CN101198867B - 用于控制短路故障对共平面的电化学传感器影响的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了方法和设备，用于控制在共平面的电化学传感器中在不邻近但精密匹配电极对之间不希望有的短路的影响。在一实施例中，至少一个电极的尺寸和/或形状被配置成诱导电极对之间的短路，该电极对的连接性被预先设定以由仪表测量，以便对于这种连接性没有预先设定成被测量的情况下指出不同对之间的短路，在另一实施例中，除了工作电极之外，被设计成暴露到样品流体的一个或多个电极的表面积相应于暴露到样品流体中的工作电极的表面积而大大受到限制。

Description

用于控制短路故障对共平面的电化学传感器影响的方法和设备

技术领域

本发明涉及分析物传感器，尤其是用于测量流体样品中的分析物含量的电化学生物传感器，并且更具体地，涉及这种具有共平面的、多个电极系统的电化学生物传感器。

背景技术

在具有共平面的电极配置的电化学传感器中，电极间无意识的短路可能导致不正确的估算或计算样品流体中分析物的量。典型地，这通过在传感器上进行某些故障保护系统检查而得以避免，诸如通过与传感器相应的分析设备(仪表)。常见的检查包括测量电极对之间的连续性，在那里，无意识的短路可能引起不正确的测量结果。如果通过仪表的电路检测或测定出电极间的连续性，当所述连续性不应当存在时，则仪表显示一种错误信号，并且试剂条(strip)不被使用。

然而，电化学传感器方面的进展已经产生了更复杂的电极系统，经常包括三个、四个、五个、甚至高达介于10和15个之间的不同电极。当在具有两个、三个或者甚至四个电极的系统中测量各反电极之间的连续性时，可以简单并且容易地进行，更复杂的多电极系统将需要更加复杂的仪表程序，包括算法和/或逻辑语句和规则。结果，这种简单的故障保护可能不太适合被执行。

在共平面的电化学传感器中，一种特别不希望有的短路位于工作电极和任何其它可以与施加到该传感器的流体样品发生接触的电极之间。典型地，流体样品中的分析物的电化学响应正比于与样品接触的工作电极的表面积。在某些传感器中，诸如毛细管通道填充的传感器，一个或多个样品足量电极可以被提供在下游位置，以检测样品通道中的样品足量填充水平。如果一个或多个所述足量电极被短路到工作电极，则工作电极的表面积被有效地增加与流体样品接触的足量电极的量。相对准确估算或计算目标分析物的含量部分依赖于通常恒定的工作电极表面积的数值，从而从预先确定的反应流中产生电流。因此，由不希望有的短路引起的工作电极表面积增加产生了较高的含量测量结果。

通常已知的是，例如在Therasense自由式电化学传感器中，提供任何与流体样品发生接触的其它电极，该其它电极通常具有比工作电极更小的表面积。然而，在过去，这仅仅在包括面对的(或对立的)电极配置的传感器中进行。通常，这种设计的意图是提供一种大的反电极，该反电极不限制在工作电极上由电化学反应而诱导的电流，并确保电化学传感器的样品室在启动测量序列之前被完全填充。附带地，作为面对配置的结果，存在减少不希望有的短路的可能性，并且有害短路的概率在面对配置中要少得多。

发明内容

针对于上面的背景技术，本发明相对于现有技术提供了某些非显而易见的优势和进步。特别是，发明人已经意识到需要改进控制短路故障对共平面的电化学传感器影响的方法和设备。

尽管本发明不局限于特定的优势或功能，但应当注意到，本发明提供了多种实施例，用于限制工作电极和任何其它电极(通过设计希望其接触样品流体)之间的短路故障对分析物测量的影响。在这里描述了这样做的两种例举的方式，即提供一种电极配置，该电极配置在一对或多反电极之间诱导未被检测的短路，该系统已经被配置成检测所述短路，并且相应于工作电极的表面积而最小化接触样品流体的所述其它电极的表面积。

根据本发明的一种实施例，提供了一种电化学传感器，用于测量样品流体中的分析物含量。该传感器适合于被接收并且电连接到仪表上，并且该传感器包括共平面的电极系统，该共平面的电极系统具有工作电极、多个其它电极以及样品接收区域。所述其它电极中的第一和第二电极中的每一个电极都被配置成相互电隔离，并与工作电极电隔离。第一电极包括远端，该远端的至少一部分暴露在样品接收区域内。第二电极具有至少一个末端，该至少一个末端被配置成基本上在工作电极和最接近于该一个末端的第一电极之间延伸。结果，工作电极和第一电极之间的任何不希望有的电连接也必定引起第一电极和最接近于该一个末端的第二电极之间的电连接。

根据其它的实施例，仪表被配置成当传感器被电连接到仪表时，验证工作电极和第二电极之间以及第一电极和第二电极之间的电隔离，  但该仪表不被配置成验证工作电极和第一电极之间的电隔离。

根据其它的实施例，提供了一种方法，用于间接地验证具有共平面的电极系统的电化学传感器的不相邻电极之间的电隔离。该方法包括步骤：在所述传感器上提供工作电极和至少第一和第二电极，所述工作电极和所述第一电极的至少一部分被暴露在所述传感器的样品接收区域中，所述第二电极被设置成具有至少一个末端，该至少一个末端被配置成基本上在所述工作电极和最接近于所述一个末端的所述第一电极之间延伸，希望所述第一电极、第二电极和工作电极中的每一个电极都相互电隔离；将所述传感器插入仪表中，该仪表配置成接收并与所述传感器电连接；利用所述仪表检测或测量所述工作电极和所述第二电极之间的电连接；利用所述仪表检测或测量所述第一电极和所述第二电极之间的电连接；以及如果在所述工作电极和所述第二电极之间或者在所述第一电极和所述第二电极之间检测或测量到电连接，则在所述仪表上显示错误信息。采用这种方法，在第一电极和工作电极之间任何不希望有的电连接也必定引起第一电极和最接近于第二电极的一个末端的第二电极之间的电连接。

根据另一实施例，提供了一种电化学传感器，用于测量样品流体中的分析物含量。该共平面的电极系统具有样品接收区域、工作电极以及至少一个其它电极，该工作电极的至少一部分被暴露在所述接收区域内，所述至少一个其它电极被配置成与所述工作电极电隔离并且包括远端，该远端的至少一部分被暴露在所述样品接收区域内，所述至少一个其它电极的所述暴露部分的表面积不大于大约50％的所述工作电极的所述暴露部分的表面积。

根据另一实施例，提供了一种方法，用于控制在具有共平面的电极系统的电化学传感器中精密匹配电极之间的短路影响，所述方法包括步骤：提供电化学传感器，该电化学传感器具有样品接收区域、工作电极以及至少一个其它电极，该工作电极至少一部分暴露在所述样品接收区域内，该至少一个其它电极希望与所述工作电极电隔离并包括远端，该远端至少一部分暴露在所述样品接收区域内；提供所述至少一个其它电极，使其所述远端的所述暴露部分的表面积不大于大约50％的所述工作电极的所述暴露部分的表面积。

通过下面对本发明的详细描述，并结合随附的权利要求书，将更加充分地理解本发明的这些和其它特征和优势。注意权利要求的范围是由权利要求的叙述所限定，不受说明书提到的对特征和优势的具体讨论的限定。

附图说明

当结合下面的附图来阅读时，可以更好地理解下面对本发明实施例的详细说明，其中，相同的结构用相同的参考数字表示，其中：

图1为具有复杂的多个电极系统的现有技术传感器插入端的实施例的顶视图。

图2为根据本发明备选实施例的传感器插入端的顶视图，提供了至少一个电极，其尺寸和/或形状被配置成诱导相邻电极之间的可检测的短路，以指示不邻近电极之间的短路。

图3为根据本发明另一备选实施例的传感器的样品通道末端的顶视图，提供了至少一个电极，其尺寸和/或形状被配置成诱导精密匹配电极之间的可检测短路，以指示不邻近电极之间的短路。

图4为现有技术的传感器的样品通道末端实施例的顶视图，具有复杂的多个电极系统。

图5为根据本发明一实施例的传感器的样品通道末端的顶视图，提供样品足量电极，该样品足量电极具有暴露在样品通道中的大大减小的表面积。

图6为根据本发明另一实施例的传感器的样品通道末端的顶视图，提供了样品足量电极，该样品足量电极具有暴露在样品通道中的大大减小的表面积。

图7为根据本发明另一实施例的传感器的样品通道末端的顶视图，提供了样品足量电极，该样品足量电极具有暴露在样品通道中的大大减小的表面积。

本领域技术人员将意识到附图中的元件是为了简单清楚而说明的，并且不必按照比例来绘制。例如，附图中一些元件的尺寸可以相应于其它元件而被放大，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

为了使本发明更容易理解，参照了下面的实施例，这些实施例是用来解释本发明，而不是限制其范围。

注意术语象“优选地”、“普通地”以及“典型地”在这里不是用于限制要求保护的发明范围，也不是意味着某些特征对于要求保护的发明的结构或功能而言是关键性的、基本的或者甚至是重要的。相反，这些术语的意图在于仅仅是用于强调备选的或附加的特征，该备选的或附加的特征可以用在或不用在本发明的特定实施例中。

为了描述并定义本发明，注意术语“基本上”在这里用于代表不确定的内在程度，其可能对任何定量的对比、数值、测量或者其它表示有贡献。术语“基本上”在这里也被用于代表一种定量表示与规定的参考之间不同的程度，而不引起所讨论主题的基本功能发生改变。

现在参照图1-3，电化学传感器10可以被提供成具有复杂电极系统。例如，根据图1，在所述传感器的一种实施例中，反电极(counterelectrode)和工作电极12、14(在下文中分别称为“CE”和“WE”)中的每一个电极都包括双股的轨迹引线(trace lead)16，带有独立的接触垫18，用于将电极12、14电连接到仪表上(未示出)。也可以设置样品足量电极20，例如样品足量反电极22和样品足量工作电极24(在下文中分别称为“SSCE”和“SSWE”)。此外，附加的，辅助轨迹引线26及其相应的接触垫28可以被设置成，与用于设置在传感器10上的一个或多个电极12、14的轨迹引线16电连接。申请人知道用于这些部件中的每一个部件的目的和配置，但与当前公开的内容无关。因此，有关各种电极部件的特殊配置和目的的进一步讨论将不在这里进行描述，除非它可能涉及本发明。

设置在相对小的传感器10上的复杂电极系统引起了某些空间限制。例如，如图1所示，在一实施例中的接触垫18、28被交错排列在至少两个横向行中。在该交错排列的配置中，每一个横向邻近的接触垫属于提供在电极系统中的每隔一个的轨迹引线；因此，相邻的轨迹引线没有延伸进入横向邻近的接触垫中。例如，用于WE 14的轨迹引线16靠近用于SSWE 24的轨迹引线16，但用于WE 14的接触垫18横向靠近用于SSCE 22的接触垫18，而用于SSWE 24的接触垫18横向靠近用于一侧上的SSCE 22和用于另一侧上的WE 12的轨迹引线16。

除了根据特定的电极系统设计而连接辅助的轨迹引线26(例如，如图1所示)以及除了WE和CE 14、12的双股轨迹引线之外，通常希望电极系统的部件相互电隔离。这是一种熟悉的故障保护，提供使用其中插入传感器的仪表，以便在一对所述隔离电极的接触垫上施加电势或其它的电效应，并且检测或测量指示电连接的电效应，诸如通过精密匹配电极的电流、电势或电阻，以确保所述系统内的电隔离。电隔离可以为绝对的(例如，电阻无穷大或电流为零)，或者可以主观地被预先确定(例如，电阻的最小阈值或电流的最大阈值)。(对于本文公开的内容以及权利要求的范围，希望术语“测量”用于指任何检测(正如与绝对的隔离相对)指示连接性的电效应及其任何定量(为了与预先确定的阈值对比)。不管电隔离是绝对的还是服从可允许的阈值都是处于实施本发明的人的判断力之内，并且不限制本发明的范围。)。当施加电势或其它电效应后，如果不能证实或验证电隔离，则提供错误信息，并且不允许使用该传感器。

由于特定电极系统的复杂性，诸如图1，或者由于仪表(希望所述电极系统和其一起被使用)的固定设计和方法学，提供或修改仪表以便在每一个和每对希望被电隔离的电极接触垫上执行该故障保护可能很困难或者成效不高。此外，假定具有相邻轨迹引线16的电极被相互检查，诸如SSCE 22和SSWE 24，或者SSWE 24和WE 14，则插入系统中的某些部件，诸如SSWE 24的接触垫和轨迹引线通常位于SSCE 22和WE 14的轨迹引线之间，使得不希望有的短路不可能被遗漏。因此，仪表-传感器系统可以依赖于某些策略上的故障保护检查来说明所有可能的故障保护模式。

尽管不是非常可能，但在不通过这种方式检查的电极之间仍然存在发生短路的可能性，这是由于电极之间的相对位置使所述短路很难发生。例如，对于图1的传感器，由于插入了SSWE 24的接触垫和轨迹引线，SSCE 22和WE 14可以不被检查，而SSWE 24单独被仪表检查，用于将SSCE 22和WE 14隔离。然而，位于用于SSWE 24的接触垫的上方、和位于用于SSCE 22和WE 14的接触垫之间的空间30是空着的。由于任何数量的原因，诸如制造缺陷，SSCE 22和WE 14跨过该开放空间30而短接在一起仍然是可能的。类似地，可以确定开放的尾部32位于传感器10的样品通道末端34处，介于SSCE 22和WE 14的轨迹引线之间。

尽管不可能跨过这些位置30、32中的任一个位置而发生不希望有的短路，但并非是不可能的事实可能对由仪表提供的分析物测量结果的准确性产生重大的问题。如上所讨论的，如果WE 14被短接到暴露在样品通道36中的另一电极，使得所述其它电极与样品流体发生接触(未示出)，实际的影响是WE 14的表面积被增加了该其它电极的暴露表面积的量。测量的电流相应地增加，这对依赖于WE 14的恒定表面积的计算提供了高偏差。

根据图1的传感器的配置，由于为了发挥样品足量检测功能而使SSWE 24和SSCE 22包含在样品通道36内，有可能发生SSWE 24或SSCE 22被短接到WE 14的任何部分。为保持相对简单的仪表装置，仪表故障保护检查可以相对于SSCE 22而检查SSWE 24(对于样品足量功能正常工作是必要的)，并且相对于WE 14而检查SSWE 24(由于它们最接近，并且更可能面临不希望有的短路)。然而，如上所指出的，仍然存在轻微的可能性，即SSCE 22跨过位于接触垫末端38处的开放空间30以及位于样品通道末端34的开放尾部32短路到WE 14。

现在参照图2和3，电极的某些方面的尺寸和/或形状可以被配置成预防这种可能性。根据图2，SSWE 24的接触垫可以被设置成具有延伸40，朝向传感器10的接触垫末端38，以中断开放的空间30。结果，跨过开放区域30的任何原因的短路有可能诱导SSWE 24和WE 14之间的短路，由于空间限制，为此而提供了故障保护。否则，即使短路将不跨越整个的开放空间30，但来自SSWE 24的接触垫的延伸40确保了在该空间30内的任何可能的短路仍将至少导致SSCE 22和SSWE 24之间或者SSWE 24和WE 14之间的短路(如果不是二者的话)。

类似地，根据图3，开放的尾部32可以被延伸进入尾部的CE的一部分42打断。结果，将出现在开放的尾部32上的任何原因的短路将诱导CE 12和WE 14之间的短路，为此已经提供了故障保护。

如所指示的，WE 14和通过设计而暴露在样品通道36中的其它电极之间的不希望有的短路结果，是对WE 14的增加的有效表面积而引起的测量结果的高度偏差(bias)。现在参照图4-7，本发明的备选实施例至少将引起的高度偏差最小化到可接受的程度上。图4显示了现有技术的传感器10的样品通道末端34的配置，其中，SSCE 22和SSWE 24暴露在样品通道36中，用于检测流体样品(未示出)，该流体样品填充该样品通道直到位于暴露在通道36内的CE 12和WE 14部分下游的点。在图4中，每个SSCE 22和SSWE 24中的暴露表面积小于WE 14的暴露表面积，但远远大于约50％的暴露的WE 14。因此，WE 14与SSCE 22和SSWE 24中任何一个之间的短路将使有效表面积增加至少约60-70％或更多。

为了最小化由于该增加造成的不希望有的影响，本发明的实施例将SSCE 22和SSWE 24在样品通道36中的暴露表面积限制到不大于WE 14在样品通道36内的暴露表面积的约50％。在其它的实施例中，SSCE 22和SSWE 24在样品通道36中的暴露表面积被限制到不大于WE 14在样品通道36中的暴露表面积的约10％。

可以实施用于减小SSWE 24和SSCE 22表面积的各种配置，包括用于其暴露部分的各种尺寸和/或形状。例如，在图5中(未按照比例示出)，用于SSCE 22和SSWE 24的轨迹引线向传感器10下方延伸，以便跨越样品通道36，并且在那里从相对侧垂直延伸，以便它们横向对准。在所述实施例中，电极22、24仅局部延伸进入通道36内，以便最小化位于样品通道内的暴露表面积。

在图6的实施例中(未按照比例示出)，用于SSCE 22和SSWE 24的轨迹引线在传感器10下方延伸，类似地跨越通道36，并且在那里垂直延伸，但线性偏移，使得每一电极22、24可以基本上延伸通过通道36。在所述实施例中，电极22、24典型地较狭窄(比较薄)，以最小化位于样品通道36内的暴露表面积。

在图7的实施例中(未按照比例显示)，SSCE 22和SSWE 24的轨迹引线在传感器10下方延伸，通常直接进入样品通道36的近端44，并到达CE 12的短路点。在所述实施例中，电极22、24也较狭窄(比较薄)，以便最小化位于样品通道36内的暴露表面积。

除了前述与传感器上的电极结构有关的实施例之外，本发明还提供了方法的实施例，该方法的实施例涉及与仪表一起使用所述传感器，该仪表被配置成用于接收并与所述传感器电连接。涉及该方法的步骤被描述在说明书中，并且记载在附属的权利要求书中。

已经详细地描述了本发明，并且参照了其特定的实施例，但显而易见的是，在不偏离附属权利要求书中限定的本发明范围的情况下，可以进行修改和变化。更具体地，尽管本发明的一些方面在这里被确定为优选的或特别有优势的，但本发明不必局限到本发明的那些方面。

Claims (5)

1.一种电化学传感器，用于测量样品流体中的分析物含量，所述传感器适合于被接收并且电连接到仪表，所述传感器包括共平面的电极系统，该共平面的电极系统具有工作电极、多个其它电极和样品接收区域，所述其它电极中的第一和第二电极中的每一个电极都被配置成相互电隔离，并且与所述工作电极电隔离，所述第一电极包括远端，该远端的至少一部分被暴露在所述样品接收区域内，所述工作电极和所述其它电极在其一个末端均具有接触垫，所述接触垫被交错排列在至少两个横向行中，使得位于所述第二电极的接触垫上方和位于所述第一电极的接触垫和所述工作电极的接触垫之间的空间是空着的，所述第二电极的接触垫被设置成具有延伸，所述延伸中断了位于所述第二电极的接触垫上方和位于所述第一电极的接触垫和所述工作电极的接触垫之间的所述空间，所述延伸没有被暴露在所述样品接收区域内的部分，并且所述延伸被配置成用于电连接到位于所述第一电极和所述工作电极之间、在所述空间中发生的短路，所述短路包括在所述第一电极和所述工作电极之间的不管所述传感器的预期隔离电极配置如何而发生的任何电连接。

2.根据权利要求1的传感器，其中，所述仪表被配置成当所述传感器电连接到所述仪表时，验证所述工作电极和所述第二电极之间以及所述第一电极和所述第二电极之间的电隔离，并且所述仪表不被配置成验证所述工作电极和所述第一电极之间的电隔离。

3.根据权利要求1的传感器，其中，所述仪表被配置成当所述传感器电连接到所述仪表时，验证所述工作电极和所述第二电极之间或者所述第一电极和所述第二电极之间的电隔离，并且所述仪表不被配置成验证所述工作电极和所述第一电极之间的电隔离。

4.根据权利要求1的传感器，还包括所述多个其它电极中的第三电极，该第三电极在其末端具有第二延伸，该第二延伸在所述传感器上与所述第二电极的所述一个末端相对，所述第二延伸中断了最接近于所述第三电极的所述一个末端的所述第一电极和所述工作电极之间的第二空间，所述第二延伸没有被暴露在所述样品接收区域内的部分，并且所述第二延伸被配置成用于电连接到所述第一电极和所述工作电极之间、在所述第二空间中发生的短路，所述第二空间中发生的所述短路包括在所述第一电极和所述工作电极之间的不管所述传感器的预期隔离电极配置如何而发生的任何电连接。

5.一种用于间接地验证具有共平面的电极系统的电化学传感器中不邻近电极之间的电隔离的方法，所述方法包括步骤：

在所述传感器上提供工作电极和至少第一和第二电极，所述工作电极和所述第一电极的至少一部分被暴露在所述传感器的样品接收区域中，所述工作电极以及所述第一和第二电极在其一个末端均具有接触垫，所述接触垫被交错排列在至少两个横向行中，使得位于所述第二电极的接触垫上方和位于所述第一电极的接触垫和所述工作电极的接触垫之间的空间是空着的，所述第二电极的接触垫被设置成具有延伸，所述延伸中断了位于所述第二电极的接触垫上方和位于所述第一电极的接触垫和所述工作电极的接触垫之间的所述空间，使得所述第一电极、第二电极和工作电极中的每一个电极都相互电隔离；

将所述传感器插入仪表中，该仪表配置成接收所述传感器并与所述传感器电连接；

利用所述仪表测量所述工作电极和所述第二电极之间的电连接；

利用所述仪表测量所述第一电极和所述第二电极之间的电连接；以及

如果在所述工作电极和所述第二电极之间或者在所述第一电极和所述第二电极之间测量到电连接，则在所述仪表上显示错误信息；

其中所述第一电极和所述工作电极之间的任何电连接也必定引起最接近于所述第二电极的所述一个末端的在所述第一电极和所述第二电极之间的电连接。

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