CN102348808A - 测定体液的检测元件和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测定体液特别是测定血糖水平的检测元件，其包含填充了对体液敏感的试剂的检测区。根据本发明，在检测区和/或其邻近区中设置功能元件以检测检测区的至少一个状态参数，其中可通过状态测量评估所述功能元件。本发明还涉及测量所述检测元件的方法。

Description

测定体液的检测元件和测量方法

本发明涉及测定体液特别是测定血糖的检测元件和这样的检测元件的测量方法。

发明背景

使用这样的检测元件以测定体液特别是检测体液本身或检测其包含的成分。例如，对于这样的检测元件，通过光学评估进行体液测定。在这里可评估多个光学测量参数，例如以荧光或磷光形式的光发射或光吸收。已证明光学测量方法对一些测试条形式的检测元件有利，特别是对于小血量检查。它们也可有利地被用于人体工程学配置的测试条。

为了检测体液或其包含的成分，检测元件一般具有所谓的检测区，其中体液或其成分之一与检测元件的反应区中存在的反应系统发生化学检测反应，从而之后可通过测量技术特别是在光学测量的辅助下检测一种或多种反应产物。

为了通过检测元件的评估对体液测定获得正确的结论，测量方法的质量和准确度是特别重要的。因此，仅在规定用于此检测元件的温度范围中允许使用特定检测元件，因为仅在这些温度范围中可以足够确定地保证体液的适当测定。在血糖测定中，例如红细胞比容和因此其对测量的影响是温度依赖的。就测定血糖的检测元件而言，因此基于电化学或电流分析通过阻抗法提出了从测量评估中衍生的测量和修正。

发明概述

本发明的目的是提供测定体液的改进的检测元件和检测元件的改进的测量方法，由此优化体液测定的准确度。在本文中尽可能减少或甚至避免在检测元件的评估中的额外工作。

根据独立的权利要求1，通过测定体液特别是测定血糖的检测元件实现了此目的。此外，根据独立的权利要求12，提供了这样的方法，其测量配置为测定体液的检测元件，特别是配置为测定血糖的检测元件。本发明的有利实施方案是从属权利要求的主题。

本发明包含下述设计：测定体液特别是测定血糖的检测元件，其具有填充了对体液敏感的试剂的检测区，其中在检测区和/或其邻近区设置功能元件，通过状态测量能够评估所述功能元件以记录检测区的至少一个状态参数。

本发明还包含下述设计：测量方法，其用于配置为测定体液的检测元件，特别是配置为测定血糖的检测元件，其中通过状态测量来测量设置在检测区和/或其邻近区中的一个或多个功能元件的测量信号，记录填充了对体液敏感的试剂的检测区的一个或多个状态参数。

通过本发明产生了以实验上有效的方式直接获得检测元件的检测区的状态信息的可能性。然后可用多种方法评估状态信息。例如，通过状态信息可基于检测元件在检测区的特征做出所述检测元件到底是否仍然适于测定体液的决定。如果确定偏离定义为正常或最小测量值的状态，可拒绝该检测元件。然而，在体液的实际测定中也可提供状态信息的考虑因素，例如以记录的测量信号的修正形式。这样，例如，可在检测反应中考虑不同的反应过程。用于记录检测区的至少一个状态参数的、能够评估功能元件的状态测量也可与测定体液自身一起进行，例如为了提到的测量修正。然而，也可提供状态测量的单独用途，例如在测定体液以前检查检测元件的质量。

功能元件可为物质、化合物或物质混合物。可仅在检测元件的检测区、仅在其相邻区或在检测区和其相邻区上都设置功能元件。

本身已知的大多数各种测量方法可用于状态测量，可根据检测元件包含的功能元件的配置选择。

在本发明的优选发展（development）中，可提供这样的功能元件，其是在与测定体液的检测反应有关的反应化学中的惰性功能元件。在此实施方案中，功能元件在测定体液的检测反应中自身不发生化学改变。可选地或除此之外，可提供这样的功能元件，其以其一部分也被配置为不影响检测反应的反应化学。

在本发明的优选实施方案中，提供了这样的功能元件，其是对测定体液的检测反应的反应参数敏感的功能元件。检测反应的反应参数（可通过功能元件的实验评估检查的）为例如在检测区中的检测反应之前、之中或之后的温度。如果例如使用发光的功能元件作为功能元件，在检测反应中可评估光发射行为作为检测区中的温度指示。例如，可评估荧光或磷光在上一个刺激后衰退的时程作为温度指示。在此上下文中作为可用的功能元件的例子，可提到所谓的铕复合物例如铕螯合物。在这些铕复合物中，荧光衰退行为依赖于温度（参照例如Katagiri 等人, J. Alloys and Comp., 408-412, 809-812 (2006); Wolfbeis 等人, Anal. Chem., 78, 5094-5101 (2006); Khalil 等人, Sens. Act. B. Chemical, 96, 304-314 (2003); Wolfbeis 等人, Analyst, 132, 507-511 (2007)）。在这一点上可特别有利地提供将铕复合物嵌入聚合物基质，例如聚乙烯甲基酮基质。这样，能够产生聚合物小球，在生产检测元件时可将其引入检测区和/或其邻近区。取决于使用的功能元件，可因此在实验中通过直接测量方式评估一个或多个反应参数用于测定体液的检测反应。

在本发明的有利实施方案中，设想功能元件是对检测元件参数敏感的功能元件。在此实施方案中，在功能元件的辅助下可选地或除了其他配置以外配置检测元件，从而通过功能元件的状态测量可记录检测元件的参数。在这里，例如能够检查检测元件的功能完整性。例如，在参入层中的功能元件的辅助下通过状态测量可评估一层或多层的层厚度。因此，在一个实施方案中，功能元件可为发光元件。在状态测量的框架中，通过测量的光发射的强度可推断出层厚度，其中功能元件位于检测元件中。也提供了在状态测量的框架中将测量的光强度与在较早时间例如在生产后立即记录的检测元件的对比值比较。这样能够确定在功能元件位于的层中是否已发生了影响层厚度的可使检测元件例如不可用的变化。如果确定了仍使检测元件处于可用状态的变化，可使用层厚度信息用于修正在测定体液的框架中记录的测量结果。

本发明的优选实施方案提供了这样的功能元件，即能够通过光学状态测量被评估以记录检测区的至少一个状态参数的功能元件。这样，能够在测量技术即光学测量的辅助下评估状态测量，所述光学测量在这样的检测元件的评估设备中是已经可用的，例如用于测定体液的颜色变化的检测。可将功能元件配置为发射荧光或磷光形式的光。也可提供以时间分辨、光谱分辨和/或强度依赖的方式记录光学测量信号，所述信号在光学状态测量的框架中记录。可依赖使用的功能元件和因此能够被评估的状态信息修改光学状态测量。

在本发明的有利实施方案中，可提供这样的功能元件，即能够通过时间分辨的光学状态测量被评估以记录检测区的至少一个状态参数的功能元件。本发明的进一步发展可提供这样的功能元件，即能够通过强度依赖的光学状态测量被评估以记录检测区的至少一个状态参数的功能元件。如果需要，可组合时间分辨的光学状态测量和强度依赖的光学状态测量，其具有光谱分辨率，其中以波长依赖的方式评估记录的光学测量信号。

在本发明的优选发展中提供了至少部分与试剂混合的功能元件。在功能元件和试剂混合的辅助下，功能元件至少部分嵌入试剂，这进一步辅助了对检测区的状态参数的直接记录。

在本发明的优选实施方案中，设想在检测区或其邻近区在彼此空间分离的几个区设置功能元件。这样，有可能在检测区或其邻近区记录不同空间区的状态参数。在这一点上，对评估功能元件使用的测量技术可提供使用一种或多种探测器以在实验上检查彼此空间分离的几个区。在光学状态测量的情况下，可提供几个光学传感器，例如以传感器二极管的形式。

本发明的有利实施方案提供了在检测区或其邻近区设置另一个能够通过另一种状态测量被评估以记录检测区的另一个状态参数的功能元件。不同功能元件的使用可有助于记录检测区的不同状态参数。然而可选地或此外也可提供在不同功能元件的辅助下记录检测区的同一状态参数，从而以多种方式得到此状态信息并因此具有更高的可靠性。如果需要，可根据多种前面描述的功能元件的配置可能性形成另一个功能元件。在光学状态测量和对此合适的功能元件的情况下，可提供例如不同功能元件发射不同颜色的光，从而可在波长过滤器的辅助下以简单的方法分别记录和评估状态信息。

本发明的优选实施方案提供了至少在检测区中形成的多层结构。在多层结构中，可在一层或几层中设置功能元件。在一个实施方案中也可提供在一层或多层中嵌入不同的功能元件。这样，根据任务可配置检测元件以记录检测区的状态信息。

下面进一步详细解释了配置为测定体液的检测元件的测量方法的有利实施方案。

在本发明的有利实施方案中，可提供对于在检测区中测定体液的检测反应，记录反应参数作为状态参数。例如，对能够以光学状态测量的方式评估的检测元件，在光学状态测量的辅助下，在检测区中可直接记录检测反应的温度。

本发明的优选发展可提供对于检测元件，记录检测元件参数作为状态参数。可以此方式记录的检测元件参数为例如检测元件的层厚度，检测元件的区域的机械完整性或层厚度变化。可提供以多种方式评估记录的功能元件的测量信号，以记录不同状态参数。在光学状态测量的情况下，其中对于设置在检测元件中的功能元件，记录光学测量信号，可以时间分辨和强度依赖的方式记录光学信号，例如以荧光或磷光信号的形式，从而因此例如在一方面得到在检测区中有关温度的信息，和另一方面得到有关检测元件的层厚度的信息。

本发明的优选发展提供将测量信号和对比信号比较。作为对比信号，例如，可利用在较早时间和/或在其他环境条件下记录的检测元件的测量值。例如，对于检测元件，当其是干燥的化学检测元件时，可在干燥的初始状态中，例如在生产后立即进行测量。然后如果将待测量的体液样品置于检测元件上或如果打算这样做时，可将这些测量信号与当前记录的测量信号比较。就检测反应的反应参数而言，可将测量信号与预设值比较，必须进行比较以保证体液的正确测定。如果反应参数处于预设值之外，例如以过高或过低的温度的形式，可在检测元件的评估设备中对此作出反应，例如通过冷却或加热检测元件。因此，对于一般的检测元件，预设例如在约15℃至约35℃之间的使用范围。通过本文提议的技术，可制造为约5℃至50℃之间范围的应用领域而配置的检测元件。

就检测元件参数而言，在偏离对比值的情况下，例如由于批次波动，可认为是检测反应的不同过程，然后在测定体液的评估中可考虑此因素。

在本发明的优选实施方案中，可提供改变影响测定体液的检测反应的反应参数，作为对记录检测区的一个或几个状态参数的反应。可在测定体液以前进行一个或几个检测区的状态参数的记录，从而然后在检测元件的评估设备中设定检测反应的对应参数。然而，在此也可另外或可选地提供在检测反应中记录状态参数。

本发明的有利实施方案提供了以光学测量进行状态测量，其中测量光学测量信号。光学测量通常通过辐射到检测元件的检测区的特定颜色或混合颜色的光激发进行，由此刺激一个或多个功能元件并自身发光，例如以荧光或磷光的形式。然后在一个或多个探测器的辅助下以光谱分辨、时间分辨和/或强度依赖的方式记录发射光，从而得到不同的状态或测量信息。然而，也可通过被电流激活的检测区刺激光发射。也可评估化学发光以得到状态信息。

本发明优选实施方案的描述

以下通过优选实施方案并参考附图详细解释本发明。附图显示了：

图1为用于测定体液的检测元件的多层结构的图示，

图2 为用于测定体液的检测元件的光学测量的测量设置的图示，

图3 为在不同葡萄糖浓度下随时间变化的荧光过程的图示，

图4 为在不同温度下随时间变化的荧光曲线的图示，

图5 为在不同温度下随时间变化的测量的铕复合物的荧光衰退行为的图示，

图6 为从图5中的测量结果中测定的随温度变化的衰退时间的图示，

图7 为铕复合物的结构式，

图8 为在血液样品中实验测定的葡萄糖浓度与已知的参考浓度相关性的图示，和

图9a，9b 为能够用作功能元件的其他铕复合物的结构式。

图1显示了检测元件1的多层结构的图示，其被配置为测定体液，特别是测定血糖。在光可透过的载体基质2上放置活化层3，其进而包含用于测定体液的反应化学物质，例如以酶系统形式的试剂，在一个实施方案中由聚碳酸酯载体膜形成具有约30 μm至约150μm厚度的载体基质2。形成例如具有约10 μm厚度的活化层3。在活化层3中进行检测反应，例如以颜色反应的形式，然后其能够在为检测元件设置的评估装置中通过光学测量被评估。已知多种反应系统用于测定体液本身，关于其可被评估的能力，优选通过光学进行，为此不进一步详细讨论。

在活化层3上形成另一层4，在一个实施方案中层4包含染料，例如以TiO2或ZrO2的形式。另一层4可具有例如约10 μm的厚度。在用于血液测定的检测元件1的可能配置中，另一层4用于分离红细胞。在检测元件的光学评估中，参入的染料以漫射方式反射辐射的测量光。最后，在另一层4上形成网层5，其用于血液的摊开。

在活化层3中参入功能元件6，在可能的实施方案中，功能元件6为聚合物小球，其中嵌入铕复合物。在图4a和4b中显示了这样的铕复合物的2个实施方案。铕复合物充当功能元件，其在光刺激下发射光，所述发射光可被一个或几个光学传感器记录。

图2显示了用于测定体液的检测元件的光学测量的测量设置的图示。具有365 nm波长的测量光20被辐射到检测元件1上，在说明的实施方案中依照有关图1的描述构造检测元件1。通过测量通道22检测在检测元件1上以漫射方式反射的光22。以时间分辨的方式进行信号记录。在检测元件1上在不同葡萄糖浓度下检测以漫射方式反射的光22的按时间顺序的强度过程。

通过另一个接收通道23，以时间分辨和强度依赖的方式检测铕复合物的荧光24。在边缘滤片25的辅助下以波长选择的方式遮住测量光20。例如，可使用这样的边缘滤器，其可透过> 450 nm的波长。然后在电子评估仪器（未显示）的辅助下评估在另一个接受通道23的辅助下测量的荧光信号。例如，可评估荧光衰退行为。在这里测定了在检测元件1中的测量光1的辅助下刺激的铕复合物的荧光的一个或多个衰退时间。可选地或另外地，可通过使用锁住（lock-in）技术测定测量光20和荧光24之间的相移。然后，在常规技术的辅助下，可从相移中推断出有关荧光衰退行为的信息。

图3显示了在不同葡萄糖浓度下随时间变化的强度过程的图示。此强度过程代表了使用图2中的测量设置，在装载血液样品的检测元件的光学检查上的漫反射。在这里，一到零度（at the instant zero）就把血液样品装载到检测元件上，使开始干燥的检测元件变得湿润。然后，开始种类形成的反应，然后进行对此的光学检查，例如通过记录漫反射，也称其为再发射。图示了在不同葡萄糖浓度下的几个强度过程。

图4显示了在不同温度下随时间变化的荧光曲线的图示。可以观察到在不同温度即约10℃、约20℃和约30℃下，荧光行为在其时间过程中不同。在约360 nm的激发光的光激发后记录测量信号。检测器以约3 mm的距离位于样品的垂直上方。因此不同的荧光行为能够得到有关在光发射元件环境中的温度的结论。对图1中显示的检测元件1，这表示在检测区包含的活化层3的功能元件6的辅助下，可直接测定在此区域中用于测定体液的检测反应中存在的温度。根据荧光的时间行为的评估和由此推断的温度条件，然后可根据需要在评估设备中设定或改变测定体液的条件。

图5显示了在不同测量温度下随时间变化的能够用作图7中的功能元件的铕复合物的荧光衰退行为的图示。铕复合物的荧光强度在9℃ (上部曲线)、25℃ (中间曲线)和37℃ (下部曲线)下测量。

图6显示了从图5中的测量结果中测定的随温度变化的衰退时间的图示。随着温度增加，荧光衰退时间变短。

图8显示了在血液样品中实验测定的葡萄糖浓度与已知的参考浓度相关性的图示。

图8中的大符号（三角形、正方形、圆形）显示了检测的血液样品的不正确的葡萄糖浓度值。与此相比，对葡萄糖浓度值进行了测量修正（用小符号表示），在葡萄糖测定中考虑了实际存在的环境温度的影响。依照参考图5和6的前面解释的方法根据加入的铕混合物的荧光行为测定实际环境温度。对图8中用大三角形表示的葡萄糖浓度值，这表示最初接受的环境或测量温度从25℃被修正至5℃。对用大圆形符号标记的葡萄糖浓度值，进行从25℃至35℃的修正，和对用大正方形符号表示的葡萄糖浓度值，进行从25℃至45℃的修正。可以观察到修正的葡萄糖浓度值明确地更靠近图8中的中间曲线过程。

可使用不同方法用于算术修正；例如，可测定实验测定的取样点，例如在其中线性进行内插，或可仅测定处理少量取样点的非线性逼近函数。

图9a、9b 显示了能够用作功能元件的其他铕复合物的结构式。

Claims (17)

1.测定体液特别是测定血糖的检测元件，其具有填充了对所述体液敏感的试剂的检测区，其中在所述检测区和/或其邻近区设置功能元件，通过状态测量能够评估所述功能元件以记录所述检测区的至少一个状态参数。

2.根据权利要求1的检测元件，其特征在于所述功能元件是在与测定所述体液的检测反应有关的反应化学中惰性的功能元件。

3.根据权利要求1或2的检测元件，其特征在于所述功能元件是对测定所述体液的检测反应的反应参数敏感的功能元件。

4.根据前述权利要求中至少一项的检测元件，其特征在于所述功能元件是对检测元件参数敏感的功能元件。

5.根据前述权利要求中至少一项的检测元件，其特征在于所述功能元件是这样的功能元件，其能够通过光学状态测量被评估以记录所述检测区的至少一种状态参数。

6.根据权利要求5的检测元件，其特征在于所述功能元件是这样的功能元件，其能够通过时间分辨的光学状态测量被评估以记录所述检测区的至少一种状态参数。

7.根据权利要求5或6的检测元件，其特征在于所述功能元件是这样的功能元件，其能够通过强度依赖的光学状态测量被评估以记录所述检测区的至少一种状态参数。

8.根据前述权利要求中至少一项的检测元件，其特征在于所述功能元件至少部分与试剂混合。

9.根据前述权利要求中至少一项的检测元件，其特征在于所述功能元件被设置在检测区或其邻近区的彼此空间分离的几个区域中。

10.根据前述权利要求中至少一项的检测元件，其特征在于在所述检测区或其邻近区设置另一个功能元件，其能够通过另一种状态测量被评估以记录所述检测区的至少另一种状态参数。

11.根据前述权利要求中至少一项的检测元件，其特征在于至少在所述检测区中形成多层结构。

12.检测元件的测量方法，其用于配置为测定体液的检测元件，特别是配置为测定血糖的检测元件，其中通过状态测量来测量设置在所述检测区和/或其邻近区中的一个或多个功能元件的测量信号，记录填充了对所述体液敏感的试剂的检测区的一个或多个状态参数。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于在检测区记录测定所述体液的检测反应的反应参数作为状态参数。

14.根据权利要求12或13的方法，其特征在于记录所述检测元件的检测元件参数作为状态参数。

15.根据权利要求12至14中至少一项的方法，其特征在于将所述测量信号与对比信号比较。

16.根据权利要求12至15中至少一项的方法，其特征在于改变影响测定所述体液的所述检测反应的反应参数，作为对记录所述检测区的所述一个或所述几个状态参数的反应。

17.根据权利要求12至16中至少一项的方法，其特征在于以光学测量进行所述状态测量，其中光学测量信号被测量。

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