BRPI0510927B1 - Biossensor system for the detection of an analytic concentration - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA BIOSSENSOR PARA A DETECÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE UM ANALITO".

Campo da Técnica da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um aparelho para uso na medição de sinais tais como aqueles relacionados às concentrações de um analito (tal como, glicose sanguínea) em um fluido biológico assim como aqueles relacionados a interferentes (tais como, hematócrito e temperatura no caso de glicose sanguínea) aos sinais de concentração de analito. A presente invenção refere-se mais particularmente a um sistema e método para a garantia de qualidade de uma tira de teste biossensora.

Antecedentes da Invenção [002] A medição da concentração de substâncias em fluidos biológicos é uma ferramenta importante para o diagnóstico e tratamento das diversas condições médicas. Por exemplo, a medição de glicose nos fluidos sanguíneos, tais como sangue, é fundamental para o tratamento eficaz da diabetes.

[003] A terapia diabética tipicamente envolve dois tipos de tratamento de insulina: basal, e em momento de refeição. A insulina basal refere-se a uma insulina contínua, por exemplo, liberada com o tempo, com freqüência antes de ir para cama. O tratamento com insulina no momento da refeição proporciona doses adicionais de uma insulina que atua mais rápida para regular as flutuações na glicose sanguínea ocasionadas por uma variedade de fatores, incluindo a metabolização de açúcares e ca rb oi d ratos. A reguiagem adequada das flutuações de glicose sanguínea requer a medição precisa da concentração da glicose no sangue. Falha neste procedimento pode produzir complicações graves, incluindo cegueira e perda da circulação nas extremidades, o que pode por último privar o diabético do uso de seus dedos, mãos, pés, etc.

[004] Múltiplos métodos são conhecidos para determinar a concentração dos analitos em uma amostra de sangue, tais como, por exemplo, glicose. Os referidos métodos tipicamente se inserem em uma das duas categorias: métodos óticos e métodos eletroquímicos. Os métodos óticos em geral envolvem espectroscopia para observar o desvio do espectro provocado pela concentração do analito, tipicamente junto com um reagente que produz uma coloração conhecida quando combinado com o analito. Os métodos eletroquímicos em geral baseiam-se na correlação entre uma corrente (amperometria), um potencial (potenciometria) ou carga acumulada (coulometria) e a concentração do analito, tipicamente em conjunto com um reagente que produz veículos de carga quando combinados com o analito. Ver, por exemplo, patentes U.S. Nos. 4.233.029 para Columbus, 4.225.410 para Pa-ce, 4.323.536 para Columbus, 4.008.448 para Muggli, 4.654.197 para Lilja et al., 5.108.564 para Szuminsky et al., 5.120.420 para Nankai et al., 5.128.015 para Szuminsky et al., 5.243.516 para White, 5.437.999 para Diebold et al., 5.288.636 para Pollmann et al., 5.628.890 para Carter et al., 5.682.884 para Hill et al., 5.727.548 para Hill et al., 5.997.817 para Crismore et al., 6.004.441 para Fujiwara et al., 4.919.770 para Priedel, et al., e 6.054.039 para Shieh, as quais se encontram aqui incorporadas por referência em suas totalidades. O bios-sensor para conduzir o teste é tipicamente uma tira de teste descartável dotada de um reagente na mesma que reage quimicamente com o analito de interesse no fluido biológico. A tira de teste é correspondida com um medidor de teste não descartável de modo que o medidor de teste pode medir a reação entre o analito e o reagente de modo a determinar e exibir a concentração do analito ao usuário.

[005] A figura 1 ilustra de forma esquemática uma tira de teste biossensora descartável típica da técnica anterior, indicada em geral como 10 (ver, por exemplo, as patentes U.S. Nos. 4.999.582 e 5.438.271, cessionadas ao mesmo cessionário do presente pedido, e aqui incorporadas por referência). A tira de teste 10 é formada em um substrato não condutor 12, sobre o qual são formadas áreas conduto-ras 14, 16. Um reagente químico 18 é aplicado sobre as áreas condu-toras 14,16 em uma extremidade da tira de teste 10. O reagente 18 irá reagir com o analito de interesse na amostra biológica de uma forma que pode ser detectado quando o potencial de voltagem é aplicado entre os eletrodos de medição 14a e 16a.

[006] A tira de teste 10 portanto apresenta uma zona de reação 20 que contém os eletrodos de medição 14a, 16a, que entram em contato com a amostra que contém o analito para o qual a concentração na amostra deve ser determinada. Em um sistema de medição eletro-químico amperométrico ou coulométrico, os eletrodos de medição 14a, 16a na zona de reação 20 são acoplados ao circuito eletrônico (tipicamente em um medidor de teste (não-mostrado) dentro do qual a tira de teste 10 é inserida, como é bem conhecido na técnica); que fornece um potencial elétrico aos eletrodos de medição e mede a resposta do sensor eletroquímico ao referido potencial (por exemplo, corrente, im-pedância, carga, etc.). A referida resposta é proporcional à concentração do analito.

[007] O medidor de teste entra em contato com a tira de teste 10 nas almofadas de contato 14b, 16b na zona de contato 22 da tira de teste 10. A zona de contato 22 está localizada relativamente distante da zona de medição 20, em geral (mas nem sempre) na extremidade oposta da tira de teste 10. Os traços de condução 14c, 16c se acoplam às almofadas de contato 14b, 16b na zona de contato 22 para os eletrodos de medição respectivos 14a, 16a na zona de reação 20.

[008] Em especial para os biossensores 10 nos quais os eletrodos, traços e almofadas de contato são compreendidos de filmes dei- gados eletricamente condutores (por exemplo, metais nobres, tinta de carbono, e pasta de prata, como exemplos não limitantes), a resisti vi -dade dos traços condutores 14c, 16c que conectam a zona de contato 22 à zona de reação 20 pode ser da monta de diversas centenas de Ohms ou mais. A referida resistência parasítica promove uma queda potencial ao longo do comprimento dos traços 14c, 16c, de modo que o potencial apresentado aos eletrodos de medição 14a, 16a na zona de reação 20 é consideravelmente menor do que o potencial aplicado pelo medidor de teste às almofadas de contato 14b, 16b da tira de teste 10 na zona de contato 22. Em virtude da impedância da reação ocorrer dentro da zona de reação 20 poder estar dentro de uma ordem de magnitude da resistência parasítica dos traços 14c, 16c, o sinal que é medido pode apresentar um deslocamento significante em virtude da queda de I - R (corrente x resistência) induzida pelos traços. Se o referido deslocamento variar a partir de tira de teste de tira de teste, então um ruído é adicionado ao resultado da medição. Ademais, danos físicos à tira de teste 10, tal como abrasão, rachaduras, riscos, degradação química, etc., podem ocorrer durante a fabricação, transporte, armazenamento e/ou manipulação indevida pelo usuário. Os referidos defeitos podem danificar as áreas condutoras 14, 16 ao ponto que as mesmas apresentem uma resistência extremamente alta ou mesmo um circuito aberto. Os referidos aumentos nas resistências de traços podem evitar que o medidor de teste realize um teste preciso.

[009] Assim, o sistema e o método são necessários de modo a permitir a confirmação da integridade dos traços da tira de teste, para a medição da resistência parasítica dos traços da tira de teste, e para controlar o nível potencial atualmente aplicado aos eletrodos de medição de tira de teste na zona de reação. A presente invenção está orientada para ir de encontro às referidas necessidades.

Sumário da Invenção [010] A presente invenção proporciona uma tira de teste para medir um sinal de interesse em um fluido biológico quando a tira de teste é correspondida com um medidor de teste apropriado, onde a tira de teste e o medidor de teste incluem estruturas para verificar a integridade dos traços da tira de teste, para medir a resistência parasítica dos traços da tira de teste; e para proporcionar a compensação na voltagem aplicada à tira de teste para compensar as perdas de resistência parasíticas nos traços da tira de teste.

Breve Descrição dos Desenhos [011] A presente invenção será adicionalmente descrita, apenas como exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: [012] A figura 1 é uma vista plana de uma tira de teste típica da técnica anterior para uso em medir a concentração de um analito de interesse em um fluido biológico.

[013] A figura 2 é uma vista plana esquemática de uma primeira modalidade de uma tira de teste de acordo com a presente invenção.

[014] A figura 3 é um diagrama esquemátíco de uma primeira modalidade de um circuito de teste eletrônico para uso com a primeira modalidade da tira de teste da figura 2.

[015] A figura 4 é uma vista explodida de uma segunda tira de teste típica para uso na medição da concentração de um analito de interesse em um fluido biológico.

[016] A figura 5 ilustra uma vista de um aparelho de ablação adequado para uso com a presente invenção.

[017] A figura 6 é uma vista do aparelho de ablação a laser da figura 5 que mostra uma segunda máscara.

[018] A figura 7 é uma vista do aparelho de ablação adequado para uso com a presente invenção.

[019] A figura 8 é uma vista plana esquemática de uma segunda modalidade da tira de teste de acordo com a presente invenção.

[020] A figura 9 é um diagrama esquemático de uma segunda modalidade do circuito de teste eletrônico para uso com a segunda modalidade da tira de teste da figura 8.

[021] A figura 10 é um diagrama esquemático de uma terceira modalidade do circuito de teste eletrônico para uso com a terceira modalidade da tira de teste da figura 8.

Descricão Detalhada das Modalidades Preferidas [022] Com o objetivo de promover um entendimento dos princípios inventivos, referência será agora feita à modalidade ilustrada nos desenhos, e a linguagem específica será usada para descrever aquela modalidade. Entretanto, será entendido que não se pretende limitar de forma alguma o âmbito da presente invenção. Alterações e modificações no dispositivo ilustrado, e aplicações adicionais dos princípios da presente invenção como aqui ilustrados, como ocorre normalmente àqueles versados na técnica à qual a invenção refere-se são contempladas, são desejadas estar protegidas. Em particular, embora a presente invenção seja discutida em termos de um medidor de glicose sanguínea, é contemplado que a presente invenção pode ser usada com os dispositivos para medir outros analitos e outros tipos de amostras. As referidas modalidades alternativas requerem determinadas adaptações às modalidades discutidas aqui que seria óbvia para aqueles versados na técnica.

[023] Embora o sistema e método da presente invenção possa ser usado com as tiras de teste dotadas de uma grande variedade de desenhos e produzidas com uma grande variedade de técnicas e processos de construção, uma primeira modalidade da tira de teste ele-troquímica da presente invenção é ilustrada esquemati ca mente na figura 2, e indicada em geral em 200. As porções da tira de teste 200 que são substancial mente idênticas àquelas da tira de teste 10 são marcadas com designações de refer6encia similares. Com referência à figura 2, a tira de teste 200 compreende um substrato de fundo 12 formado a partir de uma peça de poliéster opaca de 350 pm de espessura (tal como, Melinex 329 oferecido pela DuPont) revestida em sua superfície superior com uma camada de ouro condutor de 50 nm (por exemplo, por cintilação ou deposição de vapor, por meio de um exemplo não limitante). Eletrodos, traços de conexão e almofadas de contato portanto são então padronizadas na camada condutora por um processo de ablação a laser. O processo de ablação a laser é realizado por meio de um laser de excisão que passa através de uma máscara de cromo em quartzo. O padrão de máscara faz com que partes do campo de laser sejam refletidas enquanto ainda permite que outras partes do campo passem através, criando um padrão no ouro o qual é evaporado quando em contato pela luz de laser. O processo de ablação a laser é descrito em maiores detalhes aqui abaixo. Por exemplo, ao se trabalhar 214a, contador 216a, e contador de percepção 224a, eletrodos podem ser formados como mostrado e acoplado aos acol-choamentos de medição respectivos 214b, 216b e 224b por meio dos respectivos traços 214c, 216c e 224c. As referidas almofadas de contato 214b, 216b e 224b proporcionam uma área condutora sobre a tira de teste 200 a ser contatada por um contato conector do medidor de teste (não-mostrado) uma vez que a tira de teste 200 é inserida no medidor de teste, como é bem conhecido na técnica.

[024] As figuras 2 e 3 ilustram uma modalidade da presente invenção que aprimora a configuração da tira de teste da técnica anterior ao permitir a compensação da queda l-R parasítica na linha de contagem do eletrodo da tira de teste. Será observado que a tira de teste 200 da figura 2 é substancialmente idêntica a tira de teste da técnica anterior 10 da figura 1, exceto pela adição do eletrodo contador de percepção 224a, almofada de contato 224b, e traço 224c. A provisão da linha de contador de percepção 224 permite que o medidor de teste (como descrito abaixo) compense a resistência parasítica entre as almofadas de contato 216b, 224b. Observar que a modalidade da figura 2 quando usada com o circuito da figura 3 apenas compensa a queda de l-R no lado de eletrodo contador da tira de teste 200. A resistência parasítica no lado de eletrodo de trabalho da tira de teste 200 não pode ser detectada usando o referido circuito, embora a mesma possa ser replicada no lado de eletrodo de trabalho se desejado, como será aparente para aqueles versados na técnica com referência a presente descrição. Métodos adicionais para compensar a resistência parasítica em ambos os lados de trabalho e de contador da tira de teste são apresentados aqui abaixo. A linha de contador de percepção da figura 2 permite portanto que o medidor de teste compense qualquer queda potencial da resistência parasítica na linha de contador 216, como explicado em maiores detalhes com relação à figura 3.

[025] Com referência agora à figura 3, é mostrado um diagrama de circuito elétrico esquemático de um primeiro circuito de compensação de eletrodo (indicado em geral em 300) alojado dentro do medidor de teste. Como indicado, o circuito acopla as almofadas de contato 214b, 216b e 224b quando a tira de teste 200 é inserida no medidor de teste. Como será observado por aqueles versados na técnica, um potencial de voltagem é aplicado à almofada de contato de eletrodo contador 216b, que irá produzir uma corrente entre o eletrodo contador 216a e o eletrodo de trabalho 214a que é proporcional à quantidade de analito presente na amostra biológica aplicada ao reagente 18. A corrente do eletrodo de trabalho 214a é transmitida à almofada de contato de eletrodo de trabalho 214b por meio do traço de eletrodo de trabalho 214c e proporcionado a um amplificador de corrente para voltagem 310. A voltagem de saída análoga do amplificador 310 é convertida em um sinal digital pelo conversor de análogo para digital (A/D) 312. O referido sinal digital é então processado por um microprocessador 314 de acordo com um programa previamente armazenado de modo a determinar a concentração do analito dentro da amostra biológica aplicada à tira de teste 200. A referida concentração é exibida ao usuário por meio de um dispositivo de saída apropriado 316, tal como uma tela de cristal líquido (LCD). O microprocessador 314 também emite um sinal digital indicativo do potencial de voltagem a ser aplicado à almofada de contato de eletrodo contador 216b. O referido sinal digital é convertido em um sinal de voltagem análogo por um conversor de digital para análogo (D/A) 318. A saída análoga de D/A 318 é aplicada a uma primeira entrada de um amplificador operacional 320. Uma segunda entrada do amplificador operacional 320 é acoplada à almofada de contato de eletrodo contador 216b.

[026] O amplificador operacional 320 é conectado em uma configuração de seguidor de voltagem, na qual o amplificador irá ajustar a sua saída (dentro de seus limites físicos de operação) até que a voltagem que aparece em sua segunda entrada seja igual à voltagem comandada que aparece na sua primeira entrada. A segunda entrada do amplificador operacional 320 é uma entrada de alta impedância, portanto, substancialmente nenhuma corrente flui na linha de contador de percepção 224. Uma vez que nenhuma corrente flui, qualquer resistência parasítica na linha de contador de percepção 224 não irá provocar uma queda de potencial; e a voltagem que aparece na segunda entrada do amplificador operacional 320 é substancialmente a mesma que a voltagem no eletrodo contador de percepção 224a, a qual é por sua vez substancialmente a mesma que a voltagem que aparece no eletrodo contador 216a em virtude de sua proximidade física próxima. O amplificador operacional 320 portanto tua de modo a variar o potencial de voltagem aplicado na almofada de contato de eletrodo contador 216b até que o potencial de voltagem atual que aparece no eletrodo contador 216a (como alimentado de volta sobre a linha de contador de percepção 224) é igual ao potencial de voltagem comandado pelo microprocessador 314. O amplificador operacional 320 portanto compensa automaticamente qualquer queda potencial causada pela resistência parasítica no traço de eletrodo contador 216c, e o potencial que aparece no eletrodo contador 216a é o potencial desejado. O cálculo da concentração de analito na amostra biológica a partir da corrente produzida pelo eletrodo de trabalho é portanto, produzida mais precisa, uma vez que a voltagem que produziu a corrente é de fato a mesma voltagem comandada pelo microprocessador 314. Sem a compensação para quedas de voltagem de resistência parasítica proporcionada pelo circuito 300, o microprocessador 315 irá analisar a corrente resultante sob o pressuposto errôneo de que a voltagem comandada foi de fato aplicada ao eletrodo contador 216a.

[027] Muitos métodos são oferecidos para a preparação de tiras de teste dotadas de múltiplos eletrodos, tais como impressão de tinta de carbono, serigrafia de pasta de prata, plástico metalizado de gravação, galvanização, revestimento químico, e gravação fotoquímica, apenas como exemplo não limitante. Um método preferido de preparação de tira de teste dotada de linhas de percepção de eletrodo tradicionais como aqui descrito é pelo uso de técnicas de ablação a laser. Exemplos de uso das referidas técnicas na preparação de eletrodos para biossensores são descritos no pedido de patente U.S. No. de série 09/866.030, "Biossensors with Laser Ablation Electrodes with a Continuous Coverlay Channel" depositado em 25 de Maio de 2001, e no pedido de patente U.S. No. de série 09/411.940, intitulado "Laser Defined Features for Patterned Laminates and Electrode", depositado em 4 de Outubro de 1999, ambas as descrições dos quais se encontram aqui incorporadas por referência. A ablação a laser é em particular útil para a preparação de tiras de teste de acordo com a presente invenção pelo fato de que permite com que áreas condutoras dotadas de tamanhos característicos extremamente pequenos para serem precisamente fabricados de maneira capaz de ser repetida. A ablação a laser para a tira de teste sem aumentar o tamanho da tira de teste.

[028] É desejável na presente invenção se proporcionar a colocação precisa dos componentes elétricos com relação um com o outro e ao biossensor geral. Em uma modalidade preferida, a colocação relativa dos componentes é alcançada, pelo menos em parte, pelo uso de uma ablação a laser de campo amplo que é realizada através de uma máscara ou outro dispositivo que apresenta um padrão preciso para os componentes elétricos. Isto permite o preciso posicionamento das bordas adjacentes, o que é ainda aumentado pelas tolerâncias estritas para a suavidade das bordas.

[029] A figura 4 ilustra um biossensor simples 401 útil para a ilustração do processo de ablação a laser da presente invenção, incluindo um substrato 402 dotado de um material condutor formado no mesmo 403 que define sistemas de eletrodo que compreendem um primeiro conjunto de eletrodo 404 e um segundo conjunto de eletrodo 405, e traços correspondentes 406, 407, e almofadas de contato 408, 409, respectivamente. Observar que o biossensor 401 é usado aqui com o objetivo de ilustração do processo de ablação a laser, e que não é mostrado como incorporando as linhas de percepção da presente invenção. O material condutor 403 pode conter metais puros ou ligas, ou outros materiais, que são condutores metálicos. De forma preferida, o material condutor é absorvente de comprimento de onda do laser usado para formar os eletrodos e de uma espessura receptiva a processamento rápido e preciso. Exemplos não limitantes incluem alumínio, carbono, cobre, cromo, ouro, óxido de índio estanho (ITO), paládio, platina, prata, óxido de estanho/ouro, titânio, misturas dos mesmos, e ligas dos compostos metálicos dos referidos elementos. De forma preferida, o material condutor inclui metais nobres ou ligas ou seus óxi- dos. De forma preferida, o material condutor inclui ouro, paládio, alumínio, titânio, platina, ITO, e cromo. O material condutor varia em espessura de cerca de 10 nm a cerca de 80 nm, de forma preferida de cerca de 30 nm a cerca de 70 nm, e de forma ainda mais preferida 50 nm. É observado que a espessura do material condutor depende da propriedade de transmissão do material e de outros fatores relativos ao uso do biossensor.

[030] Embora não ilustrado, é observado que o material condutor padronizado resultante pode ser revestido ou laminado com camadas de metal adicionais. Por exemplo, o material condutor pode ser cobre, que é então abladido com laser, em um padrão de eletrodo; subse-qüentemente, cobre pode ser laminado com uma camada de titâ-nio/tungstênio, e então uma camada de ouro, para formar os eletrodos desejados. De forma preferida, uma única camada de material condutor é usada, que se encontra na base 402. Embora não geralmente necessário, é possível se aumentar a adesão do material condutor à base, como é bem conhecido na técnica, ao se usar camadas sementes ou auxiliares tais como níquel cromo ou titânio. Em modalidades preferidas, o biossensor 401 apresenta uma única camada de ouro, paládio, platina ou ITO.

[031] Biossensores 401 são ilustrativamente fabricados usando dois aparelhos 10, 10', mostrados nas figuras 5, 6 e 7, respectivamente. É observado que a não ser que de outra forma descrito, os aparelhos 410, 410'operam de forma similar. Com referência à figura 5, o biossensor 401 é fabricado ao se alimentar um rolo de fita 420 dotado de um laminado de ouro de 80 nm, que é de cerca de 40 mm de largura em um aparelho de ablação a laser de campo amplo de encaixe customizado 410. O aparelho 410 compreende uma fonte de laser 411 que produz um raio de luz laser 412, uma máscara de quarto revestida de cromo 414, e elementos óticos 416. É observado que embora os elementos óticos ilustrados 416 sejam uma lente simples, os elementos óticos 416 são de forma preferida uma variedade de lentes que cooperam para configurar a luz 412 em um formato predeterminado.

[032] Um exemplo não limitante de um aparelho de ablação adequado 410 (figuras 5-6) seja um sistema de laser 200-4 MicrolineLa-ser customizado comercialmente oferecido pela LPFK Laser Electronic GmbH, de Garbsen, Alemanha, que incorpora um sistema de laser LPX-400, LPX-300 ou LPX-200, comercialmente oferecido pela Lamb-da Physik AG, Gõttingen, Alemanha e uma máscara de quartzo laminada com cromo comercialmente oferecida pela International Phototo-ol Company, Colorado Springs, Co.

[033] Para o sistema laser MicrolineLaser 200-4 (figuras 5 - 6), a fonte de laser 411 é um LPX-200 KrF-UV-laser. Entretanto, é observado, que lasers de comprimento de onda UV mais elevados podem ser usados de acordo com a presente descrição. A fonte de laser 411 funciona a 248 nm, com uma energia de pulso de 500 mJ, e uma fre-qüência de repetição de pulso de 50 Hz. A intensidade do raio laser 412 pode ser infinitamente ajustada entre 3% e 92% por um atenuador de raio dielétrico (não-mostrado). O perfil do raio é de 27 x 15 mm2 (0,62 polegada quadrada) e a duração do pulso é de 25 ns. O layout na máscara 414 é homogeneamente projetado por um expansor de raio de elementos óticos, homogenizador e lentes de campo (não-mostradas). O desempenho do homogenizador foi determinado ao se medir o perfil energético. Os elementos óticos de imagem 416 transferem as estruturas da máscara 414 sobre a fita 410. A proporção de imagem é de 2:1 para permitir por um lado que uma grande área seja removida, e por outro lado para manter a densidade de energia abaixo do ponto de ablação da máscara de cromo aplicada. Embora uma imagem de 2:1 seja ilustrada, é observado que qualquer número de proporções alternativas é possível, de acordo com a presente descri- ção, dependendo das necessidades desejadas. Uma fita 420 se move como mostrado pelas setas 425 para permitir que uma série de layout de segmentos seja abladida em sucessão.

[034] O posicionamento da mascara 414, o movimento da fita 420, e a energia a laser são controlados por computador. Como mostrado na figura 5, o raio laser 412 é projetado sobre a fita 420 a ser abladida. A luz 412 que passa através de áreas claras ou janelas 418 da máscara 414 ablade o metal da fita 420. As áreas revestidas de cromo 424 da máscara 414 bloqueiam a luz laser 412 e evita a abla-ção nas referidas áreas, o que resulta em uma estrutura metalizada na superfície da fita 420. Com referência agora à figura 6, uma estrutura completa de componentes elétricos pode requerer etapas de ablação adicionais através de uma segunda máscara 414'. É observado que dependendo dos elementos óticos e do tamanho do componente elétrico a ser albadido, que apenas uma única etapa de ablação ou mais de duas etapas de ablação podem ser necessárias de acordo com a presente descrição. Ademais, é observado que em vez de múltiplas máscaras, múltiplos campos podem ser formados na mesma máscara de acordo com a presente descrição.

[035] Especificamente, um segundo exemplo não limitativo de um aparelho de ablação adequado 410' (figura 7) é um sistema de laser customizado comercialmente oferecido pela LPKF Laser Electronic GmbH, de Garbsen, Alemanha, que incorpora um sistema a laser Lambda STEEL (laser de energia de excisão Stable) comercialmente oferecido pela Lambda Physik AG, Gõttingen, Alemanha e uma máscara de quartzo revestida de cromo comercialmente oferecida pela International Phototool Company, Colorado Springs, Co. O sistema laser caracteriza uma energia de pulso de cerca de 1000 mJ em um comprimento de onda de 308 nm. Ademais, o sistema laser apresenta uma freqüência de 100 Hz. O aparelho 410' pode ser formado para produzir biossensores com dois passes como mostrado nas figuras 5 e 6, mas de forma preferida seus elementos óticos permitem a formação de um padrão de 10 x 40 mm em um único passe de 25 ns.

[036] Embora sem pretensão de se ater a uma teoria específica, acredita-se que o pulso ou o raio laser 412 que passa através da máscara 414, 414', 414", é absorvido dentro de menos de 1 μηι da superfície 402 na fita 420. Os fótons do raio 412 apresentam uma energia suficiente para promover a fotodissociação e a rápida ruptura das ligações químicas na interface de metal/polímero. Acredita-se que o referido rápido rompimento de ligação química provoque um súbito aumento de pressão dentro da região de absorção e force o material (película de metal 403) a ser ejetado a partir da superfície de base do polímero. Uma vez que as durações de pulso típicas estejam em torno de 20 - 25 nanosegundos, a interação com o material ocorre muito rapidamente e os danos térmicos às bordas do material condutor 403 e estruturas circundantes são minimizados. As bordas resultantes dos componentes elétricos apresentam uma alta qualidade de borda e uma colocação precisa de acordo com o contemplado pela presente invenção.

[037] As energias fluentes usadas para remover ou abladir metais a partir da fita 420 são dependentes do material a partir do qual a fita 420 é formada, da adesão da película de metal ao material de base, da espessura da película de metal, e possivelmente do processo usado para colocar a película no material de base; isto é, suporte e deposição de vapor. Os níveis de fluência para o ouro em KALADEX® variam de cerca de 50 mJ/cm2 a 90 mJ/cm2, em poliimida em cerca de 100 mJ/cm2 a cerca de 120 mJ/cm2, e em MELINEX® em cerca de 60 mJ/cm2 a cerca de 120 mJ/cm2. é entendido que os níveis de fluência inferiores ou superiores a mais do que o acima mencionado podem ser apropriados para outros materiais de base de acordo com a presente descrição.

[038] A padronização das áreas de fita 420 é alcançada ao se usar as máscaras 414, 414'. Cada máscara 414, 414' inclui ilustrativamente, um campo de máscara 422 que contém uma ilustração bidimensional precisa de uma porção predeterminada dos padrões de componente de eletrodo a serem formados. A figura 5 ilustra o campo de máscara 422 incluindo as almofadas de contato e uma porção dos traços. Como mostrado na figura 6, a segunda máscara 414' contém uma segunda porção correspondente dos traços e os padrões de eletrodos que contêm os dedos. Conforme anteriormente descrito, é apreciado que dependendo do tamanho da área a ser abladida, a máscara 414 pode conter uma ilustração completa dos padrões de eletrodo (figura 7), ou porções dos padrões diferentes a partir daqueles ilustrados nas figuras 5 e 6, de acordo com a presente descrição. De forma preferida, é contemplado que em um aspecto da presente invenção, todo o padrão de componentes elétricos na tira de teste são abladidos a laser em um momento, isto é, o campo amplo engloba todo o tamanho da tira de teste (figura 7). De modo alternativo, e como ilustrado nas figuras 5 e 6, as porções de todo o biossensor são realizadas sucessivamente.

[039] Embora a máscara 414 seja discutida posteriormente aqui, é apreciado que a não ser que indicado o contrário, a discussão se aplicará às máscaras 414', 414", da mesma forma. Com referência à figura 5, as áreas 424 do campo de máscara 422 protegidas pelo cro-mo irão bloquear a projeção do raio laser 412 para a fita 420. As áreas claras ou janelas 418 no campo da máscara 422 permitem que o raio laser 412 passe através da máscara 414 e colida em áreas predeterminadas da fita 420. Como mostrado na figura 5, a área clara 418 do campo de máscara 422 corresponde às áreas da fita 420 a partir das quais o material condutor 403 deve ser removido.

[040] Ademais, o campo de máscara 422 apresenta um comprimento mostrado pela linha 430 e uma largura como mostrada pela linha 432. Considerando uma proporção de imagem de 2:1 do LPX-200, é observado que o comprimento 30 da máscara é duas vezes o comprimento de um comprimento 434 do padrão resultante, e a largura 432 da máscara é duas vezes a largura de uma largura 436 do padrão resultante na fita 420. Os elementos óticos 416 reduzem o tamanho do raio laser 412 que colide na fita 420. É apreciado que as dimensões relativas do campo de máscara 422 e o padrão resultante podem variar de acordo com a presente descrição. A máscara 414' (figura 6) é usada para completar a ilustração bidimensional dos componentes elétricos.

[041] Continuando com referência à figura 5, no aparelho de ablação a laser 410, a fonte de laser de excisão 411 emite o raio 412, que passa através da máscara de cromo em quartzo 414. o campo da mascara 422 faz com que parte do raio laser 412 seja refletida enquanto permite que outras partes do raio passem através, criando um padrão no filme de ouro onde recebeu o impacto do raio laser 412. É observado que a fita 420 possa ser estacionaria com relação ao aparelho 410 ou se mover continuamente em um rolo através do aparelho 410. Assim, coeficientes não limitantes do movimento da fita 420 podem ser de cerca de 0 m/min a cerca de 100 m/min, de forma mais preferida de cerca de 30 m/min a cerca de 60 m/min. É observado que o coeficiente de movimento da fita 420 é apenas limitado pelo aparelho 410 selecionado e pode também exceder 100 m/min dependendo da duração do pulso da fonte de laser 411 de acordo com a presente descrição.

[042] Uma vez que o padrão da máscara 414 seja criado na fita 420, a fita é re-enrolada e alimentada através do aparelho 410 mais uma vez, com a máscara 414' (figura 6). É observado que, de forma alternativa, o aparelho de laser 410 pode ser posicionado em série de acordo com a presente descrição. Assim, ao se usar as máscaras 414, 414', áreas grandes da fita 420 podem ser padronizadas usando processos de etapa e repetição, que envolvem múltiplos campos de máscara 422 na mesma área de máscara para permitir a criação econômica de padrões de eletrodo intrincados e de outros componentes elétricos no substrato da base; bordas precisas dos componentes de eletrodo e a remoção de quantidades maiores de filme metálico a partir do material de base.

[043] A segunda modalidade da presente invenção ilustrada nas figuras 8 e 9 aprimoram com relação à técnica anterior ao proporcionar uma compensação de queda de l-R de ambos os cabos de eletrodos de trabalho e contadores na tira de teste. Com referência agora à figura 8, está esquematicamente ilustrado uma segunda modalidade da configuração de tira de teste da presente invenção, indicada em geral em 800. A tira de teste 800 compreende um substrato de fundo 12 revestido em sua superfície superior com uma camada de ouro conduto-ra de 50 nm (por exemplo, por meio de por cintilação ou deposição de vapor, por meio de um exemplo não limitante). Eletrodos, traços de conexão e almofadas de contato portanto são então padronizadas na camada condutora por um processo de ablação a laser, como descrito aqui acima anteriormente. Por exemplo, os eletrodos de trabalho 814a, de percepção de trabalho 826a, contador 216a, e contador de percepção 224a, podem ser formados como mostrado e acoplados às almofadas de contato de medição respectivas, 814b, 826b, 216b e 224b por meio de seus traços respectivos 814c, 826c, 216c e 224c. As referidas almofadas de contato 814b, 826b, 216b e 224b proporcionam uma área condutora sobre a tira de teste 800 a ser contatada pelo contato de conexão do medidor de teste (não-mostrado) uma vez que a tira de teste 800 é inserida no medidor de teste.

[044] Será observado que a tira de teste 800 da figura 8 é substancialmente idêntica à tira de teste da primeira modalidade 200 da figura 2, exceto pela adição do eletrodo de percepção de trabalho 826a, almofada de contato 826b e traço 826c. A provisão da linha de percepção de trabalho 826 permite que o medidor de teste compense por qualquer queda de I - R causada pela resistência de contato das conexões das almofadas de contato 814b e 216b, e para compensar pela resistência de traço dos traços 814c e 216c.

[045] Com referência agora à figura 9, é mostrado um diagrama de circuito elétrico esquemático de uma segunda modalidade de circuito de compensação de eletrodo (indicado em geral em 900) alojado dentro do medidor de teste. Como indicado, o circuito acopla as almofadas de contato 826b, 814b, 216b e 224b quando a tira de teste 800 é inserida no medidor de teste. Como será observado por aqueles versados na técnica, o potencial de voltagem é aplicado à almofada de contato de eletrodo contador 216b, que irá produzir uma corrente entre o eletrodo contador 216a e o eletrodo de trabalho 814a que é proporcional à quantidade do analito presente na amostra biológica aplicada ao reagente 18. A corrente do eletrodo de trabalho 814a é transmitida ao traço de eletrodo de trabalho 814c à almofada de contato de eletrodo de trabalho 814b e proporcionada ao amplificador de corrente para voltagem 310. A voltagem de saída análoga 310 é convertida em um sinal digital por A/D 312. O referido sinal digital é então processado pelo microprocessador 314 de acordo com um programa anteriormente armazenado de modo a determinar a concentração do analito de interesse dentro da amostra biológica aplicada à tira de teste 800. A referida concentração é exibida ao usuário por meio do dispositivo de saída LCD316.

[046] O microprocessador 314 também emite um sinal de saída indicador do potencial de voltagem a ser aplicado à almofada de con- tato de eletrodo contador 216b. O referido sinal digital é convertido em sinal de voltagem análogo por D/A 318 (fonte de voltagem de referência). A saída análoga de D/A 318 é aplicada à primeira entrada de um amplificador operacional 320. Uma segunda entrada de amplificador operacional 320 é acoplada a uma saída do amplificador operacional 910. O amplificador operacional 910 é conectado em uma configuração amplificadora diferente usando um amplificador de instrumentação. Uma primeira entrada do amplificador operacional 910 é acoplada à almofada de contato de eletrodo de trabalho de percepção 826b, enquanto a segunda entrada do amplificador operacional 910 é acoplada à almofada de contato de eletrodo de trabalho de percepção 826b, enquanto a segunda entrada do amplificador operacional 910 é acoplada à almofada de contato de eletrodo de contador de percepção 224b. A saída do amplificador operacional 320 é acoplada à almofada de contato de eletrodo contador 216b. Quando a tira de teste biossensora (800) é acoplada ao medidor de teste, uma primeira entrada do amplificador operacional 910 operacional acoplado ao traço de trabalho de percepção 826c e uma segunda entrada é operativamente acoplada ao traço de contador de percepção 224c. A saída do amplificador operacional é operativamente acoplada ao traço de eletrodo contador. O amplificador operacional 910 na presente configuração funciona como um amplificador de diferença.

[047] O amplificador operacional 320 é conectado em uma configuração de seguidor de voltagem, na qual o amplificador irá ajustar a sua saída (dentro dos limites físicos de operação) até que a voltagem que aparece na sua segunda saída seja igual à voltagem comandada que aparece na sua primeira saída. Ambas as entradas do amplificador operacional 910 são entradas de alta impedância, portanto substancialmente nenhuma corrente flui na linha de contador de percepção 224 ou na linha de trabalho de percepção 826. Uma vez que nenhuma corrente flui, qualquer resistência parasítica na linha de contador de percepção 224 ou na linha de trabalho de percepção 826, não irá provocar uma queda de potencial; e a voltagem que aparece nas entradas do amplificador operacional 910 é substancialmente a mesma que a voltagem através da célula de medição (isto é, através do eletrodo contador 216a e do eletrodo de trabalho 814a). Pelo fato do amplificador operacional 910 ser conectado em uma configuração de amplificador de diferença, a sua saída representa a voltagem através da célula de medição.

[048] O amplificador operacional 320 irá portanto atuar de modo a variar a sua saída (isto é, o potencial de voltagem aplicado a almofada de contato de eletrodo contador 216b) até que o potencial de voltagem atual que aparece através da célula de medição seja igual ao potencial de voltagem comandado pelo microprocessador 314. O amplificador operacional 320 portanto compensa qualquer queda potencial causada pela resistência parasítica no traço de eletrodo contador 216c, almofada de contato de eletrodo contador 216b, traço de eletrodo de trabalho 814c, e contato de eletrodo de trabalho 814b, e portanto o potencial que aparece através da célula de medição é o potencial desejado. O cálculo da concentração de analito na amostra biológica a partir da corrente produzida pelo eletrodo de trabalho é portanto produzida mais precisa.

[049] A figura 10, junto com a figura 8, ilustra uma terceira modalidade da presente invenção que é um aprimoramento com relação à técnica anterior, ao proporcionar uma compensação de queda de I - R tanto para as linhas de eletrodos de trabalho como para os contadores, assim como proporcionar verificação de que a resistência de ambas as linhas de eletrodos de trabalho como as dos contadores não esteja acima de um limiar predeterminado de modo a garantir que o medidor de teste seja capaz de compensar quedas de I - R. Com refe- rência agora à figura 10, é mostrado um diagrama de circuito elétrico esquemático de uma terceira modalidade do circuito de compensação de eletrodo (indicado em geral em 1000) alojado dentro do medidor de teste. O circuito de compensação de eletrodo 1000 funciona com a tira de teste 800 da figura 8. Como indicado, o circuito acopla as almofadas de contato 826b, 814b, 216b e 224b quando a tira de teste 800 é inserida no medidor de teste. Como será observado por aqueles versados na técnica, o potencial de voltagem é aplicado à almofada de contato de eletrodo contador 216b, que irá produzir uma corrente entre o eletrodo contador 216a e o eletrodo de trabalho 814a que é proporcional à quantidade de analito presente na amostra biológica aplicada ao reagente 18. A corrente proveniente do eletrodo de trabalho 814a é transmitida à almofada de contato de eletrodo de trabalho 814b pelo traço de eletrodo de trabalho 814c e proporcionado ao amplificador de corrente para voltagem 310. A saída do amplificador de corrente para voltagem 310 é aplicada à entrada do amplificador de instrumentação 1002, que é configurado como um tampão dotado de um ganho de unidade quando a chave 1004 está na posição fechada. A voltagem de saída análoga do amplificador 1002 é convertida em um sinal digital por A/D 312. O referido sinal digital é então processado pelo microprocessador 314 de acordo com um programa armazenado anterior, de modo a determinar a concentração do analito dentro da amostra biológica aplicada à tira de teste 800. A referida concentração é exibida ao usuário por meio de um dispositivo de saída LCD 316.

[050] O microprocessador 314 também emite um sinal digital indicador do potencial de voltagem a ser aplicado à almofada de contato de eletrodo contador 216b. O referido sinal digital é convertido em sinal de voltagem análogo por D/A 318. A saída análoga de D/A 318 é aplicada à entrada de um amplificador operacional 320 que é configurado como um seguidor de voltagem quando a chave 1006 está na po- sição mostrada. A saída do amplificador operacional 320 é acoplada à almofada de contato de eletrodo contador 216b, que irá permitir a medição de uma amostra de fluido biológico aplicada ao reagente 18. Ademais, com as chaves 1006, 1008 e 1010 posicionadas como ilustrado na figura 10, o circuito é configurado como mostrado na figura 9 e pode ser usado para automaticamente compensar a resistência pa-rasítica e de contato como descrito aqui acima com relação à figura 9.

[051] De modo a medir a quantidade de resistência parasítica na linha de eletrodo contador 216, a chave 1008 é disposta na posição mostrada na figura 10, a chave 1006 é disposta na posição oposta à mostrada na figura 10, enquanto que a chave 1010 é fechada. O amplificador operacional 320 portanto atua como um tampão com ganho de unidade e aplica um potencial de voltagem à almofada de contato de eletrodo contador 216b através de uma resistência conhecida Rn0m· A referida resistência causa uma corrente ao fluxo na linha de eletrodo contador 216 e a linha de contador de percepção 224 que é enviada pelo amplificador de corrente para voltagem 310, que é agora acoplado à linha de corrente de percepção através da chave 1010. A saída do amplificador de corrente para voltagem 310 é proporcionada ao microprocessador 314 através de A/D 312. Pelo fato do valor de Rn0m ser conhecido, o microprocessador 314 pode calcular o valor de qualquer resist6encia parasítica na linha de contador de percepção 224 e na linha de eletrodo contador 216. O referido valor de resistência parasítica pode ser comparado a um limiar predeterminado armazenado no medidor de teste para determinar se o dano físico ocorreu na tira de teste 800 ou se um incremento não condutor está presente nas almofadas de contato de tal forma que a tira de teste 800 não pode ser con-fiavelmente usada para realizar o teste. Em tal situação, o medidor de teste pode ser programado para informar ao usuário que uma tira de teste alternativa deve ser inserida no medidor de teste antes de pros- seguir com o teste.

[052] De modo a medir a quantidade de resistência parasítica na linha de eletrodo de trabalho 814, as chaves 1006 e 1008 são dispostas em uma posição oposta àquela mostrada na figura 10, enquanto que a chave 1010 é aberta. O amplificador operacional 320 portanto, atua como um tampão com um ganho unitário e aplica o potencial de voltagem à almofada de contato de trabalho de percepção 826b através de uma resistência conhecida Rn0m· A referida resistência faz com que o fluxo na linha de trabalho de percepção 826 e a linha de eletrodo de trabalho 814 que é percebida pelo amplificador de corrente para voltagem 310. A saída do amplificador de corrente para voltagem 310 é proporcionada ao microprocessador 314 através de A/D 312. Pelo fato do valor Rn0m ser conhecido, o microprocessador 314 pode calcular o valor de qualquer resistência parasítica na linha de trabalho de percepção 826 e da linha de eletrodo de trabalho 814. O referido valor de resistência parasítica pode ser comparado a um limiar predeterminado armazenado no medidor de teste para determinar se o dano físico ocorreu à tira de teste 800 ou se o incremento não condutor está presente nas almofadas de contato em uma extensão tal que a tira de teste 800 não pode ser confiavelmente utilizada para realizar o teste. Em tal situação, o medidor de teste pode ser programado para informar ao usuário que uma tira de teste alternativa deve ser inserida no medidor de teste antes de prosseguir com o teste.

[053] Todas as publicações, pedidos anteriores, e outros documentos aqui citados se encontram aqui incorporados por referência em sua totalidade como se tivessem sido individualmente incorporado por referência e amplamente determinado.

[054] Embora a presente invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e descrição anterior, a descrição deve ser considerada como ilustrativa e não de caráter restritivo. Apenas a mo- dalidade preferida, e determinadas outras modalidades consideradas úteis em explicação adicional de como fazer uso da modalidade preferida, foi mostrada. Todas as mudanças e modificações que se encontram dentro do espírito da invenção são consideradas protegidas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (7)

1. Sistema biossensor para a detecção da concentração de um analito usando uma tira de teste biossensora, a tira de teste bios-sensora (800), compreendendo, um eletrodo de trabalho (814a); um traço de eletrodo de trabalho (814c) operativamente acoplado ao eletrodo de trabalho (814a); um traço de trabalho de percepção (826c) operativamente acoplado ao eletrodo de trabalho (814a); um eletrodo contador (216a); um traço de eletrodo contador (216c) operativamente acoplado ao eletrodo contador (216a); um traço de contador de percepção (224c) operativamente acoplado ao eletrodo contador (216a); o sistema compreendendo, um medidor de teste dotado de uma interface para receber a tira de teste biossensora (800); um amplificador de diferença (910) dotado de primeira e segunda entradas de amplificador de diferença (910) e uma saída de amplificador de diferença (910), onde a primeira entrada de amplificador de diferença (910) é operativamente acoplada ao traço de trabalho de percepção (826c) e a segunda entrada de amplificador de diferença (910) é operativamente acoplada ao traço de contador de percepção (224c); e onde a saída de amplificador de diferença (910) é operativamente acoplada ao traço de contador de percepção (224c); e onde a saída do amplificador de diferença (910) é operativamente acoplada ao traço de eletrodo contador (216c). caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende, uma fonte de voltagem de referência (318) dotada de uma saída de voltagem de referência; e um amplificador operacional (320) dotado de primeira e segunda entradas de amplificador operacional (320) e uma saída de amplificador operacional (320), onde a primeira entrada de amplificador operacional (320) é operativamente acoplada à saída de voltagem de referência, a segunda entrada de amplificador operacional (320) é operativamente acoplada à saída de amplificador de diferença (910), e a saída de amplificador operacional é operativamente acoplado ao traço de eletrodo contador (216c).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de voltagem (318) é um conversor de digital para análogo (318).

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um conversor de análogo para digital (312) dotado de uma entrada operativamente acoplada ao eletrodo de trabalho (814a).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende, um conversor de análogo para digital (312) dotado de uma entrada análoga e de uma saída digital; um amplificador de corrente para voltagem (310) dotado de uma entrada é operativamente acoplado ao traço de eletrodo de trabalho (814c) e uma saída é operativamente acoplada à entrada de conversor de análogo para digital (312).

5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende, um microprocessador (314) dotado de uma entrada de microprocessador (314) é operativamente acoplado à saída digital (312) do conversor de análogo para digital e um microprocessador (314) que proporciona uma saída de controle de voltagem de referência de mi- croprocessador (314); e a fonte de voltagem de referência (318) adicionalmente compreendendo uma entrada de controle de fonte de voltagem de referência (318) é operativamente conectada à saída de controle de voltagem de referência de microprocessador (314).

6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o microprocessador (314) adicionalmente inclui uma saída de controle de tela e produz uma indicação da concentração do analito, o sistema adicionalmente compreendendo, uma tela de saída (316) é operativamente acoplada à saída de controle de tela do microprocessador (314), onde a indicação da concentração do analito é proporcionada ao usuário por meio da tela de saída (316).

7. Sistema biossensor caracterizado pelo fato de que compreende, uma tira de teste biossensora (800) compreendendo, um eletrodo de trabalho (814a); um traço de eletrodo de trabalho (814c) operativamente acoplado ao eletrodo de trabalho (814a); um traço de trabalho de percepção (826c) operativamente acoplado ao eletrodo de trabalho (814a); um eletrodo contador (216a); um traço de eletrodo contador (216c) operativamente acoplado ao eletrodo contador (216a); um traço de contador de percepção (224c) operativamente acoplado ao eletrodo contador (216a); o medidor de teste acoplado à tira de teste biossensora (800), o medidor de teste compreendendo: um amplificador de diferença (910) dotado de primeira e segunda entradas de amplificador de diferença (910) e uma saída de amplificador de diferença (910), onde a primeira entrada de amplifica- dor de diferença (910) é operativamente acoplada ao traço de trabalho de percepção (826c) e a segunda entrada de amplificador de diferença (910) é operativamente acoplada ao traço de contador de percepção (224c); e onde a saída de amplificador de diferença (910) é operativamente acoplada ao traço de contador de percepção (224c); uma fonte de voltagem de referência (318); e um amplificador seguidor de voltagem (320) dotado de primeira e segunda entradas de seguidor de voltagem (320) e uma saída de seguidor de voltagem (320), onde a primeira entrada do seguidor de voltagem (320) é acoplada à fonte de voltagem de referência (318), a segunda entrada de seguidor de voltagem (320) é acoplada à saída do amplificador de diferença (910), a saída do seguidor de voltagem (320) é acoplada ao traço de eletrodo contador (216c).