СИСТЕМА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ АНОМАЛЬНОГО ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ДЛЯ БИОСЕНСОРА

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет по временной заявке на патент США №60/746771, озаглавленной "Abnormal Output Detection System for a Biosensor", зарегистрированной 8 мая 2006 года, которая включается в качестве ссылки во всей ее полноте.

Уровень техники

Биосенсоры обычно обеспечивают анализ биологической текучей среды, такой как цельная кровь, моча или слюна. Как правило, биосенсор анализирует образец биологической текучей среды для определения концентрации одного или нескольких анализируемых веществ, таких как глюкоза, мочевая кислота, лактат, холестерин или билирубин, в биологической текучей среде. Анализ является пригодным для использования при диагностике и лечении физиологических аномалий. Например, человек, больной диабетом, может использовать биосенсор для определения уровней глюкозы в крови, для подбора диеты и/или лекарственных средств.

Биосенсор может выдавать аномальный выходной сигнал во время анализа биологической текучей среды. Аномальный выходной сигнал может осуществляться в ответ на ошибку во время анализа биологической текучей среды. Ошибка может происходить из-за одного или нескольких факторов, таких как физические характеристики образца, аспекты, связанные с окружающей средой образца, рабочие условия биосенсора, оказывающие влияние вещества, и тому подобное. Физические характеристики образца включают в себя уровень гематокрита, и тому подобное. Аспекты, связанные с окружающей средой образца, включают в себя температуру, и тому подобное. Рабочие условия биосенсора включают в себя условия недостаточного заполнения, когда размер образца является недостаточно большим, медленное заполнение образца, прерывающийся электрический контакт между образцом и одним или несколькими электродами в биосенсоре, и тому подобное. Оказывающие влияние вещества включают в себя аскорбиновую кислоту, ацетаминофен и тому подобное. Могут присутствовать и другие факторы и/или сочетания факторов, которые вызывают ошибку и/или аномальный выходной сигнал.

Биосенсоры могут осуществляться с использованием настольных, портативных и тому подобных устройств. Портативные устройства могут быть ручными. Биосенсоры могут конструироваться для анализа одного или нескольких анализируемых веществ и могут использовать различные объемы биологических текучих сред. Некоторые биосенсоры могут анализировать отдельную каплю цельной крови, например 0,25-15 микролитров (мкл) по объему. Примеры портативных измерительных устройств включают в себя измерители Ascensia Breeze® и Elite® от Bayer Corporation; биосенсоры Precision®, доступные от Abbott, Abbott Park, Illinois; биосенсоры Accucheck®, доступные от Roche in Indianapolis, Indiana; и биосенсоры OneTouch Ultra®, доступные от Lifescan Milpitas, California. Примеры настольных измерительных устройств включают в себя BAS 100B Analyzer, доступный от BAS Instruments, West Lafayette, Indiana; Electrochemical Workstation, от CH Instruments, доступную от CH Instruments, Austin, Texas; Electrochemical Workstation Cypress, доступную от Cypress Systems, Lawrence, Kansas; и EG&G Electrochemical Instrument, доступный от Princeton Research Instruments, Princeton, New Jersey.

Биосенсоры обычно измеряют электрический сигнал для определения концентрации анализируемого вещества в образце биологической текучей среды. Анализируемое вещество, как правило, подвергается реакции окисления/восстановления или окислительно/восстановительной реакции, когда входной сигнал прикладывается к образцу. Фермент или сходные частицы могут добавляться к образцу для усиления окислительно-восстановительной реакции. Входной сигнал обычно представляет собой электрический сигнал, такой как ток или потенциал. Окислительно-восстановительная реакция генерирует выходной сигнал в ответ на входной сигнал. Выходной сигнал обычно представляет собой электрический сигнал, такой как ток или потенциал, который может измеряться и коррелироваться с концентрацией анализируемого вещества в биологической текучей среде.

Многие биосенсоры имеют измерительное устройство и сенсорную полоску. Образец биологической текучей среды вводится в камеру для образца в сенсорной полоске. Сенсорную полоску помещают в измерительное устройство для анализа. Измерительное устройство обычно имеет электрические контакты, которые соединяются с электрическими проводниками в сенсорной полоске. Электрические проводники, как правило, присоединяются к рабочему электроду, к опорному электроду и/или к другим электродам, которые простираются в камере для образца. Измерительное устройство прикладывает входной сигнал через электрические контакты к электрическим проводникам в сенсорной полоске. Электрические проводники переносят входной сигнал через электроды в образец, осажденный в камере для образца. Окислительно-восстановительная реакция анализируемого вещества генерирует выходной сигнал в ответ на входной сигнал. Измерительное устройство определяет концентрацию анализируемого вещества в ответ на выходной сигнал.

Сенсорная полоска может содержать реагенты, которые взаимодействуют с анализируемым веществом в образце биологической текучей среды. Реагенты могут содержать ионизирующий агент для облегчения окисления-восстановления анализируемого вещества, а также медиаторы или другие вещества, которые способствуют переносу электронов между анализируемым веществом и проводником. Ионизирующий агент может представлять собой фермент, специфичный к анализируемому веществу, такой как глюкозаоксидаза или глюкозадегидрогеназа, который катализирует окисление глюкозы в образце цельной крови. Реагенты могут содержать связующее вещество, которое удерживает фермент и медиатор вместе.

Многие биосенсоры содержат одну или несколько систем детектирования ошибки для предотвращения или отсеивания анализов, связанных с ошибкой. Значения концентрации, полученные от анализа с ошибкой, могут быть неточными. Способность предотвращения или отсеивания этих неточных анализов может увеличить точность получаемых значений концентрации. Система детектирования ошибок может детектировать и компенсировать ошибку, такую как температура образца, которая отличается от эталонной температуры. Система детектирования ошибки может детектировать и прекращать анализ биологической текучей среды в ответ на ошибку, такую как условия недостаточного заполнения.

Некоторые биосенсоры имеют систему детектирования ошибки, которая детектирует и компенсирует температуру образца. Такие системы детектирования ошибки, как правило, компенсируют концентрацию анализируемого вещества для конкретной эталонной температуры в ответ на температуру образца. Ряд систем биосенсоров компенсирует температуру посредством изменения выходного сигнала перед вычислением концентрации анализируемого вещества из уравнения корреляции. Другие системы биосенсоров компенсируют температуру посредством изменения концентрации анализируемого вещества, вычисленной посредством уравнения корреляции. Системы биосенсоров, имеющие систему детектирования ошибки для температуры образца, описаны в патентах США №№4431004; 4750496; 5366609; 5395504; 5508171; 6391645 и 6576117.

Некоторые биосенсоры имеют систему детектирования ошибки, которая детектирует, имеются ли условия недостаточного заполнения. Такие системы детектирования ошибки, как правило, предотвращают или отсеивают анализы, связанные с размерами образцов, которые являются недостаточными по объему. Ряд систем детектирования недостаточного заполнения имеют один или несколько индикаторных электродов, которые детектируют частичное и/или полное заполнение камеры для образца в сенсорной полоске. Некоторые системы детектирования недостаточного заполнения имеют третий электрод, в дополнение к опорному и рабочему электродам, используемым для подачи входного сигнала к образцу биологической текучей среды. Другие системы детектирования недостаточного заполнения используют субэлемент опорного электрода для определения того, является ли сенсорная полоска недостаточно заполненной. Системы биосенсоров, имеющие систему детектирования ошибки для условий недостаточного заполнения, описаны в патентах США №№5582697 и 6531040.

Хотя системы детектирования ошибок уравновешивают различные преимущества и недостатки, ни одна из них не является идеальной. Эти системы обычно направлены на детектирование и на реакцию на конкретный тип ошибки. Однако эти системы, как правило, не оценивают или не определяют, является ли выходной сигнал от биосенсора нормальным или аномальным откликом на анализ биологической текучей среды. Как следствие, биосенсор может осуществлять неточный анализ, когда система детектирования ошибки не детектирует ошибки. В дополнение к этому биосенсор может осуществлять неточный анализ, когда система детектирования ошибки не детектирует ошибки от некого сочетания факторов, которые индивидуально не вызывают ошибки.

Соответственно, имеется постоянная потребность в улучшении биосенсоров, в особенности в таком, которое может обеспечить более точное и/или прецизионное детектирование аномальных выходных сигналов от биосенсора. Системы, устройства и способы по настоящему изобретению преодолевают, по меньшей мере, один из недостатков, связанных с обычными биосенсорами.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предусматривает биосенсор с системой детектирования аномального выходного сигнала, которая определяет, имеет ли выходной сигнал от окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества нормальную или аномальную форму или конфигурацию. Выходной сигнал с нормальной формой или конфигурацией может обеспечить точный и/или прецизионный анализ биологической текучей среды. Выходной сигнал с аномальной формой или конфигурацией не может обеспечить точного и/или прецизионного анализа биологической текучей среды. Биосенсор генерирует выходной сигнал в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества. Биосенсор измеряет и нормирует выходной сигнал. Биосенсор сравнивает нормированный выходной сигнал с одним или несколькими контрольными пределами и генерирует сигнал ошибки, когда нормированный выходной сигнал находится не в рамках контрольных пределов.

Способ детектирования аномального выходного сигнала в биосенсоре включает в себя нормирование выходного сигнала от окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества в образце биологической текучей среды, она сравнивает нормированный выходной сигнал, по меньшей мере, с одним контрольным пределом и генерирует сигнал ошибки, когда нормированный выходной сигнал находится не в рамках, по меньшей мере, одного контрольного предела. Способ также может включать в себя определение разницы между одним, по меньшей мере, базовым значением выходного сигнала и, по меньшей мере, одним измеренным на выходе значением выходного сигнала. Выходной сигнал может представлять собой отклик на последовательность импульсов, и, по меньшей мере, одно базовое значение выходного сигнала может представлять собой измеренное на выходе значение выходного сигнала. Способ также может включать в себя деление, по меньшей мере, одного выходного значения импульса выходного сигнала на первое выходное значение импульса выходного сигнала, и выходной сигнал может представлять собой отклик на стробированную амперометрию электрохимической системы. Способ также может включать в себя определение, по меньшей мере, одного контрольного предела по статистическому анализу лабораторных результатов.

Способ может включать в себя генерирование выходного сигнала в ответ на последовательность импульсов, и последовательность импульсов может содержать, по меньшей мере, пять импульсов. Нормированное значение тока четвертого импульса, R ₄ , может быть представлено уравнением R ₄=i _4,8/i _4,1, где i _4,1 представляет собой первое значение тока в четвертом импульсе, а i _4,8 представляет собой последнее значение тока в четвертом импульсе. R ₄ может быть равно или больше чем 0,45, и R ₄ может быть равно или меньше чем 0,85. Нормированное значение тока пятого импульса, R ₅ , может быть представлено уравнением R ₅=i _5,8/i _5,1, где i _5,1 представляет собой первое значение тока в пятом импульсе, а i _5,8 представляет собой последнее значение тока в пятом импульсе. R ₅ может быть равно или больше чем 0,45, и R ₅ может быть равно или меньше чем 0,85. Отношение нормированного значения тока четвертого импульса к нормированному значению тока пятого импульса может быть представлено уравнением Отношение =(i _4,8 xi _5,1)/(i _4,1 хi _5,8), где i _4,1 представляет собой первое значение тока в четвертом импульсе, i _4,8 представляет собой последнее значение тока в четвертом импульсе, i _5,1 представляет собой первое значение тока в пятом импульсе и i _5,8 представляет собой последнее значение тока в пятом импульсе. Отношение нормированного значения тока четвертого импульса к нормированному значению тока пятого импульса может быть равно или больше чем 0,75 и равно или меньше чем 1,2.

Другой способ детектирования аномального выходного сигнала в биосенсоре включает в себя генерирование выходного сигнала в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества в образце биологической текучей среды, измерение выходного сигнала, нормирование выходного сигнала, сравнение нормированного выходного сигнала, по меньшей мере, с одним контрольным пределом и генерирование сигнала ошибки, когда нормированный выходной сигнал находится не в рамках, по меньшей мере, одного контрольного предела. Способ может включать в себя подачу входного сигнала к образцу биологической текучей среды. Способ может включать в себя измерение выходного сигнала с перерывами и, по меньшей мере, восемь значений тока могут измеряться, по меньшей мере, в одном импульсе выходного сигнала. Способ может включать в себя деление, по меньшей мере, одного выходного значения импульса выходного сигнала на первое выходное значение импульса выходного сигнала. Способ может включать в себя определение, по меньшей мере, одного контрольного предела по статистическому анализу лабораторных результатов.

Выходной сигнал может включать в себя, по меньшей мере, пять импульсов, где нормированное значение тока четвертого импульса, R ₄, представлено уравнением R ₄=i _4,8/i _4,1, где i _4,1 представляет собой первое значение тока в четвертом импульсе, а i _4,8 представляет собой последнее значение тока в четвертом импульсе. Нормированное значение тока пятого импульса, R ₅, может быть представлено уравнением R ₅=i _5,8/i _5,1, где i _5,1 представляет собой первое значение тока в пятом импульсе, а i _5,8 представляет собой последнее значение тока в пятом импульсе. Отношение нормированного значения тока четвертого импульса к нормированному значению тока пятого импульса может быть представлено уравнением Отношение =(i _4,8 xi _5,1)/(i _4,1хi _5,8), где i _4,1 представляет собой первое значение тока в четвертом импульсе, i _4,8 представляет собой последнее значение тока в четвертом импульсе, i _5,1 представляет собой первое значение тока в пятом импульсе, а i _5,8 представляет собой последнее значение тока в пятом импульсе.

Входной сигнал может включать в себя последовательность импульсов, может представлять собой отклик на стробированную амперометрию электрохимической системы и/или может включать в себя опрашивающий входной сигнал и анализируемый входной сигнал. Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 300 мсек, и опрашивающий входной сигнал может иметь интервал опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 1 сек. Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса в пределах примерно от 0,5 мсек примерно до 75 мсек и интервал опрашивающего импульса в пределах примерно от 5 мсек примерно до 300 мсек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса меньше, примерно, чем 5 сек, и интервал анализируемого импульса меньше, примерно, чем 15 сек. Анализируемый входной сигнал также может иметь ширину анализируемого импульса в пределах примерно от 0,1 сек и примерно до 3 сек и интервал анализируемого импульса в пределах примерно от 0,2 сек примерно до 6 сек.

Когда входной сигнал содержит опрашивающий входной сигнал и анализируемый входной сигнал, способ может включать в себя подачу опрашивающего входного сигнала во время периода опроса, где период опроса меньше, примерно, чем 180 сек, и подачу анализируемого входного сигнала во время периода анализа, где период анализа меньше, примерно, чем 180 сек. Когда входной сигнал содержит опрашивающий входной сигнал и анализируемый входной сигнал, способ может включать в себя подачу опрашивающего входного сигнала во время периода опроса, где период опроса находится в пределах, примерно, от 0,1 сек и примерно до 10 сек, и подачу анализируемого входного сигнала во время периода анализа, где период анализа находится в пределах примерно от 1 сек примерно до 100 сек.

Когда входной сигнал содержит опрашивающий входной сигнал и анализируемый входной сигнал, способ может включать в себя подачу опрашивающего входного сигнала к образцу в течение примерно 1,25 сек, где опрашивающий входной сигнал имеет ширину опрашивающего импульса примерно 5-10 мсек и интервал опрашивающего импульса примерно 125 мсек, и подачу анализируемого входного сигнала к образцу в течение примерно 7 сек, где анализируемый входной сигнал имеет ширину анализируемого импульса примерно 1 сек и интервал анализируемого импульса примерно 1,5 сек. Опрашивающий входной сигнал может иметь потенциал примерно 400 мВ, анализируемый входной сигнал может иметь первый импульс с потенциалом примерно 400 мВ, и анализируемый входной сигнал может иметь, по меньшей мере, еще один импульс с потенциалом примерно от 200 мВ. Анализируемый входной сигнал может прикладываться, когда опрашивающий выходной сигнал равен или больше чем порог опроса, и порог опроса может составлять примерно 250 нА.

Биосенсор для определения концентраций анализируемых веществ в биологической текучей среды содержит сенсорную полоску, имеющую интерфейс образца на основе, где интерфейс образца соседствует с резервуаром, сформированным посредством основы, измерительное устройство, имеющее процессор, соединенный с интерфейсом сенсора, где интерфейс сенсора имеет электрическое сообщение с интерфейсом образца, процессор нормирует выходной сигнал от окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества в образце биологической текучей среды, процессор сравнивает нормированный выходной сигнал, по меньшей мере, на один контрольный предел, и процессор генерирует сигнал ошибки, когда нормированный выходной сигнал находится не в рамках, по меньшей мере, одного контрольного предела. Процессор может определять разницу между одним, по меньшей мере, базовым выходным значением и одним, по меньшей мере, измеренным выходным значением выходного сигнала и/или может делить, по меньшей мере, одно выходное значение импульса выходного сигнала на первое выходное значение импульса выходного сигнала. По меньшей мере, один контрольный предел может предварительно задаваться по статистическому анализу лабораторных результатов.

Процессор может прикладывать входной сигнал к образцу биологической текучей среды, где входной сигнал содержит опрашивающий входной сигнал и анализируемый входной сигнал. Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 300 мсек, и интервал опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 1 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса меньше, примерно, чем 5 сек, и интервал анализируемого импульса меньше, примерно, чем 15 сек. Процессор может прикладывать опрашивающий входной сигнал во время периода опроса меньше, примерно, чем 180 сек, и он может прикладывать анализируемый входной сигнал во время периода анализа меньше, примерно, чем 180 сек. Процессор может прикладывать опрашивающий входной сигнал во время периода опроса в пределах примерно от 0,1 сек примерно до 10 сек и может прикладывать анализируемый входной сигнал во время периода анализа в пределах примерно от 1 сек примерно до 100 сек. Процессор может прикладывать опрашивающий входной сигнал к образцу в течение примерно 1,25 сек, где опрашивающий входной сигнал имеет ширину опрашивающего импульса примерно 5-10 мсек, интервал опрашивающего импульса примерно 125 мсек и потенциал примерно 400 мВ. Процессор может прикладывать анализируемый входной сигнал к образцу в течение примерно 7 сек, где анализируемый входной сигнал имеет ширину анализируемого импульса примерно 1 сек, интервал анализируемого импульса примерно 1,5 сек, первый импульс с потенциалом примерно 400 мВ и, по меньшей мере, еще один импульс с потенциалом примерно 200 мВ. Процессор может прикладывать анализируемый входной сигнал, когда опрашивающий выходной сигнал равен или больше чем порог опроса, примерно 250 нА.

Выходной сигнал биосенсора может содержать, по меньшей мере, пять импульсов, и нормированное значение тока четвертого импульса, R ₄ , может быть представлено уравнением R ₄=i _4,8/i _4,1 , где i _4,1 представляет собой первое значение тока в четвертом импульсе, а i _4,8 представляет собой последнее значение тока в четвертом импульсе. Нормированное значение тока пятого импульса, R ₅, может быть представлено уравнением R ₅=i _5,8/i _5,1, где i _5,1 представляет собой первое значение тока в пятом импульсе, а i _5,8 представляет собой последнее значение тока в пятом импульсе. Отношение нормированного значения тока четвертого импульса к нормированному значению тока пятого импульса может быть представлено уравнением Отношение =(i _4,8 xi _5,1)/(i _4,1хi _5,8), где i _4,1 представляет собой первое значение тока в четвертом импульсе, i _4,8 представляет собой последнее значение тока в четвертом импульсе, i _5,1 представляет собой первое значение тока в пятом импульсе, а i _5,8 представляет собой последнее значение тока в пятом импульсе.

Процессор биосенсора может измерять выходной сигнал. Процессор может измерять выходной сигнал с перерывами. Выходной сигнал может представлять собой отклик на последовательность импульсов. Выходной сигнал может представлять собой отклик на стробированную амперометрию электрохимической системы.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение может быть понято лучше со ссылками на следующие далее чертежи и описание. Компоненты на фигурах необязательно выполнены в масштабе, вместо этого внимание сосредоточено на иллюстрировании принципов настоящего изобретения. Кроме того, на фигурах, сходные ссылочные номера обозначают соответствующие детали на различных видах.

Фиг.1 представляет способ детектирования аномального выходного сигнала биосенсора.

Фиг.2 представляет собой график, иллюстрирующий выходные сигналы по отношению к входным сигналам для электрохимической системы, использующей стробированную амперометрию.

Фиг.3 изображает схематическое представление биосенсора с системой детектирования аномального выходного сигнала.

Подробное описание

Настоящее изобретение предусматривает систему детектирования аномального выходного сигнала для биосенсора. Система детектирования аномального выходного сигнала улучшает точность и прецизионность биосенсора при определении того, имеет ли выходной сигнал форму или конфигурацию, которые не могут обеспечить точный и/или прецизионный анализ биологической текучей среды. Биосенсор генерирует выходной сигнал в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества. Выходной сигнал может измеряться и коррелироваться с концентрацией анализируемого вещества в биологической текучей среде. Биосенсор нормирует выходной сигнал и сравнивает нормированный выходной сигнал с одним или несколькими контрольными пределами. Биосенсор генерирует сигнал ошибки, когда нормированный выходной сигнал находится вне контрольных пределов. Система детектирования аномального выходного сигнала может использоваться отдельно или вместе с другими системами детектирования ошибки. Биосенсор может использоваться для определения концентраций одного или нескольких анализируемых веществ, таких как глюкоза, мочевая кислота, лактат, холестерин, билирубин или что-либо подобное, в биологических текучих средах, таких как цельная кровь, моча, слюна или что-либо подобное.

Фиг.1 представляет способ детектирования аномального выходного сигнала от биосенсора. Нормальный выходной сигнал имеет форму или конфигурацию, которая может обеспечить точный и/или прецизионный анализ биологической текучей среды. Аномальный выходной сигнал имеет форму или конфигурацию, которые не могут обеспечить точного и/или прецизионного анализа биологической текучей среды. В 102 биосенсор генерирует выходной сигнал в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества в образце биологической текучей среды. В 104 биосенсор измеряет выходной сигнал. В 106 биосенсор нормирует выходной сигнал. В 108 биосенсор сравнивает нормированный выходной сигнал с одним или несколькими контрольными пределами. В 110 биосенсор генерирует сигнал ошибки, когда нормированный выходной сигнал находится вне контрольных пределов.

В 102 на Фиг.1 биосенсор генерирует выходной сигнал в ответ на окисление/восстановление или окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества в образце биологической текучей среды. Выходной сигнал может генерироваться с использованием системы оптических сенсоров, системы электрохимических сенсоров или чего-либо подобного.

Системы оптических сенсоров, как правило, измеряют величину света, поглощаемую или генерируемую посредством взаимодействия химического индикатора с окислительно-восстановительной реакцией анализируемого вещества. Фермент может включаться в химический индикатор для ускорения кинетики реакции. Выходной сигнал или свет от оптической системы может преобразовываться в электрический сигнал, такой как ток или потенциал.

В поглощающих свет оптических системах, химический индикатор производит продукт реакции, который поглощает свет. Может использоваться химический индикатор, такой как тетразолий, вместе с ферментом, таким как диафораза. Тетразолий обычно образует формазан (хромаген) в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества. Падающий входной луч от источника света направляется на образец. Источник света может представлять собой лазер, светодиод или что-либо подобное. Падающий луч может иметь длину волны, выбранную для поглощения продуктом реакции. Когда падающий луч проходит через образец, продукт реакции поглощает часть падающего луча, таким образом ослабляя или уменьшая интенсивность падающего луча. Падающий луч может отражаться назад или проходить через образец к детектору. Детектор собирает и измеряет ослабленный падающий луч (выходной сигнал). Величина света, ослабленного посредством продуктов реакции, представляет собой показатель концентрации анализируемого вещества в образце.

В генерирующих свет оптических системах химический детектор флюоресцирует или испускает свет в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества. Детектор собирает и измеряет генерируемый свет (выходной сигнал). Величина света, производимого химическим индикатором, является показателем концентрации анализируемого вещества в образце.

Электрохимические системы прикладывают входной сигнал к образцу биологической текучей среды. Входной сигнал может представлять собой потенциал или ток и может быть постоянным, переменным или представлять собой их сочетание, например, как тогда, когда сигнал переменного тока прикладывается вместе с сигналом смещения постоянного тока. Входной сигнал может прикладываться как отдельный импульс или как множество импульсов, последовательностей или циклов. Анализируемое вещество подвергается окислительно-восстановительной реакции, когда входной сигнал прикладывается к образцу. Фермент или сходные частицы могут использоваться для ускорения окислительно-восстановительной реакции анализируемого вещества. Медиатор может использоваться для поддержания окисленного состояния фермента. Окислительно-восстановительная реакция генерирует выходной сигнал, который может измеряться постоянно или периодически во время прохождения стационарного и/или переходного выходного сигнала. Могут использоваться различные электрохимические способы, такие как амперометрия, кулонометрия, вольтамперметрия или что-либо подобное. Также могут использоваться стробированная амперометрия и стробированная вольтамперметрия.

При амперометрии потенциал или напряжение прикладывается к образцу биологической текучей среды. Окислительно-восстановительная реакция анализируемого вещества генерирует ток в ответ на потенциал. Ток измеряется со временем для количественного определения анализируемого вещества в образце. Амперометрия, как правило, измеряет скорость, с которой окисляется или восстанавливается анализируемое вещество, для определения концентрации анализируемого вещества в образце. Системы биосенсоров с использованием амперометрии описываются в патентах США №№5620579; 5653863; 6153069 и 6413411.

При кулонометрии к образцу биологической текучей среды прикладывается потенциал для избыточного окисления или восстановления анализируемого вещества внутри образца. Потенциал генерирует ток, который интегрируется по времени окисления/восстановления с получением электрического заряда, представляющего концентрацию анализируемого вещества. Кулонометрия, как правило, определяет общее количество анализируемого вещества в образце. Система биосенсоров с использованием кулонометрии для измерения глюкозы в цельной крови описана в патенте США №6120676.

При вольтамперметрии изменяющийся со временем потенциал прикладывается к образцу биологической текучей среды. Окислительно-восстановительная реакция анализируемого вещества генерирует ток в ответ на поданный потенциал. Ток измеряется со временем для количественного определения анализируемого вещества в образце. Вольтамперметрия, как правило, измеряет скорость, с которой анализируемое вещество окисляется или восстанавливается, для определения концентрации анализируемого вещества в образце. Дополнительную информацию о вольтамперметрии можно найти в "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications" by A.J. Bard and L.R. Faulkner, 1980.

В стробированной амперометрии и в стробированной вольтамперметрии импульсные входные сигналы используют, как описано во временных заявках на патент США №60/700787, зарегистрированной 20 июля 2005 года, и № 60/722584, зарегистрированной 30 сентября 2005 года, соответственно, которые включаются сюда в качестве ссылок.

Фиг.2 представляет собой график, иллюстрирующий выходные сигналы в зависимости от входных сигналов для электрохимической системы с использованием стробированной амперометрии. Входные сигналы представляют собой потенциалы, прикладываемые к образцу биологической текучей среды. Входные сигналы включают в себя опрашивающий входной сигнал и анализируемый входной сигнал. Выходные сигналы представляют собой токи, генерируемые от образца. Выходные сигналы включают в себя опрашивающий выходной сигнал и анализируемый выходной сигнал. Образец генерирует анализируемый выходной сигнал от окислительно-восстановительной реакции глюкозы в цельной крови в ответ на анализируемый входной сигнал. Входной и выходной сигналы могут предназначаться для биосенсора, имеющего рабочий и опорный электроды. Могут использоваться другие биосенсоры, включая сенсоры с дополнительными электродами и с другими конфигурациями. Могут измеряться другие концентрации анализируемых веществ, включая концентрации в других биологических текучих средах. Могут генерироваться другие выходные сигналы, включая те, которые отклоняются изначально и которые отклоняются во всех импульсах.

Анализируемый выходной сигнал на Фиг.2 имеет нормальную форму или конфигурацию. Значения тока в первом импульсе увеличиваются от первого до последнего значения тока. Значения тока во втором-пятом импульсах уменьшаются или затухают от первого до последнего значения тока в каждом импульсе. Аномальная форма или конфигурация включает в себя значения тока, которые увеличиваются в любом из второго-пятого импульса. Аномальная форма или конфигурация включает в себя значения тока, которые уменьшаются или затухают слишком быстро (большая крутизна) или слишком медленно (меньшая крутизна). Могут существовать и другие аномальные формы и конфигурации.

При использовании образец биологической текучей среды осаждается в биосенсоре. Биосенсор прикладывает опрашивающий сигнал к образцу в течение примерно от -1,25 секунды примерно до 0 секунд. Импульсы имеют ширину импульса примерно от 5-10 мсек и интервал между импульсами примерно от 125 мсек. Биосенсор генерирует опрашивающий выходной сигнал в ответ на опрашивающий входной сигнал. Биосенсор измеряет опрашивающий выходной сигнал. Биосенсор может иметь потенциостат, который подает опрашивающий выходной сигнал на вход аналогового компаратора.

Когда опрашивающий выходной сигнал равен или больше, чем порог опроса, биосенсор прикладывает анализируемый входной сигнал к электродам примерно от 0 секунд примерно до 7 секунд. Значение порога опроса может составлять примерно 250 нА. Компаратор может сравнивать опрашивающий выходной сигнал со значением порога опроса. Когда опрашивающий выходной сигнал превосходит значение порога опроса, выходной сигнал компаратора может включать запуск анализируемого входного сигнала.

Во время анализируемого входного сигнала биосенсор прикладывает первый импульс, имеющий потенциал примерно 400 мВ, в течение примерно 1 сек к рабочему и опорному электродам. После первого импульса следует 0,5 сек - релаксация, которая может представлять собой по существу разомкнутую цепь или что-либо подобное. Анализируемый выходной сигнал или ток в первом импульсе измеряется и хранится в устройстве памяти. Биосенсор может прикладывать второй импульс к рабочему и опорному электродам, примерно при 200 мВ в течение примерно 1 сек. Анализируемый выходной сигнал или ток во втором импульсе измеряется и хранится в устройстве памяти. Биосенсор продолжает подачу импульсов от анализируемого входного сигнала к рабочему и опорному электродам до конца периода анализа или настолько долго, насколько это желательно для биосенсора. Период анализа может составлять примерно 7 секунд. Биосенсор может измерять и хранить анализируемый выходной сигнал или ток в каждом импульсе.

Опрашивающий входной сигнал представляет собой электрический сигнал, такой как ток или потенциал, который пульсирует или включается и выключается при заданной частоте или интервале. Образец генерирует опрашивающий выходной сигнал в ответ на опрашивающий входной сигнал. Опрашивающий выходной сигнал представляет собой электрический сигнал, такой как ток или потенциал. Биосенсор может показывать опрашивающий выходной сигнал на дисплее и/или может хранить анализируемый выходной сигнал в устройстве памяти. Биосенсор может прикладывать опрашивающий сигнал для детектирования, когда образец соединяется с электродами. Биосенсор может использовать другие способы и устройства для детектирования, когда образец является доступным для анализа.

Опрашивающий входной сигнал представляет собой последовательность опрашивающих импульсов, разделенных опрашивающими релаксациями. Во время опрашивающего импульса электрический сигнал включается. Во время опрашивающей релаксации электрический сигнал выключается. Включение может включать в себя периоды времени, когда присутствует электрический сигнал. Выключение может включать в себя периоды времени, когда электрический сигнал отсутствует. Выключение может не включать в себя периоды времени, когда электрический сигнал присутствует, но по существу не имеет амплитуды. Электрический сигнал может переключаться между включением и выключением посредством замыкания и размыкания электрической цепи соответственно. Электрическая цепь может размыкаться и замыкаться механически, электрически или другим подобным образом.

Опрашивающий входной сигнал может иметь один или несколько интервалов опрашивающих импульсов. Интервал опрашивающих импульсов представляет собой сумму опрашивающего импульса и опрашивающей релаксации. Каждый опрашивающий импульс имеет амплитуду и ширину опрашивающего импульса. Амплитуда показывает интенсивность потенциала, тока или чего-либо подобного для электрического сигнала. Амплитуда может изменяться или быть постоянной в течение опрашивающего импульса. Ширина опрашивающего импульса представляет собой время, когда продолжается опрашивающий импульс. Значение ширины опрашивающих импульсов в опрашивающем входном сигнале может изменяться или быть по существу одинаковым. Каждая опрашивающая релаксация имеет ширину опрашивающей релаксации, которая представляет собой время, в течение которого продолжается опрашивающая релаксация. Значения ширины опрашивающей релаксации в опрашивающем входном сигнале могут изменяться или быть по существу одинаковыми.

Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 300 миллисекунд (мсек), и интервал опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 1 сек. Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 100 мсек, и интервал опрашивающего импульса меньше, примерно, чем 500 мсек. Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса в пределах примерно от 0,5 мсек примерно до 75 мсек и интервал опрашивающего импульса в пределах примерно от 5 мсек примерно до 300 мсек. Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса в пределах примерно от 1 мсек примерно до 50 мсек и интервал опрашивающего импульса в пределах примерно от 10 мсек примерно до 250 мсек. Опрашивающий входной сигнал может иметь ширину опрашивающего импульса примерно 5 мсек и интервал опрашивающего импульса примерно 125 мсек. Опрашивающий входной сигнал может иметь другие значения ширины импульса и другие интервалы импульсов.

Биосенсор может прикладывать опрашивающий входной сигнал к образцу во время периода опроса. Период опроса может быть меньше, примерно, чем 15 минут, 5 минут, 2 минут или 1 минута. Период опроса может быть более продолжительным, в зависимости от того, как пользователь использует биосенсор. Период опроса может находиться в пределах примерно от 0,5 секунд (сек) примерно до 15 минут. Период опроса может находиться в пределах примерно от 5 сек и примерно до 5 минут. Период опроса может находиться в пределах примерно от 10 сек и примерно до 2 минут. Период опроса может находиться в пределах примерно от 20 сек и примерно до 60 сек. Период опроса может находиться в пределах примерно от 30 примерно до 40 сек. Период опроса может иметь меньше, примерно, чем 200, 100, 50 или 25 интервалов импульсов. Период опроса может иметь примерно от 2 примерно до 150 интервалов импульсов. Период опроса может иметь примерно от 5 примерно до 50 интервалов импульсов. Период опроса может иметь примерно от 5 примерно до 15 интервалов импульсов. Период опроса может иметь примерно 10 интервалов импульсов. Могут использоваться другие периоды опроса.

Биосенсор прикладывает анализируемый входной сигнал, когда опрашивающий выходной сигнал равен или больше, чем порог опроса. Порог опроса может быть больше, примерно, чем 5 процентов (%) от ожидаемого анализируемого входного сигнала при начале первого импульса. Порог опроса может быть больше, примерно, чем 15% от ожидаемого анализируемого входного сигнала при начале первого импульса. Порог опроса может находиться в пределах примерно от 5 процентов (%) примерно до 50% от ожидаемого анализируемого входного сигнала при начале первого импульса. Может использоваться другой порог опроса. Биосенсор может показывать, что опрашивающий выходной сигнал равен или больше, чем порог опроса, на дисплее.

Анализируемый входной сигнал представляет собой электрический сигнал, такой как ток или потенциал, который пульсирует или включается и выключается при заданной частоте или интервале. Образец генерирует анализируемый выходной сигнал в ответ на анализируемый входной сигнал. Анализируемый выходной сигнал представляет собой электрический сигнал, такой как ток или потенциал.

Анализируемый входной сигнал представляет собой последовательность анализируемых импульсов, разделенных анализируемой релаксацией. Во время анализируемого импульса электрический сигнал включается. Во время анализируемой релаксации электрический сигнал выключается. Включение включает в себя периоды времени, когда присутствует электрический сигнал. Выключение включает в себя периоды времени, когда электрический сигнал отсутствует, и не включает в себя периоды времени, когда электрический сигнал присутствует, но по существу не имеет амплитуды. Электрический сигнал переключается между включением и выключением посредством замыкания и размыкания электрической цепи соответственно. Электрическая цепь может замыкаться и размыкаться механически, электрически или другим подобным образом.

Анализируемый входной сигнал может иметь один или несколько интервалов анализируемых импульсов. Интервал анализируемого импульса представляет собой сумму анализируемого импульса и анализируемой релаксации. Каждый анализируемый импульс имеет амплитуду и ширину анализируемого импульса. Амплитуда показывает интенсивность потенциала, тока или чего-либо подобного для электрического сигнала. Амплитуда может изменяться или быть постоянной во время анализируемого импульса. Ширина анализируемого импульса представляет собой время, в течение которого продолжается анализируемый импульс. Значения ширины анализируемого импульса в анализируемом входном сигнале могут изменяться или быть по существу одинаковыми. Каждая анализируемая релаксация имеет ширину анализируемой релаксации, которая представляет собой время, в течение которого продолжается анализируемая релаксация. Значения ширины анализируемой релаксации в анализируемом входном сигнале могут изменяться или быть по существу одинаковыми.

Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса меньше, примерно, чем 5 сек, и интервал анализируемого импульса меньше, примерно, чем 15 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса меньше, примерно, чем 3, 2, 1,5 или 1 сек, и интервал анализируемого импульса меньше, примерно, чем 13, 7, 4, 3, 2,5 или 1,5 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса в пределах примерно от 0,1 сек и примерно до 3 сек и интервал анализируемого импульса в пределах примерно от 0,2 сек и примерно до 6 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса в пределах примерно от 0,1 сек и примерно до 2 сек и интервал анализируемого импульса в пределах примерно от 0,2 сек и примерно до 4 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса в пределах примерно от 0,1 сек и примерно до 1,5 сек и интервал анализируемого импульса в пределах примерно от 0,2 сек и примерно до 3,5 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса в пределах примерно от 0,4 сек и примерно до 1,2 сек и интервал анализируемого импульса в пределах примерно от 0,6 сек и примерно до 3,7 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса в пределах примерно от 0,5 сек и примерно до 1,5 сек и интервал анализируемого импульса в пределах примерно от 0,75 сек и примерно до 2,0 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь ширину анализируемого импульса примерно 1 сек и интервал анализируемого импульса примерно 1,5 сек. Анализируемый входной сигнал может иметь другие значения ширины импульса и интервалов импульсов.

Биосенсор прикладывает анализируемый входной сигнал к образцу во время периода анализа. Период анализа может иметь такую же или иную продолжительность, чем период опроса. Период анализа анализируемого входного сигнала может быть меньше, примерно, чем 180, 120, 90, 60, 30, 15, 10 или 5 сек. Период анализа может находиться в пределах примерно от 1 сек примерно до 100 сек. Период анализа может находиться в пределах примерно от 1 сек примерно до 25 сек. Период анализа может находиться в пределах примерно от 1 сек примерно до 10 сек. Период анализа может находиться в пределах примерно от 2 сек и примерно до 3 сек. Период анализа может составлять примерно 2,5 сек. Период анализа может иметь меньше, примерно, чем 50, 25, 20, 15, 10, 8, 6 или 4 интервала анализируемых импульсов. Период анализа может иметь интервалы анализируемых импульсов в пределах примерно от 2 примерно до 50. Период анализа может иметь интервалы анализируемых импульсов в пределах примерно от 2 примерно до 25. Период анализа может иметь интервалы анализируемого импульса в пределах примерно от 2 примерно до 15. Период анализа может иметь примерно 10 интервалов анализируемых импульсов. Могут использоваться другие периоды анализов.

В 104 на Фиг.1 биосенсор измеряет выходной сигнал, генерируемый окислительно-восстановительной реакцией анализируемого вещества в образце. Биосенсор может измерять выходной сигнал непрерывно или с перерывами. Например, биосенсор измеряет анализируемый выходной сигнал с перерывами во время каждого импульса на Фиг.2, что дает восемь значений тока во время каждого импульса. Образец генерирует анализируемый выходной сигнал в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества в биологической текучей среде и на анализируемый входной сигнал. Биосенсор может показывать анализируемый выходной сигнал на дисплее и/или может хранить анализируемый выходной сигнал в устройстве памяти. Биосенсор может определять концентрацию анализируемого вещества в образце из выходного сигнала.

В 106 на Фиг.1 биосенсор нормирует анализируемый выходной сигнал. Нормированный выходной сигнал может улучшить сравнение анализируемых выходных сигналов, имеющих различные амплитуды, в зависимости от количества анализируемого вещества в образце биологической текучей среды. Как правило, большее количество анализируемого вещества в образце генерирует более высокую амплитуду выходного сигнала, чем меньшее количество анализируемого вещества. Нормированный выходной сигнал также может улучшить математическую оценку формы или конфигурации выходного сигнала для определения того, является ли выходной сигнал нормальным или аномальным. Нормированный выходной сигнал может сделать возможным использование одних и тех же контрольных пределов для более широких диапазонов уровней глюкозы и гематокрита.

Для нормировки анализируемого выходного сигнала биосенсор определяет различия между одним или несколькими базовыми выходными значениями и измеряемыми выходными значениями анализируемого выходного сигнала. Различия могут представлять собой арифметические разности между базовыми и анализируемыми выходными значениями. Различия могут представлять собой отношения базовых и анализируемых выходных сигналов. Могут использоваться другие различия. Базовые выходные значения могут выбираться или задаваться заранее из статистического анализа лабораторных результатов. Базовые выходные значения могут представлять собой одно или несколько измеренных выходных значений анализируемого выходного сигнала. Может использоваться отдельное базовое выходное значение для анализируемого выходного сигнала. Может использоваться множество базовых выходных значений, например отдельное базовое выходное значение для каждого импульса в анализируемом выходном сигнале.

В последовательности импульсов, например при стробированной амперометрии или при стробированной вольтамперметрии, анализируемые выходные значения могут нормироваться посредством деления всех выходных значений в импульсе на первое выходное значение в импульсе. Другие выходные значения в каждом импульсе могут представлять собой базовое выходное значение. В отдельном импульсе или в подобной последовательности, анализируемые выходные значения могут нормироваться посредством деления всех выходных значений в импульсе на первое или на другое выходное значение. Могут использоваться другие способы нормировки.

Таблица I показывает первое и последнее значения тока для импульсов из последовательности стробированной амперометрии Фиг.2. Нормированные значения тока представляют собой отношения измеренных значений тока к базовым значениям тока. Базовые значения тока представляют собой значения первого тока в каждом импульсе. Нормированные значения тока показывают математически, что форма или конфигурация выходного сигнала увеличивается от первого до последнего значения тока в первом импульсе. Нормированные значения тока математически показывают, что форма или конфигурация выходного сигнала уменьшается от первого до последнего значения тока в первом импульсе.

В 108 на Фиг.1 биосенсор сравнивает нормированный выходной сигнал с одним или несколькими контрольными пределами. Контрольные пределы представляют собой математические представления порогов, где форма или конфигурация выходного сигнала переходит из нормальной в аномальную. Контрольные пределы могут выбираться или заранее задаваться для применения ко всем или к конкретным частям выходного сигнала. Конкретная часть выходного сигнала включает в себя один или несколько импульсов, одно или несколько выходных значений каждого импульса или конкретного импульса и тому подобное. Различные контрольные пределы могут использоваться для различных частей выходного сигнала. Различные контрольные пределы могут использоваться для различных диапазонов глюкозы, гематокрита и тому подобного. Контрольные пределы могут выбираться или задаваться заранее для применения к нормированному выходному сигналу с конкретным значением выходного сигнала в конкретном импульсе. Контрольные пределы могут выбираться или задаваться заранее для применения к математическому соотношению между значениями выходных сигналов в различных импульсах. Контрольные пределы могут выбираться для дополнительного определения желаемой формы или конфигурации выходного сигнала. Контрольные пределы могут заранее задаваться из статистического или сходного анализа лабораторных результатов. Могут использоваться другие контрольные пределы.

В анализируемом выходном сигнале на Фиг.2 контрольные пределы выбираются или заранее задаются для нормированного значения тока последнего импульса в четвертом импульсе (R ₄), нормированного значения тока последнего импульса в пятом импульсе (R ₅) и отношения R ₄ к R ₅ (Отношение). Хотя используются контрольные пределы для четвертого и пятого импульсов, могут использоваться другие контрольные пределы, включая пределы для четвертого и пятого импульсов и пределы для других импульсов в анализируемом выходном сигнале.

Нормированное значение тока последнего импульса в четвертом импульсе (R ₄) может быть представлено следующим уравнением:

Подстановка значений из Таблицы I в уравнение (1) дает:

Нормированное значение тока последнего импульса в пятом импульсе (R ₅) может быть представлено следующим уравнением:

Подстановка значения из Таблицы I в уравнение (2) дает:

Отношение нормированного значения тока последнего импульса в четвертом импульсе (R ₄) к нормированному значению тока последнего импульса в пятом импульсе (R ₅) может быть представлено следующим уравнением:

Упрощение уравнения (3) дает:

Подстановка значения из Таблицы I в уравнение (4) дает:

Контрольные пределы для R ₄, R ₅ и Отношения показаны в Таблице II. R ₄, R ₅ и Отношения находятся в применимых контрольных пределах, показывая, что анализируемый выходной сигнал на Фиг.2 имеет нормальную форму или конфигурацию. Могут использоваться другие контрольные пределы.

Контрольные пределы выбираются на основе данных нормированного тока от более чем 9000 образцов крови. Образцы крови, каждый, вводятся в только что изготовленные или состаренные сенсорные полоски, расположенные в измерительном устройстве. Данные по току получают от полосок при температурах образца примерно от 10°C примерно до 40°C. Образцы крови имеют концентрации глюкозы примерно от 10 мг/дл примерно до 600 мг/дл и концентрации гематокрита примерно от 20% примерно до 55%. Нормированные значения тока от каждого анализа разделяются на известные хорошие и плохие значения на основе соответствующего профиля тока. Контрольные пределы выбираются так, чтобы они включали в себя приемлемый разброс вокруг среднего из хороших значений, с использованием стандартных статистических методик.

В 110 на Фиг.1 биосенсор генерирует сигнал ошибки в ответ на нормированный выходной сигнал, который находится вне контрольных пределов. Сигнал ошибки может быть показан на устройстве дисплея и/или сохраняться в устройстве памяти. Биосенсор может выдавать сигнал ошибки во время или после осуществления анализа одного или нескольких анализируемых веществ в образце. Биосенсор может выдавать сигнал ошибки непосредственно после детектирования и может останавливать анализ анализируемого вещества. Биосенсор может не выдавать концентрацию анализируемого вещества в ответ на сигнал ошибки.

Фиг.3 изображает схематическое представление биосенсора 300 с системой детектирования аномального выходного сигнала. Биосенсор 300 определяет концентрацию анализируемого вещества в образце биологической текучей среды. Система детектирования аномального выходного сигнала показывает, когда форма или конфигурация выходного сигнала может давать неточный и/или непрецизионный анализ одного или нескольких анализируемых веществ, как обсуждалось ранее. Биосенсор 300 содержит сенсорную полоску 304 и измерительное устройство 302, которое может осуществляться как настольное устройство, портативное или ручное устройство или что-либо подобное. Измерительное устройство 302 и сенсорная полоска 304 могут адаптироваться для осуществления системы электрохимических сенсоров, системы оптических сенсоров, их сочетания или чего-либо подобного. Система детектирования аномального выходного сигнала может улучшить точность и/или прецизионность биосенсора 300 при определении того, возникает ли аномальный выходной сигнал. Биосенсор 300 может использоваться для определения концентраций одного или нескольких анализируемых веществ, таких как глюкоза, мочевая кислота, лактат, холестерин, билирубин или что-либо подобное, в биологической текучей среде, такой как цельная кровь, моча, слюна или что-либо подобное. Хотя показана конкретная конфигурация, биосенсор 300 может иметь другие конфигурации, включая конфигурацию с дополнительными компонентами.

Сенсорная полоска 304 имеет базу 306, которая образует резервуар 308 и канал 310 с отверстием 312. Резервуар 308 и канал 310 могут покрываться крышкой с вентиляцией. Резервуар 308 определяет частично замкнутый объем (cap-gap). Резервуар 308 может содержать композицию, которая помогает при удерживании образца текучей среды, такую как набухающие в воде полимеры или пористые полимерные матрицы. Реагенты могут осаждаться в резервуаре 308 и/или канале 310. Реагенты могут включать в себя один или несколько ферментов, медиаторов, связующих веществ и других активных или химически неактивных частиц. Реагенты могут включать в себя химический индикатор для оптической системы. Сенсорная полоска 304 также может иметь интерфейс образца 314, расположенный рядом с резервуаром 308. Интерфейс образца 314 может частично или полностью окружать резервуар 308. Сенсорная полоска 304 может иметь другие конфигурации.

Интерфейс образца 314 имеет проводники, соединенные с рабочим электродом и опорным электродом. Электроды могут находиться по существу в одной плоскости. Электроды могут быть разделены расстоянием, большим, чем 200 или 250 мкм и могут быть отделены от крышки расстоянием, по меньшей мере, 100 мкм. Электроды могут быть располагаться на поверхности базы 306, которая формирует резервуар 308. Электроды могут простираться или выступать в cap-gap, сформированный посредством резервуара 308. Диэлектрический слой может частично покрывать проводники и/или электроды. Интерфейс образца 314 может иметь другие электроды и проводники. Интерфейс образца 314 может иметь один или несколько оптических порталов или отверстий для того, чтобы образец был виден. Интерфейс образца 314 может иметь другие компоненты и конфигурации.

Измерительное устройство 302 содержит электрическую схему 316, соединенную с интерфейсом сенсора 318 и дисплеем 320. Электрическая схема 316 содержит процессор 322, соединенный с генератором сигналов 324, и среду памяти 328. Измерительное устройство может иметь другие компоненты и конфигурации.

Генератор сигналов 324 выдает электрические входные сигналы на интерфейс сенсора 318 в ответ на команды процессора 322. Электрические входные сигналы могут включать в себя опрашивающие и анализируемые входные сигналы, используемые в системе электрохимических сенсоров. Электрические входные сигналы могут включать в себя электрические сигналы, используемые для работы или контроля детектора и источника света в интерфейсе сенсора 318 для системы оптических сенсоров. Электрические входные сигналы могут передаваться посредством интерфейса сенсора 318 на интерфейс образца 314. Электрические входные сигналы могут представлять собой потенциал или ток и могут быть постоянными, переменными или представлять собой их сочетания, например, когда прикладывается сигнал переменного тока вместе с сигналом смещения постоянного тока. Электрические входные сигналы могут прикладываться как отдельный импульс или как множество импульсов, последовательностей или циклов. Генератор сигналов 324 может также записывать сигналы, полученные от интерфейса сенсора 318, как генератор - записывающее устройство.

Среда памяти 328 может представлять собой магнитную, оптическую или полупроводниковую память, другое считываемое компьютером устройство памяти или что-либо подобное. Среда памяти 328 может представлять собой устройство постоянной памяти или съемное устройство памяти, такое как карту памяти.

Процессор 322 осуществляет детектирование аномального выходного сигнала, анализ анализируемых веществ и обработку данных с использованием считываемого компьютером кода программного обеспечения и данных, хранимых в среде памяти 328. Процессор 322 может начать детектирование аномального выходного сигнала и анализ анализируемого вещества в ответ на присутствие сенсорной полоски 304 на интерфейсе сенсора 318, на внесение образца на сенсорную полоску 304, на входной сигнал пользователя или на что-либо подобное. Процессор 322 управляет генератором сигнала 324 для подачи электрических входных сигналов на интерфейс сенсора 318.

Процессор 322 принимает и измеряет выходные сигналы от интерфейса сенсора 318. Выходные сигналы могут представлять собой электрические сигналы, такие как ток или потенциал, или свет. Выходные сигналы могут включать в себя опрашивающие и анализируемые выходные сигналы. Выходные сигналы могут включать в себя анализируемый выходной сигнал, генерируемый в ответ на окислительно-восстановительную реакцию анализируемого вещества в образце. Выходной сигнал может генерироваться с использованием оптической системы, электрохимической системы или чего-либо подобного. Процессор 322 может сравнивать опрашивающие выходные сигналы с одним или несколькими порогами опроса. Процессор 322 может измерять и коррелировать анализируемый выходной сигнал с концентрацией анализируемого вещества в образце. Процессор 322 может нормировать анализируемый выходной сигнал и сравнивать нормированный сигнал с одним или несколькими контрольными пределами, как обсуждалось ранее.

Процессор 322 выдает сигнал ошибки аномального выходного сигнала, когда нормированный выходной сигнал находится вне контрольных пределов, другими словами, когда форма или конфигурация анализируемого выходного сигнала не является нормальной. Процессор 322 может отображать сигнал ошибки на дисплее 320 и может хранить сигнал ошибки и связанные с ним данные в среде памяти 328. Процессор 322 может выдавать сигнал ошибки в любой момент времени, во время анализа анализируемого вещества или после него.

Процессор 322 определяет концентрации анализируемых веществ по анализируемым выходным сигналам. Результаты анализа анализируемого вещества выводятся на дисплей 320 и могут храниться в среде памяти 328. Инструкции относительно осуществления анализа анализируемого вещества могут выдаваться посредством считываемого компьютером кода программного обеспечения, хранимого в среде памяти 328. Код может представлять собой объектный код или любой другой код, описывающий или контролирующий описанное функционирование. Данные от анализа анализируемого вещества могут подвергаться одной или нескольким обработкам данных, включая определение времен затухания, констант K, крутизны, отсечки и/или температуры образца, в процессоре 322.

Интерфейс сенсора 318 имеет контакты, которые соединяются или находятся в электрическом сообщении с проводниками в интерфейсе образца 314 сенсорной полоски 304. Интерфейс сенсора 318 передает электрические входные сигналы от генератора сигналов 324 через контакты к проводникам в интерфейсе образца 314. Интерфейс сенсора 318 также передает выходные сигналы от интерфейса образца 314 к процессору 322 и/или к генератору сигналов 324. Интерфейс сенсора 308 также может включать в себя детектор, источник света и другие компоненты, используемые в оптической системе сенсоров.

Дисплей 320 может быть аналоговым или цифровым. Дисплей может представлять собой ЖК дисплей, адаптированный для отображения численных данных. Могут использоваться другие дисплеи.

При использовании образец биологической текучей среды переносится в cap-gap, сформированный посредством резервуара 308, посредством введения текучей среды в отверстие 312. Образец текучей среды протекает через канал 310 в резервуар 308, заполняет cap-gap, в то же время вытесняя содержащийся в нем ранее воздух. Образец текучей среды химически взаимодействует с реагентами, осажденными в канале 310 и/или резервуаре 308.

Процессор 322 детектирует, когда образец биологической текучей среды является доступным для анализа. Сенсорная полоска 302 располагается рядом с измерительным устройством 302. «Рядом» включает в себя положения, где интерфейс образца 314 находится в электрическом и/или в оптическом сообщении с интерфейсом сенсора 308. Электрическое сообщение включает в себя перенос входного и/или выходного сигналов между контактами в интерфейсе сенсора 318 и проводниками в интерфейсе образца 314. Оптическое сообщение включает в себя перенос света между оптическим порталом в интерфейсе образца 302 и детектором в интерфейсе сенсора 308. Оптическое сообщение также включает в себя перенос света между оптическим порталом в интерфейсе образца 302 и источником света в интерфейсе сенсора 308.

Процессор 322 может управлять генератором сигналов 324 для подачи опрашивающего входного сигнала на интерфейс сенсора 318, который прикладывает опрашивающий входной сигнал к образцу через электроды в интерфейсе образца 314. Образец генерирует опрашивающий выходной сигнал в ответ на опрашивающий входной сигнал. Интерфейс образца 314 подает опрашивающий выходной сигнал на интерфейс сенсора 318. Процессор 322 принимает опрашивающий выходной сигнал от интерфейса сенсора 318. Процессор 322 может показывать опрашивающий выходной сигнал на дисплее 320 и/или может хранить опрашивающий выходной сигнал в среде памяти 328.

Процессор 322 может управлять генератором сигналов 324 для подачи анализируемого входного сигнала на интерфейс сенсора 318, когда опрашивающий выходной сигнал является равным или большим, чем порог опроса. Процессор 322 может иметь схему компаратора для подачи анализируемого входного сигнала на интерфейс сенсора 318, когда опрашивающий выходной сигнал является равным или большим, чем порог опроса. В схеме компаратора опрашивающий выходной сигнал направляется на вход электрического (аналогового) компаратора или чего-либо подобного. Компаратор сравнивает опрашивающий выходной сигнал со значением порога опроса. Когда опрашивающий выходной сигнал является равным или большим, чем значение порога опроса, выходной сигнал компаратора включает запуск анализируемого входного сигнала.

Интерфейс сенсора 318 прикладывает анализируемый входной сигнал к образцу через интерфейс образца 314 в течение периода анализа. Образец генерирует анализируемый выходной сигнал в ответ на анализируемый входной сигнал. Интерфейс образца 314 подает анализируемый выходной сигнал на интерфейс сенсора 318.

Процессор 322 принимает анализируемый выходной сигнал от интерфейса сенсора 318. Процессор 322 измеряет анализируемый выходной сигнал, генерируемый образцом. Процессор 322 определяет концентрацию анализируемого вещества в образце в ответ на анализируемый выходной сигнал. Процессор 322 может показывать анализируемый выходной сигнал на дисплее 320 и/или может хранить анализируемый выходной сигнал в среде памяти 328. Процессор 322 нормирует анализируемый выходной сигнал, как обсуждалось ранее. Процессор 322 сравнивает нормированный выходной сигнал с одним или несколькими контрольными пределами во время периода анализа. Процессор 322 выдает сигнал ошибки аномального выходного сигнала, когда нормированный выходной сигнал находится вне контрольных пределов. Сигнал ошибки может быть показан на дисплее 320 и/или удерживаться в среде памяти 328. Процессор 322 может выдавать сигнал ошибки непосредственно или в другое время, например после анализа анализируемого вещества.

Без ограничения рамок, применения или осуществления, способы и системы, описанные ранее, могут осуществляться с использованием следующего алгоритма:

Алгоритм может иметь другие блоки, включая блоки проверки наличия ошибок, таких как температура образца и условия недостаточного заполнения. Константы, которые могут использоваться в алгоритме, приводятся в Таблице III и Таблице IV ниже. Могут использоваться другие константы.

Для обеспечения четкого и более связного понимания описания и формулы изобретения настоящей заявки предусматриваются следующие определения.

"Анализируемое вещество" определяется как одно или несколько веществ, присутствующих в образце. Анализ определяет присутствие и/или концентрацию анализируемого вещества, присутствующего в образце.

"Образец" определяется как композиция, которая может содержать неизвестное количество анализируемого вещества. Как правило, образец для электрохимического анализа находится в текучей форме, и предпочтительно образец представляет собой водную смесь. Образец может представлять собой биологический образец, такой как кровь, моча или слюна. Образец также может быть получен от биологического образца, такого как экстракт, разведение, фильтрат или разведенный осадок.

"Проводник" определяется как электропроводящее вещество, которое остается стационарным во время электрохимического анализа.

"Точность" определяется как то: насколько близко количество анализируемого вещества, измеренное с помощью системы сенсоров, соответствует истинному количеству анализируемого вещества в образце. Точность может быть выражена в терминах систематической ошибки данных системы сенсоров об анализируемом веществе, по сравнению с эталонными данными об анализируемом веществе. Увеличение значений систематической ошибки отражает уменьшение точности.

"Прецизионность" определяется как то: насколько близки друг к другу множественные измерения анализируемого вещества для одного и того же образца. Прецизионность может быть выражена в терминах разброса или вариации для множества измерений.

"Окислительно-восстановительная реакция" определяется как химическая реакция между двумя видами частиц, включающая в себя перенос, по меньшей мере, одного электрона от первого вида частиц ко второму виду частиц. Таким образом, окислительно-восстановительная реакция включает в себя окисление и восстановление. Окислительный полуэлемент реакции осуществляет потерю, по меньшей мере, одного электрона частицами первого вида, в то время как восстановительный полуэлемент включает в себя добавление, по меньшей мере, одного электрона к частицам второго вида. Ионный заряд частиц, которые окисляются, делается положительнее на величину, равную количеству удаляемых электронов. Подобным же образом ионный заряд частиц, которые восстанавливаются, делается отрицательнее на величину, равную количеству полученных электронов.

"Медиатор" определяется как вещество, которое может окисляться или восстанавливаться и которое может переносить один или несколько электронов. Медиатор представляет собой реагент при электрохимическом анализе и не является анализируемым веществом, представляющим интерес, но обеспечивает опосредованное измерение анализируемого вещества. В простой системе медиатор подвергается окислительно-восстановительной реакции в ответ на окисление или восстановление анализируемого вещества. Окисленный или восстановленный медиатор затем подвергается противоположной реакции на рабочем электроде сенсорной полоски и регенерируется до своего исходного окислительного числа.

"Связующее вещество" определяется как материал, который обеспечивает физическую опору и удерживание реагентов, в то же время имеющий химическую совместимость с реагентами.

"Условия недостаточного заполнения" определяются как образец биологической текучей среды в биосенсоре, имеющий размер или объем, который не является достаточно большим для биосенсора, чтобы точно и/или прецизионно анализировать концентрацию одного или нескольких анализируемых веществ в биологической текучей среде.

"Ручное устройство" определяется как устройство, которое может удерживаться в руке человека и является портативным. Пример ручного устройства представляет собой измерительное устройство, соответствующее Ascensia® Elite Blood Glucose Monitoring System, доступное от Bayer HealthCare, LLC, Elkhart, В.

Хотя описываются различные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что и другие варианты осуществления и воплощения являются возможными в рамках настоящего изобретения.