CN1469117A - 有多个反应腔室的电化学测试条及其使用方法 - Google Patents

Abstract

提供了电化学测试条及其用于检测生理样品中分析物的方法。本发明的测试条具有多个由相反的金属电极限定的反应区域，所述电极由薄隔层分开。在每个反应区域中存在的试剂组合物可以相同或不同。此外，每个反应区可以有单独的流体进口通道，或者两个或多个反应区域可以具有合并成单一通道的流体进口通道。本发明的电化学测试条在多种分析物的检测中发现用途并且特别适用于葡萄糖的检测。

Description

有多个反应腔室的 电化学测试条及其使用方法

发明领域

本发明的领域是分析物测定，特别是电化学法分析物测定，更特别的是血液分析物的电化学测定。

发明背景

生理液体如血液或血液制品中的分析物检测对于当今社会的重要性不断增大。分析物检测定量分析在各种应用中发现用途，包括临床实验室测试和家庭测试等，其中，这种测试的结果在各种疾病状态的诊断和处理中起着突出的作用。感兴趣的分析物包括用于糖尿病处理的葡萄糖、胆固醇等。为了适应分析物检测的这种不断提高的重要性，对于临床和家庭使用，都已经开发了各种分析物检测方案和装置。

一类用于分析物检测的方法是电化学方法。在这样的方法中，把含水液体试样放在包含两个电极(即参比电极和工作电极)的电化学电池的反应区中，其中，所述电极具有使其适合于电流测量的阻抗。使待分析成份直接与电极反应，或者直接或间接与氧化还原试剂反应形成可氧化的(或可还原的)物质，其量与待分析成份(即分析物)的浓度相对应。然后用电化学方法测定存在的可氧化(或可还原)的物质的量并与初始样品中存在的分析物量相关联。

由于基于电化学的检测方案的广泛适用性，在该领域内在新装置和方法的鉴别方面仍然是有利益的。相关文献

相关的美国专利文献包括：5,269,891、5,830,170、5,834,224、，5,942,102和5,972,199。其它相关专利文献包括WO99/49307、WO97/18465和GB 2 304 628。其它相关参考文献包括：Dalmia等人，J.Electroanalytical Chemistry(电分析化学杂志)(1997)430：205-214页；Nakashima等人，J.Chem.Soc.(化学学会杂志)(1990)12：845-847页；和Palacin等人，Chem.Mater.(化学材料)(1996)8：1316-1325页。

发明概述

提供了电化学测试条及其在生理样品中分析物的检测中的使用方法。本测试条有多个反应区域，其由薄隔层分开的相反金属电极确定。在每个反应区域中存在的反应物组合物可以相同或不同。此外，每个反应区域可能具有单独的液体进口通道，或者两个或多个反应区域可能有合并成一个单一通道的液体进口通道。本发明电化学测试条在许多种分析物的检测中发现用途，并且特别适用于葡萄糖的检测。

附图简述

图1表示根据现有技术的电化学测试条。

图2-4表示根据本发明的电化学测试条。

图5表示使用中的根据本发明的电化学测试条。

特定实施方案描述

提供了电化学测试条及其在生理样品中的分析物的检测中的应用方法。本测试条有多个由相反金属电极限定的反应区域，这些电极由薄隔层分开。在每个反应区内存在的反应物组合物可以相同或不同。此外，每个反应区可能具有单独的液体进口通道，或者两个或多个反应区域可能有合并成一个单一通道的液体进口通道。本电化学测试条在许多中分析物的检测中发现用途，并且特别适用于葡萄糖的检测。

在进一步描述本发明之前，应该理解，本发明不限于以下描述的本发明的特定实施方案，因为这些特定实施方案可以进行各种改变且仍然在所附权利要求的范围内。还应该理解，所用术语用于描述特定的实施方案，并且不是限制性的。相反，本发明的范围将由所附权利要求确定。

在本说明书和所附权利要求书中，除非在文中清楚说明，否则，单数的参考量包括复数的。除非另外限定，本文中所用的所有技术和科学术语与本发明所属领域中的技术人员通常理解的意义相同。电化学测试条

如上所述，本发明的电化学测试条的特征在于有多个反应区。更具体地，本电化学测试条由两个相反金属电极构成，这两个电极由薄隔层分开，其中，这些部件限定了多个不同的反应区域或反应区，即腔室，其中放置一个反应物体系。由于本电化学测试条有多个反应区，所以，它们包含至少两个不同的反应区，并且在某些实施方案中包含至少3-5个不同的反应区。根据本发明的电化学测试条中的不同反应区的数量一般约为2-25个，通常约为2-15个，在许多实施方案中更常见的是2-10个。虽然所述测试条的不同反应区一般可以以任何方便的方式排列在所述测试条上，但是在许多实施方案中，它们平行并靠近所述条的一端排列，如示意图2所示。在图2中，电化学测试条20有多个反应区，表示为沟槽22。这与图1所示的只有一个反应区11的现有技术的电化学测试条相反。

如上所述，本试验条由工作电极和参比电极构成，这些电极由隔层分开，其结构限定了本试验条的多个反应区或区域。现在将分别详细描述上述部件的每一个，即工作电极和参比电极、隔层和反应区域。

电极

如上所述，本电化学测试条包括工作电极和参比电极。一般来说，工作电极和参比电极以长矩形条形式构成。典型地，电极的长度约为1.9-5.5cm，通常约为2-4.0cm。电极的宽度约为0.20-1.0cm，通常约为0.31-0.67cm。所述电极典型的金属厚度约为10-300纳米，更常见的是约13-60纳米。

工作电极和参比电极特征还在于至少朝向所述条的反应区的电极表面是金属，其中，感兴趣的金属包括钯、金、铂、银、铱、碳、掺杂的铟锡氧化物、不锈钢、镍铬合金等。在许多实施方案中，所述金属是金或钯。虽然一般来说整个电极用金属制成，但是每个电极通常由惰性载体材料构成，在其表面上存在电极的金属成份薄层。在这些更常见的实施方案中，惰性载体材料的厚度典型的是约51-356微米，通常约25-254微米，而金属层的厚度典型的是约为10-150纳米，并且通常约为15-60纳米，例如溅射的金属层。在本电极中可以使用任何方便的惰性载体材料，其中，典型的材料是能为电极提供结构支撑的刚性材料，并且电化学测试条成为一个整体。可以用于载体基质的合适材料包括诸如PET、PETG、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯的塑料、硅、陶瓷、玻璃等。

如上所述的工作电极和参比电极可以使用任何传统的方案来制造。典型的方案包括先在惰性载体材料表面上溅射足够厚度的金属层来制备金属电极。

隔层

本电化学测试条的特征是如上所述的工作电极和参比电极相互面对并且仅仅短距离分开，使得在电化学测试条的反应区或区域中的工作电极与参比电极之间的距离非常小。在本测试条中的工作电极和参比电极的这种微小间隔是在工作电极与参比电极之间存在放入或夹入薄隔层的结果。该隔层的厚度一般约为12-500微米，通常约50-153微米。

本测试条的一个特征是切割隔层，以便提供如上所述的多个反应区或区域，其中，每个反应区域至少有一个进入该反应区的进口或进口通道，并且一般有一个从该反应区出来的出口或出口通道，该通道提供反应区内部与所述测试条的外部环境之间的流体交换。虽然在图2-4中表示的所述带的隔层提供了直的通道作为反应区域、进口和出口通道，其它形状也是可以的，例如具有侧进口和出口或出入口截取的圆形反应区域，以及其它构形如正方形、三角形、矩形、不规则形状的反应区域等。隔层可以由各种便利的材料制备，其中，代表性的合适材料包括PET、PETG、聚酰亚胺、聚碳酸酯等，其中，隔层的表面可以处理，以便相对于其各个电极是粘性的，从而保持电化学测试条的结构。具有特殊意义的是使用冲模截取的双面胶带作为隔层。

反应区域

如上所述，本电化学测试条包括多个由工作电极、参比电极和隔层限定的反应区或区域，其中，这些元件是如上所述的。具体地，工作电极和参比电极限定反应区域的顶部和底部，而隔层限定反应区域的侧壁。反应区域的体积至少约为0.1微升，通常至少约0.3微升，更常见的是至少约0.5微升，其中，体积可以达到10微升或更大。如上所述，每个反应区域一般包括至少一个进口(进口通道)，并且在许多实施方案中，还包括出口(出口通道)。进口和出口的横截面积可以变化，只要它足够大以提供流体从反应区域有效的进入或排出，但是一般约为9×10^-5×10^-3cm²，通常约为1.3×10^-3-2.5×10^-3cm²。

在本发明的某些实施方案中，每个反应区或区域有其自己独特的进口和出口通道。通常，在这些实施方案中的不同进口通道的数量等于所述测试条的不同反应区域的数量。在其它的实施方案中，两个或多个进口通道可以在从所述条排出前合并成单一的通道，使得从单一的入口向两个或多个不同反应区域引入流体。换言之，单一的入口通道可以分成进入所述条的不同反应区的两个或多个子通道。本发明的条的隔层设计用于提供希望的进口通道型式，例如单独的或合并的通道。

在每个反应区域中存在的是试剂组合物或体系，其中，所述体系是用所述测试条检测分析物所必需的或希望的。在某些实施方案中，例如多用途测试条中，试剂体系在所述条的所有不同反应区域中是相同的。在其它实施方案中，例如所述条用于同时测定一组或多种不同分析物时，试剂组合物在不同的反应区或区域中是不同的。换言之，在所述条的不同反应区域中，存在至少两种不同的试剂组合物，其中，不同的试剂组合物的数量可以与所述测试条的不同反应区或区域的数量一样多。

在许多实施方案中，至少一种试剂组合物是氧化还原试剂体系，该试剂体系提供了通过电极检测的物质并因此用于推出在生理样品中的分析物的浓度。在反应区域中存在的氧化还原试剂体系通常至少包含(多种)酶和介质。在许多实施方案中，氧化还原试剂体系的(多种)酶成份是与氧化感兴趣分析物协同作用的一种酶或多种酶。换言之，氧化还原试剂体系的酶成份由单一的分析物氧化酶或两种与氧化感兴趣分析物协同作用的两种或多种酶的组合组成的。相关的酶包括氧化酶、脱氢酶、脂肪酶、激酶、心肌黄酶、喹啉并蛋白质等。

在反应区域中存在的具体酶取决于电化学测试条设计用于检测的特定分析物，其中，典型的酶包括：葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶、胆固醇酯酶、胆固醇氧化酶、脂蛋白脂肪酶、甘油激酶、甘油-3-磷酸酯氧化酶、乳酸酯氧化酶、乳酸酯脱氢酶、丙酮酸酯氧化酶、醇氧化酶、胆红素氧化酶、尿酸酶等。在研究中的分析物是葡萄糖的许多优选的实施方案中，氧化还原试剂体系的酶成份是葡萄糖氧化用酶，例如葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶。

氧化还原试剂体系的第二种成份是介质成份，其由一种或多种介质试剂构成。各种不同的介质试剂是本领域公知的并且包括：铁氰化物、吩嗪乙基硫酸盐(ethosulphate)、吩嗪甲基硫酸盐(methosulfate)、苯二胺、1-甲氧基-吩嗪甲基硫酸盐、2，6-二甲基-1，4-苯醌、2，5-二氯-1，4-苯醌、二茂铁衍生物、锇二吡啶基络合物、钌络合物等。在研究中的分析物中的葡萄糖和葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶是酶成份的实施方案中，特别有意义的介质是铁氰化物。在反应区域中可以存在的其它试剂包括缓冲剂例如柠康酸盐、柠檬酸盐、磷酸盐、“Good(有效)”缓冲剂等。

氧化还原试剂体系一般以干燥形式存在。各种成份的用量可以变化，其中酶成份的用量通常约为0.1-10重量％。

方法

本发明还提供使用本发明电化学测试条确定在生理样品中的分析物或分析物组的浓度的方法。使用本发明的测试条可以检测各种不同分析物，其中，典型的分析物包括葡萄糖、胆固醇、乳酸酯、醇等。在许多优选的实施方案中，本方法用来确定生理样品中的葡萄糖浓度。虽然本方法原则上可以用来测定在各种不同生理样品如尿、泪、唾液等中的分析物浓度，但是它们特别适用于测定在血液中或血液部分中，更特别的是全血液中的分析物浓度。

在实现本方法过程中，第一个步骤是向所述测试条的至少一个反应区域中引入一定量的生理样品，其中，前面已经描述了所述电化学测试条。一般来说，首先使用更靠近所述条边缘的反应区域。在图5中，描述了把共电化学测试条26的接头28插入电敏装置27中，把生理样品施加到条26的最后一个反应区30上。

引入到所述测试条的每个反应区域中的生理样品(例如血液)的量可以变化，但是一般约为0.1-10微升，通常约为0.3-1.6微升。使用任何便利的方法把样品引入反应区域中，其中，根据方便情况，样品可以注入到反应区域中，通过芯吸作用进入反应区域等。

在某些实施方案中，使用所述测试条进行顺序的分析物检测测定。在这些实施方案中，样品在不同时间引入到每个反应区域中。

在样品施加到反应区域之后，使用参比电极和工作电极进行电化学测量。进行的电化学测量可以根据测定的特定性质和使用电化学测试条的装置而变化，例如根据测定是否是库仑定量、安培定量或电势定量法。一般来说，电化学测量将测量电荷(库仑定量)、电流(安培定量)或电势(电势定量)，通常在样品引入反应区域后进行一段时间的测量。进行上述电化学测量的方法进一步在美国专利4,224,125、4,545,382和5,266,179以及WO97/18465、WO99/49307中描述，其内容在这里引作参考。如果同时使用两个或多个反应区，则为每个不同的电池提供电隔离的装置。

在如上所述检测在反应区域中产生的电化学信号之后，然后通过使电化学信号与样品中分析物的量相关联，测定在引入到反应区中的样品中存在的分析物的量。在进行这样的推导中，所测量的电化学信号通常与一系列预先获得的对比值或标准值比较，并由该比较确定。在许多实施方案中，如上所述的电化学信号测量步骤和分析物浓度推导步骤通过一种装置自动进行，该装置设计用于与所述测试条一起产生施加到所述测试条上的样品中的分析物浓度值。用于自动实现这些步骤的典型的读数装置即表使得用户仅需要把样品施加到反应区域中，然后从该装置读出最终的分析物浓度结果，这种读数装置进一步在1999年6月15日提出的共同未决美国专利申请系列号09/333,793中描述，其内容在本文引作参考。

当所述条的反应区域用于不同的测定时，在使用后或者下一个反应区域使用前，希望每个用过的反应区域可以从所述条的其余部分分开，例如从所述带上切下。该方法表示在图3和4中，其中，对所述带制造切口25，以便在使用下一个反应区域前去掉每个用过的反应区域。系统和配套工具

本发明还提供了用于实现本发明方法的系统和配套工具。本发明的系统和配套工具至少包括本发明的电化学测试条，如上所述。本发明的系统和配套工具还包括一种获得生理样品的工具。例如，当生理样品是血液时，本发明的系统配套工具还包括一种获得血液样品的工具，如用于刺手指的针，针驱动工具等。此外，本发明的系统配套工具可以包括对比溶液如含有标准化的葡萄糖浓度的葡萄糖对比溶液。在某些实施方案中，所述系统和配套工具还包括计量仪器，如上所述，用于检测在样品施加后使用电极的电化学信号并使检测信号与样品中的分析物量相关联。最后，所述系统和配套工具还包括使用本发明的试剂测试条测定生理样品中的分析物浓度的说明书。这些说明书可以存在与一个或多个包装、标签插入物、在配套工具中存在的容器等上。

本发明提供了明显的改进，因为每个条可以使用多次。同样，本发明在降低消耗方面提供了所述条的更有效使用和成本节约。此外，本发明为使用单一的条测试一组分析物提供了机会。因此，本发明代表了对现有技术的突出贡献。

在本说明书中引用的所有出版物和专利在本文引作参考，如同每个单独的出版物或专利具体地或独立地说明而通过参考引入。任何出版物的引用是其申请日前公开的内容并且不应该认为是承认本发明由于先有发明而不能先于这些出版物而授权。

虽然为了清楚理解，通过说明和实施例较详细地描述了上述发明，本领域技术人员容易理解，在本发明内容方面，可以对其进行一些改变和改进而不脱离所附权利要求的实质或范围。

Claims (10)

1.一种电化学测试条，包括：

(a)由相反的工作电极和参比电极限定的多个反应区，所述电极由隔层分开；和

(b)在每个所述反应区中存在的试剂组合物。

2.根据权利要求1的电化学测试条，其中，所述测试条包含2-25个反应区。

3.根据权利要求1或2的电化学测试条，其中，每个所述反应区包含相同的试剂组合物。

4.根据权利要求1或2的电化学测试条，其中，至少两个所述反应区包含不同的试剂组合物。

5.根据前述权利要求的任一项的电化学测试条，其中，每个所述反应区有其自己的流体进口通道，以便为所述反应区与所述测试条的外部环境之间提供流体交换。

6.根据前述权利要求的任一项的电化学测试条，其中，至少两个所述反应区具有合并在一起产生单一进口通道的流体进口通道，以便为所述反应区与所述测试条的外部环境之间提供流体交换。

7.根据前述权利要求的任一项的电化学测试条，其中，所述条存在于一种仪表中。

8.一种测定生理样品中分析物浓度的方法，所述方法包括：

(a)把所述生理样品施加到电化学测试条上，所述电化学测试条包含多个由相反的工作电极和参比电极限定的反应区和在每个所述反应区中存在的试剂组合物，所述电极由隔层分开。

(b)使用所述金属电极检测在所述反应区中的电信号；和

(c)使所述检测的电信号与所述样品中的所述分析物的量相关联。

9.一种用于检测生理样品中分析物浓度的配套工具，所述配套工具包括：

(a)一种电化学测试带，其包括多个由相反的工作电极和参比电极限定的反应区和在每个所述反应区中存在的试剂组合物，所述电极由隔层分开；和

(b)下列工具的至少之一：

(i)获得所述生理样品的工具；和

(ii)分析物标样。

10.一种用于测定生理样品中分析物浓度的系统，所述系统包括：

(a)一种电化学测试条，其中包括多个由相反的工作电极和参比电极限定的反应区和在每个所述反应区中存在的试剂组合物，所述电极由隔层分开；和

(b)一种仪表

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