DE212020000554U1 - Biosensor mit reduzierter Hämatokritstörung - Google Patents

Abstract

Biosensor, welcher ein Stromtyp-Enzymsensor ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor ein biometrisches Modul, ein Signalumwandlungsmodul und ein Berechnungsmodul umfasst;
das biometrische Modul eine biometrische Enzymmembran umfasst, zum chemischen Reagieren mit dem Zielanalyten;
das Signalumwandlungsmodul eine Arbeitselektrode und eine Referenzelektrode umfasst, wobei die Oberfläche der Arbeitselektrode von der biometrischen Enzymmembran bedeckt wird, um ein chemisches Reaktionssignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
das Berechnungsmodul eine folgende Berechnungsformel umfasst, um die Konzentration des Zielanalyten anhand der fünf Stromwerte I_t1, I_t2, I_t3, I_t4, I_t5 zu berechnen: $$\begin{array}{c}\text{G}=x_1+x_2\ast I_{t1}+x_3\ast I_{t1}^2+x_4\ast I_{t5}+x_5\ast I_{t5}^2+x_6\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}+x_7\ast \frac{I_{t2}}{I_{t3}}+\\ x_8\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}+x_9\ast \frac{I_{t4}}{I_{t5}}+x_{10}\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}\end{array}$$

wobei G die Konzentration des Zielanalyten ist, in mg/dL;
x₁ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis -3 ist;
x₂ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -2 bis 20 ist;
x₃ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -2 bis 30 ist;
x₄ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von 90 bis 100 ist;
x₅ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 50 ist;
x₆ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -20 bis 30 ist;
x₇ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 20 ist;
x₈ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -30 bis 40 ist;
x₉ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 10 ist;
x₁₀ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 10 ist.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die Erfindung betrifft das elektrochemische Testgebiet, besonders betrifft ein elektrochemisches Bluttestverfahren mit reduzierter Hämatokritstörung und einen Biosensor, der das Verfahren verwendet.
• STAND DER TECHNIK
• Eine quantitative Untersuchung der Konzentrationen wichtiger Substanzen im menschlichen Blut, wie z. B. Blutzucker, Blutketone, Laktat im Blut, Cholesterin, Harnsäure, Triglyzerid, Gerinnungsfaktoren, Antikoagulationsfaktoren und dergleichen, ist von großer Bedeutung für die Diagnose und das Gesundheitsmanagement. Für Diabetiker, zur Kontrolle der Glukoseaufnahme durch die Nahrung dessen Blutzuckerkonzentration im Blut getestet werden muss, ist die Untersuchung der Blutzuckerkonzentration im Blut sehr notwendig.
• In der Gegenwart werden elektrochemische Biosensoren hauptsächlich zur Untersuchung der Konzentration von Zielanalyten im Blut eingesetzt. Elektrochemische Biosensoren sind in der Regel Drei-Elektroden-Systeme, die eine Arbeitselektrode, eine Referenzelektrode und eine Hilfselektrode umfassen. Bioaktive Moleküle werden als ein Identifizierer auf der Oberfläche der Arbeitselektrode aufgetragen. Durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode erfolgt eine chemische Reaktion von den bioaktive Molekülen und dem Zielanalyten, sodass ein geringer Reaktionsstrom wird generiert, wobei die Stromstärke sich mit der Konzentration des Zielanalyten ändert. Anhand des generierten Stromwerts wird eine Konzentration des Zielanalyten umgerechnet, sodass eine quantitative Analyse für den Zielanalyten durchgeführt wird. Solche Sensoren haben die Vorteile, dass sie einfach zu bedienen sind, eine kleine Probenmenge benötigen, eine hohe Genauigkeit und eine geringe Produktionskosten besitzen, und für eine realzeitige Erfassung verwendbar sind. Sie sind in der In-vitro-Diagnostik schon weit verbreitet. Allerdings sind elektrochemische Biosensoren derzeit bei der Untersuchung einer Analytkonzentrationen in Blutproben anfällig von dem Blut-Hämatokrit beeinflusst, sodass ein Ergebnis der getesteten Analytkonzentration gestört wird, insbesondere bei der Untersuchung von Blutzucker-, Harnsäure- und Blutketonekonzentrationen. Der Grund ist, dass die Bewegung von oxidierenden/reduzierenden Substanzen und eine Diffusionsgeschwindigkeit vom Hämatokrit abhängen und daher einen erheblichen Einfluss auf die Erfassung eines elektrischen Signals haben.
• Der Hämatokrit (Hematocrit, abgekürzt als HCT), auch als Hematocrit bezeichnet, bezieht sich auf einen Relativ-Volumenverhältnis des Erythrozyts in einem bestimmten Volumen. HCT liegt im Allgemeinen zwischen 40% und 50% bei normalen Männern und 37% bis 48% bei normalen Frauen. Bei Patienten oder besonderen Personengruppen kann der HCT wohl unter 35% oder über 50% liegen. Zum Beispiel sinkt der Hämatokrit bei Schwangerschaft, Anämie oder Therapie ab, liegt in einigen extremen Fällen sogar unter 20%. Bei Neugeborenen ist der Hämatokrit relativ hoch, üblich im Bereich zwischen 50% und 65%. Bei Polycythemia-vera-Kinderpatienten sogar bis zu 70%. Der HCT beeinflusst das Ergebnis vom Blutzuckerkonzentrationstest dadurch, dass, wenn der Hämatokrit relativ niedrig ist, ein von der Glukose generierter Teststrom in der Blutprobe relativ groß ist, was zu einem relativ hohen Messergebnis führt; wenn der Hämatokrit relativ hoch ist, ein von der Glukose generierter Teststrom in der Blutprobe relativ gering ist, was zu einem relativ niedrigen Messergebnis führt.
• Um ein exakteres Blutzuckerkonzentrationstestergebnis zu erhalten, muss der Einfluss des Hämatokrits berücksichtigt werden. Um den Einfluss des Hämatokrits zu verringern, wird zur Verringerung bzw. Vermeidung einer HCT-Störung im Stand der Technik hauptsächlich von zwei Aspekten durchgeführt: Erstens ist die Entfernung von Erythrozyten, nämlich Vermeidung einer Kontaktierung vom Erythrozyt und einer Elektrode. Wie z.B. in der chinesischen Patentschrift CN107436318A wird vorgesehen, dass Anti-Erythrozyten-Antikörper-Magnetperlen auf einer Enzymschicht vorgesehen sind, in der Zusammenwirkung von einer magnetischen Schicht und den Anti-Erythrozyten-Antikörper-Magnetperlen Erythrozyten auf der magnetischen Schicht absorbiert werden, sodass zwischen Elektroden keine Erythrozyten mehr bestehen. In der chinesischen Patentschrift CN104931560A wird vorgesehen, dass ein Erythrozyten-Agglutinationsmittel in eine Reagenzkomponente eingeführt wird, um die Agglutination von Erythrozyten zur Bildung größerer Agglomerate zu bewirken und die Erythrozyten zu filtern. Zweitens ist die Korrektur, nämlich Messung eines tatsächlichen HCT-Wertes. Wie z.B. in der chinesischen Patentschrift CN109884150A wird vorgesehen, dass ein AD-Wert des Hämatokrits einer getesteten Probe verwendet wird, der AD-Wert in einem Probenwiderstandswert umgewandelt wird und mittels einer Korrelationsgleichung ein anfänglicher Hämatokritswert berechnet wird. In der chinesischen Patentschrift CN108680622A wird vorgesehen, dass Widerstandswerte (R) von unterschiedlichen Hämatokrits-Blutproben ermittelt werden, eine Korrelationskurve erstellt wird und der Hämatokritswert (HCT) der getesteten Blutprobe bestimmt wird. Sowohl die Entfernung von Erythrozyten als auch die Untersuchung eines tatsächlichen HCT-Wertes erhöhen den technischen Schwierigkeit und die Kosten. Bei der Entfernung der Erythrozyten besteht ein Problem von einer unvollständigen Entfernung. Eine hinzugefügte Substanz könnte wohl zur Unbestimmbarkeit der Untersuchung führen, wodurch das Ergebnis der Blutzuckerkonzentrationsuntersuchung beeinträchtigt wird. Die Untersuchung eines tatsächlichen HCT-Wertes verlangt zusätzliches Testen von elektrischer Leitfähigkeit von Elektroden oder Impedanz, Beaufschlagen mit unterschiedlicher Spannung und einer Frequenzsignalerfassung, was bedeutet, dass gewisse Kompliziertheit sowie Unbestimmbarkeit vom Test dementsprechend zunimmt und das Blutzuckerkonzentrationstestergebnis beeinflusst wird.
• Um den Einfluss des Hämatokrits auf die Harnsäurekonzentration zu verringern, wird in der chinesischen Patentschrift CN109115853A vorgesehen, dass HCT-Werte ermittelt werden. Anhand einer Kurve vom Einfluss von HCT auf die Blutzuckerkonzentration wird ein elektrochemischer Harnsäuremesswert kalibriert. Dieses Verfahren verlangt auch, HCT-Werte zu ermitteln, sodass die technische Schwierigkeit sowie die Kosten erhöht werden.
• Um den Einfluss des Hämatokrits auf die Blutketonekonzentration zu verringern, gibt es diesbezüglich keine relativ guten Verfahren.
• Daher besteht das Thema der Forschung in der vorliegenden Anmeldung darin, wie ein elektrochemisches Testverfahren und ein Biosensor entworfen werden, bei denen sowohl die durch den Hämatokrit verursachten Störungen der Konzentrationsergebnisse von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone im Blut verringert werden können, als auch keine neuen Störfakturen eingeführt sind, darüber hinaus die Konzentration von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone schnell und exakt untersucht werden können.
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Bluttestverfahren mit reduzierter Hämatokritstörung und einen Biosensor bereitzustellen, um das technische Problem zu lösen, dass im Stand der Technik kein Verfahren vorhanden ist, welches für eine gleichzeitige Verringerung einer vom Hämatokrit verursachten Störung eines Konzentrationsergebnisses von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone geeignet ist. Vorhandene Verfahren zur Verringerung einer vom Hämatokrit verursachten Störung eines Konzentrationsergebnisses von Blutzucker oder Harnsäure sind relativ kompliziert, zeitaufwändig, kostenhoch und dabei würden neue Störungsfaktoren eingeführt, die zu einem nicht exakten Messergebnis führt.
• Um das obige Ziel zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung eine technische Lösung von einem Bluttestverfahren mit reduzierter Hämatokritstörung:
• ein Bluttestverfahren mit reduzierter Hämatokritstörung, zur Untersuchung einer Konzentration eines Zielanalyten in einer zu testenden Blutprobe, das folgende Schritte umfasst:
  • Schritt I, Bringen der zu testenden Blutprobe mit einer Enzymelektrode in Kontakt, wobei der Zielanalyten in der zu testenden Blutprobe mit einem biometrischen Enzym chemisch reagiert, wobei der Zielanalyt Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone ist.
  • Schritt II, Anlegen einer Spannung an die Enzymelektrode, um einen Ansprechstrom des Zielanalyten zu erhalten, Starten eines Timers, anschließend Auswählen von fünf Zeitpunkten nacheinander, t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, alle in Sekunden, Ermitteln von mit jedem Zeitpunkt korrespondierenden Stromwert, I_t1, I_t2, I_t3, I_t4, I_t5, alle in Ampere;
  • Schritt III, Berechnen der Konzentration des Zielanalyten in Abhängigkeit von den im Schritt II ermittelten fünf Stromwerten I_t1, I_t2, I_t3, I_t4, I_t5, eine Berechnungsformel ist: $$\begin{array}{c}\text{G}=x_1+x_2\ast I_{t1}+x_3\ast I_{t1}^2+x_4\ast I_{t5}+x_5\ast I_{t5}^2+x_6\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}+x_7\ast \frac{I_{t2}}{I_{t3}}+\\ x_8\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}+x_9\ast \frac{I_{t4}}{I_{t5}}+x_{10}\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}\end{array}$$
    
    • wobei G die Konzentration des Zielanalyten ist, in mg/dL;
    • x₁ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis -3 ist;
    • x₂ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -2 bis 20 ist;
    • x₃ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -2 bis 30 ist;
    • x₄ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von 90 bis 100 ist;
    • x₅ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 50 ist;
    • x₆ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -20 bis 30 ist;
    • x₇ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 20 ist;
    • x₈ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -30 bis 40 ist;
    • x₉ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 10 ist;
    • x₁₀ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 10 ist.
• Entsprechender Inhalt in der obigen technischen Lösung wird wie folgt erklärt:
1. 1. In der obigen Ausgestaltung besteht die Enzymelektrode aus einen biometrischen Enzym und einer Grundkörperelektrode, wobei das biometrische Enzym auf der Grundkörperelektrode befestigt ist. Das biometrische Enzym ist ein Substanzerkennungselement und kann mit dem Zielanalyten enzymatisch reagieren. Die Grundkörperelektrode ist ein Signalumwandlungselement, das ein Konzentrationssignal des Zielanalyten in ein Stromsignal umwandelt. Das oben beschriebene Testprinzip und die Struktur des elektrochemischen Biosensors gehören zum Stand der Technik und sind verständlich für den Fachmann auf dem Gebiet, so dass die vorliegende Erfindung nicht näher darauf eingeht.
2. 2. In der obigen Ausgestaltung wird im Schritt 1 die zu testende Blutprobe mit einer Enzymelektrode in Kontakt gebracht, was darauf zielt, dass der Zielanalyten in der zu testenden Blutprobe mit einem biometrischen Enzym der Enzymelektrode chemisch reagiert.
3. 3. In der obigen Ausgestaltung werden fünf Zeitpunkte nacheinander ausgewählt und ein mit jedem Zeitpunkt korrespondierender Stromwert wird ermittelt. Im Stand der Technik wird in der Regel ein Zeitpunkt ausgewählt, um einen korrespondierenden Stromwert zu ermitteln. In der vorliegenden Erfindung werden fünf Zeitpunkte ausgewählt, bei der im Vergleich zum Stand der Technik durch die Mehrzahl von Zeitpunkten die Genauigkeit eines Messergebnisses gewährleistet werden kann und zugleich keine neuen Schritte mehr erfordert sind und die Bedienung einfach ist.
4. 4. In der obigen Ausgestaltung ist die Berechnungsformel im Schritt III eine Formel aus Erfahrungen, die durch den Erfinder über eine große Menge von experimentellen Forschungen und Prüfungen, durch Untersuchungen von Konzentrationen von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone, anhand einer Stromwertdatenbank gemäß einer Formelanpassung vorzugsweise erhältlich ist. Im Vergleich zum vorhandenen Verfahren von der Entfernung von Erythrozyten bzw. der Hämatokritkorrektur, zur Reduktion einer Hämatokritstörung, müssen keine neuen Bedienschritte bzw. neue Substanzen eingefügt werden. Es genügt, wenn fünf Zeitpunkte nacheinander ausgewählt werden und ein mit jedem Zeitpunkt korrespondierender Stromwert ermittelt wird, anschließend fünf Stromwerte in die Berechnungsformel gebracht wird. Außerdem gilt die Berechnungsformel zugleich für die Konzentrationen von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach, spart die Testzeit ein, reduziert die Testkosten, es kann die Konzentrationen von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone schnell und exakt testen, wobei keine neue Störungsfaktoren eingeführt werden. Es ist außerdem vielseitig einsetzbar und geeignet für eine gleichzeitige Verringerung einer vom Hämatokrit verursachten Störung eines Konzentrationsergebnisses von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone im Blut.
5. 5. In der obigen Ausgestaltung wird nach einem hinreichenden Inkontaktbringen der zu testenden Blutprobe mit der Enzymelektrode eine Spannung an die Enzymelektrode dann angelegt. Eine hinreichende Kontaktierung von der zu testenden Blutprobe und der Enzymelektrode zielt auf eine genügende Reaktion von der zu testenden Blutprobe und dem biometrischen Enzym und eine Erhöhung der Genauigkeit der Untersuchung der Konzentrationen von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone.
6. 6. In der obigen Ausgestaltung ist die Spannung eine Gleichspannung, die liegt im Bereich von 200-500mV. Eine Gleichspannung wird angelegt. Es ist einfach strukturiert und leicht zu bedienen.
7. 7. In der obigen Ausgestaltung ist die zu testende Blutprobe eine Vollblutprobe.
• Um den obigen Zweck zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung eine technische Lösung von einem Biosensor:
• ein Biosensor zur Implementierung des vorgenannten Bluttestverfahrens, welcher ein Stromtyp-Enzymsensor ist; der Biosensor umfasst ein biometrisches Modul, ein Signalumwandlungsmodul und ein Berechnungsmodul;
• das biometrische Modul umfasst eine biometrische Enzymmembran, zum chemischen Reagieren mit dem Zielanalyten;
• das Signalumwandlungsmodul umfasst eine Arbeitselektrode und eine Referenzelektrode, wobei die Oberfläche der Arbeitselektrode von der biometrischen Enzymmembran bedeckt wird, um ein chemisches Reaktionssignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
• das Berechnungsmodul umfasst die Berechnungsformel des vorgenannten Bluttestverfahrens, um die Konzentration des Zielanalyten anhand der fünf Stromwerte I_t1, I_t2, I_c3, I_c4, I_c5 zu berechnen.
• Entsprechender Inhalt in der obigen technischen Lösung wird wie folgt erklärt:
1. 1. In der obigen Ausgestaltung sind die Arbeitselektrode und die Referenzelektrode des Signalumwandlungsmoduls Signalumwandlungselemente, um das ein Konzentrationssignal des Zielanalyten in der Blutprobe in ein Stromsignal umzuwandeln. Die biometrische Enzymmembran, von der die Oberfläche der Arbeitselektrode bedeckt wird, ist ein Erkennungselement. Das biometrische Enzym kann mit dem Zielanalyten enzymatisch reagieren. Das oben beschriebene Testprinzip und die Struktur des elektrochemischen Biosensors gehören zum Stand der Technik und sind verständlich für den Fachmann auf dem Gebiet, so dass die vorliegende Erfindung nicht näher darauf eingeht.
2. 2. In der obigen Ausgestaltung ist die biometrische Enzymmembran eine Glukose-Oxidase-Membran oder eine Glukose-Dehydrogenase-Membran, wenn der Zielanalyt Blutzucker ist; wenn der Zielanalyt Harnsäure ist, ist die biometrische Enzymmembran eine VC-Oxidase-Membran; wenn der Zielanalyt Blutketone ist, ist die biometrische Enzymmembran eine β-Hydroxybuttersäure-Dehydrogenase-Membran.
3. 3. In der obigen Ausgestaltung ist das Berechnungsmodul vorgesehen, um die fünf Stromwerte I_t1, I_t2, I_t3, I_t4, I_t5 in die Berechnungsformel des Bluttestverfahrens zu bringen, die Konzentration des Zielanalyten auszurechnen und eine quantitative Analyse durchzuführen. Das Berechnungsmodul ist in einem Speichermedium gespeichert, bei dem es sich um reine Hardware, wie z. B. eine Leiterplatte, oder um Software handeln kann, d.h. das Berechnungsmodul ist in Form eines Programms in der CPU gespeichert. Die Speicherung in einer Hardware bzw. in der Software gehört zum Stand der Technik und ist verständlich für den Fachmann auf dem Gebiet, so dass die vorliegende Erfindung nicht näher darauf eingeht.
• Der Prinzip und die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen darin:
• In der vorliegenden Erfindung werden mittels einer mathematischen Erfahrungsformel die Konzentrationen von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone im Blut berechnet. Die zu testende Blutprobe wird mit einer Enzymelektrode in Kontakt gebracht; der Zielanalyten in der zu testenden Blutprobe reagiert chemisch mit einem biometrischen Enzym; nach dem Anlegen einer Spannung an die Enzymelektrode werden fünf Zeitpunkte nacheinander ausgewählt und der mit jedem Zeitpunkt korrespondierende Stromwert wird ermittelt. Anschließend werden fünf Stromwerte in die mathematische Erfahrungsformel gebracht. Durch Berechnung sind die Konzentrationen von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone erhältlich. Im Vergleich zum vorhandenen Stand der Technik ist die vorliegende Erfindung frei von den Schritten wie der Entfernung von Erythrozyten bzw. der Hämatokritkorrektur. Dabei erfolgt die Berechnung mittels einer mathematischen Berechnungsformel. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach, spart die Testzeit ein, reduziert die Testkosten. Es kann die Konzentrationen von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone schnell und exakt testen, wobei keine neue Störungsfaktoren eingeführt werden und ein Testfehler erheblich verringert wird. Es ist außerdem vielseitig einsetzbar und geeignet für eine gleichzeitige Verringerung einer vom Hämatokrit verursachten Störung eines Konzentrationsergebnisses von Blutzucker, Harnsäure oder Blutketone im Blut.
• Figurenliste
• 1 zeigt ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von weniger als 100mg/dL und einem mittels der Berechnungsformel gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 berechneten Glukosewert;
• 2 zeigt ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von größer als oder gleich 100mg/dL und einem mittels der Berechnungsformel gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 berechneten Glukosewert;
• 3 zeigt ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Glukosewert gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 und einem Glukose-Referenzwert;
• 4 zeigt ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von weniger als 100mg/dL und einem berechneten Glukosewert in einem Konstrastbeispiel;
• 5 zeigt ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von größer als oder gleich 100mg/dL und einem berechneten Glukosewert in einem Konstrastbeispiel;
• 6 zeigt ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Glukosewert gemäß einem Konstrastbeispiel und einem Glukose-Referenzwert;
• 7 zeigt ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Harnsäure-Wert gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 und einem Harnsäure-Referenzwert;
• 8 zeigt ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Blutketone-Wert gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 und einem Blutketone-Referenzwert.
• AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren sowie die Ausführungsbeispielen weiterhin beschrieben:
• Ausführungsbeispiel 1: Bluttestverfahren und Biosensor mit reduzierter Hämatokritstörung.
• In diesem Ausführungsbeispiel geht es bei dem Zielanalyt um den Blutzucker, der elektrochemische Biosensor ist ein Stromtyp-Glukose-Biosensor, und das Testsystem ist ein Blutzuckerteststreifen und ein Blutzuckermessgerät.
• Der Blutzuckerteststreifen umfasst eine Grundplattenschicht, eine Elektrodenschicht, eine Isolierschicht, eine Reagenzschicht und eine Enzymmembranschicht. Die Elektrodenschicht umfasst eine Arbeitselektrode und eine Referenzelektrode. Die Oberfläche der Arbeitselektrode wird von der biometrischen Enzymmembran bedeckt. Als die biometrische Enzymmembran in diesem Ausführungsbeispiel wird eine Glukose-Oxidase-Membran ausgewählt. Die Struktur des Blutzuckerteststreifens und die für die einzelnen Schichten verwendeten Materialien gehören zum Stand der Technik und sind verständlich für den Fachmann auf dem Gebiet, so dass die vorliegende Erfindung nicht näher darauf eingeht.
• Das Blutzuckermessgerät ist mit einer integrierten Leiterplatte zur Verarbeitung eines von der Arbeitselektrode erzeugten Stromsignals versehen. Die Leiterplatte speichert ein Berechnungsmodul, welches eine Berechnungsformel enthält. Die Weise und der Prozess von der Speicherung des Berechnungsmoduls gehören zum Stand der Technik und sind verständlich für den Fachmann auf dem Gebiet, so dass die vorliegende Erfindung nicht näher darauf eingeht.
• Die Berechnungsformel ist:
• $$\begin{array}{c}\text{G}=x_1+x_2\ast I_{t1}+x_3\ast I_{t1}^2+x_4\ast I_{t5}+x_5\ast I_{t5}^2+x_6\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}+x_7\ast \frac{I_{t2}}{I_{t3}}+\\ x_8\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}+x_9\ast \frac{I_{t4}}{I_{t5}}+x_{10}\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}\end{array}$$

  

  wobei G die Konzentration des Blutzuckers ist, in mg/dL; x₁ den Wert von -7 annimmt; x₂ den Wert von -1 annimmt; x₃ den Wert von -2 annimmt; x₄ den Wert von 90 annimmt; x₅ den Wert von -9 annimmt; x₆ den Wert von -18 annimmt; x₇ den Wert von - 6 annimmt; x₈ den Wert von -25 annimmt; x₉ den Wert von -9 annimmt; x₁₀ den Wert von -7 annimmt.
• Für den Blutzuckertest ist bevorzugt der Zeitpunkt t₁ die 0,1 Sekunden, t₂ die 0,7 Sekunden, t₃ die 1,9 Sekunden, t₄ die 3,5 Sekunden und t₅ die 4,8 Sekunden.
• Das Blutzuckermessverfahren umfasst die folgenden Schritte:
• Schritt I: Einstecken des Blutzuckerteststreifens in das Blutzuckermessgerät, wobei der Blutzuckerteststreifen mit der elektrischen Schaltung des Blutzuckermessgerätes verbunden wird. Ein vollständiger Stromkreis wird gebildet. Das Blutzuckermessgerät wird eingeschaltet. Aufbringen einer zu testenden Blutprobe auf dem Blutzuckerteststreifen, wobei durch den Siphoneffekt die zu testende Blutprobe in den Teststreifenkanal einfließt und zu der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode gelangt.
• Schritt II: Anlegen einer Gleichspannung von 350mV nach einem hinreichenden Kontakt von der zu testenden Blutprobe und der Arbeitselektrode sowie der Referenzelektrode, und Starten eines Timers, anschließend Auswählen von fünf Zeitpunkten nacheinander, t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, alle in Sekunden, Ermitteln von mit jedem Zeitpunkt korrespondierenden Stromwert, I_t1, I_t2, I_t3, I_t4, I_t5, alle in Ampere.
• Schritt III, Berechnen der Konzentration des Zielanalyten in Abhängigkeit von den im Schritt II ermittelten fünf Stromwerten I_t1, I_t2, I_t3, I_t4, I_t5,, Bringen der Konzentration des Zielanalyten in die Berechnungsformel, Umrechnen und Darstellen der Blutzuckerkonzentration auf dem Bildschirm des Blutzuckermessgeräts.
• Um die Genauigkeit des Testverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel zu überprüfen, wird wie folgt gemäß experimentellen Verfahren mit Bezug auf GB/T 19634-2005 und ISO15197:2013 überprüft:
1. 1. Bestimmen eines Blutzuckerkonzentrations-Referenzwerts. Zunächst wird der Hämatokrit-Referenzwert (HCT-Wert) durch eine Kapillarzentrifuge ermittelt. Anschließend wird die Vollblut-Blutzuckerkonzentrationswert YSI-Wert durch ein YSI2300 Blutzuckeranalysegerät ermittelt. Und dann wird ein Glukose-Referenzwert (PYSI-Wert) nach der Formel PYSI = YSI/(1-0,24*HCT) berechnet.
2. 2. Berechnen einer Abweichung. Wenn die Blutzuckerkonzentration kleiner als 100mg/dL liegt, ist die Abweichung eine absolute Abweichung, wobei Abweichung = berechneter Glukosewert - Glukose-Referenzwert. Wenn die Blutzuckerkonzentration größer oder gleich 100mg/dL ist, ist die Abweichung eine prozentuale Abweichung, wobei Abweichung = (berechneter Glukosewert - Glukose-Referenzwert)/Glukose-Referenzwert. Der berechnete Glukosewert ist ein berechneter Blutzuckerkonzentrationswert, nämlich G, die der durch das oben genannte Blutzuckermessverfahren durch Einbringen in die Berechnungsformel erhältlich ist. GB/T 19634-2005 schreibt vor, dass 95% der Abweichung eines Blutzuckermessergebnisses die Genauigkeitsanforderungen erfüllen muss, d.h. wenn die Blutzuckerkonzentration unter 75mg/dL liegt, darf die Abweichung ±15mg/dL nicht überschreiten; wenn die Blutzuckerkonzentration größer oder gleich 75mg/dL ist, darf die Abweichung ±20% nicht überschreiten. ISO 15197:2013 schreibt vor, dass 95 % der Abweichung vom Glukose-Referenzwert die Genauigkeitsanforderungen erfüllen muss, d. h. wenn die Blutzuckerkonzentration weniger als 100mg/dL beträgt, darf die Abweichung ±15mg/dL nicht überschreiten; wenn die Blutzuckerkonzentration größer oder gleich 100mg/dl ist, darf die Abweichung ±15 % nicht überschreiten. Es wird auf 1 verwiesen, die ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von weniger als 100mg/dL und einem mittels der Berechnungsformel gemäß diesem Ausführungsbeispiel berechneten Glukosewert zeigt. Aus 1 ist erkennbar, dass der Abweichungswert völlig im Bereich von ±10mg/dL fällt, was dem entsprechenden Standard entspricht. Es wird auf 2 verwiesen, die ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von größer als oder gleich 100mg/dL und einem mittels der Berechnungsformel gemäß diesem Ausführungsbeispiel berechneten Glukosewert zeigt. Aus 2 ist erkennbar, dass der Abweichungswert größtenteils im Bereich von ±10% fällt, ziemlich weniger außerhalb des Bereichs von ±10% fällt, und trotzdem völlig im Bereich von ±15% fällt, was dem entsprechenden Standard entspricht. Für Einzelheiten wird auf Tabelle 1 verwiesen:
Tabelle 1 Prozent der Abweichung von einem berechneten Blutzuckerkonzentrationswert in unterschiedlichen Konzentrationsbereichen und dem Glukose-Referenzwert in den jeweiligen Bereichen gemäß dem Ausführungsbeispiel 1

Konzentration	<100mg/dL			≥100mg/dL
vs PYSI	≤5	≤10	≤15	≤5%	≤10%	≤15%
Prozent	90%	100%	100%	71%	99%	100%

• Aus Tabelle 1 ist ein berechneten Blutzuckerkonzentrationswert gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ersichtlich: wenn die Konzentration weniger als 100 mg/dL ist, erreicht die Abweichung vom PYSI-Referenzwert, nämlich vom Glukose-Referenzwert 90 % im Bereich von ±5mg/dL und 100% im Bereich von ±10mg/dL. Wenn die Konzentration größer oder gleich 100mg/dL ist, erreicht die Abweichung vom PYSI-Referenzwert, nämlich vom Glukose-Referenzwert 71 % im Bereich von ±5 %, 99 % im Bereich von ±10 % und 100 % im Bereich von ±15 %. Sie alle entsprechen den Vorschriften gemäß GB/T19634-2005 und ISO 15197:2013.
• 3. Durchführen einer linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Glukosewert und einem Glukose-Referenzwert. Es wird auf 3 verwiesen, die ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Glukosewert und einem Glukose-Referenzwert zeigt. Aus 3 ist ersichtlich, dass der Korrelationskoeffizient R² zwischen dem berechneten Glukosewert und dem Glukose-Referenzwert 0,995 erreicht, was bedeutet, dass die durch das Testverfahren der vorliegenden Erfindung ein ermitteltes Ergebnis relativ exakt ist.
• Konstrastbeispiel:
• Im Konstrastbeispiel geht es bei dem Zielanalyt um den Blutzucker. Der elektrochemische Biosensor ist ein Stromtyp-Glukose-Biosensor, das Testsystem ist ein Blutzuckerteststreifen und ein Blutzuckermessgerät. Der Unterschied von dem Ausführungsbeispiel 1 besteht darin, anstatt der Berechnungsformel des Ausführungsbeispiels 1 eine vorhandene interne Berechnungsweise des Blutzuckermessgeräts anzuwenden. Anhand eines Stromwerts wird ein Blutzuckerkonzentrationswert ermittelt. Dabei wird die Genauigkeit des Messergebnisses ebenfalls überprüft und verwendet dasselbe Verfahren zur Überprüfung wie im Ausführungsbeispiel 1.
• Es wird auf 4 verwiesen, die ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von weniger als 100mg/dL und einem berechneten Glukosewert im Konstrastbeispiel zeigt. Aus 4 ist erkennbar, dass der Abweichungswert größtenteils im Bereich von ±15mg/dL fällt, was dem entsprechenden Standard entspricht. Es wird auf 5 verwiesen, die ein Diagramm von einer Abweichung zwischen einem Glukose-Referenzwert mit einer Blutzuckerkonzentrationen von größer als oder gleich 100mg/dL und einem berechneten Glukosewert in einem Konstrastbeispiel zeigt. Aus 5 ist erkennbar, dass, wenn der Hämatokrit niedriger als 30% oder höher als 55% liegt, einige Abweichungswerte außerhalb des Bereichs von ±15% fallen, das Abweichungsprozent der Vorschrift gemäß ISO 15197:2013 nicht entspricht. Tabelle 2 : Prozent der Abweichung von einem berechneten Blutzuckerkonzentrationswert in unterschiedlichen Konzentrationsbereichen und dem Glukose-Referenzwert in den jeweiligen Bereichen gemäß dem Konstrastbeispiel

  Konzentration	<100mg/dL			≥100mg/dL
  vs PYSI	≤5	≤10	≤15	≤5%	≤10%	≤15%
  Prozent	80%	95%	99%	13%	33%	53%

• Aus Tabelle 2 ist erkennbar, dass die Genauigkeit des Testergebnisses gemäß dem Konstrastbeispiel sich bei weiterem vom dem Ausführungsbeispiel 1 unterscheidet, insbesondere wenn die Blutzuckerkonzentration größer oder gleich100mg/dL ist.
• 6 zeigt ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Glukosewert gemäß dem Konstrastbeispiel und einem Glukose-Referenzwert. Aus 6 ist ersichtlich, dass der Korrelationskoeffizient R² zwischen dem berechneten Glukosewert und dem Glukose-Referenzwert im Konstrastbeispiel nur 0,9199 beträgt, der sich bei weiterem vom dem Ausführungsbeispiel 1 unterscheidet.
• Ausführungsbeispiel 2: Bluttestverfahren mit reduzierter Hämatokritstörung und Biosensor
• In diesem Ausführungsbeispiel geht es bei dem Zielanalyt um die Harnsäure, der elektrochemische Biosensor ist ein Stromtyp-Harnsäure-Biosensor, und das Testsystem ist ein Harnsäureteststreifen und ein Harnsäuremessgerät.
• Der Harnsäureteststreifen ist ähnlich wie der Blutzuckerteststreifen strukturiert. Der Unterschied besteht darin, dass in diesem Ausführungsbeispiel als biometrische Enzymmembran des Harnsäureteststreifens eine VC-Oxidase-Membran ausgewählt ist.
• Das Harnsäuremessgerät verwendet dieselbe Berechnungsformel wie im Ausführungsbeispiel 1.
• In der Formel ist G die Konzentration der Harnsäure, in mg/dL; wobei x₁ den Wert von -7 annimmt; x₂ den Wert von 1 annimmt; x₃ den Wert von 1 annimmt; x₄ den Wert von 93 annimmt; x₅ den Wert von -5 annimmt; x₆ den Wert von 2 annimmt; x₇ den Wert von -8 annimmt; x₈ den Wert von -27 annimmt; x₉ den Wert von -8 annimmt; x₁₀ den Wert von 2 annimmt.
• Für den Harnsäuretest ist bevorzugt der Zeitpunkt t₁ die 0,1 Sekunden, t₂ die 0,3 Sekunden, t₃ die 0,6 Sekunden, t₄ die 2,5 Sekunden und t₅ die 3,8 Sekunden.
• Das Harnsäuretestverfahren stimmt mit dem Ausführungsbeispiel 1 überein. Die lineare Regressionsanalyse von einem berechneten Harnsäure-Wert und einem Harnsäure-Referenzwert sowie das Überprüfungsverfahren stimmen mit dem Ausführungsbeispiel 1 überein. Es wird auf 7 verwiesen, die ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Harnsäure-Wert und einem Harnsäure-Referenzwert zeigt. Aus 7 ist ersichtlich, dass der Korrelationskoeffizient R² zwischen dem berechneten Harnsäure-Wert und dem Harnsäure-Referenzwert 0,9642 erreicht, was bedeutet, dass die durch das Testverfahren der vorliegenden Erfindung ein relativ exaktes Ergebnis ermittelt ist.
• Ausführungsbeispiel 3: Bluttestverfahren mit reduzierter Hämatokritstörung und Biosensor
• In diesem Ausführungsbeispiel geht es bei dem Zielanalyt um Blutketone, der elektrochemische Biosensor ist ein Stromtyp-Blutketone-Biosensor, und das Testsystem ist ein Blutketoneteststreifen und ein Blutketonemessgerät.
• Der Blutketoneteststreifen ist ähnlich wie der Blutzuckerteststreifen strukturiert. Der Unterschied besteht darin, dass in diesem Ausführungsbeispiel als biometrische Enzymmembran des Blutketoneteststreifens eine β-Hydroxybuttersäure-Dehydrogenase-Membran ausgewählt ist.
• Das Blutketonemessgerät verwendet dieselbe Berechnungsformel wie im Ausführungsbeispiel 1.
• In der Formel ist G die Konzentration der Blutketone, in mg/dL; wobei x₁ den Wert von -7 annimmt; x₂ den Wert von 4 annimmt; x₃ den Wert von -0,2 annimmt; x₄ den Wert von 92 annimmt; x₅ den Wert von -3 annimmt; x₆ den Wert von 27 annimmt; x₇ den Wert von -15 annimmt; x₈ den Wert von -25 annimmt; x₈ den Wert von -5 annimmt; x₁₀ den Wert von -10 annimmt.
• Für den Harnsäuretest ist bevorzugt der Zeitpunkt t₁ die 0,1 Sekunden, t₂ die 1,0 Sekunden, t₃ die 1,7 Sekunden, t₄ die 3,5 Sekunden und t₅ die 4,4 Sekunden.
• Das Blutketonetestverfahren stimmt mit dem Ausführungsbeispiel 1 überein. Die lineare Regressionsanalyse von einem berechneten Blutketone-Wert und einem Blutketone-Referenzwert sowie das Überprüfungsverfahren stimmen mit dem Ausführungsbeispiel 1 überein. Es wird auf 8 verwiesen, die ein Diagramm der linearen Regressionsanalyse von einem berechneten Blutketone-Wert und einem Blutketone-Referenzwert zeigt. Aus 8 ist ersichtlich, dass der Korrelationskoeffizient R² zwischen dem berechneten Blutketone-Wert und dem Blutketone-Referenzwert 0,9448 erreicht, was bedeutet, dass die durch das Testverfahren der vorliegenden Erfindung ein relativ exaktes Ergebnis ermittelt ist.
• Die obigen Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung des technischen Konzepts und der Merkmale der vorliegenden Erfindung und sollen es dem Fachmann ermöglichen, den Inhalt der vorliegenden Erfindung zu verstehen und entsprechend auszuführen. Sie können den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht darauf begrenzen. Alle äquivalenten Modifikationen oder Verbesserungen, die innerhalb des Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, sollen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• CN 107436318 A [0005]
• CN 104931560 A [0005]
• CN 109884150 A [0005]
• CN 108680622 A [0005]
• CN 109115853 A [0006]
• GB 196342005 T [0023, 0024]

Claims (2)

1. Biosensor, welcher ein Stromtyp-Enzymsensor ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Biosensor ein biometrisches Modul, ein Signalumwandlungsmodul und ein Berechnungsmodul umfasst; das biometrische Modul eine biometrische Enzymmembran umfasst, zum chemischen Reagieren mit dem Zielanalyten; das Signalumwandlungsmodul eine Arbeitselektrode und eine Referenzelektrode umfasst, wobei die Oberfläche der Arbeitselektrode von der biometrischen Enzymmembran bedeckt wird, um ein chemisches Reaktionssignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; das Berechnungsmodul eine folgende Berechnungsformel umfasst, um die Konzentration des Zielanalyten anhand der fünf Stromwerte I_t1, I_t2, I_t3, I_t4, I_t5 zu berechnen: $$\begin{array}{c}\text{G}=x_1+x_2\ast I_{t1}+x_3\ast I_{t1}^2+x_4\ast I_{t5}+x_5\ast I_{t5}^2+x_6\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}+x_7\ast \frac{I_{t2}}{I_{t3}}+\\ x_8\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}+x_9\ast \frac{I_{t4}}{I_{t5}}+x_{10}\ast \frac{I_{t1}}{I_{t2}}\ast \frac{I_{t3}}{I_{t4}}\end{array}$$

   

   wobei G die Konzentration des Zielanalyten ist, in mg/dL; x₁ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis -3 ist; x₂ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -2 bis 20 ist; x₃ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -2 bis 30 ist; x₄ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von 90 bis 100 ist; x₅ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 50 ist; x₆ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -20 bis 30 ist; x₇ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 20 ist; x₈ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -30 bis 40 ist; x₉ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 10 ist; x₁₀ ein konstanter Koeffizient in einem Wertbereich von -10 bis 10 ist.
2. Biosensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die biometrische Enzymmembran eine Glukose-Oxidase-Membran oder eine Glukose-Dehydrogenase-Membran ist, wenn der Zielanalyt Blutzucker ist; die biometrische Enzymmembran eine VC-Oxidase-Membran ist; wenn der Zielanalyt Blutketone ist ; die biometrische Enzymmembran eine β-Hydroxybuttersäure-Dehydrogenase-Membran ist, wenn der Zielanalyt Harnsäure ist.

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