ES2205818T3 - Control de analitos fisiologicos. - Google Patents

Abstract

Un microprocesador (36) programado para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico, en el que el microprocesador (36) se programa para someter una señal de medición a un proceso para favorecer selectivamente componentes de señal específica de analito sobre componentes de señal debidos a especies que interfieren, dicho proceso seleccionado en el grupo constituido por (a) un proceso de señal diferencial que sustrae los componentes de señal de no analito de la señal de medición, (b) una etapa de retardo que se lleva a cabo entre las etapas de extracción y de detección, (c) un proceso de detección electroquímica selectiva que se realiza durante el etapa de detección, (d) una etapa de purga que se lleva a cabo después de la etapa de detección, (e) una etapa de segregación de carga, y (f) cualquier combinación de las mismas.

Description

Control de analitos fisiológicos.

Campo de la invención

La invención se refiere generalmente a la medición de la concentración de analitos químicos diana presentes en un sistema biológico. Una aplicación importante de la invención incluye el control de las concentraciones de glucosa en sangre.

Antecedentes de la invención

Una serie de pruebas diagnósticas se llevan a cabo de manera rutinaria en los seres humanos para evaluar la cantidad o la existencia de sustancias presentes en la sangre o en otros fluidos corporales. Estas pruebas diagnósticas dependen de las muestras de fluidos retiradas de un sujeto, bien usando una jeringa o pinchando en la piel. Una prueba diagnóstica particular conlleva una auto-control de los niveles de glucosa en sangre por parte de los diabéticos.

La diabetes es una cuestión de salud importante, y el tratamiento de la forma más grave de la afección, la diabetes tipo I (insulinodependiente), requiere una o más inyecciones de insulina diaria. La insulina controla la utilización de glucosa o azúcar en la sangre y previene la hiperglucemia, que, si se deja sin corregir, puede conducir a la cetosis. Por otra parte, una administración inadecuada en la terapia con insulina puede llevar a episodios hipoglucémicos, que pueden desembocar en coma y producir la muerte. La hiperglucemia en los diabéticos se ha correlacionado con varios efectos a largo plazo de la diabetes, tales como enfermedad cardiaca, aterosclerosis, ceguera, apoplejía, hipertensión y fallo hepático.

El valor del frecuente control de la glucosa en sangre como medio para evitar o al menos minimizar las complicaciones de la diabetes de tipo I está bien establecido. Los pacientes con diabetes de tipo II (no insulinodependiente) también pueden beneficiarse del control de la glucosa en sangre en el control de su afección mediante la dieta y el ejercicio.

Los procedimientos de control convencionales de la glucosa en sangre requieren generalmente la extracción de una muestra de sangre (por ejemplo mediante un pinchazo en el dedo) para cada prueba, y una determinación del nivel de glucosa usando un instrumento que lee las concentraciones de glucosa mediante procedimientos electroquímicos o colorimétricos. Los diabéticos de tipo I deben realizar varias mediciones de glucosa en sangre mediante un pinchazo en el dedo cada día para mantener un control glucémico estricto. Sin embargo, el dolor y los inconvenientes asociados con la toma de muestra de sangre junto con el miedo a la hipoglucemia, han conducido a un nivel bajo de cumplimiento por parte de los pacientes, a pesar de la gran evidencia de que un control estricto reduce drásticamente las complicaciones diabéticas a largo plazo. De hecho, estas consideraciones pueden a menudo conducir a una disminución del proceso de control por el diabético. Véase, por ejemplo, The Diabetes Control and Complications Trial Research Group (1993) New Eng. J. Med. 329: 977-1036.

Recientemente, se han desarrollado diversos procedimientos para determinar la concentración de analitos en sangre sin extraer sangre. Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos Nº 5.267.152 de Yang et al. describe una técnica no invasiva para medir la concentración de glucosa en sangre usando la espectroscopia láser de reflexión difusa de radiación de IR cercano. También se han descrito dispositivos espectrométricos de IR cercanos similares en la patente de los Estados Unidos Nº 5.086.226 de Rosenthal et al. y la patente de los Estados Unidos Nº 4.975.581 de Robinson et al.

La patente de los Estados Unidos Nº 5.139.023 de Stanley describe un aparato de control transdérmico de la glucosa en sangre que cuenta con un potenciador de permeabilidad (por ejemplo una sal biliar) para facilitar el movimiento transdérmico de la glucosa a lo largo de un gradiente de concentración establecido entre el fluido intersticial y un medio de recepción. La patente de los Estados Unidos Nº 5.036.861 de Sembrowich describe un monitor pasivo de glucosa que recoge el sudor a través de un parche en la piel, donde se usa un agente colinérgico para estimular la secreción de sudor a partir de la glándula sudorípara ecrina. Se han descrito dispositivos similares de recogida de sudor en la patente de los Estados Unidos Nº 5.076.273 de Schoendorfer y la patente de los Estados Unidos Nº 5.140.985 de Schroeder.

Además, la patente de los Estados Unidos Nº 5.279.543 de Glikfeld describe el uso de la iontoforesis para tomar muestras de una sustancia de manera no invasiva a través de la piel en un recipiente sobre la superficie de la piel. Glikfeld muestra que este procedimiento de toma de muestras puede asociarse a un biodetector específico de glucosa o a electrodos específicos de glucosa para controlar la glucosa en sangre. Finalmente, la Publicación internacional Nº WO 96/00110 de Tamada describe un aparato iontoforético para controlar transdérmicamente una sustancia diana, en la que se usa un electrodo iontoforético para mover un analito dentro de un depósito de recogida y se usa un biodetector para detectar el analito diana presente en el depósito.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un sistema de toma de muestras para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico, como el definido en la reivindicación 6 y un microprocesador programado para medir la concentración de dicho analito, tal como se define en la reivindicación 1. El uso de la invención conlleva generalmente la toma de muestras y la detección de un analito del sistema biológico y la emisión de una señal detectable a partir de éste, en el que la señal se refiere específicamente al analito. La señal se puede correlacionar con un valor de medición indicativo de la concentración del analito presente en el sistema biológico. Las configuraciones del sistema de toma de muestras y/o las técnicas de medición se usan para minimizar el efecto de especies que interfieren sobre un medio de detección particular.

La toma de muestra de analitos se lleva a cabo usando un sistema de toma de muestras transdérmico que se coloca en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal. En modos de realización preferidos, el sistema de toma de muestras extrae transdérmicamente el analito del sistema biológico usando la iontoforesis. El sistema de toma de muestras transdérmico se puede mantener en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal para proporcionar una medición constante o continua del analito.

El analito puede ser cualquier sustancia o componente específico que se desea detectar y/o medir en un análisis químico, físico, enzimático u óptico. Dichos analitos incluyen, pero no se limitan a, aminoácidos, sustratos enzimáticos o productos que indican un estado patológico o una afección, otros marcadores de estados patológicos o afecciones, drogas de abuso, agentes terapéuticos y/o farmacológicos, electrolitos, analitos fisiológicos de interés (por ejemplo, calcio, potasio, sodio, cloruro, bicarbonato (CO_{2}), glucosa, urea (nitrógeno en urea en sangre), lactato, hematocrito y hemoglobina), lípidos y análogos. En modos de realización preferidos, el analito es un analito fisiológico de interés, por ejemplo, glucosa o un producto químico que tiene una acción fisiológica, por ejemplo un fármaco o un agente farmacológico.

Por consiguiente, el sistema de toma de muestras de la invención se puede usar en un procedimiento para medir un analito presente en un sistema biológico. El procedimiento comprende una etapa de extracción transdérmica del analito del sistema biológico en una etapa de extracción usando un sistema de toma de muestras que está en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal del sistema biológico; y una etapa de puesta en contacto del analito extraído con un medios detector en una etapa de detección para obtener una señal detectable que se relaciona específicamente con el analito. Las etapas de extracción y de detección se llevan a cabo en un ciclo de medición que favorece selectivamente los componentes de señal específica de analito sobre los componentes de señal debidos a especies que interfieren.

El sistema de toma de muestras de la invención se puede usar en otro procedimiento para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico. El procedimiento incluye un ciclo de medición que comprende una etapa de extracción en la que se extrae transdérmicamente una muestra que contiene el analito del sistema biológico usando un sistema de toma de muestras está en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal del sistema biológico. El procedimiento también comprende una etapa de detección en la que la muestra extraída se pone en contacto con el medio de detección para obtener una señal de medición que se relaciona con la concentración de analito. El ciclo de medición comprende además un procedimiento para favorecer selectivamente los componentes de señal específica de analito sobre los componentes de señal debidos a especies que interfieren. Dichos procedimientos pueden incluir (a) un proceso de señal diferencial que sustrae los componentes de señal de no-analito de la señal de medición, (b) una etapa de retardo que se lleva a cabo entre las señales de extracción y de detección, (c) un proceso de detección electroquímica selectiva que se realiza durante la etapa de detección, (d) una etapa de purga que se lleva a cabo después de la etapa de detección, (e) una etapa de segregación de carga (como en el Ejemplo 1), o cualquier combinación de los procesos (a) a (e).

El sistema de toma de muestras de la invención también se puede usar en otro procedimiento para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico. El procedimiento incluye un ciclo de medición que comprende la extracción transdérmica del analito del sistema biológico en una etapa de extracción usando un sistema de toma de muestras iontoforético que está en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal del sistema biológico, y que pone en contacto el analito extraído con un medio de detección en una etapa de detección para obtener una señal detectable que se refiere específicamente al analito. En particular, el sistema de toma de muestras comprende (a) un primer depósito de recogida que contiene un medio iónicamente conductor, un primer medio de toma de muestra iontoforético para extraer sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el primer depósito de recogida para obtener una concentración del analito, y un primer elemento detector, en el que el primer medio de toma de muestras y el primer elemento detector están en contacto operativo con el primer depósito de recogida; y (b) un segundo depósito de recogida que contiene un medio iónicamente conductor, un segundo medio de toma de muestras iontoforético para extraer sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el segundo depósito de recogida, y un segundo elemento detector en el que el segundo medio de toma de muestras y el segundo elemento detector están en contacto operativo con el segundo depósito de recogida. El ciclo de medición comprende (a) el funcionamiento del primer medio de toma de muestras iontoforético como cátodo iontoforético durante una primera fase de la etapa de extracción, (b) la detección de sustancias extraídas en el primer depósito con el primer elemento detector durante una primera fase de la etapa de detección para obtener una primera señal, (c) la purga de la señal residual del sistema de toma de muestras en una etapa de purga, (d) el funcionamiento del segundo medio de toma de muestras iontoforético como cátodo iontoforético durante una segunda fase de la etapa de extracción, y (e) la detección de sustancias extraídas en el segundo depósito con el segundo elemento detector durante una segunda fase de la etapa de detección para obtener una segunda señal. Al menos una de la primera y segunda señal comprende un componente de señal específica de analito.

\newpage

En una realización particular, uno de los depósitos de recogida incluye una enzima que reacciona específicamente con el analito extraído, y el segundo depósito no contiene la enzima.

El sistema de toma de muestras de la invención también se puede usar en otro procedimiento para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico. El procedimiento incluye la extracción transdérmica del analito del sistema biológico en una etapa de extracción usando un sistema de toma de muestra iontoforético que comprende un primer y un segundo depósito de recogida que están respectivamente en contacto operativo con un primer y un segundo medio de toma de muestras iontoforético y la piel o una superficie mucosal del sistema biológico. El primer y el segundo medio de toma de muestras iontoforético extraen sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el primer y el segundo depósito de recogida, y el primer medio de recogida de muestras iontoforético funciona como un cátodo durante la etapa de extracción. El procedimiento comprende además sustancias de recogida pasiva difundidas desde, o segregadas por el sistema biológico en un tercer depósito de recogida usando un sistema pasivo de toma de muestras transdérmico que está en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal del sistema biológico. El analito que se extrae en el primer depósito de recogida se pone en contacto a continuación con un medio de detección en una etapa de detección para obtener una señal activa, y las sustancias recogidas en el tercer depósito de recogida se ponen en contacto con el medio de detección para obtener una señal blanco. La señal blanco se sustrae a continuación de la señal activa para proporcionar una señal específica de analito.

En un aspecto de los dispositivos de la presente invención, se puede usar una etapa de segregación de carga para reducir la presencia de especies que interfieren en el medio de detección. Por ejemplo, el ciclo de medición puede incluir una etapa de segregación de carga en la que la detección se realiza en el cátodo y ciertas especies que interfieren se recogen preferiblemente en el ánodo, o viceversa.

El sistema de toma de muestras de la invención también se puede usar en un procedimiento relacionado para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico. El procedimiento incluye la extracción transdérmica del analito en el sistema biológico en una etapa de extracción usando un sistema de toma de muestras iontoforético que comprende un primer, un segundo y un tercer depósito de recogida que están respectivamente en contacto operativo con el primer, el segundo y el tercer medio de toma de muestras iontoforético y la piel o una superficie mucosal del sistema biológico. El primer, el segundo y el tercer medio de toma de muestras iontoforético extraen respectivamente sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el primer, el segundo y el tercer depósito de recogida, y el primer y el segundo medio de recogida de muestras iontoforético funcionan como cátodos durante la etapa de extracción. El procedimiento comprende además la puesta en contacto del analito extraído en el primer depósito de recogida con un medio de detección en una etapa de detección para obtener una señal activa, y la puesta en contacto de las sustancias extraídas en el segundo depósito de recogida con el medio de detección para obtener una señal blanco. Se obtiene entonces una señal específica de analito sustrayendo la señal blanco de la señal activa.

El sistema de toma de muestras de la invención también se puede usar en un procedimiento relacionado adicional para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico. El procedimiento incluye la extracción transdérmica del analito del sistema biológico en una etapa de extracción usando un sistema de toma de muestras iontoforético que comprende un primer, un segundo y un tercer depósito de recogida que están respectivamente en contacto operativo con el primer, el segundo y el tercer medio de toma de muestras iontoforético y la piel o una superficie mucosal del sistema biológico. El primer, el segundo y el tercer medio de toma de muestras iontoforético extraen respectivamente sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el primer, el segundo y el tercer depósito de recogida, y el primer y el segundo medio de recogida de muestras iontoforético funcionan como cátodos durante la etapa de extracción. El procedimiento adicional comprende además la puesta en contacto del analito extraído en el primer y el segundo depósito de recogida con un medio de detección en una etapa de detección para obtener múltiples señales específicas de analito.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de toma de muestras para medir un analito presente en un sistema biológico. El sistema de toma de muestras comprende, en combinación operativa (a) un medio de toma de muestras para extraer el analito del sistema biológico, (b) un medio de detección en contacto operativo con el analito extraído por el medio de toma de muestras, y (c) un medio microprocesador en comunicación operativa con los medios de toma de muestras y de detección. El medio de toma de muestras se adapta para extraer el analito a través de la piel o de una superficie mucosal de un sistema biológico. En unos modos de realización preferidos, el medio de toma de muestras se usa para extraer continuamente el analito. El medio de detección se usa para obtener una señal detectable del analito extraído, en el que la señal se refiere específicamente al analito. El medio microprocesador se usa para controlar el medio de toma de muestras y el medio de detección para proporcionar uno o más ciclos de medición.

En un aspecto de la invención, el sistema de toma de muestra comprende (a) un primer depósito de recogida que contiene un medio iónicamente conductor, un primer medio de toma de muestras iontoforético para extraer sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el primer depósito de recogida, y un primer elemento detector en el que el primer medio de toma de muestras y el primer elemento detector están en contacto operativo con el primer depósito de recogida; y (b) un segundo depósito de recogida que contiene un medio iónicamente conductor, un segundo medio de toma de muestras iontoforético para extraer sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el segundo depósito de recogida, y un segundo elemento detector, en el que el segundo medio de toma de muestras y el segundo elemento detector están en contacto operativo con el segundo depósito de recogida. En el sistema de toma de muestras del sujeto el microprocesador controla un ciclo de medición que comprende (a) el funcionamiento del primer medio de toma de muestras iontoforético como un cátodo iontoforético durante una primera fase de la etapa de extracción, (b) la detección de sustancias extraídas en el primer depósito con el primer elemento detector durante una primera fase de la etapa de detección para obtener una primera señal, (c) la purga de la señal residual del sistema de toma de muestras en una etapa de purga, (d) el funcionamiento del segundo medio de toma de muestras iontoforético como un cátodo iontoforético durante una segunda fase de la etapa de extracción, y (e), la detección de sustancias extraídas en el segundo depósito con el segundo elemento detector durante una segunda fase de la etapa de detección para obtener una segunda señal. Al menos una de la primera y la segunda señal comprende un componente de señal específica de analito.

En un aspecto adicional, los dispositivos de la presente invención pueden incluir una potenciación de la permeabilidad de la piel pinchando la piel con microagujas cuando el sistema biológico incluye la piel, o por ejemplo una superficie mucosal. Dicho pinchazo con microagujas puede facilitar la extracción de un analito de interés del sistema biológico.

Los objetos adicionales, las ventajas y las nuevas características de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, y en parte se harán evidentes para los expertos en la técnica al examinar la siguiente descripción, o se pueden aprender por la práctica de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1A representa una vista en planta superior de un depósito de recogida iontoforético y un conjunto de electrodos para usar en un dispositivo de toma de muestras transdérmico construido según la presente invención.

La figura 1B representa la vista lateral del depósito de recogida iontoforético y del conjunto de electrodos mostrado en la figura 1A.

La figura 2 es una representación gráfica de un dispositivo de toma de muestras iontoforético que incluye el depósito de recogida iontoforético y el conjunto de electrodos de las figuras 1A y 1B.

La figura 3 es una representación gráfica esquemática de los componentes de una realización preferida del sistema de toma de muestras automático de la presente invención.

La figura 4 es una representación de una realización de un diseño de un electrodo bimodal. La figura presenta una vista aérea y esquemática del conjunto de electrodos (43). En la figura, el electrodo bimodal se muestra como (40) y puede ser, por ejemplo, un contraelectrodo/elecrodo iontoforético Ag/AgCl. El electrodo de detección o de trabajo (hecho por ejemplo de platino) se muestra como (41). El electrodo de referencia se muestra como (42) y puede, por ejemplo ser un electrodo Ag/AgCl. Los componentes se montan sobre un sustrato apropiado no conductor (44), por ejemplo, plástico o cerámica. Los conductores (47) que conducen al terminal de conexión (45) están cubiertos por una segunda pieza no conductora (46) de material similar o diferente. En este ejemplo de dicho electrodo el área del electrodo de trabajo es de aproximadamente 1,35 cm^{2}. La línea de puntos de la figura 4 representa el plano de la vista esquemática en sección transversal presentada en la figura 5.

La figura 5 es una representación de una vista esquemática en sección transversal de los electrodos bimodales cuando pueden usarse junto con un electrodo de referencia y un parche de hidrogel. En la figura, los componentes son como sigue, electrodos bimodales (50) y (51); electrodos de detección (52) y (53); electrodos de referencia (54) y (55); un sustrato (56); parches de hidrogel (57) y (58).

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Antes de describir la presente invención en detalle, se ha de entender que esta invención no se limita a composiciones particulares o a sistemas biológicos, ya que por supuestos éstos pueden variar. También se ha de entender que la terminología usada en la presente memoria descriptiva tiene el propósito de describir únicamente las realizaciones particulares, y no está destinada a limitarlas.

Las formas singulares "un" "una" y "el", "la" usadas en esta descripción y en las reivindicaciones anexas incluyen los referentes plurales, a menos que el contenido indique claramente lo contrario. Por lo tanto, por ejemplo la referencia a "una especie que interferiere" incluye dos o más especies, la referencia a "un analito" incluye las mezclas de analitos etc.

A menos que se indique lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente memoria descriptiva tienen el mismo significado que el comúnmente entendido por un experto en la técnica al que pertenece la invención. Aunque cualquiera de los procedimientos y de los materiales similares o equivalente a los descritos en la presente memoria descriptiva se puede usar en la práctica para ensayar la presente invención, los materiales y los procedimientos preferidos se describen en la presente memoria descriptiva.

Al describir y reivindicar la presente invención, se usará la siguiente terminología de acuerdo con las definiciones propuestas más adelante.

Definiciones

El término "analito" y "analito diana" se usan en la presente memoria descriptiva para significar cualquier analito fisiológico de interés que es una sustancia o un componente específico que se está detectando y/o midiendo en un análisis químico, físico, enzimático u óptico. Una señal detectable (por ejemplo, una señal química o una señal electroquímica) se puede obtener, bien directa o indirectamente, a partir de dicho analito o sus derivados. Además, los térmicos "analito" y "sustancia" se usan de manera intercambiable en la presente memoria descriptiva, y están destinado a tener el mismo significado, y de este modo engloban cualquier sustancia de interés. En las realizaciones preferidas, el analito es un analito fisiológico de interés, por ejemplo, glucosa, o un producto químico que tiene una acción fisiológica, por ejemplo un fármaco o un agente farmacológico.

Un "dispositivo de toma de muestras" o "sistema de toma de muestras" se refiere a cualquier dispositivo para obtener una muestra a partir de un sistema biológico para determinar la concentración de un analito de interés. Tal como se usa en la presente memoria descriptiva, el término "toma de muestras" significa extracción invasiva, mínimamente invasivo o no invasiva de una sustancia del sistema biológico, generalmente a través de una membrana como la piel o la mucosa. La membrana puede ser natural o artificial, y puede ser de naturaleza vegetal o animal, tal como piel natural o artificial, tejido de vaso sanguíneo, tejido intestinal etc. Típicamente, los medios de toma de muestras están en contacto operativo con un "depósito" o "depósito de recogida", en el que los medio de toma de muestras se usan para extraer el analito del sistema biológico en el depósito para obtener el analito en el depósito. Un "sistema biológico" incluye tanto los sistemas vivos como los sistemas mantenidos artificialmente. Los ejemplos de técnicas mínimamente invasivas y no invasivas de toma de muestras incluyen la iontoforesis, la sonoforesis, la aspiración, la electroporación, la poración térmica, la difusión pasiva, lancetas o cánulas microfinas (miniaturas), implantes subcutáneos o inserciones, y dispositivos láser. La sonoforesis usa el ultrasonido para incrementar la permeabilidad de la piel (véase, por ejemplo, Menon et al. (1994) Skin Pharmacology 7: 130-139). Se describen sistemas apropiados de toma de muestras por sonoforesis en la Publicación Internacional Nº WO 91/12772 publicada el 5 de septiembre de 1991. Se describen por ejemplo dispositivos de toma de muestras por difusión pasiva, en las Publicaciones Internacionales N^{os} WO 97/38126 (publicada el 16 de octubre de 1997); WO 97/42888, WO 97/42886, WO 97/42885, y WO 97/42882 (todas publicadas el 20 de noviembre de 1997); y WO 97/43962 (publicada el 20 de noviembre de 1997). Los dispositivos láser usan un pequeño haz láser para quemar un orificio a través de la capa superior de la piel del paciente (véase, por ejemplo Jacques et al. (1978) J. Invest. Dermatology 88: 88-93). Los ejemplos de técnicas invasivas de toma de muestras incluyen dispositivos de agujas y jeringa o tubo de ensayo de blanco tradicionales.

El término "depósito de recogida" se usa para describir cualquier medio de contención apropiado para contener una muestra extraída de un sistema biológico. Por ejemplo, el depósito de recogida puede ser un recipiente que contiene un material que es iónicamente conductor (por ejemplo, agua con iones en su seno), o alternativamente, puede ser un material tal como, un material esponjoso o un polímero hidrofílico, usado para mantener el agua en su sitio. Dichos depósitos de recogida se pueden encontrar en forma de un hidrogel (por ejemplo, en forma de un disco o un parche). A los hidrogeles se hace referencia típicamente como "insertos de recogida". Otros depósitos de recogida apropiados incluyen, pero no se limitan a, tubos, viales, dispositivos capilares de recogida, cánulas y conductos miniaturas producidos por ataque químico, por ablación o por moldeado.

Un "alojamiento" para el sistema de toma de muestras puede incluir además componentes electrónicos apropiados (por ejemplo, microprocesadores, memorias, pantallas de visualización y otros componentes de circuitos) y fuentes de alimentación para hacer funcionar el sistema de toma de muestras de manera automática.

Un "sistema de control" tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema útil para medir constante o continuamente un analito fisiológico presente en un sistema biológico. Dicho sistema incluye típicamente, pero no se limita a, medios de toma de muestras, medios de detección, y un medio microprocesador en comunicación operativa con el medio de toma de muestras y el medio de detección.

El término "artificial" tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a una agregación de células de espesor monocapa o superior que se cultivan in vivo o in vitro, y que funcionan como un tejido de un organismo pero de hecho no se derivan o extirpan de una fuente o huésped preexistente.

El término "sujeto" engloba cualquier animal de sangre caliente, en particular incluye a un miembro de la clase Mamíferos tal como, sin limitación, los seres humanos y los primates no humanos tales como los chimpancés y otros simios y especies de monos; animales de granja tales como ganado, ovejas, cerdos, cabras y caballos, mamíferos domésticos tales como perros y gatos; animales de laboratorio que incluyen roedores tales como ratones, ratas y cobayas, y similares. El término no se refiere a una edad o sexo particular. Por lo tanto, los sujetos adultos y recién nacidos, así como los fetos, macho o hembras están cubiertos por este término.

El término "medición continua" tal como se usa en la presente memoria descriptiva va dirigido a una serie de dos o más mediciones obtenidas a partir de un sistema biológico particular, dichas mediciones se obtienen usando un único dispositivo mantenido en contacto operativo con el sistema biológico durante el periodo de tiempo en el que se obtiene la serie de mediciones. El termino incluye por lo tanto mediciones continuas.

El término "transdérmico", tal como se usa en la presente memoria descriptiva, incluye tanto técnicas transdérmicas y transmucosales, es decir, la extracción de un analito diana a través de la piel o un tejido mucosal. Los aspectos de la invención descritos en la presente memoria descriptiva en el contexto de "transdérmico", a menos que se especifique lo contrario, se supone que se aplican tanto a las técnica transdérmicas como transmucosales.

El término "extracción transdérmica" o "extraído transdérmicamente" va dirigido a cualquier procedimiento no invasivo o al menos mínimamente invasivo de toma de muestras, que comprende la extracción y/o el transporte de un analito por debajo de una superficie tisular a través de la piel o un tejido mucosal. El término incluye por lo tanto la extracción de un analito usando iontoforesis, (iontoforesis inversa), electroósmosis, sonoforesis, microdiálisis, aspiración y difusión pasiva. Estos procedimientos se pueden, por supuesto, asociar a aplicaciones de potenciadores de penetración en la piel o una técnica de potenciación de la permeabilidad de la piel tal como separación de cintas o pinchazo con microagujas. El término "extraído transdérmicamente" engloba también las técnicas de extracción que emplean la poración térmica, la electroporación, las lancetas microfinas, las cánulas microfinas, los implantes o inserciones subcutáneos, y similares.

El término "iontoforesis" se refiere a un procedimiento para transportar sustancias a través del tejido mediante una aplicación de energía eléctrica al tejido. En la iontoforesis convencional, se proporciona un depósito en la superficie del tejido para servir de contenedor del material a transportar. La iontoforesis se puede llevar a cabo usando procedimientos estándar conocidos por los expertos en la técnica, por ejemplo, estableciendo un potencial eléctrico usando una corriente continua (CC) entre "electrodos iontoforéticos" de ánodo y cátodo fijos, alternando una corriente continua entre los electrodos iontoforéticos de ánodo y cátodo, o usando una forma de onda más compleja como aplicar una corriente con polaridad alterna (PA) entre los electrodos iontoforéticos (de manera que cada electrodo es de manera alterna un ánodo o un cátodo).

El término "iontoforesis inversa" se refiere al movimiento de una sustancia de un fluido biológico través de una membrana mediante la aplicación de una corriente o potencial eléctrico. En la iontoforesis inversa, se propoprciona un depósito en la superficie del tejido para recibir el material extraído.

"Electroósmosis" se refiere al movimiento de una sustancia a través de una membrana mediante un flujo convectivo inducido por campo eléctrico. Los términos iontoforesis, iontoforesis inversa, y electroósmosis, se usarán de manera intercambiable en la presente invención para referirse al movimiento de cualquier sustancia descargada o cargada iónicamente a través de una membrana (por ejemplo, una membrana epitelial) al aplicar un potencial eléctrico a la membrana a través de un medio iónicamente conductor.

El término "dispositivo de detección", "medios de detección" o "dispositivo biodetector" engloba cualquier dispositivo que se pueda usar para medir la concentración de un analito, o su derivado, de interés. Los dispositivos de detección preferidos para detectar analitos en sangre incluyen generalmente dispositivos electroquímicos y dispositivos químicos. Los ejemplos de dispositivos electroquímicos incluyen el sistema de electrodo de Clark (véase, por ejemplo, Updike, et al., (1967) Nature 214: 986-988) y otros dispositivos electroquímicos amperométricos, colorimétricos o potenciométricos. Los ejemplos de los dispositivos químicos incluyen reacciones basadas en enzimas como las usadas en el monitor de glucosa Lifescan® (Johnson and Johnson, New Brunswick, NJ) (véase, por ejemplo, la patente de Estados Unidos Nº 4.935.346 de Phillips, et al.).

Un "biodetector" o "dispositivo biodetector" incluye, pero no se limita a, un "elemento detector" que incluye pero no se limita a, un "electrodo biodetector" o "electrodo de detección" o "electrodo de trabajo" que se refiere al electrodo que se controla para determinar la cantidad de señal eléctrica en un punto en el tiempo o durante un periodo de tiempo dado, dicha señal se correlaciona entonces con la concentración de un compuesto químico. El electrodo de detección comprende una superficie reactiva que convierte el analito, o un derivado del mismo, en una señal eléctrica. La superficie reactiva puede estar constituida por cualquier material eléctricamente conductor tal como, perno no se limita a, metales del grupo paladio (que incluyen, platino, paladio, rodio, rutenio, osmio e iridio), níquel, cobre, plata y carbono, así como, óxidos, dióxidos, sus combinaciones o aleaciones. Algunos materiales catalíticos, membranas y tecnologías de fabricación apropiados para la construcción de biodetectores amperométricos son descritos por Newman, J.D., et al. (Analytical Chemistry 67 (24), 4594-4599, 1995).

El "elemento detector" puede incluir componentes además de un electrodo biodetector, por ejemplo, puede incluir un "electrodo de referencia", y un "contraelectrodo". El término "electrodo de referencia" se usa en la presente memoria descriptiva para indicar un electrodo que proporciona un potencial de referencia, es decir, un potencial que se puede establecer entre un electrodo de referencia y un electrodo de trabajo. El término "contraelectrodo" se usa en la presente memoria descriptiva para indicar un electrodo en un circuito electroquímico que actúa como una fuente de corriente o un pozo para completar el circuito electroquímico. Aunque no es esencial emplear un contraelectrodo ahí donde se incluye un electrodo de referencia en el circuito y donde el electrodo es capaz de realizar la función de un contraelectrodo, se prefiere tener separados el contraelectrodo y el electrodo de referencia porque el potencial de referencia proporcionado por el electrodo de referencia es más estable cuando está en equilibrio. Si se requiere que el electrodo de referencia actúe además como un contraelectrodo, la corriente que fluye a través del electrodo de referencia puede alterar este equilibrio. Por consiguiente, se prefieren los electrodos separados que funcionan como contraelectrodos y electrodos de referencia.

En una realización, el "contraelectrodo" del "elemento detector" comprende un "electrodo bimodal". El término "electrodo bimodal" tal como se usa en la presente memoria descriptiva se refiere típicamente a un electrodo que puede funcionar de manera no simultánea, como por ejemplo, tanto el contraelectrodo (del elemento detector) como el electrodo iontoforético (del "medio de toma de muestras").

Los términos "superficie reactiva", y "cara reactiva" se usan de manera intercambiable en la presente memoria descriptiva para referirse a la superficie del electrodo de detección que: (1) está en contacto con la superficie de un electrolito que contiene material (por ejemplo gel) que contiene un analito o a través del cual un analito o un derivado del mismo, fluye a partir de una fuente del mismo; (2) está constituido por un material catalítico (por ejemplo, carbono, platino, paladio, rodio, rutenio, o níquel y/o óxidos, dióxidos y sus combinaciones o aleaciones) o un material que proporciona emplazamientos para la reacción electroquímica; (3) convierte una señal química (por ejemplo peróxido de hidrógeno) en una señal eléctrica (por ejemplo, una corriente eléctrica); y (4) define el área superficial de electrodo que, cuando está compuesto por un material reactivo, es suficiente para llevar a cabo la reacción electroquímica a una velocidad suficiente para generar una señal eléctrica detectable y medible de manera reproducible que se puede correlacionar con la cantidad de analito presente en el electrolito.

El término "depósito de recogida" e "inserto de recogida" se usan para describir cualquier medio de contención apropiado para contener una muestra extraída de un sistema biológico. El depósito puede incluir un material que es iónicamente conductor (por ejemplo, el agua con iones en su seno), en el que otro material tal como un material esponjoso o un polímero hidrofílico se usa para mantener el agua en su sitio. Dichos depósitos de recogida se pueden encontrar en forma de hidrogel (por ejemplo, con la forma de un disco o de un parche). Otros depósitos de recogida apropiados incluyen, pero no se limitan a, tubos viales, dispositivos de recogida capilar, cánulas, y conductos miniaturas fabricados por ataque químico, ablación o moldeado.

Un "material iónicamente conductor" se refiere a cualquier material que proporciona conductividad iónica, y a través del cual se pueden difundir especies electroquímicamente activas. El material iónicamente conductor puede ser, por ejemplo, un material sólido, líquido o semisólido (por ejemplo, en forma de gel) que contiene un electrolito, que puede estar compuesto de agua e iones (por ejemplo, cloruro de sodio), y generalmente comprende un 50% en peso o más de agua. El material puede estar en forma de gel, de una esponja o un parche (por ejemplo empapado con una solución electrolítica), o cualquier otro material que pueda contener un electrolito y permitir el paso a través suyo de especies electroquímicamente activas, especialmente el analito en cuestión.

El término "efecto fisiológico" engloba los efectos producidos en el sujeto que consiguen los fines deseados de una terapia. En unos modos de realización preferidos, un efecto fisiológico significa que se previenen o alivian los síntomas del sujeto en tratamiento. Por ejemplo, un efecto fisiológico sería uno que diera como resultado la prolongación de la vida en un paciente.

Un "laminado", tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a las estructuras constituidas por al menos dos capas unidas. Las capas se pueden unir por soldadura o mediante el uso de adhesivos. Los ejemplos de soldadura incluyen, pero no se limitan a, lo siguiente: soldadura por ultrasonidos, termoadhesión, y calentamiento localizado inductivamente acoplado por flujo localizado. Los ejemplo de adhesivos comunes incluyen, pero no se limitan a adhesivos sensibles a la presión, adhesivos termoendurecibles, adhesivos de cianocrilato, epoxídicos, adhesivos de contacto, y adhesivos termosensibles.

Un "conjunto de recogida", tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a estructuras constituidas por varias capas, donde el conjunto incluye al menos un inserto de recogida, por ejemplo un hidrogel. Un ejemplo de un conjunto de recogida de la presente invención es una capa máscara, insertos de recogida, y una capa de retención donde las capas están sujetas en una relación funcional apropiada la una a la otra pero no son necesariamente un laminado, es decir, las capas pueden no estar unidas entre sí. Las capas pueden, por ejemplo, sujetarse juntas por geometría de trabazón o por fricción.

Un "conjunto autodetector", tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a estructuras que comprenden generalmente una capa máscara, insertos de recogida, una capa de retención, un conjunto de electrodos, y una bandeja de soporte. El conjunto autodetector también puede incluir revestimientos. Las capas del conjunto están sujetas la una a la otra en una relación funcional apropiada.

Las capas de máscara y de retención están preferiblemente compuestas de materiales que son sustancialmente impermeables al analito (señal química) a detectar (por ejemplo, glucosa); sin embargo, el material puede ser impermeable a otras sustancias. Por "sustancialmente impermeable" se entiende que el material reduce o elimina el transporte de señal química (por ejemplo, por difusión). El material puede permitir un nivel bajo de transporte de señal química, siempre que la señal química que atraviesa el material no produzca efectos colaterales significativos en el electrodo de detección.

"Sustancialmente plano", tal como se usa en la presente memoria descriptiva, incluye una superficie plana que entra en contacto con una superficie ligeramente curva, por ejemplo, un antebrazo o la parte superior del brazo de un sujeto. Una superficie "sustancialmente plana" es, por ejemplo, una superficie que tiene una forma a la que se puede adaptarse la piel, es decir, que se pone en contacto el contacto entre la piel y la superficie.

El término "impreso" tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a una deposición sustancialmente uniforme de una formulación de electrodo sobre una superficie de un sustrato (es decir, el soporte base). Se entenderá por los expertos en la técnica que se puede usar una variedad de técnicas para efectuar la deposición sustancialmente uniforme de un material sobre un sustrato, por ejemplo, impresión de tipo grabado, revestimiento por extrusión, revestimiento de pantalla, pulverización, pintura, etc.

El término "relación señal-ruido" describe la relación entre la señal real destinada a ser medida y la variación de señal en ausencia del analito. Los términos "S/R" y "RSR" también se usan para referirse a la relación señal-ruido. "Ruido", tal como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a cualquier señal indeseable que se mide junto con la señal deseada.

Y tal como se usa en la presente memoria descriptiva, una "especie que interfiere" se define en líneas generales como cualquier resto en una muestra extraída que produce la ruido en la señal y que no es un analito diana. El término incluye por lo tanto cualquier componente de una muestra extraída que proporciona una señal no relacionada con el analito diana.

El término "enzima" se destina a cualquier compuesto o material que cataliza una reacción entre moléculas para producir uno o más productos de reacción. El término incluye por lo tanto enzimas de proteína, o porciones enzimáticamente activas (fragmentos) de las mismas, dichas proteínas y/o fragmentos de proteína se pueden aislar a partir de una fuente natural o se pueden producir de manera recombinante o sintéticamente.. El término engloba también miméticos de enzima sintéticos.

Procedimientos generales

La presente invención se refiere a un dispositivo para extraer transdérmicamente y medir la concentración de un analito diana presente en un sistema biológico. En unos modos de realización preferidos, el dispositivo de detección comprende un biodetector. El dispositivo de toma de muestras se usa para extraer pequeñas cantidades de un analito diana del sistema biológico, y a continuación detectar y/o cuantificar la concentración del analito diana. La medición con el biodetector y/o la toma de muestras con el dispositivo de toma de muestras se puede llevar a cabo de una manera constante o continua. En una realización preferido, se usa un biodetector que comprende un elemento de detección electroquímica.

El analito puede ser cualquier sustancia o componente específico que se desee detectar y/o medir en un análisis químico, físico, enzimático u óptico. Dicho analitos incluyen, pero no se limitan a, aminoácidos, sustratos enzimáticos o productos que indican un estado patológico o afección, otros marcadores de estados patológicos o afecciones, drogas de abuso, agentes terapéuticos y/o farmacológicos(por ejemplo, teofilina, fármacos anti-VIH, litio, fármacos antiepilépticos, ciclosporina, agentes quimioterapéuticos, electrolitos, analitos fisiológicos de interés (por ejemplo, urato/ácido úrico, carbonato, calcio, potasio, sodio, cloruro, bicarbonato (CO_{2}), glucosa, urea (nitrógeno en urea en sangre), lactato/ácido láctico, hidroxibutirato, colesterol, triglicéridos, creatina, creatinina, insulin, hematocrito y hemoglobina) gases en sangre (dióxido de carbono, oxígeno, pH), lípidos, metales pesados (por ejemplo, plomo, cobre), etc. Un unos modos de realización preferidos, el analito es un analito fisiológico de interés, por ejemplo glucosa, o un producto químico que tiene una acción fisiológica, por ejemplo una droga o un agente farmacológico.

Para facilitar la detección del analito, se puede disponer una enzima en el depósito de recogida, o si se usan varios depósitos de recogida, se puede disponer la enzima en varios o en todos los depósitos. La enzima seleccionada puede catalizar una reacción con el analito extraído (en este caso glucosa) hasta el punto de que se puede detectar un producto de esta reacción, por ejemplo se puede detectar electroquímicamente a partir de la generación de una corriente, dicha corriente se puede detectar y es proporcional a la concentración o cantidad del analito reaccionado. Una enzima apropiada es la glucosaoxidasa que oxida la glucosa convirtiéndola en ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. La posterior detección del peróxido de hidrógeno sobre un electrodo biodetector apropiado genera dos electrones por molécula de peróxido de hidrógeno que crean una corriente que se puede detectar y relacionar con la cantidad de glucosa que entra en el dispositivo. La glucosaoxidasa (GOx) es fácil de encontrar en el comercio y tiene características catalíticas bien conocidas. Sin embargo, se pueden usar también otras enzimas, siempre que catalicen específicamente una reacción con un analito o una sustancia de interés para generar un producto detectable en proporción a la cantidad de analito así reaccionado.

De manera similar, se puede usar una serie de otros sistemas enzimáticos específicos de analito en la invención, dichos sistemas enzimáticos funcionan con casi todas las técnicas generales. Por ejemplo, un electrodo biodetector que detecta peróxido de hidrógeno se puede usar para detectar etanol usando un sistema enzimático de alcoholoxidasa, o de manera similar ácido úrico con un sistema de uratooxidasa, urea con un sistema de ureasa, colesterol con un sistema de colesteroloxidasa y teofilina con un sistema de xantinaoxidasa.

Además, la enzima de oxidasa (usada para la detección basada en peróxido de hidrógeno) se puede sustituir por otro sistema redox, por ejemplo, la enzima de deshidrogenasa NAD-NADH, que ofrece una vía separada para detectar analitos adicionales. Los detectores basados en la deshidrogenasa pueden usar electrodos de trabajo hechos de oro o carbono (por química mediada). Los ejemplo de analitos apropiados para este tipo de control incluyen, pero no se limitan a, colesterol, etanol, hidroxibutirato, fenilalanina, triglicéridos y urea. Además, la enzima se puede eliminar y la detección puede depender de la detección potenciométrica o electroquímica directa de un analito. Dichos analitos incluyen, sin limitación, metales pesados (por ejemplo, cobalto, hierro, plomo, níquel, cinc), carbonato/dióxido de carbono, cloruro, fluoruro, litio, pH, potasio, sodio y urea. El sistema de toma de muestras descrito en la presente memoria descriptiva, también se puede usar para el control de fármacos terapéuticos, por ejemplo, el control de fármacos antiepilépticos (por ejemplo, fenitión) quimioterapia (por ejemplo adriamicina, hiperactividad (por ejemplo, ritalina, y antirrechazo de órgano (por ejemplo ciclosporina).

Otro problema relacionado con el uso de técnicas de extracción transdérmica se refiere a la presencia de especies que interfieren en una muestra extraída, dicha especie se puede extraer por un proceso de toma de muestra transdérmico, difundirse pasivamente a través de la piel, y/o segregarse por el sudor o el sebo. Estas especies que interfieren (es decir, cualquier especie detectada por un detector que no es el analito de interés, o cualquier especie que interfiere con, o reduce una señal específica de analito) pueden producir interferencias de fondo significativas, reduciendo la respuesta global de seña-ruido del detector. Además, puesto que las técnicas transdérmicas de toma de muestras extraen generalmente cantidades muy pequeñas de analito, los dispositivos detectores que se usan para detectar y/o cuantificar el analito extraído necesitan para su ejecución el uso fiable y reproducible de pequeñas concentraciones de analito (por ejemplo, sub-mM) que son muy inferiores a las medidas por las técnicas de detección convencionales (que están generalmente en el intervalo mM). Tal como se usa en la presente memoria descriptiva, "sub-mM" se refiere a cualquier concentración inferior a 1 mM. Por lo tanto, las interferencias de fondo que no pueden no ser problemáticas en otras aplicaciones pueden producir interferencias críticas con los sistemas de toma de muestras transdérmicos que miden concentraciones sub-mM del analito extraído. La presente invención se interesa por la reducción de tales interferencias.

Por consiguiente, el sistema de toma de muestras de la invención se puede usar en un procedimiento para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico. El procedimiento incluye un ciclo de medición que tiene una etapa de extracción en la que se extrae transdérmicamente una muestra que contiene el analito a partir del sistema biológico usando un sistema de toma de muestras que está en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal de dicho sistema biológico. También se realiza una etapa de detección durante el ciclo de medición. En la etapa de detección, la muestra extraída se pone en contacto con un detector para obtener una señal de medición que se relaciona con la concentración de analito. El ciclo de medición comprende además un proceso para favorecer selectivamente los componentes de señal específica de analito sobre los componentes de señal debidos a especies que interfieren, en el que el proceso pueden comprender (a) un proceso de señal diferencial que sustrae los componentes de señal de no analito de la señal de medición, (b) una etapa de retardo que se realiza entre las etapas de extracción y detección, (c) un proceso selectivo de detección electroquímica que se lleva a cabo durante la etapa de detección, (d) una etapa de purga que se realiza después de la etapa de detección, (e) una etapa de segregación de carga (por ejemplo, el ácido úrico migra hacia el ánodo, y la glucosa hacia el cátodo, como en el Ejemplo 1), y (f) cualquier combinación de los procesos de (a) a (e).

El dispositivo de toma de muestras transdérmico usado para extraer la muestra puede emplear cualquier técnica apropiada mínimamente invasiva o no invasiva que incluye, por ejemplo, la iontoforesis, la sonoforesis, la aspiración, la electroporación, la poración térmica, la difusión pasiva, el uso de lancetas o cánulas microfinas (miniatura), el uso de implantes o inserciones subcutáneas, y el uso de dispositivos láser. La etapa de detección se puede realizar usando cualquier metodología de detección, por ejemplo, procedimientos colorimétricos, químicos (por ejemplo, reacciones basadas en enzima), o electroquímicos (por ejemplo amperométricos, colorimétricos o potenciométricos).

El proceso de señal diferencial se puede realizar de varias maneras. Por ejemplo, la muestra extraída se puede dividir en dos porciones, de las cuales una primera está en contacto con el detector para obtener una señal que contiene predominantemente componentes de señal debidos a las especies que interfieren y a las variaciones de fondo. La segunda porción está en contacto con el detector para obtener una señal de medición que contiene los componentes de señal específica de analito, y la primera señal se sustrae entonces de la segunda para obtener una señal refinada que se relaciona específicamente con el analito. Se puede obtener fácilmente una señal específica de analito usando una enzima que reacciona específicamente con el analito para producir una señal detectable. Por ejemplo, si el analito es glucosa, la enzima de glucosaoxidasa se puede poner en contacto con la segunda porción de la muestra. Esta enzima cataliza una reacción con glucosa para generar peróxido de hidrógeno, que se puede detectar usando biodetectores electroquímicos convencionales.

Alternativamente, el proceso de señal diferencial se puede realizar extrayendo dos muestras del sistema biológico, de las cuales al menos una de las muestras contiene el analito diana. Las muestras se ponen entonces en contacto con un detector apropiado, en el que se obtiene una primera señal de una de las muestras y contiene predominantemente componentes de señal debidos a especies que interfieren y variaciones de fondo (por ejemplo, una señal blanco). Se obtiene una segunda señal a partir de la otra muestra y contiene componentes de señal específica de analito (por ejemplo, una señal activa). La sustracción de la primera señal de la segunda proporciona una señal refinada que se relaciona específicamente con el analito. En este momento, se puede obtener de nuevo una señal específica de analito usando una enzima que reacciona específicamente con el analito en la segunda muestra para producir una señal detectable. La primera muestra se puede obtener usando cualquier técnica transdérmica de toma de muestras, que incluye tanto técnicas de recogida activa como pasiva, mientras que la segunda muestra se obtiene generalmente usando técnicas de recogida activa, por ejemplo, la iontoforesis o sonoforesis. El detector o los detectores, que se usan para obtener la señal pueden, por supuesto, estar fijados a, o ser solidarios al dispositivo de toma de muestras usado en la etapa de extracción, o pueden ser parte de un aparato discreto de toma de muestras.

El proceso selectivo de detección electroquímica se puede realizar como sigue. La detección electroquímica que utiliza electrodos biodetectores permite una variedad de procesos selectivos de detección, en los que los electrodos pueden funcionar a potenciales reducidos o elevados para favorecer la detección de la señal electroquímica específica de analito sobre la señal debida a especies que interfieren o variación de fondo. Por ejemplo, el funcionamiento de un electrodo biodetector electroquímico a un potencial de aproximadamente 0,5 V o menos permite evitar los componentes de señal debidos a especies que interfieren comunes recogidas con dispositivos de toma de muestra transdérmico.

En cada uno de los procedimientos anteriores, la muestra o las muestras se pueden extraer en uno o varios depósitos de recogida apropiados colocados en contacto operativo con el sistema biológico (por ejemplo, puesto en contacto con la piel o una superficie mucosal de un sujeto). Además, se puede incluir un detector en cada depósito de recogida para detectar las sustancias extraídas. Cuando está en uso, el dispositivo de toma de muestras transdérmico se mantiene preferiblemente en contacto con el sistema biológico para proporcionar un control constante o continuo de la concentración de analito.

En el contexto de dicho control constante o continua del analito (por ejemplo, donde el dispositivo de toma de muestras se mantiene en contacto con el sistema para obtener dos o más muestras y mediciones de analito), el procedimiento puede además incluir una etapa de purga en la que la señal residual se reduce o se elimina sustancialmente del sistema de toma de muestras (por ejemplo, de uno o más depósitos de recogida) entre mediciones. Si es necesario, la etapa de purga se puede realizar usando un electrodo detector electroquímico que se pone en contacto con el depósito durante la operación de detección. Además, el electrodo puede funcionar a un potencial elevado para garantizar que los componentes de señal residual se retiran del sistema de toma de muestra. Más adelante se describen en detalle técnicas ejemplares de purga. También, se puede incluir opcionalmente una etapa de retardo incluida ente las etapas de extracción y de detección para mejorar la relación de señal-ruido en las señales detectadas.

Aunque todos los dispositivos de la invención se puede aplicar en líneas generales a la toma de muestras de cualquier sustancia y/o analito químico, la invención se ilustra expresamente a continuación en lo relativo a su uso en la toma de muestras transdérmica y en la cuantificación o calificación de glucosa o un metabolito de glucosa.

Por consiguiente, se puede usar un sistema automático de toma de muestras para controlar niveles de glucosa en un sistema biológico. El procedimiento se realiza usando un sistema (dispositivo) de toma de muestras que extrae transdérmicamente glucosa del sistema, en este caso, un sujeto animal. La extracción transdérmica se realiza aplicando una corriente eléctrica a una superficie de tejido en un lugar de recogida. La corriente eléctrica se usa para extraer pequeñas cantidades de glucosa del sujeto en uno o más depósitos de recogida. Al menos un depósito de recogida está en contacto con un biodetector que proporciona mediciones de concentración de glucosa en el sujeto.

Más en particular, un depósito de recogida se pone en contacto con una superficie de tejido, por ejemplo, la capa córnea de la epidermis de la piel de un paciente. Se aplica entonces una fuerza eléctrica a la superficie del tejido para extraer glucosa o un metabolito de glucosa del tejido en el depósito de recogida. La extracción se realiza típicamente durante un período de aproximadamente 1-20 minutos. Si se desea, la extracción se puede realizar, sin embargo, constante o continuamente durante un periodo de aproximadamente 1-24 horas, o más. Después de la extracción se analiza el depósito de recogida para medir la cantidad o la concentración de glucosa o de metabolito de glucosa contenida en éste último. El valor medido se correlaciona con el nivel de glucosa en sangre del sujeto. Si se desea una toma de muestras constante o continua, se analiza el depósito de recogida periódica o continuamente para medir el analito de glucosa.

En algunos modos de realización de la invención, se usan uno o más depósitos de recogida adicionales en el sistema de toma de muestras transdérmico. Los depósitos de recogida adicionales se ponen entonces en contacto con un electrodo que genera una corriente suficiente para extraer sustancias del tejido en el depósito de recogida.

Los depósitos de recogida que se usan con el sistema de toma de muestras iontoforético contienen generalmente un líquido o medio que contiene un líquido iónicamente conductor. El medio conductor es preferiblemente un hidrogel que puede contener sustancias iónicas en una cantidad suficiente para producir una gran conductividad iónica. El hidrogel se forma a partir de un material sólido o líquido (soluto) que, cuando se combina con agua, forma un gel mediante la formación de una estructura que mantiene agua que incluye células interconectadas y/o una estructura de red formada por el soluto. Las formulaciones de hidrogel apropiadas se describen en la Publicación Internacional Nº WO 97/02811, publicada el 30 de enero de 1997 y en la Nº 96/00110, publicada el 4 de enero de 1996.

Puesto que el sistema de toma de muestras de la presente invención está destinado a funcionar con niveles muy bajo de ruido de fondo (electroquímico), todos los componentes del sistema que estén en contacto con la muestra extraída (por ejemplo, los depósitos de recogida), preferiblemente no contienen o no aportan componentes y/o contaminantes significativos electroquímicamente sensibles. Por lo tanto los componentes del sistema se formulan generalmente usando una selección sensata de materiales y reactivos que no añaden cantidades significativas de contaminantes electroquímicos al sistema final.

Para facilitar la detección del analito, se puede disponer una enzima en el depósito de recogida, o si se usan varios depósitos de recogida, la enzima se puede disponer en varios o en todos los depósitos. La enzima seleccionada puede catalizar una reacción con el analito extraído (en este cado glucosa) hasta el punto de que se puede detectar un producto de la reacción, por ejemplo, se puede detectar electroquímicamente a partir de la generación de una corriente, dicha corriente se puede detectar y es proporcional a la concentración o la cantidad del analito que se hace reaccionar. Una enzima apropiada es glucosaoxidasa que oxida la glucosa y lo transforma en ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. La posterior detección de peróxido de hidrógeno en un electrodo biodetector apropiado genera dos electrones por molécula de peróxido de hidrógeno que crean una corriente que se puede detectar y relacionar con la cantidad de glucosa que entra en el dispositivo. La glucosaoxidasa (GOx) es fácilmente disponible en el comercio y tiene características catalíticas bien conocidas. Sin embargo, se pueden usar también otras enzimas, siempre que catalicen específicamente una reacción con un analito o una sustancia de interés para generar un producto detectable en proporción a la cantidad de analito así reaccionado.

De manera similar, se puede usar una serie de otros sistemas enzimáticos específicos de analito en la invención, dichos sistemas enzimáticos funcionan con casi todas las técnicas generales. Por ejemplo, un electrodo biodetector que detecta peróxido de hidrógeno se puede usar para detectar etanol usando un sistema enzimático de alcoholoxidasa, o de manera similar ácido úrico con un sistema de uratooxidasa, colesterol con un sistema de colesteroloxidasa y teofilina con un sistema de xantinaoxidasa.

Volviendo al sistema de toma de muestras de glucosa ilustrado en la presente memoria descriptiva, como el analito de glucosa se extrae transdérmicamente en el depósito de recogida, reacciona con la GOx en el depósito para producir peróxido de hidrógeno. La presencia de peróxido de hidrógeno genera una corriente en el electrodo biodetector que es directamente proporcional a la cantidad de peróxido de hidrógeno que hay en el depósito. La corriente proporciona una señal que se puede detectar e interpretar mediante un controlador de sistema asociado para proporcionar un valor de concentración de glucosa a visualizar.

Si se desea, la corriente detectada se puede correlacionar con la concentración de glucosa en sangre del sujeto de manera que el controlador del sistema muestra la concentración de glucosa en sangre actual de sujeto medida por el sistema de toma de muestras. Por ejemplo, el sistema se puede calibrar según la concentración real de glucosa en sangre del sujeto tomando una muestra de la sangre del sujeto durante una prueba estándar de tolerancia a la glucosa, y analizar la glucosa en sangre usando tanto un controlador estándar de glucosa en sangre y el sistema de toma de muestras de la presente invención. De esta manera, las mediciones obtenidas por el sistema de toma de muestras se pueden correlacionar con los valores actuales usando técnicas estadísticas conocidas.

La extracción iontoforética se puede realizar como sigue. Se pone en contacto un primer electrodo iontoforético con el depósito de recogida (que está en contacto con una superficie de tejido diana), y un segundo electrodo se pone en contacto, bien con un segundo depósito de recogida en contacto con la superficie de tejido, o con algún otro medio iónicamente conductor en contacto con el tejido. Una fuente de alimentación proporciona un potencial eléctrico entre los dos electrodos para llevar a cabo una iontoforesis inversa de una manera conocida en la técnica.

Se aplica un potencial eléctrico (bien corriente continua o una forma de onda más compleja) entre los dos electrodos de iontoforesis de manera que la corriente fluye desde el primer electrodo a través del primer medio conductor en la piel, y vuelve desde la piel a través del segundo medio conductor al segundo electrodo. Este flujo de corriente extrae sustancias a través de la piel en el o los depósitos de recogida a través del proceso de iontoforesis inversa o electroósmosis. El potencial eléctrico se puede aplicar como se describe en la Publicación Internacional Nº WO 96/00110, publicada el 4 de enero de 1996. Se pueden emplear cualquier sistema de electrodos iontoforéticos, sin embargo, se prefiere usar un sistema de electrodos de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl).

Refiriéndonos ahora a las figuras 1A y 1B, se indica generalmente un depósito de recogida iontoforético y un conjunto de electrodo usado en dichos dispositivos de detección transdérmico se indica generalmente con (2). El conjunto comprende dos depósitos de recogida iontoforética, (4) y (6), teniendo cada uno un medio conductor (8), y (10) (preferiblemente parches cilíndricos de hidrogel), respectivamente dispuestas en su interior. El primer (12) y el segundo (14) electrodo iontoforético anular están respectivamente en contacto con el medio conductor (8) y (10). El primer electrodo iontoforético (12) rodea tres electrodos biodetectores que también están en contacto con el medio conductor (8), un electrodo de trabajo (16), un electrodo de referencia (18), y un contraelectrodo (20). Un anillo protector (22) separa los electrodos biodetectores del electrodo iontoforético (12) para minimizar el ruido del circuito iontoforético. Los contactos conductores proporcionan comunicación entre los electrodos y una fuente de alimentación asociada y medios de control como los descritos en detalle más adelante. Una disposición similar de electrodos biodetectores puede ponerse en contacto con el medio conductor (10), o el medio puede no tener un medio detector en contacto entre ellos.

Refiriéndonos ahora a la Figura 2, el depósito de recogida iontoforética y el conjunto de electrodos (2) de las Figuras 1A y 1B se muestran ahora en una vista esquemática en combinación con un alojamiento apropiado (32) de dispositivo de toma de muestras iontoforético. El alojamiento puede ser una caja de plástico u otra estructura que preferiblemente está configurada para ser llevada sobre el brazo de un sujeto de una manera similar a un reloj de pulsera. Como se puede ver, los medio conductores (8) y (10) (parches de hidrogel) se pueden separar del conjunto (2); sin embargo, cuando el conjunto (2) y el alojamiento (32) se ensamblan para obtener un dispositivo de toma de muestras iontoforético (30), los medios están en contacto con los electrodos para proporcionar un contacto eléctrico entre los mismos.

Refiriéndonos ahora a la Figura 3, se presenta una vista esquemática de los componentes clave de una realización de un sistema de toma de muestra iontoforético. Los componentes del sistema de toma de muestras incluyen dos conjuntos de electrodos biodetectores/iontoforéticos, (304) y (306), cada uno de los cuales tiene un electrodo iontoforético anular, respectivamente indicado con (308) y (310), que rodea un biodetector (312) y (314). Los conjuntos de electrodos (304) y (306) están impresos sobre un sustrato polimérico (316) que se mantiene dentro de una bandeja detectora (318). Un conjunto de depósito de recogida (320) está dispuesto sobre los conjuntos de electrodos, en el interior del conjunto de depósito de recogida hay dos insertos de hidrogel (322) y (324) retenidos por una capa de retención de gel (326) y una capa de máscara (328).

En un modo de realización, los conjuntos de electrodos pueden incluir electrodos bimodales como se muestra en la Figura 4.

Los componentes mostrados en la vista esquemática de la Figura 3 están destinados a usarse en un dispositivo automático de toma de muestras que está configurado para ser llevado como un reloj de pulsera normal. Como se describe en la Publicación Internacional nº WO 96/00110, publicada el 4 de enero de 1996, el alojamiento de reloj de pulsera (no mostrado) contiene conductores que se comunican con los electrodos iontoforéticos y los electrodos biodetectores para controlar el ciclo y proporcionar energía a los electrodos iontoforéticos, y para detectar las señales electroquímicas producidas en las superficies de los electrodos biodetectores. El alojamiento de reloj de pulsera puede incluir además componentes electrónicos (por ejemplo, un microprocesador, una memoria, una pantalla de visualización y otros componentes de circuito) y fuentes de alimentación para hacer funcionar el sistema automático de toma de muestras.

Las modificaciones y las adiciones al modo de realización de la Figura 3 serán evidentes para los expertos en la técnica a la luz de las enseñanzas de la presente descripción.

Una fuente de alimentación (por ejemplo una o más baterías recargables o no recargables) se puede disponer dentro del alojamiento (32) o dentro de las tiras (34) que sujetan el dispositivo en contacto con la piel o una superficie mucosal de un sujeto. Cuando está en uso, se aplica un potencial eléctrico (bien corriente continua o una forma de onda más compleja) entre los dos electrodos iontoforéticos (12) y (14) de manera que la corriente fluye desde el primer electrodo iontoforético (12), a través del primer medio conductor 8 dentro de la piel o de la superficie mucosal, y vuelve a través del segundo medio conductor (10), al segundo electrodo iontoforético (14). El flujo de corriente es suficiente para extraer sustancias que incluyen un analito de interés a través de la piel en uno o ambos depósitos de recogida (4) y (6). El potencial eléctrico se puede aplicar usando cualquier técnica, por ejemplo, la densidad de corriente aplicada puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,01 a 0,5 mA/cm^{2}. En una realización preferida, el dispositivo se usa para controlar constante o continuamente, y la polaridad de los electrodos iontoforéticos (12) y (14) se alterna con un régimen de aproximadamente una conmutación cada (10) segundos a aproximadamente una conmutación cada hora de manera que cada electrodo es alternativamente un cátodo o un ánodo. El alojamiento (32) también puede incluir un elemento opcional de detección de temperatura (por ejemplo, un termistor, termómetro o dispositivo de termopar) que controla la temperatura en los depósitos de recogida para permitir la corrección de temperatura de las señales detectoras. El alojamiento también puede incluir un elemento detector de conductancia (por ejemplo, un par integrado de electrodos) que controla la conductancia en la piel o la superficie mucosal para permitir la corrección de exploración de los datos o la invalidación de las señales detectoras.

Después de un periodo apropiado de extracción iontoforética, uno o ambos conjuntos de electrodos detectores se pueden activar para detectar las sustancias extraídas que incluyen el analito de interés.

Además, el dispositivo de toma de muestras puede funcionar en un modo de polaridad alterna usando un primer y un segundo electrodo bimodal (Figura 5, (50) y (51)) y dos depósitos de recogida (Figura 5, (57) y (58)). Cada electrodo bimodal (Figura 4, (40); Figura 5, (50) y (51)) desempeña dos funciones dependiendo de la fase de la operación: (1) un electrodo electroosmótico (o electrodo iontoforético) usado para retirar eléctricamente el analito de una fuente en un depósito de recogida que comprende agua y un electrolito, y al área del subconjunto de electrodos; y (2) como contraelectrodo al primer electrodo detector en el que el compuesto químico se convierte catalíticamente en la cara del electrodo detector para producir una señal eléctrica.

El electrodo de referencia (Figura 5, (54) y (55); Figura 4, (42)) y los electrodos de detección (Figura 5, (52) y (53); Figura 4, (41)), así como, el electrodo bimodal (Figura 5, (50) y (51); Figura 4, (40)) están conectados a un circuito potenciostato estándar durante la detección. En general, las limitaciones prácticas del sistema requieren que el electrodo bimodal no actúe simultáneamente como contraelectrodo y como electrodo iontoforético.

El funcionamiento general de un sistema de toma de muestra iontoforético en este modo de realización es la repetición cíclica de dos fases: (1) fase iontoforética inversa, seguida por (2) una fase de detección. Durante la fase iontoforética inversa, el primer electrodo bimodal (Figura 5, (50)) actúa como un cátodo iontoforético y el segundo electrodo bimodal (Figura 5, (51)) actúa como un ánodo iontoforético para completar el circuito. El analito se recoge en los depósitos, por ejemplo, un hidrogel (Figura 5, (57) y (58)). Al final de la fase iontoforética inversa, la corriente iontoforética se corta. Durante la fase de detección, en el caso de la glucosa, se aplica un potencial entre el electrodo de referencia (Figura 5, (54)) y el electrodo de detección (Figura 5, (52)). La señal química reacciona catalíticamente sobre la cara catalítica del primer electrodo de detección (Figura 5, (52)) produciendo una corriente eléctrica, mientras que el primer electrodo bimodal (Figura 5, (50)) actúa como un contraelectrodo para completar el circuito eléctrico.

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El electrodo descrito se adapta particularmente a ser usado junto con un sistema de depósitos de recogida de hidrogel para controlar los niveles de glucosa en un sujeto a través de la reacción de la glucosa recogida con la enzima glucosaoxidasa presente en la matriz de hidrogel.

El electrodo bimodal está preferiblemente constituido de Ag/AgCl. La reacción electroquímica que ocurre en la superficie de este electrodo sirve de fuente superficial o pozo para la corriente eléctrica. Esta propiedad es especialmente importante para la función iontoforética del electrodo. Ante la ausencia de esta reacción, la corriente iontoforética puede provocar la hidrólisis del agua en los electrodos iontoforéticos produciendo cambios de pH y una posible formación de burbujas de gas. Los cambios a pH ácido básico podrían producir irritación de piel o quemaduras. La capacidad de un electrodo Ag/AgCl para actual fácilmente como una fuente de corriente de pozo también es una ventaja para su función de contraelectrodo. Para que una célula electroquímica de tres electrodos funcione correctamente, la capacidad de generación de corriente del contraelectrodo no debería limitar la velocidad de la reacción en el electrodo de detección. En el caso de un gran electrodo de detección, el contraelectrodo debería poder suministrar corrientes proporcionalmente mayores.

El diseño del sistema de toma de muestras proporciona un electrodo de detección mayor (véase por ejemplo, la Figura 4) que el anteriormente diseñado. Por consiguiente, la dimensión del electrodo bimodal debería ser suficiente de manera que cuando actúa como un contraelectrodo no limite la velocidad de reacción catalítica en la superficie catalítica del electrodo de detección.

Existen dos procedimientos para garantizar que el contraelectrodo no limite la corriente en el electrodo de detección: (1) el electrodo bimodal se hace mucho más grande que el electrodo de detección, o (2) se proporciona una contrarreacción superficial.

Durante la fase iontoforética inversa, la fuente de alimentación proporciona un flujo de corriente al primer electrodo bimodal para facilitar la extracción de la señal química en el depósito. Durante la fase de detección, se usa la fuente de alimentación para proporcionar tensión al primer electrodo de detección para realizar la conversión de la señal química retenida en el depósito en señal eléctrica en la cara catalítica del electrodo de detección. La fuente de alimentación mantiene también un potencial fijo en el electrodo donde, por ejemplo, el peróxido de hidrógeno se convierte en oxígeno molecular, iones de hidrógeno y electrones, que se compara con el potencial del electrodo de referencia durante la fase de detección. Mientras un electrodo de detección funciona en modo de detección está eléctricamente conectado al electrodo bimodal adyacente que actúa como contraelectrodo en el que se consumen los electrones generados en el electrodo de detección.

El subconjunto de electrodos puede funcionar conectando eléctricamente los electrodos bimodales de manera que cada electrodo pueda funcionar tanto como un electrodo iontoforético como un contraelectrodo junto con el o los electrodos de detección y el o los electrodos de referencia apropiados, para crear un circuito potenciostato estándar.

Un potenciostato es un circuito eléctrico usado en mediciones electroquímicas en células electroquímicas de tres electrodos. Se aplica un potencial entre el electrodo de referencia y el electrodo de detección. La corriente generada en el electrodo de detección fluye a través de la circuitería hacia el contraelectrodo (es decir, no fluye corriente entre el electrodo de referencia para alterar su potencial de equilibrio). Se pueden usar dos circuitos de potenciostato independientes para hacer funcionar los dos biodetectores. Para el fin del presente sistema de toma de muestras, la corriente eléctrica medida en el subconjunto de electrodos de detección es la corriente que se correlaciona con una cantidad de señal química.

Respecto del funcionamiento constante durante largos periodos de tiempo, se proporcionan electrodos Ag/AgCl que pueden formar repetidamente un par reversible que funciona sin reacciones adversas electroquímicas no deseadas (que podrían producir cambios en el pH, y la liberación de hidrógeno y oxígeno debido a la hidrólisis del agua). Los electrodos de Ag/AgCl del presente sistema de toma de muestras se formulan así para resistir los ciclos repetidos de paso de corriente en el intervalo de aproximadamente 0,01 a 1,0 mA por cm^{2} del área del electrodo. Respecto de la gran pureza electroquímica, los componentes Ag/AgCl se dispersan dentro de un aglomerante polimérico apropiado para proporcionar una composición de electrodos que no puede atacar (por ejemplo, plastificación) mediante componentes en el depósito de recogida, por ejemplo la composición de hidrogel. Las composiciones de electrodos también se formulan usando reactivos y solventes de tipo analítico o electrónico y la composición de aglomerante polimérico se selecciona para estar libre de contaminantes electroquímicamente activos que se podrían difundir al biodetector para producir una corriente de fondo.

Ya que los electrodos iontoforéticos Ag/AgCl deben poder producir un ciclo constante durante largos periodos de tiempo, las cantidades absolutas de Ag y Ag/Cl disponible en los electrodos y la relación total de disponibilidad de Ag/AgCl, puede ajustarse para proporcionar el paso de grandes cantidades de carga. Aunque no existe limitación en el sistema de toma de muestras descrito en la presente memoria descriptiva, la relación de Ag/AgCl puede acercarse a la unidad. Para funcionar dentro del sistema preferido que usa un biodetector que tiene un área geométrica de 0,1 a 3 cm^{2}, los electrodos iontoforéticos se configuran para proporcionar un área aproximada de electrodo de 0,3 a 1,0 cm^{2}, preferiblemente aproximadamente de 0,85 cm^{2}. Estos electrodos proporcionan ciclos reproducibles y repetidos de paso de carga con densidades de corriente que van de aproximadamente 0,01 a 1,0 mA/cm^{2} de área de electrodo. Más en particular, los electrodos construidos según los anteriores parámetros de formulación, y que tienen un área aproximada de electrodo de 0,85 cm^{2}, pueden tener un paso de carga total reproducible (tanto en la dirección anódica como catódica) de 270 mC, con una corriente de aproximadamente 0,3 mA (densidad de corriente de 0,35 mA/cm^{2}) durante al menos aproximadamente 48 ciclos en periodo de 24 horas.

Una vez formulada, la composición de electrodos de Ag/AgCl se fija a una superficie no conductora rígida o flexible como se ha descrito anteriormente respecto de la composición de electrodos biodetectores. Primero se aplica una subcapa de plata (Ag) a la superficie para proporcionar una conducción uniforme. La composición de electrodos de Ag/AgCl se aplica entonces sobre la subcapa de Ag de cualquier patrón o geometría usando diversas técnicas de película fina, tal como la proyección catódica, la evaporación, la deposición de fase de vapor, etc. o usando diversas técnicas de película gruesa, tal como laminación de película, electrodeposición, etc., Alternativamente, la composición de Ag/AgCl se puede aplicar usando la impresión por tamiz, impresión por tampón, procedimientos de chorro de tinta, impresión por rollo de transferencia o técnicas similares. Preferiblemente, tanto la subcapa de Ag como el electrodo de Ag/AgCl se aplican usando una impresión por tamiz a temperatura baja sobre un sustrato polimérico. Esta impresión por tamiz de baja temperatura se puede realizar a aproximadamente entre 125 y 160ºC, y el tamizado se puede realizar usando una malla apropiada, de aproximadamente entre 100-400.

En una realización de la presente invención, el sistema de toma de muestras puede tener dos depósitos de recogida que contienen, por ejemplo, un depósito de recogida activo, que tiene la enzima de GOx, y un depósito de recogida blanco (sin la enzima de GOx), o alternativamente, dos depósitos activos, es decir, dos depósitos que contienen la enzima de GOx. En el caso de un depósito de recogida activo y un depósito de recogida blanco, se puede ajustar una señal sustrayendo la señal de depósito blanco de la señal obtenida del depósito activo. En el caso de dos depósitos de recogida activos, las señales se pueden sumar y promediar, o se puede usar el total de las dos señales. Esta señal, por ejemplo la corriente detectada, se usa entonces sola o junto con otros factores (por ejemplo, la concentración de glucosa en un punto de calibración, la temperatura de la piel, la conductividad, la tensión, el tiempo desde la calibración del sistema, etc.) para proporcionar un valor de concentración de glucosa. El ciclo de medición puede incluir además un proceso para favorecer selectivamente los componentes de señal específica de analito sobre los componentes de señal debidos a especies que interfieren (como se describe más adelante). Dicho proceso puede incluir, pero no se limita a, (a) un proceso de señal diferencial que sustrae los componentes de señal de no analito de la señal de medición, (b) una etapa de retardo que se lleva a cabo entre las etapas de extracción y de detección, (c) un proceso de detección electroquímica selectiva que se realiza durante la etapa de detección, (d) una etapa de purga que se lleva a cabo después de la etapa de detección, (e) una etapa de segregación de carga (por ejemplo, el ácido úrico migra hacia el ánodo, y la glucosa hacia el cátodo, como en el Ejemplo 1) y (f) cualquier combinación de (a) a (e).

En modos de realización particulares, la corriente detectada se puede correlacionar con la concentración de glucosa en sangre del sujeto (típicamente usando algoritmos estadísticos asociados a un microprocesador) de manera que el controlador del sistema puede visualizar la concentración real de glucosa en sangre del sujeto medida por el sistema de toma de muestras. Por ejemplo, el sistema se puede calibrar a la concentración real de glucosa en sangre del sujeto tomando una muestra de la sangre del sujeto durante una prueba estándar de tolerancia de glucosa, y analizando la glucosa en sangre usando tanto un controlador estándar de glucosa en sangre como el sistema de toma de muestras de la presente invención. Además o alternativamente, el sistema de toma de muestras se puede calibrar en un punto en el tiempo de calibración donde la señal obtenida del sistema de toma de muestras en este punto en el tiempo se correlaciona con la concentración de glucosa en sangre en ese punto en el tiempo determinado por la prueba directa de sangre (Por ejemplo, la concentración de glucosa se puede determinar usando un analizador clínico Hemocue® (Hemocue AB, Suecia)). De este modo, las mediciones obtenidas por el sistema de toma de muestras se pueden correlacionar con los valores reales usando técnicas estadísticas conocidas. Dichas técnicas estadísticas se pueden formular como algoritmo(s) e incorporarse en un microprocesador asociado al sistema de toma de muestras. El funcionamiento del dispositivo de toma de muestras iontoforético (30) se controla opcionalmente mediante un controlador (36) (por ejemplo, un microprocesador), que interconecta con los electrodos iontoforéticos, los electrodos detectores, la alimentación, los elementos de detección opcionales de temperatura y/o conductancia, una pantalla de visualización y otros componentes electrónicos. Por ejemplo, el controlador (36) puede incluir una unidad de pozo/fuente de circuito controlado programable para hacer funcionar los electrodos iontoforéticos. La tensión de fuerza y de referencia son proporcionadas a los electrodos detectores, y los amplificadores de señal se pueden usar para procesar la señal del electrodo o de los electrodos de trabajo. En general, el controlador interrumpe el mando por corriente iontoforética durante los periodos de detección. Se puede proporcionar un bucle de seguridad de detección para controlar constantemente el sistema de toma de muestras para garantizar operaciones correctas.

El control del usuario se puede realizar usando botones situados en el alojamiento (32), y una pantalla de visualización opcional de cristal líquido (LCD) puede proporcionar avisos visuales, mensajes e indicaciones de alarma visuales. El microprocesador usa generalmente una serie de secuencias programadas para controlar las operaciones del dispositivo de toma de muestras, dichas secuencias se pueden almacenar en la memoria de sólo lectura (ROM) del microprocesador. El software integrado (firmware) controla la activación de las operaciones de medición y visualización, la calibración de las lecturas de analito, el ajuste y la visualización de las alarmas de valor elevado y bajos de analito, ajuste y visualización de las funciones tiempo y fecha, tiempo de alarma, y la visualización de las lecturas almacenadas. Las señales detectoras obtenidas a partir de los electrodos detectores se pueden procesar antes del almacenamiento y de la visualización por una o más funciones o algoritmos de procesamiento de señal provistos por el software integrado. El microprocesador también puede incluir una memoria de sólo lectura, programable y borrable electrónicamente (EEPROM) para almacenar los parámetros de calibración, los ajustes de usuario y todas las secuencias descargables.

Además, el sistema de toma de muestra se puede preprogramar para empezar la ejecución de sus mediciones de señal (u otras funciones) en un tiempo indicado. Una aplicación de esta característica es que tiene el sistema de toma de muestras en contacto con un sujeto y que programa el sistema de toma de muestras para empezar la ejecución de la secuencia durante la noche de manera que está disponible para calibración inmediatamente después de despertar. Una ventaja de esta característica es que elimina cualquier necesidad de esperar a que se caliente el sistema de toma de muestras antes de calibrarlo.

Como se ha mencionado anteriormente, la sensibilidad de dichas metodologías de extracción iontoforética y de detección electroquímica pueden verse afectadas por la presencia de especies que interfieren en una muestra extraída. Estas especies que interfieren se pueden extraer por el proceso de toma de muestras iontoforético, esparcidas a través de la piel pasivamente, o se pueden extraer en el sudor o el sebo, y pueden producir interferencias de fondo significativas, reduciendo la respuesta de detección total. Por ejemplo, en el sistema de control especifico de glucosa ilustrado en la presente memoria descriptiva, la enzima de GOx es altamente específica para la glucosa. Aunque, el electrodo biodetector oxide cualquier especie que interfiere presente en la muestra extraída que se pueda oxidar con el potencial aplicado, da como resultado una interferencia con la señal de peróxido de hidrógeno.

En particular, se puede interferir una serie de sustancia que se encuentran comúnmente en los fluidos corporales extraídos iontoforéticamente con la señal de peróxido de hidrógeno. Diversas de estas especies que interfieren, tales como el ácido ascórbico, el ácido úrico y algunos aminoácidos (por ejemplo, triptófano y tirosina) pueden reaccionar con la superficie reactiva del biodetector y dar como resultado una interferencia de señal sustancial.

Estas especies que interfieren principales se pueden dividir en dos clases generales que se comportan de manera diferente bajo un potencial eléctrico aplicado, es decir, o bien son sustancias (iónicas) cargadas, o sustancias (sustancialmente neutras) no cargadas. El ácido ascórbico y el ácido úrico son sustancias (aniónicas) cargas negativamente. El triptófano y la tirosina son sustancia sustancialmente neutras. Durante la toma de muestras iontoforética, las especies cargadas negativamente se extraen preferiblemente hacia el electrodo de ánodo, mientras que las especies neutras y cargas positivamente se extraen preferiblemente hacia el electrodo de cátodo. Estas y otras especies que interfieren estarán también presentes en cualquier muestra extraída transdérmicamente obtenida del sujeto.

Al usar la invención, se usa un sistema de toma de muestras iontoforético para medir la concentración del analito en el sistema biológico. El sistema de toma de muestras iontoforético se configura para tener dos depósitos de recogida, y proporciona una etapa de extracción selectiva como sigue: Cada depósito está en contacto con un único electrodo iontoforético, y se usa una corriente continua para establecer un potencial eléctrico entre los dos electrodos durante la extracción iontoforética. Por lo tanto, el electrodo que se encuentra en un primer depósito sirve de ánodo iontoforético, y el electrodo que se encuentra en el segundo depósito sirve de cátodo iontoforético. Sólo el segundo depósito de recogida (catódico) contiene también el electrodo biodetector. Por lo tanto, la detección de analito se lleva a cabo con una muestra extraída que tiene una cantidad reducida de especies que interfieren, ya que las especies cargas negativamente (por ejemplo ácido ascórbico y ácido úrico) se extraen preferiblemente en el depósito de recogida anódico.

Los beneficios obtenidos por esta técnica de extracción selectiva se pueden potenciar usando una cualquiera de las técnicas, o una combinación de las siguientes técnicas. En una realización, la extracción catódica selectiva se combina con un medio para obtener una señal "blanco" que se puede usar para sustraer una porción de la señal catódica que se deriva de las especies que interfieren cargadas positivamente y/o neutras. Más en particular el dispositivo de toma de muestras iontoforético con dos depósitos descrito anteriormente se usa para llevar a cabo la detección selectiva catódica de manera constante. Cada depósito está en contacto con un único electrodo iontoforético, y se usa una corriente continua para establecer un potencial eléctrico entre los dos electrodos durante la extracción iontoforética. Ambos depósitos contienen también un electrodo biodetector; aunque la detección de glucosa sólo se lleva a cabo en el depósito catódico que contiene la enzima de GOx. Se lleva a cabo una serie de ciclos de medición de una manera constante o continua durante un periodo operacional de aproximadamente 1-24 horas o más. Para incrementar la vida útil operacional de los depósitos de recogida y los electrodos iontoforéticos durante esta toma de muestras constante o continua, la polaridad de los depósitos se puede cambiar de manera que cada depósito sirva de ánodo al menos durante una parte de un ciclo de medición (es decir, después de cada medio ciclo iontoforético).

En un uso preferido del sistema anterior, se lleva a cabo un ciclo de detección después de cada medio ciclo iontoforético. Por ejemplo, cada ciclo de medición conlleva lo siguiente: se lleva a cabo una extracción iontoforética durante una primera fase de la etapa de extracción usando el primer depósito de recogida como cátodo; se lleva a cabo a continuación una etapa de detección durante una primera fase de la etapa de detección para detectar sustancias extraídas durante la primera fase de la extracción; se lleva a cabo una extracción iontoforética durante una segunda fase de la etapa de extracción usando el segundo depósito como cátodo; y se realiza entonces una segunda etapa de detección durante una segunda fase de la etapa de detección. Sólo se registran las mediciones biodetectoras de los cátodos. Sin embargo, la activación de los electrodos biodetectores en los depósitos anódicos es efectiva para reducir (por ejemplo, purgar) la concentración de sustancias (que incluyen especies que interfieren) recogidas en su interior por reacción química con la superficie reactiva del electrodo. De esta manera, la activación del electrodo biodetector en el depósito anódico ayuda a purgar el sistema de toma de muestras y a eliminar sustancialmente los componentes de señal residual del mismo.

La detección se lleva a cabo durante un tiempo suficiente para garantizar que toda la glucosa recogida en el depósito catódico ha sido sometida a una reacción y por lo tanto ya no es detectable, y la corriente biodetectora generada en el cátodo se relaciona con la concentración de glucosa en el sujeto en el tiempo aproximado de la recogida de muestras. Además, la duración de cada etapa de detección debería ser suficiente para eliminar o reducir sustancialmente las especies que interfieren recogidas preferiblemente en el depósito anódico. Como entenderán los expertos en la técnica al leer la presente descripción, tanto las fases de extracción iontoforética (medios ciclos) como las fases de detección se pueden personalizar para tener en cuenta las diversas características de difusión tanto del analito (glucosa) como de las principales especies que interfieren en un depósito de recogida particular (por ejemplo, composición y geometría de depósito), así como para los equilibrios químicos asociados al sistema de analito/enzima (por ejemplo, mutarotación de la molécula de glucosa).

Después de la conclusión de cada ciclo de medición, el proceso se repite y se obtienen posteriores mediciones. Si se desea, se pueden activar los electrodos biodetectores antes del ciclo de medición inicial, y entre medias los ciclos de medición posteriores, y/o entre medias las fases de detección y extracción de un ciclo de medición. La activación de los biodetectores se mantiene durante un periodo de tiempo suficiente para reducir sustancialmente o eliminar la señal electroquímica de fondo y/o el analito residual y las especies que interfieren. La señal biodetectora se puede controlar durante la fase de activación y, después de que el dispositivo se haya activado durante un periodo de tiempo apropiado (como se indica para obtener una señal estable), se puede iniciar el ciclo de medición. Opcionalmente, se puede tomar una medición del detector después de la estabilización, dicha medición se puede usar entonces para establecer un valor de señal de fondo de referencia. Este valor de señal de fondo se puede sustraer de un valor de medición de señal catódica real (que incluye tanto los componentes específicos de analito como de fondo) para obtener un valor de medición corregido.

En una realización relacionada que usa los ciclos alternos de extracción/detección, se puede realizar una etapa de purga adicional durante uno o más ciclos de medición en la que los electrodos biodetectores se activan entre medias de una etapa de detección y antes de una posterior etapa de extracción (por ejemplo, entre medias de una primera fase de la etapa de detección y una segunda fase de la etapa de extracción) para purgar el sistema de toma de muestras de los componentes de señal residual (tanto de señal específica de analito como de señal debida a especies que interfieren). Tal como se ha descrito anteriormente, la activación del electrodo biodetector reduce tanto la señal de analito residual como la señal debida a especies que interfieren residuales por reacción química con la superficie reactiva del electrodo. Durante la etapa de purga, el electrodo biodetector puede funcionar con un potencial de aproximadamente 0,6V o más para garantizar que la purga se realiza de modo sustancialmente completo.

En un uso preferido del sistema, el sistema de toma de muestras iontoforético funciona proporcionando un ciclo de medición que tiene los siguientes componentes: una primera fase de la etapa de extracción en la que el primer depósito funciona como cátodo iontoforético; una primera fase de la etapa de detección en la que se obtiene una señal electroquímica del primer depósito; una etapa de purga para eliminar la señal residual del sistema de toma de muestras; una segunda fase de la etapa de extracción en la que el segundo depósito funciona como cátodo iontoforético; y una segunda fase de la etapa de detección en la que se obtiene una señal electroquímica del segundo depósito. Si se desea, se puede excluir la enzima del primer depósito, de manera que la primera señal contenga predominantemente componentes de señal debidos a especies que interfieren y variaciones de fondo, y que la segunda señal contenga componentes de señal específica de analito. De esta manera, se puede usar también una etapa de sustracción para obtener una señal que está específicamente relacionada con el analito, por ejemplo cuando la primera señal se sustrae de la segunda señal.

Alternativamente, ambos depósitos contienen la enzima de manera que se pueden obtener señales catódicas para proporcionar dos señales específicas de analito "activas". Para aplicaciones de control constante o continuo, la etapa de purga se puede realizar una o varias veces durante el periodo de control constante o continuo. En un aspecto, la etapa de purga se lleva a cabo entre cada etapa de detección y una posterior etapa de extracción. Como entenderán los expertos en la técnica al leer la presente descripción, se pueden usar las técnicas de extracción preferentes descritas en la presente memoria descriptiva que consisten en detectar sustancias extraídas en el cátodo para obtener información específica de analito para controlar cualquier sustancia neutra o cargada positivamente. Sin embargo, si se usan los procedimientos, para controlar las sustancias cargadas negativamente, la detección se llevará a cabo en el ánodo, ya que dichos analitos se extraerán preferiblemente en el ánodo durante la extracción iontoforética.

En otro aspecto relacionado que usa los ciclos alternos de extracción/detección anteriores, también se puede usar un periodo de retardo para maximizar la señal de glucosa detectable. Más en particular, se impone un periodo de retardo entre cada extracción de medio ciclo iontoforético y su correspondiente etapa de detección. Durante este periodo de retardo, el analito de glucosa se convierte en la señal de peróxido de hidrógeno, y el efecto del proceso de limitación de velocidad relacionado con la mutarotación de la glucosa se reduce. El retardo puede ser de cualquier periodo de tiempo apropiado, por ejemplo, de aproximadamente 15 segundos a aproximadamente 20 minutos, preferiblemente entre aproximadamente 1 y 7 minutos. El uso de dicho retardo detector permite una reducción en el tiempo de detección biodetectora, donde la detección se puede limitar entre aproximadamente 10 segundos y aproximadamente 30 minutos, preferiblemente entre aproximadamente 30 segundo y 10 minutos, y más preferiblemente aun entre aproximadamente 90 segundos y aproximadamente 5 minutos. La combinación del retardo detector y el tiempo de detección reducido reduce el ruido global obtenido con la medición biodetectora, pero proporciona la misma señal de analito, mejorando la relación señal-ruido de la medición de analito. Como se describe anteriormente, el electrodo biodetector se pueden mantener opcionalmente durante un largo periodo de tiempo(por ejemplo durante una etapa de purga) para reducir sustancialmente la señal reducida debida a analito residual y/o a especies que interfieren en los depósitos de recogida.

En aún un aspecto más, la extracción preferente (selectiva catódica) se combina con un medio para reducir la señal producida por las especies que interfieren de triptófano y tirosina recogidas en el depósito catódico. A este respecto, el sistema de toma de muestra iontoforético descrita en la presente memoria descriptiva emplea típicamente un biodetector que tiene un electrodo que contiene platino que es altamente sensible a la señal de peróxido de hidrógeno producida por la enzima de GOx. El potencial de dichos electrodos biodetectores se ajusta generalmente en aproximadamente 0,6 V donde la curva de corriente-tensión de peróxido de hidrógeno está en una meseta. Sin embargo, en este potencial operativo, la señal de triptófano y tirosina no se diferencian de la señal (específica de glucosa) de peróxido de hidrógeno.

Por consiguiente, en el presente aspecto, se reduce el potencial del electrodo biodetector para reducir la señal de no-glucosa. En particular, el potencial se puede reducir en aproximadamente 0,5 V o menos, en dichos potenciales la señal de triptófano y tirosina es reduce en gran medida sin una reducción concomitante en la señal (peróxido de hidrógeno) específica de analito. En un aspecto particular, se reduce el potencial en aproximadamente 0,42 V para eliminar sustancialmente el componente de señal debido a las especies que interfieren de triptófano y tirosina.

Cada una de las técnicas usadas en los dispositivos de toma de muestras iontoforéticas con dos depósitos antes descrito se pueden aplicar a los dispositivos de toma de muestras que comprenden tres o más de dichos depósitos. Por consiguiente, el dispositivo de toma de muestras de la invención se puede usar en un procedimiento para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico que comprende extraer transdérmicamente el analito del sistema biológico en una etapa de extracción usando un sistema de toma de muestras iontoforético que comprende un primer y un segundo depósito de recogida iontoforética, cada uno de los cuales está en contacto operativo con un electrodo iontoforético. Cuando se coloca en contacto con la piel o una superficie mucosal, el sistema de toma de muestras iontoforético extrae sustancias que incluyen el analito en el primer y el segundo depósito de recogida. El primer electrodo iontoforético funciona como un cátodo durante la etapa de extracción. El sistema de toma de muestras comprende además un medio para recoger pasivamente sustancias que se difunden de, o que son segregadas por el sujeto. Las sustancias extraídas pasivamente se recogen en un tercer depósito de recogida que está en contacto operativo con la piel o una superficie mucosal del sujeto. Los sistemas de recogida pasiva apropiados son conocidos en la técnica, por ejemplo parches sobre la piel que recogen el sudor (con o sin el uso de un agente colinérgico o agente potenciador de permeación) etc. El analito que se extrae en el primer depósito de recogida se pone en contacto con un detector en una etapa de detección para obtener una señal activa, y las sustancias recogidas en el tercer depósito de recogida se ponen en contacto con el detector para obtener una señal blanco. Se obtiene entonces una señal específica de analito sustrayendo la señal blanco de la señal activa. Si se está controlando un analito cargado negativamente, el primer electrodo iontoforético funciona como un ánodo durante la etapa de extracción.

En un aspecto relacionado, el analito se extrae usando un sistema de toma de muestras iontoforético que comprende un primer, un segundo y un tercer depósito de recogida que están respectivamente en contacto operativo con el primer, el segundo y el tercer electrodo iontoforético. Cuando estos depósitos se ponen en contacto con la piel o una superficie mucosal de un sujeto, se usa el medio de toma de muestras para extraer las sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el primer, el segundo y el tercer depósito de recogida. El primer y el segundo electrodo iontoforético funcionan como cátodos durante la etapa de extracción (es decir, la corriente iontoforética se divide por igual entre los cátodos). La detección se lleva a cabo sólo en los cátodos, poniéndose en contacto el analito extraído en el primer depósito de recogida, con un detector para obtener una señal activa y las sustancias extraídas en el segundo depósito de recogida se ponen en contacto con el detector para obtener una señal blanco. La señal blanco se sustrae entonces de la señal activa para proporcionar una señal específica de analito. Si se desea, el primer depósito de recogida puede contener una enzima específica de analito (por ejemplo, glucosaoxidasa si se están controlando glucosa) para proporcionar la señal activa, y el segundo depósito puede ser sustancialmente idéntico salvo que se excluye del mismo la enzima para obtener la señal blanco. Alternativamente, tanto el primero como el segundo depósito de recogida se pueden usar para obtener señales activas (por ejemplo, cuando ambos contienen una enzima específica de analito) para obtener múltiples señales específicas de analito. Además, el primer y el segundo electrodo iontoforético pueden funcionar como ánodos si el analito de interés está cargado negativamente.

En aún un aspecto más, se proporciona un sistema de toma de muestras iontoforético que pueden combinar la medición selectiva catódica tanto con técnicas de sustracción activa-blanco como con técnicas de polaridad alterna para proporcionar una reducción sustancia del efecto de especies que interfieren sobre la sensibilidad del detector. Más en particular, se usa un sistema de recogida con dos depósitos, en el que los depósitos de recogida están preparados como un sistema activo/blanco y tienen componentes idénticos (electrodo iontoforético, electrodo biodetector) salvo que un depósito contiene la enzima de GOx (el depósito activo), mientras que el otro no contiene la enzima de GOx (el depósito blanco). Los dos depósitos de recogida funcionan con polaridad alterna durante la extracción iontoforética.

Se usa un microprocesador para controlar las operaciones de extracción y de detección del dispositivo para proporcionar un ciclo de medición que se puede llevar a cabo en al menos un protocolo de cuatro etapas como sigue: Una primera fase de la etapa de extracción se usa para generar la señal blanco. Durante esta fase, el depósito blanco se usa como cátodo iontoforético, y la glucosa (junto con las especies que interfieren cargadas positivamente y neutras) se recoge preferiblemente en el depósito blanco. Las especies que interfieren cargadas negativamente se recogen preferiblemente en el depósito activo que funciona como ánodo iontoforético. Después de un tiempo de extracción apropiado, el electrodo biodetector del depósito blanco se usa para obtener una señal blanco. A continuación se lleva a cabo una etapa de purga, en la que los electrodos biodetectores activo/blanco se activan para consumir la glucosa residual y/o las especies que interfieren residuales, particularmente las especies que interfieren cargadas negativamente que se recogieron preferiblemente en el depósito activo durante la extracción anódica. La polaridad de los depósitos activo/blanco se conmuta entonces, y se lleva a cabo la recogida catódica en el depósito activo. Después de esta segunda extracción, se detecta el analito de glucosa en el depósito activo para proporcionar la señal activa. Si se desea, también se puede usar un retardo detector entre las etapas de extracción catódica y de detección catódica de la fase de recogida y análisis para maximizar la señal de glucosa. Por supuesto, estas etapas se pueden invertir, cuando se desea obtener primero la señal activa durante el ciclo de medición. Además, se puede usar un sistema biactivo (ambos depósitos contienen la enzima de GOx) para obtener múltiples señales activas. Cualquiera de los anteriores sistema de toma de muestras puede funcionar constante o continuamente, usándose etapas adicionales de purga para limpiar los depósitos entre las etapas de detección y las posteriores etapas de extracción. Además, se pueden usar los procedimientos (por ejemplo, purga con un potencial elevado, detección con un potencial reducido, y similares) para reducir además el efecto de especies que interfieren.

Cada una de las técnicas de configuraciones y mediciones de sistema de toma de muestras iontoforético descritas anteriormente se puede usar sola, o combinada, para reducir el efecto de las especies que interfieren sobre la sensibilidad biodetectora. Estos sistemas no invasivos de control de glucosa permiten medir los cambios en los niveles de analito en un sujeto a lo largo de un gran intervalo de concentraciones de analito. Además se pueden poner en contacto los sistemas de toma de muestras con el sujeto continuamente, y obtener automáticamente muestras para medir la concentración de analito a intervalos preprogramados. Otras modificaciones y adiciones a los modos de realización anteriores serán evidentes para los expertos en la técnica al leer la presente descripción.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se exponen para proporcionar a los expertos en la técnica una descripción y una presentación completa del modo de realización y de uso de los dispositivos y de las fórmulas de la presente invención, y no están destinados a limitar el alcance de los inventores respecto de su invención. Se han hecho esfuerzos para garantizar la precisión respecto de los números usados (por ejemplos, cantidades, temperatura, etc.) pero se pueden haber producido algunos errores y desviaciones experimentales. A menos que se indique lo contrario, las partes son partes en peso, el peso molecular es el peso molecular medio, la temperatura está en grados centígrados y la presión es atmosférica o casi atmosférica.

Ejemplo 1 Extracción selectiva para reducir especies que interfieren

Para confirmar que algunas especies que interfieren preferiblemente son recogidas en el ánodo de un sistema de recogida anódica/catódica, se realizó el siguiente estudio. Se llevó a cabo una toma de muestras iontoforética sobre un sujeto usando un sistema prototipo de toma de muestras iontoforético. El sistema de toma de muestras iontoforético tiene dos depósitos de recogida iontoforética, teniendo cada uno un electrodo iontoforético.

El sujeto ingirió 250 mg de ácido ascórbico en los siguientes puntos en el tiempo: (1) dos horas antes del inicio de la recogida de muestras; (2) una hora antes del inicio de la recogida de muestras; y (3) en el momento en que se inicia por primera vez la recogida de muestras. La toma de muestras iontoforética (iontoforesis inversa) se llevo a cabo durante fase de extracción de 15 minutos, que fueron seguidas por un periodo de 5 minutos durante el cual la muestra tampón se retiró de las cámaras de recogida iontoforética y se sustituyó con tampón fresco. Las muestran se tomaron cada 20 minutos durante 2 horas. La corriente iontoforética funcionó en modo CC de manera que el ánodo y el cátodo iontoforéticos eran el mismo depósito de recogida para cada muestra. Las muestras se analizaron inmediatamente después de la recogida usando HPLC. Los resultados del estudio se recogen a continuación en la Tabla 1, en la que se proporciona la concentración de ácido ascórbico, ácido úrico, tirosina y triptófano tanto en el depósito anódico como en el depósito catódico, para cada uno de los seis puntos en el tiempo de recogida.

TABLA I

Muestra	Ácido ascórbico	Ácido úrico	Tirosina	Triptófano
A1	5,1947	2,8066	4,0392	0,3481
A2	2,5519	2,8623	1,7218	0,1096
A3	2,0226	2,632	1,1308	0,0726
A4	1,7966	2,5704	1,1026	0,0766
A5	1,7094	2,5064	1,1184	0,0617
A6	1,6663	2,4746	1,349	0,067

TABLA I (continuación)

Muestra	Ácido ascórbico	Ácido úrico	Tirosina	Triptófano
C1	sd	0,392	6,2655	0,3161
C2	sd	0,0776	2,8673	0,1213
C3	sd	0,0311	3,2719	0,0954
C4	sd	0,0175	2,5316	0,1017
C5	sd	0,0215	2,2356	0,0932
C6	sd	0,0106	2,148	0,0838
^{\text{*}} sd = sin determinar

Como se puede observar en la Tabla 1, el ácido ascórbico se recoge sólo en el ánodo (el nivel de ácido ascórbico en las muestras catódicas es indetectable en todas las muestras). De manera idéntica, el ácido úrico se recoge predominantemente en el ánodo, aunque se puede detectar un nivel bajo de ácido úrico en el cátodo. La relación ánodo-cátodo de recogida de ácido ascórbico y ácido úrico es muy alta, varían aproximadamente de 7,16 a 233,45 a 1. Se recoge la tirosina y el triptófano en concentraciones sustancialmente iguales en el ánodo y el cátodo. Sin embargo, el flujo medio en el cátodo es superior al del ánodo, como se espera para una especie neutra.

Ejemplo 2 Sensibilidad reducida a especies que interfieren con bajos potenciales operativos biodetectores

Para confirmar que una reducción en el potencial operativo biodetector puede reducir la sensibilidad a especies que interfieren, se ha llevado a cabo el siguiente estudio. Se realizó de nuevo una toma de muestras iontoforética usando un sistema prototipo de toma de muestras iontoforético. Se hicieron comparaciones entre las señales obtenidas usando un electrodo biodetector de platino que funciona bien a 0,6 o bien a 0,5 V. Más en particular, se obtuvieron señales para el peróxido de hidrógeno, la tirosina y el triptófano con cada potencial operativo. Los resultados del estudio se indican a continuación en la Tabla 2. La pendiente se refiere a la relación lineal entre la corriente detectada con 30 segundos, y la concentración de las especies de reacción.

TABLA 2

Especies	Pendiente de 30 segundos @ 0,6 V	Pendiente de 30 segundos @ 0,5 V
Peróxido de hidrógeno	112,9	115
Tirosina	33,9	3,28
Triptófano	15,23	0,39

Como se puede observar, al funcionar el electrodo Pt con un potencial inferior (0,5 V) se reducen sustancialmente las señales detectoras producidas por las especies que interfieren (tirosina y triptófano), mientras que la señal detectora específica de analito (peróxido de hidrógeno) permanece inmutable.

Claims (12)

1. Un microprocesador (36) programado para medir la concentración de un analito presente en un sistema biológico, en el que el microprocesador (36) se programa para someter una señal de medición a un proceso para favorecer selectivamente componentes de señal específica de analito sobre componentes de señal debidos a especies que interfieren, dicho proceso seleccionado en el grupo constituido por (a) un proceso de señal diferencial que sustrae los componentes de señal de no analito de la señal de medición, (b) una etapa de retardo que se lleva a cabo entre las etapas de extracción y de detección, (c) un proceso de detección electroquímica selectiva que se realiza durante el etapa de detección, (d) una etapa de purga que se lleva a cabo después de la etapa de detección, (e) una etapa de segregación de carga, y (f) cualquier combinación de las mismas.

2. El microprocesador (36) de la reivindicación 1, en el que el proceso de señal diferencial comprende sustraer una primera señal, que comprende predominantemente componentes de señal debidas a especies que interfieren y una variación de fondo, de una señal de medición, que comprende componentes de señal específica de analito, para obtener una señal que se relaciona específicamente con el analito.

3. El microprocesador (36) de la reivindicación 1, en el que la etapa de purga comprende hacer funcionar un electrodo biodetector durante un periodo de tiempo suficiente para eliminar sustancialmente los componentes de señal residual de un depósito de recogida (8, 10) después de la realización de una etapa de detección.

4. El microprocesador (36) de la reivindicación 1, en el que una señal blanco, que es debida a las sustancias difundidas o extraídas, se sustrae de una señal activa, que es debida al analito extraído, para proporcionar una señal específica de analito.

5. El microprocesador (36) de reivindicación 1, en el que el microprocesador (36) se programa para controlar un medio de toma de muestras (8, 10, 12, 14) y un medio de detección (16, 18, 20) para proporcionar un ciclo de medición en el que se detectan los componentes de señal específica de analito en ausencia de componentes de señal debidos a especies que interfieren.

6. Un sistema de toma de muestras para medir un analito presente en un sistema biológico, comprendiendo dicho sistema, en combinación operativa:

(a)

medio de toma de muestras (8, 10, 12, 14) para extraer transdérmicamente el analito del sistema biológico a través de la piel o de una superficie mucosal de dicho sistema biológico; y

(b)

medio de detección (16, 18, 20) en contacto operativo con el analito extraído por el medio de toma de muestras (8, 10, 12, 14), en el que dicho medio de detección (16, 18, 20) obtiene una señal detectable del analito extraído y dicha señal se relaciona específicamente con el analito;

(c)

caracterizado porque dicho sistema comprende además el microprocesador (36) de la reivindicación 5 en comunicación operativa con el medio de toma de muestras (8, 10, 12, 14) y el medio de detección (16, 18, 20)

7. El sistema de toma de muestras de la reivindicación 6, en el que

(a)

dicho sistema de toma de muestra es un sistema de toma de muestras iontoforético que comprende (i) un primer depósito de recogida (8) que contiene un medio iónicamente conductor, un primer medio de toma de muestras iontoforético (12) para extraer sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el primer depósito de recogida (8), y un primer elemento detector (16, 18, 20), en el que dicho primer medio de toma de muestras (12) y dicho primer elemento detector (16, 18, 20) están en contacto operativo con el primer depósito de recogida (8); y (ii) un segundo depósito de recogida (10) que contiene un medio iónicamente conductor, un segundo medio de toma de muestras iontoforético (14) para extraer sustancias que incluyen el analito del sistema biológico en el segundo depósito de recogida (10), y un segundo elemento detector, en el que dicho segundo medio de toma de muestras (14) y dicho elemento detector están en contacto operativo con el segundo depósito de recogida (10); y

(b)

el microprocesador (36) controla un ciclo de medición que comprende (i) hacer funcionar el primer medio de toma de muestras iontoforético (12) como cátodo iontoforético durante una primera fase de la etapa de extracción, (ii) detectar las sustancias extraídas en el primer depósito (8) con el primer elemento detector (16, 18, 20) durante una primera fase de la etapa de detección para obtener una primera señal, (iii) eliminar los componentes de señal residual del sistema de toma de muestras en una etapa de purga; (iv) hacer funcionar el segundo medio de toma de muestras iontoforético (14) como cátodo iontoforético durante una segunda fase de la etapa de extracción, y (v) detectar las sustancias extraídas en el segundo depósito (10) con el segundo elemento detector durante una segunda fase de la etapa de detección para obtener una segunda señal en la que al menos una de dichas primera y segunda señales comprende un componente de señal específica de analito.

8. El sistema de toma de muestras de la reivindicación 7, en la que el primer (16, 18, 20) y el segundo elemento detector son respectivamente el primer y el segundo electrodo biodetector electroquímico.

9. El sistema de toma de muestras de la reivindicación 8, en el que el segundo depósito de recogida (10) contiene una enzima.

10. El sistema de toma de muestras de la reivindicación 8, en el que el primer (8) y el segundo (10) depósito de recogida contienen una enzima.

11. El sistema de toma de muestras de la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que la enzima es glucosaoxidasa.

12. El sistema de toma de muestras de la reivindicación 8, en el que el ciclo de medición comprende una etapa de segregación de carga en la que se realiza la detección en el cátodo y algunas especies que interfieren se recogen preferiblemente en el ánodo.