CN1902481A - 用于在电化学测试条中降低直接和间接干扰电流影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及降低电化学传感器(800)中的干扰的方法,其中所述方法包括下列步骤:测量在第一个工作电极(808)上的第一个电流的步骤,所述第一个工作电极(808)被活性试剂层(820)覆盖;测量在第二个工作电极(806)上的第二个电流的步骤,所述第二个工作电极(806)被非活性试剂层(818)覆盖;以及使用第一个工作电极(808)的活性区域面积与第二个工作电极(806)的非活性区域面积的比例来计算代表葡萄糖浓度的校正电流值的步骤。本发明还涉及降低电化学传感器(1000)中的干扰的方法,其中所述方法包括下列步骤:测量在第一个工作电极(100)上的第一个电流的步骤,所述第一个工作电极(100)被活性试剂层(820)覆盖;测量在第二个工作电极(102)上的第二个电流的步骤,其中活性试剂层(820)布置在第二个工作电极(102)的活性区域(102a)上,并且第二个工作电极(102)的非活性区域(102i)被非活性试剂层(818)覆盖;以及使用在第一个和第二个工作电极上的活性区域面积与在第二个工作电极上的非活性区域面积的比例来计算代表葡萄糖浓度的校正电流值的步骤。
Description
发明领域
本发明一般涉及降低干扰化合物对通过分析物测量系统进行的测量的影响的方法,更具体来说,涉及降低使用电化学测试条的葡萄糖监测系统中直接干扰电流和间接干扰电流的影响的方法,其中所述电化学测试条具有电极,所述电极具有被活性试剂涂布的区域和被非活性试剂涂布的区域。
发明背景
在很多情况下,电化学测量系统可由于生理流体中常见的干扰化合物的氧化而具有增高的氧化电流,所述干扰化合物是例如扑热息痛、抗坏血酸、胆红素、多巴胺、龙胆酸、谷胱甘肽、左旋多巴、甲基多巴、妥拉磺脲、甲苯磺丁脲和尿酸。因此,通过降低或消除由干扰化合物产生的那部分氧化电流,可提高葡萄糖测量仪的准确度。理想情况是,应当没有由任何干扰化合物产生的氧化电流,这样整个氧化电流仅取决于葡萄糖浓度。
因此,希望提高在可能的干扰化合物例如在生理流体中常见的抗坏血酸盐、尿酸盐和扑热息痛存在下,电化学传感器的准确度。对于这样的电化学传感器,分析物的实例可包括葡萄糖、乳酸盐和果糖胺。虽然葡萄糖是所讨论的主要分析物,但是对于本领域技术人员来说显而易见的是,本发明也可用于其它分析物。
氧化电流可通过几条途径产生。特别是,所期望的氧化电流由氧化还原介体与所关注的分析物(例如葡萄糖)的相互作用产生,而不期望的氧化电流通常由在电极表面被氧化以及通过的与氧化还原介体的相互作用而被氧化的干扰化合物产生。例如,某些干扰化合物(例如扑热息痛)在电极表面被氧化。其它干扰化合物(例如抗坏血酸)通过与氧化还原介体的化学反应而被氧化。在葡萄糖测量系统中,干扰化合物的氧化引起测量的氧化电流既依赖于葡萄糖的浓度也依赖于任何干扰化合物的浓度。因此,在干扰化合物以与葡萄糖同样的效率氧化,并且相对于葡萄糖浓度,干扰化合物的浓度是高的时,葡萄糖浓度的测量可通过降低或消除干扰化合物对总氧化电流的贡献而得到改善。
降低干扰化合物的影响的一个已知策略是使用带负电荷的薄膜来覆盖工作电极。作为一个实例,可以使用磺化氟代聚合物例如NAFIONTM来排斥所有带负电荷的化学物质。一般情况下,大部分干扰化合物例如抗坏血酸盐和尿酸盐带有负电荷,因此,带负电荷的薄膜阻止带负电荷的干扰化合物到达电极表面以及在电极表面上被氧化。然而,由于某些干扰化合物例如扑热息痛不带负电荷,并且从而可以通过带负电荷的薄膜,所以该技术不总是成功的。该技术也不能降低由于干扰化合物与某些氧化还原介体的相互作用而产生的氧化电流。在工作电极上使用带负电荷的薄膜还可阻止某些常用的氧化还原介体例如铁氰化物通过带负电荷的薄膜来与电极进行电子交换。
可用于降低干扰化合物的影响的另一个策略是在工作电极顶部使用尺寸选择薄膜。作为一个实例,可以将100道尔顿尺寸排阻薄膜例如乙酸纤维素薄膜来覆盖工作电极,以排除分子量大于100道尔顿的所有化学物质。大部分干扰化合物的分子量大于100道尔顿,因此被排除而不能在电极上被氧化。然而,这样的选择薄膜通常使得测试条的制造更复杂,并且由于氧化的葡萄糖必须通过选择薄膜扩散到达电极而增加了测量时间。
可用于降低干扰化合物的影响的另一个策略是使用具有低氧化还原电位的氧化还原介体,例如氧化还原电位为约-300mV至+100mV(当相对于饱和甘汞电极测量时)的氧化还原介体。因为氧化还原介体具有低氧化还原电位,施加给工作电极的电压也可以较低,这降低了干扰化合物被工作电极氧化的速度。具有较低氧化还原电位的氧化还原介体的实例包括锇联吡啶络合物、二茂铁衍生物和醌衍生物。该策略的缺点是,具有较低氧化还原电位的氧化还原介体经常难以合成,较不稳定以及具有低的水溶解度。
可用于降低干扰化合物的影响的另一个策略是使用涂布了氧化还原介体的伪电极。在某些情况下,还可以将伪电极用惰性蛋白或失活的氧化还原酶。伪电极的目的是在电极表面上氧化干扰化合物和/或氧化被干扰化合物还原的氧化还原介体。在该策略中,将在伪电极上测量的电流从在工作电极测量的总氧化电流中减去,以消除干扰影响。该策略的缺点是,其需要测试条包括不能用于测量葡萄糖的另外的电极和另外的电连接(即伪电极)。包括伪电极是在葡萄糖测量系统中无效率地使用电极。
发明概述
本发明涉及降低电化学传感器中的干扰的方法,其中所述方法包括下列步骤:测量在第一个工作电极上的第一个电流的步骤,所述第一个工作电极被活性试剂层覆盖;测量在第二个工作电极上的第二个电流的步骤,所述第二个工作电极被非活性试剂层覆盖;以及使用第一个工作电极的活性区域面积与第二个工作电极的非活性区域面积的比例来计算代表葡萄糖浓度的校正电流值的步骤。
本发明还涉及降低电化学传感器中的干扰的方法,其中所述方法包括下列步骤:测量在第一个工作电极上的第一个电流的步骤,所述第一个工作电极被活性试剂层覆盖;测量在第二个工作电极上的第二个电流的步骤,其中活性试剂层布置在第二个工作电极的活性区域上,并且第二个工作电极的非活性区域被非活性试剂层覆盖;以及使用在第一个和第二个工作电极上的活性区域面积与在第二个工作电极上的非活性区域面积的比例来计算代表葡萄糖浓度的校正电流值的步骤。
附图简述
通过下面给出示例性实施方案的详细描述,可以更好地了解本发明的特征和优点,其中使用了本发明的原理以及附图:
图1是根据本发明的示例性实施方案的测试条的部件分解透视图;
图2是测试条的远端部分的简化平面视图,所述测试条是根据图1所示的本发明实施方案的测试条,并且包括导电层和绝缘层;
图3是根据图1所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此不接触,并且显示具有绝缘层和导电层;
图4是根据图1所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此直接相邻,并且显示具有绝缘层和导电层;
图5是根据图1所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此重叠,并且显示具有绝缘层和导电层;
图6是根据图1所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此不接触,并且显示具有导电层;
图7是根据图1所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此直接相邻,并且显示具有导电层;
图8是根据图1所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此重叠,并且显示具有导电层;
图9是表明与测试条连接的测量仪的简单图解图,所述测试条具有布置在衬底上的第一个接触点(contact)、第二个接触点和参比接触点;
图10是表明与测试条连接的测量仪的简单图解图,所述测试条具有布置在衬底上的第一个接触点和第二个接触点,以及在方向上与第一个接触点和第二个接触点面对的参比接触点;
图11是表明γ放射对于在20mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条精确度的影响;
图12是表明γ放射对于在50mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条精确度的影响;
图13是表明γ放射对于在100mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条精确度的影响;
图14是表明γ放射对于在300mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条精确度的影响;
图15是表明γ放射对于在500mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条精确度的影响;
图16是表明龙胆酸对于在70mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条准确度的影响;
图17是表明龙胆酸对于在240mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条准确度的影响;
图18是表明尿酸对于在70mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条准确度的影响;
图19是表明尿酸对于在240mg/dL葡萄糖浓度测量的测试条准确度的影响;
图20是测试条的远端部分的简化平面视图,其表明了使得第二个工作电极的面积增加的改进的剪切块;
图21是根据本发明的另一个示例性实施方案的测试条的部件分解透视图;
图22是根据图21所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此不接触,并且显示具有绝缘层和导电层;
图23是根据图21所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此直接相邻,并且显示具有绝缘层和导电层;
图24是根据图21所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此重叠,并且显示具有绝缘层和导电层;
图25是根据图21所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此不接触,并且显示具有导电层;
图26是根据图21所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此直接相邻,并且显示具有导电层;和
图27是根据图21所示本发明实施方案的测试条的远端部分的简化平面视图,其中活性和非活性试剂层的位置彼此重叠,并且显示具有导电层。
发明详述
本文所描述的本发明包括测试条以提高在干扰化合物存在下葡萄糖测量的准确度。在一些情况下,在加入体液例如血液之前,一类干扰化合物可在测试条自身中形成。该类型的干扰化合物可以是还原的介体(例如亚铁氰化物),其是从氧化的介体(例如铁氰化物)的转化而形成的。这引起背景信号增加,从而降低了测试条测量的准确度。应当注意到,在这种情况下,干扰化合物在测试条自身中形成,而不是以体液形式提供给测试条。
氧化的介体通常布置在工作电极上,其目的是氧化的介体将是稳定的,并且不跃迁到还原的氧化还原态。对于使用氧化电流来与葡萄糖浓度相关联的电化学传感器,产生还原的介体引起背景信号增加。通常,铁氰化物(例如氧化的介体)随着时间的延长往往变得被还原,成为还原的氧化还原态。当暴露于环境条件,包括但不限于碱性pH、高温、高湿度、亮光条件、电子束照射和γ放射时,铁氰化物通常更块地跃迁到还原的氧化还原态。
最近,已经将刀片和测试条与单一医疗装置成为一个整体。这些成一个整体的医疗装置可以与相关测量仪一起使用,以监测各种分析物,包括葡萄糖。根据这种情况,可设计测试条来以插曲式单用格式、半连续格式或连续格式来监测分析物。刀片和测试条的整体化简化了操作,因为这消除了使用者协调从样本位点取样体液与随后把体液传递给测试条的需要。在这样的情况下,必须将刀片与测试条一起灭菌以减去感染危险。
电离放射可用于将测试条和刀片灭菌。可能的电离放射源是电子束、γ射线和X-射线。然而,测试条灭菌中所面临的一个挑战是提供足够高强度的放射,从而将测试条整个包装中足够高比例的微生物被杀死,同时不给试剂层带来不利影响。通常,将批次或包装的测试条暴露于剂量为约10KGy-约50KGy的电离放射。对于使用e-电子束灭菌的情况,入射的e-电子束源的能量可以为约3MeV-约12MeV。撞击式电离放射在其强度方面可经常具有某些非一致性,引起包装的一个具体部分接收的电离放射比该包装的另一部分多。实验已经表明,γ放射和电子束放射引起电化学传感器的背景信号增加。此外,对于灭菌的批次测试条,在非一致性性质中,放射的较不一致性引起背景信号增加。当测量具体批次的灭菌的葡萄糖测试条时,这引起精确度下降。此外,在低葡萄糖浓度范围内(例如约20mg/dL-约100mg/dL),这种精确度下降会加重,因为对于低葡萄糖浓度范围,还原介体的比例较高。
图1是测试条800的部件分解透视图,该测试条是设计用来补偿可能由于氧化介体转化成还原介体而引起的增加的背景中的差异。在图1所示的本发明实施方案中,用于测量体液例如血液或间隙液中葡萄糖浓度的电化学测试条800包括第一个工作电极808、第二个工作电极806和参比电极810。活性试剂层820布置在第一个工作电极808和参比电极810上,其中活性试剂层820完全覆盖第一个工作电极808并且部分覆盖参比电极810。非活性试剂层818布置在第二个工作电极806上。
在本发明的一个实施方案中,活性试剂层820可包括例如葡萄糖氧化酶和介体例如铁氰化物。非活性试剂层818可包括介体,但是没有对于所关注的分析物有特异性的活性酶。因为铁氰化物在碳电极上具有约400mV的氧化还原电位(当相对于饱和甘汞电极测量时),所以引入体液例如血液可通过氧化还原介体和/或工作电极产生显著的干扰物氧化,从而产生显著的不期望的氧化电流。因此,在第一个工作电极808上测量的氧化电流将是氧化电流源的叠加:由于葡萄糖的氧化而产生的第一个期望的氧化电流;在电极上干扰物的直接氧化而产生的第二个不期望的氧化电流(直接干扰电流);和通过介体的干扰物的间接氧化而产生的第三个不期望的氧化电流(间接干扰电流)。在第二个工作电极806上测量的氧化电流也将是类似于第一个工作电极808的氧化电流和叠加,但是第一个期望的氧化电流应当不会存在,因为在第二个工作电极806上不存在任何酶。因为在第二个工作电极806上测量的氧化电流仅取决于干扰物,并且在第一个工作电极808上测量的氧化电流取决于葡萄糖和干扰物,所有可能计算出校正葡萄糖电流,该校正葡萄糖电流不受在第一个工作电极808和第二个工作电极806上氧化的干扰化合物的影响。在这样的情况下,将第一个工作电极808的电流密度减去第二个工作电极806的电流密度,以计算校正葡萄糖电流密度G,其中
G=WE1-WE2 (公式8)
其中WE1是在第一个工作电极808上的电流密度,WE2是在第二个工作电极806上的电流密度。
根据本发明的另一个实施方案,由于在第二个工作电极806上没有酶,在第二个工作电极806上的干扰物氧化电流密度与在第一个工作电极808上的电流密度可能稍微不同。在这样的情况下,可使用常数K来校正电流测量中的这样的非理想性。公式9显示了常数K是如何修饰上述公式8。
G=WE1-(k×WE2) (公式8)
其中K可以为约0.5-约1.5。
测试条800包括衬底50、导电层802、绝缘层804、非活性试剂层818、活性试剂层820、粘合层830和顶层824。测试条800可通过将5个层依次印制在衬底50上而制得,所述5个层是导电层802、绝缘层804、非活性试剂层818、活性试剂层820和粘合层830。顶层824可通过层压方法来装配。测试条800还包括第一个侧面54、第二个侧面56、远端部分58和近端部分60。
在本发明的一个实施方案中,衬底50是电绝缘材料例如塑料、玻璃、陶瓷等。在本发明的一个实施方案中,衬底50可以是塑料例如尼龙、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、PETG或聚酯。更具体来说,聚酯可以是例如由DuPont Teijin Films生产的MelinexST328。衬底50还可以包括丙烯酸涂层,涂层是涂在一个或两个侧面上来改善墨粘合。
沉积在衬底50上的第一层是导电层802,该层包括第一个工作电极808、第二个工作电极806、参比电极810和测试条检测板17。根据本发明,可用具有图1所示的限定几何学的乳胶图案的筛网来沉积材料例如导电碳墨。可通过筛网印制、轮转凹板印制、溅射、蒸发、无电喷镀、喷墨、升华、化学气相沉积等将导电层802沉积在衬底50上。可用于导电层802的合适的材料是Au、Pd、Ir、Pt、Rh、不锈钢、掺杂的氧化锡、碳等。在本发明的一个实施方案中,碳墨层可具有1-100微米,更特别是5-25微米,甚至更特别是约13微米的高度。导电层802的高度可根据所需要的印制材料的电阻和电导率而改变。
第一个接触点(contact)814、第二个接触点812和参比接触点816可用于和测量仪电连接。这使得测量仪与分别通过第一个接触点814、第二个接触点812和参比接触点816与第一个工作电极808、第二个工作电极806和参比电极810电联通。
沉积在衬底50上的第二个层是绝缘层804。如图1和2所示,将绝缘层804沉积在至少一部分导电层802上。图2是测试条800的远端部分58的简化平面视图,该图重点突出了第一个工作电极808、第二个工作电极806和参比电极810相对于绝缘层804的位置。绝缘层804还包括切口(cutout)18,其可具有如图1和2所示的矩形结构。切口18暴露了可以被液体润湿的一部分第一个工作电极808、第二个工作电极806和参比电极810。切口18包括切口宽度W20和切口长度L26。如图2所示,切口宽度W20与第二个工作电极806、参比电极810和第一个工作电极808的宽度相对应。在本发明的一个实施方案中,切口宽度W20可以为约0.7mm-约1.4mm,并且切口长度L26可以为约0.4mm-约3.4mm。
在本发明的一个实施方案中,第二个工作电极806和第一个工作电极808具有分别为L20和L21的长度,所述长度可相同,并且为约0.1mm-约0.8mm。参比电极810可具有长度L24,其可以为约0.2mm-约1.6mm。根据本发明,电极间距S1是第二个工作电极806与参比电极810之间的距离;以及参比电极810与第一个工作电极808之间的距离,并且可以为约0.2mm-约0.6mm。
根据本发明的另一个实施方案,第一个工作电极808的面积可以与第二个工作电极806的面积不同。第一个工作电极808面积:第二个工作电极806面积的比例可以为约1∶1-约1∶3。在一些情况下,通过提高第二个工作电极806的相对面积可改善背景的降低。如图20所示,第二个工作电极806的面积可通过改变切口6008的几何学来提高。
图2显示了,在如图1所示完全层压之后,可沿着切口线A-A’将测试条800切开。在沿着图1所示切口线A-A’将测试条800切开的过程中,产生了样本入口52,在该入口中,可给测试条800施加液体样本。
图3-5是根据图1所示本发明实施方案的测试条800的远端部分58的简化平面视图,其表明了活性试剂层820和非活性试剂层818彼此之间的不同位置。分别与图3-5相对应的图6-8没有显示绝缘层804,以有助于更清楚地表明导电层802、活性试剂层820和非活性试剂层818之间的关系。
测试条800可具有布置在第二个工作电极806上的非活性试剂层818,这样如图3-5所示,其完全覆盖第二个工作电极806。在本发明的一个实施方案中,如图3和4所示,非活性试剂层818完全覆盖第二个工作电极806,但是不接触参比电极810。在本发明的另一个实施方案中,如图5所示,非活性试剂层818完全覆盖第二个工作电极806,并且至少部分覆盖参比电极810。
在本发明的一个实施方案中,非活性试剂层818包括至少一个氧化的介体例如铁氰化物,并且可任选包括惰性蛋白或失活蛋白。非活性试剂层818还可以包括pH6的柠檬酸盐缓冲剂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯、Dow Coming DC1500消泡剂、羟乙基纤维素(Natrosol 250G,Hercules)和具有亲水性和疏水性区域的表面改性的二氧化硅(Cab-o-sil TS 610,Cabot)。氧化的介体的实例可以是铁氰化物、二茂铁络合物、醌络合物和锇络合物。惰性蛋白的实例可以是巴豆毒蛋白(crotein)或白蛋白(例如牛或人白蛋白)。失活酶的实例可以是apo形式的PQQ-葡萄糖脱氢酶(其中PQQ是吡咯并-喹啉-醌的首字母组合词)或apo葡萄糖氧化酶(例如没有任何活性位点的酶)。还可以通过热处理或者通过用变性剂例如尿素处理将酶失活或将酶活性足够减弱。因为非活性试剂层818不包括活性酶,所以在第二个工作电极806上测量的氧化电流与葡萄糖浓度不成正比。出于该原因,本领域技术人员可将第二个工作电极806称为伪电极。
在本发明的一个实施方案中,非活性试剂层818中的惰性蛋白或失活酶可以起介体稳定剂的作用。在高温干燥处理期间,惰性蛋白或失活酶可以将介体屏蔽起来。此外,惰性蛋白或失活酶还可以起干燥剂的作用,其有助于保护介体不受水分的影响,水分可能会让介体去稳定化。
如图3-5所示,测试条800具有布置在第一个工作电极808上的活性试剂层820。在本发明的另一个实施方案中,活性试剂层820完全覆盖第一个工作电极808,但是不接触参比电极810。在本发明的另一个实施方案中,如图3-5所示,活性试剂层820完全覆盖第一个工作电极808,并且至少部分覆盖参比电极810。
在本发明的一个实施方案中,活性试剂层820包括至少氧化的介体和酶。活性试剂层820还可以包括pH6的柠檬酸盐缓冲剂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯、Dow Coming DC1500消泡剂、羟乙基纤维素(Natrosol 250G,Hercules)和具有亲水性和疏水性区域的表面改性的二氧化硅(Cab-o-sil TS 610,Cabot)。氧化的介体的实例可以是铁氰化物、二茂铁络合物、醌络合物和锇络合物。酶的实例可以是葡萄糖氧化酶、使用PQQ辅因子的葡萄糖脱氢酶和使用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅因子的葡萄糖脱氢酶。因为活性试剂层820包括酶,所以在第一个工作电极808上测量的氧化电流与葡萄糖浓度成正比。
应当注意,如果使用筛网印制来沉积非活性试剂层818和活性试剂层820,则需要两个单独的筛网印制来将各个试剂层沉积到合适的电极上。应当注意,筛网印制并不非常适于将两种不连续的试剂印制到同一筛网上。在印制期间,涂刷器运动可引起两种各自的试剂在筛网印制加工期间混合。图3显示了本发明的一个实施方案,其具有布置在第二个工作电极806上的非活性试剂层818和布置在第一个工作电极808和参比电极810上的活性试剂层820。在该实施方案中,非活性试剂层818不接触活性试剂层820或与之重叠。因为第二个工作电极806、第一个工作电极808和参比电极810的面积较小,所以可能难以以希望的产率分别依次排列和涂布非活性试剂层818和活性试剂层820。还应当注意,较小电极面积(例如约0.6mm2)是优选的,因为这使得测试条所需的液体样本的体积很小。
在本发明的一个实施方案中,首先印制非活性试剂层820,然后在高温下干燥。之后印制活性试剂层818,然后在高温下进行另一个干燥步骤,如国际申请PCT/GB/03004708中所述,该专利引入本文以供参考。因为活性试剂层818是第二个沉积的,所以其仅暴露于一个干燥步骤,与之不同的是,非活性试剂层820暴露于两个干燥步骤。这有助于稳定活性试剂层818内的介体和酶,因为在一些条件下,酶可能会随着连续暴露于高温而降解。
在本发明的一个实施方案中,图4显示了布置在第二个工作电极806上的非活性试剂层818和布置在第一个工作电极808和参比电极810上的活性试剂层820。在该实施方案中,非活性试剂层818和活性试剂层820彼此直接相邻。在这样的情况下,非活性试剂层818和活性试剂层820将接触,但是通常不在任何显著程度上彼此重叠。虽然印制加工的目标是使得非活性试剂层818和活性试剂层820彼此直接相邻的排列,但是正常的生产差异将会以一定频率引起非活性试剂层818与活性试剂层820之间的一些重叠。同样,这样的差异还将引起非活性试剂层818有时与活性试剂层820不接触。因为让非活性试剂层818接触或不接触活性试剂层820,并且本发明方法的操作仍然能够降低在任一情况下的背景差异,可接受的测试条的产率得到提高了。
应当注意,非活性试剂层818与活性试剂层820的重叠不影响葡萄糖测量,只要在测量所容许的时间内(即约5秒或更短时间),酶不能在任何显著程度上从活性试剂层820中扩散到第二个工作电极806上。如果酶扩散到第二个工作电极806上,第一个工作电极808将测量到葡萄糖电流以及非酶特异性电流。这将阻止测试条800有效地降低背景信号。
应当注意到,如果在参比电极810上发生非活性试剂层818与活性试剂层820的重叠,则这不会葡萄糖测量。在这样的情况下,参比电极810上酶和/或氧化介体的量将增加,但是应当不影响葡萄糖测量或背景校正算法。
图5显示了改善非活性试剂层818和活性试剂层820涂布方法的本发明另一个实施方案。可以涂布非活性试剂层818,使其完全覆盖第二个工作电极806和一部分参比电极810。类似地,可以涂布活性试剂层820,使其完全覆盖第一个工作电极808和至少一部分参比电极810。在本发明的一个实施方案中,印制加工的目标是这样的排列,使得非活性试剂层818与活性试剂层820在参比电极810于重叠区域822上基本上彼此重叠。在这样的情况下,非活性试剂层818和活性试剂层820可以在重叠区域822上彼此混合。因为与附图4所示的实施方案相比,非活性试剂层818和活性试剂层820的长度被进一步提高,所以活性试剂层820和非活性试剂层818排列以及涂布到第一个工作电极808和第二个工作电极806上被进一步改善。
应当注意,如图1-5所示,第二个工作电极806(例如伪电极)位于测试条800的远侧部分58上。这引起生理流体以下列顺序依次润湿第二个工作电极806、参比电极810和第一个工作电极808。测试条800被有目的地设计成具有在活性试剂层820(不含有酶)上游的非活性试剂层818(含有酶)。这降低了酶既存在于第二个工作电极806也存在于第一个工作电极808上的可能性。如果含有酶的活性试剂层820涂布在第二个工作电极806上,并且在第一个工作电极808上没有任何酶,则某些酶可能会从第二个工作电极806冲到第一个工作电极808上。在第一个工作电极808上存在大量酶将会阻止通过使用伪电极格式而带来的背景信号降低。
如图1所示,在本发明的一个实施方案中,顶层824可以呈整体化刀片826的形式。在这样的实施方案中,顶层824可包括位于远端部分58上的刀片826。也可以称为穿透部件的刀片826可适于刺入使用者的皮肤并且把血液抽吸到测试条800内,这样第二个工作电极806、第一个工作电极808和参比电极810被润湿。顶层824通过粘合层830粘着到测试条800上。该粘合层830可以是热封或压敏粘合剂。刀片826包括在装配的测试条800的远端部分58上终止的刀片基底832。刀片826可以由绝缘材料例如塑料、玻璃和硅或导电材料例如不锈钢和金制成。对于其中顶层824是导电的情况,顶层824还可以用作参比电极810,其在方向上与第二个工作电极806和第一个工作电极808是面对关系。使用整体化刀片的整体化医疗装置的进一步描述可参见国际申请PCT/GB01/05634和U.S.专利申请10/143,399。此外,刀片826可例如通过级进模冲压技术来制造,所述技术如公开在上述国际申请PCT/GB01/05634和U.S.专利申请10/143,399中。
在本发明的一个实施方案中,粘合层830的高度为约70-110微米。粘合层830可包括双侧压敏粘合剂、UV固化粘合剂、热激活粘合剂、热固化粘合剂或本领域技术人员已知的其它粘合剂。作为非限制性实例,粘合层830可通过筛网印制压敏粘合剂来形成,所述粘合剂是例如水基丙烯酸共聚物压敏粘合剂,其购自Tape Specialties LTDin Tring,Herts,United Kingdom(part#A6435)。
在本发明方法中,背景差异通过从在第一个工作电极808测量的第一个电流中减去在第二个工作电极806测量的第二个电流而降低。为了开始测量,把样本施加给样本入口52,其容许在第二个工作电极806和第一个工作电极808上测量电流。因为第二个工作电极806不具有布置于其上的葡萄糖氧化酶,所以在第二个工作电极806上的氧化电流的大小与存在于测试条800上的干扰化合物的量以及样本中存在的干扰化合物的量成正比。这使得能够使用第一个工作电极808与第二个工作电极806之间的差异来计算校正电流值,从而降低样本中存在的干扰化合物以及可能存在于测试条800上的干扰化合物的影响。
图9是表明与测试条800连接的测量仪900的简单图解图。测量仪900具有至少3个电接触点,这些电接触点形成与第二个工作电极806、第一个工作电极808和参比电极810的电连接。特别是,第二个接触点812和参比接触点816与第一个电压源910连接;第一个接触点814和参比接触点816与第二个电压源920连接。当进行测量时,第一个电压源910在第二个工作电极806与参比电极810之间施加第一个电位E1,第二个电压源920在第一个工作电极808与参比电极810之间施加第二个电位E2。
在本发明的一个实施方案中,第一个电位E1和第二个电位E2可以相同,例如约为+0.4V。在本发明的另一个实施方案中,第一个电位E1和第二个电位E2可以不同。施加血样,这样第二个工作电极806、第一个工作电极808和参比电极810被血液覆盖。这容许第二个工作电极806和第一个工作电极808测量与葡萄糖和/或非酶特定源成正比的电流。施加样本5秒钟后,测量仪900测量第二个工作电极806和第一个工作电极808的氧化电流。
图10是表明与测试条800连接的测量仪900的简单图解图。与图9不同,顶层824是导电的,并且用作参比电极来代替布置在衬底50上的参比电极810。更具体来说,图10显示,参比电极形式的顶层824与第一个工作电极808和第二个工作电极806是面对关系。在这种情况下,测量仪900形成与顶层824,代替图1所示参比电极816的电接触。
图21是根据本发明的另一个实施方案的测试条的部件分解透视图。在第一个工作电极100上测量的氧化电流将是氧化电流源的叠加:由于葡萄糖的氧化而产生的第一个期望的氧化电流,和由干扰物产生的第二个不期望的氧化电流。干扰物的氧化可在第一个工作电极100上直接发生,以及可通过氧化还原介体间接发生。
第二个工作电极102具有几何图形,该图形具有被活性试剂820涂布的活性部分102a,和被非活性试剂818涂布的非活性部分102i。在活性部分102a上测量的氧化电流与第一个工作电极100类似。第二个工作电极102的非活性部分102i将氧化干扰物,并且由于不存在酶,所以不氧化葡萄糖。此外,非活性部分102i将在第二个工作电极102上直接氧化干扰物,并且通过经由氧化还原介体的介导的机制来间接氧化干扰物。因为在非活性部分102i测量的氧化电流与葡萄糖无关,并且非活性部分102i的面积是已知的,所以可以计算出其对于在第二个工作电极102上测量的干扰物氧化电流的贡献。从而,使用计算的非活性部分102i的干扰物氧化电流以及已知的第一个工作电极100的面积和活性部分102a的面积,能够计算出除去了在电极上氧化的干扰化合物的影响的校正葡萄糖电流。应当注意,在本发明中,非活性部分102i帮助针对直接和间接的干扰物氧化来校正葡萄糖电流。
因此,可使用一个算法来计算不受干扰物影响的校正葡萄糖电流。给测试条1000施加样本后,给第一个工作电极100和第二个工作电极102施加恒定的电位,测量这两个电极的电流。在其中活性试剂层820覆盖整个电极面积的第一个工作电极100上,可使用下列公式来描述对氧化电流作出贡献的成分,
WE1=G+I1a (公式1)
其中WE1是在第一个工作电极上的电流密度,G是不受干扰物影响的由于葡萄糖而产生的电流密度,并且I1a是由于在被活性试剂820覆盖的第一个工作电极100上氧化的干扰物而产生的电流密度。
在被活性试剂820和非活性试剂818部分覆盖的第二个工作电极102上,可使用下列公式来描述对氧化电流作出贡献的成分,
WE2=G+I2a+I2i (公式2)
其中WE2是在第二个工作电极上的电流密度,I2a是由于在活性部分102a上的干扰物而产生的电流密度,且I2i是由于在非活性部分102i上的干扰物而产生的电流密度。
为了降低干扰物的影响,制订了描述在活性部分102a上的干扰电流与在非活性部分102i上的干扰电流之间的关系的公式。估计在活性部分102a上测量的干扰物氧化电流密度与在非活性部分102i上测量的电流密度大约相同。通过下面的公式进一步描述该关系,
其中A2a是被活性试剂层820覆盖的第二个工作电极的面积,并且A2i是被非活性试剂层818覆盖的第二个工作电极的面积。
非活性部分102i可氧化干扰物,但是不氧化葡萄糖,因为其上面没有涂布酶。活性部分102a可氧化葡萄糖和干扰物。因为通过实验发现,非活性部分102i以与活性部分102a的面积成正比的方式氧化干扰物,所以能够预测干扰电流占在第二个工作电极102上测量的总电流的比例。这使得在第二个工作电极102上测量的总电流(即WE2)可通过减去干扰电流而被校正。在本发明的一个实施方案中,A2i∶A2a的比例可以为约0.5∶1-5∶1,并且优选为约3∶1。对关于电流校正的该数学算法的更详细描述将在下面的章节中描述。
在本发明的另一个实施方案中,I2a可以与I2i不同。这可能是因为,由于存在酶,在活性部分102a上效率更高或效率更低的干扰物氧化。出于未充分描述的原因,可能的是,酶的存在可影响电极氧化介体的能力。这种性质可以通过将公式3a改写成以下形式来进行唯象模型化,
I2a=f×I2i (公式3b)
其中f是校正因子,其引入了活性部分102a的干扰物氧化效率对活性部分120i的影响。
根据本发明的一个实施方案,可以运算公式1、2和3a来推导能输出不受干扰物影响的校正葡萄糖电流密度的公式。应当注意,这三个公式(公式1、2和3a)总共具有4个未知数,这4个未知数是G、I2i、I2a和I1a。然而,I1a和I2a可保守地假定相等,因为它们是相同的导电材料,并且涂布相同的活性试剂层820。可将公式1重新排列成以下形式。
G=WE1-I1a=WE1-I2a (公式4)
接下来,可将得自公式3a的I2a替代到公式4内,得到公式5。
接下来,可将公式1和公式2合并,得到公式6。
I2i=WE2-WE1 (公式6)
接下来,可将得自公式6的I2i替代到公式5内,得到公式7a。
公式7a输出了校正葡萄糖电流密度G,葡萄糖电流密度G消除了干扰物的影响,该公式仅需要从第一个工作电极100和第二个工作电极102测量的电流密度(即WE1和WE2),以及第二个工作电极的涂布面积与未涂布面积的比例(即A2a/A2i)。在本发明的一个实施方案中,可将比例A2a/A2i程序化到葡萄糖测量仪内,例如程序化到测量仪的只读存储器内。在本发明的另一个实施方案中,可将比例A2a/A2i通过校准码芯片传递给测量仪,所述校准码芯片可消除A2a或A2i中的制造差异。
在本发明的另一个实施方案中,当活性部分102a的干扰物氧化电流密度与活性部分102i的干扰物氧化电流密度不同时,可使用公式1、2和3b。在这样的情况下,推导出如下所示的另一校正公式7b。
G=WE1-{f×(WE2-WE1)} (公式7b)
在本发明的另一个实施方案中,只有当超过一定阈值时,测量仪才可以使用校正葡萄糖电流公式7a或7b。例如,如果WE2比WE1大出约10%或10%以上,则测量仪将使用公式7a或7b来校正输出电流。然而,如果WE2比WE1大出约10%或10%以下,则测量仪将简单地取WE1与WE2之间的平均电流值,来提高测量的准确度和精确度。只有在一些其中样本中存在显著水平的干扰化合物的情况下使用公式7a或7b的策略减轻了测量的葡萄糖电流校正过度的危险。应当注意,当WE2比WE1足够大时(例如大出约20%或更多)时,这是具有非常高浓度的干扰化合物的指示。在这样的情况下,可能希望输出错误信息而不是葡萄糖值,因为非常高水平的干扰物可引起公式7a或7b准确度的打破。
图21显示了测试条实施方案的部件分解透视图,所述测试条是设计用来补偿增加的背景中的差异,这种差异是通过氧化的介体转化成还原的介体而引起的。测试条1000包括衬底50、导电层164、绝缘层106、非活性试剂层818、活性试剂层818、粘合层830和顶层824。测试条1000还包括远端58和近端60。应当注意,测试条1000是测试条800的变型,其中活性试剂涂层820覆盖第一个工作电极100和第二个工作电极102的一部分。这使得能够进行两次葡萄糖测量,同时校正了在测试条1000内发展的干扰物或引入到测试条1000内的干扰物。测试条1000将采用公式7a或7b来降低干扰化合物或增加的背景的影响。与测试条800不同,测试条1000具有对导电层164和绝缘层106的改变。对于测试条1000与测试条800,衬底50、非活性试剂层818、活性试剂层818、粘合层830和顶层824在形状和材料方面都是类似的。
图22-24是根据图21所示本发明实施方案的测试条1000的远端部分58的简化平面视图,其显示了活性试剂层820和非活性试剂层818彼此之间的不同位置。分别与图22-24相对应的图25-27没有显示绝缘层804,以有助于更清楚地表明导电层164、活性试剂层820和非活性试剂层818之间的关系。
如图21所示,在测试条1000中,导电层164布置在衬底50上。导电层164包括第一个工作电极100、第二个工作电极102、参比电极104、第一个接触点101、第二个接触点103、参比接触点105、测试条检测板17。与测试条800不同,第二个工作电极806和第一个工作电极102具有C-形状。
图22是第一个工作电极100、第二个工作电极102和参比电极104、绝缘层106、非活性试剂层818和活性试剂层818的简化平面视图。绝缘层106包括切口108,其限定了第二个工作电极102的面积具有非活性部分102i和活性部分102a。在该实施方案中,非活性试剂层818布置在非活性部分102i上,而活性试剂层818布置在活性部分102a、第一个工作电极100和参比电极104上。图22显示非活性试剂层818不接触活性试剂层818或与之重叠。
测试条1000与测试条800的不同之处在于,非活性试剂层818和活性试剂层818都涂布第二个工作电极102的一部分。这使得能够进行两次葡萄糖测量,同时降低了背景和/或干扰物的影响。制备图22所示测试条1000所面临的一个挑战是,可能难以依次排列和涂布非活性试剂层818和活性试剂层818,这样它们不能以所期望的产率彼此接触,因为第一个工作电极100、第二个工作电极102和参比电极104的面积较小。
在本发明的一个实施方案中,图23显示了布置在非活性部分102i上的非活性试剂层818和布置在活性部分102a、第一个工作电极100和参比电极104上的活性试剂层818。在该实施方案中,非活性试剂层818和活性试剂层818彼此直接相邻。在这样的理想情况下,非活性试剂层818和活性试剂层818将接触,但是基本上不彼此重叠。虽然印制加工的目标是使得非活性试剂层818和活性试剂层818彼此直接相邻的排列,但是正常的生产差异将会以一定频率引起非活性试剂层818与活性试剂层818之间的一些重叠。同样,这样的差异还将引起非活性试剂层818以一定频率与活性试剂层818不接触。因为让非活性试剂层818接触或不接触活性试剂层818,可接受的测试条的产率得到提高了。
图24显示了本发明的另一个实施方案,其改善了涂布非活性试剂层818和活性试剂层818的方法。可以涂布非活性试剂层818,使其完全覆盖非活性部分102i和一部分参比电极104。类似地,可以涂布活性试剂层818,使其完全覆盖活性部分102a、第一个工作电极100和至少一部分参比电极104。在本发明的一个实施方案中,印制加工的目标是这样的排列,使得非活性试剂层818与活性试剂层818在参比电极810于重叠区域822上基本上彼此重叠。在这样的情况下,非活性试剂层818和活性试剂层818可以在重叠区域822上彼此混合。因为与附图23所示的实施方案相比,非活性试剂层818和活性试剂层818的长度被进一步提高,所以活性试剂层818和非活性试剂层818的排列以及涂布在产率方面被进一步改善。
本发明的一个优点在于,使用两个试剂层来帮助降低增加的背景的影响。足以补偿测试条自身中不同水平的还原的介体例如亚铁氰化物的能力使得可以获得高水平的准确度和精确度。在生产、测量和贮存过程期间,有几个因素可能影响氧化的介体向还原形式的转化。因此这使得需要进行校正来解决生产差异例如试剂层高度(批次内以及批次之间)、热封粘合生产条件、高温干燥和灭菌条件。因为校正消除了这些差异,所以可提供更有效的方法,其中无需严格加工控制来监测和控制这样的生产差异。背景电流的测量也可以提高测试条抵抗不利贮存条件例如高温和湿度的稳定性。这可以使得设计更简单的筒来贮存可无需严格密封来抵抗水分的测试条。
实施例1
制备如图1-3a所示的测试条800。在血液中测量暴露于不同水平的灭菌放射的测试条800。对于测试条800,将其与恒电势器电连接,恒电势器具有部件来在第一个工作电极808与参比电极810之间;以及第二个工作电极806与参比电极810之间施加+0.4伏特的恒定电位。给样本入口52施加血样,让血液浸吸到样本接收室内,并且润湿第一个工作电极808、参比电极810和第二个工作电极806。活性层820变得被血液水合,然后产生亚铁氰化物,亚铁氰化物可以与样本中存在的葡萄糖的量和/或干扰物浓度成正比。相反,非活性层818变得被血液水合,并且不产生另外的亚铁氰化物,另外的亚铁氰化物在水合之前不存在于非活性层818内。在给测试条800施加样本5秒钟后,测量作为第一个工作电极808和第二个工作电极806的电流的亚铁氰化物和/或干扰物的氧化。
实施例2
制备两批测试条来表明使用非活性试剂层818和活性试剂层820改善了通过γ放射灭菌的测试条的总精确度。按照类似于实施例1所述的方式测量这两批测试条。第一批测试条是测试条800,并且称为批次1。称为批次2的第二批测试条也类似于测试条800,但是不包括非活性试剂层818,并且还具有覆盖第一个工作电极808、第二个工作电极806和参比电极810的改变的活性试剂层。当测量批次1时,使用第一个工作电极808与第二个工作电极806的电流差异来计算校正信号电流,然后将其转化成葡萄糖浓度。当测量批次2时,将第二个工作电极806和第一个工作电极808的电流加和在一起,得到一个值,然后使用该值来计算未校正葡萄糖浓度。在用血液测量之前,将批次1和批次2的测试条用0kGy和25kGy的γ放射处理。然后,评估以下4个测量组的精确度:批次1-0kGy、批次1-25kGy、批次2-0kGy和批次2-25kGy,对于每个测量组,评估是通过用血液以5个葡萄糖浓度测量24个测试条来进行的,这5个葡萄糖浓度是20、50、100、300和500mg/dL。
图11-15表明,在用25kGy的γ放射灭菌后,批次1的测试条在精确度方面没有变差。对于所有5个葡萄糖浓度,对于批次1的测试条,在灭菌后,精确度基本上类似或更好。这表明使用活性试剂层820和非活性试剂层818有助于补偿在灭菌处理期间产生的亚铁氰化物的背景水平。
图11-13表明,在用25kGy的γ放射灭菌后,批次2的测试条在精确度方面变差了。该对照实验证实了,当使用本发明的背景降低方法时,精确度没有变差。因为批次2的测试条不具有非活性试剂层818,所以不能实行本发明的背景降低方法。在灭菌后,批次2的测试条之所以没有发生精确度变差,是因为测量的是较高的葡萄糖浓度(300和500mg/dL),其中灭菌对精确度的影响不显著。在这种情况下,通过葡萄糖氧化酶产生的亚铁氰化物的量显著高于在水合测试条之前产生的亚铁氰化物的量(例如通过灭菌处理产生的)。
实施例3
称为批次3的另一批测试条是按照类似于测试条800的方式制备的,但是第二个工作电极806没有用活性试剂层820或非活性试剂层818涂布。在该实施例中,测量批次1-3来评估在干扰化合物例如尿酸和龙胆酸存在下的总准确度。
在三个龙胆酸浓度,在血液中测量批次1、批次2和批次3的测试条,这三个龙胆酸浓度是0、25和50mg/dL。对于每个龙胆酸浓度,测量两个葡萄糖浓度,即70和240mg/dL。图16和17表明,当在25和50mg/dL龙胆酸浓度测量时,批次1和批次3的测试条在偏差方面具有不显著的改变(<10mg/dL或10%)。相反,当在25和50mg/dL龙胆酸浓度测量时,批次2的测试条在偏差方面具有显著改变(>10mg/dL或10%)。这表明,使用未用酶涂布的第二个工作电极806使得能在高浓度龙胆酸存在下有效地校正葡萄糖信号。
在三个尿酸浓度,在血液中测量批次1、批次2和批次3的测试条,这三个尿酸浓度是0、10和20mg/dL。对于每个尿酸浓度,测量两个葡萄糖浓度,即70和240mg/dL。图18和19表明,当在10和20mg/dL尿酸浓度测量时,批次1和批次3的测试条在偏差方面具有不显著的改变(<10mg/dL或10%)。相反,当在10和20mg/dL尿酸浓度测量时,批次2的测试条在偏差方面具有显著改变(>10mg/dL或10%)。这表明,使用未用酶涂布的第二个工作电极806使得能在高浓度尿酸存在下有效地校正葡萄糖信号。
Claims (2)
1.降低电化学传感器中的干扰的方法,所述方法包括:
测量在第一个工作电极上的第一个电流,所述第一个工作电极被活性试剂层覆盖;
测量在第二个工作电极上的第二个电流,所述第二个工作电极被非活性试剂层覆盖;和
使用所述第一个工作电极的活性区域面积与所述第二个工作电极的非活性区域面积的比例来计算代表葡萄糖浓度的校正电流值。
2.降低电化学传感器中的干扰的方法,所述方法包括:
测量在第一个工作电极上的第一个电流,所述第一个工作电极被活性试剂层覆盖;
测量在第二个工作电极上的第二个电流,其中所述活性试剂层布置在所述第二个工作电极的活性区域上,并且所述第二个工作电极的非活性区域被非活性试剂层覆盖;和
使用在所述第一个和第二个工作电极上的活性区域面积与在所述第二个工作电极上的非活性区域面积的比例来计算代表葡萄糖浓度的校正电流值。
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