BR112019027659A2 - método e aparelho para a detecção de analito que faz uso de um biossensor eletroquímico - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a um método para a detecção de um analito que faz uso de um sensor que tem um eletrodo operante, em que o método inclui a provisão do eletrodo operante com uma enzima específica de analito e um mediador de redox, a provisão do eletrodo operante ao analito, a acumulação da carga derivada do analito que reage com a enzima específica de analito e o mediador de redox por um período de tempo estipulado, a conexão do eletrodo operante ao circuito depois do período de tempo estipulado, e a medição do sinal da carga acumulada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO
E APARELHO PARA A DETECÇÃO DE ANALITO QUE FAZ USO DE UM BIOSSENSOR ELETROQUÍMICO". REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDO(S) RELACIONADO(S)
[0001] O presente pedido de patente reivindica os benefícios do Pedido de Patente U.S. Nº. de série 16/024.353, depositado em 29 de junho de 2018; do Pedido de Patente Provisório U.S. Nº. de série 62/527.981, depositado em 30 de junho de 2017; do Pedido de Patente Provisório U.S. Nº. de série 62/544.692, depositado em 11 de agosto de 2017; e do Pedido de Patente Provisório U.S. Nº. de série 62/545.252, depositado em 14 de agosto de 2017, os cujos teores integrais são expressamente incorporados no presente documento a título de referência.
DECLARAÇÃO A RESPEITO DA PESQUISA OU DO DESENVOLVIMENTO PATROCINADO PELO GOVERNO FEDERAL
[0002] A presente invenção foi elaborada com o apoio do governo sob o contrato no. HDTRA-1-16-C-0048 concedido pela Defense Threat Reduction Agency. O governo tem certos direitos na invenção.
CAMPO
[0003] As modalidades da presente invenção referem-se à detecção de analito ao fazer uso de biossensores enzimáticos eletroquímicos. Por exemplo, as modalidades da presente invenção referem-se a um método e a um biossensor enzimático, que permite a detecção de concentrações baixas de analito, permitindo uma acumulação do analito no biossensor.
ANTECEDENTES
[0004] Biossensores enzimáticos que utilizam as enzimas associadas com um transdutor como um elemento de biorreconhecimento para um analito-alvo foram desenvolvidos e são utilizados. Embora muitos métodos diferentes de transdução de sinal sejam usados, o mais frequentemente usado tem sido o eletroquímico. Os biossensores eletroquímicos permitem que o evento biológico (por exemplo, a detecção do analito) seja convertido diretamente em um sinal elétrico, o que elimina a necessidade de uma instrumentação complexa, conferindo desse modo aos biossensores eletroquímicos características desejáveis em termos de tamanho, custo e portabilidade. Entre as técnicas eletroquímicas usadas para a transdução de sinal, a amperometria é usada frequentemente. Em uma medição amperométrica, o eletrodo operante do sensor é mantido a um potencial constante (voltagem) enquanto a corrente que flui através do sensor é medida. O sensor é projetado de maneira tal que a corrente é dependente da concentração do analito.
[0005] Um exemplo de um biossensor enzimático que utiliza a amperometria é o sensor contínuo de glicose, que é um dispositivo in vivo transportável projetado para fornecer medidas frequentes da concentração de glicose no sangue ao usuário. Esses dispositivos utilizam uma enzima de glicose oxidorredutase, tal como a glicose oxidase (GOx), imobilizada em um eletrodo operante como elemento de detecção de glicose. Os elétrons são passados primeiramente da glicose à enzima através da oxidação enzimática, e então ao eletrodo operante através de um mediador de redox, tal como um polímero de redox contendo oxigênio (O2) ou ósmio (Os). Embora a amperometria tenha provado ser viável para a medição de analitos tais como a glicose, que está presente a concentrações fisiológicas relativamente elevadas (a ou acima de 5 milimolares (mM)), ela pode não ser apropriada para a medição dos analitos presentes a concentrações mais baixas
SUMÁRIO
[0006] Os aspectos das modalidades da presente invenção são à detecção de concentrações baixas (por exemplo, a ou menos de 5 mM,
de 1 nanomolar (nM) a 5 mM, ou de 4,7 nM a 5 mM) do analito ao permitir uma acumulação de analito em um biossensor enzimático.
[0007] Em algumas modalidades da presente invenção, trata-se de um método para a detecção de um analito que faz uso de um sensor que tem um eletrodo operante, onde o método inclui a provisão do eletrodo operante com uma enzima específica de analito e um mediador de redox, a provisão do eletrodo operante ao analito, a acumulação da carga derivada do analito que reage com a enzima específica de analito e o mediador de redox por um período de tempo estipulado, a conexão do eletrodo operante a um circuito depois do período de tempo estipulado, e a medição de um sinal da carga acumulada.
[0008] Em algumas modalidades da presente invenção, antes da provisão do eletrodo operante a um analito, o método inclui a conexão do eletrodo operante ao circuito, e antes da provisão do eletrodo operante ao analito, o método inclui a desconexão do eletrodo operante do circuito.
[0009] Em algumas modalidades da presente invenção, o eletrodo operante é conectado ao circuito antes da provisão do eletrodo operante ao analito, e o método inclui a desconexão do eletrodo operante do circuito antes da provisão do eletrodo operante ao analito.
[0010] Em algumas modalidades da presente invenção, o sensor é um biossensor eletroquímico enzimático.
[0011] Em algumas modalidades da presente invenção, o mediador de redox é um polímero de redox imobilizado.
[0012] Em algumas modalidades da presente invenção, o polímero de redox imobilizado inclui uma espécie de redox e um polímero, em que a espécie de redox é selecionada de um polímero contendo ósmio (Os), rutênio (Ru), ferro (Fe) ou cobalto (Co), e o polímero é selecionado de poli(vinil piridina), poli(tiofeno), poli(anilina), poli(pirrol), ou poli(acetileno).
[0013] Em algumas modalidades da presente invenção, o polímero de redox imobilizado é uma poli(vinil piridina) contendo Os.
[0014] Em algumas modalidades da presente invenção, o analito é selecionado de cortisol, glicose, lactato, 3-hidróxi butirato, álcool, piruvato, glutamato, teofillina ou creatinina.
[0015] Em algumas modalidades da presente invenção, a enzima específica de analito é uma desidrogenase dependente de dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD), uma oxidase dependente de dinucleotídeo da flavina adenina (FAD) e/ou uma oxidase dependente de mononucleotídeo de flavina (FMN).
[0016] Em algumas modalidades da presente invenção, a enzima específica de analito é selecionada de 11β-hidróxi esteroide desidrogenase do tipo 2 (11β-HSA-2), glicose oxidase, NAD-glicose desidrogenase, FAD-glicose desidrogenase, lactato de oxidase, NAD- lactato desidrogenase, NAD-álcool desidrogenase, piruvato de oxidase, NAD-glutamato desidrogenase, ou xantina oxidase.
[0017] Em algumas modalidades da presente invenção, a acumulação da carga inclui a acumulação de elétrons.
[0018] Em algumas modalidades da presente invenção, o sensor é colocado subcutaneamente em um indivíduo.
[0019] Em algumas modalidades da presente invenção, o analito está a uma concentração tão baixa quanto 4,7 nanomolares (nM).
[0020] Em algumas modalidades da presente invenção, o período de tempo estipulado varia de 60 segundos a 30 minutos. Em algumas modalidades, o período de tempo estipulado varia de 120 segundos a 30 minutos. Em algumas modalidades, o período de tempo estipulado varia de 120 segundos a 10 minutos.
[0021] Em algumas modalidades da presente invenção, o sensor inclui uma membrana exterior. Em algumas modalidades, a membrana exterior é uma membrana limitadora de fluxo. Em algumas modalidades,
a membrana exterior é uma membrana permeável a analito.
[0022] Em algumas modalidades da presente invenção, a medição do sinal da carga acumulada inclui a medição de uma altura de pico do sinal e/ou a medição de uma área de pico do sinal.
[0023] Em algumas modalidades, o método também inclui a calibração a altura de pico medida para obter uma concentração do analito.
[0024] Em algumas modalidades, o método também inclui a calibração da área de pico medida para obter uma concentração do analito.
[0025] Em algumas modalidades, a medição do sinal da carga acumulada compreende a gravação do sinal a uma taxa da amostragem de 0,1 a 0,5 hertz (Hz) e/ou a filtragem do sinal a uma frequência de 0,032 a 3,2 hertz (Hz).
[0026] Em algumas modalidades da presente invenção, o eletrodo operante inclui um elemento de detecção que compreende a enzima específica de analito e o mediador de redox. Em algumas modalidades, o elemento de detecção também inclui nanotubos de carbono.
[0027] Em algumas modalidades, um método para a detecção de um analito que faz uso de um sensor, em que o sensor inclui um eletrodo operante que inclui uma enzima específica de analito e um mediador de redox, inclui: a provisão do eletrodo operante ao analito; a acumulação da carga derivada do analito que reage com a enzima específica de analito e o mediador de redox; e a medição de um sinal da carga acumulada ao medir uma altura de pico do sinal e/ou ao medir uma área de pico do sinal.
[0028] Em algumas modalidades da presente invenção, um sistema para a detecção de um analito inclui um eletrodo operante, um elemento de detecção disposto no eletrodo operante, em que o elemento de detecção inclui uma enzima específica de analito e um mediador de redox, e o elemento de detecção é configurado para acumular a carga derivada do analito que reage com a enzima específica de analito por um período de tempo estipulado, e um circuito configurado para conectar com o eletrodo operante depois do período de tempo estipulado, e para medir o sinal da carga acumulada. Em algumas modalidades, o elemento de detecção deste sistema inclui nanotubos de carbono. Em algumas modalidades, este sistema também inclui uma membrana exterior que cobre pelo menos o elemento de detecção. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito deste sistema é selecionada de uma desidrogenase dependente de dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD), uma oxidase dependente de dinucleotídeo de flavina adenina (FAD), ou uma oxidase dependente de mononucleotídeo de flavina (FMN). Por exemplo, em algumas modalidades, a enzima específica de analito deste sistema é selecionada de 11β-hidróxi esteroide desidrogenase do tipo 2 (11β- HSD-2), glicose oxidase, NAD-glicose desidrogenase, FAD-glicose desidrogenase, lactato de oxidase, NAD-lactato desidrogenase, NAD- álcool desidrogenase, piruvato de oxidase, NAD-glutamato desidrogenase e xantina oxidase.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0029] A Figura 1 é um fluxograma que descreve um método para a detecção do modo de acumulação que inclui as ações 10, 15, 20, 25 e 30, tal como indicado, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0030] A Figura 2 mostra um diagrama esquemático das configurações de eletrodo usadas para o modo de detecção de acumulação de acordo com as modalidades da presente invenção em que, quando o circuito é conectado tal como mostrado no painel esquerdo, o eletrodo operante é equilibrado a um potencial (voltagem) suficiente para dirigir a reação de redox do analito sob condições de estado estável e, quando o circuito é desconectado tal como mostrado no painel direito, o eletrodo operante é eletricamente desconectado do circuito, permitindo que os elétrons do analito sejam armazenado no polímero de redox até que o eletrodo operante seja reconectado ao circuito e a carga armazenada possa ser medida.
[0031] A Figura 3A mostra o sinal esperado da corrente versus (vs.) o tempo e determinados parâmetros quantitativos (tempo de acumulação quando o circuito está rompido, a área de pico e a altura de pico, tal como indicado) do modo de detecção de acumulação, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0032] O Figura 3B mostra um diagrama esquemático das reações de redox que ocorrem durante o modo de detecção de acumulação (quando o circuito está rompido tal como mostrado como " circuito rompido" tal como indicado) de um analito oxidável (analito A) ao usar uma enzima de oxidase (AOx) coimobilizada com um polímero de redox de ósmio (Os3+), de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0033] A Figura 3C mostra o gráfico da corrente versus o tempo obtido para o modo de detecção de acumulação (tal como indicado em branco) de 2 µM de glicose ao usar um sensor de glicose exemplificador (a +40 mV tal como indicado com as linhas hachuradas) e medido para cinco tempos diferentes de acumulação, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0034] A Figura 3D mostra as curvas de calibração dos sinais do modo de amperometria e acumulação medidos pela altura de pico ou pela área de pico para os tempos de acumulação mostrados na Figura 3C, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0035] A Figura 4A mostra um gráfico representativo da corrente versus o tempo para um experimento de calibração ao usar o modo de detecção de acumulação com um sensor de glicose exemplificador (a +40 mV tal como indicado com as linhas hachuradas e um segundo tempo de acumulação 60 (quando o circuito está rompido tal como indicado em branco) para cada detecção, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0036] A Figura 4B mostra uma comparação das curvas de calibração resultantes dos sinais do modo de amperometria e acumulação medidos para a experimento de detecção mostrada na Figura 4A, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0037] A Figura 5 mostra as curvas de calibração para a detecção do modo de amperometria e acumulação (altura de pico e área de pico) a tempos de acumulação de 1 (losangos), 2 (triângulos), 5 (quadrados) e 10 (círculos) minutos tal como indicado a concentrações de glicose de 0, 50, 100, 200 e 500 µM, em que cada curva de calibração representa a resposta média de quatro sensores, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0038] A Figura 6A mostra um gráfico do sinal do potencial versus o tempo de um sensor de glicose modelo obtido ao usar o método de potencial de circuito aberto para detectar várias concentrações em nanomolar (nM) de glicose tal como indicado, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0039] A Figura 6B mostra uma curva de calibração (inclinação versus a concentração de glicose (nM)) dos dados do gráfico da Figura 6A, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0040] A Figura 6C mostra um gráfico do sinal do potencial versus o sinal do tempo de um sensor de glicose modelo obtido ao usar o método potencial de circuito aberto para detectar várias concentrações de nM de glicose tal como indicado, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0041] O Figura 6D mostra uma curva de calibração (inclinação versus a concentração de glicose (nM)) dos dados do gráfico de Figura 6C, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0042] A Figura 6E mostra uma curva de calibração composta para os sensores de glicose modelo (pontos de dados do círculo, n = 8) e sensores de controle (pontos de dados do círculo aberto, n = 4) da detecção in vitro de glicose ao usar o método de potencial de circuito aberto, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0043] A Figura 6F mostra uma aproximação da curva de calibração da Figura 6E de 0 a 200 nM de glicose, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0044] A Figura 6G mostra um gráfico do sinal de potencial versus o tempo de um sensor de glicose modelo obtido ao usar o método de potencial de circuito aberto com um sensor de glicose modelo como eletrodo operante e um sensor de controle (que possui polímero de redox mas nenhuma glicose oxidase) como eletrodo de referência, em que o sensor de glicose modelo é detectar várias concentrações de nM de glicose tal como indicado, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0045] A Figura 6H mostra uma curva de calibração (inclinação versus a concentração de glicose (nM)) dos dados do gráfico da Figura 6G, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0046] A Figura 7 mostra uma comparação da forma do sinal do modo de acumulação sob frequências de filtragem diferentes com 3,2 Hz mostrado com uma linha preta sólida e 0,032 Hz mostrado com uma linha tracejada, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0047] A Figura 8A mostra duas micrografias do reagente de detecção de glicose depositada com nanotubos de carbono (painel direito) e sem nanotubos de carbono (painel esquerdo), CNTs, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0048] A Figura 8B mostra curvas de calibração para a detecção do modo de amperometria e acumulação (altura de pico e área de pico) ao usar frequências de filtragem diferentes (0,032 Hz mostrado como círculos e 3,2 Hz como triângulos) e reagente de detecção com e sem CNTs, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0049] A Figura 9A mostra os sinais do modo de acumulação obtidos para um sensor de glicose representativo durante uma experimento de calibração ao usar concentrações de glicose de 0 a 200 nM, com um tempo de acumulação de 30 minutos para cada detecção, um sinal filtrado a 3,2 Hz, e CNTs adicionados ao reagente de detecção, de acordo com as modalidades da presente invenção
[0050] A Figura 9B mostra as curvas de calibração com o ajuste linear correspondente resultantes dos sinais do modo de amperometria e acumulação medidos para a experimento de detecção mostrada na Figura 8A, em que cada sinal é a média subtraída de fundo de 8 sensores, em que as barras de erro representam o desvio padrão, e a fileira de baixo dos gráficos é uma aproximação que mostra as concentrações de glicose de 0 a 50 nM, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0051] A Figura 10A mostra os sinais do modo de acumulação de um sensor de glicose representativo sob condições de fundo ([glicose] = 0) em uma solução tampão aberta para a atmosfera (linha em negrito) e purgada com oxigênio (linha fina), de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0052] A Figura 10B mostra um sumário dos sinais do modo de amperometria e acumulação de fundo do experimento mostrada na Figura 10A em que os sinais são a média (média) de 4 sensores, e os dados purgados com oxigênio são mostrados como círculos sólidos e os dados atmosféricos são mostrados como círculos abertos, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0053] A Figura 11 mostra as curvas de calibração obtidas para a detecção do modo de amperometria e acumulação (altura de pico e área de pico) durante um experimento de detecção com concentrações de glicose de 0 a 200 µM, em que as linhas lineares são mostradas como as linhas lineares mais adaptadas obtidas para concentrações de 0 a 200 nM que são previstas para as concentrações mais elevadas, e cada sinal é a média de 8 sensores, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0054] A Figura 12 mostra um diagrama esquemático de um sensor de analito de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0055] A Figura 13 é uma vista em seção transversal que mostra uma porção de um sensor de analito que é compatível com uma ou mais modalidades da presente invenção.
[0056] A Figura 14A mostra uma vista de planta de um sensor de analito implantável que é compatível com uma ou mais modalidades da presente invenção.
[0057] A Figura 14B é uma vista em seção transversal que ilustra uma porção de qualquer sensor de analito que tem uma membrana que é compatível com uma ou mais modalidades da presente invenção.
[0058] A Figura 14C mostra uma vista aproximada da camada de detecção, do eletrodo operante e do substrato com uma membrana exterior sobreposta, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0059] A Figura 14D é um diagrama esquemático que ilustra uma reação de redox de um analito com uma enzima específica de analito e um mediador de redox em um eletrodo operante, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0060] A Figura 15 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de monitoramento de analito de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0061] A Figura 16 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um dispositivo de leitura do sistema de monitoramento de analito da Figura 15, de acordo com as modalidades da presente invenção.
[0062] A Figura 17 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um dispositivo de controle do sensor do sistema de monitoramento de analito de Figura 15, de acordo com as modalidades da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0063] As modalidades da presente invenção provêm um método de medição eletroquímica ao usar um sensor eletroquímico para medir baixas concentrações nanomolares de analito in vitro e in vivo. As modalidades da presente invenção incluem um sensor eletroquímico tal como um biossensor enzimático modificado para medir as baixas concentrações em nanomolares de um analito.
[0064] Onde uma faixa dos valores é empregada, deve ser compreendido que cada valor intermediário, à décima potência da unidade do limite inferior, a menos que o contexto dite claramente de alguma outra maneira, entre os limites superior e inferior dessa faixa, também é divulgado especificamente. Cada faixa menor entre qualquer valor indicado ou o valor intermediário em uma faixa indicada e qualquer outro valor indicado ou intermediário nessa faixa indicada é englobado dentro da descrição. Os limites superior e inferior dessas faixas menores podem ser independentemente incluídos ou excluídos na faixa, e cada faixa onde qualquer um, nenhum ou ambos os limites são incluídos nas faixas menores também é englobada dentro da descrição, sujeita a qualquer limite especificamente excluído na faixa indicada. Onde a faixa indicada inclui um ou ambos os limites, as faixas que excluem qualquer um ou ambos esses limites incluídos também são incluídas na descrição.
[0065] Tal como usado no presente documento, os termos "substancialmente", "cerca de" e termos similares são usados como termos de aproximação e não como termos de grau, e se prestam a responder pelos desvios inerentes nos valores medidos ou calculados que devem ser reconhecidos pelos elementos normalmente versados no estado da técnica.
[0066] Na descrição tal como divulgado no presente documento, deve ser compreendido que uma palavra que aparece no singular engloba as suas contrapartes no plural, e uma palavra que aparece no plural engloba as suas contrapartes no singular, a menos que seja compreendido implícita ou explicitamente ou então indicado de alguma outra maneira. Meramente a título de exemplo, a referência a "um" ou "o" "analito" engloba um único analito, bem como uma combinação e/ou mistura de dois ou mais analitos diferentes, uma referência a "um" ou "o" "valor da concentração" engloba um único valor da concentração, bem como dois ou mais valores da concentração, e outros ainda, a menos que seja compreendido implícita ou explicitamente ou então indicado de alguma outra maneira. Além disso, deve ser compreendido que, para qualquer componente descrito no presente documento, qualquer um dos possíveis candidatos ou alternativas listados para esse componente, podem ser geralmente usados individualmente ou em combinação uns com os outros, a menos que seja compreendido implícita ou explicitamente ou então indicado de alguma outra maneira. Além disso, deve ser compreendido que qualquer lista de tais candidatos ou alternativas é meramente ilustrativa e não limitadora, a menos que seja compreendido implícita ou explicitamente ou então indicado de alguma outra maneira.
[0067] Tal como usado no presente documento, os termos "mede", "medindo" e "medido" podem englobar o significado de um respectivo dos termos "determina" "determinando", "determinado", "calcula", "calculando" e "calculado".
[0068] Tal como usado no presente documento, um "sensor eletroquímico" é um dispositivo configurado para detectar a presença e/ou medir o nível de um analito em uma amostra através de reações eletroquímicas de oxidação e redução no sensor. Essas reações são transduzidas a um sinal elétrico que pode ser correlacionado a uma quantidade, a uma concentração, ou a um nível de um analito na amostra.
[0069] Tal como usado no presente documento, um "eletrodo operante" é um eletrodo em que o analito (ou um segundo composto cujo nível depende do nível do analito) é eletro-oxidado ou eletrorreduzido com ou sem a interferência de um agente de transferência de elétrons.
[0070] Tal como usado no presente documento, um "contraeletrodo" refere-se a um eletrodo emparelhado com o eletrodo operante, através do que passa uma corrente igual na magnitude e oposta no sinal à corrente que passa através do eletrodo operante. No contexto das modalidades da presente invenção, o termo "contraeletrodo" inclui ambos os a) contraeletrodos e b) contraeletrodos que também funcionam como eletrodos de referência (isto é, contraeletrodos/eletrodos de referência), a menos que esteja indicado de alguma outra maneira.
[0071] Tal como usado no presente documento, um "eletrodo de referência" inclui ambos os a) eletrodos de referência e b) eletrodos de referência que também funcionam como contraeletrodos (isto é, contraeletrodos/eletrodos de referência), a menos que esteja indicado de alguma outra maneira.
[0072] Tal como usado no presente documento, "eletrólise" é a eletro-oxidação ou a eletrorredução de um composto diretamente em um eletrodo ou através de um ou mais agentes de transferência de elétrons.
[0073] Tal como usado no presente documento, os componentes são "imobilizados" dentro de um sensor, por exemplo, quando os componentes são retidos em ou ligados covalente, iônica ou coordenadamente aos constituintes do sensor e/ou são retidos em uma matriz ou membrana polimérica ou de sol-gel que impossibilita a mobilidade.
[0074] Tal como usado no presente documento, um "agente de transferência de elétrons" é um composto que carrega elétrons entre o analito e o eletrodo operante, tanto diretamente quanto em cooperação com outros agentes de transferência de elétrons. Um exemplo de um agente de transferência de elétrons é um mediador de redox.
[0075] Tal como usado no presente documento, um "mediador de redox" é um agente de transferência de elétrons para carregar os elétrons entre um analito, uma enzima reduzida com analito ou oxidada com analito, e um eletrodo, tanto diretamente quanto através de um ou mais agentes de transferência de elétrons adicionais. Um mediador de redox que inclui uma cadeia principal polimérica também pode ser indicado como um "um polímero de redox".
[0076] Tal como usado no presente documento, o termo "polímero precursor" refere-se ao polímero de partida antes que vários grupos modificadores sejam unidos para formar um polímero modificado.
[0077] Tal como usado no presente documento, uma "camada de detecção" é um componente do sensor que inclui constituintes que facilitam a eletrólise do analito. A camada de detecção pode incluir constituintes tais como um agente de transferência de elétrons (por exemplo, um mediador de redox ou um polímero de redox), um catalisador (por exemplo, uma enzima específica de analito) que catalisa uma reação do analito para produzir uma resposta no eletrodo operante, ou um agente de transferência de elétrons e um catalisador. Em algumas modalidades da presente invenção, um sensor inclui uma camada de detecção que é disposta de modo não lixiviável na proximidade de ou no eletrodo operante.
[0078] Tal como usado no presente documento, um "elemento de detecção" é uma aplicação ou uma região de uma enzima específica de analito disposta com a camada de detecção. Dessa maneira, um elemento de detecção é capaz de interagir com o analito. Uma camada de detecção pode ter mais de um elemento de detecção compondo a área de detecção do analito disposta no eletrodo operante. Em algumas modalidades, o elemento de detecção inclui uma enzima específica de analito e um agente de transferência de elétrons (por exemplo, mediador de redox). Em algumas modalidades, o elemento de detecção inclui uma enzima específica de analito, um agente de transferência de elétrons e um reticulador.
[0079] Tal como usado no presente documento, um composto "não lixiviável" ou "não liberável", ou um composto que é "disposto de maneira não lixiviável " significa definir um composto que é afixado no sensor de maneira tal que não se difunde ao se afastar substancialmente da camada de detecção do eletrodo operante para o período em que o sensor é usado (por exemplo, o período em que o sensor é implantado em um paciente ou em que uma amostra é medida).
[0080] Tal como usado no presente documento, o "reticulador" é uma molécula que contém pelo menos dois grupos reativos que podem ligar pelo menos duas moléculas uma à outra, ou ligar pelo menos duas porções da mesma molécula uma à outra. A ligação de pelo menos duas moléculas é denominada reticulação intermolecular, ao passo que a ligação de pelo menos duas porções da mesma molécula é denominada reticulação intramolecular. Um reticulador que tem mais de dois grupos reativos pode ter a capacidade de reticulação intermolecular e intramolecular ao mesmo tempo.
[0081] Uma "solução de membrana" é uma solução que contém todos os componentes necessários para a reticulação e formação da membrana, incluindo um polímero modificado que contém grupos nitrogênio heterocíclicos, um reticulador e um agente tampão ou um solvente misto de álcool-agente tampão.
[0082] Tal como usado no presente documento, um "fluido biológico" ou um "biofluido" é qualquer fluido corpóreo ou derivado de fluido corpóreo em que o analito pode ser medido, por exemplo, o sangue, o fluido intersticial, o plasma, o fluido da derme, o suor e as lágrimas.
[0083] Tal como usado no presente documento, a "detecção de modo de acumulação" refere-se à acumulação dos elétrons produzidos da oxidação de um analito, em que a oxidação que ocorre em ou sobre o elemento de detecção de um eletrodo operante que não é conectado a um circuito, criando desse modo a acumulação dos elétrons. Detecção de Modo de Acumulação
[0084] Com referência ao fluxograma do método da Figura 1, algumas modalidades da presente invenção incluem um método para a obtenção de um sinal de um analito ao usar um sensor, em que o sensor inclui um eletrodo operante e um outro eletrodo (por exemplo, um contraeletrodo e/ou eletrodo de referência) onde o eletrodo operante é provido ou modificado com (10) um catalisador tal como uma enzima específica de analito e um agente de transferência de elétrons (por exemplo, um mediador de redox). A área do eletrodo operante que é modificado com a enzima específica de analito e o mediador de redox pode ser indicada como elemento de detecção ou camada de detecção do eletrodo operante. Tal como mostrado na Figura 1, o eletrodo operante que foi provido (por exemplo, modificado) com uma enzima específica de analito é provido (15) com o analito. Na presença do analito, o eletrodo operante modificado oxida o analito e a quantidade de oxidação é medida como a quantidade de carga de elétrons produzida da reação. Contanto que o eletrodo operante não seja conectado a um outro eletrodo, a carga da reação de redox vai continuar a acumular (20) no eletrodo operante. Para analitos a uma baixa concentração no corpo (por exemplo, cortisol) a acumulação da carga (elétrons) por um período de tempo estipulado permite que baixas concentrações de analito resultem em um sinal de saída que seja fácil de medir e quantificar em comparação a outros métodos conhecidos. Depois de um período de tempo estipulado para a acumulação da carga (por exemplo, até 120 segundos, até 3 minutos, até 5 minutos, até 10 minutos, até 15 minutos, até 20 minutos, até 25 minutos, ou até 30 minutos), o eletrodo operante é conectado (25) com pelo menos outro eletrodo tal como um contraeletrodo e/ou eletrodo de referência para formar um circuito. Com a formação do circuito, os elétrons acumulados no eletrodo operante são descarregados como um sinal elétrico, a amplitude dos quais é medida (30) e correlacionada à quantidade de analito presente no eletrodo operante. Dessa maneira, ao seguir o método de acordo com as modalidades da presente invenção tal como mostrado nas ações 10, 15, 20, 25 e 30 da Figura 1, as baixas concentrações (por exemplo, quantidades nanomolares tão baixas quanto 4,7 nM) de um analito podem ser detectadas e medidas de imediato.
[0085] Com referência à Figura 2, um exemplo de uma configuração de três eletrodos é mostrada com um eletrodo operante 40, um eletrodo de referência 50 e um contraeletrodo 60 usado para o modo de detecção de acumulação de acordo com as modalidades da presente invenção em que, quando o circuito 70 é conectado tal como mostrado no painel esquerdo, o eletrodo operante é equilibrado em um potencial (voltagem) suficiente para dirigir a reação de redox do analito sob condições de estado estável. Por exemplo, para o sensor de glicose exemplificador usado no presente documento, o potencial (voltagem) suficiente para dirigir a reação de redox é de +40 mV versus Ag/AgCl. Quando o circuito 70 não é conectado tal como mostrado no painel direito, o eletrodo operante 40 é desconectado eletricamente do circuito 70, permitindo que a carga (por exemplo, elétrons) do analito seja armazenada no polímero de redox até que o eletrodo operante 40 seja reconectado ao circuito 70 e a carga armazenada seja medida.
[0086] Com referência às Figuras 3A e 3B, um exemplo de um biossensor enzimático eletroquímico é mostrado em uma vista geral conceptual de um modo de acumulação. Neste exemplo, a detecção do analito (A) é baseada na presença de uma enzima de oxidorredutase (AOx) eletricamente "cabeada" ao eletrodo operante do sensor através de um polímero de redox. Durante a detecção amperométrica normal, o eletrodo é equilibrado em um potencial (voltagem) de modo que o analito é reagido a uma razão constante, que seja proporcional à concentração do analito. Para uma reação de oxidação do analito (A em A+), tal como mostrado na Figura 3B, os elétrons irão fluir do analito (A) à enzima específica de analito (AOx) ao polímero de redox (por exemplo, Os3+) ao eletrodo operante a uma razão constante, produzindo uma corrente de estado estável tal como mostrado na Figura 3A. Se o eletrodo operante for desconectado do circuito, o fluxo de elétrons do polímero de redox ao eletrodo operante irá parar, o que resulta em nenhum fluxo de corrente através do circuito. No entanto, o analito ainda será submetido à oxidação enzimática, o que resulta por sua vez na redução do polímero de redox (Os3+ em Os2+). Isto resulta em um acúmulo (mostrado pela "nuvem" de Os2+) da forma reduzida do polímero de redox (Os2+) com o passar do tempo, à medida que os elétrons (e-) do analito são armazenados no polímero de redox. Quando o eletrodo operante é reconectado ao circuito de modo que é equilibrado em seu potencial original (voltagem), o acúmulo da forma reduzida do polímero de redox será oxidado, o que resulta em um grande pico da corrente tal como mostrado na Figura 3A. A corrente irá então deteriorar de volta à corrente amperométrica original quando o sistema redox atinge o estado estável mais uma vez. Esse processo de duas etapas forma a base para a detecção do modo de acumulação: uma etapa na qual o eletrodo operante do sensor é desconectado de ou não conectado ao circuito por um período de tempo estipulado (também indicado como tempo de acumulação), permitindo que a carga do analito se "acumule" no polímero de redox, e uma segunda etapa na qual o eletrodo operante do sensor é conectado ao circuito após o tempo de acumulação, permitindo que a carga acumulada seja descarregado e medida como um pico agudo.
[0087] Com referência às Figuras 3C e 3D, um exemplo de detecção de modo de acumulação foi demonstrado ao usar um sensor de glicose desenvolvido que consiste em um reagente de detecção específico de glicose depositado em um eletrodo de carbono impresso em tela. O reagente de detecção de glicose consiste na enzima de glicose oxidase reticulada a um polímero de redox de Os. Esse reagente já foi demonstrado para o uso em células de biocombustível de glicose, bem como sensores de glicose contínuos autoenergizados e energizados por potenciostatos. Vide, por exemplo, Mao et al., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125:4951-4957; Mano et al., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125:6588-6594; Liu et al., Anal. Chem. 2012, 84:3403-3409; Feldman et al., Diabetes Technol. Ther. 2003, 5:769-779; Hoss et al., J. Diabetes Sci. Technol. 2013, 7:1210-1219; e Hoss et al., J. Diabetes Sci. Technol. 2014, 8:89- 94, cujos teores integrais são incorporados no presente documento a título de referência. Em algumas modalidades da presente invenção, um método de detecção de modo de acumulação pode ser usado para aumentar a sensibilidade de uma medição eletroquímica. Para o experimento mostrado nas Figuras 3C e 3D, um sensor de glicose foi colocado em uma solução de 2 µM de glicose e 100 mM de solução salina tamponada com fosfato (PBS), e várias medições do modo de acumulação foram feitas enquanto a corrente do sensor era monitorada.
Para cada medição, o sensor foi equilibrado inicialmente a +40 mV para dirigir a oxidação de estado estável da glicose, o eletrodo operante foi então desconectado eletricamente por um período de tempo estipulado (o tempo de acumulação) para permitir a acumulação da carga, e o eletrodo operante foi reconectado então para medir a carga acumulada. Tal como mostrado, o tamanho do pico de corrente oxidante aumenta com um tempo de acumulação crescente. Por conseguinte, ao aumentar simplesmente o tempo da acumulação (por exemplo, até 30 segundos, 60 segundos, ou até 120 segundos), a sensibilidade da medição com este sensor de glicose e a concentração de glicose são aumentadas. O sinal amperométrico, que foi medido como corrente do sensor de estado estável, assim como a altura de pico e a área de pico dos picos da corrente medidos na Figura 3C, são traçados em relação ao tempo de acumulação na Figura 3D. Tal como mostrado, a corrente amperométrica não é dependente do tempo de acumulação e não permanece constante. No entanto, a altura e a área do pico de corrente mostram uma dependência linear no tempo de acumulação, destacando a vantagem que a detecção do modo de acumulação tem sobre a amperometria tradicional. Isto é, a sensibilidade do sensor pode ser ajustada ao alterar um parâmetro facilmente ajustável da técnica de medição, por exemplo, o período de tempo para a carga de acumulação.
[0088] De acordo com as modalidades da presente invenção, o método de detecção de modo de acumulação fornece um sinal em uma faixa de concentrações de analito. As Figuras 4A e 4B mostram um exemplo de um experimento de calibração ao usar um sensor de glicose exemplificador para concentrações de glicose de até 100 µM. Tal como indicado, um tempo de 60 segundos foi usado para cada detecção. A Figura 4A mostra o traçado resultante da corrente em relação ao tempo este experimento. Tal como mostrado, ambas a corrente amperométrica de estado estável e o tamanho dos picos de corrente do modo de acumulação aumentam com uma concentração de glicose crescente. A Figura 4B mostra gráficos da corrente amperométrica e da altura de pico e da área de pico dos picos de corrente como uma função da concentração de glicose, com todos os três sinais exibindo uma dependência linear na concentração do analito. Por conseguinte, os resultados mostram que o modo de detecção de acumulação, se for medido ao usar a altura de pico ou a área do pico, resulta em curvas de calibração lineares e, portanto, pode ser utilizado para a detecção de uma maneira análoga à amperometria tradicional com maior sensibilidade. Dessa maneira, uma vez que a altura de pico obtida do detectar do modo de acumulação é medida em unidades de corrente, a sensibilidade deste método de medição pode ser quantitativamente comparada à sensibilidade da amperometria. Por exemplo, a sensibilidade do método de medição pode ser obtida ao comparar as inclinações das curvas de calibração, tais como aquelas mostradas na Figura 4B. Por comparação, a amperometria tem uma sensibilidade de 0,44 nA/µM, ao passo que o modo de detecção de acumulação (ao usar a medição da altura de pico) tem uma sensibilidade de 1,69 nA/µM. Portanto, com um tempo de acumulação de 60 segundos, o modo de detecção de acumulação de acordo com as modalidades da presente invenção aumenta a sensibilidade da medição eletroquímica por um fator de cerca de 4 em comparação à amperometria.
[0089] Além disso, uma vez que ambas a altura de pico e a área do pico fornecem o mesmo resultado e sensibilidade, em algumas modalidades da presente invenção, um meio de medição do sinal de corrente resultante do eletrodo operante inclui o cálculo da altura de pico e/ou da área de pico.
[0090] Em algumas modalidades da presente invenção, a detecção do modo de acumulação é realizada ao usar um sensor que tem uma membrana exterior. Uma vez que os sensores eletroquímicos são com frequência revestidos com uma membrana exterior (por exemplo, uma membrana de polímero) a fim de conferir estabilidade aos reagentes de detecção, limitações de transporte em massa, biocompatibilidade e/ou para impedir que os eletrodos fiquem sujos, um sensor revestido com polímero foi testado para se assegurar que a detecção do modo de acumulação seja executada tal como esperado. Com referência à Figura 5, um sensor de glicose exemplificador revestido com uma membrana de polímero exterior limitadora de fluxo foi usado para obter curvas de calibração através da detecção de modo de amperometria e acumulação a concentrações de glicose de 0, 50, 100, 200 e 500 µM. Quatro medições consecutivas foram feitas a cada concentração de glicose ao usar um tempo de acumulação diferente de 1, 2, 5 e 10 minutos tal como indicado com os pontos de dados, respectivamente, na Figura 5.
[0091] Tal Como mostrado na Figura 5, as medições do modo de amperometria (gráfico da esquerda) e de acumulação (gráficos do meio e da direita) conferem uma resposta linear à concentração de analito. Tal como esperado, ao usar a amperometria (o gráfico da esquerda na Figura 5), a sensibilidade do sensor é independente do tempo da acumulação. No entanto, ao usar a detecção do modo de acumulação (os gráficos do meio e da direita na Figura 5), a sensibilidade do sensor aumenta com um aumento no tempo de acumulação. Devido à membrana exterior limitadora de fluxo, as sensibilidades do sensor ao usar a detecção de modo de amperometria e acumulação são muito menores do que para os sensores sem uma membrana exterior. Isto é esperado, uma vez que a membrana exterior limita a difusão do analito ao reagente de detecção. No entanto, tal como mostrado na Figura 5, a detecção do modo de acumulação é executada tal como esperado quando uma membrana exterior de polímero é adicionada ao sensor e fornece um outro exemplo de como a sensibilidade do sensor pode ser ajustada ao alterar o tempo de acumulação. Além disso, deve ser observado que um período de tempo estipulado de mais de 10 minutos para a acumulação da carga ao usar o modo de detecção de acumulação com sensores de monitoramento contínuo pode causar efeitos negativos na definição do tempo do sensor. Por conseguinte, em algumas modalidades da presente invenção, a detecção do modo de acumulação é realizada ao usar um sensor que tem uma membrana exterior onde o período de tempo estipulado para a acumulação da carga é de até 10 minutos.
[0092] Também deve ser observado que, quando uma membrana exterior tal como uma membrana exterior limitadora de fluxo pode não ser necessária para impedir que o eletrodo fique sujo quando da medição dos analitos de medição a baixas concentrações, uma membrana exterior pode prover uma interface biocompatível com um ambiente in vivo e/ou conferir estabilidade à camada de detecção subjacente incluindo os agentes de transferência de elétrons e/ou as enzimas específicas de analitos na mesma. Para o modo de detecção de acumulação em que uma membrana exterior é usada, o período de tempo estipulado para acumular a carga pode ser aumentado para permitir a oxidação da concentração total do analito. Em algumas modalidades da presente invenção, um método de detecção do modo de acumulação ao usar um sensor que tem uma membrana exterior inclui o aumento do período de tempo estipulado para acumular a carga até 1 minuto, até 2 minutos, até 3 minutos, até 4 minutos, até 5 minutos, até 6 minutos, até 7 minutos, até 8 minutos, até 9 minutos, ou até 10 minutos a fim de permitir a reação completa de todo o analito presente no eletrodo operante. Em algumas modalidades da presente invenção, um método do modo de detecção de acumulação ao usar um sensor que tem uma membrana exterior inclui o aumento do período de tempo estipulado para acumular a carga de 10 minutos até 30 minutos.
[0093] Alternativamente, em algumas modalidades da presente invenção, a membrana exterior pode ser feita de um material altamente permeável e, desse modo, embora a membrana permeável não atenue a razão na qual o analito atinge a camada de detecção do eletrodo operante, a membrana permeável permite a estabilidade, limitações de transporte em massa, e/ou biocompatibilidade. Os exemplos não limitadores dos materiais altamente permeáveis da membrana incluem a poli(vinil piridina) reticulada com o éter diglicidílico de poli(etileno glicol) de elevado peso molecular (MW ≥ 400 g/mol), poli(vinil piridina) derivatizada reticulada com éter diglicidílico de poli(etileno glicol) de elevado peso molecular (MW ≥ 400 g/mol)), álcool poli(vinílico), ácido poli(acrílico), e ácido poli(metacrílico).
[0094] Com referência às Figuras 6A-6B, um sensor eletroquímico de glicose foi usado no experimento in vitro para medir (por exemplo, detectar) concentrações de glicose que variam de 0 a 1.000 nanomolares (nM) de glicose. Neste exemplo, o eletrodo operante do sensor incluiu a enzima de glicose oxidase reticulada a um polímero de redox à base de Os depositado e imobilizado em um eletrodo de carbono impresso em tela. O experimento foi realizado tal como divulgado no presente documento (por exemplo, no Exemplo 8). Além disso, um contraeletrodo de carbono impresso em tela e um eletrodo de referência de Ag/AgCl foram usados. Antes de cada medição, o eletrodo operante foi mantido a +40 o mV versus (vs.) Ag/AgCl por 3 minutos, depois do que o potencial do circuito aberto do eletrodo foi medido por 3 minutos. O gráfico na Figura 6A mostra a curva do potencial resultante versus o tempo para as concentrações indicadas de glicose (0 a 1.000 nM de glicose). Por conseguinte, tal como mostrado, concentrações mais elevadas de glicose resultam em uma taxa de mudança de potencial de magnitude maior. Em algumas modalidades da presente invenção, a taxa da mudança é calculada como a curva da inclinação do potencial versus o tempo. A Figura 6B é uma curva de calibração que mostra um gráfico da taxa de mudança (calculada como a inclinação de 30 a 180 segundos) versus a concentração de glicose. Tal como mostrado na Figura 6B, a taxa de mudança potencial mostra uma dependência linear na concentração de glicose.
[0095] Com referência às Figuras 6C-6C, o mesmo sensor eletroquímico de glicose usado no experimento das Figuras 6A-6B foi usado no experimento in vitro para medir as concentrações de glicose que variam de 0 a 750 nM de glicose, incluindo concentrações de glicose abaixo de 100 nM (por exemplo, 10 nM, 25 nM, e 50 nM). O gráfico na Figura 6C mostra a curva do potencial resultante versus o tempo para as concentrações de glicose indicadas. Por conseguinte, tal como mostrado na Figura 6D, a taxa de mudança traçada para este experimento permanece linear até 10 nM de glicose. Esta correlação também é mostrada na Figura 6E, que mostra uma curva de calibração resultante do teste de 8 sensores de glicose individuais. Além disso, os sensores do controle que não possuem a enzima de glicose oxidase (mas que ainda possuem o polímero de redox de Os) também foram testados neste experimento. Tal como mostrado nas Figuras 6E e 6F, a taxa de mudança dos sensores de controle representados pelos círculos abertos não mostraram nenhuma dependência nas concentrações de glicose.
[0096] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, o método presentemente divulgado pode ser usado para abaixar o sinal de fundo (por exemplo, sinal a [analito] = 0). Com referência às Figuras 6G-6H, um experimento foi executado ao usar o sensor de glicose usado no experimento mostrado na Figura 6A como eletrodo operante. Além disso, um sensor de controle que não possui a enzima de glicose oxidase, mas que ainda possui o polímero de redox de Os foi usado como eletrodo de referência durante a medição do potencial de circuito aberto. Ao usar esta configuração, a quantidade de sinal medida que não é da oxidação de glicose é minimizada. Por exemplo, ao utilizar um sensor de controle sem glicose oxidase como eletrodo de referência, o sinal de fundo (a curva da inclinação do potencial versus o tempo para uma concentração de glicose igual a zero é aproximadamente igual a zero. A interceptação resultante da curva de calibração mostrada na Figura 6H é duas ordens de magnitude menor do que a interceptação da curva de calibração mostrada na Figura 6F, a qual foi obtida ao usar um eletrodo de referência de Ag/AgCl. Por conseguinte, os métodos e os sistemas da presente invenção incluem o uso de um sensor de controle sem glicose oxidase como um eletrodo de referência durante a medição do potencial de circuito aberto como um método eficaz para reduzir o sinal de fundo.
[0097] Em algumas modalidades da presente invenção, um sinal produzido a partir da reação de redox de um analito na camada de detecção de um eletrodo operante pode ser ajustado ou modificado para realçar o sinal de saída para qualquer concentração do sensor e/ou do analito. Em algumas modalidades da presente invenção, o sinal é realçado ao modificar a frequência na qual o sinal da corrente é gravado. Por exemplo, com referência à Figura 7, a fim de maximizar a altura de pico medida durante o pico da corrente da detecção de acumulação, o sinal pode ser gravado a uma razão mais rápida de amostragem (por exemplo, 0,1 Hz) e ser filtrado a uma frequência mais elevada (por exemplo, 3,2 Hz) do que a taxa de amostragem da taxa de amostragem de 0,5 Hz e a uma frequência do filtro de 0,03 Hz que foram usadas para os experimentos de detecção do modo de acumulação divulgados no presente documento e mostrados nas Figuras 3A a 3D, 4A-4B e 5. Tal como mostrado na Figura 7, o pico de detecção é muito mais agudo à frequência mais elevada de 3,2 H, conduzindo a uma altura de pico maior. Por conseguinte, em algumas modalidades da presente invenção, o método de detecção do modo de acumulação inclui o aumento da frequência de filtro até 3,2 Hz para maximizar a magnitude do sinal. Deve ser observado que, a uma frequência mais alta do que 3,2 Hz, a razão entre sinal e ruído é demasiadamente grande para permitir medições exatas se for usada a corrente amperométrica ou a medição do pico de acumulação.
[0098] Em algumas modalidades da presente invenção, nanotubos de carbono (CNTs) são adicionados ao elemento de detecção do eletrodo operante. Por exemplo, os CNTs são adicionados ao reagente de detecção incluindo o mediador de redox e a enzima específica de analito e aplicados ao eletrodo operante. Com referência à Figura 8A, os CNTs foram adicionados ao reagente de detecção na micrografia à direita e os CNTs não foram adicionados na micrografia à esquerda. A detecção do modo de acumulação foi medida com e sem os CNTs. Tal como mostrado na Figura 8B, com a adição de CNTs com o elemento de detecção no eletrodo operante, o pico da corrente do modo de acumulação tem uma altura de pico maior.
[0099] Em algumas modalidades da presente invenção, a detecção do modo de acumulação inclui o uso de um sensor com um tempo de acumulação (por exemplo, um período de tempo estipulado para a acumulação da carga) de 30 minutos, um filtro de frequência de sinal a 3,2 Hz, e a adição de nanotubos de carbono (CNTs) ao elemento de detecção no eletrodo operante. A Figura 9A mostra os sinais do modo de acumulação obtidos para um sensor de glicose representativo a concentrações de glicose de 0 a 200 nM na presença de CNTs, com um tempo de acumulação de 30 minutos, e o sinal filtrado a 3,2 Hz. Por conseguinte, tal como mostrado nas curvas de calibração de sinal na Figura 9B, em comparação com a amperometria, o modo de detecção de acumulação de acordo com as modalidades da presente invenção propicia uma sensibilidade aumentada para analitos a baixas concentrações. Tal como visto, com um tempo de acumulação de 30 minutos, o modo de detecção de acumulação ao usar a medição do pico de altura confere um aumento de 800 vezes na sensibilidade em relação à amperometria. Com respeito ao limite de detecção, o modo de detecção de acumulação ao usar a medição da área de pico é superior, o que resulta em um limite de detecção inferior (LOD) de 4,7 ± 1,4 nM, um aumento de 25 vezes em relação à amperometria. Embora a faixa linear para a detecção do modo de acumulação seja mais limitada do que para a amperometria, deve ser observado que esta faixa pode ser deslocada para concentrações mais elevadas ao usar um tempo de acumulação mais curto. Sensor Para a Detecção do Modo de Acumulação
[0100] Um sensor tal como descrito no presente documento pode ser um sensor in vivo ou um sensor in vitro (isto é, uma tira de teste de monitoramento distinta). Tal sensor pode ser formado em um substrato, por exemplo, um substrato substancialmente planar. Em determinadas modalidades, o sensor é um fio, por exemplo, uma porção interna de fio do eletrodo operante com um ou mais outros eletrodos associados com o mesmo (por exemplo, sobre, incluindo enrolado ao redor). O sensor também pode incluir pelo menos um contraeletrodo (ou contraeletrodo/eletrodo de referência) e/ou pelo menos um eletrodo de referência ou pelo menos um eletrodo de referência/contra eletrodo.
[0101] A Figura 12 ilustra esquematicamente uma modalidade de um sensor de analito 800 de acordo com as modalidades da presente invenção. Esse sensor inclui os eletrodos 801, 802, e 803 em uma base
804. Os eletrodos (e/ou outros elementos) podem ser aplicados ou então processados ao usar qualquer tecnologia apropriada, por exemplo, a deposição de vapor químico (CVD), a deposição de vapor físico, o bombardeamento iônico, o bombardeamento iônico reativo, a impressão, o revestimento, a ablação (por exemplo, a ablação laser), a pintura, o revestimento por imersão, a causticação, e outros ainda. Os materiais incluem, mas sem ficar a eles limitados, qualquer um ou mais de alumínio, carbono (incluindo o grafite), cobalto, cobre, gálio, ouro, índio, irídio, ferro, chumbo, magnésio, mercúrio (como uma amálgama), níquel, nióbio, ósmio, paládio, platina, rênio, ródio, selênio, silício (por exemplo, silício policristalino dopado), prata, tântalo, estanho, titânio, tungstênio, urânio, vanádio, zinco, zircônio, as misturas destes, e ligas, óxidos, ou compostos metálicos desses elementos.
[0102] O sensor de analito 800 pode ser completamente implantável em um usuário, ou pode ser configurado de modo que somente uma porção seja posicionada dentro (internamente) de um usuário e uma outra porção fora (externamente) de um usuário. Por exemplo, o sensor 800 pode incluir uma primeira porção posicionável acima de uma superfície da pele 810, e uma segunda porção posicionada abaixo da superfície da pele. Em tais modalidades, a porção externa pode incluir os contatos (conectados aos respectivos eletrodos da segunda porção por traços) para se conectar a um outro dispositivo também externo ao usuário tal como uma unidade transmissora. Embora a modalidade da Figura 12 mostre três eletrodos 801, 802, e 803 lado a lado na mesma superfície da base 804, outras configurações são contempladas, por exemplo, menos ou mais eletrodos, alguns ou todos os eletrodos em superfícies diferentes da base ou presentes em uma outra base, com alguns ou todos os eletrodos empilhados em conjunto, eletrodos de diferentes materiais e dimensões, etc.
[0103] A Figura 13 mostra uma vista em seção transversal de uma modalidade de um sensor de analito 500 que tem uma primeira porção (que nesta modalidade pode ser caracterizada como uma porção principal) posicionável acima de uma superfície da pele, e uma segunda porção (que nesta modalidade pode ser caracterizada como uma porção menor) que inclui uma cauda 530 do sensor (que também pode ser indicada no presente documento como uma ponta de inserção) posicionável abaixo da superfície da pele (por exemplo, penetrando através da pele (derme) e rumo a espaço subcutâneo e em contato com o biofluido do usuário, tal como o fluido intersticial. Os contatos do eletrodo (não mostrados) são posicionados na primeira porção do sensor 500 situada acima da superfície da pele e se estendem até um local na cauda 530 do sensor. Um eletrodo operante 501, um eletrodo de referência 502 e um contraeletrodo 503 são mostrados na segunda porção do sensor 500 e em particular na porção inferior da cauda 530 do sensor. Deve ser compreendido que mais ou menos eletrodos podem ser providos em um sensor, sem desviar do âmbito da presente invenção. Por exemplo, um sensor pode incluir mais de um eletrodo operante e/ou os contraeletrodos e eletrodos de referência podem ser um único contraeletrodo/eletro de referência, e outros ainda.
[0104] Com relação ainda à Figura 13, o sensor 500 inclui um substrato (ou camada de substrato) 504 e uma primeira camada condutora 508, tais como carbono, ouro, etc., que fica em comunicação elétrica com a área de detecção 509, definindo desse modo coletivamente o eletrodo operante 501. A área de detecção 509 pode ser protegida de micro-organismos mediante a provisão em um ou mais componentes do sensor 500 de uma qualidade microbicida, destinados a proteger a saúde da pele do usuário e/ou a proteger a área de detecção 509 da interferência potencial com tais micro-organismos (por exemplo, formação de uma biopelícula devido à migração potencial dos micro-organismos). Os vários eletrodos e áreas de detecção definidos na porção inferior da cauda 530 do sensor na Figura 13 podem compor coletivamente uma região de detecção, e uma qualidade microbicida conferida à cauda do sensor descrita no presente documento é provida na porção superior (25% superior) da cauda 530 do sensor acima da dita região (por exemplo, acima da área de detecção 509, ou acima do eletrodo 503).
[0105] Uma primeira camada de isolamento 505, tal como uma primeira camada dielétrica em algumas modalidades, pode ser disposta ou empilhada sobre pelo menos em uma porção da primeira camada condutora 508, e além disso uma segunda camada condutora 511 pode ser disposta ou empilhada em cima de pelo menos uma porção da primeira camada de isolamento (ou camada dielétrica) 505. Tal como mostrado na Figura 13, a segunda camada condutora 511 em conjunto com um segundo material condutor 510, tal como uma camada de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl), pode prover o eletrodo de referência
502. Uma outra disposição possível do segundo material condutor 510 é mostrada na Figura 14B, junto com uma membrana exterior 520 que se sobrepõe às várias camadas.
[0106] Uma segunda camada de isolamento 506, tal como uma segunda camada dielétrica em algumas modalidades, pode ser disposta ou empilhada sobre pelo menos uma porção da segunda camada condutora 511. Além disso, uma terceira camada condutora 513 pode ser disposta sobre pelo menos uma porção da segunda camada de isolamento 506 e pode prover o contraeletrodo 503. Finalmente, uma terceira camada de isolamento 507 pode ser disposta ou empilhada sobre pelo menos uma porção da terceira camada condutora 513. Desta maneira, o sensor 500 pode ser empilhado de maneira tal que uma porção de cada uma das camadas condutoras é separada por pelo menos uma respectiva camada de isolamento (por exemplo, uma camada dielétrica). Uma outra configuração possível da camada é mostrada na Figura 14B. As modalidades das Figuras 13 e 14B mostram as camadas que têm comprimentos diferentes; no entanto, algumas ou todas as camadas podem ter o mesmo comprimento e/ou largura ou comprimentos e/ou larguras diferentes, sem desviar do âmbito da presente invenção.
[0107] Em qualquer uma ou todas as modalidade, alguns ou todos os eletrodos 501, 502, e 503 podem ser providos no mesmo lado do substrato 504 na construção em camadas descrita acima ou, alternativamente, podem ser providos de uma maneira coplanar de maneira tal que dois ou mais eletrodos podem ser posicionados no mesmo plano (por exemplo, lado a lado, em paralelo, ou angulados um em relação ao outro) no substrato 504. Por exemplo, os eletrodos coplanares podem incluir um espaçamento apropriado entre os mesmos e/ou incluem um material dielétrico ou material de isolamento disposto entre as camadas condutoras/eletrodos. Além disso, em algumas modalidades, um ou mais dos eletrodos 501, 502, e 503 podem ser dispostos em lados opostos do substrato 504. Em tais modalidades, almofadas de contato podem estar no mesmo lado ou em lados diferentes do substrato. Por exemplo, um eletrodo pode estar em um primeiro lado e seu respectivo contato pode estar em um segundo lado, por exemplo, um traçado que conecta o eletrodo e o contato pode cruzar através do substrato.
[0108] Com referência agora à Figura 14A, é mostrada uma outra modalidade de um sensor de analito de acordo com uma ou mais modalidades da presente invenção, e representa uma variação do sensor 500 das Figuras 13 e 14B. Com relação à Figura 14A, é mostrada uma região de detecção implantável (por exemplo, subcutânea ou transcutânea) 920 de acordo com uma ou mais modalidades da presente invenção incluindo um eletrodo operante 922 com elementos de detecção 931. A extremidade proximal 940 é configurada para ser conectada a várias conexões elétricas para transmitir os sinais de saída da região de detecção 920. Coletivamente, a extremidade distal 925 e a extremidade proximal 940 formam a cauda do sensor. A região de detecção 920 engloba uma porção inferior da cauda do sensor. Tal como descrito, a região de detecção 920 compreende uma ponta arredondada, mas outras formas de ponta podem estar alternativamente presentes para facilitar a inserção na pele de um usuário.
[0109] Além disso, em uma ou mais modalidades, a região de detecção 920 pode incluir um eletrodo de referência, um contraeletrodo, ou contraeletrodos-eletrodos de referência, tais como aquelas mostrados nos Figuras 13 e 14B. As configurações alternativas do eletrodo podem ser empregadas sem desviar do âmbito da presente invenção.
[0110] Com referência às Figuras 13, 14A e 14B, pode ser observado que o sensor (ou região de detecção) 500, 920 inclui a funcionalidade de detecção em uma porção distal de suas respectivas caudas do sensor. Tal como descrito acima, esse local pode permitir o contato realçado com locais mais profundos abaixo da pele de um usuário (por exemplo, o espaço subcutâneo), onde um acesso maior ao fluido intersticial do usuário pode permitir um acesso maior ao analito do interesse que está sendo medido (por exemplo, a concentração do mesmo). Isto é, a região de detecção é colocada dentro da pele de um usuário a uma profundidade suficiente para permitir a medição exata do analito particular, ao passo que a colocação da região de detecção em uma posição mais próxima da superfície da pele pode ser inadequada para determinar corretamente a concentração ou outra característica de um analito desejado.
[0111] Com referência às Figuras 13 e 14B a 14D, uma ou mais modalidades da presente invenção incluem um eletrodo operante 501 ou 320 que tem uma área de detecção 509, em que a área de detecção 509 tem pelo menos um elemento de detecção 322 que inclui, por exemplo, uma enzima específica de analito 323 e um agente de transferência de elétrons (por exemplo, um mediador de redox) 324. O eletrodo operante 501 ou 320 é disposto em um substrato 504 ou 325 que é posicionado em contato com e entre o eletrodo operante 501 ou 320 e um contraeletrodo 503. Uma primeira camada isolante 505 é disposta em contato com uma superfície do eletrodo operante 501 ou 320 que não fica em contato com o substrato 504 ou 325. Um eletrodo de referência 502 é disposto em contato com uma superfície da primeira camada isolante 505 que não fica em contato com o eletrodo operante 501 ou 320, e um segundo material condutor (ou camada) 510 é disposto em contato com uma superfície do eletrodo de referência 502 que não fica em contato com a primeira camada isolante 505.
[0112] Na Figura 14C também é mostrado um elemento de detecção 322, disposto pelo menos em uma porção do eletrodo operante 320. Em algumas modalidades da invenção, dois ou mais elementos de detecção 322 podem ser providos em uma camada de detecção do eletrodo operante, onde os dois ou mais elementos de detecção são dispostos lateralmente um ao outro.
[0113] Em algumas modalidades da presente invenção, qualquer configuração apropriada dos elementos de detecção 322 pode ser disposta no eletrodo operante 320. Configurações adicionais de elementos de detecção são divulgadas, por exemplo, em Hoss et al., (U.S. 2012/0150005), cujo teor integral é incorporado no presente documento a título de referência.
[0114] Em algumas modalidades da presente invenção, com referência à Figura 14B, um sensor 500 inclui uma membrana exterior 520 que se sobrepõe a pelo menos eletrodo operante 501 e a área de detecção 509. Em outras modalidades, a membrana exterior 520 cobre todo o sensor 500. Em algumas modalidades, a membrana exterior 520 se sobrepõe a todas as áreas ativas do sensor 500. Por exemplo, as áreas ativas do sensor 500 se encontram na região de detecção 920 tal como mostrado na Figura 14A e na área de detecção 509 tal como mostrado na Figura 14B. Em algumas modalidades, a membrana exterior 520 se sobrepõe ao eletrodo operante, contra eletrodo e/ou eletrodo de referência na região de detecção 920 ou na área de detecção 509.
[0115] A Figura 14C mostra uma perspectiva aproximada de uma membrana exterior 335 que se sobrepõe ao elemento de detecção 322 disposto em um eletrodo operante 320 que é disposto em um substrato
325. Tal como mostrado, a membrana exterior 335 está no processo de ser sobreposta. A membrana exterior 335 se sobrepõe a pelo menos todo o elemento de detecção 322. Enzimas Específicas de Analito e Agente de Transferência de Elétrons (Mediador de Redox)
[0116] Em algumas modalidades da presente invenção, os sensores da presente invenção não conseguem medir o analito diretamente. Isto é, os eletrodos no sensor não podem interagir diretamente com o analito. Por conseguinte, o analito é detectado por uma proteína de enzima que pode interagir diretamente com a molécula do analito. No entanto, algumas enzimas (por exemplo, a glicose oxidase) não podem trocar elétrons diretamente com os eletrodos porque os seus sítios ativos de redox são soterrados profundamente dentro da estrutura da proteína da enzima. Portanto, a fim de transferir os elétrons entre o sítio ativo de redox da enzima e os eletrodos, um agente de transferência de elétrons (isto é, um mediador de redox) é usado. A imobilização do agente de transferência de elétrons e da enzima específica de analito na camada de detecção cria o que é conhecido como um "fio" uma vez que as moléculas imobilizadas são capazes de retransmitir elétrons, e dessa maneira elas são "eletricamente fiadas". A enzima específica de analito também é conhecida como uma "enzima fiada". As enzimas fiadas são divulgadas, por exemplo, em Gregg et al., (Patente U.S. nº.
5.262.035), Say et al., (Patente U.S. nº. 6.134.461), e Hoss et al., (Publicação de Patente U.S. nº. 2012/0150005), cujos teores integrais são incorporados no presente documento a título de referência. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é reticulada ao agente de transferência de elétrons.
[0117] Em algumas modalidades da presente invenção, os agentes de transferência de elétrons (por exemplo, mediadores de redox) são íons ou moléculas eletrorreduzíveis e eletro-oxidáveis que têm potenciais de redox (voltagem) de são algumas centenas de milivolts acima ou abaixo do potencial de redox (voltagem) do eletrodo de calomel (SCE) padrão. Em algumas modalidades, os agentes de transferência de elétrons reduzem não mais do que cerca de -150 mV e oxidam não mais do que cerca de +400 mV versus o SCE. Os exemplos de mediadores de redox apropriados na forma de polímeros de redox são divulgados, por exemplo, em Mao et al. (Patente U.S. nº. 6.605.200) cujo teor integral é incorporado no presente documento a título de referência.
[0118] De acordo com as modalidades da presente invenção, com referência à Figura 14D, um agente de transferência de elétrons 324 é imobilizado no eletrodo operante 320. Em algumas modalidades, o agente de transferência de elétrons 324 e uma enzima específica de analito 323 são ambos imobilizados no eletrodo operante 320 por quaisquer meios apropriados. Em algumas modalidades, o agente de transferência de elétrons e a enzima específica de analito são co- imobilizados no eletrodo operante com qualquer reticulador apropriado. Em algumas modalidades, o agente de transferência de elétrons e a enzima específica de analito são coimobilizados com um reticulador químico, por exemplo, (o éter diglicidílico de poli(etileno glicol) (PEGDGE).
[0119] Em algumas modalidades da presente invenção, um agente de transferência de elétrons para ser usado na detecção do modo de acumulação inclui uma espécie de redox selecionada do ósmio, rutênio,
ferro, ou cobalto acoplado com um polímero selecionado de poli (vinil piridina), poli(tiofeno), poli(anilina), poli(pirrol), ou poli(acetileno). Em algumas modalidades, um agente de transferência de elétrons é o o polímero de redox de poli(vinil piridina) contendo ósmio (Os) da fórmula I.
Fórmula I
[0120] Em algumas modalidades da presente invenção, o agente de transferência de elétrons pode ser orgânico, organometálico ou inorgânico. Os exemplos de espécies de redox orgânicas são as quinonas e espécies que em seu estado oxidado têm estruturas quinoides, tais como o azul Nilo e o indofenol. Algumas quinonas e quinhidronas parcialmente oxidadas reagem com os grupos funcionais das proteínas tais como os grupos tiol da cisteína, os grupos amina da lisina e da arginina, e os grupos fenólicos da tirosina que podem tornar essas espécies de redox inadequadas para alguns dos sensores da presente invenção por causa da presença de proteínas de interferência em um fluido contendo analito. Deve ser observado que a maior parte das quinonas substituídas e das moléculas com estrutura quinoide é menos reativa com as proteínas. Em algumas modalidades, uma quinona tetrassubstituída tem átomos de carbono nas posições 1, 2, 3 e 4.
[0121] Os agentes de transferência de elétrons apropriados para o uso em um método de detecção do modo de acumulação de acordo com modalidades da invenção têm estruturas ou cargas que impedem ou reduzem substancialmente a perda difusional do agente de transferência de elétrons durante o período de tempo no qual a amostra está sendo analisada. Em algumas modalidades da presente invenção, um agente de transferência de elétrons inclui uma espécie de redox ligada a um polímero que pode ser imobilizado na camada de detecção do eletrodo operante. A ligação entre a espécie de redox e o polímero pode ser covalente, coordenativa ou iônica. Os agentes de transferência de elétrons úteis e os métodos para produzir os mesmos são descritos nas Patentes U.S. Nº 5.264.104; 5.356.786; 5.262.035; e 5.320.725, cujos teores integrais são incorporados no presente documento a título de referência. Embora qualquer espécie de redox orgânica ou organometálica possa ser ligada a um polímero e usada como um agente de transferência de elétrons, em algumas modalidades da presente invenção, o mediador de redox é um composto ou um complexo de metal de transição. Em algumas modalidades, os compostos ou os complexos de metal de transição incluem os compostos ou complexos de ósmio, rutênio, ferro e cobalto. Deve ser reconhecido que muitas das espécies do mediador de redox descritas no presente documento também podem ser usadas, por exemplo, sem um componente polimérico, como agentes de transferência de elétrons em um fluido carreador ou em uma camada de detecção de um sensor onde a lixiviação do agente de transferência de elétrons é aceitável.
[0122] Um tipo de agente de transferência de elétrons polimérico não liberável contém uma espécie de redox ligada covalentemente em uma composição polimérica. Um exemplo deste tipo de mediador é o poli(vinil ferroceno).
[0123] Um outro tipo de agente de transferência de elétrons não liberável contém uma espécie de redox ligada ionicamente. Tipicamente, este tipo de mediador inclui um polímero carregado acoplado a uma espécie de redox de carga oposta. Os exemplos deste tipo de mediador incluem um polímero negativamente carregado tal como Nafion (Dupont) acoplado a uma espécie de redox positivamente carregada tal como um cátion polipiridila acoplado com ósmio, rutênio, ferro ou cobalto. Um outro exemplo de mediador ligado ionicamente é um polímero positivamente carregado, tal como poli(4-vinil piridina) quaternizada ou poli(1-vinil imidazol), acoplado a uma espécie de redox negativamente carregada tal como ferricianeto ou ferrocianeto. Em algumas modalidades da presente invenção, uma espécie de redox ligada é uma espécie de redox altamente carregada ligada dentro de um polímero de redox de carga oposta.
[0124] Em uma outra modalidade da invenção, os agentes de transferência de elétrons não liberáveis apropriados incluem uma espécie de redox ligada coordenativamente a um polímero. Por exemplo, o mediador pode ser formado pela coordenação de um complexo de ósmio ou cobalto 2,2'-bipiridila a poli(1-vinil imidazol) ou a poli(4-vinil piridina).
[0125] Em algumas modalidades da presente invenção, os agentes de transferência de elétrons são complexos de metal de transição de ósmio com um ou mais ligantes, em que cada ligando tem um heterociclo contendo nitrogênio, tal como 2,2'-bipiridina, 1,10- fenantrolina, ou derivados destes. Além disso, em algumas modalidades, os agentes de transferência de elétrons têm um ou mais ligantes covalentemente ligados em um polímero, em que cada ligando tem pelo menos um heterociclo contendo nitrogênio, tal como piridina, imidazol, ou derivados destes. Esses agentes de transferência de elétrons preferidos trocam elétrons rapidamente entre si e com o eletrodo operante de modo que o complexo pode ser rapidamente oxidado e reduzido.
[0126] Em algumas modalidades da presente invenção, um agente de transferência de elétrons inclui (a) um polímero ou um copolímero que tem grupos funcionais de piridina ou imidazol e (b) cátions de ósmio complexados com dois ligantes, em que cada ligando contém 2,2'- bipiridina, 1,10-fenantrolina, ou derivados destas, e os dois ligantes não são necessariamente o mesmo. Em algumas modalidades, são usados derivados de 2,2'-bipiridina para a complexação com o cátion de ósmio são a 4,4'-dimetil-2,2'-bipiridina e mono-, di-, e polialcóxi-2,2'-bipiridinas, tal como a 4,4'-dimetóxi-2,2'-bipiridina. Em algumas modalidades, os derivados de 1,10-fenantrolina para a complexação com o cátion de ósmio são a 4,7-dimetil-1,10-fenantrolina e mono, di-, e polialcóxi-1,10- fenantrolines, tal como a 4,7-dimetóxi-1,10-fenantrolina. Em algumas modalidades da presente invenção, os polímeros para a complexação com o cátion de ósmio incluem polímeros e copolímeros de poli(1-vinil imidazol) (indicados como "PVI") e de poli(4-vinil piridina) (indicados como "PVP"). Os substituintes de copolímeros apropriados de poli(1- vinil imidazol) incluem o acrilonitrilo, a acrilamida e N-vinil imidazol substituído ou quaternizado. Em algumas modalidades, os agentes de transferência de elétrons incluem o ósmio complexado a um polímero ou um copolímero de poli(1-vinil imidazol).
[0127] De acordo com as modalidades da presente invenção, os agentes de transferência de elétrons têm um potencial de redox (voltagem) que varia de -100 mV a cerca de +150 mV versus o eletrodo de calomel (SCE) padrão. Mais especificamente, o potencial (voltagem)
do agente de transferência de elétrons varia de -100 mV a +150 mV. Em algumas modalidades, o potencial (voltagem) varia de -50 mV a +50 mV. Em outras modalidades da presente invenção, os agentes de transferência de elétrons têm centros de redox de ósmio, rutênio, ferro ou cobalto e um potencial de redox (voltagem) que varia de +50 mV a - 150 mV versus o SCE. Exemplos de Enzima Específica de Analito
[0128] Em algumas modalidades da presente invenção, uma enzima específica de analito é provida (por exemplo, imobilizada) no eletrodo operante a fim de catalisar a oxidação do analito a ser medido. Tal como usado no presente documento, uma enzima específica de analito também pode ser indicada como uma enzima de oxidação de analito. Em algumas modalidades da presente invenção, a enzima específica de analito é selecionada de glicose oxidase, NAD-glicose desidrogenase e FAD-glicose desidrogenase para a oxidação de glicose. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é o lactato de oxidase ou a NAD-lactato desidrogenase para a oxidação do lactato. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é a NAD-3-hidróxi butirato desidrogenase para a oxidação de 3-hidróxi butirato. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é a 11β-hidróxi esteroide desidrogenase do tipo 2 para a oxidação de cortisol. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é a N-álcool desidrogenase para a oxidação de álcool. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é o piruvato de oxidase para a oxidação de piruvato. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é a NAD-glutamato desidrogenase para a oxidação de glutamato. Em algumas modalidades, a enzima específica de analito é a xantina oxidase para a oxidação de teofilina.
[0129] Tal como deve ser compreendido por um elemento normalmente versado no estado da técnica, qualquer enzima de dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD) ou de flavina oxidase pode ser acoplada ou imobilizada à camada de detecção do eletrodo operante a fim de oxidar o seu substrato de analito correspondente.
[0130] Em algumas modalidades da presente invenção, os exemplos de enzimas dependentes de NAD incluem a (-)-borneol desidrogenase, a (+)-borneol desidrogenase, a (+)-sabinol desidrogenase, a (+)-trans-carveol desidrogenase, a (3S,4R)-3, 4-di- hidroxiciclohexa-1,5-dieno-1,4-dicarboxilato desidrogenase, a (R,R)- butano diol desidrogenase, a (R)-2-hidróxi ácido graxo desidrogenase, a (R)-2-hidroxiácido, desidrogenase, a (R)-4-hidróxi fenil lactato desidrogenase, a (R)-amino propanol desidrogenase, a (R)- desidropantoato desidrogenase, a (S,S)-butano diol desidrogenase, a (S)-2-hidróxi ácido graxo desidrogenase, a (S)-carnitina 3- desidrogenase, a (S)-usinato redutase, a 1,2-diidróxi-6-metilciclohexa- 3,5-dieno carboxilato desidrogenase, a 1,3-propano diol desidrogenase, a 1,6-di-hidroxiciclohexa-2,4-dieno-1-carboxilato desidrogenase, a 2- (R)-hidroxipropil-CoM desidrogenase, a 2-(S)-hidroxipropil-CoM desidrogenase, a 2-alcenal reductase, a 2-alcin-1-ol desidrogenase, a 2-aminobenzeno sulfonato 2,3-dioxigenase, a 2-clorobenzoato 1,2- dioxigenase, a 2-cumarato redutase, a 2-desidro-3-deóxi-D-gluconato 2- hidróxi-3-oxopropionato redutase, a 2-hidroxibifenil-3-mono-oxigenase, a 2-hidróxi metil glutarato desidrogenase, a 2-hidróxi quinolina 5,6- dioxigenase, 2-a hidróxi quinolina 8-mono-oxigenase, a 2-oxoadipato redutase, a 2-oxoaldeído desidrogenase (NAD+), a 2-oxoisovalerato desidrogenase (acilação), a 2,3-di-hidro-2,3-di-hidroxibenzoato desidrogenase, a 2,3-di-hidróxi-2,3-di-hidro-p-cumato desidrogenase, a 2,4-diaminopentanoato desidrogenase, a 2,6-di-hidroxipiridina 3-mono- oxigenase, a 2'-fosfotransferase, a 3-(imidazol-5-il)lactato desidrogenase, a 3"-deamino-3"-oxonicotianamina redutase, a 3-deidro- L-gulonato 2-desidrogenase, a 3-hidróxi-2-metilbutiril-CoA desidrogenase, a 3-hidróxi-2-metil piridina carboxilato dioxigenase, a 3- hidroxiacil-CoA desidrogenase, a 3-hidróxi benzoato 6-mono- oxigenase, a 3-hidróxi butirato desidrogenase, a 3-hidróxi isobutirato desidrogenase, a 3-hidróxi fenil acetato 6-hidroxilase, a 3- hidroxipimeloil-CoA desidrogenase, a 3-hidróxi propionato desidrogenase, a 3-metil butanal redutase, a 3-oxoacil-(acil-carreador- proteína) redutase (NADH), a 3-fenil propanoato dioxigenase, a 3(or 17)a-hidróxi esteroide desidrogenase, a 3-alfa-hidróxi-5-beta- androstan-17-ona, a 3-alfa-hidróxi colanato desidrogenase, a alfa- hidróxi esteroide desidrogenase (específica de A), a alfa-hidróxi esteroide desidrogenase (específico de B), a 3-alfa, 7-alfa, 12-alfa-tri- hidroxicolestan-26-al 26-oxidoredutase, a 3-alfa(17-beta)-hidróxi esteroide desidrogenase (NAD+), a 3-alfa (ou 20-beta)-hidróxi esteroide desidrogenase, a 3β-hidróxi esteroide desidrogenase, a 4- (hidroximetil)benzeno sulfonato desidrogenase, a 4-aminobenzoato 1- mono-oxigenase, a 4-clorofenil acetato 3,4-dioxigenase, a 4-formil benzeno sulfonato desidrogenase, a 4-hidróxi-tetraidrodipicolinato redutase, a 4-hidróxi benzaldeído desidrogenase, a 4-hidróxi benzoato 1-hidroxilase, a 4-hidróxi benzoato 3-mono-oxigenase (NAD(P)H), a 4- hidróxi butirato desidrogenase, a 4-hidróxi ciclo-hexano carboxilato desidrogenase, a 4-hidróxi mucônico-semialdeído desidrogenase, a 4- hidróxi fenil acetaldeído desidrogenase, a 4-hidróxi fenil acetato 1- mono-oxigenase, a 4-hidróxi quinolina 3-mono-oxigenase, a 4- hidroxitreonina-4-fosfato desidrogenase, a 4-nitrofenol 2-mono- oxigenase, a 4-oxoprolina redutase, a 4-fosfoeritronato desidrogenase, a 4-sulfobenzoato 3,4-dioxigenase, a 4-trimetil amônio butiraldeído desidrogenase, 5-carboximetil-2-hidróxi mucônico-semialdeído desidrogenase, a 5,6-diidróxi-3-metil-2-oxo-1,2,5,6-tetraidroquinolina desidrogenase, a 6-endo-hidróxi cineol desidrogenase, a 6-hidróxi hexanoato desidrogenase, a 6,7-di-hidropteridina redutase, a 7-alfa-
hidróxi esteroide desidrogenase, a 15-hidróxi icosatetraenoato desidrogenase, a 15-hidróxi prostaglandina desidrogenase (NAD+), a 15-oxoprostaglandina 13-oxidase, a 16-alfa-hidróxi esteroide desidrogenase, a 17β-hidróxi esteroide desidrogenase, a 20-alfa-hidróxi esteroide desidrogenase, a 21-hidróxi esteroide desidrogenase (NAD+), a ADP-gliceromanno-heptose 6-epimerase, a alanina desidrogenase, a alanopina desidrogenase, a álcool desidrogenase, a álcool desidrogenase (NAD(P)+), a aldeído desidrogenase (NAD(P)+), a aldeído (NAD+) desidrogenase, a aldose 1-desidrogenase, a alceno mono-oxigenase, a alfa-santonin 1,2-redutase, a amino butiraldeído desidrogenase, a aminomuconato-semialdeído desidrogenase, a antocianida redutase, a antranilato 1,2-dioxigenase (deaminação, descarboxilação), a antraniloil-CoA mono-oxigenase, a apiose 1- redutase, a aquacobalamina redutase, a arogenato desidrogenase, a arogenato desidrogenase (NAD(P)+), a arila-álcool desidrogenase, a arila-aldeído desidrogenase, a asparagusato redutase, a aspartato desidrogenase, a NAD(P)H-hidrato hidratase dependente de ATP, a benzaldeído desidrogenase (NAD+), a benzeno 1,2-dioxigenase, a benzoato 1,2-dioxigenase, a beta-alanopina desidrogenase, a betaína- aldeído desidrogenase, a bifenil 2,3-dioxigenase, a butanal desidrogenase, a carnitina 3-desidrogenase, a CDP-4-deidro-6- deoxiglicose redutase, a CDP-glicose 4,6-deidratase, a CDP-paratose 2-epimerase, a colest-5-eno-3-beta, 7-alfa-diol, 3-beta-desidrogenase, a colestanetetraol 26-desidrogenase, a cis-1,2-di-hidro-1,2-di-hidroxi naftaleno desidrogenase, a cis-1,2-di-hidrobenzenp-1,2-diol desidrogenase, a cis-1,2-di-hidróxi-4-metilciclohexa-3,5-dieno-1- carboxilato desidrogenase, a cis-2,3-di-hidrobifenil-2,3-diol desidrogenase, a cis-3,4-di-hidrofenantreno-3,4-diol desidrogenase, a cis-di-hidroetilcatecol-di-hidroetilcatecol desidrogenase, a CoA- bissulfeto redutase, Ca ob(II)alamina redutase, a coniferil-aldeído desidrogenase, a cucurbitacina delta23-redutase, a ciclohexano-1,2-diol desidrogenase, a ciclohexanol desidrogenase, a ciclopentanol desidrogenase, a cistina reductase, a D-arabinitol 2-desidrogenase, a D-arabinitol 4-desidrogenase, a D-arabinose 1-desidrogenase, a D- arabinose 1-desidrogenase (NAD(P)+), a D-iditol 2-desidrogenase, a D- malato desidrogenase (descarboxilação), A D-treo-aldose 1- desidrogenase, a D-xilose 1-desidrogenase, a D-xilulose redutase, a di- hidrodiol dibenzotiofeno desidrogenase, a transferina redutase diférrica, a di-hidrouracil desidrogenase (NAD+), a diiodo fenil piruvato redutase, a dimetil malato desidrogenase, a DTDP-glicose 4,6-deidratase, a efedrina desidrogenase, a eritrose-4-fosfato desidrogenase, a estradiol 17-alfa-desidrogenase, a estradiol 17-beta-desidrogenase, a acil-CoA sintase graxa, a ferredoxina-NAD(+) redutase, a quelato redutase férrica, a fluoren-9-ol desidrogenase, a fluoroacetaldeído desidrogenase, a FMN redutase, a formaldeído desidrogenase, a fructuronato redutase, a fumarato redutase (NADH), a fufurilfuramida isomerase, a galactitol 2-desidrogenase, a galactitol-1-fosfato 5- desidrogenase, a galactose 1-desidrogenase, a gama-guanidino butiraldeído desidrogenase, a GDP-4-dehidro-6-deóxi-D-manose redutase, a GDP-4-deidro-D-ramnose redutase, a GDP-6-deóxi-D- talose 4-desidrogenase, a GDP-manose 4,6-deidratase, a GDP-manose 6-desidrogenase, a gluconato 5-desidrogenase, a glicose 1- desidrogenase, a glicose 1-desidrogenase (NAD+), a glutamato sintase (NADH), a glutarato-semialdeído desidrogenase, a gliceraldeído-3- fosfato desidrogenase (NAD(P)+), a gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (fosforilação), a glicerato desidrogenase, a glicerol desidrogenase, a glicerol-3-fosfato desidrogenase (NAD(P)+), a glicerol-3-fosfato desidrogenase (NAD+), sistema de clivagem de glicina, a glicina desidrogenase, a glicolaldeído desidrogenase, a glioxilato redutase, a hexadecanal desidrogenase (acilação), a hexadecanol desidrogenase, a histidinol desidrogenase, a homoisocitrato desidrogenase, a homoserina desidrogenase, a hidrogênio desidrogenase, a hidróxi ciclohexano carboxilato desidrogenase, a hidroxilamina redutase (NADH), a hidróxi malonato desidrogenase, a hidroximetilglutaril-CoA redutase, a hidróxi fenil piruvato redutase, a hidróxi piruvato redutase, a hiponitrito redutase, a hipotaurina desidrogenase, a icosanoil-CoA sintase, a imidazoleacetato 4-mono-oxigenase, a IMP desidrogenase, a indanol, desidrogenase, a indol-3-acetaldeído redutase (NADH), a indolelactato desidrogenase, a inositol 2-desidrogenase, a inositol-3-fosfato sintase, a isocitrato desidrogenase, a isopiperitenol desidrogenase, a cinurenato-7,8-di- hidrodiol desidrogenase, a L-aminoácido desidrogenase, a L- aminoadipate-semialdeído desidrogenase, a L-arabinitol 2- desidrogenase, a L-arabinitol 4-desidrogenase, a L-arabinose 1- desidrogenase, a L-eritro-3,5-diaminohexanoato desidrogenase, a L- glicol desidrogenase, a L-gulonato 3-desidrogenase, a L-iditol 2- desidrogenase, a L-idonato 5-desidrogenase, a L-ramnose 1- desidrogenase, a L-treonato 3-desidrogenase, a L-treonina 3- desidrogenase, a lactaldeído desidrogenase, a lactaldeído redutase, a latosterol oxidase, a lehemoglobina redutase, a leucina desidrogenase, a álcool de cadeia longa desidrogenase, a lisina desidrogenase, a malato desidrogenase (descarboxilação), a malato desidrogenase (oxaloacetato-descarboxilação), a maleilacetato redutase, a malonato- semialdeído desidrogenase, a malonato-semialdeído desidrogenase (acetilação), a manitol 2-desidrogenase, a manitol desidrogenase, a manitol-1-fosfato 5-desidrogenase, a manuronato redutase, a melilotato 3-mono-oxigenase, a meso-tartrato desidrogenase, a metanol desidrogenase, a metileno tetra-hidrofolato desidrogenase (NAD+), a metil glioxal redutase (dependente de NADH), a metilmalonato- semialdeído desidrogenase (acilaação), a mevaldato redutase, a monodehidroascorbato redutase (NADH), a morfina 6-desidrogenase, a micotiol desidrogenase dependente de formaldeído, a micotiona redutase, a miristoil-CoA 11-11-(E) desaturase, a miristoil-CoA 11-11- (Z) desaturase, a N-acetil hexosamina 1-desidrogenase, a N-acil manosamina 1-desidrogenase, a N-hidróxi-2-acetamido fluoreno redutase, a NAD(+)-dinitrogênio redutase, a ADP-D-ribosil transferase, a NAD(+)-diftamida ADO-ribosil transferase, a NAD(P)(+)-proteína- arginina ADP-ribosil transferase, a NAD(P)+ nucleosidase, a NAD(P)+ trans-hidrogenase (específica de Re/Si), a NAD(P)+ trans-hidrogenase (específica de Si), a NAD(P)H desidrogenase (quinona 1), a NAD(P)H desidrogenase (quinona), NAD+ difosfatase, a NAD+ nucleosidase, a NAD+ sintase, a NAD+ sintase (glutamina-hidrólise), a NADH desidrogenase (quinona), a NADH peroxidase, a naftaleno 1,2- dioxigenase, nicotinamida-nucleotídeo adenilil transferase, a óxido nítrico dioxigenase, a nitrito redutase (NAD(P)H), a nitroquinolina-N- óxido reductase, a octanol desidrogenase, a ômega-hidroxidecanoato desidrogenase, a opino desidrogenase, a orcinol 2-mono-oxigenase, a ornitina ciclodeaminase, a orotato redutase (NADH), a oxaloglicolato redutase(descarboxilação), a pantoato 4-desidrogenase, a perilil-álcool desidrogenase, a fenilacetaldeído desidrogenase, a fenil alanina desidrogenase, a fenil glioxilato desidrogenasee (acilação), a fosfatidil colina 12-mono-oxigenase, a fosfatidil colina desaturase, a fosfogluconato 2-desidrogenase, a fosfoglicerato desidrogenase, a fosfonato desidrogenase, a ftalato 4,5-cis-di-hidrodiol desidrogenase, a ftalato 4,5-dioxigenase, a pimeloil-CoA desidrogenase, a precorrin-2 desidrogenase, a precorrin-3B sintase, a prefenato desidrogenase, a propano diol-fosfato desidrogenase, a proteína-bissulfeto redutase, a piridoxal 4-desidrogenase, a pirrolina-2-carboxilato redutase, a pirrolina- 5-carboxilato redutase, a quinato desidrogenase, a retinal desidrogenase, a retinol desidrogenase, a ribitol 2-desidrogenase, a ribitol-5-fosfato 2-desidrogenase, a Rubredoxin- NAD(+) redutase, a Rubredoxin-AD(P)(+) redutase, a S-(hidroximetil)glutationa desidrogenase, a sacaropina (NAD+, formação de L-glutamato), a sacaropina (NAD+, formação de L-lisina), a salicilaldeído desidrogenase, a salicilato 1-mono-oxigenase, a sequoiitol desidrogenase, a serina 2-desidrogenase, a Sn-glicerol-1-fosfato desidrogenase, a sorbitol-6-fosfato 2-desidrogenase, a esteroide 17- alfa-mono-oxigenase, a esterol-alfa-carboxilato 3-desidrogenase (descarboxilação), a estrombina desidrogenase, a succinato- semialdeído desidrogenase, a succinato-semialdeído-semialdeído desidrogenase (NAD(P)+), a succinil-glutamato-semialdeído desidrogenase, a sulcatona redutase, a tagaturonato redutase, a tartrato desidrogenase, a tauropina desidrogenase, a taxifolina 8-mono- oxigenase, a tereftalato 1,2-cis-di-hidrodiol desidrogenase, a tereftalato 1,2-dioxigenase, a testosterona 17-beta-desidrogenase, a tetra- hidroxipteridina cicloisomerase, a tiomorfolina-carboxilato desidrogenase, TM0436, a tolueno dioxigenase, a trans-2-enoil-CoA redutase (NAD+), a trimetilamina-N-óxido redutase, a triptofan desidrogenase, a UDP-UDP-glicose 4-epimerase, a UDP-glicose 6- desidrogenase, a UDP-glucuronato 5'-epimerase, a UDP-glucuronato decarboxilase, a UDP-N-acetilglucosamina 6-desidrogenase, a ureidoglicolato desidrogenase, a uronato desidrogenase, a vanilato mono-oxigenase, a vanilina desidrogenase, a vomifoliol desidrogenase, a xantina desidrogenase, a xantomatina redutase, ou a xantonina desidrogenase.
[0131] Em algumas modalidades da presente invenção, a enzima específica de analito inclui uma flavina oxidase, tal como uma oxidase dependente de dinucleotídeo de flavina adenina (FAD) ou dependente de mononucleotídeo de flavina (FMN). Os exemplos de oxidase dependente de (FAD) ou dependente de (FMN) incluem: a (R)-6-hidróxi nicotina oxidase, a (S)-2-hidróxiácido oxidase, a (S)-6-hidróxinicotina oxidase, a 2-enoato reductase, a 2-metil-cadeia ramificada-enoil-CoA redutase, a 2-nitropropano dioxigenase, a 2,4-dicloro fenol 6-mono- oxigenase, a 2,6-di-hidroxi piridina 3-mono-oxigenase, a 3-aci- nitropropanoato oxidase, a 3-hidróxi-2-metil piridina carboxilato dioxigenase, a 3-hidróxi benzoato 4-mono-oxigenase, a 3-hidróxi benzoato 6-mono-oxigenase, a 3-hidróxi fenil acetato 6-hidroxilase, a 4- amino benzoato 1-mono-oxigenase, a 4-cresol desidrogenase (hidroxilação), a 4-hidróxi benzoato 1-hidroxilase, a 4-hidróxi benzoato 3-mono-oxigenase, a 4-hidróxi benzoato 3-mono-oxigenase (NAD(P)H), a 4-hidróxi mandelato oxidase, a 4-hidróxi fenil acetato 1-mono- oxigenase, a 4-hidróxifenil acetato 3-mono-oxigenase, a 4-nitrofenol 2- mono-oxigenase, a 4-sulfobenzoato 3,4-dioxigenase, a 5-piridoxato dioxigenase, a acil-CoA oxidase, a adenilil-sulfato redutase, a albendazol mono-oxigenase, a álcool oxidase, a antraniloil-CoA mono- oxigenase, a aquacobalamina redutase, a aquacobalamina redutase (NADPH), a arginina 2-mono-oxigenase, a benzeno 1,2-dioxigenase, a benzoato 1,2-dioxigenase, a beta-ciclopiazonato desidrogenase, a celobiose desidrogenase (aceptor), a colina oxidase, a CoA-glutationa redutase, a cob(II)alamina redutase, a cianocobalamina redutase (eliminação de cianeto) ciclohexilamina oxidase, a D-2-hidróxi ácido desidrogenase, a D-aminoácido oxidase, a D-arabinono-1,4-lactona oxidase, oxidase, a D-glutamato(D-aspartato) oxidase, a D-lactato desidrogenase (citocromo), a D-sorbitol (aceptor) desidrogenase, a desidrogluconato desidrogenase, a desoxirribodipirimidina fotoliase, a di-hidrouracil oxidase, a dimetil amina desidrogenase, a dimetil glicina desidrogenase, a dimetil glicine oxidase, a ferredoxin-NADP(+) redutase, a gluconato 2-desidrogenase (aceptor), a glicose desidrogenase (aceptor), glucosídeo 3-desidrogenase, a glutamato sintase (ferredoxina), a glutamato sintase (NADH), a glutamato sintase
(NADPH), a glutationa oxidase, a glicerol-3-fosfato oxidase, a hidrogênio desidrogenase, a hidroxilamina redutase, a midazol acetato 4-mono-oxigenase, a indol 2,3-dioxigenase, a indol-3-acetaldeído oxidase, a isovaleril-CoA desidrogenase, a cinurenina 3-mono- oxigenase, a L-aminoácido oxidase, a L-aspartato oxidase, a L- galactonolactona oxidase, a L-glutamato oxidase, a L-lactato desidrogenase (citocromo), a lactato 2-mono-oxigenase, a latosterol oxidase, a Latia-luciferina mono-oxigenase (desmetilação), a acil-CoA desidrogenase de cadeia longa, a lisina 2-mono-oxigenase, a malato desidrogenase (quinona), a malato oxidase, a mandelonitril liase, a melilotato 3-mono-oxigenase, a N-metil-L-amino-ácido oxidase, a NAD(P)+ transidrogenase (específica de Si), a NAD(P)H desidrogenase (quinona 1), a NAD(P)H desidrogenase (quinona), a NADH peroxidase, a NADPH desidrogenase, a NADPH desidrogenase (quinona), a NADPH-citocromo-c2 redutase, a NADPH-hemoproteína redutase, a nicotinato desidrogenase, a nicotina desidrogenase, a nitrito redutase (NAD(P)H), a nitrito redutase (formação de NO), a orcinol 2-mono- oxigenase, a orotato redutase (NADH), a orotato redutase (NADPH), a oxalato oxidase, a fenol 2-mono-oxigenase, a fenil glioxilato desidrogenase (acilação), a ftalato 4,5-dioxigenase, a poliamina oxidase, a prolina desidrogenase, a putrescina oxidase, a piranose oxidase, a piridoxina 4-oxidase, a piridoxina 5-desidrogenase, a piruvato desidrogenase (citocromo), a piruvato oxidase, a piruvato oxidase (CoA- acetilação), a retinal desidrogenase, a rubredoxin-NAD(+) redutase, a salicilato 1-mono-oxigenase, a sarcosina desidrogenase, a acil-CoA desidrogenase de cadeia curta, a espermidina desidrogenase, a esteroide 9-alfa-mono-oxigenase, a tartronato-semialdeído sintase, a taxifolin 8-mono-oxigenase, a tiamina oxidase, a tripanotiona-bissulfeto redutase, a UDP-N-acetil muramato desidrogenase, ou a vanili-álcool oxidase.
Membrana do Sensor
[0132] Em algumas modalidades da presente invenção, com referência às Figuras 13 e 14B A 14D, o sensor 500 ou uma porção do sensor 500, inclui uma membrana exterior 520 ou 335 que se sobrepõe a pelo menos o eletrodo operante 501 ou 320 e um elemento de detecção 322 ou uma área de detecção 509. Os sensores eletroquímicos são frequentemente revestidos de uma membrana exterior 520 ou 335 (por exemplo, uma membrana de polímero) a fim de conferir estabilidade aos reagentes de detecção (por exemplo, a enzima específica de analito 323 e o mediador de redox 324), assim como conferir limitações no transporte em massa, biocompatibilidade, e/ou para que o eletrodo fique sujo.
[0133] Em algumas modalidades da presente invenção, a membrana é composta de dois componentes, um polímero hidrofílico (aceptor de água) e um reticulador. O reticulador une as moléculas do polímero umas às outras e ancora as mesmas à camada de detecção do sensor. Para os analitos tais como a glicose que são encontrados in vivo a concentrações de cerca de 5 mM, uma membrana limitadora de fluxo é necessária para impedir que o eletrodo fique sujo. Os exemplos de membranas limitadoras de fluxo do sensor são divulgados, por exemplo, em Mao et al. Patente U.S. Nº. 6.932.894, cujo teor integral é incorporado no presente documento a título de referência.
[0134] Para analitos a concentrações mais baixas, uma membrana limitadora de fluxo pode ser usada com um maior tempo de acumulação, por exemplo, até 30 minutos. Alternativamente, para os analitos a concentrações mais baixas, uma membrana de alta permeabilidade pode ser usada a fim de manter o fluxo natural do analito para a camada de detecção, enquanto também tem uma membrana para aumentar a biocompatibilidade do sensor. Por exemplo, uma superfície de membrana hidrofílica não agrava o sistema imunológico do corpo, desse modo reduzindo o risco de inflamação e de outras respostas que podem comprometer o desempenho do sensor. Sistemas de Monitoramento de Analito
[0135] Por conseguinte, as modalidades incluem os dispositivos e os sistemas de monitoramento de analito que incluem um sensor de analito pelo menos uma porção do qual pode ser posicionada abaixo da superfície da pele do usuário para a detecção in vivo de um analito em um fluido corpóreo. Os sistemas de monitoramento de analito são divulgados em Word et al. (Patente U.S. Nº. 6.134.461) e Hoss et al., (Publicação de Pedido de Patente U.S. Nº. 2012/0150005), cujos teores integrais de ambos são incorporados no presente documento a título de referência. As modalidades da presente invenção incluem sensores de analito totalmente implantáveis e sensores de analito em que somente uma porção do sensor é posicionada sob a pele e uma porção do sensor reside acima da pele, por exemplo, para o contato com uma unidade de controle do sensor (que pode incluir um transmissor), uma unidade de recepção/exibição, um transceptor, um processador, etc. O sensor pode ser, por exemplo, posicionado subcutaneamente em um usuário para o monitoramento contínuo ou periódico de um nível de um analito no fluido intersticial do usuário. Para as finalidades desta descrição, o monitoramento contínuo e o monitoramento periódico serão usados intercambiavelmente, a menos que seja indicado de alguma outra maneira. A resposta do sensor pode ser correlacionada e/ou convertida aos níveis de analito no sangue ou outros líquidos. Em determinadas modalidades, um sensor de analito pode ser posicionado em contato com o fluido intersticial para detectar o nível de analito, o que pode ser usado para inferir o nível de analito na corrente sanguínea do usuário. Os sensores de analito podem ser inseridos em uma veia, uma artéria, ou uma outra porção do corpo contendo fluido. Em algumas modalidades, os sensores de analito podem ser configurados para o monitoramento do nível de analito por um período de tempo que pode variar dos segundos, minutos, horas, dias, semanas, a meses, ou por mais tempo.
[0136] Em algumas modalidades da presente invenção, os sensores de analito têm a capacidade de detectar in vivo um analito por uma hora ou mais, por exemplo, algumas horas ou mais, por exemplo, alguns dias ou mais, por exemplo, três dias ou mais, por exemplo, cinco dias ou mais, por exemplo, sete dias ou mais, por exemplo, várias semanas ou mais, ou um mês ou mais. Níveis futuros de analito podem ser preditos com base na informação obtida, por exemplo, o nível atual de analito no tempo t0, a taxa de mudança de analito, etc. Os alarmes preditivos podem notificar o usuário sobre um nível predito de analito que possa ser de interesse antes que o nível de analito do usuário atinja o nível predito futuro do analito. Isto fornece ao usuário uma oportunidade de executar uma ação corretiva.
[0137] A Figura 15 mostra um sistema de monitoramento e gerenciamento de dados tal como, por exemplo, um sistema de monitoramento de analito 400 de acordo com determinadas modalidades da presente invenção. Os aspectos das modalidades da presente invenção são descritos ainda principalmente com relação aos dispositivos e aos sistemas de monitoramento de glicose, e aos métodos de detecção de glicose, apenas a título de conveniência, e tal descrição não se presta de nenhuma maneira a limitar o âmbito das modalidades. Deve ser compreendido que o sistema de monitoramento de analito pode ser configurado para monitorar uma variedade de analitos tal como divulgado no presente documento ao mesmo tempo ou em momentos diferentes.
[0138] Os analitos que podem ser monitorados incluem, mas sem ficar a eles limitados, a glicose, o lactato, o 3-hidróxi butirato, o cortisol, o álcool, o piruvato, o glutamato, a teofilina, a acetil colina, a amilase, a bilirrubina, o colesterol, a gonadotropina coriônica, a hemoglobina glicosilada (HbA1c), a creatina cinase (por exemplo, CK-MB), a creatina, a creatinina, o DNA, a frutosamina, derivados de glicose, a glutamina, hormônios do crescimento, hormônios, o 3-hidróxi butirato, cetonas, corpos de cetona, peróxido, antígeno específico da próstata, a protrombina, o RNA, hormônio estimulante da tiroide e a troponina. Os analitos também incluem fármacos tais como, por exemplo, antibióticos (por exemplo, a gentamicina, a vancomicina, e outras ainda), e a digitoxina, a digoxina, drogas de abuso, a teofilina e a warfarina, também podem ser monitoradas. Em algumas modalidades, mais de um analito é monitorado, e os analitos podem ser monitorados ao mesmo tempo ou em momentos diferentes.
[0139] O sistema de monitoramento de analito 400 inclui um sensor de analito 401, uma unidade de processamento de dados 402 conectável ao sensor 401, e uma unidade de recepção primária 404. Em alguns exemplos, a unidade de recepção primária 404 é configurada para se comunicar com a unidade de processamento de dados 402 através de um link de comunicação 403. Em determinadas modalidades, a unidade de recepção primária 404 também pode ser configurada para transmitir dados a um terminal de processamento de dados 405 para avaliar ou então processar ou formatar os dados recebidos pela unidade de recepção primária 404. O terminal de processamento de dados 405 pode ser configurado para receber dados diretamente da unidade de processamento de dados 402 através de um link de comunicação 407, que pode ser opcionalmente configurado para uma comunicação bidirecional. Além disso, a unidade de processamento de dados 402 pode incluir um transmissor ou um transceptor para transmitir e/ou receber dados de e/ou para a unidade de recepção primária 404 e/ou o terminal de processamento de dados 405 e/ou opcionalmente uma unidade de recepção secundária 406.
[0140] Na Figura 15 também é mostrada uma unidade de recepção secundária opcional 406 que é acoplada operativamente ao link de comunicação 403 e configurada para receber os dados transmitidos da unidade de processamento de dados 402. A unidade de recepção secundária 406 pode ser configurada para se comunicar com a unidade de recepção primária 404, bem como ao terminal de processamento de dados 405. Em algumas modalidades, a unidade de recepção secundária 406 pode ser configurada para uma comunicação sem fio bidirecional com cada um dentre a unidade de recepção primária 404 e o terminal de processamento de dados 405. Tal como discutido em detalhes a seguir, em alguns exemplos, a unidade de recepção secundária 406 pode ser um receptor descaracterizado em comparação à unidade de recepção primária 404, por exemplo, a unidade de recepção secundária 406 pode incluir um número limitado ou mínimo de funções e características em comparação à unidade de recepção primária 404. Dessa maneira, a unidade de recepção secundária 406 pode incluir um invólucro compacto menor (em uma ou mais dimensões, incluindo todas), ou incorporada em um dispositivo que inclui um relógio de pulso, uma faixa de braço, um PDA, um reprodutor de mp3, um telefone celular, etc., por exemplo. Alternativamente, a unidade de recepção secundária 406 pode ser configurada com funções e características idênticas e substancialmente similares que aquelas da unidade de recepção primária 404. A unidade de recepção secundária 406 pode incluir uma porção de atracação configurada para acoplar com uma unidade de tala de fixação para a colocação, por exemplo, do criado-mudo para o monitoramento durante a noite, e/ou um dispositivo de comunicação bidirecional. Uma tala de fixação pode recarregar uma fonte de alimentação.
[0141] Somente um sensor de analito 401, uma unidade de processamento de dados 402 e um terminal de processamento de dados 405 são mostradas na modalidade do sistema de monitoramento de analito 400 ilustrado na Figura 15. No entanto, deve ser apreciado por um elemento normalmente versado no estado da técnica que o sistema de monitoramento de analito 400 pode incluir mais de um sensor 401 e/ou mais de uma unidade de processamento de dados 402, e/ou mais de um terminal de processamento de dados 405. Múltiplos sensores podem ser posicionados em um usuário para o monitoramento do analito ao mesmo tempo ou em momentos diferentes. Em determinadas modalidades, a informação do analito obtida por um primeiro sensor posicionado em um usuário pode ser empregada como uma comparação com a informação do analito obtida por um segundo sensor. Isto pode ser útil para confirmar ou validar a informação do analito obtida de um ou de ambos os sensores. Tal redundância pode ser útil se a informação do analito for contemplada em decisões relacionadas a terapias críticas. Em determinadas modalidades, um primeiro sensor pode ser usado para calibrar um segundo sensor.
[0142] O sistema de monitoramento de analito 400 pode ser um sistema de monitoramento contínuo, ou semicontínuo, ou um sistema de monitoramento distinto. Em um ambiente de múltiplos componentes, cada componente pode ser configurado para ser identificado excepcionalmente por um ou mais dos outros componentes no sistema de modo que o conflito de uma comunicação possa ser resolvido de imediato entre os vários componentes dentro do sistema de monitoramento de analito 400. Por exemplo, IDs singulares, canais de comunicação, e outros ainda, podem ser usados.
[0143] Em determinadas modalidades, o sensor 401 é posicionado fisicamente em ou sobre o corpo de um usuário cujo nível de analito esteja sendo monitorado. O sensor 401 pode ser configurado para amostrar pelo menos periodicamente o nível de analito do usuário e converter o nível amostrado de analito em um sinal correspondente para a transmissão pela unidade de processamento de dados 402. A unidade de processamento de dados 402 pode ser acoplada ao sensor 401 de modo que ambos os dispositivos sejam posicionados em ou sobre o corpo do usuário, com pelo menos uma porção do sensor de analito 401 posicionada transcutaneamente. A unidade de processamento de dados pode incluir um elemento de fixação, tal como um adesivo ou um outro ainda, para fixar a mesma ao corpo do usuário. Pode ser usado um acessório fixável ao usuário e acoplável com a unidade de processamento de dados 402. Por exemplo, um acessório pode incluir uma superfície adesiva. A unidade de processamento de dados 402 executa as funções de processamento de dados, onde tais funções podem incluir, mas sem ficar a elas limitadas, a filtragem e a codificação de sinais de dados, cada um dos quais corresponde a um nível amostrado do analito do usuário, para a transmissão à unidade de recepção primária 404 através do link de comunicação 403. Em algumas modalidades, o sensor 401 ou a unidade de processamento de dados 402 ou um sensor/unidade de processamento de dados combinada podem ser completamente implantáveis sob a superfície da pele do usuário.
[0144] Em determinadas modalidades, a unidade de recepção primária 404 pode incluir uma seção de interface analógica incluindo um receptor de RF e uma antena que é configurada para se comunicar com a unidade de processamento de dados 402 através do link de comunicação 403, e uma seção de processamento de dados para processar os dados recebidos da unidade de processamento de dados 402 incluindo a decodificação dos dados, a detecção e correção de erros, a geração de pulsos de disparo dos dados, a recuperação de bits de dados, etc., ou qualquer combinação destes.
[0145] Em operação, a unidade de recepção primária 404 em determinadas modalidades é configurada para sincronizar com a unidade de processamento de dados 402 para identificar de maneira singular a unidade de processamento de dados 402, com base, por exemplo, em uma informação de identificação da unidade de processamento de dados 402, e em seguida, receber periodicamente os sinais transmitidos da unidade de processamento de dados 402 associados com os níveis monitorados de analito detectados pelo sensor 401.
[0146] Com relação outra vez à Figura 15, o terminal de processamento de dados 405 pode incluir um computador pessoal, um computador portátil incluindo um laptop ou um dispositivo manual (por exemplo, um assistente digital pessoal (PDA), um telefone incluindo um telefone celular (por exemplo, um telefone móvel habilitado por uma multimídia ou pela Internet que inclui um iPhoneTM, um Blackberri®, ou um telefone similar), um reprodutor de mp3 (por exemplo, um iPOD TM, etc.), um pager, e outros ainda), e/ou um dispositivo de aplicação de fármaco (por exemplo, um dispositivo de infusão), cada um dos quais pode ser configurado para a transmissão de dados com o receptor através de uma conexão cabeada ou sem fio. Além disso, o terminal de processamento de dados 405 também pode ser conectado a uma rede de dados (não mostrada) para armazenar, recuperar, atualizar e/ou analisar os dados que correspondem ao nível detectado de analito do usuário.
[0147] O terminal de processamento de dados 405 pode incluir um dispositivo de aplicação de fármaco (por exemplo, um dispositivo de infusão), tal como uma bomba de infusão de insulina ou um outro ainda, que pode ser configurado para administrar um fármaco (por exemplo, insulina) ao usuário, e que pode ser configurado para se comunicar com a unidade de recepção primária 404 para a recepção, entre outros, do nível medido de analito. Alternativamente, a unidade de recepção primária 404 pode ser configurada para integrar na mesma um dispositivo de infusão de modo que a unidade de recepção primária 404 seja configurada para administrar um fármaco apropriado (por exemplo, insulina) aos usuários, por exemplo, para administrar e modificar perfis basais, assim como determinar os bolus apropriados para a administração com base, entre outros, nos níveis detectados de analito recebidos da unidade de processamento de dados 402. Um dispositivo de infusão pode ser um dispositivo externo ou um dispositivo interno, tal como um dispositivo totalmente implantável em um usuário.
[0148] Em determinadas modalidades, o terminal de processamento de dados 405, que pode incluir um dispositivo de infusão, por exemplo, uma bomba de insulina, pode ser configurado para receber os sinais do analito da unidade de processamento de dados 402, e desse modo incorpora as funções da unidade de recepção primária 404 incluindo o processamento de dados para controlar a terapia de insulina do usuário e o monitoramento de analito. Em determinadas modalidades, o link de comunicação 403, assim como uma ou mais das outras interfaces de comunicação mostradas na Figura 15, pode usar um ou mais protocolos de comunicação sem fio tais como, mas sem ficar a eles limitados: um protocolo de comunicação de RF, um protocolo de comunicação infravermelho, um protocolo de comunicação habilitado por Bluetooth, um protocolo de comunicação sem fio 802.11x, ou um protocolo de comunicação sem fio equivalente que permita uma comunicação sem fio segura de várias unidades (por exemplo, segundo os requisitos do Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPPA)), enquanto evita a colisão e a interferência de dados potenciais.
[0149] Em outras modalidades, a unidade de processamento de dados 402 e/ou a unidade de recepção primária 404 e/ou a unidade de recepção secundária 406, e/ou o terminal de processamento de dados (dispositivo de infusão) 405 podem ser configurados para receber sem fio o valor do analito por um link de comunicação, por exemplo, um medidor de analito no sangue. Em outras modalidades, um usuário que manipula ou usa o sistema de monitoramento de analito 400 (FIGURA 15) pode inserir manualmente o valor do analito ao usar, por exemplo, uma interface do usuário (por exemplo, um teclado, uma almofada de teclas, comandos de voz, e outros ainda) incorporada em uma ou mais dentre a unidade de processamento de dados 402, a unidade de recepção primária 404, a unidade de recepção secundária 406, ou o terminal de processamento de dados (dispositivo de infusão) 405.
[0150] Um sensor (por exemplo, um biossensor enzimático) tal como divulgado no presente documento para medir as baixas concentrações em nanomolares de um analito pode ser usado no sistema de monitoramento in vivo e enquanto posicionado in vivo em um usuário (por exemplo, um indivíduo humano) entra em contato com o fluido corpóreo do usuário e detecta um ou mais níveis de analito contido no mesmo. Um sistema de monitoramento in vivo pode incluir um ou mais dispositivos leitores que recebem os dados do analito detectados de um dispositivo de controle de sensor. Esses dispositivos leitores podem processar e/ou exibir os dados detectados do analito, ou dados do sensor, em qualquer número de forma, ao usuário.
[0151] Com referência à Figura 16, em algumas modalidades, um dispositivo de leitura 120 pode ser um dispositivo de comunicação móvel, tal como um dispositivo de leitura dedicado (configurado para a comunicação com um dispositivo de controle de sensor 102 (FIGURA 17), e opcionalmente um sistema computadorizado, mas sem a capacidade de comunicação de telefonia) ou um telefone móvel incluindo, mas sem ficar a eles limitado, um smartphone habilitado por Wi-Fi ou pela Internet, um tablet, ou um assistente digital pessoal (PDA). Os exemplos de smartphones podem incluir os telefones móveis baseados em um sistema operacional Windows®, um sistema operacional Android™, um sistema operacional iPhone®, um sistema operacional Palm® WebOS™, um sistema operacional Blackberry®, ou um sistema operacional Symbian®, com funcionalidade de conectividade de rede de dados para a transmissão de dados por uma conexão da Internet e/ou uma rede de área local (LAN).
[0152] Um dispositivo de leitura 120 também pode ser configurado como um conjunto eletrônico transportável no corpo inteligente móvel, tal como um conjunto óptico que é usado sobre ou adjacente ao olho do usuário (por exemplo, um óculos inteligente ou óculos inteligentes, tal como um óculos Google, que é um dispositivo de comunicação móvel). Esse conjunto óptico pode ter um mostrador transparente que exibe informações sobre o nível de analito do usuário ao usuário enquanto ao mesmo tempo permite que o usuário veja através do mostrador de maneira tal que a visão total do usuário seja obstruída ao mínimo. O conjunto óptico pode ter a capacidade de comunicações sem fio similares a um smartphone. Outros exemplos de eletrônicos transportáveis no corpo incluem dispositivos que são usados em torno de ou na proximidade do pulso do usuário (por exemplo, um relógio, etc.), da garganta (por exemplo, um colar, etc.), da cabeça (por exemplo, uma faixa, um chapéu, etc.), do peito, ou um outro ainda.
[0153] A Figura 16 é um diagrama de blocos de uma modalidade exemplificadora de um dispositivo de leitura 120 configurado como um smartphone. Aqui, o dispositivo de leitura 120 inclui um componente de entrada 121, o mostrador 122, e os circuitos de processamento 206, que podem incluir um ou os mais processadores, microprocessadores, controladores e/ou microcontroladores, cada um dos quais pode ser um chip distinto ou distribuído entre (e uma porção de) um número de chips diferentes. Aqui, o circuito de processamento 206 inclui um processador de comunicações 202 que têm a memória on-board 203 e um processador de aplicativos 204 que tem a memória on-board 205. O dispositivo de leitura 120 também inclui o circuito de comunicação de RF 208 acoplado com uma antena de RF 209, uma memória 210, um circuito multifuncional 212 com uma ou mais antenas associadas 214, uma fonte de alimentação 216, um circuito de gerenciamento de energia 218, e um relógio 219. A Figura 16 é uma representação resumida do hardware típico e da funcionalidade que reside dentro de um smartphone, e os elementos normalmente versados no estado da técnica irão reconhecer de imediato que outros hardwares e funcionalidades (por exemplo, codecs, drivers, lógica de colagem) também podem ser incluídos.
[0154] Na Figura 16 também é mostrado que o processador de comunicações 202 pode formar interfaces com o circuito de comunicação de RF 208 e executar conversões analógico em digital, codificar e decodificar, processamento de sinal digital e outras funções que facilitam a conversão de sinais de voz, vídeo e dados em um formato (por exemplo, em fase e quadratura) apropriado para a provisão ao circuito de comunicação de RF 208, que pode então transmitir sem fio os sinais. O processador de comunicações 202 também pode formar interface com o circuito de comunicação de RF 208 para executar as funções reversas necessárias para receber uma transmissão sem fio e converter a mesma em dados digitais, voz e vídeo. O circuito de comunicação de RF 208 pode incluir um transmissor e um receptor (por exemplo, integrados como um transceptor) e a lógica do codificador associada.
[0155] Com referência outra vez à Figura 16, o processador de aplicativos 204 pode ser adaptado para executar o sistema operacional e quaisquer aplicativos de software que residem no dispositivo de leitura 120, processar vídeo e gráficos, e executar aquelas outras funções não relacionadas ao processamento das comunicações transmitidas e recebidas através da antena de RF 209. O sistema operacional do smartphone irá operar em conjunto com um número de aplicativos no dispositivo de leitura 120. Qualquer número de aplicativos (também conhecidos como "aplicativos da interface do usuário") pode rodar no dispositivo de leitura 120 a qualquer momento, e pode incluir um ou mais aplicativos que estão relacionadas a um regime de monitoramento de diabetes, além dos outros aplicativos geralmente usados que não estão relacionados a tal regime, por exemplo, e-mail, calendário, previsão do tempo, esportes, jogos, etc. Por exemplo, os dados indicativos de um nível detectado de analito e as medições de analito no sangue in vitro recebidas pelo dispositivo de leitura podem ser comunicados com segurança aos aplicativos da interface do usuário que residem na memória 210 do dispositivo de leitura 120. Tais comunicações podem ser executadas com segurança, por exemplo, através do uso de conteinerização de aplicativo móvel ou tecnologias de sobreposição.
[0156] A memória 210 pode ser compartilhada por uma ou mais das várias unidades funcionais presentes dentro do dispositivo de leitura 120, ou pode ser distribuída entre dois ou mais deles (por exemplo, como memórias separadas presentes dentro de chips diferentes). A memória 210 também pode ser um chip separado dela mesma. As memórias 203, 205, e 210 são não transitórias, e podem ser memórias voláteis (por exemplo, RAM, etc.) e/ou não voláteis (por exemplo, ROM, memória flash, F-RAM, etc.). Os circuitos multifuncionais 212 podem ser implementados como um ou mais chips e/ou componentes (por exemplo, transmissor, receptor, transceptor, e/ou outro circuito de comunicação) que executam outras funções tais como comunicações sem fio locais, por exemplo, com o dispositivo de controle de sensor 102 sob o protocolo apropriado (por exemplo, Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy, Near Field Communication (NFC), Radio Frequency Identification (RFID), protocolos proprietários, e outros ainda) e determinam a localização geográfica do dispositivo de leitura 120 (por exemplo, um hardware de sistema de posicionamento global (GPS)). Uma ou mais outras antenas 214 são associadas com os circuitos funcionais 212 tal como necessário para operar com os vários protocolos e circuitos.
[0157] A fonte de alimentação 216 pode incluir uma ou mais baterias, que podem ser baterias descartáveis recarregáveis ou de um único uso. O circuito de gerenciamento de energia 218 pode regular o carregamento da bateria e o monitoramento da fonte de alimentação, incrementar a energia, executar conversões de C.C., e outros ainda.
[0158] O dispositivo de leitura 120 também pode incluir ou ser integrado com um dispositivo de aplicação de fármaco (por exemplo, a insulina, etc.) de maneira tal que, por exemplo, compartilham de um invólucro comum. Os exemplos de tais dispositivos de aplicação de fármaco podem incluir as bombas de medicação que têm uma cânula que permanece no corpo para permitir a infusão por um período de múltiplas horas ou de múltiplos dias (por exemplo, bombas transportáveis no corpo para a aplicação de insulina basal e bolo). O dispositivo de leitura 120, quando combinado com uma bomba de medicação, pode incluir um reservatório para armazenar o fármaco, uma bomba conectável para a tubulação de transferência, e uma cânula de infusão. A bomba pode forçar o fármaco a sair do reservatório, através da tubulação e rumo ao corpo do diabético por meio da cânula introduzida no mesmo. Outros exemplos de dispositivos de aplicação de fármaco que podem ser incluídos (ou integrados com) com o dispositivo de leitura 120 incluem dispositivos de injeção portáteis que perfuram a pele somente para cada aplicação e são removidos subsequentemente (por exemplo, canetas de insulina). Um dispositivo de leitura 120, quando combinado com um dispositivo de injeção portátil, pode incluir uma agulha de injeção, um cartucho para carregar o fármaco, uma interface para controlar a quantidade de fármaco a ser aplicada, e um atuador para fazer com que a injeção ocorra. O dispositivo pode ser usado repetidamente até que o fármaco seja esgotado, em cujo momento o dispositivo combinado pode ser descartado, ou o cartucho pode ser substituído por um novo, em cujo momento o dispositivo combinado pode ser reutilizado repetidamente. A agulha pode ser substituída depois de cada injeção.
[0159] O dispositivo combinado pode funcionar como parte de um sistema de circuito fechado (por exemplo, um sistema de pâncreas artificial que não requer nenhuma intervenção do usuário para operar) ou um sistema de circuito semifechado (por exemplo, um sistema de circuito de insulina que requer raramente a intervenção do usuário para operar, tal como para confirmar mudanças na dose). Por exemplo, o nível de analito do diabético pode ser monitorado de uma forma automática repetida pelo dispositivo de controle de sensor 102, que pode então comunicar esse nível monitorado do analito ao dispositivo de leitura 120, e a dosagem apropriado do fármaco para controlar o nível de analito do diabético pode ser automaticamente determinada e subsequentemente aplicada ao corpo do diabético. As instruções de software para controlar a bomba e a quantidade de insulina aplicada podem ser armazenadas na memória do dispositivo de leitura 120 e ser executadas pelo circuito de processamento do dispositivo de leitura. Essas instruções também podem causar o cálculo das quantidades de aplicação de fármaco e as durações (por exemplo, um perfil da infusão de bolo e/ou um perfil da infusão basal) com base nas medições do nível de analito obtidas direta ou indiretamente do dispositivo de controle de sensor 102. Em algumas modalidades, o dispositivo de controle de sensor 102 pode determinar a dosagem do fármaco e comunicar a mesma ao dispositivo de leitura 120.
[0160] A Figura 17 é um diagrama de blocos que ilustra uma modalidade exemplificadora do dispositivo de controle de sensor 102 que tem o sensor de analito 104 e os componentes eletrônicos 250 do sensor (incluindo os circuitos de monitoramento de analito) que podem ter a maior parte da capacidade de processamento para tornar os dados do resultado final apropriados para a exibição ao usuário. Na Figura 17, um único chip semicondutor 251 é mostrado, o qual pode ser um circuito integrado específico de aplicativo customizado (ASIC). São mostradas dentro do ASIC 251 determinadas unidades funcionais de alto nível, incluindo uma extremidade anterior analógica (AFE) 252, um circuito de gerenciamento de energia 254 (ou controle), um processador 256, e um circuito de comunicação 258 (que pode ser implementado como um transmissor, um receptor, um transceptor, um circuito passivo, ou então de acordo com o protocolo de comunicação). Nesta modalidade, a AFE 252 e o processador 256 são usados como circuito de monitoramento de analito, mas em outras modalidades um ou outro circuito pode executar a função de monitoramento de analito. O processador 256 pode incluir um ou mais processadores, microprocessadores, controladores e/ou microcontroladores, cada um dos quais pode ser um chip distinto ou distribuídos entre (e uma porção de) um número de chips diferentes.
[0161] Uma memória 253 também pode ser incluída dentro do ASIC 251 e pode ser compartilhada pelas várias unidades funcionais presentes dentro do ASIC 251, ou pode ser distribuída entre duas ou mais delas. A memória 253 também pode ser um chip separado. A memória 253 é não transitória e pode ser uma memória volátil e/ou não volátil. Nesta modalidade, o ASIC 251 é acoplado com a fonte de alimentação 260, que pode ser uma bateria de célula do tipo moeda, ou uma outra ainda. A AFE 252 forma interface com o sensor de analito in vivo 104 e recebe os dados da medição do mesmo e envia os dados ao processador 256 na forma digital que, por sua vez, em algumas modalidades, pode processar de qualquer maneira apropriada. Estes dados podem então ser fornecidos ao circuito de comunicação 258 para enviar, por meio da antena 261, ao dispositivo de leitura 120, por exemplo, onde um processamento adicional mínimo é necessário pelo aplicativo de software residente, para exibir os dados. A antena 261 pode ser configurada de acordo com as necessidades do aplicativo e o protocolo de comunicação. A antena 261 pode ser, por exemplo, uma antena de traço de placa de circuito impresso (PWB), uma antena de cerâmica, ou uma antena metálica distinta. A antena 261 pode ser configurada como uma antena de um só polo, uma antena de dois polos, uma antena do tipo F, uma antena de laço, e outras ainda.
[0162] A informação pode ser comunicada do dispositivo de controle de sensor 102 a um segundo dispositivo (por exemplo, o dispositivo de leitura 120) pela iniciativa do dispositivo de controle de sensor 102 ou do dispositivo de leitura 120. Por exemplo, a informação pode ser comunicada automática e/ou repetidamente (por exemplo, continuamente) pelo dispositivo de controle de sensor 102 quando a informação do analito está disponível, ou de acordo com uma programação (por exemplo, a cada 1 minuto, a cada 5 minutos, a cada 10 minutos, ou outros ainda), em cujo caso a informação pode ser armazenada ou logada em uma memória do dispositivo de controle de sensor 102 para uma comunicação posterior. A informação pode ser transmitida do dispositivo de controle de sensor 102 em resposta ao recebimento de um pedido pelo segundo dispositivo. Esse pedido pode ser um pedido automatizado, por exemplo, um pedido transmitido pelo segundo dispositivo de acordo com uma programação, ou pode ser um pedido gerado pela iniciativa de um usuário (por exemplo, um pedido ad hoc ou manual). Em algumas modalidades, um pedido manual para dados é indicado como uma "varredura" do dispositivo de controle de sensor 102 ou uma transferência de dados "sob demanda" do dispositivo 102. Em algumas modalidades, o segundo dispositivo pode transmitir um pacote de sinais ou dados de votação ao dispositivo de controle de sensor 102, e o dispositivo 102 pode tratar cada votação (ou votações que ocorrem a determinados intervalos do tempo) como um pedido para dados e, se os dados estiverem disponíveis, então pode transmitir tais dados ao segundo dispositivo. Em muitas modalidades, a comunicação entre o dispositivo de controle de sensor 102 e o segundo dispositivo é segura (por exemplo, cifrada e/ou entre dispositivos autenticados), mas em algumas modalidades os dados podem ser transmitidos do dispositivo de controle de sensor 102 de uma maneira não segura, por exemplo, como uma transmissão a todos os dispositivos de escuta na faixa.
[0163] Tipos e/ou formas e/ou quantidades de informação diferentes podem ser enviados como parte de cada comunicação incluindo, mas sem ficar a eles limitados, uma ou mais das medições do sensor atuais (por exemplo, a informação mais recentemente obtida sobre o nível de analito que corresponde temporalmente ao momento no qual a leitura é iniciada), a taxa de mudança da métrica medida por um período de tempo predeterminado, a razão da taxa de mudança da informação métrica (aceleração na taxa de mudança), ou informação métrica histórica que corresponde à informação métrica obtida antes de uma determinada leitura e armazenada em uma memória do dispositivo de controle de sensor 102.
[0164] Algumas ou todas as informações sobre o tempo real, o histórico, a taxa de mudança, a razão da taxa da mudança (tal como aceleração ou a desaceleração) podem ser enviadas ao dispositivo de leitura 120 em uma determinada comunicação ou uma transmissão. Em determinadas modalidades, o tipo e/ou a forma e/ou a quantidade de informações enviadas ao dispositivo de leitura 120 pode ser previamente programada e/ou inalterável (por exemplo, previamente configurada na fabricação), ou pode não ser previamente programada e/ou inalterável de modo que possa ser selecionável e/ou alterável no campo um ou mais vezes (por exemplo, ao ativar um comutador do sistema, etc.). Por conseguinte, em determinadas modalidades o dispositivo de leitura 120 pode enviar (em tempo real) um valor do analito derivado do sensor (por exemplo, no formato numérico), uma taxa atual da mudança do analito (por exemplo, na forma de um indicador da taxa do analito tal como uma seta que aponta em uma direção para indicar a taxa atual), e os dados do histórico da tendência do analito com base nas leituras do sensor adquiridas por e armazenadas na memória do dispositivo de controle de sensor 102 (por exemplo, na forma de um traço gráfico). Além disso, uma leitura ou a medição da temperatura da na pele ou do sensor podem ser coletadas por um sensor de temperatura opcional 257. Essas leituras ou medições podem ser comunicadas (tanto individualmente quanto como uma medição agregada com o passar do tempo) do dispositivo de controle de sensor 102 a um outro dispositivo (por exemplo, um leitor ou o dispositivo de leitura 120). A leitura ou a medição da temperatura, no entanto, podem ser usadas conjuntamente com uma rotina de software executada pelo dispositivo de leitura 120 para corrigir ou compensar a medição do analito enviada ao usuário, em vez de ou além de exibir realmente a medição da temperatura ao usuário.
[0165] Os exemplos a seguir são apresentados para finalidades ilustrativas apenas, e não limitam o âmbito ou o teor do presente pedido de patente.
EXEMPLOS Exemplo 1. Cálculo da detecção do modo de sensibilidade de acumulação ao usar sensores revestidos com polímero e longos tempos de acumulação.
[0166] A Figura 5 mostra as curvas de calibração obtidas através de amperometria e a detecção do modo de acumulação ao usar sensores de glicose revestidos com polímero a concentrações de glicose de 0 a 500 µM. Cada curva de calibração é a resposta média de quatro sensores. No entanto, ao contrário da amperometria, a detecção do modo de acumulação permite que a sensibilidade do sensor seja ajustada facilmente ao alterar o tempo da acumulação. Para as medições da altura de pico e da área de pico, a sensibilidade do sensor é aumentada por um fator de cerca de 10 mediante o aumento do tempo de acumulação de 1 minuto para 10 minutos. A sensibilidade para cada curva de calibração mostrada na Figura 5 foi calculada como a inclinação do ajuste linear com os dados tabulados mostrados na Tabela
1. Tabela 1 Sensibilidade Tempo de acumulação Amperometria Altura de pico do modo Área de pico do modo (minutos) (nA/µM) de acumulação de acumulação (nA/µM) (nC/µM) 1 0,0022 0,0043 0,11 2 0,0023 0,0086 0,26 5 0,0024 0,020 0,65 10 0,0025 0,039 1,33
[0167] Uma vez que as medições da altura de pico e da amperometria são feitas nas mesmas unidades, as suas sensibilidades podem ser comparadas diretamente. Ao usar os dados do sensor da membrana de fluxo tal como mostrado na Figura 5, a razão (isto é, aumento da vez) entre a sensibilidade do modo de acumulação e a sensibilidade da amperometria sob condições equivalentes do sensor foi calculada com as tabulações mostradas na Tabela 2. Tal como indicado, a um tempo de acumulação de 1 minuto, a sensibilidade do sensor é 2 vezes maior do que ao usar a detecção do modo de acumulação em comparação à amperometria. Por conseguinte, com um aumento do tempo de acumulação para 10 minutos, a diferença da sensibilidade aumenta para 15 vezes. Tabela 2 Tempo de acumulação Razão da altura de (minutos) pico/Amperometria 1 2,0 2 3,7 5 8,3 10 15,6 Exemplo 2. Otimização do sinal do modo de acumulação para a detecção de alta sensibilidade com frequência aumentada e a adição de nanotubos de carbono.
[0168] A Figura 7 mostra a detecção do modo de acumulação de 200 nM de glicose sob duas frequências de filtragem de sinal diferentes de 0,032 Hz e 3,2 Hz. Tal como mostrado, o pico da detecção é muito mais agudo ao usar o filtro de frequência mais elevada, conduzindo a uma altura de pico maior. A área sob as duas curvas, no entanto, não muda. Isto mostra que, ao usar a medição da altura de pico, um filtro de frequência mais elevada é ideal para maximizar a magnitude do sinal. Em particular, foi verificado que a mudança da frequência de filtragem de 0,032 Hz para 3,2 Hz aumenta o sinal da altura de pico por um fator de 2 a 3. Além disso, com frequências de filtragem de mais de 3,2 Hz, o ruído do sinal era demasiadamente grande para fazer medições exatas das características da corrente amperométrica e de pico da acumulação (altura e área de pico).
[0169] Como um meio de um mecanismo para realçar o sinal do modo de acumulação, nanotubos de carbono (CNTs) foram adicionados para tornar o reagente de detecção depositado mais uniforme e eletricamente condutor, desse modo aumentando a cinética da etapa de oxidação mediada com redox. Esse aumento na cinética resultou no pico de corrente do modo de acumulação que tem uma altura de pico maior. A Figura 8A mostra micrografias do reagente de detecção de glicose depositado e curado com e sem os CNTs. Tal como mostrado, o reagente de detecção que contém CNTs é depositado mais uniformemente, ao passo que o reagente de detecção que não possui CNTs exibe um grande "efeito de anel de café". Foi verificado que a adição de CNTs ao reagente de detecção aumenta o sinal da altura de pico por um fator de 5 a 6.
[0170] Além disso, a Figura 8B mostra os resultados de um experimento de sondagem do efeito da frequência de filtragem de sinal e da adição de CNTs ao reagente de detecção na sensibilidade do sensor ao usar a amperometria e o modo de detecção de acumulação tal como medido pela altura de pico e pela área de pico ao usar sensores de glicose exemplificadores a concentrações de glicose de 0 a 200 nM tal como indicado. Quatro sensores de ambos os tipos (com e sem os CNTs no reagente de detecção) foram testados, e cada curva de calibração é a resposta média dos quatro sensores indicados. Um tempo de acumulação de dez minutos foi usado para cada detecção do modo de acumulação. Duas medições consecutivas foram feitas a cada concentração de glicose: uma ao usar uma frequência de filtragem de 0,032 Hz e uma ao usar uma frequência de filtragem de 3,2 Hz.
[0171] A sensibilidade para cada curva de calibração na Figura 8B foi calculada como a inclinação do ajuste linear e os dados tabulados são mostrados na Tabela 3. Tal como visto, a sensibilidade do sensor da medição amperométrica muda minimamente com a frequência de filtragem e a presença de CNT, permanecendo abaixo de 0,0003 nA/nM para todas as condições. Para a medição do modo de acumulação ao usar a área de pico, a sensibilidade do sensor não muda com a frequência de filtragem, mas aumenta ligeiramente com a adição de CNTs ao reagente de detecção. As mudanças mais drásticas na sensibilidade do sensor são observadas para a medição do modo de acumulação ao usar a altura de pico. A frequência de filtragem e a adição de CNTs ao reagente de detecção aumentam a sensibilidade do sensor. O aumento da frequência de filtragem de 0,032 Hz para 3,2 Hz aumenta a sensibilidade por um fator de cerca de 2,5, ao passo que a adição de CNTs ao reagente de detecção aumenta a sensibilidade por um fator de cerca de 5.5. Além disso, um aumento na frequência de filtragem combinada com a adição de CNTs aumenta a sensibilidade da medição do modo de acumulação por um fator de cerca de 14. Tabela 3 Variáveis Sensibilidade Frequência CNTs no Amperometria Altura de pico Área de pico do de reagente do modo de modo de (nA/nM) filtragem de acumulação acumulação (Hz) detecção? (nA/nM) (nC/nM) 0,032 Não 0,00023 0,0071 0,11 3,2 Não 0,00024 0,018 0,10 0,032 Sim 0,00026 0,041 0,14 3,2 Sim 0,00027 0,10 0,15
[0172] Uma vez que as medições da altura de pico e da amperometria são feitas nas mesmas unidades, as suas sensibilidades podem ser comparadas diretamente. A Tabela 4 fornece a razão entre a sensibilidade do modo de acumulação e a sensibilidade da amperometria sob condições equivalentes do sensor. Tal como mostrado, mesmo a uma frequência de filtragem de 0,032 Hz e sem os CNTs no reagente de detecção, a sensibilidade do sensor é 30 vezes maior ao usar a detecção do modo de acumulação em comparação à amperometria. Por conseguinte, com o aumento da frequência de filtragem e a adição de CNTs ao reagente de detecção para otimizar a altura do pico do modo de acumulação, a diferença da sensibilidade aumenta para quase 400 vezes. Tabela 4 Variáveis Razão Frequência de CNTs no reagente Altura de filtragem (Hz) de detecção? pico/Amperometria 0,032 Não 31 3,2 Não 75 0,032 Sim 158 3,2 Sim 370 Exemplo 3. Comparação da sensibilidade, do limite de detecção, e da faixa linear para a amperometria e o modo de detecção de acumulação ao usar um tempo de acumulação de 30 minutos, uma frequência de 3,2 Hz e a adição de nanotubos de carbono.
[0173] Tal como mostrado na Figura 9B, as correntes associadas com as medições amperométricas são excessivamente pequenas (< 50 pA) e perdem linearidade abaixo de 100 nM, ao passo que os sinais para a detecção do modo de acumulação são muito maiores e retêm linearidades bem abaixo de 100 nM. A Tabela 5 a seguir mostra a sensibilidade, o limite de detecção inferior (LOD) (calculado como 3σ/inclinação, ao utilizar a abordagem-padrão 1), e a faixa linear de detecção associada com estas medições tal como divulgado no Exemplo 5. A abordagem-padrão 1 é divulgada em Mocak et al., Pure Appl. Chem. 1997, 69:297-328, cujo teor integral é incorporado no presente documento a título de referência. Na abordagem particular, o padrão 1 é um método para calcular o LOD como "3σ/inclinação", onde "σ" é o desvio padrão do molde e "inclinação" é a inclinação da curva de calibração. Tabela 5 Método de medição Sensibilidade LOD/nM Faixa linear/µM Amperometria 0,00017 ± 0,00001 nA/ nM 120 ± 42 0,12 - >100 Modo de acumulação – 0,14 ± 0,03 nA/nM 20 ± 16 0,02 – 2 Altura de pico Modo de acumulação – 0,33 ± 0,04 nC/nM 4,7 ± 1,4 0,004 – 5 Área de pico Exemplo 4. Análise do Sinal de Fundo.
[0174] Com referência às Figuras 9A e 9B, um sinal de fundo (catódico) é observado quando a detecção é executada na solução tampão que é aberta para a atmosfera. Sem ficar limitado por nenhuma teoria, a reação de redução do oxigênio é provavelmente responsável por esse fundo negativo. Especificamente, o mediador de redox de ósmio e os CNTs podem catalisar a reação de redução de oxigênio, o que deve resultar na oxidação do mediador de ósmio e resultando em um acúmulo de Os3+ quando o circuito é desconectado durante o período de acumulação. Quando o circuito é reconectado, este acúmulo de Os3+ pode ser reduzido, o que resulta em um pico catódico. Para testar esta hipótese, os sensores de glicose exemplificadores foram testados em 100 mM de tampão de fosfato que não contém nenhuma glicose sob condições atmosféricas e condições de purga com oxigênio (por exemplo, através de borbulhamento). A Figura 10A mostra o sinal resultante do modo de acumulação obtido para um sensor representativo para os tempos de acumulação de 2, 5, e 10 minutos sob condições atmosféricas e de purga com oxigênio, tal como indicado. Tal como observado, os sinais são picos catódicos sob condições atmosféricas, ao passo que sob condições de purga com oxigênio os sinais são picos anódicos menores. Os sinais médios (média) para 4 sensores são traçados na Figura 10B. Tal como mostrado, o sinal de amperometria é observado de ligeiramente negativo sob condições atmosféricas a ligeiramente positivo sob condições de purga com oxigênio. Os resultados deste experimento indicam que o fundo negativo se dá devido à redução de oxigênio catalisada com Os. Exemplo 5. Faixa de Detecção Linear.
[0175] Para determinar a faixa de detecção linear do modo de detecção de acumulação, o experimento de calibração mostrado nas Figuras 9A e 9B foi realizado até concentrações de glicose de 200 µM. As curvas de calibração resultantes da amperometria e do modo de acumulação são mostradas na Figura 11. A melhor linha de ajuste linear determinada para concentrações de 0 a 200 nM foi prevista para concentrações mais elevadas. Tal como visto, o sinal de amperometria permanece linear até pelo menos 100 µM. O sinal do modo de acumulação, por outro lado, permanece linear até 2 a 5 µM antes de começar até o platô a concentrações mais elevadas. Isto deve ser esperado, uma vez que o mediador de redox de Os tem uma capacidade finita de armazenagem de carga. Para os sensores usados neste experimento, esta capacidade parece ser de cerca de 5.000 nC. Pode ser observado que a faixa linear de detecção do modo de acumulação pode ser deslocada para concentrações mais elevadas se um tempo mais curto de acumulação for usado. Para os dados mostrados no presente documento, um tempo de acumulação relativamente longo, por exemplo, de 30 minutos, foi usado para obter a sensibilidade elevada.
Exemplo 6. Materiais.
[0176] Os sensores de carbono impressos em tela substratos de PET foram obtidos junto à Steven Label, Inc. (Santa Fe Springs, CA). A área ativa do eletrodo operante foi definida pela área depositada de um catalisador de oxidação de glicose, que era de mais ou menos 0,1 mm2. Um polímero de redox proprietário usado para a fiação de glicose oxidase (GOx) e um polímero de membrana limitadora de fluxo proprietário foram sintetizados de acordo com procedimentos publicados, e foram obtidos junto à Nanosin, Inc. (Santa Rosa, CA) e à Regis Technologies, Inc. (Morton Grove, IL), respectivamente. A glicose oxidase (GOx, EC 1.1.3.4, atividade de 130 U/mg) de Aspergillus sp. II foi obtida junto à Toyobo Co, Ltd. (Osaka, Japão). Éter diglicidílico de poli(etileno glicol) (400) (PEGDGE 400) e éter triglicidílico de glicerila foram obtidos junto à Polysciences, Inc. (Warrington, PA). Nanotubos de carbono de múltiplas camadas (CNTs, diâmetro externo de 20 a 40 nm, 10 a 20 µm de comprimento) foram obtidos junto à MK Nano (Mississauga, Ontário, Canadá). A glicose e os produtos químicos comuns usados para as soluções tampão foram obtidos junto à Sigma- Aldrich (St. Louis, MO). Todas as soluções aquosas foram obtidas ao usar > 18,0 MΩ.cm-1 de água deionizada obtida de um sistema de purificação de água Thermo Scientific Barnstead E-Pure. Exemplo 7. Fabricação do Sensor.
[0177] Dois tipos diferentes de reagentes de detecção de glicose foram usados, um sem CNTs e um com CNTs. O reagente sem CNT foi preparado tal como segue. Em primeiro lugar, três soluções foram preparadas em 10 mM de tampão de ácido 4-(2-hidroxietil)piperazina- 1-etano sulfônico (HEPES) (pH 8): polímero de redox a 4% (peso/volume), GOx a 8,08% (peso/volume) GOx, e PEGDGE400 a 8,08% (peso/volume). Essas três soluções foram misturadas a uma razão de 3,04:5,1:1,86 para obter o reagente de detecção de glicose.
Para preparar o reagente de detecção de glicose com CNTs, o procedimento acima foi seguido, exceto pelo fato que a solução de polímero de redox a 4% e a solução dePEGDGE400 a 8,08% foi preparada em uma solução aquosa a 5% (peso/volume) de CNT em vez da solução de 10 mM de HEPES. Depois da preparação, o reagente de detecção de glicose foi distribuído no eletrodo operante de carbono do sensor através de uma microsseringa (Hamilton Co.) em alíquotas de 15 nl. A área ativa de cada eletrodo operante foi definida pela área da gota de reagente de detecção distribuída. Essa área era tipicamente de 0,1 mm 2. Depois da distribuição do reagente de detecção, sensores foram curados a 25°C e a uma umidade relativa de 60% por pelo menos 12 horas. Para os sensores usados no experimento mostrado na Figura 5, uma membrana de polímero limitadora de fluxo exterior foi aplicada aos sensores. Esta membrana, que consistia em uma mistura 4:1 em do volume do polímero da membrana de 14% (peso/volume) e 3,5% (peso/volume) de éter triglicidílico de glicerila em 80/20 de etanol/água, foi aplicada através de revestimento por imersão tal como descrito previamente em Liu et al., Anal. Chem. 2012, 84:3403-3409, cujo teor integral é incorporado no presente documento a título de referência. Exemplo 8. Medições Eletroquímicas.
[0178] A menos que esteja indicado de alguma outra maneira, todas as medições eletroquímicas foram feitas ao usar uma célula de três eletrodos apropriada com o sensor de glicose como o eletrodo operante, um eletrodo de referência de Ag/AgCl (em 3 M de kCl; Bioanalitical Systems, Inc.), e um contraeletrodo de carbono impresso em tela. A curva da corrente versus (contra) o tempo para um sensor foi medida durante todo o curso de um experimento do modo de acumulação ao usar um potenciostato. Para uma medição do modo de acumulação, o eletrodo operante foi desconectado eletricamente do potenciostato por uma quantidade de tempo estipulada (o tempo de acumulação), depois do que ele foi reconectado ao circuito. A Figura 2 mostra um esquema do diagrama do eletrodo. Quando o eletrodo operante de um sensor foi conectado eletricamente, ele foi equilibrado a +40 mV. Para os experimentos mostradas nas Figuras 3A a 3D, 4A e 4B, 5, e 6A a 6H, um potenciostato BASi Petit Ampere (modelo LC-3D; Bioanalytical Systems, Inc., West Lafayette, IN) foi usado para as medições da corrente. Um intervalo de amostragem de 0,5 segundo (s) e um filtro de 0,03 Hz foram usados, e o sinal da corrente foi gravado ao usar o software in-house LabView (National Instruments). Para todos os demais experimentos, uma definição aumentada do tempo era desejada. Portanto, um potenciostato com uma resolução de tempo maior foi usado (modelo 1030C; CH Instruments, Inc., Austin, TX). Esse potenciostato foi usado com um intervalo de amostragem de 0,1 segundo e um filtro de 3,2 Hz com exceção daqueles mostrados nas Figuras 7 e 8B. Para esses experimentos, esse potenciostato foi usado com um intervalo de amostragem de 0,1 s e um filtro de 3,2 Hz ou então um filtro de 0,032 Hz, tal como indicado. Este sinal foi gravado ao usar o software fornecido pelo fabricante. As medições da área de pico, da altura de pico e da corrente amperométrica nas curvas da corrente versus o tempo resultantes foram feitas ao usar o software Graphpad Prism 6. Todo os experimentos foram realizados em 100 mM de tampão de PBS (pH = 7,4, 100 mM de NaCl) e a 33°C.
[0179] Tal como divulgado no presente documento e mostrado em todo ele, o modo de detecção de acumulação de acordo com as modalidades da presente invenção pode ser utilizado para obter uma detecção superior em relação à amperometria a baixas concentrações de analito.
[0180] Embora a presente invenção tenha sido ilustrada e descrita com referência a determinadas modalidades exemplificadoras, os elementos normalmente versados no estado da técnica irão compreender que várias modificações e mudanças podem ser feitas nas modalidades descritas sem desviar do caráter e do âmbito da presente invenção, tal como definido nas reivindicações a seguir.

Claims (20)

REIVINDICAÇÕES
1. Método para a detecção de um analito que faz uso de um sensor, em que o sensor inclui um eletrodo operante, caracterizado pelo fato de que compreende: prover o eletrodo operante com uma enzima específica de analito e um mediador de redox; prover o eletrodo operante ao analito; acumular a carga derivada do analito que reage com a enzima específica de analito e o mediador de redox por um período de tempo estipulado; conectar o eletrodo operante a um circuito após o período de tempo estipulado; e medir um sinal da carga acumulada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que antes da provisão do eletrodo operante a um analito, o método também compreende a conexão do eletrodo operante ao circuito, e antes da provisão do eletrodo operante ao analito, o método também compreende a desconexão do eletrodo operante do circuito.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo operante é conectado ao circuito antes da provisão do eletrodo operante ao analito, e o método também compreende a desconexão do eletrodo operante do circuito antes da provisão do eletrodo operante ao analito.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é um biossensor eletroquímico enzimático.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mediador de redox é um polímero de redox imobilizado.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o analito é selecionado do grupo que consiste em cortisol, glicose, lactato, 3-hidróxi butirato, álcool, piruvato, glutamato, teofilina e creatinina.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a enzima específica de analito é selecionada do grupo que consiste em uma desidrogenase dependente de dinucleotídeo de adenina nicotinamida (NAD), uma oxidase dependente de dinucleotídeo de flavina adenina (FAD)-dependente, e uma oxidase dependente de mononucleotídeo de flavina (FMN).
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a enzima específica de analito é selecionada do grupo que consiste em 11β-hidróxi esteroide desidrogenase do tipo 2 (11β- HSD-2), glicose oxidase, NAD-glicose desidrogenase, FAD-glicose desidrogenase, oxidase de lactato, NAD-lactato desidrogenase, NAD- álcool desidrogenase, oxidase de piruvato, NAD-glutamato desidrogenase e xantina oxidase.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o analito está a uma concentração tão baixa quanto 4,7 nanomolares.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a medição do sinal da carga acumulada compreende a medição de uma altura de pico do sinal e/ou a medição de uma área de pico do sinal.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a calibração da altura de pico medida para obter uma concentração do analito.
12. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a calibração da área de pico medida para obter uma concentração do analito.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a medição do sinal da carga acumulada compreende a gravação do sinal a uma taxa de amostragem de 0,1 a 0,5 hertz (Hz) e/ou a filtragem do sinal a uma frequência de 0,032 a 3,2 hertz (Hz).
14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo operante compreende um elemento de detecção que compreende a enzima específica de analito e o mediador de redox.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o elemento de detecção também compreende nanotubos de carbono.
16. Método para a detecção de um analito que faz uso de um sensor, em que o sensor compreende um eletrodo operante que compreende uma enzima específica de analito e um mediador de redox, caracterizado pelo fato de que compreende: prover o eletrodo operante com o analito; acumular a carga derivada do analito que reage com a enzima específica de analito e o mediador de redox; e medir um sinal da carga acumulada, a medição de uma altura de pico do sinal e/ou a medição de uma área de pico do sinal.
17. Sistema para a detecção de um analito, caracterizado pelo fato de que compreende: um eletrodo operante; um elemento de detecção disposto no eletrodo operante, em que o elemento de detecção compreende uma enzima específica de analito e um mediador de redox, e o elemento de detecção é configurado para acumular a carga derivada do analito que reage com a enzima específica de analito por um período de tempo estipulado; e um circuito configurado para conectar com o eletrodo operante depois do período de tempo estipulado e para medir um sinal da carga acumulada.
18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma membrana exterior que cobre pelo menos o elemento de detecção.
19. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a enzima específica de analito é selecionada do grupo que consiste em uma desidrogenase dependente de dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD), uma oxidase dependente de dinucleotídeo de flavina adenina (FAD) e uma oxidase dependente de mononucleotídeo de flavina (FMN).
20. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a enzima específica de analito é selecionada do grupo que consiste em 11β-hidróxi esteroide desidrogenase do tipo 2 (11β- HSD-2), glicose oxidase, NAD-glicose desidrogenase, FAD-glicose desidrogenase, lactato de oxidase, NAD-lactato desidrogenase, NAD- álcool desidrogenase, piruvato de oxidase, NAD-glutamato desidrogenase e xantina oxidase.
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