CN113049652A - 一种电化学测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电化学测量方法，包括采用包含工作电极和对电极的电化学试纸对试样进行检测，首先记录工作电极在各个时间点的电流值it，规定时间为n时的电流值in作为工作电极采样的电流信号，然后通过比较不同时间点电流值in、in‑1和in‑2的大小对in进行校正，得到校正后的电流信号i校，i校＝in±0.1F×(in‑2+2in‑1‑3in)÷4，F为校正系数，若in‑2＞in‑1＞in，F＝0，若in‑1＞in‑2≥in，0.5＜F≤1；若in‑2＞in≥in‑1，1＜F＜1.5。本发明可有效减少电化学检测过程中突然出现电流波动带来的影响，降低检测结果出现异常值的概率，提高电化学试纸检测的可靠性。

Description

一种电化学测量方法
技术领域
本发明涉及电化学检测技术领域，具体地，涉及一种可提高电化学试纸检测结果准确性及稳定性的电化学测量方法。
背景技术
随着医疗体外诊断领域的快速发展，特别是在及时检测(POCT)领域，基于电化学方法、采用电流模式换算的检测系统在检测体液(血液或者尿液)中靶向分析物(血糖或者尿酸等)方面有着重要的作用。其基本原理是采用生物酶传感器制作成测试试纸，测试试纸中的酶试剂与血液中的靶向分析物发生酶促氧化还原反应，通过对测试仪施加一定的电压(正压或者负压)，使试纸中具有氧化还原的物质对该电位响应产生氧化或还原电流信号，电流信号大小与靶向分析物的浓度成一定的关系，理论上，当所测试的电流信号大小取决于靶向分析物的浓度时，即可完成精准的定量检测。
然而在实际情况下，当测试试纸中的酶试剂与靶向分析物发生反应时，会受到某些组分的干扰，例如：
1、检验体液的机制干扰，体内还原性物质(胆红素、Vc、尿酸等)会与靶向分析物形成竞争关系，产生干扰电流信号；
2、测试试纸的电极干扰，试纸当中的测试电极在印刷或喷涂过程中掺杂了某些金属物质或者印刷电极需要用到金属物质垫底提升附着效果，这些金属物质如果印刷电极时，暴露在电极表面，会使电流传输过程的电流信号突然偏大或偏小，产生干扰信号；
3、外部环境干扰：试纸在测试时，外界温湿度或光照等因素突然发生变化时，可能也会影响酶促反应过程，产生干扰信号。
上述干扰信号均有可能在电流传输过程中导致异常峰值出现，影响电流信号的准确性和稳定性，进而降低最终检测结果的可靠性。
中国授权发明专利CN 105891297 B提供了一种电化学测量方法，包括采用工作电极、空白电极和辅助电极的电化学测试条测量试样，得到工作电极电极信号SW和空白电极电流信号SB；根据SB和预存在仪器内的背景信号基值S0之间的逻辑判断关系和算法对SW进行校正，得到校正后工作电极电流信号S校；该方法有效扣除干扰信号，且提高电化学测试条的准确度和稳定性。但是该方法仅仅只是对整个检测过程中的背景电流做一个扣除，并没有对检测过程中突然出现的异常电流做进一步检测和判断，而电化学检测过程中，最主要产生干扰导致测试结果不准确的原因就是由于电流传输过程突然出现电流波动，使最终的电流信号曲线偏离原来的电流轨迹，导致最终采集的电流信号不准确，检测结果出现偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可减少电化学检测过程中突然出现电流波动、进而提高仪器采集电流值准确性的电化学测量方法，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种电化学测量方法，包括采用包含工作电极和对电极的电化学试纸对试样进行检测，记录工作电极在各个时间点的电流值it，固定时间为n时的电流值in作为工作电极采样的电流信号，根据in、in-1和in-2三者间的大小关系对in进行校正，得到校正后的电流信号i校：i校＝in±0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，其中，F为校正系数且F≥0。
采用电化学试纸检测试样中的靶向分析物时，可通过仪器自动间隔记录工作电极的电流值，并绘制出电流值随时间变化的i-t曲线，电流值会随着时间增加而逐渐降低，最终i-t曲线会趋向于水平，通常取i-t曲线快接近于水平时的电流值作为工作电极采样的电流信号。
优选地，当对电化学试纸的工作电极施加正电位时：
若in-2＞in-1＞in，F＝0，in＝i校；
若in-1＞in-2≥in，i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4；
若in-2＞in≥in-1，i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4。
优选地，当对电化学试纸的工作电极施加负电位时：
若in-2＞in-1＞in，F＝0，in＝i校；
若in-1＞in-2≥in，i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4；
若in-2＞in≥in-1，i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4。
优选地，当in-1＞in-2≥in时，所述校正系数的取值范围为0.5＜F≤1，当in-1＞in-2≥in时，所述校正系数的取值范围为1＜F＜1.5。
优选地，所述电化学试纸的电极基板材质为碳、银-碳、金、铂或钯-碳中任意一种。
优选地，采用碳、银-碳或钯-碳制作电极的电化学试纸，其校正系数取值范围为F＝0或0.8＜F≤1.0或1.0＜F＜1.2；采用金或铂制作电极的电化学试纸，其校正系数取值范围为F＝0或0.5＜F≤0.8或1.2≤F＜1.5。
优选地，所述工作电极与对电极的反应区面积之比为1:1-2:1。
优选地，所述工作电极的表面包括酶试剂层，所述酶试剂层包含电子介体、稳定剂、表面活性剂以及与靶向分析物对应的酶。
优选地，所述试样为人体血液样本。
本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果：
1、本发明提供的电化学测量方法通过比较不同时间点的电流值大小，自动判断i-t曲线是否出现异常，进而对最终采集的电流值进行校正，可以有效减少电化学检测过程中突然出现电流波动带来的影响，提高电化学试纸的精密度及准确性，降低测试结果出现异常值的概率，保证试纸每次测量结果的可靠性。
2、本发明中的试纸采用贵金属，如金、银、钯等作为电极基材，目的是使电流传输速度加快，尽可能减少干扰组分的反应时间，降低背景电流信号。本发明方法中的校正系数不仅针对不同表现的i-t曲线进行分类，还针对不同电极基材的试纸进行分类，应用范围更广，适配性更好，进一步提高了检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明中i-t曲线在正常情况下的示意图；
图2是本发明中i-t曲线突然产生异常峰的示意图(偏大)；
图3是本发明中i-t曲线突然产生异常峰的示意图(偏小)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种电化学测量方法，包括采用包含工作电极和对电极的电化学试纸对试样进行检测，所述电化学试纸可为血糖试纸、尿酸试纸、胆固醇试纸、甘油三酯试纸、血酮试纸、乳酸试纸或糖化血红蛋白试纸，不限制工作电极与对电极的排布方式，所述工作电极的表面包括酶试剂层，所述酶试剂层包含电子介体、稳定剂、表面活性剂以及与靶向分析物对应的酶，所述电化学试纸的电极基板材质为碳、银-碳、金、铂或钯-碳中任意一种。
在本发明中，试纸的工作电极覆盖酶试剂层，其中酶用于催化靶向分析物，根据试纸检测的靶向分析物不同，酶的种类也不同，如：试纸检测血糖浓度时，酶可以为葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶；试纸检验尿酸时，酶可以为尿酸氧化酶；试纸检验胆固醇时，酶可以为胆固醇氧化酶；电子介体为铁氰化钾、亚铁氰化钾、三氯化六氨合钌与锇化合物中的一种或多种；稳定剂为纤维素类；表面活性剂为曲拉通X-100、吐温-20。
将电化学试纸插入到配套的仪器中，在工作电极和对电极施加电位，仪器每隔0.1ms自动记录一次工作电极的当前电流值it，规定电化学试纸的测量时间为n，此时即-t曲线趋向于水平，in即为工作电极采样的电流信号，仪器内部自动计算比较in、in-1和in-2的大小，按照以下方式选择合适的校正系数F进行电流校正：
当对电化学试纸的工作电极施加正电位时：
若in-2＞in-1＞in，F＝0，in＝i校；
若in-1＞in-2≥in，i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，0.5＜F≤0.8(金、铂)；
i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，0.8＜F≤1.0(碳、银-碳、钯-碳)；
若in-2＞in≥in-1，i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，1.2≤F＜1.5(金、铂)；
i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，1.0＜F＜1.2(碳、银-碳、钯-碳)。
当对电化学试纸的工作电极施加负电位时：
若in-2＞in-1＞in，F＝0，in＝i校；
若in-1＞in-2≥in，i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，0.5＜F≤0.8(金、铂)；
i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，0.8＜F≤1.0(碳、银-碳、钯-碳)；
若in-2＞in≥in-1，i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，1.2≤F＜1.5(金、铂)；
i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，1.0＜F＜1.2(碳、银-碳、钯-碳)。
在正常情况下，仪器记录的i-t曲线过渡平滑，具体参见图1，但不同电极材质、酶试剂层、测量环境均有可能导致在试纸检测过程中，i-t曲线突然产生异常峰，使最终的采集电流值偏大或偏小，具体参见图2和图3。
在本发明中，所述工作电极与对电极的反应区面积之比为1:1-2:1。
实施例1
以血糖为例，当酶配方的电子介体为铁氰化钾时，采用不同电极基板制作的血糖试纸，每种试纸数量为2000支，分别采用具有本发明中校正算法的仪器和不带校正算法的仪器做检测，使用葡萄糖浓度为6.0mmol/L的血液样本，规定试样测试结果的准确度超过20％为异常值，其测试结果的准确性及跳值率如下表1所示。
表1不同血糖试纸(铁氰化钾)在电流值校正方法和常规方法中的表现
Figure BDA0002990462230000051
实施例2
以血糖为例，当酶配方的电子介体为三氯化六胺合钌时，采用不同电极基板制作的血糖试纸，每种试纸数量为2000支，分别采用具有本发明中校正算法的仪器和不带校正算法的仪器做检测，使用葡萄糖浓度为6.0mmol/L的血液样本，规定试样测试结果的准确度超过20％为异常值，其测试结果的准确性及跳值率如下表2所示。
表1不同血糖试纸(三氯化六胺合钌)在电流值校正方法和常规方法中的表现
Figure BDA0002990462230000052
根据以上两个表格中的数据表明，采用本发明中带电流值校正的电化学测量方法，在精密度上比现有技术普遍提高了1-2个百分点，且出现异常值的概率降低了一个数量级，整体表现占有显著优势。此外，在酶配方确定的情况下，利用金、铂电极制作的血糖试纸在测试过程中出现异常值的概率明显偏高，但是采用本发明方法后，其异常值概率降低且与其他材质类型的血糖试纸数据相近。因此，使用本发明提供的电化学测量方法，能够提高电化学试纸测量时的精密度及准确性，降低异常值的出现概率，保证试纸每次测量结果的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。在本发明的精神和原则之内，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电化学测量方法，其特征在于，包括采用包含工作电极和对电极的电化学试纸对试样进行检测，记录工作电极在各个时间点的电流值it，规定时间为n时的电流值in作为工作电极采样的电流信号，根据in、in-1和in-2三者间的大小关系对in进行校正，得到校正后的电流信号i校：i校＝in±0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4，其中，F为校正系数且F≥0。
2.根据权利要求1所述的电化学测量方法，其特征在于，对电化学试纸的工作电极施加正电位时：
若in-2＞in-1＞in，F＝0，in＝i校；
若in-1＞in-2≥in，i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4；
若in-2＞in≥in-1，i校＝in-0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4。
3.根据权利要求1所述的电化学测量方法，其特征在于，对电化学试纸的工作电极施加负电位时：
若in-2＞in-1＞in，F＝0，in＝i校；
若in-1＞in-2≥in，i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4；
若in-2＞in≥in-1，i校＝in+0.1F×(in-2+2in-1-3in)÷4。
4.根据权利要求2或3的任意一项所述的电化学测量方法，其特征在于，当in-1＞in-2≥in时，所述校正系数的取值范围为0.5＜F≤1，当in-1＞in-2≥in时，所述校正系数的取值范围为1＜F＜1.5。
5.根据权利要求4所述的电化学测量方法，其特征在于，所述电化学试纸的电极基板材质为碳、银-碳、金、铂或钯-碳中任意一种。
6.根据权利要求5所述的电化学测量方法，其特征在于，采用碳、银-碳或钯-碳制作电极的电化学试纸，其校正系数取值范围为F＝0或0.8＜F≤1.0或1.0＜F＜1.2；采用金或铂制作电极的电化学试纸，其校正系数取值范围为F＝0或0.5＜F≤0.8或1.2≤F＜1.5。
7.根据权利要求4所述的电化学测量方法，其特征在于，所述工作电极与对电极的反应区面积之比为1:1-2:1。
8.根据权利要求4所述的电化学测量方法，其特征在于，所述工作电极的表面包括酶试剂层，所述酶试剂层包含电子介体、稳定剂、表面活性剂以及与靶向分析物对应的酶。
9.根据权利要求4所述的电化学测量方法，其特征在于，所述试样为人体血液样本。
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