CN1902480A - 减少直接干扰电流影响的电化学试条 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种电化学传感器，适合用来减少当采用电化学试条(62)测定此种流体中的被分析物时体液中干扰化合物的影响。传感器包括基材(50)、第一和第二工作电极(10、12)和参比电极(14)。试剂层(22)配置在电极上，使得，在一种实施方案中，它完全覆盖全部第一工作电极(10)，但仅部分地覆盖第二工作电极(12)并且，在第二实施方案中，它仅覆盖第一和第二工作电极的一部分。没有被试剂层覆盖的工作电极部分被用来校正对被分析物测定的干扰作用。

Description

减少直接干扰电流影响的电化学试条

发明领域

本发明一般地说涉及旨在减少干扰化合物对此类分析物测定体系所做测定的影响的电化学(测)试条和系统，更具体地说，涉及减少葡萄糖监测系统中直接干扰电流影响的改良型电化学试条，其中，电化学条的电极具有未涂布区域。

发明技术

在许多情况下，电化学葡萄糖测定系统可具有因生理流体中常见干扰化合物的氧化导致氧化电流增高的现象，这些化合物例如是，对乙酰氨基酚、抗坏血酸、胆红素、多巴胺、龙胆酸(2，5-二羟基苯甲酸)、谷胱甘肽、左旋多巴、甲基多巴、tolazimide(妥拉磺脲)、甲糖宁和尿酸。因此，葡萄糖仪的精确性可通过减少或消除由干扰化合物产生的部分氧化电流而得到改进。在理想情况下，不应有产生于任何干扰化合物的氧化电流，以便使整个氧化电流仅依赖于葡萄糖浓度。

因此，希望改进电化学传感器在潜在干扰化合物存在下的精确度，这些化合物例如是生理流体中常见的如，抗坏血酸盐、尿酸盐和对乙酰氨基酚。适于此类电化学传感器的分析物的例子可包括葡萄糖、乳酸和果糖胺。虽然葡萄糖将是讨论的主要分析物，但本领域技术人员清楚，这里所描述的本发明也适用于其它分析物。

氧化电流可由几种方式产生。具体地说，所希望的氧化电流由氧化还原介体与相关分析物(例如，葡萄糖)的相互作用产生，而不希望的氧化电流则由干扰化合物在电极表面被氧化和通过与氧化还原介体的相互作用组成。例如，某些干扰化合物(例如，对乙酰氨基酚(acetominophen))在电极表面被氧化。其它干扰化合物(例如，抗坏血酸)被与氧化还原介体的化学反应氧化。在葡萄糖测定系统中干扰化合物的此种氧化导致测定的氧化电流依赖于葡萄糖和干扰化合物二者的浓度。因此，在干扰化合物的浓度与葡萄糖一样有效并且干扰浓度比葡萄糖浓度高的情况下，葡萄糖浓度的测定结果可通过降低或消除干扰化合物对总氧化电流的贡献而改善。

可用于减少干扰化合物影响的已知对策是采用带负电的膜覆盖工作电极。作为例子，磺化的氟聚合物如NAFION^TM可用于排斥所有带负电的化学物。一般而言，大多数干扰化合物如抗坏血酸盐和尿酸盐具有负电荷，因此，该带负电的膜可阻止带负电的干扰化合物到达电极表面并在该表面被氧化。然而，此种技术不总是成功，因为某些干扰化合物如对乙酰氨基酚不具有净负电荷，因此能穿过带负电的膜。此种技术也不能减少由干扰化合物与某些氧化还原介体的相互作用产生的氧化电流。在工作电极表面的带负电膜的应用还能阻止某些常用氧化还原介体，例如铁氰化物，穿过带负电膜与电极交换电子。

另一种可用来减少干扰化合物影响的策略是在工作电极顶面采用对大小有选择性的膜。作为例子，100道尔顿排阻膜如纤维素乙酸酯可用来覆盖工作电极以排除所有分子量大于100道尔顿的化学物。一般而言，大部分干扰化合物的分子量大于100道尔顿，于是，可阻止其在电极表面被氧化。然而，此种选择性膜通常使试条的制造更复杂并且延长测试时间，因为氧化后的葡萄糖必须扩散穿过选择性膜才能到达电极。

另一种可用来减少干扰化合物影响的对策是采用低氧化还原电位的氧化还原介体，例如，介于约-300mV～+100mV(当相对于饱和甘汞电极测定时)。由于氧化还原介体具有低氧化还原电位，故加在工作电极上的电压也可能较低，从而，降低干扰化合物被工作电极氧化的速率。具有比较低氧化还原电位的氧化还原介体的例子包括锇的二哌啶基络合物，二茂铁衍生物和醌衍生物。此种对策的缺点在于，具有较低电位的氧化还原介体常常难以合成、不稳定并且具有低水溶性。

另一种可用来减少干扰化合物影响的对策是采用涂以氧化还原介体的假电极。在某些情况下，假电极也可涂以惰性蛋白质或钝化的氧化还原酶。假电极的作用是要氧化电极表面的干扰化合物和/或氧化被干扰化合物还原的氧化还原介体。在此种对策中，在假电极处测得的电流被从在工作电极处测得的总氧化电流中减去以排除干扰效应。此种对策的缺点是，它要求试条包括无法用于测定葡萄糖的附加电极和电气连接(即，假电极)。假电极的引入是电极在葡萄糖测定系统中的无效使用。

发明概述

这里描述的本发明涉及一种电化学传感器，它能减少干扰的影响。本发明电化学传感器包括基材，至少第一和第二工作电极和参比电极。在本发明电化学传感器的一种实施方案中，试剂层配置在电极上，使它完全覆盖第一工作电极但仅部分地覆盖第二工作电极。在本发明方法中，在未经试剂层覆盖的第二工作电极部分所产生的氧化电流用来校正干扰物质对葡萄糖测定的影响。

在本发明的一种实施方案中，电化学葡萄糖试条包括第一和第二工作电极，其中第一工作电极完全被试剂层覆盖，而第二工作电极仅被试剂层部分地覆盖。于是，第二工作电极具有试剂覆盖区域和未覆盖区域。试剂层可包括，例如，氧化还原酶如葡萄糖氧化酶和氧化还原介体如铁氰化物。第一工作电极将具有2种氧化电流源的叠加，一种来自葡萄糖，而另一种来自干扰物。类似地，第二工作电极将具有3种氧化电流源的叠加，其来自葡萄糖、在试剂覆盖部分的干扰物和在未覆盖部分的干扰物。第二工作电极的未覆盖部分将仅氧化干扰物而不氧化葡萄糖，因为在此区域没有试剂。在第二工作电极未覆盖部分测定的氧化电流于是可用于估计总干扰氧化电流并算出扣除干扰物影响的校正的氧化电流。

在本发明另一试条实施方案中，电化学葡萄糖试条包括第一和第二工作电极，其中第一和第二工作电极仅部分地被试剂层覆盖。于是，在此种实施方案中，第一和第二工作电极都具有试剂覆盖部分和未覆盖部分。第一工作电极的第一未覆盖区域与第二工作电极的第二未覆盖区域不同。在第一和第二工作电极未覆盖部分测得的氧化电流被用来估计未覆盖部分的干扰物氧化电流和算出校正葡萄糖电流。

附图简述

参阅下面的详细描述可对本发明特征和优点更好的理解，其中给出利用本发明原理的说明性实施方案和下列附图：

图1是本发明一种实施方案的试条拆散的透视图；

图2是本发明图1所示实施方案的试条远端部分(包括导电层和绝缘层)的简化平面图；

图3是本发明图1所示实施方案的试条远端部分的简化平面图，其中画出试剂层的位置，连同导电层和绝缘层；

图4是本发明另一种实施方案的试条拆散的透视图；

图5图是本发明图4所示实施方案的试条远端部分(包括导电层和绝缘层)的简化平面图；以及

图6是本发明图4所示实施方案的试条远端部分的简化平面图，其中画出试剂层，连同导电层和绝缘层；

图7是本发明图4所示实施方案的试条远端部分的简化平面图，其中画出试剂层，连同导电层；

图8是本发明另一种实施方案的试条远端部分的简化平面图，其中画出试剂层，连同有助于减少IR下降效应的导电层；

图9是本发明另一种实施方案的试条远端部分的简化平面图，其中画出试剂层，连同导电层和绝缘层，从而形成2个具有未涂布部分的工作电极；

图10是本发明另一种实施方案的试条远端部分的简化平面图，其中画出试剂层，连同导电层和绝缘层，从而形成2个具有未涂布部分的工作电极；

图11是表示按本发明设计的试条的第一工作电极处电流的曲线图，测试的是掺入不同水平尿酸的70mg/dL葡萄糖血样。

图12是表示按本发明设计的试条第一工作电极处电流的曲线图，测试的是掺入不同量尿酸的240mg/dL葡萄糖血样。

图13是具有一体化采样针(lance)的试条的拆散透视图。

图14一种血糖仪(meter)示意图，它界面连接着具有在基材上的第一触点、第二触点和参比触点的试条。

发明详述

这里描述的本发明包括一种试条和改进电化学葡萄糖测定系统选择性的方法。

图1是本发明第一实施方案的试条的拆散透视图。在图1所示本发明实施方案中，可用于测定在体液如血液和组织液中葡萄糖浓度的电化学试条62包括第一工作电极10和第二工作电极12，其中第一工作电极10被试剂层22完全覆盖，而第二工作电极12仅部分地被试剂层22覆盖。于是，第二工作电极具有试剂覆盖部分和未覆盖部分。试剂层22可包括，例如，氧化还原酶如葡萄糖氧化酶和氧化还原介体如铁氰化物。由于铁氰化物在碳电极处具有近似400mV(当相对于饱和甘汞电极测定时)的氧化还原电位，故体液如血的引入可产生干扰物被氧化还原介体显著的氧化和/或工作电极产生显著不希望的氧化电流。因此，在第一工作电极10处测定的氧化电流将是氧化电流源的叠加：第一即希望的氧化电流，由葡萄糖氧化产生以及第二即不希望的氧化电流，由干扰物产生。在第二工作电极12处测定的氧化电流也将是氧化电流源的叠加：第一即希望的氧化电流，由葡萄糖氧化产生，第二即不希望的氧化电流，由工作电极12的覆盖部分的干扰物产生，以及第三氧化电流，由工作电极12的未覆盖部分的干扰物产生。第二工作电极12的未覆盖部分将只氧化干扰物而不氧化葡萄糖，因为在第二工作电极12的未覆盖部分没有试剂。由于在第二工作电极12的未覆盖部分测定的氧化电流不依赖于葡萄糖并且第二工作电极12的未覆盖面积是已知的，因此有可能算出第二工作电极12的未覆盖部分的干扰物氧化电流。进而，利用第二工作电极12的未覆盖部分的干扰物氧化电流和第一工作电极10的已知面积和第二工作电极12的覆盖部分面积，可以算出将电极处氧化的干扰化合物引起的校正葡萄糖电流。

图1是本发明第一实施方案的试条62的拆散透视图。试条62，正如图1所示，可通过在基材50上沉积6层材料的6个顺序印刷步骤制造。这6层可由，例如，在基材50上的网印来沉积。在本发明的实施方案中，6层可包括导电层64、绝缘层16、试剂层22、粘合层66、亲水层68，和面层40。导电层64又可包括第一工作电极10、第二工作电极12、参比电极14、第一触点11、第二触点13、参比触点15和测试条检测规(bar)17。绝缘层16还可包括挖空部分18。粘合层66还可包括第一粘合垫24、第二粘合垫26和第三粘合垫28。亲水层68还可包括第一亲水膜32和第二亲水膜34。面层40还可包括透明部分36和不透明部分38。试条62具有第一侧54和第二侧56、远电极侧58，以及近电极侧60，正如图1所示。下面的章节将更详细地描述试条62的各个层。

在本发明一种实施方案中，基材50是电气绝缘材料如塑料、玻璃、陶瓷等。在本发明优选的实施方案中，基材50可以是塑料如尼龙、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、PETG和聚酯。更具体地说，聚酯可以是如MelinexST328，其由杜邦帝人薄膜公司制造。基材50也可包括丙烯酸类涂层，施涂在一侧或两侧，以改进油墨附着力。

沉积在基材50上的第一层是导电层64，它包括第一工作电极10、第二工作电极12、参比电极14以及测试条检测规(bar)17。按照本发明，具有乳液图案的网眼布可用于将材料如导电碳油墨沉积成规定几何形状，如图1所示。参比电极14也可以是反电极、参比/反电极或假参比电极。导电层64可采用网印、凹印、溅射、蒸发、无电镀膜法、喷墨、升华、化学蒸汽沉积之类的方法配置到基材50上。可用于导电层64的合适材料是金、钯、铱、铂、铑、不锈钢，掺杂的锡氧化物、碳之类。在本发明的一种实施方案中，碳油墨层厚可为1～100μm，更具体地说5～25μm，更特别是约13μm。导电层厚可依所要求的导电层电阻和印刷导电层所使用的材料的电导率变化。

第一触点11、第二触点13和参比触点15可用于与血糖仪电气连接。这使血糖仪分别通过第一触点11、第二触点13和参比触点15电气连通第一工作电极10、第二工作电极12和参比电极14。

沉积在基材50上的第二层是绝缘层16。如图1所示，绝缘层16配置在导电层64的至少一部分上。图2是试条62远端部分的简化平面图，它突出表现第一工作电极10、第二工作电极12和参比电极14相对于绝缘层16的位置。绝缘层16还包括挖空部分18，它可具有如图1和2所示T-字形结构。挖空部分18使第一工作电极10、第二工作电极12和参比电极14的一部分暴露，以便被液体润湿。挖空部分还包括远端挖空宽度W1、近端挖空宽度W2、远端挖空长度L4和近端挖空长度L5。远端挖空宽度W1对应于第一工作电极10和参比电极14的宽度，如图2所示。远端挖空长度L4对应于大于第一工作电极10与参比电极14合在一起的长度。近端挖空宽度W2和近端挖空长度L5构成矩形段，它将第二工作电极12的宽度和长度暴露出来。按照本发明，远端挖空宽度W1、近端挖空宽度W2、远端挖空长度L4和近端挖空长度L5的尺寸可分别为约0.7、1.9、3.2和0.43mm。在本发明一种实施方案中，第一工作电极10、参比电极14和第二工作电极12各自的长度L1、L2和L3分别为约0.8、1.6和0.4mm。按照本发明，电极间距S1是第一工作电极10与参比电极14之间的距离；以及参比电极14与第二工作电极12之间的距离，其可以为约0.4mm。

沉积在基材50上的第三层是试剂层22。试剂层22配置在导电层64和绝缘层16的至少一部分上，如图1所示。图3是本发明第一实施方案试条62的远端部分的简化平面图，突出表现试剂层22相对于第一工作电极10、第二工作电极12、参比电极14和绝缘层16的位置。试剂层22可呈矩形，具有试剂宽度W3和试剂长度L6，如图1和3所示。在本发明一种实施方案中，试剂宽度W3可为约1.3mm，而试剂长度L6可为约4.7mm。在本发明的另一种实施方案中，试剂层22具有充分大的宽度W3和长度L6，以便使试剂层22完全覆盖第一工作电极10和参比电极14。然而，试剂层22具有适当大小的宽度W3和长度L6，以便使第二工作电极不完全被试剂层22覆盖。在此种工况中，第二工作电极12具有涂布的部分12c和未涂布的部分12u，正如图3所示。未涂布的部分12u可呈2个矩形的形状，其中未涂布的部分12u具有翅宽W4和对应于第二工作电极长度L3的长度。作为非限制性例子，翅宽W4可为约0.3mm。在本发明一种实施方案中，试剂层22可包括氧化还原酶，例如葡萄糖氧化酶或PQQ-葡萄糖脱氢酶(其中PQQ是缩写字吡咯-喹啉-醌)以及氧化还原介体，例如铁氰化物。

沉积在基材50上的第四层是粘合层66，包括第一粘合垫24、第二粘合垫26和第三粘合垫28。第一粘合垫24和第二粘合垫26构成样品接受池(或室)的壁。在本发明一种实施方案中，第一粘合垫24和第二粘合垫26可配置在基材50上，使粘合垫中任何一个都不接触试剂层22。在本发明另一种即试条体积需要缩小的实施方案中，则第一粘合垫24和/或第二粘合垫26可配置在基材50上，使之不与试剂层22重叠。在本发明的一种实施方案中，粘合层66厚约70～110μm。粘合层66可包括双面压敏粘合剂、紫外固化粘合剂、热活化粘合剂、热固性塑料，或本领域技术人员公知的其它粘合剂。作为非限制性例子，粘合层66可通过网印压敏粘合剂形成，例如水性丙烯酸类共聚物压敏粘合剂，其可由Tape Specialties公司，Tring，Herts，英国购得(零件#A6435)。

沉积在基材50上的第五层是亲水层68，它包括第一亲水膜32和第二亲水膜34，如图1所示。亲水层68构成样品接受池的“顶面”。样品接受池的侧壁和顶面分别由粘合层66和基材50的一部分形成。作为非限制性例子，亲水层68可以是视觉透明的聚酯，具有亲水防雾涂层如由3M市售供应的那些。涂层的素水性之所以被用于试条62的设计中是因为它促使液体充满样品接受池。

沉积在基材50上的第六和最后的层是面层40，它包括透明部分36和不透明部分38如图1所示。按照本发明，面层40包括一面涂以压敏粘合剂的聚酯。面层40具有不透明部分38，这当血液位于透明部分36底下时有助于使用者观察到一种高对比度。这使使用者能确认样品接受池已充分注满。试条62经完全层压以后，将它沿着切口A-A′切下，并在此过程中形成样品进口52，如图3所示。

如图1～3所示第一试条实施方案具有可能的缺陷，即，试剂层22可能溶解到液体样品中并使一部分溶解的试剂层移动到第二工作电极12的未涂布部分12u上面。如果发生此种情况，则未涂布部分12u将也是测量同样也正比于葡萄糖浓度的氧化电流。这将妨碍利用数学算法来去除干扰物氧化影响的能力。在本发明的替代实施方案中，试剂层22应设计成溶入但不迁移到未涂布部分12u上去的样式。例如，试剂层22可化学地键合到第一工作电极10、第二工作电极12和参比电极14上或者可具有一种增稠剂，大大减少溶解的试剂层22的迁移。

在本发明如图4所示另一种实施方案中，图4所示的实施方案能减少，在某些情况下最大限度减少溶解的试剂向第二工作电极未涂布部分的迁移。在该实施方案中，第二工作电极102具有C-字形几何形状，其中第二工作电极102的2个不连续部分被挖空部分108暴露出来，如图4所示。按照本发明，试剂层110配置在第二工作电极102的仅一部分上从而形成未涂布部分102u和涂布部分102c，如图6所示。未涂布部分102u与样品进口52邻近。涂布部分102c与第一工作电极100邻近。当将样品加到装配好的试条162的样品进口52时，液体将从样品进口52流到涂布部分102c直至所有电极全被液体覆盖。通过将未涂布部分102u的位置设置在液流的上游，此方案将几乎完全防止试剂层110溶解并迁移到未涂布部分102u上。这使数学算法能够将干扰物的影响从测定的氧化电流中精确地剔除。

图4是试条162的拆散透视图。试条162按照类似于试条62的方式制造，不同的是，对导电层164、绝缘层106和试剂层110做了几何形状或位置的改变。关于本发明第二实施方案，基材50、粘合层66、亲水层68和面层40与第一试条实施方案一样。试条162具有第一侧54和第二侧56、远电极侧58，和近电极侧60。还应当指出，本发明第一和第二试条实施方案具有结构上类似的部件，它们用相同的部件代号和名字标出。如果各个试条实施方案之间类似部件在结构上不同，则这些部件可具有相同名称但标以不同的部件代号。下面的章节将更详细地描述试条162的各个层。

在图4所示试条实施方案中，沉积在基材50上的第一层是导电层164，它包括第一工作电极100、第二工作电极102、参比电极104、第一触点101、第二触点103和参比触点105，以及测试条检测规17。按照本发明，具有乳液图案的网眼布可用来沉积例如导电碳油墨之类的材料，成为如图4所示的规定几何形状。第一触点101、第二触点103和参比触点105可用来与血糖仪电气连接。这使血糖仪得以分别通过第一触点101、第二触点103和参比触点105与工作电极100、第二工作电极102和参比电极104电气连通。

沉积在图4中的基材50上的第二层是绝缘层106。绝缘层106配置在如图4所示导电层164的至少一部分上。图5是试条162远端部分的简化平面图，突出表现第一工作电极100、第二工作电极102、参比电极104相对于绝缘层106的位置。

沉积在图4中的基材50上的第三层是试剂层110，试剂层110配置在导电层164和绝缘层106的至少一部分上，如图6所示。图6是本发明第二实施方案的试条162远端部分的简化平面图，突出表现试剂层110相对于第一工作电极100、第二工作电极102、参比电极104和绝缘层106的位置。试剂层110可呈矩形，具有试剂宽度W13和试剂长度L16。在本发明一种实施方案中，试剂宽度W13可为约1.3mm，而试剂长度L16可为约3.2mm。在本发明的优选实施方案中，试剂层110具有充分大的宽度W13和长度L16，以致使试剂层110完全覆盖第一工作电极100、涂布部分102c和参比电极104，但不覆盖未涂布部分102u。

图7是图4所示本发明实施方案的试条远端部分的简化平面图，其中画出试剂层与导电层。不同于图6，图7未画出绝缘层106。这有助于展示未涂布部分102u与隐藏在绝缘层106的不透明状态底下的涂布部分102c之间的导电关系。

在图4所示试条实施方案的情况下，绝缘层106用来界定第一工作电极100、第二工作电极102和参比电极104的宽度。绝缘层106还包括挖空部分108，它可具有如图4～6所示T-字形结构。挖空部分108将部分第一工作电极100、第二工作电极102和参比电极104暴露出来，因此它们可被液体润湿。挖空部分108还包括远端挖空宽度W11、近端挖空宽度W12、远端挖空长度L14和近端挖空长度L15，如图5和6所示。远端挖空宽度W11对应于未涂布部分102u的宽度。远端挖空长度L14大于未涂布部分102u的长度。近端挖空宽度W12和近端挖空长度L15形成矩形段，它大致暴露出第一工作电极100、参比电极104和涂布部分102c的宽度和长度。

按照本发明，远端挖空宽度W11、近端挖空宽度W12、远端挖空长度L14和近端挖空长度L15可具有分别近似为1.1、0.7、2.5和2.6mm的尺寸。

在图4的实施方案中，未涂布部分102u、参比电极104、第一工作电极100和涂布部分102c分别具有L10、L12、L11和L13的长度，它们分别为约0.7、0.7、0.4和0.4mm。电极间距S11是未涂布部分102u与参比电极104之间的距离，其数值介于约0.2～0.75mm，更优选0.6～0.75mm。电极间距S10是参比电极104与第一工作电极100之间的距离；和涂布部分102c与第一工作电极100之间的距离，可为约0.2mm。应当指出，电极间距S11大于S10以减少试剂溶解和迁移到未涂布部分102u的可能性。另外，电极间距S11大于S10，这样可减少试剂层110由于印刷方法的偏差而配置到未涂布部分102u上去的可能性。第四～第六层按照与第一试条实施方案的相同方式顺序地配置到试条162上。粘合层66、亲水层68和面层40的相对位置和形状表示在图4中。

在图8中的本发明实施方案中，可部分地改变第二工作电极102的C-字形形状以便使液体润湿电极的顺序将是未涂布部分102u、第一工作电极100、参比电极104，随后是涂布部分102c。在另一形式中，第一工作电极100和涂布部分102c与参比电极104为等距离，这从IR下降的角度考虑是希望的。在图7所示第二试条实施方案(即，试条162)中，电极的布置可使液体润湿电极的顺序是：未涂布部分102u、参比电极104、第一工作电极100、然后是涂布部分102c。在试条162中，涂布部分102c距离参比电极104要比第一工作电极100与参比电极104之间的距离更远。

因此，可采用一种算法来计算与干扰无关的校正葡萄糖电流。将样品加到试条上面以后，在第一和第二工作电极上施加恒定电位，并测定这两个电极的电流。在试剂覆盖着整个电极区域的第一工作电极处，可采用下式描述对氧化电流做出贡献的组分，

WE₁＝G+I_cov       (式1)

其中WE₁是在第一工作电极处的电流密度，G是由葡萄糖产生的电流密度，它与干扰无关，而I_cov是在试剂覆盖的工作电极部分处由干扰贡献的电流密度。

在被试剂部分覆盖的第二工作电极处，可利用下式描述对氧化电流做出贡献的组分，

WE₂＝G+I_cov+I_unc    (式2)

其中WE₂是第二工作电极处的电流密度，而I_unc是由在未被试剂覆盖的工作电极部分的干扰作用产生的电流。本发明的另一实施方案可采用不同试剂涂布面积的第一和第二工作电极来构成，但此时等式必须将不同的未涂布面积考虑在内。

为减少干扰的影响，形式描述在第二工作电极涂布部分处与第二工作电极未涂布部分处的干扰电流之间关系的公式。据估计，在涂布部分处测定的干扰物氧化电流密度与未涂布部分处测定的电流密度一样。该关系进一步由下式描述，

$I_{\mathrm{cov}}=\frac{A_{\mathrm{cov}}}{A_{\mathrm{unc}}}\×I_{\mathrm{unc}}$ (式3a)

其中A_cov是被试剂覆盖的第二工作电极面积，而A_unc是未被试剂覆盖的第二工作电极面积。

应当指出，未涂布部分12u和涂布部分12c可具有分别记作A_unc和A_cov的面积。未涂布部分12u能氧化干扰物，但不能氧化葡萄糖，固为它没有涂以试剂层22。相比之下，涂布部分12c却能氧化葡萄糖也能氧化干扰物。由于在实验中发现，从实验中发现，未涂布部分12u以与涂布部分12c的面积成正比的方式氧化干扰物，故有可能预测在第二工作电极12处测定的总干扰物电流。这使我们能够通过扣除干扰物电流的贡献来校正第二工作电极12处的总电流。在本发明的实施方案中，A_unc∶A_cov的比值可介于约0.5∶1～5∶1，优选约3∶1。描述此种电流校正的数学算法的进一步细节将在稍后的章节描述。

在本发明的另一实施方案中，在涂布部分处测定的干扰物氧化电流密度可以不同于在未涂布部分处测定的电流密度。这可归因于干扰物在涂布部分处较高效或较低效的氧化。在一种工况中，氧化还原介体的存在可增进干扰物相对于未涂布部分的氧化。在另一种工况中，增粘物质如羟乙基纤维素的存在，可减少干扰物相对于未涂布部分的氧化。依赖于部分涂布第二工作电极的试剂层中包括的组分，在涂布部分处测定的干扰物氧化电流密度可能高于或低于未涂布部分。此种行为可通过将式3a改写为下列形式从现象上予以模拟，

I_cov＝f×I_unc    (式3b)

其中f是校正系数，引入涂布部分相对于未涂布部分的干扰物氧化效率的影响。

在本发明的一种实施方案中，公式1、2和3a可通过变换推导出能输出与干扰无关的校正葡萄糖电流密度的公式。要指出的是，这三个等式(式1、2和3a)总共有3个未知数，它们是G、I_cov和I_unc。等式1可重排成下列形式。

G-WE₁-I_cov    (式4)

进而，来自等式3a的I_cov可代到等式4中从而给出等式5。

$G={\mathrm{WE}}_1-[\frac{A_{\mathrm{cov}}}{A_{\mathrm{unc}}}\×I_{\mathrm{unc}}]$ (式5)

接着，等式1和等式2可合并给出等式6。

I_unc＝WE₂-WE₁    (式6)

继而，来自等式6的I_unc可代入到等式5中从而得出等式7a。

$G={\mathrm{WE}}_1-\{\left(\frac{A_{\mathrm{cov}}}{A_{\mathrm{unc}}}\right)\×({\mathrm{WE}}_2-{\mathrm{WE}}_1)\}$ (式7a)

等式7a给出扣除干扰影响的校正葡萄糖电流密度G，这时只需第一和第二工作电极的电流密度输出和第二工作电极涂布对未涂布面积的比例。在本发明的一种实施方案中，可将比例A_cov/A_unc编程到血糖仪中，例如以只读记忆的形式。在本发明另一种实施方案中，可将A_cov/A_unc通过标定代码芯片转移到血糖仪中，其中该芯片还可将A_cov或A_unc中的制造误差考虑在内。

在本发明的另一实施方案中，在涂布部分的干扰物氧化电流密度不同于未涂布部分干扰物氧化电流密度的情况下，可以使用等式1、2和3b。在此种工况中，派生出另一校正公式7b，如下所示。

G＝WE₁-{f×(WE₂-WE₁)}    (式7b)

在本发明另一种实施方案中，仅当超过了特定阈值时，该校正葡萄糖电流公式7a或7b才可用于血糖仪。例如，如果WE₂比WE₁高出约10％或更高，则血糖仪将采用等式7a或7b来校正电流输出。然而，如果WE₂比WE₁小10％或更少，则血糖仪应简单地取WE₁和WE₂之间的平均电流值来改进测定的准确性和精度。采用等式7a或7b的对策仅在特定情况下，即在样品中很可能存在显著水平干扰时才能减轻过分校正葡萄糖电流测定值的危险。要指出的是，当WE₂明显大于WE₁(例如，约20％或更高)时，这是具有明显高干扰物浓度的标志。在此种工况中，希望输出一种错误信息而不是葡萄糖值，因为非常高水平的干扰物可能造成等式7a或7b精确性的破坏。

在图9和10所示本发明实施方案中，第一和第二工作电极被试剂层如此部分地覆盖，即使第一和第二工作电极的未涂布部分不同。这显著不同于以前描述的第一和第二试条的实施方案，在那种情况下，第一工作电极被试剂层完全覆盖。

图9是本发明又一种实施方案的试条2000的远端部分简化平面图，其中画出试剂层22与导电层和绝缘层2002，于是有2个具有未涂布部分的工作电极。试条2002的制造方法类似于试条62，不同的是，如图1所示的挖空部分18做了几何形状的改变。试条2002具有与试条62相同的基材50、导电层64、试剂层22、粘合剂层66、亲水层68和面层40。试条2002被修改后具有的挖空部分2004具有图9所示哑铃样的形状。挖空部分2004的此种形状修改使得第一工作电极2008包括第一涂布部分2008c和第一未涂布部分2008u；和使第二工作电极2006包括第二涂布部分2006c和第二未涂布部分2006u。为使试条2000有效地减少干扰物的影响，第一未涂布部分2008u必须具有不同于第二未涂布部分2006u的总面积。

图10是本发明又一种实施方案的试条5000的远端部分简化平面图，其中画出试剂层820与导电层，使得有2个具有未涂布部分的工作电极。试条5000按照类似于试条162的方式制造，不同的是，对导电层164做了形状改变，使得第一工作电极4002和第二工作电极4004具有c-字形。试条5000具有与试条162相同的基材50、绝缘层106、试剂层110、粘合层66、亲水层68和面层40。几何形状的修改使第一工作电极4002包括第一涂布部分4002c和第一未涂布部分4002u；并使第二工作电极4004包括第二涂布部分4004c和第二未涂布部分4004u。为使试条2000有效地减少干扰物的影响，第一未涂布部分4002u必须具有不同于第二未涂布部分4004u的面积。

试条2000和5000的优点在于，比较容易按申请的记录沉积试剂层，以及沉积任何随后的沉积层。再者，第一和第二工作电极都将在一定程度上具有相同的与干扰物质之间的化学和电化学相互作用，从而保证校正过程中的更高精度。由于两个工作电极都具有一定比例未涂布面积，故两个电极上将发生同样反应但程度不同。采用对等式7a的简单修改，可采用下式7c作为葡萄糖的校正式，

$G={\mathrm{WE}}_1-\{\left(\frac{f_1+f_2}{f_2-1}\right)\×({\mathrm{WE}}_2-{\mathrm{WE}}_1)\}$ (式7c)

$f_1=\frac{A_{\mathrm{cov}1}}{A_{\mathrm{unc}1}},f_2=\frac{A_{\mathrm{cov}1}}{A_{\mathrm{unc}2}},$ A_unc1＝是第一工作电极的未涂布面积，A_unc2＝第二工作电极的未涂布面积，A_cov1＝第一工作电极的涂布面积，A_cov2＝第二工作电极的涂布面积。

本发明的一个优点是能利用第一和第二工作电极来确定样品接受池已充分地充满液体。本发明的优点在于，第二工作电极不仅校正干扰物影响而且也测定葡萄糖。这能提供更精确的结果，因为仅使用一个试条可得2个葡萄糖测定值的平均值。

实例1

按照本发明第一实施方案制备试条，如图1～3所示。这些试条在具有各种不同干扰物浓度的血液中测试。为测试这些试条，将它们电气连接到可在第一工作电极与参比电极之间和第二工作电极与参比电极之间施加0.4V恒定电位的恒电位仪上。血样施加在样品进口，从而让血虹吸到样品接受池中并打湿第一工作电极、第二工作电极和参比电极。试剂层变得被血液水化，随后产生亚铁氰化物，其数量可与样品中存在的葡萄糖数量和/或干扰物浓度成正比。从样品加到试条上开始约5秒后，根据第一和第二工作电极的电流测定亚铁氰化物的氧化。

图11显示第一工作电极以掺入不同水平尿酸的70mg/dL葡萄糖血样试验的电流响应。在第一工作电极的未校正电流(用方形点表示)表现出正比于尿酸浓度的电流增加。然而，用式7a处理的校正电流(用三角形点表示)则不表现出固尿酸浓度的增加造成的影响。

图12显示第一工作电极以掺入不同水平尿酸的240mg/dL葡萄糖血样试验的电流响应。以240mg/dL葡萄糖测试试条的目的是显示，式7a的校正算法在一定葡萄糖浓度范围内也是成立的。类似于图11，在第一工作电极的未校正电流(用方形点表示)表现出正比于尿酸浓度的电流增加。然而，该校正电流(用三角形点表示)则不表现出因尿酸浓度的增加造成的影响。

实例2

为显示该校正干扰物电流的方法适用于各种各样干扰物，按照图1的实施方案制造的试条除了用尿酸之外还用各种不同浓度水平对乙酰氨基酚和龙胆酸进行了试验。为定量测定此种效应的大小，大于10％(对于葡萄糖水平＞70mg/dL而言)和7mg/dL(对于葡萄糖水平小于或等于70mg/dL的情况)的葡萄糖输出的变化被定义为显著干扰效应。表1显示，在第一工作电极处的未校正电流在比采用式7a校正电流响应所测试的试条更低的干扰物浓度下表现出显著干扰效应。这显示，采用7a校正第一工作电极电流输出的方法在校正干扰方面是有效的。表1显示，式7a中的电流校正对于来自对乙酰氨基酚、龙胆酸和尿酸的干扰是有效的。表1还显示通常在血液中存在的干扰物的浓度范围。另外，表1还显示，式7a的电流校正在240mg/dL葡萄糖浓度水平是有效的。

图13显示一种试条800的拆散透视图，该试条被设计用来刺入使用者皮肤层致使生理流体挤出并以无缝方式收集在试条800中。试条800包括基材50、导电层802、绝缘层804、试剂层820、粘合层830和面层824。试条800还包括远端58和近端60。

在试条800中，导电层802是配置在基材50上的第一层。导电层802包括第二工作电极806、第一工作电极808、参比电极810、第二触点812、第一触点814、参比触点816、测试条检测规17，如图13所示。导电层802所采用的材料以及印刷导电层802的方法与试条62和试条800一样。

绝缘层804是配置在基材50上的第二层。绝缘层16包括挖空部分18，它可具有矩形结构。挖空部分18使第二工作电极806、第一工作电极808和参比电极810暴露出来，从而能被液体润湿。绝缘层804所采用的材料以及印刷绝缘层804的方法与试条62和试条800一样。

试剂层820是配置在基材50、第一工作电极808和参比电极810上的第三层。试剂层820所采用的材料和印刷试剂层820的方法与试条62和试条800一样。

粘合层830是配置在基材50上的第四层。粘合剂层830所采用的材料以及印刷粘合层830的方法与试条62和试条800一样。粘合剂层的目的是使面层824固定在试条800上。在本发明的实施方案中，面层824可采取如图13所示一体化针826的形式。在此种实施方案中，面层824可包括针826，其位于远端58。

针826，亦称作刺入元件，可制成能刺入使用者皮肤并将血液吸入到试条800中，致使第二工作电极806、第一工作电极808和参比电极810润湿的构造。针826包括针基832，其终止于装配的试条的远端58。针826可用绝缘材料如塑料、玻璃和硅制成或者用导电材料如不锈钢和金制成。采用一体化针的整体医疗器械的进一步描述可见诸于国际申请号PCT/GB01/05634和美国专利申请号10/143,399。另外，针826可采用逐步模-冲压技术制造，正如在上述申请号PCT/GB01/05634和美国专利申请号10/143,399中公开的。

图14是显示血糖仪900与试条连接的简化示意图。在本发明的实施方案中，以下试条可能适用于血糖仪900，它们是试条62、试条162、试条800、试条2000、试条3000和试条5000。血糖仪900具有至少3个电触点，形成与第二工作电极、第一工作电极和参比电极的电气连接。特别是，第二触点(13、103或812)和参比触点(15、105或816)连接到第一电压源910上；第一触点(11、101或814)和参比触点(15、105或816)连接到第二电压源920上。

当实施测试时，第一电压源910在第二工作电极与参比电极之间施加第一电位E1；第二电压源920在第一工作电极与参比电极之间施加第二电位E2。在本发明一种实施方案中，第一电位E1和第二电位E2可相同，例如为约+0.4V。在本发明另一种实施方案中，第一电位E1与第二电位E2可以不同。施加血液样品，以便使第二工作电极、第一工作电极和参比电极覆盖上血液。使第二工作电极和第一工作电极得以测定正比于葡萄糖和/或非酶特定源的电流。从施加样品开始约5秒后，血糖仪900测定第二工作电极和第一工作电极的氧化电流。

表1、采用未校正和校正的电流输出的干扰特性一览

模式	干扰物	葡萄糖浓度(mg/dL)	有显著影响的干扰物浓度	干扰物的一般浓度范围
					未校正	对乙酰氨基酚	70	11	1-2
未校正	龙胆酸	70	10	0.05-0.5
					未校正	尿酸	70	5	2.6-7.2
未校正	对乙酰氨基酚	240	16	1-2
					未校正	龙胆酸	240	12	0.05-0.5
未校正	尿酸	240	8	2.6-7.2
					校正的	对乙酰氨基酚	70	120	1-2
校正的	龙胆酸	70	47	0.05-0.5
					校正的	尿酸	70	33	2.6-7.2
校正的	对乙酰氨基酚	240	59	1-2
					校正的	龙胆酸	240	178	0.05-0.5
校正的	尿酸	240	29	2.6-7.2

Claims (14)

1.一种电化学传感器，包括：

基材；

配置在所述基材上的第一工作电极；

配置在所述基材上的第二工作电极；

参比电极；和

配置在所述第一工作电极上的试剂层，其中所述试剂层完全覆盖所述第一工作电极；

所述第二工作电极包括覆盖部分和未覆盖部分，其中所述第二工作电极的所述覆盖部分被所述试剂层覆盖。

2.权利要求1的电化学传感器，其中：

所述第一工作电极、所述第二工作电极和所述参比电极位于样品接受池中；

所述样品接受池具有近端和远端，所述远端包括适合用来接受体液的第一开口；并且

所述第二工作电极的所述未覆盖部分位于与所述第一开口邻近。

3.权利要求2的电化学传感器，其中所述第二工作电极的所述覆盖部分位于所述样品接受池的近端。

4.权利要求3的电化学传感器，其中所述第一工作电极位于所述第二工作电极的所述未覆盖部分近端并在所述参比电极与所述第二工作电极的所述覆盖部分之间。

5.权利要求1的电化学传感器，其中：

所述第一工作电极、所述第二工作电极和所述参比电极位于样品接受池中；

所述样品接受池具有近端和远端，所述远端包括适合用来接受体液的第一开口；并且

所述第二工作电极的所述未覆盖部分包括2段，其中每个所述段位于与所述第二工作电极的所述覆盖部分邻近。

6.权利要求5的电化学传感器，其中：

所述第一工作电极位于与所述样品接受池的所述远端邻近；

所述第二工作电极位于与所述样品接受池的所述近端邻近；并且

所述参比电极位于所述第一和第二工作电极之间。

7.一种电化学传感器，包括：

基材；

配置在所述基材上的第一工作电极；

配置在所述基材上的第二工作电极；

参比电极；和

配置在所述第一工作电极和所述第二工作电极一部分上的试剂层；

所述第一工作电极具有试剂涂布区域和未涂布区域；并且

所述第二工作电极具有试剂涂布区域和未涂布区域。

8.权利要求7的电化学传感器，其中：

所述第一工作电极、所述第二工作电极和所述参比电极位于样品接受池中；

所述样品接受池具有近端和远端，所述远端包括适合接受体液的第一开口；并且

所述第一工作电极的所述未覆盖部分包含2个段，其中每个所述段位于与所述第一工作电极的所述覆盖部分邻近；并且

所述第二工作电极的所述未覆盖部分包含2个段，其中每个所述段位于与所述第一工作电极的所述覆盖部分邻近。

9.权利要求8的电化学传感器，其中：

所述第一工作电极位于与所述样品接受池的所述远端邻近；

所述第二工作电极位于与所述样品接受池的所述近端邻近；并且

所述参比电极位于所述第一和所述第二工作电极之间。

10.权利要求7的电化学传感器，其中所述第一工作电极的所述未涂布区域不等于所述第二工作电极的所述未涂布区域。

11.权利要求7的电化学传感器，其中：

所述第一工作电极、所述第二工作电极和所述参比电极位于样品接受池中；

所述样品接受池具有近端和远端，所述远端包括适合接受体液的第一开口；

所述第二工作电极的所述未覆盖部分位于所述样品接受池的近端；并且

所述第一工作电极的所述未覆盖部分位于所述第二工作电极的所述未覆盖部分的近端。

12.权利要求11的电化学传感器，其中：

所述第一工作电极的所述覆盖部分位于所述第一工作电极的所述未覆盖部分的近端；并且

所述第二工作电极的所述覆盖部分位于所述第一工作电极的所述覆盖部分的近端。

13.权利要求1的电化学传感器，还包括在所述针的远端的一体化针。

14.权利要求7的电化学传感器，还包括在所述电化学传感器远端的一体化针。

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