DE102006014825A1 - Switching arrangement for voltametric signal processing of bio-sensor, has switch field inserted between actual signal processing system and sensor such that actual voltametric measurement is performed in each defined switching position - Google Patents

Switching arrangement for voltametric signal processing of bio-sensor, has switch field inserted between actual signal processing system and sensor such that actual voltametric measurement is performed in each defined switching position Download PDF

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Abstract

The arrangement has a switch field inserted between an actual signal processing system and a sensor (1) such that an actual voltametric measurement is performed with exchanged connection of operating and counter electrodes (2, 4) or with a reference electrode (3) and the electrode (4) in each defined switching position. An impedance measurement is performed in connection with controllable test signal sources with different frequencies or voltages and measurement of the resistance. Impedance, phase or current measurement between the electrodes is performed at the sensor. An independent claim is also included for a procedure for voltametric signal processing of bio sensors with three-electrode arrangements.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren für die voltametrische Signalverarbeitung von Biosensoren mit Drei-Elektroden-Anordnungen, bestehend aus einer oder mehreren Arbeitselektroden, einer Referenzelektrode und einer Gegenelektrode, mittels eines mit der Drei-Elektroden-Anordnung über einen Sensorsteckverbinder verbundenen Signalverarbeitungssystems, bestehend aus einer analogen potentiostatischen Regelschaltung, einem Strom-Spannungswandler und einem Analog-Digital-Wandler, die mit einem Mikrocontroller verbunden sind.The The invention relates to a circuit arrangement and a method for the voltammetric Signal processing of biosensors with three-electrode arrangements, consisting of one or more working electrodes, a reference electrode and a counter electrode, by means of one with the three-electrode arrangement via a Sensor connector connected signal processing system consisting from an analog potentiostatic control circuit, a current-voltage converter and an analog-to-digital converter connected to a microcontroller are.

Mit der Nutzung von Einmalgebrauchs-Sensoren in Kombination mit Handmessgeräten, die auf der Grundlage einer enzymatischen Indikationsreaktion eine quantitativ messende, schnelle und kostengünstige Blutglucosemessung zur Selbstanwendung ermöglichen, sind Messsysteme erforderlich, die sowohl eine einfache Handhabung als auch eine möglichst zuverlässige Messung bei einer minimalen Probemenge für den Anwender sichern sollten.With the use of disposable sensors in combination with handheld measuring devices, the on the basis of an enzymatic indication reaction a quantitative measuring, fast and cost-effective Enable blood glucose measurement for self-application, measurement systems are required, which is both easy to use and as possible reliable Measurement should be saved with a minimum amount of sample for the user.

In den letzten fünfzehn Jahren sind auf der Grundlage insbesondere derartiger enzymatisch-elektrochemischer Einmalgebrauchs-Sensoren eine Reihe kommerzieller Produkte entstanden, die einfach bedienbare Glucosemeter zum Auslesen und zur Verarbeitung der Messsignale von Teststreifen, einschließlich der Anzeige und Speicherung der resultierenden Blutglucosewerten verwenden.In the last fifteen Years are based in particular on such enzymatic-electrochemical Single-use sensors arose a series of commercial products that easy-to-use glucose meters for reading and processing test strip measurement signals, including display and storage use the resulting blood glucose levels.

Für die Einmalgebrauchs-Sensoren als wichtigstes Element dieses Messsystems, die umgangssprachlich auch als Teststreifen bezeichnet bzw. im Englischen Disposables oder „one shot"-Sensoren genannt werden, sind eine Vielzahl technischer Lösungen bekannt ( EP 274215 , US 490042 , US 5628890 , US 5120420 , EP0874984 , WO 99/30152, US 5997817 , US 6270637 , US 5645709 , US 5627075 , US 5708247 , EP 0877244 , US 6129823 , EP 11113263 , US 6120676 , US 6299757 , US 6338790 , US 6258229 , US 6287451 , US 6156173 , US 5779867 , US 5863400 , US 6174420 , US 6207000 , DE 100 32 042 , US 2001/0050228, EP 1167538 , US 6180062 , US 6325975 , US 6540891 , US 625229 , US 6571651 , US 6558528 , US 6254736 , US 6814843 , US 6414410 , US 6645359 , US 6743635 , US 2004/0108206, US 2004/0224369, US 2005/0067280, US 2005/0098433, US 2005/0103624).For disposable sensors as the most important element of this measurement system, colloquially referred to as test strips or called in English disposables or "one-shot" sensors, a variety of technical solutions are known ( EP 274215 . US 490042 . US 5628890 . US 5120420 . EP0874984 , WO 99/30152, US 5997817 . US 6270637 . US 5645709 . US 5627075 . US 5708247 . EP 0877244 . US 6129823 . EP 11113263 . US 6120676 . US 6299757 . US 6338790 . US 6258229 . US 6287451 . US 6156173 . US 5779867 . US 5863400 . US 6174420 . US 6,207,000 . DE 100 32 042 , US 2001/0050228, EP 1167538 . US 6180062 . US 6325975 . US 6540891 . US 625229 . US 6571651 . US 6558528 . US 6254736 . US 6814843 . US 6414410 . US 6,645,359 . US 6743635 , US 2004/0108206, US 2004/0224369, US 2005/0067280, US 2005/0098433, US 2005/0103624).

Die Teststreifen basieren auf einer enzymatischvoltametrischen Indikation. Die bekannten technischen Lösungen werden realisiert, indem auf einem Kunststoffsupport eine Zwei- oder Dreielektrodenanordnung aus Kohlenstoffpasten oder einer dünnen metallischen Schicht oder aus metallbeschichteten Folien mittels Siebdruck, Sputtern oder durch Aufkleben aufgebracht werden. Unmittelbar über der Elektrodenanordnung befindet sich eine Reaktionsschicht, die einen Elektronenmediator, eine Oxidoreduktase sowie Additive zur Stabilisierung und schnellen Benetzbarkeit enthält. Als Oxidoreduktasen werden entweder Oxidasen und PQQ- oder NAD+ abhängige Dehydrogenasen und als Mediatoren beispielsweise chinoide Redoxfarbstoffe oder redoxaktive Metallkomplexe verwendet.The test strips are based on an enzymatic voltammetric indication. The known technical solutions are realized by applying on a plastic support a two- or three-electrode arrangement of carbon pastes or a thin metallic layer or metal-coated films by screen printing, sputtering or by gluing. Immediately above the electrode assembly is a reaction layer containing an electron mediator, an oxidoreductase and additives for stabilization and fast wettability. The oxidoreductases used are either oxidases and PQQ- or NAD + -dependent dehydrogenases, and as mediators, for example, quinoid redox dyes or redox-active metal complexes.

Die voltametrische Nachweisreaktion erfolgt durch eine voltametrisch kontrollierte Oxidation des aus der enzymatischen Reaktion mit dem Blutanalyten zuvor reduzierten Redoxmediators. Eine bekannte technische Lösung benutzt das Prinzip der spektroelektrochemischen Dünnschichtzelle mit coulometrischem Nachweis des Gesamtstoffumsatzes an einem reduzierten Mediator bzw. Analyten in der Messzelle ( US 6120676 , US 6299757 , US 6338790 , Feldman et al., Diabetes Technology Therapeutics 2 (2000) 2, 221-229).The voltammetric detection reaction is carried out by a voltametrically controlled oxidation of the previously reduced from the enzymatic reaction with the Blutanalyten redox mediator. A known technical solution uses the principle of the spectroelectrochemical thin-layer cell with coulometric detection of the total metabolism of a reduced mediator or analyte in the measuring cell ( US 6120676 . US 6299757 . US 6338790 Feldman et al., Diabetes Technology Therapeutics 2 (2000) 2, 221-229).

Die Probe wird entweder direkt auf die Schichtenfolge gegeben ( US 5628890 , EP 0874984 , DE 100 32 042 ) oder unter Ausnutzung der Kapillarkraftwirkung in die Reaktionsschicht über der Elektrodenanordnung gesaugt ( EP 274215 , US 490042 ). Dazu wird ein Kapillarspalt zur Probeaufnahme unmittelbar über der Elektrodenanordnung oder eine mikrofluidische Messkammer ( DE 102 34 564 ) geschaffen.The sample is either added directly to the layer sequence ( US 5628890 . EP 0874984 . DE 100 32 042 ) or sucked using the capillary force effect in the reaction layer over the electrode assembly ( EP 274215 . US 490042 ). For this purpose, a capillary gap for sample recording directly above the electrode arrangement or a microfluidic measuring chamber ( DE 102 34 564 ) created.

Als elektrochemisches Indikationssystem dient entweder eine Zweielektrodenanordnung, die aus einer Arbeits- und einer Bezugs-(Pseudoreferenz)elektrode besteht oder aus einer Dreielektrodenanordnung, die aus einer Arbeits-, Gegen- und Referenzelektrode besteht.When electrochemical indication system serves either a two-electrode arrangement, consisting of a working and a reference (pseudoreference) electrode consists of a three-electrode arrangement consisting of a working, Counter and reference electrode exists.

Eine Reihe technischer Lösungen sieht zusätzlich Schichten mit Filterwirkung gegenüber Blutzellen und anderen im Blut enthaltenen und die Messung beeinflussenden Substanzen vor ( US 5628890 , EP 0874984 , WO99/30152, US 5997817 , US6270637 ).A number of technical solutions additionally provide layers with filtering action against blood cells and other substances contained in the blood and influencing the measurement ( US 5628890 . EP 0874984 , WO99 / 30152, US 5997817 . US6270637 ).

Darüber hinaus gilt es, eine zuverlässige Messung zu sichern, die ein in Bezug auf Richtigkeit und Präzision korrektes Messergebnis liefert. Deshalb sind Umgebungsbedingungen wie die Temperatur oder Luftfeuchtigkeit, Substanzen aus der Probe wie Ascorbat, Harnsäure, Bilirubin, elektrochemisch aktive Medikamente, der Hämatokritwert, unsichere Prozeduren wie das seitenrichtige Einstecken des Sensors in das Meter, die ausreichende Befüllung der Messkammer mit der Probe, der Beginn der Messung aber auch die Funktion der Hardware des Meters während der Messprozedur einer weitestgehenden Kontrolle zu unterziehen. Für die Erfassung und Kontrolle der beeinflussenden Faktoren sind eine Reihe technischer Lösungen bekannt, die deren Einfluss minimieren, kompensieren oder verhindern sollen. In praktischen Lösungen werden zusätzliche Schutzschichten, semipermeable oder poröse Membranschichten beschrieben, die über der Reaktionsschicht aufgetragen sind und die eine Diffusion der störendenden Substanzen während der vergleichsweise kurzen Messzeit zum Elektrodensystem verhindern oder zumindest stark verringern sollen (US 2005/0098431). Effektiver ist jedoch die separate Detektion der interferierenden Substanzen, insbesondere für Patienten im klinischen Bereich, da hier auch mit wenig bekannten elektrochemisch aktiven Wirkstoffen aus Medikamenteneinnahmen oder summarischen Effekten zu rechnen ist, für die die Diffusionsbarriereschichten nicht ausgelegt sind. Beispielsweise nutzt deshalb eine bekannte technische Lösung eines Glucosesensors eine zusätzliche Arbeitselektrode, die ausschließlich der Erfassung von Interferenzströmen aus der Oxidation von Ascorbat, Harnsäure, Bilirubin, Paracetamol oder anderen elektrochemisch aktiven Medikamenten der Blutprobe dient, so dass der summarische Signalstrom um diesen Betrag korrigiert werden kann ( US 6540891 , US 6287451 ). Für die Kompensation des Hämatokritwertes werden sowohl parallel zu den elektrochemischen Elektrodenanordnungen zwei zusätzliche Messelektroden mit Wechselspannung ( US 6287451. ) oder die zwei Elektroden der amperometrischen Messkette parallel zur Gleichspannung mit einem Wechselstromanteil (US 2004/0256248) beaufschlagt, um eine Impedanzmessung zu ermöglichen. Aus der Admittanz und/oder dem Phasenwinkel, die erforderlichenfalls bei unterschiedlichen Frequenzen ermittelt werden, kann ein Korrekturfaktor für die Hämatokritabhängigkeit ermittelt werden und darüber hinaus kann eine Temperaturkorrektur erfolgen (US 2003/0064525, US 2004/0256248). Zur Kontrolle einer ausreichenden Probemenge auf der Indikationsfläche bzw. ausreichenden Befüllung des Sensors mit der Probe wird entweder ein Triggerstrom zwischen zwei Elektroden der amperometrischen Messkette kontrolliert ( US 5352351 , US 2003/0064525) oder ein zusätzliches Elektrodenpaar am Ende der kapillaren Befüllungsstrecke des Sensors angeordnet, die diese Aufgabe übernehmen ( US 6743635 ). Über das jeweilige Elektrodenpaar erfolgt mittels Wechselspannung eine Impedanzmessung, so dass gleichzeitig eine Information darüber erhalten werden kann, ob es sich um eine Blutprobe oder um eine Kalibrier- bzw. Kontrolllösung handelt ( US 6743635 , US 2003/0064525). Die Patentanmeldung US 2005/00191212 beschreibt die Verwendung eines zusätzlichen Elektrodenpaares, das im hinteren Teil längs der Messkammer angeordnet ist, so dass über die Impedanzmessung eine Quantifizierung des Befüllungsgrades erfolgen kann. Für die Überwachung des standardmäßig zu erwartenden Signalbildungsverlaufes ist in der Patentschrift US 5243516 ein Verfahren beschrieben, das eine Schar von Referenzkonstanten zur Bewertung eines aktuellen Messkurvenverlaufs zugrunde legt. Der Vergleich und die Bewertung sind Bestandteil der Messprozedur und erst bei positiver Bewertung erfolgt auch eine Messwertausgabe. Zur Vermeidung von Falscheingaben der Sensor-Code-Nummern sieht eine technische Lösung vor der Messung die Abtastung einer bestimmten Anzahl von Sensorkontakten vor, die untereinander mit unterschiedlichen Widerstandsleitbahnen verbunden sind und über das Glucosemeter die entsprechende Zuordnung einer Kalibriergeraden für die Auswertung des Messsignals enthalten (US 2004/0244151). Schließlich ist es Stand der Technik, mit Hilfe eines Dummys oder eines normalen Testsreifens, der mit einer Kontrolllösung befüllt wird, die Hardwarefunktion einschließlich der mechanischen Sensorkontaktierung des Glucosemeters zu überprüfen und Fehlfunktionen anzuzeigen.In addition, it is important to ensure a reliable measurement, which provides a correct in terms of accuracy and precision measurement result. Therefore, ambient conditions such as temperature or humidity, substances from the sample such as ascorbate, uric acid, bilirubin, electrochemically active drugs, the hematocrit value, insecure procedures such as inserting the sensor in the meter, the sufficient filling of the measuring chamber with the sample, the beginning The measurement but also the function of the hardware of the meter during the measurement procedure to a broadest control to undergo. For the capture and con A number of technical solutions are known to control the influencing factors, which are intended to minimize, compensate or prevent their influence. Practical solutions describe additional protective layers, semipermeable or porous membrane layers which are applied over the reaction layer and which are intended to prevent or at least greatly reduce diffusion of the interfering substances during the comparatively short measuring time to the electrode system (US 2005/0098431). More effective, however, is the separate detection of the interfering substances, especially for patients in the clinical field, since it is to be expected also from little known electrochemically active agents from drug revenues or summary effects for which the diffusion barrier layers are not designed. For example, therefore, a known technical solution of a glucose sensor uses an additional working electrode which exclusively serves to detect interference currents from the oxidation of ascorbate, uric acid, bilirubin, paracetamol or other electrochemically active drugs of the blood sample, so that the total signal current can be corrected by this amount ( US 6540891 . US 6287451 ). For the compensation of the hematocrit value, two additional measuring electrodes with alternating voltage (parallel to the electrochemical electrode arrangements) are ( US 6287451. ) or the two electrodes of the amperometric measuring chain parallel to the DC voltage with an alternating current component (US 2004/0256248) applied to allow an impedance measurement. From the admittance and / or the phase angle, which are determined if necessary at different frequencies, a correction factor for the hematocrit dependence can be determined and, moreover, a temperature correction can be carried out (US 2003/0064525, US 2004/0256248). To control a sufficient amount of sample on the indication surface or sufficient filling of the sensor with the sample, either a trigger current between two electrodes of the amperometric measuring chain is controlled ( US 5352351 , US 2003/0064525) or an additional pair of electrodes at the end of the capillary filling path of the sensor, which perform this task ( US 6743635 ). An impedance measurement is carried out via the respective electrode pair by means of alternating voltage so that information can be obtained at the same time as to whether it is a blood sample or a calibration or control solution ( US 6743635 , US 2003/0064525). The patent application US 2005/00191212 describes the use of an additional electrode pair, which is arranged in the rear part along the measuring chamber, so that a quantification of the degree of filling can take place via the impedance measurement. For the monitoring of the signal processing curve to be expected by default is in the patent US 5243516 a method is described that uses a family of reference constants to evaluate a current trace. The comparison and the evaluation are part of the measuring procedure and only with a positive evaluation is also a measured value output. To avoid false inputs of the sensor code numbers provides a technical solution before the measurement, the scanning of a certain number of sensor contacts, which are connected to each other with different resistance and via the Glucosemeter the corresponding assignment of a calibration line for the evaluation of the measurement signal included (US 2004/0244151). Finally, it is state of the art to check the hardware function, including the mechanical sensor contact of the glucose meter, and indicate malfunctions with the aid of a dumbbell or a normal test tire filled with a control solution.

Die bekannten Sensoren und Messsysteme beziehen sich in der Regel auf die Lösung einzelner Probleme zur besseren Kontrolle der Messprozedur. Häufig werden dabei zusätzliche Elektrodenanordnungen und damit kompliziertere Geometrien genutzt, die wiederum weitere potentielle Fehlerquellen in sich bergen. Darüber hinaus muss der Anwender den Hardwaretest seines Meters in der Regel mit einem Dummy-Sensor separat durchführen.The known sensors and measuring systems usually relate to the solution individual problems to better control the measurement procedure. Become frequent while additional Used electrode arrangements and thus more complicated geometries, which in turn hold further potential sources of error. Furthermore The user usually has to carry out the hardware test of his meter Perform a dummy sensor separately.

Die technische Aufgabe, die der Erfindung deshalb zugrunde liegt, besteht darin, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren anzugeben, mit deren Hilfe im Verlaufe der Messprozedur neben dem eigentlichen elektrochemischen Messverfahren und dessen Anwendung auf unterschiedliche Elektrodenkombinationen, die Anwendung von Impedanzmessungen, die Steckkontakte auf Kontaktgabe bzw. Nebenschluss, der Sensor selbst auf die Restfeuchte seiner Reagenzschicht oder eine vorangegangene Benutzung kontrollierbar sind und darüber hinaus elektronikinterne Referenzen zum Test der Schaltungsanordnung bereitgestellt werden können und der Test ermöglicht wird.The technical problem underlying the invention therefore exists It is to provide a circuit arrangement and a method with whose Help in the course of the measurement procedure in addition to the actual electrochemical Measuring method and its application to different electrode combinations, the application of impedance measurements, the plug contacts to contact or shunt, the sensor itself on the residual moisture of his Reagent layer or a previous use controllable are and above In addition, electronics-internal references for testing the circuit arrangement can be provided and the test allows becomes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention Problem solved by the features of claims 1 and 3. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Danach ist zwischen dem eigentlichen Signalverarbeitungssystem und dem Sensorsteckverbinder ein Schalterfeld so in den Signalweg eingefügt, dass wahlweise in jeweils einer definierten Schalterstellung die eigentliche voltametrische Messung oder eine weitere voltametrische Messung mit vertauschtem Anschluss von Arbeits- und Gegenelektrode oder bei gleicher Referenz- und Gegenelektrode mit zusätzlichen Arbeitselektroden, mittels einer Wechselspannung eine Impedanzmessung zwischen Arbeits- und Referenzelektrode, Gegen- und Referenzelektrode, Arbeits- und Gegenelektrode, Arbeits- und Gegen- und Referenzelektrode oder zwischen zwei gleichen Elektroden oder Arbeits- und Gegenelektrode oder in Verbindung mit systeminternen, steuerbaren Testsignalquellen bei verschiedenen Frequenzen oder Spannungen eine Messung des Widerstandes, der Impedanz, der Phase oder des Stromes zwischen je zwei Elektroden am noch trockenen (unbenutzten) und am mit Probe versehenen Sensor durchführbar ist.Thereafter, between the actual signal processing system and the sensor connector, a switch field is inserted into the signal path that optionally in each case a defined switch position the actual voltametric measurement or another voltametric measurement with reversed connection of working and counter electrode or the same reference and counter electrode with additional Working electrodes, by means of an AC voltage, an impedance measurement zwi rule working and reference electrode, counter and reference electrode, working and counter electrode, working and counter and reference electrode or between two identical electrodes or working and counter electrode or in conjunction with intrinsic, controllable test signal sources at different frequencies or voltages, a measurement of the resistance , the impedance, the phase or the current between each two electrodes on the still dry (unused) and the sampled sensor is feasible.

Das Schalterfeld besteht vorzugsweise aus Analogschaltern, Analogumschaltern und/oder Analogmultiplexern.The Switch panel is preferably made of analog switches, analog switches and / or analog multiplexers.

Als Wechselspannung dienen vorzugsweise Sinussignale oder Impulse.When AC voltage are preferably sine signals or pulses.

Mit Rücksicht darauf, dass unter ungünstigen Verhältnissen die Netzfrequenz über parasitäre Kapazitäten eingekoppelt werden kann, sind die Zeitintervalle zur Umschaltung der Analogschalter (Messsequenzen) des Schalterfeldes vorzugsweise an die Netzfrequenz gekoppelt und betragen bei 50 Hz Netzfrequenz 20 ms oder ein ganzzahliges Vielfaches davon; ebenso beträgt das Abtastintervall für die Messsignale 20 ms oder ein Vielfaches davon.With consideration on that under unfavorable conditions the mains frequency over parasitic capacitances coupled can be the time intervals for switching the analogue switches (measuring sequences) the switch panel is preferably coupled to the mains frequency and are at 50 Hz mains frequency 20 ms or an integer multiple from that; is also the sampling interval for the Measuring signals 20 ms or a multiple thereof.

Das Schalterfeld wird zwischen dem Steckverbinder des Meters zur Kontaktierung der Elektrodenanschlüsse des Sensors, der potentiostatisch wirkenden Regelschaltung und der Schaltung zur Strom-Spannungs-Wandlung derart angeordnet, dass nach der Kontaktierung des Sensors mit dem Signalverarbeitungssystem der Signalverarbeitungsweg elektronisch umschaltbar ist, so dass wahlweise vom Sensor eine oder mehrere Arbeitselektroden zuschaltbar, Arbeits- und Gegenelektrode gegeneinander umschaltbar und die Elektroden oder der Signaleingang des Meters mit verschiedenen Spannungsformen, Testsignalen oder einer oder mehreren Referenzstromquellsignalen applizierbar sind.The Switch panel is used between the connector of the meter for contacting the electrode connections of the sensor, the potentiostatic control circuit and the Circuit for current-voltage conversion arranged such that after the contacting of the sensor with the signal processing system the signal processing path is electronically switchable, so that optionally one or more working electrodes switchable by the sensor, Working and counterelectrode switchable to each other and the electrodes or the signal input of the meter with different voltage forms, Test signals or one or more reference current source signals can be applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet eine mehrstufige Messprozedur, die mit dem Einstecken des Sensors initiiert wird und die wahlweise die folgenden Teilschritte umfasst:

  • a) automatische Kontrolle des Signalverarbeitungssystems der Messanordnung vor der Messung, indem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über einen Kalibrierwiderstand eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller verschiedene, konstante Spannungen ausgegeben werden und vom Mikrocontroller die so generierten Ströme ausgewertet werden;
  • b) Test des Steckverbinders auf Kontamination oder Nebenschluss und Test des Sensors auf Restfeuchte der Reagenzschicht bzw. vorangegangene Benutzung und Schluss vor Herstellung und Anzeige der Messbereitschaft, indem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über den Steckverbinder und den Sensor eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller eine bipolare Rechteckspannung ausgegeben wird und vom Mikrocontroller die am Strom-Spannungs-Wandler gemessene Spannung ausgewertet wird;
  • c1) Starten der üblichen voltametrischen Messung durch Triggern der Messprozedur in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad des Sensors bei mittels des Schalterfeldes auf erhöhte Empfindlichkeit geschaltetem Strom-Spannungs-Wandler;
  • c2) Durchführen der üblichen voltametrischen Messung durch Verbinden der Gegenelektrode des Sensors mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung, der Arbeitselektrode des Sensors mit dem Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers und der Referenzelektrode des Sensors mit dem Eingang der potentiostatischen Regelschaltung über das Schalterfeld, Ausgabe einer Polarisationsspannung durch den Mikrocontroller und Messen von mehreren Stromwerten sowie deren numerische Integration in einem festgelegten Zeitraster;
  • c3) Durchführen der inversen voltametrischen Messung nach vorgegebenen Zeitintervallen durch Vertauschen der Verbindung zwischen der Gegenelektrode des Sensors und der oder den Arbeitselektroden mittels des Schalterfeldes;
  • c4) voltametrische Messung mit weiteren Arbeitselektroden durch Zuschalten der entsprechenden Arbeitselektrode zu den Elektroden des Sensors mittels des Schalterfeldes;
  • d) Impedanzmessung zwischen ausgewählten Elektroden, indem über das Schalterfeld eine Elektrode mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung und die andere Elektrode mit dem Strom-Spannungs-Wandler verbunden werden und der Spitzenwert des Stromes bei einer durch den Mikrocontroller ausgegebenen Spannung gemessen wird;
  • e) Kontrolle aller Sensor-Steckkontakte nach einer Messung, indem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über den Steckverbinder und den Sensor eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller eine bipolare Rechteckspannung ausgegeben wird und vom Mikrocontroller die am Strom-Spannungs-Wandler gemessene Spannung ausgewertet wird;
  • f) Kontrolle des Steckverbinders ohne Sensor, in dem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über den Steckverbinder eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller eine bipolare Rechteckspannung ausgegeben wird und vom Mikrocontroller die am Strom-Spannungs-Wandler gemessene Spannung ausgewertet wird,
wobei während des Messprozesses der Mikrocontroller mittels eines auf das Schalterfeld abgestimmten Steueralgorithmus die jeweils notwendigen Adressinformationen zur Steuerung des Schalterfeldes bereitstellt und über einen Auswertealgorithmus die im Verlaufe des Messprozesses gewonnenen und zwischengespeicherten Ladungswerte sowie die Korrektur- und Hilfsinformationen verrechnet, mit Soll- und Grenzwerten vergleicht und einen Messwert berechnet.The method according to the invention comprises a multi-stage measuring procedure, which is initiated with the insertion of the sensor and which optionally comprises the following sub-steps:
  • a) automatic control of the signal processing system of the measuring arrangement prior to the measurement, by means of the switching field of the potentiostatic control circuit via a calibration resistor connects to the current-voltage converter, the microcontroller different, constant voltages are output and evaluated by the microcontroller, the currents thus generated become;
  • b) Test the connector for contamination or shunt and test the sensor for residual moisture of the reagent layer or previous use and final before production and display of measurement readiness by using the switch panel of the potentiostatic control circuit via the connector and the sensor connect to the current Voltage converter takes place, from the microcontroller, a bipolar square wave voltage is output and evaluated by the microcontroller, the voltage measured at the current-voltage converter;
  • c1) starting the usual voltammetric measurement by triggering the measurement procedure as a function of the degree of filling of the sensor in the case of switched by the switch field to increased sensitivity current-voltage converter;
  • c2) performing the usual voltammetric measurement by connecting the counter electrode of the sensor to the output of the potentiostatic control circuit, the working electrode of the sensor with the input of the current-voltage converter and the reference electrode of the sensor with the input of the potentiostatic control circuit via the switch panel, outputting a Polarization voltage through the microcontroller and measurement of multiple current values and their numerical integration in a fixed time grid;
  • c3) carrying out the inverse voltammetric measurement after predetermined time intervals by exchanging the connection between the counter electrode of the sensor and the working electrode (s) by means of the switch field;
  • c4) voltametric measurement with further working electrodes by connecting the corresponding working electrode to the electrodes of the sensor by means of the switch field;
  • d) impedance measurement between selected electrodes by connecting one electrode to the output of the potentiostatic control circuit and the other electrode to the current-to-voltage converter via the switch panel and measuring the peak value of the current at a voltage output by the microcontroller;
  • e) Checking all sensor plug-in contacts after a measurement, by means of the switching field of the potentiostatic control circuit via the connector and the sensor is connected to the current-voltage converter, the microcontroller outputs a bipolar square wave voltage and the microcontroller at the current Voltage converter measured voltage is evaluated;
  • f) control of the connector without a sensor, in which by means of the switch panel of the potentiostatic control circuit via the connector is a connection to the current-voltage converter, from the microcontroller, a bipolar square wave voltage is output from the microcontroller and the current span voltage transducer is evaluated,
wherein during the measuring process, the microcontroller provides the respectively necessary address information for controlling the switch field by means of a control algorithm matched to the switch field and calculates and compares the charge values obtained during the measuring process with the correction and auxiliary information, compares them with setpoints and limit values and calculates a measured value.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben den Vorteil, dass

  • – verschiedene elektrochemische Messverfahren, insbesondere die voltametrische Messung, die voltametrische Messung mit invers betriebener Arbeits- und Gegenelektrode des Sensors und eine Impedanzmessung mit den selben Elektroden des Sensors und/oder den selben elektronischen Komponenten in einem Messprozess durchführbar sind,
  • – mehrere Arbeitselektroden mit der selben Referenz – und Gegenelektrode mit nur einem Signalverarbeitungskanal ausgemessen und
  • – zwischen beliebigen Elektroden des Sensors unterschiedliche Spannungen angelegt werden können und bei Bedarf Triggersträme ableitbar sind, so dass ereignisbezogen an steckbaren Biosensoren mit drei bis acht Kontakten im Verlauf der Messprozedur die Steckkontakte auf Kontaktgabe bzw. Schluss, der Sensor selbst auf die Restfeuchte seiner Reagenzschicht und eine vorangegangene Benutzung kontrollierbar und darüber hinaus elektronikinterne Referenzen zum Test der Schaltungsanordnung bereitgestellt werden können, so dass die Funktion der Messeinrichtung während der Messprozedur einer weitgehenden Kontrolle und die Messung selbst einer Störsignalkompensation und einer Autokalibration der Hardware unterliegt.
The measures according to the invention have the advantage that
  • Various electrochemical measurement methods, in particular the voltammetric measurement, the voltammetric measurement with inversely operated working and counterelectrode of the sensor and an impedance measurement with the same electrodes of the sensor and / or the same electronic components can be carried out in a measuring process,
  • - Measured several working electrodes with the same reference and counter electrode with only one signal processing channel and
  • - Between different electrodes of the sensor different voltages can be applied and trigger currents are derived as needed, so that event related to pluggable biosensors with three to eight contacts in the course of the measurement procedure, the plug contacts on contact or final, the sensor itself to the residual moisture of its reagent layer and a prior use can be controlled and furthermore electronic-internal references for testing the circuit arrangement can be provided, so that the function of the measuring device during the measuring procedure is subject to extensive control and the measurement itself is subject to interference signal compensation and auto-calibration of the hardware.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und das Verfahren können zur interferenzkorrigierten Konzentrationsmessung und Multiparameterbestimmung mit chemischen Sensoren und Biosensoren in komplexen wässrigen Medien verwendet werden.The inventive circuit arrangement and the method can for interference-corrected concentration measurement and multiparameter determination with chemical sensors and biosensors in complex aqueous Media to be used.

Besonders geeignet ist die Erfindung für portable Handmessgeräte in Kombination mit Einmalgebrauchssensoren im Home-Care- und Point-of-Care-Bereich zur Konzentrationsbestimmung von Blutparametern.Especially the invention is suitable for portable handheld instruments in combination with single-use sensors in the home-care and point-of-care area for concentration determination of blood parameters.

Aufgrund der routinemäßigen automatischen multiplexen Verfahrensweise zur Abfrage, Kontrolle und ggf. Nachkalibrierung elektronischer Parameter des Messgerätes und der Abfrage und Bewertung elektronischer, physikalischer und chemischer Parameter des Einmalgebrauchssensors im Verlauf der Messprozedur kann durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des Schalterarrays eine verbesserte, fehlerarme Messprozedur gesichert werden, die die wesentlichsten Störeinflusse auf die Messprozedur durch interferierende Substanzen der Probe kompensiert, das Anlegen von Aktivierungspotentialen ermöglicht und bei Handhabungsfehlern oder defekten Sensoren eine Messung verhindert. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung eine einkanalige Ausmessung mehrerer Arbeitselektroden, so dass auch bei Multiparametersensoren die Signalverarbeitungshardware einfach gehalten werden kann. Damit kann ein Handmessgerät zur Verfügung gestellt werden, das besonders für Eigenanwendungen durch analytische Laien eine wesentlich zuverlässigere Messung ermöglicht.by virtue of routine automatic multiplexing Procedure for polling, checking and possibly recalibration electronic parameter of the measuring instrument and the interrogation and evaluation of electronic, physical and chemical parameters of the single-use sensor During the course of the measuring procedure, the circuit arrangement according to the invention can be used in connection with the inventive method for operating the Switch arrays secured an improved, low-error measurement procedure be the most significant disruptive to the measurement procedure compensated by interfering substances of the sample, the application of Activation potentials possible and prevents handling in case of handling errors or defective sensors. About that also allows the arrangement is a single-channel measurement of several working electrodes, so that even with multi-parameter sensors the signal processing hardware can be kept simple. This can be a handheld device provided that's especially for in-house applications by analytic layman allows a much more reliable measurement.

Die Schaltungsanordnung und das Verfahren sind besonders geeignet, um zuverlässige Messungen bei Glucosemetern oder Handmessgeräten, die durch analytische Laien für die Selbstanwendung genutzt werden, zu erzielen.The Circuitry and the method are particularly suitable to reliable Measurements on glucose meters or handheld instruments, which are analytical Layman for the self-application can be used to achieve.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe Invention will be explained below with reference to an embodiment. In the associated Drawings show

1 eine dreidimensionale Explosivdarstellung eines Einmalgebrauchs-Biosensors mit Arbeitselektrode, Referenzelektrode und Gegenelektrode, 1 a three-dimensional exploded view of a disposable biosensor with working electrode, reference electrode and counter electrode,

2 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld beim Test des Signalverarbeitungssystems (a), 2 the measuring arrangement with the switch panel according to the invention when testing the signal processing system (a),

3 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld beim Test von Steckverbinder und Sensor (b), 3 the measuring arrangement with the switch panel according to the invention when testing connector and sensor (b),

4 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld beim Triggern der Messprozedur (c1), 4 the measuring arrangement with the switch field according to the invention when triggering the measuring procedure (c1),

5 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld bei der voltametrischen Messung (c2), 5 the measuring arrangement with the switch field according to the invention in the voltametric measurement (c2),

6 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld bei inversem Sensorbetrieb (c3), 6 the measuring arrangement with the switch panel according to the invention in inverse sensor operation (c3),

7 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld bei der voltametrischen Messung mit weitern Arbeitselektroden (c4), 7 the measuring arrangement with the switch field according to the invention in the voltametric measurement with further working electrodes (c4),

8 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld bei der Gewinnung von Korrekturgrößen (d), 8th the measuring arrangement with the switch panel according to the invention in obtaining correction quantities (d),

9 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld bei einer Zuleitungskontrolle nach fehlgeschlagener Messung (e), 9 the measuring arrangement with the switch field according to the invention in a supply line control after failed measurement (e),

10 die Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Schalterfeld beim Test des Steckverbinders ohne Sensor (f), 10 the measuring arrangement with the switch field according to the invention when testing the connector without sensor (f),

11 die Aufzeichnung eines Abschnittes der voltametrischen Messung und der voltametrischen Messung bei inversem Sensorbetrieb eines Laktat-Einmalgebrauchssensors und 11 the recording of a portion of the voltammetric measurement and the voltammetric measurement in inverse sensor operation of a single use lactate sensor and

12 die Abhängigkeit des Impedanzwertes (Wirkwiderstand) eines Laktat-Einmalgebrauchssensors vom Hämatokritwert der Probe. 12 the dependence of the impedance value (effective resistance) of a lactate single-use sensor on the hematocrit value of the sample.

Zur Beschreibung der Erfindung dient ein Einmalgebrauchssensor wie er beispielsweise aus DE 102 56 898 bekannt ist. Der Sensor 1, wie ihn 1 zeigt, enthält in einer kapillaren Messkammer vom Eingang zum Ausgang der Messkammer nacheinander angeordnet eine Referenzelektrode 3, eine erste Arbeitselektrode 2, eine zweite Arbeitselektrode 2a, und eine Gegenelektrode 4. Die Reagenzgemischschicht unterscheidet sich zwischen Arbeitselektrode 2 und Gegenelektrode 4 dadurch, dass die Reagenzgemischschicht über der Gegenelektrode 4 kein Enzym enthält. Darüber hinaus kann sich die Zusammensetzung der Reagenzgemischschichten, die sich auf der ersten Arbeitselektrode 2 und auf der zweiten Arbeitselektrode 2a befinden, dadurch unterscheiden, dass das eine Reagenzgemisch ein erstes Enzym oder Enzymsystem zur Bestimmung eines ersten Analyten enthält und das andere Reagenzgemisch ein zweites Enzym oder Enzymsystem zur Bestimmung eines zweiten Analyten enthält oder eines der Reagenzgemische kein Enzym oder Enzymsystem enthält.To describe the invention is a disposable sensor as he, for example, from DE 102 56 898 is known. The sensor 1 like him 1 shows, in a capillary measuring chamber from the input to the output of the measuring chamber arranged successively a reference electrode 3 , a first working electrode 2 , a second working electrode 2a , and a counter electrode 4 , The reagent mixture layer is different between the working electrode 2 and counter electrode 4 in that the reagent mixture layer over the counter electrode 4 contains no enzyme. In addition, the composition of the reagent mixture layers, which may be on the first working electrode 2 and on the second working electrode 2a distinguish, characterized in that the one reagent mixture contains a first enzyme or enzyme system for the determination of a first analyte and the other reagent mixture contains a second enzyme or enzyme system for the determination of a second analyte or one of the reagent mixture contains no enzyme or enzyme system.

Die Anzahl der Arbeitselektroden beträgt vorzugsweise zwischen zwei und fünf pro Sensor.The Number of working electrodes is preferably between two and five per sensor.

Die Messeinrichtung, wie sie in den 2 bis 10 in einer Schaltungsanordnung mit den jeweils für eine entsprechende Messung eingerichteten Schalterstellungen gezeigt ist, besteht aus dem Sensor 1 mit den Arbeitselektroden 2 und 2a, der Referenzelektrode 3 und der Gegenelektrode 4, einem Steckverbinder 5, einem Schalterfeld 6 mit Analogmultiplexern 7, 8 und 15 sowie einem Analogumschalter 9, einer potentiostatischen Regelschaltung 10 mit einem Digital-Analog-Wandler 17, einem Strom-Spannungs-Wandler 11 mit (Wandlungs- )Widerständen 11a und 11b, einem Analog-Digital-Wandler 12, einem Mikrocontroller 13, der ein residentes oder zum Messzeitpunkt ladbares Programm zur Steuerung des gesamten Messablaufes enthält, einem Kalibrierwiderstand 14 und einem Spitzenwertgleichrichter 16.The measuring device as used in the 2 to 10 is shown in a circuit arrangement with each set up for a corresponding measurement switch positions consists of the sensor 1 with the working electrodes 2 and 2a , the reference electrode 3 and the counter electrode 4 , a connector 5 , a switch panel 6 with analog multiplexers 7 . 8th and 15 as well as an analogue switch 9 , a potentiostatic control circuit 10 with a digital-to-analog converter 17 , a current-voltage converter 11 with (conversion) resistors 11a and 11b , an analog-to-digital converter 12 a microcontroller 13 , which contains a resident or at the time of measurement loadable program for controlling the entire measurement process, a calibration resistor 14 and a peak rectifier 16 ,

Im folgenden wird das Verfahren mit seinen möglichen Test- und Messvarianten anhand der 2 bis 10 erklärt:In the following, the method with its possible test and measurement variants based on the 2 to 10 explained:

a) automatischer Testa) automatic test

Mit dem Einstecken des Sensors 1 erfolgt über dessen Einschaltkontakt die Zuschaltung des Elektronik-Teiles der Messanordnung selbsttätig, wobei unmittelbar darauf unter gemeinsamer Nutzung von Schalterfeld 6, potentiostatischer Regelschaltung 10, Strom-Spannungs-Wandler 11, Analog-Digital-Wandler 12 und Mikrocontroller 13 eine automatischer Test des Signalverarbeitungssystems initiiert wird.With the insertion of the sensor 1 takes place via the Einschaltkontakt the connection of the electronic part of the measuring arrangement automatically, being immediately thereafter under the shared use of switch box 6 potentiostatic control circuit 10 , Current-voltage converter 11 , Analog-to-digital converter 12 and microcontroller 13 an automatic test of the signal processing system is initiated.

Zum Test werden, vom Mikrocontroller 13 gesteuert, über die potentiostatische Regelschaltung 10 nacheinander zwei definierte, konstante Spannungen mit Beträgen zwischen –500 mV und +500 mV erzeugt, welche über den Kalibrierwiderstand 14 zwei definierte Ströme mit Beträgen zwischen –100 μA und +100 μA in den Strom-Spannungs-Wandler 11 einspeisen, die über einen Kanal Ch0 des Analog-Digital-Wandlers 12 gemessen und vom Mikrocontroller 13 ausgewertet werden.To be tested by the microcontroller 13 controlled via the potentiostatic control circuit 10 Two defined, constant voltages with values between -500 mV and +500 mV are generated in succession, which are transmitted via the calibration resistor 14 Two defined currents with amounts between -100 μA and +100 μA in the current-voltage converter 11 via a channel Ch0 of the analog-to-digital converter 12 measured and from the microcontroller 13 be evaluated.

Es werden beispielsweise über die potentiostatische Regelschaltung 10 nacheinander zwei konstante Spannungen U1 = 50 mV und U2 = 450 mV erzeugt, welche über den eingebauten Kalibrierwiderstand 14, dessen Wert 10 kΩ beträgt, zwei definierte Kalibrierströme I1 = 5 μA und I2 = 45 μA generieren. Die Kalibrierströme I1 und I2 werden in den Strom-Spannungs-Wandler 11 eingespeist und von diesem wieder auf Spannungen UADU1 = 125 mV und UADU2 = 1325 mV abgebildet, welche über den Kanal Ch0 des Analog-Digital-Wandlers 12 in Binärzahlen Z1= 341 und Z2 = 3617 gewandelt und vom Mikrocontroller 13 ausgewertet werden.There are, for example, the potentiostatic control circuit 10 successively two constant voltages U 1 = 50 mV and U 2 = 450 mV generated, which via the built-calibration resistor 14 , whose value is 10 kΩ, generate two defined calibration currents I 1 = 5 μA and I 2 = 45 μA. The calibration currents I 1 and I 2 are in the current-voltage converter 11 is fed and re- imaged by this on voltages U ADU1 = 125 mV and U ADU2 = 1325 mV, which via the channel Ch0 of the analog-to-digital converter 12 converted into binary numbers Z 1 = 341 and Z 2 = 3617 and from the microcontroller 13 be evaluated.

Aus diesen beiden Messwerten, das sind die Binärzahlen Z1 und Z2, und den bekannten zu Z1 und Z2 gehörigen Strömen ermittelt der Mikrocontroller 13 unter Zugrundelegung einer linearen Übertragungsfunktion Anstieg und Offset der Übertragungsfunktion und vergleicht diese Istwerte mit einem gespeicherten Sollwertebereich.The microcontroller determines from these two measured values, that is the binary numbers Z 1 and Z 2 , and the known currents belonging to Z 1 and Z 2 13 on the basis of a linear transfer function, the increase and offset of the transfer function and compares these actual values with a stored setpoint range.

Bei Überschreiten des Toleranzbereiches wird dieses signalisiert.When crossing of the tolerance range, this is signaled.

Für diese Prozedur werden die drei Analogmultiplexer 7, 8 und 15 jeweils in die Stellung S3, und der Analogumschalter 9 in die Stellung S0 gebracht (2).For this procedure, the three analog multiplexers 7 . 8th and 15 each in the S3 position, and the analog switch 9 brought to the position S0 ( 2 ).

b) Test von Steckverbinder 5 und Sensor 1 vor Herstellung der Messbereitschaftb) Test of connector 5 and sensor 1 before the measurement readiness is established

Nach Einstecken des Sensors 1, aber vor der Herstellung der Messbereitschaft, werden der Sensor 1 und der Steckverbinder 5 auf Nebenschluss und der Sensor 1 zusätzlich auf Restfeuchte des Reagenzgemisches oder vorangegangene Benutzung getestet, indem bei eingestecktem aber noch unbefülltem Sensor 1 über die potentiostatische Regelschaltung 10 eine vom Mikrocontroller 13 generierte Rechteckspannung, deren Betrag zwischen ±50 und ±500 mV liegt, und deren feste Frequenz zwischen 0,1 und 1 Hz liegen kann, ausgegeben wird. Die zugehörige Schalterstellung zeigt 3. Dabei werden der Analogumschalter 9 und die Schalter der Multiplexer 7 und 8 in die Stellung S1 gebracht, während der Analogumschalter 15 in Stellung S3 verbleibt.After plugging in the sensor 1 but before making the measuring readiness, become the sensor 1 and the connector 5 on shunt and the sensor 1 additionally tested for residual moisture of the reagent mixture or previous use, by inserting but still unfilled sensor 1 via the potentiostatic control circuit 10 one from the microcontroller 13 generated square-wave voltage whose magnitude is between ± 50 and ± 500 mV, and whose fixed frequency can be between 0.1 and 1 Hz output. The associated switch position shows 3 , This will be the analog switch 9 and the switches of the multiplexers 7 and 8th placed in position S1, while the analog switch 15 remains in position S3.

Wenn bei diesen Schalterstellungen weder am Kanal Ch0 noch am Kanal Ch1 des Analog-Digital-Wandlers 12 ein mit der Rechteckspannung korreliertes Signal messbar ist, ist der Steckverbinder 5 nicht kontaminiert und hat keinen Nebenschluss und der Sensor 1 ist weder feucht noch bereits benutzt worden. Dazu muss unter Berücksichtigung von Rausch- und Störspannungen die Amplitude der gemessenen Spannung unter 1mV liegen.If at these switch positions neither on the channel Ch0 nor on the channel Ch1 of the analog-to-digital converter 12 a signal correlated with the square wave voltage is measurable, is the connector 5 not contaminated and has no shunt and the sensor 1 has not been wet or used. For this purpose, taking into account noise and interference voltages, the amplitude of the measured voltage must be less than 1mV.

c) Starten und Durchführen der Messprozedurc) starting and performing the measurement procedure

c1) Auslösen der Messprozedur (Triggerung)c1) trigger the Measurement procedure (triggering)

Die Messprozedur wird in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad des Sensors 1 eingeleitet, indem bei Erreichen des Sollbefüllungsgrades ein Triggerstrom generiert wird, der zwischen 50 nA und 500 nA beträgt. Bis zum Triggerereignis ist durch das Schalterfeld 6 eine Arbeits- (oder Gegen-) Elektrode 2, 2a, 4 mit dem Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers 11 und eine Gegen-(oder Arbeits-)Elektrode 2, 2a, 4 mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung 10 verbunden; der Strom-Spannungs-Wandler 11 ist dabei mittels Analogmultiplexer 15 in Stellung S2 auf eine im Vergleich zur Signalstromregistrierung bis 50-fach höhere Empfindlichkeit geschaltet, um eine sichere und schnelle Triggerung zu erreichen (4). Die erhöhte Empfindlichkeit wird durch Zuschalten eines entsprechend großen Widerstandes 11b, dessen Wert 1 MΩ beträgt, im Gegenkopplungszweig des Strom-Spannungs-Wandler 11 erreicht.The measuring procedure becomes dependent on the degree of filling of the sensor 1 initiated by generating a trigger current that is between 50 nA and 500 nA when the desired degree of filling is reached. Until the trigger event is through the switch box 6 a working (or counter) electrode 2 . 2a . 4 with the input of the current-voltage converter 11 and a counter (or working) electrode 2 . 2a . 4 with the output of the potentiostatic control circuit 10 connected; the current-voltage converter 11 is by analog multiplexer 15 Switched to S2 for sensitivity up to 50 times higher than signal current registration for safe and fast triggering ( 4 ). The increased sensitivity is achieved by connecting a correspondingly large resistance 11b , whose value is 1 MΩ, in the negative feedback branch of the current-voltage converter 11 reached.

Unmittelbar nach Eintritt des Triggerereignisses, was zum Beispiel einem Triggerstrom von 20 nA oder mehr entspricht, wird die Empfindlichkeit des Strom-Spannungs-Wandlers 11 auf den für die Messung benötigten Wert umgeschaltet, indem der Analogmultiplexer 15 auf Stellung S3 geschaltet wird (5). Der Widerstand 11b im Rückkopplungszweig wird damit kurzgeschlossen; jetzt ist der Widerstand 11a, dessen Wert zum Beispiel 24 kΩ beträgt, allein wirksam.Immediately after the occurrence of the trigger event, which corresponds, for example, to a trigger current of 20 nA or more, the sensitivity of the current-to-voltage converter becomes 11 switched to the value required for the measurement by the analog multiplexer 15 switched to position S3 ( 5 ). The resistance 11b in the feedback branch is thus shorted; now is the resistance 11a whose value is, for example, 24 kΩ, is effective only.

MessungMeasurement

Die Messung umfasst mehrere Teilprozesse; dies sind die übliche voltametrische Messung und die voltametrische Messung mit inversem Sensorbetrieb zur Bestimmung der von interferierenden Substanzen herrührenden Störladung.The Measurement includes several sub-processes; These are the usual voltametric ones Measurement and the voltammetric measurement with inverse sensor operation for Determination of interfering substances Störladung.

Die übliche voltametrische Messung erfolgt bei Vorhandensein mehrerer Arbeitselektroden 2, 2a für jede der Arbeitselektroden 2, 2a über den gleichen Messpfad.The usual voltammetric measurement is carried out in the presence of multiple working electrodes 2 . 2a for each of the working electrodes 2 . 2a over the same measuring path.

Diese Teilprozesse werden mit gleicher Häufigkeit und gleicher Dauer intermittierend durchgeführt, indem über das Schalterfeld 6 die jeweils benötigten Signalpfade in einem bestimmten, bevorzugt an die Netzfrequenz gekoppelten Zeittakt geschaltet werden. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz beträgt ein Zeitintervall pro Teilprozess 20 ms oder ein ganzzahliges Vielfaches davon.These sub-processes are carried out intermittently with the same frequency and duration by using the switch box 6 the respectively required signal paths are switched in a specific, preferably coupled to the mains frequency clock. At a mains frequency of 50 Hz, there is one time interval per sub-process 20 ms or an integer multiple of it.

Beide Teilprozesse werden zum Beispiel innerhalb einer Messzeit von 10 Sekunden mit gleicher Häufigkeit, nämlich 250 mal und mit gleicher Dauer, nämlich 20 Millisekunden intermittierend durchgeführt, indem über das Schalterfeld die jeweils benötigten, unten beschriebenen Signalpfade geschaltet werden. Die Zeitdauer von 20 Millisekunden für ein Messzeitintervall (Abschnitte A, B in 10) resultiert aus der Netzfrequenz von 50 Hz und entspricht einer Periode.For example, both sub-processes are performed intermittently within a measurement time of 10 seconds with the same frequency, namely 250 times and with the same duration, namely 20 milliseconds, by switching the respectively required signal paths described below via the switch field. The duration of 20 milliseconds for a measurement time interval (sections A, B in FIG 10 ) results from the mains frequency of 50 Hz and corresponds to one period.

c2: voltametrische Messungc2: voltammetric measurement

Für die übliche voltametrische Messung werden in bekannter Weise die Gegenelektrode 4 mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung 10, die Arbeitselektrode 2 mit dem Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers 11 und die Referenzelektrode 3 mit dem Eingang der potentiostatischen Regelschaltung 10 verbunden; dabei werden die Analogmultiplexer 7 und 8 jeweils in die Stellung S1 gebracht, während der Analogmultiplexer 15 auf Stellung S3 bleibt (5). Über die potentiostatische Regelschaltung 10 wird eine Polarisationsspannung zwischen –500 mV und + 500 mV bereit gestellt.For the usual voltammetric measurement are in a known manner, the counter electrode 4 with the output of the potentiostatic control circuit 10 , the working electrode 2 with the input of the current-voltage converter 11 and the reference electrode 3 with the input of the potentiostatic control circuit 10 connected; this will be the analog multiplexer 7 and 8th each brought to the position S1, while the analog multiplexer 15 remains in position S3 ( 5 ). About the potentiostatic control circuit 10 a polarization voltage between -500 mV and + 500 mV is provided.

In dieser Betriebsart werden pro Messung in einem festgelegten Zeitraster eine festgelegte Anzahl von Werten gewonnen, aus denen sich durch numerische Integration über die Messzeit ein voltametrisches Messsignal, proportional zur Gesamtladung, ergibt. Dieses voltametrische Messsignal beinhaltet außer der zur gesuchten Analytkonzentration gehörigen Ladung (Nutzladung) auch die aus interferierenden Substanzen der Probe herrührende Ladung (Störladung) sowie die Grundladung, die bei Abwesenheit sowohl interferierender Stoffe als auch des Analyten messbar ist und aus material- und geometriebedingten Eigenschaften des Reagenzsystems und der Elektroden des Teststreifens resultiert.In this operating mode, a fixed number of values are obtained per measurement in a fixed time grid, from which a voltametric measuring signal, proportional to the total charge, results through numerical integration over the measuring time. This voltammetric measurement signal contains besides the sought analyte concentration The charge also originates from interfering substances of the sample (charge) and the base charge, which is measurable in the absence of both interfering substances and the analyte and results from material- and geometry-related properties of the reagent system and the electrodes of the test strip.

Beispielsweise werden pro Konzentrationsbestimmung im oben beschriebenen Zeitraster 250 Abtastwerte gewonnen. Aus diesen 250 Abtastwerten wird durch Multiplikation mit den Messzeitintervallen (A in 11) und Summation das zur Gesamtladung proportionale voltametrische Messsignal berechnet. Für die numerische Integration wird jeweils im letzten Drittel (C in 11) jedes Messzeitintervalls das Messsignal abgetastet (A in 11). Dieses voltametrische Messsignal beinhaltet außer der zur gesuchten Analytkonzentration gehörigen Nutzladung auch die aus interferierenden Substanzen herrührende Störladung sowie die Grundladung.For example, 250 samples are obtained per concentration determination in the time frame described above. From these 250 samples is multiplied by the measuring time intervals (A in 11 ) and summation calculates the voltametric measurement signal proportional to the total charge. For the numerical integration, in each case in the last third (C in 11 ) the measuring signal is sampled every measuring time interval (A in 11 ). This voltammetric measurement signal contains not only the useful charge associated with the desired analyte concentration but also the interfering charge resulting from interfering substances and the base charge.

c3: inverser Sensorbetrieb zur Bestimmung der von interferierenden Substanzen herrührenden Störladungc3: inverse sensor operation to determine the origin of interfering substances Störladung

Für den inversen Sensorbetrieb zur Bestimmung einer Ladungs-Korrekturgröße wird über die potentiostatische Regelschaltung 10 eine Polarisationsspannung zwischen – 500 mV und + 500 mV erzeugt und an die Arbeitselektrode angelegt, während die Gegenelektrode 4 mit dem Eingang des Strom-Spannungs-Wandler 11 verbunden wird (inverser Betrieb des Sensors 1). Dazu werden die Analogmultiplexer 7 und 8 jeweils in die Stellung S2 gebracht. Der Analogmultiplexer 15 bleibt in Stellung S3 (6). Die Referenzelektrode 3 bleibt dabei stets mit dem hochohmigen Eingangsverstärker (Elektrometerverstärker) der potentiostatischen Regelschaltung 10 verbunden.For inverse sensor operation to determine a charge correction quantity is via the potentiostatic control circuit 10 generated a polarization voltage between - 500 mV and + 500 mV and applied to the working electrode, while the counter electrode 4 with the input of the current-voltage converter 11 is connected (inverse operation of the sensor 1 ). These are the analog multiplexers 7 and 8th each brought to the position S2. The analog multiplexer 15 stays in position S3 ( 6 ). The reference electrode 3 always remains with the high-impedance input amplifier (electrometer amplifier) of the potentiostatic control circuit 10 connected.

Diese Betriebsart erlaubt die separate summarische Detektion interferierender Substanzen, indem an der inerten, nicht mit Enzym beschichteten Gegenelektrode 4 ein Stromsignal generiert wird.This mode of operation allows the separate summary detection of interfering substances by using the inert, non-enzyme-coated counterelectrode 4 a current signal is generated.

In dieser Betriebsart wird in gleicher Weise wie bereits beschrieben bevorzugt die gleiche Anzahl Abtastwerte, beispielsweise 250 Werte, ermittelt.In This mode is described in the same way as already described prefers the same number of samples, for example 250 values, determined.

Aus diesen 250 Werten wird durch Multiplikation mit den Messzeitintervallen (B in 11) und Summation ein zur Gesamtladung proportionales voltametrisches Messsignal berechnet. Für die zur Ermittlung der Störladung notwendigen Abtastwerte wird jeweils das letzte Drittel (C in 11) jedes Messzeitintervalls (B in 11) herangezogen.From these 250 values, multiplication by the measuring time intervals (B in 11 ) and summation a proportional to the total charge voltametric measurement signal calculated. For the samples required to determine the disturbance charge, the last third (C in 11 ) of each measuring time interval (B in 11 ).

Die so bestimmte Störladung wird zur Korrektur der unter c2 beschriebenen Gesamtladung benutzt; die Störladung wird von der Gesamtladung subtrahiert und erst dann wird aus der so korrigierten Ladung die gesuchte Konzentration errechnet.The so certain Störladung is used to correct the total charge described under c2; the Störladung is subtracted from the total charge and only then is the so corrected charge calculated the sought concentration.

c4: voltametrische Messung mit weiteren Arbeitselektrodenc4: voltammetric measurement with other working electrodes

Für die voltametrische Messung mit weiteren Arbeitselektroden wird in bekannter Weise die Gegenelektrode 4 mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung 10, die zweite Arbeitselektrode 2a mit dem Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers 11 und die Referenzelektrode 3 mit dem Eingang der potentiostatischen Regelschaltung 10 verbunden; dabei werden die Analogmultiplexer 7 und 8 jeweils in die Stellung S0 gebracht, die dem normalen Betrieb des Sensors 1 entsprechen, während der Analogmultiplexer 15 auf Stellung S3 bleibt (7). Über die potentiostatische Regelschaltung 10 wird eine Polarisationsspannung zwischen –500 mV und +500 mV bereit gestellt.For the voltammetric measurement with further working electrodes, the counterelectrode becomes known in the art 4 with the output of the potentiostatic control circuit 10 , the second working electrode 2a with the input of the current-voltage converter 11 and the reference electrode 3 with the input of the potentiostatic control circuit 10 connected; this will be the analog multiplexer 7 and 8th each brought to the position S0, the normal operation of the sensor 1 while the analog multiplexer 15 remains in position S3 ( 7 ). About the potentiostatic control circuit 10 a polarization voltage between -500 mV and +500 mV is provided.

In dieser Betriebsart werden. wiederum pro Messung in einem festgelegten Zeitraster eine festgelegte Anzahl von Werten gewonnen, aus denen sich durch numerische Integration über die Messzeit ein voltametrisches Messsignal ergibt.In this operating mode. again per measurement in a fixed Time grid has gained a set number of values that make up through numerical integration via the measuring time gives a voltammetric measuring signal.

In Abhängigkeit von der Reagenzzusammensetzung, mit der die zweite Arbeitselektrode 2a beschichtet ist, beinhaltet das voltametrische Messsignal entweder die Nutzladung einer weiteren gesuchten Analytkonzentration sowie die aus interferierenden Substanzen herrührende Störladung einschließlich Grundladung oder ausschließlich die aus interferierenden Substanzen herrührende Störladung und Grundladung. Im letzten Fall wird die Stör- und Grundladung der zweiten Arbeitselektrode 2a von der ermittelten Gesamtladung der ersten Arbeitselektrode 2 subtrahiert, so dass aus der resultierenden Nutzladung die gesuchte Konzentration des ersten Analyten errechnet werden kann.Depending on the reagent composition with which the second working electrode 2a is coated, the voltammetric measurement signal includes either the payload of another analyte concentration sought as well as the interfering charge resulting from interfering substances, including the base charge, or exclusively the interfering charge and base charge resulting from interfering substances. In the latter case, the parasitic and base charge of the second working electrode 2a from the determined total charge of the first working electrode 2 subtracted, so that from the resulting payload the sought concentration of the first analyte can be calculated.

d) Gewinnung von Korrekturgrößen durch Impedanzmessungd) obtaining correction values by impedance measurement

Die Bestimmung des Betrages der Impedanz des mit der Blutprobe befüllten Sensors 1 erfolgt zwischen je zwei Elektroden des Sensors 1, indem über das Schalterfeld 6 eine Elektrode mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung 10 und die andere Elektrode mit dem Strom-Spannungs-Wandler 11 verbunden werden.The determination of the amount of impedance of the sensor filled with the blood sample 1 takes place between each two electrodes of the sensor 1 by clicking on the switch box 6 an electrode with the output of the potentiostatic control circuit 10 and the other electrode with the current-to-voltage converter 11 get connected.

Beispielsweise bleibt bei Messung der Impedanz zwischen Gegenelektrode 4 und Arbeitselektrode 2 die Gegenelektrode 4 mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung 10 und die Arbeitselektrode 2 mit dem Strom-Spannungs-Wandler 11 verbunden; mittels Analogumschalter 9 wird die Referenzelektrode 3 abgetrennt und der Eingang der potentiostatischen Regelschaltung 10 wird direkt mit dem Ausgang der Regelschaltung verbunden, dabei nimmt der Analogumschalter 9 Stellung S1 ein (8).For example, when measuring the impedance between the counter electrode remains 4 and working electrode 2 the counter electrode 4 with the output of the potentiostatic control circuit 10 and the working electrode 2 with the current-voltage converter 11 connected; by analogue switch 9 will the Re conference electrode 3 disconnected and the input of the potentiostatic control circuit 10 is directly connected to the output of the control circuit, while the analog switch takes 9 Position S1 on ( 8th ).

Über Kanal Ch2 des Analog-Digital-Wandlers 12 wird der Spitzenwert der am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 11 auftretenden Wechselspannung gemessen, die dem Spitzenwert des Stromes proportional ist. Der Spitzenwert wird über den Spitzenwertgleichrichter 16 ermittelt, der mittels Analogmultiplexer 15 zugeschaltet wird. Der Spitzenwert des Wechselstromes ergibt sich aus dem durch die potentiostatische Regelschaltung 10 ausgegebenen maximalen Betrag der Spannung und der Impedanz der zu vermessenden Probe und wird wieder auf eine Spannung abgebildet, um ihn mit dem Analog-Digital-Wandler 12 erfassen zu können..Via channel Ch2 of the analog-to-digital converter 12 will be the peak value at the output of the current-to-voltage converter 11 occurring alternating voltage, which is proportional to the peak value of the current. The peak value is via the peak value rectifier 16 detected by means of analog multiplexer 15 is switched on. The peak value of the alternating current results from that through the potentiostatic control circuit 10 output the maximum amount of voltage and impedance of the sample to be measured and is again mapped to a voltage to be applied to the analog-to-digital converter 12 to be able to capture ..

Der Betrag der Impedanz ergibt sich als Quotient von ausgegebenerer Spitzenspannung und gemessenem Spitzenstrom; er wird bei einer Festfrequenz, die bevorzugt zwischen 50 Hz und 10 kHz liegt, und bei einer Wechselspannungsamplitude, die bevorzugt zwischen 20 mV und 500mV liegt, ermittelt.Of the Amount of impedance results as a quotient of output Peak voltage and peak current measured; he is at a fixed frequency, which is preferably between 50 Hz and 10 kHz, and at an AC amplitude, which is preferably between 20 mV and 500 mV.

Der Betrag der Impedanz liegt bei der Ausmessung von Blutproben mit einem Hämatokritwert von 40 bis 45 % zwischen. 5,3 kΩ und 5,5 kΩ.Of the The amount of impedance is included in the measurement of blood samples a hematocrit value of 40 to 45% between. 5.3 kΩ and 5.5 kΩ.

Beispielsweise wird über den Mikrocontroller 13 und die potentiostatische Regelschaltung 10 eine näherungsweise sinusförmige Wechselspannung aus 180 Stützstellen pro Periode mit einer Frequenz von 1 kHz und einer Amplitude von 50 mV generiert und an die Gegenelektrode 4 des Sensors 1 gelegt.For example, via the microcontroller 13 and the potentiostatic control circuit 10 an approximately sinusoidal AC voltage generated from 180 nodes per period with a frequency of 1 kHz and an amplitude of 50 mV and to the counter electrode 4 of the sensor 1 placed.

Sowohl der Betrag als auch der Phasenwinkel der Impedanz bei der Messfrequenz erlaubt auf Grundlage der bekannten Sensorgeometrie und des bekannten Volumens der Probe anhand von im Mikrocontroller 13 gespeicherten Kennfeldern einen Rückschluss auf den Hämatokritwert der Probe.Both the magnitude and the phase angle of the impedance at the measurement frequency based on the known sensor geometry and the known volume of the sample based on in the microcontroller 13 stored maps a conclusion on the hematocrit value of the sample.

Die Abhängigkeit des Impedanzwertes vom Hämatokritwert der Probe ist für eine spezielle Sensorgeometrie in 12 dargestellt.The dependence of the impedance value on the hematocrit value of the sample is for a specific sensor geometry in 12 shown.

Die Analytkonzentration wird aus der Differenz der ermittelten Gesamtlandung und der ebenfalls ermittelten Störladung errechnet und dann mit ermittelten impedanzverändernden Einflussgröße „Hämatokrit", unter Nutzung experimentell erstellter Kennfelder korrigiert.The Analyte concentration is calculated from the difference of the determined total landing and the likewise determined Störladung calculated and then with determined impedance-changing influencing variable "hematocrit", using experimental corrected maps corrected.

Des weiteren wird eine Bewertung aller während der Messprozedur erhaltenen Teilergebnisse durch Vergleich mit gespeicherten Sollwerten, tolerierten Wertebereichen oder kalibrierten Grundwerten vorgenommen und bei erfolgreichem Verlauf der Messprozedur werden dem Nutzer die Ergebnisse der Messprozedur angezeigt. Bei fehlerhafter Handhabung oder Funktionsstörungen des Teststreifens oder des Meters erfolgt unmittelbar zum Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers eine entsprechende Fehlfunktionsinformation bei gleichzeitigem Abbruch der Messprozedur.Of another is an evaluation of all received during the measurement procedure Partial results by comparison with stored setpoints tolerated Value ranges or calibrated basic values and at Successful course of the measurement procedure will be the results of the user Measurement procedure displayed. In case of incorrect handling or malfunctions of the Test strip or the meter takes place immediately at the time of Occurrence of the error corresponding malfunction information with simultaneous termination of the measuring procedure.

e) Automatische Zuleitungs-Kontrolle nach fehlgeschlagener Messunge) Automatic lead control after failed measurement

Bei dem vorangegangenen gleichzeitigen Test von Steckverbinder 5 und Sensor 1 wie unter Punkt b) beschrieben, kann eine Unterbrechung der Zuleitungen des Sensors 1 nicht erkannt werden. Deshalb werden nach einer fehlgeschlagenen Messung alle Zuleitungen unter Nutzung des befüllten Sensors 1 kontrolliert, indem über die potentiostatische Regelschaltung 10 eine vom Mikrocontroller 13 generierte Rechteckspannung ausgegeben wird, deren Betrag zwischen ±50 und ±500 mV und deren feste Frequenz, zwischen 0,1 und 1 Hz liegen kann, wobei der Analogumschalter 9 in Stellung S1 gebracht wird, während der Analogumschalter 15 in Stellung S3 verbleibt. Die Schalter der Multiplexer 7 und 8 werden in die Stellung S1 gebracht, um die Zuleitung zur Arbeitselektrode Ae1 (2) zu testen (9).In the previous simultaneous test of connectors 5 and sensor 1 as described under point b), can interrupt the supply lines of the sensor 1 not be recognized. Therefore, after a failed measurement, all supply lines will become full using the filled sensor 1 controlled by the potentiostatic control circuit 10 one from the microcontroller 13 generated square-wave voltage can be between ± 50 and ± 500 mV and their fixed frequency, between 0.1 and 1 Hz, the analog switch 9 in position S1, while the analog switch 15 remains in position S3. The switches of the multiplexers 7 and 8th are brought into position S1 to supply the supply to the working electrode Ae1 ( 2 ) to test ( 9 ).

Zum Test der Zuleitung zur Arbeitselektrode Ae2 (2a) ist der bei sonst gleichem Vorgehen der Analogmultiplexer (7) in Stellung S0 zu schalten.For testing the supply line to the working electrode Ae2 ( 2a ) is the otherwise with the same procedure of the analog multiplexer ( 7 ) in position S0.

Bei diesen Schalterstellungen ist am Kanal Ch0 und am Kanal Ch1 des Analog-Digital-Wandlers 12 ein mit dieser Rechteckspannung korreliertes Signal messbar, wenn die Zuleitungen intakt sind.At these switch positions, channel Ch0 and channel Ch1 of the analog-to-digital converter are on channel 12 a signal correlated with this square wave voltage measurable when the leads are intact.

f) Test des Steckverbinders 5 ohne Sensorf) Test of the connector 5 without sensor

Sofern bei der vorangegangenen Prüfung von Steckverbinder 5 und Sensor 1 nach Punkt b) ein Fehler detektiert wird, kann nicht unterschieden werden, ob der Fehler im Steckverbinder 5 oder Sensor 1 liegt. Um das zu unterscheiden, kann unter einem besonderen Menüpunkt ein Steckverbindertest aufgerufen werden.Unless in the previous test of connectors 5 and sensor 1 according to point b) an error is detected, it can not be distinguished whether the error in the connector 5 or sensor 1 lies. To distinguish this, a plug-in test can be called under a special menu item.

Der Steckverbindertest erfolgt auf einen möglichen Nebenschluss zwischen den Kontakten durch Feuchte oder Kontamination, indem ohne Sensor 1 über die potentiostatische Regelschaltung 10 eine vom Mikrocontroller 13 generierte Rechteckspannung ausgegeben wird, deren Betrag zwischen ±50 und ±500 mV und deren feste Frequenz, zwischen 0,1 und 1 Hz liegen kann. Dabei werden der Analogumschalter 9 in Stellung S1 und die Schalter der Multiplexer 7 und 8 in die Stellung S1 gebracht, während der Analogumschalter 15 in Stellung S3 verbleibt (10). Beim Vorhandensein mehrerer Arbeitselektroden werden die entsprechenden Kontakte analog getestet. Beispielsweise werden die Multiplexer 7 und 8 jeweils in die Stellung S0 gebracht, um den Kontakt von Arbeitselektrode 2, 2a zu testen.The connector test is for a possible shunt between the contacts due to moisture or contamination by using no sensor 1 via the potentiostatic control circuit 10 one from the microcontroller 13 generated square-wave voltage whose magnitude can be between ± 50 and ± 500 mV and their fixed frequency, between 0.1 and 1 Hz. This will be the analog switch 9 in position S1 and the switches of the multiplexer 7 and 8th placed in position S1, while the analog switch 15 remains in position S3 ( 10 ). If several working electrodes are present, the corresponding contacts are tested analogously. For example, the multiplexers 7 and 8th each brought to the position S0 to the contact of the working electrode 2 . 2a to test.

Wenn bei diesen Schalterstellungen weder am Kanal Ch0 noch am Kanal Ch1 des Analog-Digital-Wandlers 12 ein mit dieser Rechteckspannung korrelierten Signal messbar ist, ist der Steckverbinder 5 nicht kontaminiert und frei von einem Nebenschluss.If at these switch positions neither on the channel Ch0 nor on the channel Ch1 of the analog-to-digital converter 12 a correlated with this square wave signal is measurable, is the connector 5 not contaminated and free of a shunt.

11 zeigt die Aufzeichnung eines Abschnittes der voltametrischen Messung und der voltametrischen Messung bei inversem Sensorbetrieb eines Laktat-Einmalgebrauchssensors mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei A ein Messzeitintervall der eigentlichen voltametrischen Messung, B ein Messzeitintervall bei inversem Sensorbetrieb und C der Signalzeitabschnitt ist, in dem die Abtastwerte gewonnen/genommen werden. 11 shows the recording of a portion of the voltammetric measurement and the voltammetric measurement in inverse sensor operation of a lactate disposable sensor with the inventive circuit arrangement, where A is a measurement time interval of the actual voltammetric measurement, B is a measurement time interval in inverse sensor operation and C is the signal period in which the samples obtained / to be taken.

12 zeigt die Abhängigkeit des Impedanzwertes vom Hämatokritwert der Probe, gemessen mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Messwerte wurden 5 sec nach Messkammerbefüllung registriert. 12 shows the dependence of the impedance value on the hematocrit value of the sample, measured with the circuit arrangement according to the invention. The measured values were registered 5 sec after filling the measuring chamber.

11
Sensorsensor
22
(erste) Arbeitselektrode(first) working electrode
2a2a
(zweite) Arbeitselektrode(second) working electrode
33
Referenzelektrodereference electrode
44
Gegenelektrodecounter electrode
55
SteckverbinderConnectors
66
Schalterfeldswitch panel
77
Analogmultiplexeranalog multiplexer
88th
Analogmultiplexeranalog multiplexer
99
Analogumschalteranalog switch
1010
potentiostatische Regelschaltungpotentiostatic control circuit
1111
Strom-Spannungs-WandlerCurrent-voltage converter
11a11a
Widerstand (Triggerung)resistance (Triggering)
11b11b
Widerstand (Messung)resistance (Measurement)
1212
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
1313
Mikrocontrollermicrocontroller
1414
Kalibrierwiderstandcalibration resistor
1515
Analogmultiplexeranalog multiplexer
1616
SpitzenwertgleichrichterPeak rectifier
1717
Digital-Anlog-WandlerDigital converter Anlog

Claims (6)

Schaltungsanordnung für die voltametrische Signalverarbeitung von Biosensoren mit Drei-Elektroden-Anordnungen, bestehend aus einer oder mehreren Arbeitselektroden, einer Referenzelektrode und einer Gegenelektrode, mittels eines mit der Drei-Elektroden-Anordnung über einen Sensorsteckverbinder verbundenen Signalverarbeitungssystems, bestehend aus einer analogen potentiostatischen Regelschaltung, einem Strom-Spannungswandler und einem Analog-Digital-Wandler, die mit einem Mikrocontroller verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem eigentlichen Signalverarbeitungssystem und dem Sensorsteckverbinder ein Schalterfeld so in den Signalweg eingefügt ist, dass wahlweise in jeweils einer definierten Schalterstellung die eigentliche voltametrische Messung oder eine weitere voltametrische Messung mit vertauschtem Anschluss von Arbeits- und Gegenelektrode oder bei gleicher Referenz- und Gegenelektrode mit zusätzlichen Arbeitselektroden, mittels einer Wechselspannung eine Impedanzmessung zwischen Arbeits- und Referenzelektrode, Gegen- und Referenzelektrode, Arbeits- und Gegenelektrode, Arbeits- und Gegen- und Referenzelektrode oder zwischen zwei gleichen Elektroden oder in Verbindung mit systeminternen, steuerbaren Testsignalquellen bei verschiedenen Frequenzen oder Spannungen eine Messung des Widerstandes, der Impedanz, der Phase oder des Stromes zwischen je zwei Elektroden am noch trockenen (unbenutzten) und am mit Probe versehenen Sensor durchführbar ist.Circuit arrangement for the voltametric signal processing of biosensors with three-electrode arrangements, consisting of one or more working electrodes, a reference electrode and a counter electrode, by means of a connected to the three-electrode arrangement via a sensor connector signal processing system consisting of an analog potentiostatic control circuit, a Current-voltage converter and an analog-to-digital converter, which are connected to a microcontroller, characterized in that between the actual signal processing system and the sensor connector, a switch field is inserted into the signal path that optionally in each case a defined switch position, the actual voltametric measurement or Another voltametric measurement with reversed connection of working and counter electrode or with the same reference and counter electrode with additional working electrodes, by means of an AC voltage, an impedance Measurement between working and reference electrode, counter and reference electrode, working and counter electrode, working and counter and reference electrode or between two identical electrodes or in conjunction with system-internal, controllable test signal sources at different frequencies or voltages, a measurement of resistance, impedance, the phase or the current between each two electrodes on the still dry (unused) and the sampled sensor is feasible. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalterfeld aus Analogschaltern, Analogumschaltern und/oder Analogmultiplexern besteht.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized that the switch panel of analog switches, analog switches and / or Analog multiplexers exists. Verfahren für die voltametrische Signalverarbeitung von Biosensoren mit Drei-Elektroden-Anordnungen, bestehend aus einer oder mehreren Arbeitselektroden, einer Referenzelektrode und einer Gegenelektrode, mittels eines mit der Drei-Elektroden-Anordnung über einen Sensorsteckverbinder verbundenen Signalverarbeitungssystems, bestehend aus einer analogen potentiostatischen Regelschaltung, einem Strom-Spannungswandler und einem Analog-Digital-Wandler, die mit einem Mikrocontroller verbunden sind, gekennzeichnet durch wahlweise folgende Schritte mittels Herstellung eines spezifischen Signalweges zwischen dem eigentlichen Signalverarbeitungssystem und dem Sensorsteckverbinder durch ein Schalterfeld: a) automatische Kontrolle des Signalverarbeitungssystems der Messanordnung vor der Messung, indem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über einen Kalibrierwiderstand eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller verschiedene, konstante Spannungen ausgegeben werden und vom Mikrocontroller die so generierten Ströme ausgewertet werden; b) Test des Steckverbinders auf Kontamination oder Schluss und Test des Sensors auf Restfeuchte der Reagenzschicht bzw. vorangegangene Benutzung und Schluss vor Herstellung und Anzeige der Messbereitschaft, indem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über den Steckverbinder und den Sensor eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller eine bipolare Rechteckspannung ausgegeben wird und vom Mikrocontroller die am Strom-Spannungs-Wandler gemessene Spannung ausgewertet wird; c1) Starten der üblichen voltametrischen Messung durch Triggern der Messprozedur in Abhängigkeit vom Befüllungsgrad des Sensors bei mittels des Schalterfeldes auf erhöhte Empfindlichkeit geschaltetem Strom-Spannungs-Wandler; c2) Durchführen der üblichen voltametrischen Messung durch Verbinden der Gegenelektrode des Sensors mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung, der Arbeitselektrode des Sensors mit dem Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers und der Referenzelektrode des Sensors mit dem Eingang der potentiostatischen Regelschaltung über das Schalterfeld, Ausgabe einer Polarisationsspannung durch den Mikrocontroller und Messen von mehreren Stromwerten sowie deren numerische Integration in einem festgelegten Zeitraster; c3) Durchführen der inversen voltametrischen Messung nach vorgegebenen Zeitintervallen durch Vertauschen der Verbindung zwischen der Gegenelektrode des Sensors und der oder den Arbeitselektroden mittels des Schalterfeldes; c4) voltametrische Messung mit weiteren Arbeitselektroden durch Zuschalten der entsprechenden Arbeitselektrode des Sensors mittels des Schalterfeldes; d) Impedanzmessung zwischen ausgewählten Elektroden, indem über das Schalterfeld eine Elektrode mit dem Ausgang der potentiostatischen Regelschaltung und die andere Elektrode mit dem Strom-Spannungs-Wandler verbunden werden und der Spitzenwert des Stromes bei einer durch den Mikrocontroller ausgegebenen Spannung gemessen wird; e) Kontrolle aller Sensor-Steckkontakte nach einer Messung, indem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über den Steckverbinder und den Sensor eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller eine bipolare Rechteckspannung ausgegeben wird und vom Mikrocontroller die am Strom-Spannungs-Wandler gemessene Spannung ausgewertet wird; f) Kontrolle des Steckverbinders ohne Sensor, indem mittels des Schaltfeldes von der potentiostatischen Regelschaltung über den Steckverbinder eine Verbindung mit dem Strom-Spannungs-Wandler erfolgt, vom Mikrocontroller eine bipolare Rechteckspannung ausgegeben wird und vom Mikrocontroller die am Strom-Spannungs-Wandler gemessene Spannung ausgewertet wird, wobei während des Messprozesses der Mikrocontroller (13) mittels eines auf das Schalterfeld (6) abgestimmten Steueralgorithmus die jeweils notwendigen Adressinformationen zur Steuerung des Schalterfeldes (6) bereitstellt und über einen Auswertealgorithmus die im Verlaufe des Messprozesses gewonnenen und zwischengespeicherten Ladungswerte sowie die Korrektur- und Hilfsinformationen verrechnet, mit Soll- und Grenzwerten vergleicht und einen Messwert berechnet.A method for the voltammetric signal processing of biosensors with three-electrode arrangements, consisting of one or more working electrodes, a reference electrode and a counter electrode, by means connected to the three-electrode arrangement via a sensor connector signal processing system consisting of an analog potentiostatic control circuit, a Current-voltage converter and an analog-to-digital converter, which are connected to a microcontroller, characterized by optionally following steps by establishing a specific signal path between the actual signal processing system and the sensor connector by a switch panel: a) automatic control of the signal processing system of the measuring device prior to measurement in that by means of the switching field of the potentiostatic control circuit via a calibration resistor is connected to the current-voltage converter, different from the microcontroller, constant e voltages are output and evaluated by the microcontroller, the currents thus generated; b) Test the connector for contamination or final and test the sensor for residual moisture of the reagent layer or previous use and before the preparation and display of measurement readiness, by means of the switching field of the potentiostatic control circuit via the connector and the sensor is connected to the current-voltage converter, the microcontroller outputs a bipolar square wave voltage and the microcontroller at the current-voltage Transducer measured voltage is evaluated; c1) starting the usual voltammetric measurement by triggering the measurement procedure as a function of the degree of filling of the sensor in the case of switched by the switch field to increased sensitivity current-voltage converter; c2) performing the usual voltammetric measurement by connecting the counter electrode of the sensor to the output of the potentiostatic control circuit, the working electrode of the sensor with the input of the current-voltage converter and the reference electrode of the sensor with the input of the potentiostatic control circuit via the switch panel, outputting a Polarization voltage through the microcontroller and measurement of multiple current values and their numerical integration in a fixed time grid; c3) carrying out the inverse voltammetric measurement after predetermined time intervals by exchanging the connection between the counter electrode of the sensor and the working electrode (s) by means of the switch field; c4) voltametric measurement with further working electrodes by connecting the corresponding working electrode of the sensor by means of the switch field; d) impedance measurement between selected electrodes by connecting one electrode to the output of the potentiostatic control circuit and the other electrode to the current-to-voltage converter via the switch panel and measuring the peak value of the current at a voltage output by the microcontroller; e) Checking all sensor plug-in contacts after a measurement, by means of the switching field of the potentiostatic control circuit via the connector and the sensor is connected to the current-voltage converter, the microcontroller outputs a bipolar square wave voltage and the microcontroller at the current Voltage converter measured voltage is evaluated; f) control of the connector without a sensor by means of the switch panel of the potentiostatic control circuit via the connector connects to the current-voltage converter is output from the microcontroller, a bipolar square wave voltage and evaluated by the microcontroller, the voltage measured at the current-voltage converter during which the microcontroller ( 13 ) by means of an on the switch box ( 6 ) matched control algorithm, the respectively necessary address information for controlling the switch field ( 6 ) and uses an evaluation algorithm to calculate the charge values obtained and temporarily stored in the course of the measuring process, as well as the correction and auxiliary information, to compare them with setpoints and limit values and to calculate a measured value. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messwerten bei der Kontrolle des Signalverarbeitungssystems der Messanordnung Anstieg und Offset der Übertragungsfunktion ermittelt und mit gespeicherten Sollwerten verglichen werden.Method according to claim 3, characterized that from the readings in the control of the signal processing system the measuring arrangement determined increase and offset of the transfer function and compared with stored setpoints. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzmessung zur Korrektur der voltametrisch gemessenen Messwerte herangezogen wird.Method according to claim 3 or 4, characterized that the impedance measurement for the correction of the voltametrically measured Measured values is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewertung aller während der Messprozedur erhaltenen Teilergebnisse durch Vergleich mit gespeicherten Sollwerten, tolerierten Wertebereichen oder kalibrierten Grundwerten vorgenommen und bei erfolgreichem Verlauf der Messprozedur angezeigt wird und bei festgestellter fehlerhafter Handhabung oder Funktionsstörungen unmittelbar zum Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers eine entsprechende Fehlfunktionsinformation bei gleichzeitigem Abbruch der Messprozedur erfolgt.Method according to one of claims 3 to 5, characterized that one evaluation all during the measurement procedure obtained partial results by comparison with stored Setpoints, tolerated value ranges or calibrated basic values and displayed if the measurement procedure is successful and immediately upon detection of faulty handling or malfunctions at the time of the occurrence of the error, a corresponding malfunction information with simultaneous termination of the measurement procedure takes place.
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