуализации.

Другие компоненты системы также могут быть выполнены с возможностью проведения таких измерений. Например, иммуносенсор или измерительный прибор могут быть выполнены с возможностью измерения температуры одной или нескольких камер иммуносенсора или тест-полоски, измерения или расчета температуры пробы или измерения, определения или расчета иных характеристик и/или свойств пробы и/или системы. Кроме того, специалист в данной области определит, что указанные возможности блока управления могут быть переданы или избирательно скомбинированы в одном блоке управления. Например, блок управления может одновременно определять время заполнения, емкость и измерять температуру камеры. В других вариантах осуществления, множество блоков управления можно использовать вместе для реализации различных функций, исходя по меньшей мере частично из конфигураций различных блоков управления и желаемых функций, которые они должны выполнять.

Тест на определение концентрации аналита

При использовании, в одном варианте осуществления, после того как измерительный прибор 100 определил факт введения жидкости (например, путем дозирования) в тест-полоску 62, измерительный прибор 100 может провести анализ аналита с помощью подачи множества испытательных напряжений на тест-полоску 62 в течение заданных интервалов времени, как показано на Фиг.7A. Интервал времени t_G определения содержания аналита представляет собой количество времени, требуемое для определения содержания аналита (но не обязательно всех расчетов, связанных с определением содержания аналита), где интервал t_G определения содержания аналита может содержать подачу первого испытательного напряжения E₁ в течение первого интервала t₁ подачи испытательного напряжения, второго испытательного напряжения E₂ в течение второго интервала t₂ подачи испытательного напряжения и третьего испытательного напряжения E₃ в течение третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения. Кроме того, как показано на Фиг.7A, интервал t₂ подачи второго испытательного напряжения может содержать компонент испытательного напряжения постоянного тока и наложенный на него компонент испытательного напряжения переменного тока. Наложенный компонент испытательного напряжения переменного тока может подаваться в течение интервала, указанного как T_cap. Интервал измерения уровня глюкозы t_G может составлять, например, от примерно 1 секунды до примерно 5 секунд.

Как было указано выше, либо первый электрод 166, либо второй электрод 164 могут использоваться в качестве рабочего электрода, на котором происходит окисление или восстановление ограниченного количества медиатора в зависимости от полярности испытательного напряжения, подаваемого с измерительного прибора. Следует отметить, что, если не указано иное, все подаваемые с измерительного прибора 100 напряжения в дальнейшем указаны относительно второго электрода 164. Однако авторы заявки отмечают, что поданные с измерительного прибора 100 напряжения также могут быть указаны относительно первого электрода 166, и в этом случае, полярность описанных ниже испытательных напряжений и измеренных токов следует изменить на противоположную.

Множество величин испытательного тока, измеренного в течение первого, второго или третьего интервалов измерения испытательного напряжения может производиться с частотой в диапазоне от примерно 1 измерения примерно в наносекунду до примерно одного измерения примерно в 100 миллисекунд. Авторы заявки отмечают, что числительные «первый», «второй» и «третий» выбраны для удобства и не обязательно отражают порядок подачи испытательных напряжений. Например, вариант осуществления может иметь форму волны напряжения, где третье испытательное напряжение может быть подано до подачи первого и второго испытательного напряжения. Несмотря на то, что в настоящей заявке описан вариант осуществления с использованием трех последовательно подаваемых испытательных напряжений, авторы заявки отмечают, что анализ аналита может содержать различное количество напряжений при разомкнутой цепи и испытательных напряжений. Авторы заявки также отмечают, интервал анализа аналита может содержать любое количество интервалов времени с напряжением при разомкнутой цепи. Например, время анализа аналита может содержать только два интервала с подачей испытательного напряжения и/или интервалов с напряжением при разомкнутой цепи до и/или после одного или нескольких интервалов времени с подачей испытательного напряжения. В другом примере осуществления анализ содержания аналита может содержать напряжение при разомкнутой цепи в течение первого интервала, второе испытательное напряжение в течение второго интервала и третье испытательное напряжение в течение третьего интервала.

Как показано на Фиг.7A, с измерительного прибора 100 может подаваться первое испытательное напряжение E₁ (например, -20 мВ, как показано на Фиг.7А) в течение первого интервала t₁ подачи испытательного напряжения (например, продолжительностью в диапазоне от примерно 0 до примерно 1 секунды). Первый интервал t₁ подачи испытательного напряжения может составлять от примерно 0,1 секунды до примерно 3 секунд, предпочтительно, чтобы он составлял от примерно 0,2 секунды до примерно 2 секунд, а наиболее предпочтительным вариантом является диапазон от примерно 0,3 секунд до примерно 1 секунды от начальной точки или нуля (0) секунд на Фиг.7A. Первый интервал t₁ подачи испытательного напряжения может быть достаточно длительным для полного заполнения реакционной камеры 61 для пробы пробой, и также для по меньшей мере частичного растворения или сольватирования слоя реагента 72. В других вариантах осуществления, продолжительность первого интервала t₁ подачи испытательного напряжения может содержать любые другие желаемые диапазоны времени.

В одном варианте осуществления с измерительного прибора 100 может подаваться первое испытательное напряжение E₁ между электродами на время в диапазоне от момента, когда измерительный прибор может обнаружить заполнение тест-полоски пробой, до момента подачи второго испытательного напряжения E₂. В одном аспекте, испытательное напряжение E₁ имеет малую величину. Например, напряжение может составлять от примерно -1 до примерно -100 мВ, а предпочтительно, чтобы оно составляло от примерно -5 мВ до примерно -50 мВ, наиболее предпочтительным вариантом является диапазон от примерно -10 мВ до примерно -30 мВ. Малая разность потенциалов вызывает более слабое возмущение градиента концентрации восстановленного медиатора по сравнению с подачей большей разности потенциалов, но тем не менее она достаточна для измерения концентрации окисляемых веществ в пробе. Испытательное напряжение E₁ может подаваться в течение части промежутка от момента обнаружения заполнения тест-полоски до момента подачи второго испытательного напряжения E₂, либо оно может подаваться в течение всего указанного периода времени. Если испытательное напряжение E₁ будет использоваться только в течение части указанного времени, то в течение оставшейся части времени может подаваться напряжение при разомкнутой цепи. Сочетание любого количества подачи напряжения при разомкнутой цепи и подачи небольшой разности потенциалов, их порядка и времени подачи в данном варианте осуществления не являются критичными; необходимо лишь, чтобы общий период времени подачи низкого напряжения E₁ оказался достаточным для получения результата измерения тока, характеризующего наличие и/или количество содержащихся в пробе окисляемых веществ. В предпочтительном варианте осуществления, низкое напряжение E₁ подается в течение, по существу, всего периода времени от момента обнаружения заполнения тест-полоски до момента подачи второго испытательного напряжения E₂.

В течение первого интервала t₁ измерительный прибор 100 измеряет первый полученный переходный процесс, который может обозначаться как i_a(t). Переходный процесс представляет собой множество значений тока, измеренных измерительным прибором в течение конкретного интервала подачи испытательного напряжения. Первый переходный процесс может являться интегралом величин тока в течение первого интервала подачи испытательного напряжения, или средним значением или единичным значением тока, измеренным во время первого интервала подачи испытательного напряжения, умноженной на значение интервала первого интервала подачи испытательного напряжения. В некоторых вариантах осуществления, первый переходный процесс может содержать значения тока, измеренные в различные интервалы в течение первого интервала подачи испытательного напряжения. В одном варианте осуществления первый переходный процесс i_a(t) может измеряться в течение времени от примерно 0,05 секунды до примерно 1,0 секунды, предпочтительно в диапазоне от примерно 0,1 секунды до примерно 0,5 секунды, наиболее предпочтительным вариантом является диапазон от примерно 0,1 секунды до примерно 0,2 секунды. В других вариантах осуществления первый переходный процесс i_a(t) может измеряться в течение любых других желаемых диапазонов времени. Как указано ниже, первый переходный процесс можно использовать частично или полностью при применении в описанных в настоящей заявке способах для определения того, нанесен ли на тест-полоску 62 контрольный раствор или проба крови. Значение первого переходного процесса зависит от наличия в пробе легкоокисляемых веществ. Как правило, кровь содержит эндогенные и экзогенные соединения, которые легко окисляются на втором электроде 164. В отличие от этого, контрольный раствор может быть приготовлен так, что он не будет содержать окисляемых соединений. Однако состав пробы крови может варьироваться, и значение первого переходного процесса для проб крови с высокой вязкостью, как правило, будет меньше, чем для проб с низкой вязкостью (в некоторых случаях даже меньше, чем для проб контрольного раствора), поскольку реакционная камера 61 для пробы может не успеть полностью заполниться за примерно 0,2 секунды. Неполное заполнение приведет к уменьшению эффективной площади первого электрода 166 и второго электрода 164, что в свою очередь приведет к снижению значения первого переходного процесса. Таким образом, наличие окисляемых веществ в пробе не всегда является достаточным отличительным фактором вследствие различий в составе проб крови.

По истечении первого интервала t₁ с измерительного прибора 100 может подаваться второе испытательное напряжения E₂ между первым электродом 166 и вторым электродом 164 (например, примерно -300 мВ, как показано на Фиг.7A) в течение второго интервала t₂ подачи испытательного напряжения (например, примерно 3 секунды, как показано на Фиг.7A). Значение второго испытательного напряжения E₂ может быть достаточно отрицательным по сравнению с окислительно-восстановительным потенциалом медиатора так, чтобы получить предельный ток окисления на втором электроде 164. Например, при использовании в качестве медиатора феррицианида и/или ферроцианида величина второго испытательного напряжения E₂ может составлять от примерно -600 мВ до около нуля мВ, предпочтительно в диапазоне от примерно -600 мВ до примерно -100 мВ, а наиболее предпочтительной является величина, составляющая примерно -300 мВ. Аналогичным образом, интервал, обозначенный t_cap на Фиг.6, также может длиться в течение некоторого диапазона времени, но в одном примере осуществления он составляет примерно 20 миллисекунд. В одном примере осуществления, наложенное испытательное переменное напряжение подается через интервал, составляющий от примерно 0,3 секунды до примерно 0,32 секунды после подачи второго испытательного напряжения E₂, и наводит два цикла синусоиды с частотой, составляющей примерно 109 Гц, и амплитудой, составляющей примерно ±50 мВ. В течение второго интервала T₂ подачи испытательного напряжения измерительный прибор 100 может измерять второй переходный процесс i_b(t).

Продолжительность второго интервала времени подачи t₂ второго испытательного напряжения может быть достаточной для контроля скорости генерации восстановленного медиатора (например, ферроцианида) в реакционной камере 61 для пробы на основе величины предельного тока окисления. Восстановленный медиатор может генерироваться в ходе серии химических реакций, протекающих в слое реагента 72. В течение первого интервала t₂ подачи испытательного напряжения ограниченное количество восстановленного медиатора окисляется на втором электроде 164 и неограниченное количество окисленного медиатора восстанавливается на первом электроде 166 с образованием градиента концентрации между первым электродом 166 и вторым электродом 164. Как будет описано далее, продолжительность второго интервала времени t₂ подачи испытательного напряжения должна быть достаточной для генерации достаточного количества феррицианида на втором электроде 164. На втором электроде 164 может потребоваться достаточное количество феррицианида для обеспечения возможности измерения предельного тока для окисления ферроцианида на первом электроде 166 при подаче третьего испытательного напряжения E₃. Второй интервал t₂ подачи испытательного напряжения может составлять от примерно 0 секунд до примерно 60 секунд, предпочтительно, чтобы он составлял от примерно 1 секунды до примерно 10 секунд, наиболее предпочтительным является диапазон от примерно 2 секунд до примерно 5 секунд.

На Фиг.7B представлен относительно небольшой пик i_pb в начале второго интервала t₂ подачи испытательного напряжения с последующим постепенным нарастанием по абсолютной величине в течение второго интервала подачи испытательного напряжения (например, в диапазоне от примерно 1 секунды до примерно 4 секунд). Небольшой пик вызван начальным падением концентрации восстановленного медиатора на примерно 1 секунде. Постепенное нарастание тока окисления приписывается генерации феррицианида в слое реагента 72 с последующей диффузией ко второму электроду 164.

По истечении второго интервала t₂ подачи испытательного напряжения, с измерительного прибора 100 может подаваться третье испытательное напряжение E₃ между первым электродом 166 и вторым электродом 164 (например, примерно +300 мВ, как показано на Фиг.7A) в течение третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения (например, в диапазоне от примерно 4 до примерно 5 секунд, как показано на Фиг.6). В течение третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения измерительный прибор 100 может измерять третий переходный процесс, который можно обозначить как i_c(t). Величина третьего испытательного напряжения E₃ может быть достаточно положительной по сравнению с окислительно-восстановительным потенциалом медиатора, чтобы получить предельный ток окисления на первом электроде 166. Например, при использовании в качестве медиатора феррицианида и/или ферроцианида значение третьего испытательного напряжения E₃ может составлять от около нуля мВ до примерно 600 мВ, предпочтительно в диапазоне от примерно 100 мВ до примерно 600 мВ, а наиболее предпочтительной является величина, составляющая примерно 300 мВ.

Продолжительность второго интервала t₂ подачи испытательного напряжения и третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения может составлять от примерно 0,1 секунды до примерно 4 секунд. В показанном на Фиг.7A варианте осуществления второй интервал t₂ подачи испытательного напряжения составлял примерно 3 секунды, а третий интервал t₃ подачи испытательного напряжения составлял примерно 1 секунду. Как указывалось выше, между вторым испытательным напряжением E₂ и третьим испытательным напряжением E₃ допустим промежуток времени с подачей напряжения при разомкнутой цепи. В альтернативном варианте осуществления третье испытательное напряжение E₃ может подаваться непосредственно после подачи второго испытательного напряжения E₂. Следует отметить, что некоторая часть первого, второго или третьего переходного процесса может, в целом, именоваться током ячейки или величиной тока.

Третий интервал t₃ подачи испытательного напряжения может быть достаточным для контроля диффузии восстановленного медиатора (например, ферроцианида) к первому электроду 166 на основании величины тока окисления. В течение третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения ограниченное количество восстановленного медиатора окисляется на первом электроде 166 и неограниченное количество окисленного медиатора восстанавливается на втором электроде 164. Третий интервал времени t₃ подачи испытательного напряжения может составлять от примерно 0,1 секунды до примерно 5 секунд, предпочтительно, чтобы он составлял от примерно 0,3 секунды до примерно 3 секунд, наиболее предпочтительным вариантом является диапазон от примерно 0,5 секунды до примерно 2 секунд.

На Фиг.7B показан относительно большой пик i_pc в начале третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения с последующим падением тока до установившегося значения тока. В одном варианте осуществления оба из первого испытательного напряжения E₁ и второго испытательного напряжения E₂ имеют первую полярность, а третье испытательное напряжение E₃ имеет вторую полярность, противоположную первой полярности. Однако авторы заявки отмечают, что полярности первого, второго и третьего тестовых потенциалов могут быть выбраны в зависимости от используемого способа определения концентрации аналита и/или в зависимости от используемого способа различения тестируемых проб и контрольных растворов.

Измерение емкости

В ряде вариантов осуществления возможно измерение электрической емкости. При измерении емкости может по существу измеряться емкость ионного двойного слоя, полученного вследствие формирования ионных слоев на поверхности раздела электрод-жидкость. Значение емкости может использоваться для определения того, является ли проба контрольным раствором или пробой крови. Например, если в реакционной камере находится контрольный раствор, значение измеренной емкости может быть выше значения измеренной емкости в случае, когда в реакционной камере находится проба крови. Как будет более подробно описано ниже, измеренное значение емкости может использоваться в различных способах для корректировки действия изменений физических свойств электрохимической ячейки на результаты измерений, проводимых в электрохимической ячейке. Например, изменения в измеренной емкости могут быть связаны по меньшей мере с одним из срока эксплуатации ячейки и условий ее хранения.

В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, способы и механизмы измерения емкости тест-полосок приведены в патентах США №№ 7 195 704 и 7 199 594, содержание каждого из которых полностью включено в настоящую заявку путем отсылки. В одном примере способа измерения емкости на тест-полоску подается испытательное напряжение, имеющее постоянную компоненту и переменную компоненту. В таких обстоятельствах возможна математическая обработка полученного испытательного тока, как более подробно описано ниже, для определения величины емкости.

В целом, наиболее точные и правильные измерения емкости электрохимической тест-полоски могут быть проведены в условиях, когда предельный испытательный ток протекает через рабочий электрод с четко определенной площадью (то есть площадь не изменяется в процессе измерения емкости). Четко определенную площадь электрода, которая не изменяется с течением времени, можно получить при обеспечении плотной герметизации соединения электрода и разделителя. Испытательный ток является относительно постоянным, когда не происходит резких изменений тока вследствие окисления или электрохимического разложения аналита. В альтернативном варианте, любой период времени, в течение которого увеличение сигнала, наблюдаемое вследствие окисления аналита, эффективно компенсируется падением сигнала, сопровождающим электрохимическое разложение, также может использоваться в качестве подходящего интервала времени для измерения емкости.

Площадь первого электрода 166 потенциально может изменяться со временем после введения пробы, если проба может протекать между разделителем 60 и первым электродом 166. В одном варианте осуществления тест-полоски, слой реагента 72 может обладать площадью, превышающей площадь выреза 68, что приводит к тому, что часть слоя реагента 72 находится между разделителем 60 и первым электродным слоем 66. В некоторых условиях помещение части слоя реагента 72 между разделителем 60 и первым электродным слоем 66 может способствовать увеличению площади смоченного электрода в процессе теста. В результате этого, в процессе анализа может возникнуть протечка, приводящая к увеличению площади первого электрода со временем, что, в свою очередь, может искажать результаты измерения емкости.

С другой стороны, площадь второго электрода 164 может быть более постоянна с течением времени по сравнению с площадью первого электрода 166, поскольку между вторым электродом 164 и разделителем 60 отсутствует слой реагента. Таким образом, существует более низкая вероятность, что проба будет протекать между разделителем 60 и вторым электродом 164. Поэтому процедура измерения емкости, в которой используется предельный испытательный ток на втором электроде 164, может быть более точной вследствие отсутствия изменения площади во время теста.

Как было описано ранее и показано на Фиг.7A, после обнаружения жидкости в тест-полоске между электродами может подаваться первое испытательное напряжение E₁ (например, примерно -20 мВ, как показано на Фиг.7A) в течение примерно 1 секунды для контроля поведения жидкости при заполнении и различения контрольного раствора и крови. В уравнении 1 используются испытательные токи в течение периода времени от примерно 0,05 до примерно 1 секунды. Величина этого первого испытательного напряжения E₁ может быть относительно низкой для минимально возможного возмущения распределения ферроцианида в ячейке с помощью электрохимических реакций, протекающих на первом и втором электродах.

Второе испытательное напряжение E₂ (например, примерно -300 мВ, как показано на Фиг.7A) может подаваться после первого испытательного напряжения E₁ таким образом, чтобы обеспечить измерение предельного тока на втором электроде 164. Второе испытательное напряжение E₂ может содержать переменную компоненту и постоянную компоненту. Переменная компонента может подаваться через заранее определенный промежуток времени после подачи второго испытательного напряжения E₂ и может представлять собой синусоиду с частотой, составляющей примерно 109 Гц, и амплитудой, составляющей примерно ±50 мВ. В предпочтительном варианте осуществления, предварительно определенный промежуток времени может составлять от примерно 0,3 секунды до примерно 0,4 секунды после подачи второго испытательного напряжения E₂. В альтернативном варианте осуществления, предварительно определенный промежуток может представлять собой время, в течение которого переходный процесс испытательного тока, как функция времени, имеет угловой коэффициент, примерно составляющий нуль. В другом варианте осуществления, предварительно определенный промежуток может представлять собой время, необходимое для падения пиковой величины тока (например, i_pb) примерно на 50%. Что касается постоянной компоненты напряжения, она может подаваться в начале подачи первого испытательного напряжения. Значение постоянной компоненты может быть достаточным для получения предельного испытательного тока на втором электроде и составлять, например, примерно -300 мВ относительно второго электрода.

Как показано на Фиг.4B, на второй электрод 164 не наносится слой реагента 72, что приводит к тому, что абсолютное значение пикового тока i_pb оказывается относительно низким по сравнению с абсолютным значением пикового тока i_pc. Слой реагента 72 может быть выполнен с возможностью генерации восстановленного медиатора в присутствии аналита, при этом количество восстановленного медиатора вблизи первого электрода может давать относительно высокое абсолютное максимальное значение тока i_pc. В одном варианте осуществления, по меньшей мере ферментная часть слоя реагента 72 может быть выполнена с возможностью исключения существенной диффузии от первого электрода ко второму электроду при введении пробы в тест-полоску.

Значения испытательного тока после пика i_pb стремятся к достижению плоского участка кривой на примерно 1,3 секунды, а затем ток снова возрастает, что вызвано диффузией восстановленного медиатора, генерируемого на первом электроде 166, который может быть покрыт слоем реагента 72, ко второму электроду 164, который не покрыт слоем реагента 72. В одном варианте осуществления измерение емкости может проводиться на относительно плоском участке кривой постоянного испытательного тока, например, что можно осуществить от примерно 1,3 секунды до примерно 1,4 секунды. В целом, при измерении емкости ранее 1 секунды процесс измерения емкости может создавать помехи относительно низкому первому испытательному напряжению E₁, которое можно использовать для измерения первого переходного процесса i_a(t). Например, переменная компонента с амплитудой порядка ±50 мВ, наложенная на постоянную компоненту напряжения -20 мВ, может привести к значимым искажениям измеряемого испытательного тока. Переменная компонента может не только создавать помехи первому испытательному напряжению E₁, но также может привести к значимым возмущениям измеряемого испытательного тока на примерно 1,1 секунде, что в свою очередь может создавать помехи при корректировке на антиоксиданты. В результате большого объема проведенных испытаний и экспериментов неожиданно обнаружено, что измерение емкости в интервале от примерно 1,3 с до примерно 1,4 с позволяет получить точные и правильные результаты, которые не создают помех тесту различения между контрольным раствором и пробой крови и алгоритмом определения уровня аналита (например, глюкозы) в крови.

После второго испытательного напряжения E₂ может подаваться третье испытательное напряжение E₃ (составляющее, например, примерно +300 мВ, как показано на Фиг.7A) для измерения испытательного тока на первом электроде 166, который может быть покрыт слоем реагента 72. Наличие слоя реагента на первом электроде может позволить жидкости проникать между слоем разделителя и электродным слоем, что может привести к увеличению площади электрода.

Как показано на Фиг.7A, в одном примере осуществления, переменное испытательное напряжение частотой 109 Гц (±50 мВ от пика к пику) может подаваться в течение 2 циклов в течение интервала t_cap. Первый цикл можно использовать как установочный импульс, а второй цикл - для определения емкости. Расчет емкости можно осуществлять путем суммирования величин испытательного тока в части формы волны переменного сигнала, вычитания смещения, связанного с постоянным током, и нормирования полученного результата с использованием амплитуды и частоты переменного тока. Такой расчет позволяет определить емкость тест-полоски, которая, в основном, определяется в камере для пробы тест-полоски, когда она заполнена пробой.

В одном варианте осуществления для определения содержания глюкозы в крови, емкость может быть измерена путем суммирования значения испытательного тока в одной четверти формы волны переменного тока с каждой из сторон точки времени, в которой переменное напряжение пересекает смещение постоянного тока, то есть когда переменная компонента входного напряжения составляет ноль (в точке перехода через ноль). Выведение способа пересчета указанного значения в емкость более подробно описано ниже. Уравнение 1 может показывать значение испытательного тока как функцию времени в течение интервала t_cap:

Уравнение 1

где члены i_o + st составляют испытательный ток, вызванный постоянной составляющей испытательного напряжения. По существу компонента постоянного тока рассматривается как изменяющаяся линейно с течением времени (из-за протекающей реакции с глюкозой с образованием ферроцианида) и поэтому описывается константой i_o, которая представляет собой значение постоянного тока в нулевой момент времени (точке перехода через ноль), и членом s, угловым коэффициентом изменения постоянного тока с течением времени. Представлена компонента переменного тока , где I составляет амплитуду волны тока, ω составляет его частоту, а ϕ составляет его фазовый сдвиг относительно волны входного напряжения. Член ω также может быть выражен следующим образом, где f составляет частоту волны переменного сигнала в герцах. Член I также может быть выражен в соответствии с тем, что указано в уравнении 2:

Уравнение 2 ,

где V составляет амплитуду поданного сигнала напряжения, а |Z| составляет величину комплексного импеданса. Член |Z| также может быть выражен в соответствии с тем, что указано в уравнении 22:

Уравнение 3

где R составляет вещественную часть импеданса, а C составляет емкость.

Уравнение 1 может быть проинтегрировано от одной четверти формы волны до точки перехода через ноль до одной четверти формы волны после точки перехода через ноль, вследствие чего получается уравнение 4:

Уравнение 4 ,

которое можно упростить до уравнения 5:

Уравнение 5

при подстановке уравнений 2 в уравнение 1, затем в уравнение 4, а затем преобразовании, получено уравнение 6:

Уравнение 6 .

Интегральный член в уравнении 6 может быть примерно вычислен с использованием суммы токов, показанной в уравнении 7:

Уравнение 7 ,

где суммируются испытательные токи i_k от одной четверти формы волны до точки перехода через ноль до одной четверти формы волны после точки перехода через нуль. Подстановка уравнения 7 в уравнение 6 дает уравнение 8:

Уравнение 8 ,

в котором значение смещения постоянного тока i_o может быть получено усреднением тестового тока по одному полному циклу синусоиды вокруг точки перехода через ноль.

В другом варианте осуществления, результат измерения емкости может быть получен путем суммирования значений токов не вокруг точки перехода через ноль, а скорее вокруг максимума переменной компоненты тока. Таким образом, в уравнении 7 можно суммировать испытательный ток на четверти формы волны вокруг точки максимума тока, а не суммирование формы волны на каждой стороне от точки перехода через ноль. Это равносильно предположению, что реагирующий на возбуждение переменным напряжением элемент цепи представляет собой идеальный конденсатор, так что ϕ составляет примерно π/2. Таким образом, уравнение 5 можно сократить до уравнения 9:

Уравнение 9 .

Это представляется вполне допустимым предположением, поскольку непокрытый электрод поляризован таким образом, что компонента постоянного тока, или вещественная компонента, не зависит от напряжения, подаваемого в диапазоне напряжений, используемых при возбуждении переменным током. Таким образом, вещественная часть импеданса, реагирующего на возбуждение переменным током, оказывается бесконечной, что и соответствует идеальному конденсатору. Затем уравнение 9 можно использовать вместе с уравнением 6 для получения упрощенного уравнения емкости, не требующего приближенного вычисления интеграла. Окончательный результат состоит в том, что результаты измерения емкости при суммировании токов не вокруг точки перехода через нуль, а вокруг максимума компоненты переменного тока были более точными.

Тест на различение контрольного раствора/пробы крови

В ряде вариантов осуществления может проводиться тест на различение контрольного раствора/пробы крови. Если тест на различение контрольного раствора/пробы крови показывает, что проба представляет собой кровь, может быть выполнена последовательность шагов, которые могут содержать: использование алгоритма определения уровня глюкозы в крови, корректировку по гематокриту, корректировку по температуре крови и проверку на наличие ошибок; а если тест на различение контрольного раствора/пробы крови показывает, что проба представляет собой контрольный раствор (то есть не кровь), может быть выполнена последовательность шагов, которые могут содержать: использование алгоритма определения глюкозы в контрольном растворе, корректировку по температуре контрольного раствора и проверку на наличие ошибок. Если ошибок не выявлено, то измерительный прибор показывает измеренную концентрацию глюкозы, однако при выявлении ошибок измерительный прибор может вывести сообщение об ошибке.

В одном варианте осуществления для различения контрольного раствора и крови используют характеристики контрольного раствора. Например, для различения контрольного раствора и крови можно использовать наличие и/или концентрацию окислительно-восстановительного вещества в пробе, кинетику реакции и/или емкость. Описанный в настоящем документе способ может содержать расчет первого контрольного значения, которое соответствует концентрации окислительно-восстановительного вещества в пробе, и второго контрольного значения, которое соответствует скорости реакции пробы с реагентом. В одном варианте осуществления первое контрольное значение составляет ток окисления фоновых веществ, а второе контрольное значение составляет индекс полноты протекания реакции.

В некоторых вариантах осуществления, третье контрольное значение можно рассчитать, умножив первое контрольное значение на индекс емкости. Индексом емкости может являться любое рассчитанное значение, являющееся емкостью или соотносящееся с, например, пропорционально, величиной емкости. Индексом емкости, например, может являться измеренная емкость, известная или заранее определенная емкость, или любое их сочетание. Индекс емкости может также относиться к любой из упомянутых выше емкостей и быть константой, выведенной опытным путем. В примере варианта осуществления, индекс емкости может представлять отношение известной емкости к измеренной емкости или отношением измеренной емкости к известной емкости. Известной емкостью может являться средняя емкость, измеренная при введении проб крови в тест-полоски того же типа, что и тест-полоска используемая для текущего анализа. Измеренная емкость может быть измерена с помощью алгоритма, описанного выше, например.

В одном варианте осуществления тест на различение контрольного раствора/пробы крови может содержать первое контрольное значение и второе контрольное значение. Первое контрольное значение может быть рассчитано исходя из величин тока в течение первого интервала t₁, а второе контрольное значение может быть основано на значениях тока в течение второго интервала t₂ и в течение третьего интервала t₃. В одном варианте осуществления первое контрольное значение может быть получено путем суммирования значений токов, полученных в процессе измерения первого переходного процесса при использовании формы волны испытательного напряжения, изображенной на Фиг.7A. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, первое контрольное значение i_sum может быть представлено уравнением 10A:

Уравнение 10A ,

где член i_sum составляет результат суммирования значений токов, а t составляет время. В некоторых вариантах осуществления, первое контрольное значение может быть умножено на индекс емкости, где индекс емкости может быть отношением известной емкости к измеренной емкости. В таких вариантах осуществления, третье контрольное значение i_capsum может быть представлено уравнением 10B:

Уравнение 10B ,

где C_av составляет известную среднюю емкость, C_m составляет измеренную емкость и t составляет время. В примере варианта осуществления уравнения 10B, отношение C_av к C_m может именоваться индексом емкости. В одном примере варианта осуществления, известная средняя емкость C_av для примера тест-полоски, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, составляет примерно 582 нанофарад.

Второе контрольное значение, иногда называемое остаточным индексом реакции, может быть получено как отношение Y значений токов в течение второго интервала и третьего интервала, как показано в уравнении 11:

Уравнение 11

где abs составляет абсолютное значение функции, а 3,8 и 4,15 составляют время в секундах второго и третьего интервала соответственно, для данного конкретного примера.

Для определения, является ли проба контрольным раствором или пробой крови может использоваться критерий различимости на основе первого контрольного значения из уравнения 10A или третьего контрольного значения из уравнения 10B и второго контрольного значения из уравнения 11. Например, первое контрольное значение из уравнения 10A или третьего контрольного значения из уравнения 10B могут сравниваться с заранее определенным пороговым значением, и второе контрольное значение из уравнения 11 может сравниваться с заранее определенной пороговой функцией. Заданное пороговое значение может составлять, например, примерно 12 микроампер. Заранее определенная пороговая функция может быть основана на функции, использующей первое контрольное значение из уравнения 10A или уравнения 10B. Более конкретно, как показано в уравнении 12, где рассчитанное значение одного из i_sum в уравнении 10A или i_capsum в уравнении 10B представлено X, заранее определенная пороговая функция F_pdt может быть:

Уравнение 12 ,

где Z может быть константой такой как, например, примерно 0,2. Таким образом, тест на различение контрольного раствора/крови может идентифицировать пробу как кровь, если i_sum в уравнении 10A или i_capsum в уравнении 10B превышает или равен заранее определенному пороговому значению, составляющему, например, примерно 12 микроампер, и если отношение Y значений тока в течение второго интервала и третьего интервала, как показано в уравнении 11, ниже, чем значение заранее определенной пороговой функции F_pdt, проба является контрольным раствором. В одном варианте осуществления, тест на различение контрольного раствора/крови может также быть представлен, например, уравнением 13:

Уравнение 13 Если i_capsum 12 и, тогда проба - это кровь, другое - контрольный раствор.

Примеры, не имеющие ограничительного характера, вариантов осуществления, изложенные выше, включают те, что описаны в заявке на патент № 12/895,067, поданной Chatalier (Шаталье) и соавт., озаглавленной «Системы и способы разделения между контрольной пробой и испытуемой жидкостью с использованием показателей емкости» и зарегистрированной 10 сентября 2010 г., и заявке на патент США № 12/895,168 поданной Chatalier (Шаталье) и соавт., озаглавленной “Системы и способы улучшения стабильности электрохимических сенсоров” и зарегистрированной 30 сентября 2010 г., содержание каждой из которых полностью включено в настоящий документ путем отсылки.

Алгоритм определения уровня глюкозы в крови

Если проба определяется как проба крови, алгоритм определения уровня глюкозы в крови может выполняться но основе значений испытательного тока. Предполагая, что тест-полоска имеет противоположную сторону или геометрию противоположных сторон, как изображено на Фиг.1A-4B, и такую же форму волны напряжения, поданного на тест-полоску потенциала, что изображена на Фиг.7A или Фиг.8A, первая концентрация G1 аналита может быть рассчитана с помощью алгоритма определения уровня глюкозы, как показано в уравнении 14:

Уравнение 14 .

В уравнении 14, G1 составляет концентрацию глюкозы, i_l составляет первое значение тока, i_r составляет второе значение тока, и i₂ составляет скорректированное по антиоксидантам значение тока, и члены p, zgr, и a составляют калибровочные константы, выведенные опытным путем. Например, p может составлять примерно 0,5246; a может составлять примерно 0,03422; а zgr может составлять примерно 2,25. В одном варианте осуществления изобретения, p может составлять от примерно 0,2 до примерно 4, и предпочтительно, от примерно 0,1 до примерно 1. Калибровочный коэффициент a является специфичным для конкретных размеров электрохимической ячейки.

Калибровочный коэффициент zgr используется для расчета типичного сигнала шума, возникающего из слоя реагента. Присутствие окисляемых веществ в слое реагенте в ячейке перед прибавлением пробы может усиливать сигнал шума. Например, если в слое реагента необходимо содержание небольшого количества ферроцианида (например, восстановленного медиатора) перед прибавлением пробы на тест-полоску, это приведет затем к увеличению величины измеренного испытательного тока, что не будет относиться на счет концентрации аналита. Поскольку это может вызывать постоянное смещение общего измеренного испытательного тока для тест-полосок, это смещение можно скорректировать с помощью калибровочного коэффициента zgr. Аналогично членам p и a, zgr также можно рассчитать в течение калибровочного процесса. Примеры способов для калибровки серий полосок описаны в патенте США № 6 780 645, содержание которого полностью включено в настоящий патент путем отсылки. Вывод уравнения 13 можно обнаружить в рассматриваемой опубликованной заявке на патент США № 2007/0074977 (заявка на патент США, серийный № 11/240,797), зарегистрированной 30 сентября 2005 г. и озаглавленной «Способ и прибор для быстрого электрохимического анализа», содержание которой полностью включено в настоящий документ путем отсылки. Во всех величинах испытательного тока (например, i_r, i_l и i₂) в уравнении 13 используются абсолютные величины тока.

В одном варианте осуществления, значение тока i_r может быть рассчитано по третьему переходному процессу, значение тока i_l может быть рассчитано по второму переходному процессу. Все значения тока (например i_r, i_l, и i₂) указаны в уравнении 14, и в последующих уравнениях может использоваться абсолютное значение тока. Значения тока i_r, i_l могут, в некоторых вариантах осуществления, быть интегралом значений тока в течение интервала переходного процесса, суммой значений тока в течение интервала переходного процесса или средним или единичным значением тока, умноженного на интервал переходного процесса. Для суммирования значений тока, можно сложить диапазон измерения последовательного тока только из первых двух значений тока или всех значений тока. Расчет значения тока i₂ может проводиться в соответствии с описанным ниже.

Например, если интервал тестирования аналита составляет 5 секунд, i_l может являться суммой токов в промежутке с 3,9 до 4 секунд периода, составляющего 5 секунд, и i_r может являться суммой токов в промежутке с 4,25 до 5 секунд второго интервала времени тестирования аналита, как показано в уравнениях 15A и 15B ниже.

Уравнение 15A

Уравнение 15B

Значение тока для первого переходного процесса можно описать как функцию времени с помощью уравнения 16.

Уравнение 16

Член i_ss составляет установившийся ток после подачи второго испытательного напряжения E₂, D составляет коэффициент диффузии медиатора, L составляет толщину разделителя. Следует отметить, в уравнении 16, t обозначает время, прошедшее после подачи второго испытательного напряжения E₂. Значение тока для третьего переходного процесса можно описать как функцию времени с помощью уравнения 17.

Уравнение 17

Для экспоненциального члена в уравнении 17 имеется коэффициент двух разниц, по сравнению с экспоненциальным членом в уравнении 16, поскольку третий переходный процесс генерируется из третьего испытательного напряжения E₃, которое противоположно по полярности второму испытательному напряжению E₂ и оно подавалось непосредственно после второго испытательного напряжения E₂. Следует отметить, в уравнении 17, t обозначает время, прошедшее после подачи третьего испытательного напряжения E_3.

Максимальный ток для второго интервала t₂ подачи напряжения может обозначаться как i_pb и максимальный ток для третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения может обозначаться как i_pc. Если второй максимальный i_pb и третий максимальный ток i_pc, оба измерялись в один и тот же короткий промежуток времени после подачи второго испытательного напряжения E₂ и третьего испытательного напряжения E₃ соответственно, составляющий, например, 0,1 секунды, уравнение 16 может вычитаться из уравнения 17 для получения уравнения 18.

Уравнение 18

Поскольку было определено, что i_pb обусловлено в основном фоновыми веществами, i_pc можно использовать совместно с i_pb для определения поправочного коэффициента. Например, как показано ниже, i_pb можно использовать в математической функции вместе с i_pc для определения скорректированного значения тока, которое пропорционально уровню глюкозы и менее чувствительно к присутствию фоновых веществ.

Уравнение 19 было получено для расчета значения тока i₂, которое пропорционально концентрации аналита и из которого вычтена соответствующая доля тока, отнесенная на действие фоновых веществ.

Уравнение 19

Член i_pb составляет максимальное значение тока для второго интервала t₂ подачи испытательного напряжения, а коэффициент i_pc составляет максимальное значение тока для третьего интервала t₃ подачи испытательного напряжения. Коэффициент i_ss составляет оценку значения установившегося тока, который можно определить как ток, ожидаемый в течение длительного времени после подачи третьего испытательного напряжения E₃ в отсутствие протекающих химических реакций. Член i_ss прибавляется как к числителю, так и знаменателю, уравнение 19, чтобы знаменатель стремился к нулю при отсутствии глюкозы. Некоторые примеры способов расчета i_ss можно найти в патентах США №№ 5 942 102 и 6 413 410, содержание каждого из которых полностью включено в настоящий документ путем отсылки. Использование максимальных значений токов для определения наличия фоновых веществ в физиологической пробе описано в опубликованной заявке на патент США № 2007/0227912 (заявка на патент США с серийным № 11/278,341), поданной 31 марта 2006 г., озаглавленной «Способы и прибор для анализа пробы в присутствии фоновых веществ», содержание которой полностью включено в настоящую заявку путем отсылки.

В одном примере варианта осуществления, скорректированное по оксидантам значение тока i₂ может рассчитываться в соответствии с уравнением 20.

Уравнение 20

В уравнении 20, i(4.1) составляет абсолютное значение тока в течение действия третьего электрического напряжения E₃, i(1.1) составляет абсолютное значение тока в течение действия второго электрического напряжения E₂ и i_ss составляет установившийся ток.

В некоторых вариантах осуществления, i_ss может быть рассчитан в соответствии с уравнением 21.

Уравнение 21

В уравнении 21 i(5) составляет абсолютное значение тока в течение действия третьего электрического напряжения; π составляет константу; D составляет коэффициент диффузии окислительно-восстановительного вещества, а L составляет расстояние между двумя электродами.

В некоторых вариантах осуществления, второе значение концентрации аналита можно рассчитать на основании первого значения G1 концентрации аналита. Например, уравнение 22 может использоваться для расчета второго значения G2 концентрации аналита, что устраняет кинетическую коррекцию при низких концентрациях аналита.

Уравнение 22

В уравнении 22, p составляет примерно 0,5246; a составляет примерно 0,03422; i₂ составляет скорректированное по антиоксидантам значение тока; AFO составляет примерно 2,88; zgr составляет примерно 2,25; и k составляет примерно 0,0000124. С помощью вычитания сдвига коэффициента асимметрии AFO из коэффициента асимметрии i_r/i_l и повышения нового меньшего члена коэффициента асимметрии до зависимого от концентрации аналита степенного члена, действие кинетической коррекции при низких концентрациях аналита можно устранить. В результате, можно достичь более высокого уровня точности в широком диапазоне концентраций аналита.

На примере, изображенном на Фиг.7A и 7B, показана полярность первого и второго поданного напряжения, как отрицательная с третьим подаваемым напряжением, как положительная, когда электрод, непокрытый реагентом, выполняет функцию электрода сравнения при измерении напряжения. Однако, поданные напряжения могут иметь противоположную полярность в последовательности, изображенной на Фиг.7A, если электрод, покрытый реагентом, выполняет функцию электрода сравнения при измерении напряжения. Например, в предпочтительном варианте осуществления, изображенном на Фиг.8A и 8B, полярности первого и второго поданного напряжения положительные, а третье поданное напряжение имеет отрицательную полярность. В обоих случаях расчет уровня глюкозы остается одинаковым, поскольку электрод, не покрытый реагентом, выполняет функцию анода во время подачи первого и второго напряжения, а электрод, покрытый реагентом, выполняет функцию анода в течение подачи третьего напряжения.

Кроме того, если измерительный прибор определяет пробу как контрольный раствор (а не кровь), измерительный прибор может сохранить рассчитанное значение концентрации глюкозы для контрольной пробы в памяти, так что пользователь может просматривать данные по концентрациям глюкозы в анализируемых пробах независимо от данных по контрольным растворам. Например, концентрации глюкозы для контрольных растворов могут сохраняться в отдельной базе данных, отмечаться соответствующим значком и/или удаляться (то есть не сохраняться в памяти или сохраняться на короткое время).

Другое преимущество, предоставляемое возможностью определить пробу как контрольный раствор, заключается в возможности программирования измерительного прибора для автоматического сравнения результатов (например, концентраций глюкозы) измерения контрольного раствора с ожидаемой концентрацией глюкозы в контрольном растворе. Например, в измерительном приборе может (могут) быть запрограммирован(ы) ожидаемый(е) уровень (уровни) глюкозы для контрольного(ых) раствора(ов). В альтернативном варианте осуществления, пользователь может самостоятельно вводить ожидаемые концентрации глюкозы для контрольного раствора. Если измерительный прибор определяет пробу как контрольный раствор, измерительный прибор может сравнить измеренную величину концентрации глюкозы с ожидаемой концентрацией глюкозы для определения правильности работы измерительного прибора. Если измеренная концентрация глюкозы выходит за пределы ожидаемого диапазона, измерительный прибор может выдать пользователю предупреждающее сообщение.

Корректировка по температуре

В некоторых вариантах осуществления систем и способов, возможно применение корректировки значений испытательных токов по температуре крови, чтобы обеспечить повышение точности определения концентрации аналита вследствие снижения воздействия температуры. Способ расчета концентрации аналита, скорректированной по температуре, может содержать измерение значения температуры и расчета температурного поправочного коэффициента C_T. Температурный поправочный коэффициент C_T может быть основан на значении температуры и концентрации аналита, например, концентрации глюкозы. Следовательно, температурный поправочный коэффициент C_T может затем использоваться для корректировки концентрации аналита с учетом температуры.

Первоначально может быть получена концентрация аналита, не скорректированная по температуре, такая как концентрация G2 аналита из уравнения 22, приведенного выше. Также может быть измерено значение температуры. Температура может быть измерена с использованием термистора или иного устройства определения температуры, встроенного в измерительный прибор, либо любым другим устройством или способом. Затем может быть проведено определение для выявления того, превышает ли значение температуры T первое пороговое значение T₁ температуры. Например, температурное пороговое значение T₁ может составлять примерно 15°C. Если значение температуры T превышает 15°C, для определения температурного поправочного коэффициента C_T можно использовать первую температурную функцию. Если значение температуры T не превышает 15°C, то для определения температурного поправочного коэффициента C_T можно использовать вторую температурную функцию.

Первая температурная функция для определения температурного поправочного коэффициента C_T может иметь вид, приведенный в уравнении 23:

Уравнение 23 C_T = +K₉(T - T_RT) + K₁₀G2(T - T_RT)

где C_T составляет поправочный коэффициент, K₉ составляет девятую константу (например, -0,866), T составляет значение температуры, T_RT составляет значение комнатной температуры (например, 22°C), K₁₀ составляет десятую константу (например, 0,000687), а G2 составляет концентрацию аналита. Когда T примерно равно T_RT, C_T равно примерно нулю. В ряде случаев, первая температурная функция может быть выполнена с возможностью отсутствия, по существу, коррекции при комнатной температуре, так что при измерении в стандартных условиях окружающей среды изменчивость может быть сведена к минимуму. Вторая температурная функция для расчета второго температурного поправочного коэффициента C_T может иметь вид, приведенный в уравнении 24:

Уравнение 24 C_T = +K₁₁(T - T_RT) + K₁₂G2(T - T_RT) +K₁₃(T - T₁) + K₁₄G2(T - T₁),

где C_T составляет поправочный коэффициент, K₁₁ составляет одиннадцатую константу (например, -0,866), T составляет значение температуры, T_RT составляет значение комнатной температуры, K₁₂ составляет двенадцатую константу (например, -0,000687), G2 составляет концентрацию аналита, K₁₃ составляет тринадцатую константу (например, -0,741), T₁ составляет первое пороговое значение температуры (например, примерно 15°C), а K₁₄ составляет четырнадцатую константу (например, 000322).

После расчета C_T с помощью уравнения 23 может быть выполнена пара функций усечения, чтобы обеспечить ограничение C_T в заранее определенном диапазоне, снижая риск выброса. В одном варианте осуществления, C_T может быть ограничено диапазоном от -10 до +10. Например, может определить, превышает ли C_T 10. Если C_T превышает 10, а температура превышает пороговое значение, например, 15°C, тогда C_T установлен на 10. Если C_T не превышает 10, то определяют, составляет ли C_T значение ниже -10. C_T может быть задано равным -10, если C_T меньше -10. Если C_T уже находится в диапазоне от -10 до +10, то по существу необходимость в усечении отсутствует. Однако, если температура ниже порогового значения, например, 15°C, максимальное значение C_T может быть установлено на 10+0,92(15-T).

После определения C_T может быть рассчитана скорректированная по температуре концентрация аналита. Например, может быть выполнено определение для выявления, составляет ли значение концентрации аналита без корректировки по температуре (например, G2) менее 100 мг/дл. Если значение G2 составляет менее 100 мг/дл, то для расчета скорректированной по температуре концентрации аналита G3 можно использовать уравнение 25, в котором поправочный коэффициент C_T прибавляют к концентрации глюкозы G2:

Уравнение 25 G3 = G2 + C_T.

Если значение G2 составляет не менее 100 мг/дл, то для расчета скорректированной по температуре концентрации аналита G2 можно использовать уравнение 26, в котором C_T делят на сто и прибавляют единицу, а затем умножают на концентрацию аналита G2 (при этом подходе в качестве процентного поправочного коэффициента эффективно используется C_T):

Уравнение 26 G3 = G2 [1 + 0,01(C_T)].

После определения концентрации аналита, которая скорректирована по воздействию температуры, можно проводить следующую корректировку на основании времени заполнения пробой.

Корректировка по времени заполнения

В ряде вариантов осуществления концентрация аналита может быть скорректирована с учетом времени заполнения пробой. Один пример такого способа описан в находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент под названием «Системы, устройства и способы повышения точности биосенсоров с учетом времени заполнения», авторы Ronald C. Chatelier (Рональд С. Шателье) и Alastair M. Hodges (Аластер М. Ходжес) (заявка с серийным № 12/649,594), зарегистрированной 30 декабря 2009 г., и «Системы, устройства и способы повышения точности биосенсоров с помощью времени заполнения», авторы Ronald C. Chatelier (Рональд С. Шателье) и Alastair M. Hodges (Аластер М. Ходжес) (заявка с серийным № 12/971,777), зарегистрированной 17 декабря 2010 г., содержание обеих из них полностью включено в настоящую заявку путем отсылки. В альтернативном варианте осуществления для определения концентрации аналита в пробе может проводиться коррекция ошибок на основе измеренной начальной скорости заполнения, а не определенного времени заполнения. Один пример такого способа описан в находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент под названием «Системы, устройства и способы измерения гематокрита в цельной крови на основе начальной скорости заполнения», авторы Ronald C. Chatelier Ronald C. Chatelier (Рональд С. Шателье), Dennis Rylatt (Дэннис Рилатт), Linda Raineri (Линда Райнери) и Alastair M. Hodges (Аластер М. Ходжес) (заявка с серийным № 12/649,509), зарегистрированной 30 декабря 2009 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку путем отсылки.

В примере варианта осуществления корректировок по времени наполнения, описанных выше, скорректированная по температуре концентрация аналита G3 может быть скорректирована с учетом времени заполнения для обеспечения скорректированного по времени заполнения значения G4 концентрации аналита в соответствии с уравнением 27A и 27B ниже. Например, когда G3 < 100 мг/дл, не требуется никакой коррекции, и G4 может составлять нескорректированное значение G3. Однако, когда G3 ≥ 100 мг/дл, G3 можно скорректировать с помощью уравнения 27B совместно с уравнениями 28A, 28B и 28C.

Уравнение 27A G4 = G3 для G3 < 100 мг/дл

Уравнение 27B G4 = G3 (1 + CFT /100) для G3 ≥ 100 мг/дл

Поправочный коэффициент C_FT в уравнении 27B можно рассчитать с учетом времени заполнения (FT) на основе серии пороговых значений FT. Например, следующие уравнения могут использоваться для расчета C_FT с помощью двух пороговых значений FT, Th₁ и Th₂.

Уравнение 28A если Th₁ < FT < Th₂, тогда C_FT = FT_f(FT - Th₁)

Уравнение 28B если FT < Th₁, тогда C_FT = 0

Уравнение 28C если FT > Th₂, тогда C_FT = 10

В примере варианта осуществления, пороговое значение Th₁ может составлять примерно 0,2 секунды, пороговое значение Th₂ может составлять примерно 0,4 секунды и коэффициент времени заполнения FT_f может составлять примерно 41. Например, когда кровь заполняет сенсор менее чем за примерно 0,2 секунды, тогда режим заполнения можно описать как близкий к идеальному. Время заполнения короче, чем примерно 0,2 секунды, обычно характерно для гематокрита достаточно низкого уровня, чтобы вязкость пробы оказывала минимальное влияние на режим заполнения пробой. Вследствие низкого гематокрита, как считается, большая часть глюкозы распределяется в фазу плазмы крови, где может подвергнуться быстрому окислению. В этих условиях, существует низкая потребность в корректировке результата измерения глюкозы по влиянию времени заполнения, и поэтому поправочный коэффициент можно установить на ноль. Противоположным образом, при высоком гематокрите в пробе, вязкость пробы может оказывать воздействие на время заполнения пробой. В результате, для заполнения сенсора пробе может потребоваться более чем примерно 0,4 секунды. Вследствие высокого гематокрита, считается, что большая часть глюкозы распределяется в эритроциты, и поэтому более низкая фракция глюкозы подвергается окислению. В этих условиях результат измерения глюкозы может быть скорректирован с учетом времени заполнения. Однако может оказаться важным не осуществлять избыточную коррекцию величины глюкозы, и таким образом, в примере варианта осуществления, поправочный коэффициент может быть ограничен максимальным уровнем, составляющим примерно 10 мг/дл глюкозы в плазме крови или примерно 10% сигнала. Для постепенного повышения поправочного коэффициента в диапазоне от примерно 0 до примерно 10 по мере того, как время заполнения увеличивается в диапазоне от примерно 0,2 до примерно 0,4 секунд, можно использовать линейное уравнение, выведенное опытным путем.

Корректировка по сроку хранения/условия хранения

В некоторых вариантах осуществления систем и способов по настоящему изобретению, можно применить добавочный поправочный коэффициент к скорректированному по времени заполнения значению G4 концентрации аналита. Этот поправочный коэффициент может применяться для обеспечения улучшенной точности при корректировке влияния срока хранения и/или условия хранения на работу сенсора. Например, может быть измерен параметр, соотнесенный с физическим свойством сенсора, и этот параметр может использоваться для расчета скорректированной концентрации аналита. В некоторых вариантах осуществления, параметром, соотнесенным с физическим свойством сенсора, может являться измеренная емкость сенсора.

Измеренная емкость сенсора, например, электрохимической ячейки типа, описанного более подробно выше, может быть связана со сроком хранения и/или условием хранения сенсора. Посредством примера, не имеющего ограничительного характера, на емкость электрохимической ячейки может оказывать влияние медленный поток адгезива, используемого в изготовлении электрохимической ячейки, из разделительного слоя в реакционную камеру пробы. По мере старения сенсора, например, при хранении, особенно при повышенной температуре, адгезив может протекать в реакционную камеру и покрывать электрод сравнения и/или противоэлектрод сенсора. Например, адгезив может сокращать площадь электродов, что может оказать воздействие на точность измерений, выполненных сенсором. Сокращение площади электрода может также соотноситься с уменьшением емкости сенсора. В связи с этим, измеренная емкость сенсора может использоваться для расчета поправочного коэффициента, что может использоваться для повышения точности результатов измерений с помощью сенсора.

В одном примере варианта осуществления, способ расчета скорректированной концентрации аналита может содержать измерение физического свойства электрохимической ячейки, например, емкости, и расчета поправочного коэффициента C_c. Поправочный коэффициент C_c может быть основан на измеренном физическом свойстве. Соответствующим образом, поправочный коэффициент C_c может использоваться для расчета скорректированной концентрации аналита.

Первоначально можно получить концентрацию аналита, такую как скорректированное по времени заполнения значение G4 концентрации аналита, указанное выше. Можно также получить измеренную емкость сенсора, например, с использованием способов измерения емкости, описанных выше. Затем, можно провести определение для выявления, является ли значение измеренной емкости C меньше порогового значения емкости C₁. В некоторых вариантах осуществления, пороговое значение емкости C₁ может представлять собой среднюю или идеальную емкость сенсоров одинакового типа. Если значение емкости C ниже порогового значения емкости C₁, и если не скорректированная (или ранее скорректированная) концентрация аналита G4 выше порогового значения концентрации аналита G_th, тогда может применяться поправочная функция емкости для определения поправочного коэффициента C_c. Если значение емкости C не ниже порогового значения емкости C₁, и/или если не скорректированная (или ранее скорректированная) концентрация аналита G4 не превышает порогового значения концентрации аналита G_th, тогда поправочный коэффициент C_c может быть установлен на нуль. Например, в одном варианте осуществления, пороговое значение емкости C₁ может составлять примерно 577 нанофарад, пороговое значение концентрации аналита G_th, например, концентрация глюкозы, может составлять примерно 100 мг/дл. Соответствующим образом, если значение емкости C и/или концентрация аналита G4 находятся в заранее определенном диапазоне(ах), поправочный коэффициент C_c может быть определен с помощью функции корректировки по емкости, или же поправочный коэффициент C_c может быть установлен на ноль.

Функция корректировки по емкости для расчета поправочного коэффициента емкости C_c, когда значение измеренной емкости C ниже порогового значения емкости C₁ и нескорректированная (или ранее скорректированная) концентрация аналита G4 превышает пороговое значение концентрации аналита G_th, может быть представлена в виде уравнения 29:

Уравнение 29 C_c = K_c(C₁ - C),

где C_c составляет поправочный коэффициент, K_c составляет константу, выведенную опытным путем (например, 0,051), C₁ составляет пороговое значение емкости (например, 577 нанофарад) и C составляет значение измеренной емкости.

После расчета C_c, например, с использованием уравнения 29, можно выполнить пару функций усечения для того, чтобы убедиться, что C_c находится в заранее определенном диапазоне, таким образом, снижая риск выброса за счет ограничения максимальной коррекции, применяемой к данным. В одном варианте осуществления, если C_c превышает предельное значение, C_c может быть установлено на предельное значение. Например, можно провести определение для выявления, превышает ли C_c предельное значение, например, 5. Если C_c превышает предельное значение, например, 5, тогда C_c устанавливается на предельное значение, например, 5. Если C_c не превышает предельное значение, тогда, в целом, необходимость в усечении отсутствует.

После определения C_c может быть рассчитана скорректированная по емкости концентрация аналита. Например, может быть проведено определение для выявления, является ли нескорректированная (или ранее скорректированная) концентрация аналита G4 меньшей, чем пороговое значение концентрации аналита G_th, например, 100 мг/дл, если этим аналитом является глюкоза. Если G4 меньше, чем пороговое значение концентрации аналита G_th, тогда дальнейшая коррекция не применяется. Если G4 превышает пороговое значение концентрации аналита G_th, тогда можно использовать уравнение 30 для расчета скорректированной по емкости концентрации глюкозы (или конечной величины концентрации) G5, разделив C_c на сто, прибавив один и умножив на концентрацию аналита [G]:

Уравнение 30 G5 = G4 [1 + 0,01 (C_c)].

После определения скорректированной по сроку хранения/или условию хранения концентрации аналита концентрация аналита может выводиться, например, на дисплей.

Как было описано выше, системы и способы по настоящему изобретению могут достигать стандарта точности составляющего, по меньшей мере ±10% для концентраций глюкозы, превышающих пороговые значения концентрации глюкозы таким образом, чтобы по меньшей мере 95% серии оценок концентрации глюкозы давали значение концентрации глюкозы с точностью в пределах 10% от контрольного измерения глюкозы. В другом примере варианта осуществления, способ может достигать стандарта точности составляющего, по меньшей мере ±10 мг/дл для концентраций глюкозы ниже порогового значения концентрации глюкозы таким образом, чтобы по меньшей мере 95% серии оценок концентрации глюкозы давали значение концентрации глюкозы с точностью примерно 10 мг/дл от контрольного значения измерений глюкозы. Например, первое пороговое значение концентрации глюкозы может составлять примерно 75 мг/дл. Заявители отмечают, что алгоритмы и способы по настоящему изобретению могут достигать этих стандартов точности при проведении испытаний серии, превышающей примерно 5000 вычислений концентрации аналита, а также серии более чем примерно 18000 вычислений концентрации аналита. Например, системы и способы по настоящему изобретению могут соответствовать или превосходить действующие стандарты и рекомендации Управления по контролю пищевых продуктов и лекарственных средств США в отношении точности портативных инвазивных систем мониторирования уровня глюкозы в крови.

Пример 1

Снижение вариации от разных доноров при измерениях концентрации глюкозы с использованием временных интервалов суммирования тока, описанное выше и продемонстрированное в настоящем примере. В следующем примере система содержит сенсор с двумя противоположными электродами, с реагентом, предназначенным для реагирования с пробой, высушенной на одном электроде. Множество проб от разных доноров была предоставлено для анализа с целью испытания работы систем, устройств и способов, раскрываемых в настоящем документе. Пробы содержали 10240 проб крови от 31 доноров, с уровнем гематокрита в диапазоне 37%-45%. Проводили измерение и анализ переходных процессов с помощью первого алгоритма, который основывался на временных интервалах от примерно 1,4 секунды до примерно 4,0 секунды для i_l, и от примерно 4,4 секунды до примерно 5 секунд для i_r. Также проводили измерения измеренных переходных процессов с помощью второго алгоритма, описанного выше, в частности, рассчитывали значения тока i_r и i_l в соответствии с уравнениями 15A и 15B, приведенными выше. Стандартное отклонение результатов испытаний с использованием первого алгоритма составило примерно 2,83. Стандартное отклонение результатов испытаний с использованием второго алгоритма, показанное и описанное в этом документе, составило примерно 1,72. Этот результат показывает неожиданное улучшение точности, когда значения тока i_r и i_l рассчитываются в соответствии с уравнениями 15A и 15B.

Пример 2

Снижение вариации при измерениях концентрации глюкозы от доноров разного пола с использованием временных интервалов суммирования тока, описанное выше и продемонстрированное в настоящем примере. В следующем примере система содержит сенсор с двумя противоположными электродами, с реагентом, предназначенным для реагирования с пробой, высушенной на одном электроде. Множество проб от 30 разных доноров, 15 мужчин и 15 женщин, было предоставлено для анализа с целью испытания работы систем, устройств и способов, раскрываемых в этом документе. Проводили измерение и анализ переходных процессов с помощью первого алгоритма, который содержал временные интервалы от примерно 1,4 секунды до примерно 4,0 секунды для i_l, и от примерно 4,4 секунды до примерно 5 секунд для i_r. Также проводили измерения измеренных переходных процессов с помощью второго алгоритма, описанного выше, в частности, рассчитывали значения тока i_r и i_l в соответствии с уравнениями 15A и 15B, приведенными выше.

Как показано на Фиг.9, пробы крови, забранные у женщин, имеют тенденцию к более положительному смещению от контрольного измерения глюкозы, выполненного медицинским прибором YSI 2700 (среднее смещение = 1,6 ± 2,1 СО), а пробы крови, забранные у мужчин, имеют тенденцию к более отрицательному смещению от контрольного измерения глюкозы, выполненного медицинским прибором YSI 2700 (среднее смещение = -2,5 ± 1,9 СО). Считается, но не ограничиваясь в рамках какой-либо конкретной теории, что одной из причин различий в зависимости от пола являются различия в окислении глюкозы у мужчин и женщин (возможно, из-за вариаций скорости оттока глюкозы в клетках крови или из-за разницы в вязкости плазмы крови). В связи с этим, заявители проводили испытания различных временных интервалов для переходных процессов, используемых для определения концентрации глюкозы, чтобы установить временные интервалы, в которых наблюдаемые различия были менее очевидными.

Временные интервалы в переходных процессах, которые показали наилучшие результаты (т.е. самое низкое смещение от контрольного измерения глюкозы), содержали интервал примерно от 3,9 секунд до примерно 4,0 секунд для i_l (см. уравнение 15B, приведенное выше) и интервал примерно от 4,25 секунд до примерно 5 секунд для i_r (см. уравнение 15A, приведенное выше). Как показано на Фиг.9, в этих новых временных интервалах снижалось смещение от контрольных измерений глюкозы, выполненных медицинским прибором YSI 2700 для доноров как мужского, так и женского пола по сравнению с предыдущими временными интервалами, т.е. примерно от 1,4 секунды до примерно 4,0 секунд для i_l и примерно от 4,4 секунды до примерно 5 секунд для i_r. В частности, смещение от контрольных измерений глюкозы, выполненных медицинским прибором YSI 2700, сократилось до среднего смещения, составляющего 0,7 ± 1,6 СО для проб, забранных у доноров женского пола, и до среднего смещения, составляющего -0,4 ± 1,7 СО для проб, забранных у доноров мужского пола. Таким образом, для обоих полов среднее смещение было ближе к нулю, а СО смещения являлось более узким, когда использовался временной интервал в уравнениях 15A и 15B.

Пример 3

Снижение влияния концентрации уратов при измерениях концентрации глюкозы с использованием временных интервалов суммирования тока, описанное выше и продемонстрированное в настоящем примере. В следующем примере, система содержит сенсор с двумя противоположными электродами, с реагентом, предназначенным для реагирования с пробой, высушенной на одном электроде. Множество проб было предоставлено для анализа с целью испытания работы систем, устройств и способов, раскрываемых в настоящем документе. Проводили измерение и анализ переходных процессов с помощью первого алгоритма, который содержал временные интервалы от примерно 1,4 секунды до примерно 4,0 секунд для i_l и от примерно 4,4 секунды до примерно 5 секунд для i_r. Также проводили измерения измеренных переходных процессов с помощью второго алгоритма, показанного и описанного в этом документе, в частности, рассчитывали величины тока i_r и i_l в соответствии с уравнениями 15A и 15B. Смещение от контрольных измерений глюкозы, выполненных медицинским прибором YSI 2700, определяли для проб с целевым уровнем глюкозы в плазме крови, составляющим 65, 240 или 440 мг/дл. По этим данным строили график по сравнению с концентрацией уратов, точно известные количества которых вводили в кровь с нормальным уровнем гематокрита. Рассчитывали угловой коэффициент для каждой кривой. Низкий угловой коэффициент свидетельствовал о низком влиянии уратов. Как показано в таблице 1 ниже, смещение при применении первого алгоритма было гораздо выше, чем смещение при применении второго алгоритма, описанных выше. Более конкретно, текущие значения i_r и i_l, рассчитанные согласно уравнениям 15A и 15B неожиданно показали в 5-13 раз меньшую чувствительность к уратам в крови, чем при применении первого алгоритма.

Пример 4

Эффективность алгоритмов коррекции с учетом времени заполнения, описанные в этом документе, для крови с высоким уровнем гематокрита, раскрывается в этом примере. В следующем примере система содержит сенсор с двумя противоположными электродами, с реагентом, предназначенным для реагирования с пробой, высушенной на одном электроде. Множество проб было предоставлено для анализа с целью испытания работы систем, устройств и способов, раскрываемых в настоящем документе. Пробами являлись пробы крови, содержащие гематокрит в диапазоне от примерно 15% до примерно 70%. С помощью алгоритмов, раскрываемых в настоящем документе, можно компенсировать медленное заполнение кровью и обеспечить точные результаты измерения глюкозы при уровне гематокрита, вплоть до 70%. Это важно при проведении анализов у новорожденных, у которых уровень гематокрита может быть очень высоким в первые 16 часов после рождения. По данным смещения глюкозы от контрольных измерений глюкозы, выполненных на медицинском приборе YSI 2700, строили график по сравнению с уровнем гематокрита. Угловой коэффициент кривой наибольшего соответствия для этих данных является показателем отклика глюкозы в зависимости от уровня гематокрита. Малый угловой коэффициент является более идеальным. Когда новые временные интервалы, в частности, величины тока i_r и i_l рассчитанные в соответствии с уравнениями 15A и 15B, указанными выше, используются для анализа данных, полученных для крови с уровнем гематокрита, составляющим 15-70%, тогда угловой коэффициент смещения против графика гематокрита составлял -0,0278. При включении в анализ корректировки по времени заполнения, угловой коэффициент снижается до -0,0098. Заявители неожиданно обнаружили, что корректировка по времени заполнения, описанная выше, снижает зависимый от уровня гематокрита отклик глюкозы на порядок, равный 2,8.

Пример 5

В этом примере показано увеличение срока хранения тест-полосок при применении алгоритма корректировки по емкости в соответствии с настоящим изобретением. Тест-полоски обычно изготавливаются с помощью термоплавкого адгезива между двумя электродами. Если сенсоры хранятся при повышенной температуре в течение продолжительного времени, адгезив может медленно течь и частично покрывать электроды. Это понижает ток, измеряемый при подаче напряжения. При этом, по мере сокращения площади электрода, измеренная емкость будет также сокращаться. Изменения емкости могут использоваться при корректировке отклика глюкозы, как описано в уравнениях, приведенных выше.

Для вычисления срока годности продукции можно использовать график смещения против срока хранения (отмечая время, на котором подобранная кривая пересекает один из пределов суммарной погрешности). Корректировка по емкости, описанная выше, действует только при анализе проб с высоким содержанием глюкозы (>100 мг/дл).

На практике, более низкий угловой коэффициент обычно соотносится с более длительным сроком хранения. Если коррекция по емкости не используется, угловой коэффициент графика смещения против времени хранения составляет -0,0559. Однако при корректировке данных в учетом изменений емкости угловой коэффициент графика смещения против времени хранения снижается до -0,0379. В связи с этим срок хранения продукции увеличится примерно на 50% при применении алгоритма корректировки по емкости, описанного выше, для корректировки изменений емкости по мере старения сенсоров.

Пример 6

В этом примере показан более высокий уровень общей точности, полученный в результате применения алгоритмов коррекции, описанных выше. В следующем примере система содержит сенсор с двумя противоположными электродами, с реагентом, предназначенным для реагирования с пробой, высушенной на одном электроде. Множество проб от разных доноров было предоставлено для анализа с целью испытания работы систем, устройств и способов, раскрываемых в настоящем документе. Набор данных содержит 18970 анализов содержания глюкозы, составленный из:

• 7460 анализов из испытания стабильности (6 серий полосок хранились при температуре 30°C/относительной влажности 65% в течение 1-18 месяцев, проводились испытания при прибавлении точного количества крови с нормальным уровнем гематокрита к 50, 250 и 500 мг/дл глюкозы в плазме крови),

• 5179 анализов из испытаний воздействия температуры, проводимых в диапазоне 5-45°C (тестировали кровь к нормальным уровнем гематокрита), и

• 6331 анализов из испытаний гематокрита (15-70% гематокрита).

Данные по результатам этих количественных определений анализировали с помощью алгоритмов, описанных выше. При подборе полного алгоритма для этого «супернабора задач повышенной сложности» получены следующие параметры подбора, которые обсуждаются в связи с уравнениями, изложенными выше:

Постепенное улучшение рабочих характеристик сенсора с добавлением каждого аспекта алгоритма показано на таблице 3 ниже. Большой набор данных, описанных выше, согласован, в первую очередь, с новыми временными интервалами только (G1), затем с временем наполнения, используемым для корректировки G1, затем с емкостью, используемой для корректировки предыдущего результата, затем сдвига коэффициента асимметрии (“AFO”), используемого для корректировки предыдущего результата, и, наконец, с прибавленным, зависимым от уровня глюкозы, степенным членом (для обеспечения полного алгоритма). Это было выполнено, чтобы показать пошаговое улучшение, достигаемое с каждым шагом алгоритма. Главные изменения результатов получены при G>75 мг/дл. Повышение рабочих характеристик, достигаемое на каждом шаге алгоритма. Смещение RMS - это среднеквадратическое смещение между рассчитанным эквивалентом содержания глюкозы в плазме крови и измеренной величиной сравнения. Смещение выражено по отношению к контрольной концентрации глюкозы в мг/дл для G<75 мг/дл и в % для G>75 мг/дл. P10 относится к процентному содержанию глюкозы, которое находится в пределах 10 мг/дл или 10% от величины сравнения.

«Сдвиг коэффициента асимметрии» и «зависимый от глюкозы степенной член» предназначены для преодоления тенденции смещений в слегка положительную сторону при низком уровне глюкозы и в слегка отрицательную сторону при высоком уровне глюкозы. Такое не-идеальное поведение регулярно наблюдается в виде отрицательного углового коэффициента, при построении графика смещения против глюкозы в плазме крови. Включение «сдвига коэффициента асимметрии» и «зависимого от глюкозы степенного члена» в алгоритм уменьшают угловой коэффициент на 26%. Такое изменение было достаточным для введения дополнительных 1,55% пунктов в 10% контрольной величины глюкозы в плазме крови, когда уровень глюкозы превышал 80 мг/дл.

Разделение результатов по набору данных показано в таблице 4. В каждом случае P10 > 95%, что соответствует предпочтительным критериям эффективности Американской диабетической ассоциации.

Результаты также представлены в графическом виде на Фиг.10-14, чтобы обеспечить оценку выбросов, которые выходят за пределы 10 мг/дл или 10% от контрольной величины глюкозы в плазме крови. На Фиг.10-12 показан полный набор данных, изображенный в зависимости от контрольного уровня глюкозы, гематокрита и температуры. На Фиг.13-14 показаны данные испытаний стабильности, разделенные как G<75 мг/дл и G>75 мг/дл.

Хотя настоящее изобретение было описано в рамках конкретных вариантов осуществления и иллюстрирующих их фигур, специалисту в данной области вполне понятно, что настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления или фигурами. Кроме того, специалистам в данной области вполне понятно, что в тех случаях, когда описанные способы и стадии предписывают наступление определенных событий в определенном порядке, порядок некоторых стадий может быть изменен, и подобные изменения соответствуют возможным вариантам осуществления настоящего изобретения. Кроме того, при возможности, некоторые стадии могут выполняться одновременно параллельными процессами, а также последовательно согласно приведенному выше описанию. Таким образом, в той мере, в которой возможны вариации описываемого изобретения, которые соответствуют сущности описанного изобретения, или эквивалентны по содержанию пунктам формулы изобретения, настоящий патент призван охватывать все такие вариации. Все публикации и материалы, цитируемые в настоящем документе, полностью включены в настоящий документ путем ссылки.