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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrochemischen Biosensor-Teststreifen,
mit dem eine gezielte quantitative Analyse von bestimmtem Biomaterial
und Werten wie Blutzucker, Cholesterin, etc. durchgeführt werden
kann, und um ein elektrochemisches Biosensor-Auslesemessgerät, das diesen
Teststreifen verwendet. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf
ein elektrochemisches Auslesemessgerät und ein System, das den Teststreifen und
das Auslesemessgerät
umfasst. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren für die Verwendung
des Auslesemessgerätes
in Verbindung mit den Teststreifen.
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Elektrochemische
Biosensoren werden seit kurzem häufig
in der Medizin zur Analyse von Biomaterial wie beispielsweise Blut
verwendet. In Krankenhäusern
und klinischen Labors werden dabei am häufigsten elektrochemische Biosensoren
verwendet, die mit Enzymen arbeiten, da diese sehr praktisch in
der Anwendung sind, eine überlegene
Messempfindlichkeit aufweisen und schnell Testergebnisse liefern.
Bei der enzymatischen Analysemethode bei elektrochemischen Biosensoren
unterscheidet man grundsätzlich
die Chromophor-Methode, eine spektroskopische Methode, und die Elektroden-Methode,
eine elektrochemische Methode. Grundsätzlich ist bei der Chromophor-Methode
die Messdauer länger
als bei der Elektroden-Methode,
und auch die Analyse von bedeutsamem Biomaterial ist schwierig aufgrund
der Messfehler, die durch die Trübheit
des Biomaterials entstehen. Daher wird heutzutage bei elektrochemischen
Biosensoren hauptsächlich
die Elektroden-Methode eingesetzt. Bei dieser Methode wird in einem
durch Siebdruck erzeugten Elektrodensystem die quantitative Messung
eines interessierenden Materials erreicht, indem ein Reagens auf
den Elektroden angebracht, eine Probe eingeführt und an den Elektroden eine
elektrische Spannung angelegt wird.
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US 5,437,999 A offenbart
einen elektrochemischen Biosensor-Teststreifen mit einem präzise definierten
Elektrodenfeld, bei dem Technologien Anwendung finden, die üblicherweise
in der PCB-Industrie genutzt werden und für elektrochemische Biosensor-Teststreifen
geeignet sind. Dieser elektrochemische Biosensor-Teststreifen kann
Analysen mit sehr hoher Genauigkeit und nur wenigen erforderlichen Proben
durchführen.
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1 zeigt
eine Ansicht des elektrochemischen Biosensor-Teststreifens mit entgegengesetzt angeordneten
Elektroden des erwähnten
US-Patents im zerlegten Zustand, und 2 zeigt
den Teststreifen aus 1 im zusammengebauten Zustand.
Wie in der Darstellung zu sehen umfasst der Teststreifen zwei Elektroden,
die Arbeitselektrode, auf der die Reaktionen ablaufen, und die Referenzelektrode
bzw. Nebenelektrode.
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Im
Detail sind die Bauteile in 1 und 2 ein
isolierendes Substrat, das zusammen mit der darauf ausgebildeten
Referenzelektrode das Referenzelektrodenelement 10 bildet,
sowie ein durch einen AbstandshalterAbstandshalter 16 räumlich davon
getrenntes Arbeitselektrodenelement 20, das aus einem isolierenden
Substrat besteht, auf dem die Arbeitselektrode ausgebildet ist.
Der Abstandshalter 16 wird generell schon bei der Herstellung
am Referenzelektrodenelement 10 befestigt, doch in 1 werden
beide Teile separat dargestellt. Eine erste Materialwegnahme 13 am
Abstandshalter 16 bildet einen Kapillarraum 17,
wenn sich der Abstandshalter zwischen dem Referenzelektrodenelement 10 und dem
Arbeitselektrodenelement 20 befindet. Eine erste Materialwegnahme 22 am
Arbeitselektrodenelement 20 legt eine Arbeitselektrodenregion
frei, und diese Arbeitselektrodenregion 2l befindet sich
innerhalb des Kapillarraums 17. Die erste Materialwegnahme 13 am
Abstandshalter 16 definiert eine Referenzelektrodenregion 14,
veranschaulicht mit einer punktierten Linie in 1,
wenn der Abstandshalter am Referenzelektrodenelement 10 befestigt
ist. Auch diese Referenzelektrodenregion 14 befindet sich
innerhalb des Kapillarraums 17. Die weiteren Materialwegnahmen 12 und 23 legen
eine Referenzelektrodenregion 11 bzw. eine Arbeitselektrodenregion 21 frei,
die auch als Kontaktplatten dienen, die einen elektrochemischen
Biosensor-Teststreifen 25 und ein Biosensor-Messgerät verbinden
(oder ein Messgerät und
eine Stromquelle).
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Im
zusammengebauten Zustand (vgl. 2) weist
der elektrochemische Biosensor-Teststreifen 25 eine erste Öffnung 27 auf
der einen Seite auf. Die Aussparung 24 im Arbeitselektrodenelement 20 und die
Aussparung 15 im Referenzelektrodenelement 10 stimmen überein und
bilden eine zweite Öffnung 26.
In der Anwendung kann eine Probe des zu analysierenden Materials über die Öffnungen 26 oder 27 in den
Kapillarraum eingebracht werden. Hierbei wird die Probe durch Kapillarwirkung
in den elektrochemischen Biosensor-Teststreifen eingesaugt. Dadurch wird
ohne Eingriffe von außen
automatisch durch den elektrochemischen Biosensor-Teststreifen die
Menge der zu untersuchenden Probe geregelt.
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Mit
diesem elektrochemischen Biosensor-Teststreifen können sehr
genaue Messungen durchgeführt
werden, außerdem
reichen bereits geringe Mengen der Probe aus. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass die chemischen Stoffe für die Arbeitselektrode bzw.
für die
Referenzelektrode getrennt werden, da die Herstellungsverfahren
der beiden Elektroden separat ablaufen.
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Mit
herkömmlichen
elektrochemischen Biosensor-Messsystemen konnte jedoch in jedem
Gerät nur
jeweils ein Material getestet werden, und es war äußerste Aufmerksamkeit
notwendig, wenn man mit nur einem Gerät genaue Ergebnisse aus verschiedenen
Materialien erhalten wollte. Daher mussten die Hersteller von Biosensor-Auslesemessgeräten sich stark
auf das Herstellungsverfahren konzentrieren, damit Funktionsstörungen beim
Gebrauch des Auslesemessgerätes
weitgehend ausgeschlossen werden konnten.
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EP 0471986 A bezieht
sich auf ein Blutzucker-Messsystem, bei dem ein Einmal-Teststreifen verwendet
wird, wobei der Teststreifen unterscheiden kann, ob Blut in den
Teststreifen eingebracht wurde, indem der elektrische Widerstand
zwischen einem Elektrodenpaar gemessen wird. Das Messsystem kann
auch verschiedene Vorgänge
abwickeln, wie beispielsweise eine Änderung des Messmodus durch Anbringen
eines länglichen
Widerstandes auf dem Teststreifen, oder eine Korrektur der Messungen
des Auslesemessgerätes,
etc.
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US 4,999,582 A offenbart
einen Stromkreis, bei dem an beide Enden des Teststreifens die Reaktionsspannung
angelegt wird, nachdem festgestellt wurde, ob sich der Teststreifen
im Biosensor-Auslesemessgerät
befindet.
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WO
01/33216, ein Dokument unter Artikel 54(3) und (4) EPÜ, offenbart
einen ähnlichen
Teststreifen mit Einführmonitor.
Der Einführmonitor
dient zur Überprüfung, ob
der Teststreifen richtig eingebracht wurde.
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US 5,395,504 A offenbart
zwei Elektroden, die Arbeitselektrode und die Referenzelektrode,
die auf einem Biosensor-Teststreifen angebracht sind. Nur auf einer
dieser Elektroden ist ein Reagens angebracht. Die zwei Elektroden
enthalten außerdem Anschlusszonen
für den
elektrischen Anschluss an ein Auslesemessgerät. Das Auslesemessgerät weist zwei
Klemmen für
den elektrischen Anschluss an diese zwei Zonen auf.
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US 5,366,609 A offenbart
ein Auslesemessgerät
für herkömmliche
Teststreifen mit zwei Elektroden. Das Auslesemessgerät enthält eine
austauschbare Hardware-Komponente, beispielsweise eine ROM-Taste
für ein
problemloses Update des Analyse-Algorithmus.
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US 5,438,271 A offenbart
einen Teststreifen mit zwei Elektroden, also einer Arbeitselektrode
und einer Referenzelektrode. Außerdem
wird ein Prüfstreifen
für das
Kalibrieren des entsprechenden Auslesemessgerätes vorgestellt. Der Prüfstreifen
weist drei Elektroden auf. Zwei dieser Elektroden sind durch einen
Draht kurzgeschlossen, damit die elektrische Spannung an beiden
Elektroden immer identisch ist. In
US 5,438,271 A wird also ein Stromkreis beschrieben,
der feststellt, ob der Streifen richtig in das Biosensor-Auslesemessgerät eingebracht
wurde, und der unterscheiden kann, ob es sich bei dem eingebrachten
Streifen um einen Teststreifen oder um einen Korrekturstreifen handelt.
Die entsprechenden Schwierigkeiten, die bereits in Verbindung mit
US 5,437,999 A genannt
wurden, treten auch hier auf.
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Bei
bereits existierenden Biosensor-Auslesemessgeräten konnten keine unterschiedlichen
Materialien mit nur einem Biosensor-Auslesemessgerät analysiert
werden, da sie nur feststellen können,
ob ein Streifen eingebracht wurde, und unterscheiden können, ob
es sich bei dem eingebrachten Streifen um einen Teststreifen oder
um einen Korrekturstreifen handelt.
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Um
diese Schwachpunkte der eben genannten Vorgänger-Methoden zu beseitigen,
bietet die Erfindung einen elektrochemischen Biosensor-Teststreifen
nach Anspruch 1, ein elektrochemisches Biosensor-Auslesemessgerät nach Anspruch
5, ein System nach Anspruch 7 und ein Verfahren nach Anspruch 8.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
sind in den entsprechenden Ansprüchen
festgehalten.
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Der
Teststreifen der vorliegenden Erfindung lässt das Auslesemessgerät automatisch
erkennen, welches Material das auf dem Teststreifen angebrachte
Reagens untersuchen soll.
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Das
Biosensor-Auslesemessgerät
dieser Erfindung kann außerdem
quantitative Analyse von verschiedenen Materialien in Abhängigkeit
des Teststreifens gezielt durchführen.
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Diese
Erfindung verfügt
zudem über
einen Korrektur-Teststreifen zur automatischen Korrektur des Auslesemessgerätes, um
den elektrischen Strom genau zu messen, der im Teststreifen fließt, zur
Analyse der Konzentration des Materials mit Hilfe der Reaktionen
zwischen dem zu analysierenden Material und dem Reagens.
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Das
erste besondere Merkmal des elektrochemischen Biosensor-Teststreifens
dieser Erfindung ist die Erkennungselektrode, die an einer festgelegten
Position des Teststreifens ausgebildet ist und das Material anzeigt,
das das auf dem Teststreifen angebrachte Reagens analysieren soll
(im Weiteren als „Analyt" bezeichnet).
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Das
zweite besondere Merkmal des Biosensor-Auslesemessgerätes dieser
Erfindung besteht darin, dass die quantitative Analyse der Analyten machbar
wird durch die Unterscheidung des Analyten auf dem Teststreifen
nach einem automatischen Erfassen der Position der Erkennungselektrode
in Abhängigkeit
des Einbringens des Teststreifens und nach einer gezielten Ausführung des
entsprechenden Algorithmus für
den Analyten.
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Das
dritte besondere Merkmal des Biosensor-Auslesemessgerätes gemäß dieser
Erfindung ist eine Fassungseinrichtung, die eine elektrische Verbindungseinrichtung,
deren Verbindungsanschlüsse als
gedruckte Schaltungsmuster ausgebildet sind, und eine Niederhalteeinrichtung
aufweist, die durch Andrücken
des Teststreifens an die elektrische Verbindungseinrichtung eine
elektrische Verbindung zwischen der Elektrode des Teststreifens
und dem Verbindungsanschluss der elektrischen Verbindungseinrichtung
herstellt.
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Ferner
ist das elektrochemische Biosensor-Auslesemessgerät gemäß dieser
Erfindung ein Auslesemessgerät,
das mit dem elektrochemischen Biosensor-Teststreifen arbeitet, der
als erstes Merkmal oben genannt wurde. Dieses Auslesemessgerät umfasst
eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Erkennungselektrode,
eine Schaltung zur Erzeugung einer Arbeitsspannung, die eine Arbeitsspannung
an die Arbeitselektrode anlegt, eine Spannungskonvertierungseinrichtung,
die den elektrischen Strom, der durch die Arbeitselektrode fließt, in ein
analoges Spannungssignal umwandelt, einen Analog/Digital-Konverter,
der das analoge Signal in ein digitales umwandelt, und eine Steuereinrichtung, die
die Schaltung zur Erzeugung einer Arbeitsspannung betätigt, um
erstmals eine Spannung an die Arbeitselektrode anzulegen, wenn der
Teststreifen in das Auslesemessgerät eingebracht wird (t0), und
um nach einer bestimmten Zeit (t2) für eine definierte Zeitdauer
zum zweiten Mal eine Spannung an die Arbeitselektrode anzulegen
in Abhängigkeit
der Position der Erkennungselektrode, die von der Erkennungselektroden-Erfassungseinrichtung
erfasst wurde, wenn die Probe eingebracht ist (t1), und um dann (t3)
zum dritten Mal eine Spannung an die Arbeitselektrode anzulegen
und die Konzentration des interessierenden Analyten zu messen in
Abhängigkeit
der Position der Erkennungselektrode durch Lesen des digitalen Signals
des Analog/Digital-Konverters nach einer definierten Zeitdauer (t4)
ab dem Anlegen der dritten Spannung (t3).
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Mit
Hilfe der eben genannten Erfindung ist es möglich, eine quantitative Analyse
von verschiedenen Blutwerten wie Blutzucker, Cholesterin und auch GOT
(Glutamat-Oxalacetat-Transaminase),
GPT (Glutamat-Pyruvat-Transaminase), etc. mit nur einem Auslesemessgerät durchzuführen, da
der Teststreifen das Auslesemessgerät ohne Betätigung einer Taste automatisch
die interessierenden Analyten erkennen lässt. Da das Auslesemessgerät außerdem keine
zusätzlichen
Fassungen benötigt,
sind die Herstellungskosten sehr niedrig. Ferner lässt sich
problemlos ein Prüfstreifen
aus der Erkennungselektrode und einem Widerstand herstellen, um
so die genaue Konzentration des interessierenden Analyten zu messen.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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1 ist
eine Ansicht eines herkömmlichen elektrochemischen
Biosensor-Teststreifens im zerlegten Zustand.
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2 ist
eine Ansicht des Teststreifens aus 1 im zusammengebauten
Zustand.
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3 zeigt die Ausführung des Teststreifens dieser
Erfindung, 3a ist ein Grundriss, und
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3b ist
eine Ansicht von links.
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4 ist
ein Grundriss von zwei Arten von Teststreifen mit unterschiedlicher
Position der Erkennungselektrode.
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5 ist
eine Ansicht einer elektrischen Verbindungseinrichtung, die ein
Bestandteil der Fassungseinrichtung des Auslese-Messgerätes ist.
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6 ist
ein Grundriss einer elektrischen Verbindungseinrichtung, die ein
Bestandteil der Fassungseinrichtung des Auslese-Messgerätes ist.
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7 ist
eine Ansicht einer Niederhalteeinrichtung, die ein Bestandteil der
Fassungseinrichtung des Auslese-Messgerätes ist.
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8 ist
ein Schaltplan des Auslesemessgerätes dieser Erfindung.
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9a zeigt
eine Kurve der Arbeitsspannung, die an eine Arbeitselektrode angelegt
wird, und
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9b zeigt
eine Kurve des elektrischen Stroms, der in der Arbeitselektrode
fließt.
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10 ist
ein Flussdiagramm, das die Arbeitsvorgänge des Auslesemessgerätes dieser
Erfindung veranschaulicht
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11 ist
ein Grundriss des Korrektur-Teststreifens dieser Erfindung.
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Beste Ausführungsweisen
der Erfindung
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung insbesondere in Bezug auf
die Ausführungen
in den Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungen
sollen jedoch lediglich die Erfindung detailliert beschreiben, nicht
aber den Umfang der Erfindung einschränken.
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3 zeigt die Ausführung eines Teststreifens dieser
Erfindung, 3a ist ein Grundriss, und 3b ist
eine Ansicht von links. In 3a ist 33 eine
Arbeitselektrode, auf der der Oxidations-Reduktions-Prozess zwischen
einem interessierenden Analyten und einem Reagens abläuft, 34 ist
eine Referenzelektrode und 35 ist eine Erkennungselektrode.
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Wie
in 3a dargestellt ist die Erkennungselektrode an
einer vorgegebenen Position des Teststreifens ausgebildet, die in
Abhängigkeit
davon bestimmt wird, welches Material das Reagens, das vom Kapillarraum 36 über die
Arbeitselektrode und über die
Erkennungselektrode angebracht ist, untersuchen soll. Wenn der Teststreifen
in das Biosensor-Auslesemessgerät
eingebracht wird, kann dieses erkennen, welches Material der Teststreifen
analysieren soll, indem es die Position der Erkennungselektrode
auf dem Teststreifen erfasst.
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Als
Materialien für
ein isolierendes Substrat bei dieser Erfindung sind verschiedene
Isolatoren geeignet, doch für
eine Massenfertigung der elektrochemischen Biosensor-Teststreifen
dieser Erfindung sind Materialien vorzuziehen, die durch ihre gute
Verformbarkeit zum Walzen und durch ihre hohe Festigkeit als Träger geeignet
sind. Vorzugsweise werden hochmolekulare Verbindungen empfohlen,
wie Polyester, Polycarbonat, Polystylen, Polyimid, Polyvinylchlorid,
Polyethylen, etc., und insbesondere Polyethylen-Terephthalat kann
verwendet werden.
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Es
empfiehlt sich, die Elektrodenstreifen 33, 34, 35 auf
das isolierende Substrat 31 durch Sputtern mit Hilfe einer
Schattenmaske aufzubringen. Das heißt, eine Schattenmaske mit
dem Muster der Elektrodenstreifen wird auf das isolierende Substrat
gelegt, ein elektrischer Sputtervorgang läuft ab, die Schattenmaske wird
wieder entfernt, und man erhält die
Elektrodenstreifen 33, 34, 35, die sich
auf dem isolierenden Substrat 31 ausgebildet haben. Hierbei wird
für die
Schattenmaske vorzugsweise ein dünnes Blech
aus rostfreiem Metall verwendet. Die Stärke der Schattenmaske sollte
etwa 0,2 mm betragen. Wird der Elektrodenstreifen durch Sputtern
mit Hilfe einer Schattenmaske aufgebracht, so kann problemlos und
ohne weitere Nachbearbeitung eine sehr detaillierte 0,1 mm-Elektrode
[S. 4, Z. 46: engl. unklar, ob es sich um die Stärke handelt] ausgebildet werden.
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Für die Elektroden
werden vorzugsweise Edelmetalle wie Palladium, Platin, Gold, Silber,
etc. verwendet, da Edelmetalle hervorragende elektrochemische Eigenschaften
aufweisen, beispielsweise eine ausgezeichnete Stabilität und Reproduzierbarkeit
an der Oberfläche
der Elektrode, eine hohe Oxidationsbeständigkeit, etc. Besonders Gold
ist als Material für
die Elektrode zu empfehlen. Gold ist verhältnismäßig kostengünstig, leicht zu verarbeiten,
und weist eine günstige
Haftung an Kunststoffen sowie eine hohe Leitfähigkeit auf. Selbst wenn die
Goldelektrode also mit einer Stärke
von nur etwa 100 nm durch Sputtern hergestellt wird, weist sie doch
einen geringen elektrischen Widerstand auf und haftet fest am isolierenden
Substrat, einem Kunststofffilm oder Ähnlichem, und ist so als Einmal-Elektrode
gut geeignet.
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Das
hier verwendete Reagens 38 kann Enzyme enthalten, sowie
einen Redox-Mediator, hydrophile hochmolekulare Verbindungen und
oberflächenaktive
Substanzen. Die Enzyme variieren je nach den Materialien, die erfasst
oder analysiert werden sollen. Glucose-Oxidase, beispielsweise,
kann zur Analyse oder Erfassung von Glucose verwendet werden. Der
verwendete Redox-Mediator umfasst Kaliumferricyanid, Imidazol-Osmium-Mediator,
der im U.S. Patent 5,437,999 beschrieben wird, etc. Neben Enzymen
und Redox-Mediator können
auch Puffer, hydrophile Schichten (film formatant) und oberflächenaktive
Substanzen im Reagens 38 enthalten sein. Der Puffer dient
dazu, bestimmte Bedingungen wie den pH-Wert während der Reaktion des Reagens und
der zu analysierenden Probe auf regelmäßigem Niveau zu halten, hydrophile
hochmolekulare Verbindungen werden benötigt, um das Reagens problemlos
auf der Elektrode zu befestigen, und oberflächenaktive Substanzen sollen
das Fließen
der zu analysierenden Probe in den Kapillarraum erleichtern, das durch
Kapillarwirkung geschieht. Ein Reagens, das beispielsweise Glucose
untersuchen soll, kann erhalten werden durch eine Verbindung aus
Kaliumferricyanid, Kaliumphosphat-Puffer, Cellulose, oberflächenaktivem
Triton X-100, Natriumsuccinat und Glucose-Oxidase, mit Verweis auf
das U.S. Patent 5,762,770 für
Beispiele für
verwendbare Enzyme und Redox-Mediator und entsprechende Herstellungsverfahren.
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Das
Prinzip der Messung der Konzentration des zu analysierenden oder
zu erfassenden Materials aus der Probe mit Hilfe des elektrochemischen
Biosensor-Teststreifens dieser Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
Wenn beispielsweise Glucose in einer Blutprobe erfasst und analysiert
werden soll, wird Glucose-Oxidase als Enzym verwendet und Kaliumferricyanid
als Redox-Mediator, und so wird Glucose oxidiert und Ferricyanid
wird desoxidiert zu Ferrocyanid. Hierbei wirkt Glucose-Oxidase als
Katalysator. Wenn nach einer bestimmten Reaktionszeit von einer
Stromquelle eine Spannung an beide Elektroden angelegt wird, wird
durch den Elektronenübergang,
der durch die Reoxidation des Ferrocyanid entsteht, elektrischer
Strom erzeugt. Die Spannung, die an die zwei Elektroden angelegt
wird, sollte unter 300 mV sein, und unter Berücksichtigung der Eigenschaften
des Mediators werden etwa 100 mV verwendet.
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Elektrischer
Strom, der mit diesem Verfahren gemessen wird, lässt sich in Korrelation setzen
mit der Konzentration des Analyten in der Probe, indem der Algorithmus
ausgeführt
wird, der im Biosensor-Auslesemessgerät gespeichert ist. Durch Integration
der Stromstärke über eine
bestimmte Messdauer aus der Stromstärke/Zeit-Kurve erhält man die Gesamtmenge
der elektrischen Ladung während
dieser Zeitdauer (diese elektrische Ladung ist direkt proportional
zur Konzentration des interessierenden Analyten).
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4 zeigt
Beispiele für
zwei Arten von elektrochemischen Biosensor-Teststreifen mit unterschiedlichen
Positionen der Erkennungselektrode gemäß dieser Erfindung; 4a ist ein Teststreifen für die Messung
von Blutzucker, 4b ist ein Teststreifen
für die
Messung von Cholesterin und 4c ist
ein Korrekturstreifen (im Weiteren als „Prüfstreifen" bezeichnet) zur Korrektur des Auslesemessgerätes, um
den elektrischen Strom im Teststreifen in die genaue Konzentration
umzuwandeln, indem die Informationen des Teststreifens an das Auslesemessgerät weitergegeben
werden. Die Erkennungselektroden 40a, 40b und 40c sind
in unterschiedlichen Positionen ausgebildet (vgl. 4),
damit das Auslesemessgerät
erkennt, dass die unterschiedlichen Reagenzien automatisch auf dem
Kapillarraum angebracht sind in Abhängigkeit des interessierenden
Analyten, ohne jegliche manuelle Betätigung eines Schalters.
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Die
Erkennungselektrode kann zweidimensional auf dem Teststreifen angeordnet
sein. Wenn die Erkennungselektrode zweidimensional angeordnet ist,
kann sie mit verschiedenen Informationen zur Position problemlos
auf dem räumlich
begrenzten Teststreifen ausgebildet sein.
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5 ist
eine Ansicht einer Fassungseinrichtung eines herkömmlichen
Auslesemessgerätes. Da
bei der Fassungseinrichtung 50 eines herkömmlichen
Auslesemessgerätes
(vgl. 5) die Metallstreifen 52 eindimensional
der Breite des Teststreifens nach angeordnet sind, ist die Anzahl
der Elektroden auf dem Teststreifen für eine solche Fassungseinrichtung
begrenzt. Außerdem
war diese herkömmliche
Fassungseinrichtung teuer und schwierig herzustellen.
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Die
Fassungseinrichtung des Biosensor-Auslesemessgerätes dieser Erfindung besteht aus
einer elektrischen Verbindungseinrichtung, deren Verbindungsanschlüsse als
gedruckte Schaltungsmuster ausgebildet sind, und einer Niederhalteeinrichtung,
die durch Andrücken
des Teststreifens an die elektrische Verbindungseinrichtung eine
elektrische Verbindung zwischen der Elektrode des Teststreifens
und dem Verbindungsanschluss der elektrischen Verbindungseinrichtung
herstellt.
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6 ist
ein Grundriss, der das gedruckte Schaltungsmuster der elektrischen
Verbindungseinrichtung zeigt, die ein Bestandteil der Fassungseinrichtung
des Auslese-Messgerätes dieser
Erfindung ist. Wie 6 veranschaulicht sind die Verbindungsanschlüsse als
gedruckte Schaltungsmuster ausgebildet, entsprechend des Endabschnitts
der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode auf dem Teststreifen
und der Position der Erkennungselektrode, wenn der Teststreifen
vollständig
in die Fassungseinrichtung des Auslesemessgerätes eingebracht ist.
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Die
elektrische Verbindung zwischen dem Teststreifen und dem Biosensor-Auslesemessgerät wird durch 4 und 6 veranschaulicht.
Wenn der Teststreifen aus 4 in die
Fassungseinrichtung des Biosensor-Auslesemessgerätes aus 6 mit der
enthaltenen elektrischen Verbindungseinrichtung eingebracht ist,
wird die Arbeitselektrode 33 auf dem Teststreifen elektrisch
verbunden mit dem Arbeitselektroden-Verbindungsanschluss 62 auf
der elektrischen Verbindungseinrichtung 50. Die Referenzelektrode 34 wird
elektrisch verbunden mit dem Referenzelektroden-Verbindungsanschluss 64,
die Erkennungselektrode für
Blutzucker 40a mit dem ersten Erkennungselektroden-Verbindungsanschluss 66,
und die Erkennungselektrode für
Cholesterin 40b mit dem zweiten Erkennungselektroden-Verbindungsanschluss 68.
Der Erkennungselektroden-Verbindungsanschluss kann problemlos zweidimensional
auf der Leiterplatte aus 6 ausgebildet werden. Da mehrere
Erkennungselektroden-Verbindungsanschlüsse auf der elektrischen Verbindungseinrichtung
der Fassungseinrichtung ausgebildet werden können, ist eine quantitative
Analyse von verschiedenen Materialien mit nur einem Auslesemessgerät möglich. Da
ferner die Verbindungsanschlüsse zweidimensional
ausgebildet werden können,
ist die Toleranzgrenze groß.
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7 ist
eine Ansicht der Niederhalteeinrichtung, die den Teststreifen aus 4 an
die elektrische Verbindungseinrichtung aus 6 andrückt und
so beide elektrisch verbindet. Die elektrische Verbindungseinrichtung
aus 6 befindet sich unter der Niederhalteeinrichtung
aus 7. Der Niederhalter 71 wird angehoben,
wenn der Teststreifen in Richtung A eingebracht wird, wodurch die
Verbindungsstelle 72 in die Verengung gedrückt wird,
und dadurch drückt
der Niederhalter 71 den Teststreifen auf die elektrische
Verbindungseinrichtung darunter. 73 ist ein festes Element
in 7, das in eine Nut auf der elektrischen Verbindungseinrichtung 60 eingebracht
wird und so die Niederhalteeinrichtung 70 an der elektrischen
Verbindungseinrichtung 60 befestigt.
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8 ist
der Schaltplan des elektrochemischen Biosensor-Auslesemessgerätes dieser
Erfindung. Wenn der Teststreifen 30 (vgl. 4a)
richtig in den elektrischen Verbindungsabschnitt des Auslesemessgerätes 80 eingebracht
wird, fällt
die Spannung am Anschlusspunkt A, an dem die Erkennungselektrode 35 auf
dem Teststreifen 30 angeschlossen ist, von 5 V auf 0 V.
Dieser Spannungsfall wird an I/O 85 registriert und die
Information an den Mikroprozessor 86 weitergegeben, und
so wird das Einbringen des Teststreifens in den elektrischen Verbindungsabschnitt
des Auslesemessgerätes
registriert. Da außerdem
an I/O 85 die Spannung von 0 V und an I/O 84 die
Spannung von SV bleibt, kann der Mikroprozessor 86 erkennen,
dass der eingebrachte Teststreifen der Messung von Blutzucker dient.
Wenn der Teststreifen aus 4b eingebracht
wird, bleibt an I/O 25 des elektrischen Verbindungsabschnitts des
Auslesemessgerätes
eine Spannung von SV und an I/O 24 eine Spannung von 0
V, so dass der Mikroprozessor automatisch erkennt, dass es sich
um einen Teststreifen für
Cholesterin handelt, und wenn der Teststreifen aus 4c eingebracht
wird, erkennt der Mikroprozessor automatisch, dass es sich bei dem
Teststreifen um einen Prüfstreifen
handelt, da sowohl an I/O 24 als auch an I/O 25 des
elektrischen Verbindungsabschnitts des Auslesemessgerätes eine
Spannung von 0 V bleibt. Der Prüfstreifen
liefert die Informationen auf dem Teststreifen an das Auslesemessgerät und überprüft so, dass
das Auslesemessgerät
die Konzentration des Analyten noch genauer misst.
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Wenn
der Teststreifen für
die Blutzuckermessung aus 4a in den
elektrischen Verbindungsabschnitt des Auslesemessgerätes 80 eingebracht wird,
wird der Schalter des Arbeitsspannungsgenerators 81 zum
Operationsverstärker
OP geschlossen, und der Arbeitsspannungsgenerator 81 erzeugt
eine Spannung von 300 mV. Durch die Rückkopplung des Operationsverstärkers OP
wird durch die erzeugte Spannung eine Arbeitsspannung von 300 mV
zwischen der Referenzelektrode 33 und der Arbeitselektrode 34 des
Teststreifens angelegt.
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Anschließend folgt
eine Wartezeit, bis Blut in den Reaktionsabschnitt 36 des
Teststreifens eingebracht wird. Wird das Blut zum Zeitpunkt t1 (vgl. 9b)
eingebracht, entsteht elektrische Ladung aufgrund der chemischen
Reaktionen zwischen dem Blut und dem Reagens, das im Reaktionsabschnitt angebracht
ist, und die elektrische Ladung wird durch die Arbeitsspannung,
die an der Arbeitselektrode angelegt ist, zu elektrischem Strom.
Dieser elektrische Strom fließt über einen
Widerstand Rf in einen Analog/Digital-Konverter 83. Der
Mikroprozessor 86 misst die Stromstärke, indem er die Veränderungen der
Werte des Analog/Digital-Konverters erfasst, und wenn die Stromstärke einen
bestimmten Wert (t2) übersteigt,
erkennt er, dass Blut eingebracht wurde. Wenn kein Blut eingebracht
wurde, kann aufgrund von Rauschen etwas Strom an der Eingangsklemme des
Analog/Digital-Konverters 83 fließen, auch wenn theoretisch
kein Strom fließt.
Um daher durch Rauschen verursachte Störungen zu verhindern, erkennt der
Mikroprozessor den Fall, dass Blut eingebracht wurde, erst dann,
wenn die Stromstärke,
die der Analog/Digital-Konverter 83 anzeigt (vgl. 9b),
einen definierten Wert übersteigt.
Da die Stromstärke
je nach interessierendem Analyten unterschiedlich ist, variiert
der kritische Wert der Stromstärke
(ith), der anzeigen soll, ob Blut eingebracht ist, in Abhängigkeit des
Analyten. Da das Biosensor-Auslesemessgerät dieser Erfindung mit der
Erkennungselektrode 35 automatisch unterscheiden kann,
welches Material der Teststreifen analysieren soll, können in
Abhängigkeit des
Analyten unterschiedliche kritische Werte der Stromstärke (ith)
verwendet werden, indem die Werte, die bereits im Auslesemessgerät gespeichert sind,
gelesen werden.
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Wenn
zum Zeitpunkt t2 der Mikroprozessor erkennt, dass Blut eingebracht
wurde, sinkt die Spannung des Arbeitsspannungsgenerators 81 auf
nahezu 0 V. Elektrische Ladung sammelt sich hierbei um die Arbeitselektrode
aufgrund der chemischen Reaktionen zwischen dem Blut und dem Reagens
des Reaktionsabschnitts 36. Nach einer bestimmten Reaktionszeit
steigt die Spannung des Arbeitsspannungsgenerators 81 auf
300 mV zum Zeitpunkt t3. Wenn eine Spannung von 300 mV als Arbeitsspannung
angelegt wird (vgl. 9a), fließt elektrischer Strom durch
die Arbeitselektrode (vgl. 9b), und
nach einer bestimmten Zeit t4 wird der elektrische Strom gemessen,
der durch den Teststreifen 10 fließt. Der Mikroprozessor ist
mit einem ROM versehen (nicht dargestellt), der das Verhältnis zwischen
dem elektrischen Strom und der Konzentration der interessierenden
Analyten speichert. Dies ermöglicht
eine Messung der Konzentration des Blutzuckers im Blut durch Ablesen
des elektrischen Stroms zum Zeitpunkt t4. Wird der Teststreifen
für Cholesterin
aus 4b verwendet, wird der elektrische
Strom zum Zeitpunkt t4 auf die Konzentration von Cholesterin im Blut
bezogen.
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10 ist
ein Flussdiagramm, in dem die Arbeitsbefehle des Auslesemessgerätes dieser
Erfindung dargestellt sind. Wenn die Einschalttaste gedrückt wird,
bestätigt
das Auslesemessgerät,
ob der Teststreifen eingebracht worden ist (110), und ein Symbol
leuchtet auf dem LCD-Display, das dazu auffordert, den Teststreifen
einzubringen. Wenn der Teststreifen eingebracht ist, folgt ein Summerton,
und das Auslesemessgerät
bestätigt,
ob die Erkennungselektrode auf der Blutzucker-Anzeigeposition und
auf der Cholesterin-Anzeigeposition
auf dem Teststreifen ausgebildet ist, in der Reihenfolge 112, 114, 116, 118. Ist
die Erkennungselektrode sowohl auf der Blutzucker-Anzeigeposition
als auch auf der Cholesterin-Anzeigeposition ausgebildet, wird die
Verfahrensroutine 120 für
den Prüfstreifen
ausgeführt,
ist die Erkennungselektrode nur auf der Cholesterin-Anzeigeposition
ausgebildet, wird die Verfahrensroutine 122 für Cholesterin
ausgeführt,
und ist Erkennungselektrode nur auf der Blutzucker-Anzeigeposition
ausgebildet, wird die Verfahrensroutine 124 für Blutzucker ausgeführt. Nach
dem Ausführen
der Verfahrensroutine wird der Teststreifen entnommen, und wenn
innerhalb einer bestimmten Zeitdauer kein neuer Teststreifen eingebracht
wird, schaltet sich das Auslesemessgerät automatisch ab. Wenn ein
neuer Teststreifen eingebracht wird, folgt wieder ein Summerton, und
das Auslesemessgerät
wiederholt die Schritte 112, 114, 116, 118 zur
Bestätigung
der Position der Erkennungselektrode auf dem Teststreifen.
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Es
ist bei Schritt 110 nicht nur eine Bestätigung möglich, ob der Teststreifen
eingebracht wurde, sondern es kann auch als weiterer Schritt die
Bestätigung
ergänzt
werden, ob die Speicher-Taste des Auslesemessgerätes gedrückt wurde. Im Falle, dass die
Speicher-Taste gedrückt
wurde, werden die Werte abgerufen, die im EEPROM des Auslesemessgerätes gespeichert
sind.
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Wenn
der Teststreifen innerhalb einer bestimmten Zeitdauer nicht eingebracht
wird, ertönt
ein Warnsignal und das Gerät
wird automatisch abgeschaltet. Wenn der Teststreifen während der
Messung aus dem Auslesemessgerät
fällt,
werden die Schritte ab 110 wiederholt.
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Im
Folgenden wird das Ausführen
der Verfahrensroutine 124 für Blutzucker beschrieben. Zuerst
zeigt das Auslesemessgerät
auf dem LCD-Display an, dass es sich um Blutzucker handelt, und
bestätigt
mit einem aufleuchtenden Symbol, ob die Probe eingebracht wurde.
Wenn die Probe eingebracht ist, folgt eine kurze Wartezeit von beispielsweise
15 Sekunden, in der die Reaktion der Probe und des Reagens abläuft. Nach
15 Sekunden wird zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode
auf dem Teststreifen über
kurze Zeit, beispielsweise 15 Sekunden, eine Spannung von etwa 0,1
V angelegt, anschließend
wird der elektrische Strom gemessen, der auf der Elektrode des Teststreifens
fließt,
dieser wird in den Blutzuckerwert umgewandelt, der Wert im EEPROM
gespeichert und auf dem LCD-Display angezeigt.
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Das
Ausführen
der Verfahrensroutine 122 für Cholesterin ist identisch
mit dem der Verfahrensroutine 124 für Blutzucker, nur das entsprechende
Verhältnis
zwischen den Cholesterinwerten und dem elektrischen Strom an der
Elektrode des Teststreifens ist verschieden.
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11 stellt
eine Ausführung
des Prüfstreifens
dieser Erfindung dar. 111 ist eine Erkennungselektrode, 112 ist
eine Referenzelektrode, 113 ist eine Arbeitselektrode, 114 ist
ein Widerstand, der dem Auslesemessgerät Informationen zum Teststreifen liefert.
Wenn ein Prüfstreifen 110 in
das Auslesemessgerät
eingebracht wird (vgl. 8), wird wie bereits erwähnt der
eingebrachte Teststreifen vom Mikroprozessor 86 als Prüfstreifen
erkannt, da bei den Punkten A und B die Spannung auf 0 V sinkt.
In einem Prüfstreifen 110 sind
die Referenzelektrode 112 und die Arbeitselektrode 113 über den
Widerstand 114 verbunden. Der Widerstand 114 lässt eine
bestimmte Stromstärke
durch die Arbeitselektrode 113 fließen, wenn an die Arbeitselektrode 113 eine
Arbeitsspannung angelegt ist. Der elektrische Strom lässt das
Auslesemessgerät
Informationen zum Teststreifen erkennen, da der Strom durch den
Operationsverstärker
OP in Spannung umgewandelt, durch den Analog/Digital-Konverter 83 in
ein digitales Spannungssignal umgewandelt und anschließend durch
den Mikroprozessor 86 gelesen wird. Das Auslesemessgerät kann die
Konzentration der Analyten anhand dieser Informationen genauer messen.