ES2717135T3 - Método para señalar al usuario para que añada una muestra adicional a una tira de prueba, método para medir la temperatura de una muestra y métodos para determinar la concentración de un analito basados en amperometría controlada - Google Patents

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DESCRIPCIÓN

Método para señalar al usuario para que añada una muestra adicional a una tira de prueba, método para medir la temperatura de una muestra y métodos para determinar la concentración de un analito basados en amperometría controlada

ANTECEDENTES

La determinación cuantitativa de analitos en fluidos biológicos es útil en el diagnóstico y tratamiento de anomalías fisiológicas. Por ejemplo, determinar el nivel de glucosa en fluidos biológicos, tales como la sangre, es importante para las personas diabéticas que deben controlar con frecuencia su nivel de glucosa en sangre para regular sus dietas y/o medicación.

Se han utilizado sistemas electroquímicos para este tipo de análisis. Durante el análisis, el analito sufre una reacción redox con una enzima o especie similar para generar una corriente eléctrica que puede ser medida y correlacionada con la concentración del analito. Se puede proporcionar un beneficio sustancial al usuario disminuyendo el tiempo requerido para el análisis mientras se proporciona la exactitud y precisión deseadas.

Un ejemplo de un sistema sensor electroquímico para analizar analitos en fluidos biológicos incluye un dispositivo de medición y una tira de sensor. La tira de sensor incluye reactivos para reaccionar con y transferir electrones desde el analito durante el análisis y electrodos para pasar los electrones a través de conductores que conectan la tira con el dispositivo. El dispositivo de medición incluye contactos para recibir los electrones procedentes de la tira y la capacidad de aplicar un diferencial de tensión entre los contactos. El dispositivo puede registrar la corriente que pasa a través del sensor y traducir los valores de corriente a una medida del contenido de analito de la muestra. Estos sistemas de sensor pueden analizar una sola gota de sangre completa (WB), tal como de 1-15 microlitros (pL) de volumen.

Ejemplos de dispositivos de medición de la superficie de una mesa de trabajo incluyen el Analizador BAS 100B disponible en BAS Instruments en West Lafayette, Indiana; el Analizador de CH Instrument disponible en CH Instruments en Austin, Texas; la Estación de Trabajo Electroquímica Cypress disponible en Cypress Systems en Lawrence, Kansas; y el Instrumento Electroquímico EG&G disponible en Princeton Research Instruments en Princeton, New Jersey. Ejemplos de dispositivos de medición portátiles incluyen los medidores Ascensia Breeze® y Elite® de Bayer Corporation.

La tira de sensor puede incluir un electrodo de trabajo donde el analito sufre una reacción electroquímica y un contra­ electrodo donde se produce la reacción electroquímica opuesta, permitiendo así que la corriente fluya entre los electrodos. Así, si se produce oxidación en el electrodo de trabajo, se produce reducción en el contra-electrodo. Véase, por ejemplo, Fundamentals Of Analytical Chemistry (“Fundamentos de la Química Analítica”), 4a Edición, D.A. Skoog y D.M. West; Philadelphia: Saunders College Publishing (1982), págs. 304-341.

La tira de sensor también puede incluir un electrodo de referencia verdadero para proporcionar un potencial de referencia no variable al dispositivo de medición. Aunque se conocen múltiples materiales de electrodo de referencia, una mezcla de plata (Ag) y cloruro de plata (AgCl) es típica debido a la insolubilidad de la mezcla en el entorno acuoso de la solución de análisis. Un electro de referencia también puede ser utilizado como el contra-electrodo. Una tira de sensor que utiliza tal combinación electrodo de referencia-contra-electrodo se ha descrito en la Patente de EE.UU N° 5.820.551.

La tira de sensor puede ser formada imprimiendo electrodos en un sustrato aislante que utiliza múltiples técnicas, tales como las descritas en la Patente de EE.UU N° 6.531.040; 5.798.031; y 5.120.420. Una o más capas de reactivo pueden ser formadas revistiendo uno o más de los electrodos, tales como los electrodos de trabajo y/o los contra-electrodos. En un aspecto, más de uno de los electrodos puede estar cubierto por la misma capa de reactivo, tal como cuando los electrodos de trabajo y los contra-electrodos están revestidos por la misma composición. En otro aspecto, las capas de reactivos que tienen diferentes composiciones pueden ser impresas o micro-depositadas sobre los electrodos de trabajo y los contra-electrodos utilizando el método descrito en una solicitud de patente provisional de EE.UU presentada el 24 de Octubre de 2003, Solicitud N° 60/513.817. Así, la capa de reactivo en el electrodo de trabajo puede contener la enzima, el mediador, y un aglutinante mientras que la capa de reactivo en el contra-electrodo contiene una especie redox soluble, que podría ser la misma que el mediador o diferente, y un aglutinante.

La capa de reactivo puede incluir un agente ionizante para facilitar la oxidación o reducción del analito, así como cualesquiera mediadores u otras sustancias que ayudan a transferir electrones entre el analito y el conductor. El agente ionizante puede ser una enzima específica de analito, tal como glucosa oxidasa o glucosa deshidrogenasa, para catalizar la oxidación de la glucosa en una muestra total de sangre (WB). La capa de reactivo también puede incluir un aglutinante que contiene la enzima y el mediador juntos. La Tabla I, a continuación, proporciona combinaciones convencionales de enzimas y mediadores para utilizar con analitos específicos.

Tabla I

El aglutinante puede incluir diferentes tipos y pesos moleculares de polímeros, tales como CMC (carboximetilcelulosa) y/o PEO (óxido de polietileno). Además de aglutinar los reactivos juntos, el aglutinante puede ayudar a filtrar los glóbulos rojos, impidiéndoles que revistan la superficie del electrodo.

Ejemplos de sistemas de sensor electroquímicos convencionales para analizar analitos en fluidos biológicos incluyen los biosensores de Precision® disponibles en Abbott en Abbott Park, Illinois; los biosensores de Accucheck® disponible en Roche en Indianapolis, Indiana; y los biosensores One Touch Ultra® disponibles en Lifescan en Milpitas, California.

Un método electroquímico, que se ha utilizado para cuantificar analitos en fluidos biológicos, es la coulometría. Por ejemplo, Heller y col., han descrito el método coulométrico para las mediciones totales de glucosa en sangre en la Patente de EE.UU N° 6.120.676. En coulometría, la concentración de analito es cuantificada oxidando exhaustivamente el analito dentro de un pequeño volumen e integrando la corriente durante el tiempo de oxidación para producir la carga eléctrica que representa la concentración de analito. En otras palabras, la coulometría captura la cantidad total de glucosa dentro de la tira de sensor.

Un aspecto importante de la coulometría es que hacia el final de la curva de integración de carga frente al tiempo, la tasa a la que la corriente cambia con el tiempo se vuelve sustancialmente constante para producir una condición de estado estable. Esta parte de estado estable de la curva coulométrica forma una región de meseta relativamente plana, permitiendo así la determinación de la corriente correspondiente. Sin embargo, el método coulométrico requiere la conversión completa de todo el volumen de analito para alcanzar la condición de estado estable. Como resultado, este método consume mucho tiempo y no proporciona los resultados rápidos que demandan los usuarios de dispositivos electroquímicos, tales como productos que monitorizan la glucosa. Otro problema con la coulometría es que el pequeño volumen de la celda del sensor debe ser controlado con el fin de proporcionar resultados exactos, lo que puede ser difícil con un dispositivo producido en masa.

Otro método electroquímico que se ha utilizado para cuantificar los analitos en fluidos biológicos es la amperometría. En amperometría, la corriente es medida durante un impulso de lectura cuando se aplica un potencial constante (tensión) a través de los electrodos de trabajo y los contra-electrodos de la tira de sensor. La corriente medida es utilizada para cuantificar el analito en la muestra. La amperometría mide la tasa a la que la especie electroquímicamente activa, y por lo tanto el analito, está siendo oxidado o reducido cerca del electrodo de trabajo. Se han descrito muchas variaciones del método amperométrico para biosensores, por ejemplo en las Patentes de eE.UU N° 5.620.579; 5.653.863; 6.153.069 y 6.413.411.

Una desventaja de los métodos amperométricos convencionales es la naturaleza de estado no estable de la corriente después de aplicar un potencial. La tasa de cambio de corriente con respecto al tiempo es muy rápida inicialmente y se vuelve más lenta a medida que avanza el análisis debido a la naturaleza cambiante del proceso de difusión subyacente. Hasta que la tasa de consumo del mediador reducido en la superficie de electrodo sea igual a la tasa de difusión, no se puede obtener una corriente de estado estable. Así, para métodos de amperometría, medir la corriente durante el período transitorio antes de alcanzar una condición de estado estable puede estar asociado con más inexactitud que una medición realizada durante un período de tiempo de estado estable.

El “efecto hematocrito” proporciona un impedimiento para analizar de forma exacta la concentración de glucosa en muestras de WB. Las muestras de WB contienen glóbulos rojos (RB) y plasma. El plasma es en su mayoría agua, pero contiene algunas proteínas y glucosa. El hematocrito es el volumen del componente de los glóbulos rojos en relación con el volumen total de la muestra de WB y es expresado a menudo como un porcentaje. Todas las muestras de sangre tienen generalmente porcentajes de hematocrito que oscilan desde el 20% al 60%, siendo ~40% el promedio.

En tiras de sensor convencionales para determinar las concentraciones de glucosa, la glucosa puede ser oxidada por una enzima, que luego transfiere el electrón a un mediador. Este mediador reducido se desplaza entonces al electrodo de trabajo donde es oxidado electroquímicamente. La cantidad de mediador que está siendo oxidada puede estar correlacionada con el flujo de corriente entre los electrodos de trabajo y los contra-electrodos de la tira de sensor. Cuantitativamente, la corriente medida en el electrodo de trabajo es directamente proporcional al coeficiente de difusión del mediador. El efecto hematocrito interfiere con este proceso porque los glóbulos rojos bloquean la difusión del mediador al electrodo de trabajo. Posteriormente, el efecto hematocrito influye en la cantidad de corriente medida en el electrodo de trabajo sin ninguna conexión con la cantidad de glucosa en la muestra.

Las muestras de WB que tienen concentraciones variables de glóbulos rojos pueden provocar inexactitudes en la medición porque el sensor no puede distinguir entre una concentración de mediador inferior y una concentración de mediador superior donde los glóbulos rojos bloquean la difusión al electrodo de trabajo. Por ejemplo, cuando se analizan las muestras de WB que contienen niveles de glucosa idénticos, pero que tienen hematocritos del 20, 40, y 60%, tres lecturas de glucosa diferentes serán reportadas mediante un sistema de sensor convencional basándose en un conjunto de constantes de calibración (pendiente e intercepción, por ejemplo). Incluso aunque las concentraciones de glucosa sean iguales, el sistema reportará el 20% de las muestras de hematocrito que contengan más glucosa que el 60% de la muestras de hematocrito debido a los glóbulos rojos que interfieren con la difusión del mediador al electrodo de trabajo.

El intervalo de hematocrito normal (concentración de RBC) para humanos va desde el 20% al 60% y está centrado alrededor del 40%. La polarización de hematocrito se refiere a la diferencia entre la concentración de glucosa de referencia obtenida con un instrumento de referencia, tal como el YSI 2300 STAT PLUS™ disponible en YSI Inc., Yellow Springs, Ohio, y una lectura de glucosa experimental obtenida a partir de un sistema de sensor portátil para muestras que contienen diferentes niveles de hematocrito. La diferencia entre las lecturas de referencia y experimental son resultado de los niveles variables de hematocrito entre todas las muestras específicas de sangre.

Además del efecto hematocrito, también pueden surgir inexactitudes en la medición cuando la concentración de especie mensurable no está correlacionada con la concentración de analito. Por ejemplo, cuando un sistema de sensor determina la concentración de un mediador reducido generado en respuesta a la oxidación de un analito, cualquier mediador reducido no generado por la oxidación del analito conducirá a que el sistema de sensor indique que más de un analito está presente en la muestra y que es correcto debido al fondo del mediador.

Además de los efectos de fondo del hematocrito y el mediador, otros factores también pueden conducir a inexactitudes en la capacidad de un sistema de sensor electroquímico convencional para determinar la concentración de un analito en una muestra. En un aspecto, estas inexactitudes pueden ser introducidas porque la parte de la tira de sensor que contiene la muestra puede variar en volumen de tira a tira. También se pueden introducir inexactitudes cuando no se han proporcionado suficientes muestras para llenar completamente el volumen del espacio de tapa, una condición denominada como llenado de forma insuficiente. En otros aspectos, se pueden introducir inexactitudes en la medición mediante “ruido” aleatorio y cuando el sistema de sensor carece de la capacidad de determinar con precisión los cambios de temperatura en la muestra.

En un intento por superar una o más de estas desventajas, los sistemas de sensor convencionales han intentado múltiples técnicas, no solo con respecto al diseño mecánico de la tira de sensor y la selección de reactivo, sino también con respecto a la manera en la que el dispositivo de medición aplica el potencial eléctrico a la tira. Por ejemplo, los métodos para reducir el efecto hematocrito para sensores amperométricos incluyen la utilización de filtros, como se ha descrito en las Patentes de EE.UU N° 5.708.247 y 5.951.836; que invierten la polaridad de la corriente aplicada, como se ha descrito en el documento WO 01/57510; y mediante métodos que maximizan la resistencia inherente de la muestra, como se ha descrito en la Patente de EE.UU N° 5.628.890.

Se han utilizado múltiples métodos para aplicar el potencial eléctrico a la tira, denominados comúnmente como métodos, secuencias, o ciclos de impulso, para abordar inexactitudes en la concentración de analito determinada. Por ejemplo, en la Patente de EE.UU N° 4.897.162 el método de impulso incluye una aplicación continua de potenciales de tensión ascendente y descendente que se combinan para proporcionar una onda de forma triangular. Además, el documento WO 2004/053476 y las Publicaciones de EE.UU N° 2003/0178322 y 2003/0113933 describen métodos de impulso que incluyen la aplicación continua de potenciales de tensión ascendente y descendente que también cambian la polaridad.

Otros métodos convencionales combinan una configuración de electrodo específico con una secuencia de impulso adaptada a esa configuración. Por ejemplo, la Patente de EE.UU N° 5.942.102 combina la configuración de electrodo específico proporcionada por una celda de capa delgada con un impulso continuo de modo que los productos de reacción procedentes del contra-electrodo lleguen al electrodo de trabajo. Esta combinación es utilizada para impulsar la reacción hasta que el cambio de corriente en función del tiempo se vuelva constante, alcanzando así una verdadera condición de estado estable para que el mediador se mueva entre los electrodos de trabajo y los contra-electrodos durante la operación potencial. Aunque cada uno de estos métodos equilibra diferentes ventajas y desventajas, ninguno es ideal.

Los Documentos WO 98/58250 A, WO 96/14026 A y “Pulsed amperometric detection of glucose using a mediated enzyme electrode” (“Detección amperométrica pulsada de glucosa utilizando un electrodo de encima mediado”), Revista de química electro-analítica y electroquímica interfacial, vol. 287, n° 2, 25 de Julio de 1990, páginas 349-362, describen métodos para determinar la glucosa utilizando electrodos de enzima a través de amperometría pulsada.

Como se puede ver a partir de la descripción anterior, existe una gran necesidad de sistemas de sensor electroquímico mejorados, especialmente aquellos que puedan proporcionar una determinación cada vez más exacta de la concentración de analito en menos tiempo. Los métodos de la presente invención superan al menos una de las desventajas asociadas con los sistemas convencionales.

RESUMEN

En un primer aspecto la presente invención se refiere a métodos para determinar la concentración de un analito en una muestra. Los métodos están definidos en las reivindicaciones independientes 3 y 9. Los métodos de la presente invención incluyen aplicar una secuencia de impulso a la muestra, incluyendo la secuencia de impulso al menos 3 ciclos de trabajo dentro de 180 segundos. Los ciclos de trabajo pueden incluir cada uno una excitación a un potencial fijo, durante la cual se puede registrar una corriente, y una relajación. La secuencia de impulso puede incluir un impulso de lectura terminal y puede aplicarse a una tira de sensor que incluye una capa de barrera de difusión (DBL) en un electrodo de funcionamiento. La concentración de analito determinada puede incluir menos polarización atribuible al fondo del mediador que el mismo u otro método que carece de la secuencia de impulso que incluye al menos 3 ciclos de trabajo dentro de 180 segundos. A través de la utilización de datos de corriente transitoria, se puede determinar la concentración del analito cuando no se ha alcanzado una condición de estado estable durante las partes de excitación de los ciclos de trabajo de la secuencia de impulso. Se puede aplicar un tratamiento de datos a las corrientes medidas para determinar la concentración del analito en la muestra.

Se puede utilizar un dispositivo portátil de medición de analito para determinar la concentración de un analito en una muestra de acuerdo con los métodos de la presente invención. El dispositivo incluye un dispositivo de medición amperométrico controlado adaptado para recibir una tira de sensor. El dispositivo de medición amperométrico controlado incluye al menos dos contactos de dispositivo en comunicación eléctrica con un dispositivo de visualización a través de circuitos eléctricos. La tira de sensor incluye al menos primer y segundo contactos de tira de sensor. El primer contacto de tira de sensor está en comunicación eléctrica con un electrodo de trabajo y el segundo contacto de tira de sensor está en comunicación eléctrica con un electrodo de trabajo y el segundo contacto de tira de sensor está en comunicación eléctrica con un contra-electrodo a través de los conductores. Una primera capa de reactivo está en al menos uno de los electrodos e incluye una oxirreductasa y al menos una especia de un par redox.

Alternativamente se puede utilizar un dispositivo portátil de medición adaptado para recibir una tira de sensor para determinar la concentración de un analito en una muestra de acuerdo con los métodos de la presente invención. El dispositivo incluye contactos, al menos en un dispositivo de visualización, y circuitos electrónicos que establecen comunicación eléctrica entre los contactos y el dispositivo de visualización. Los circuitos incluyen un cargador eléctrico y un procesador, donde el procesador está en comunicación eléctrica con un medio de almacenamiento legible por ordenador. El medio incluye un código de software legible por ordenador, que cuando es ejecutado por el procesador, hace que el cargador implemente una secuencia de impulso que comprende al menos 3 ciclos de trabajo dentro de 180 segundos entre los contactos. Sin embargo, los dispositivos portátiles per se no son parte de la presente invención.

En un segundo aspecto la presente invención se refiere a que se ha proporcionado un método para señalar a un usuario para que añada una muestra adicional a una tira de sensor que incluye determinar si la tira de sensor es llenada de forma insuficiente determinando una constante de decrecimiento a partir de las corrientes registradas durante una secuencia de impulso amperométrico controlado y señalar al usuario para que añada una muestra adicional a la tira de sensor si la tira es llenada de forma insuficiente. El método del segundo aspecto de la invención está definido en la reivindicación independiente 1.

En un tercer aspecto la presente invención se refiere que se ha proporcionado un método para determinar la temperatura de una muestra contenida por una tira de sensor que incluye determinar una constante de decrecimiento a partir de las corrientes registradas durante una secuencia de impulso amperométrico controlado y correlacionar la constante de decrecimiento con un valor de temperatura. El método del tercer aspecto de la invención está definido en la reivindicación 8.

Las siguientes definiciones son incluidas para proporcionar una comprensión clara y coherente de la memoria descriptiva y las reivindicaciones.

El término “analito” es definido como una o más sustancias presentes en una muestra. El análisis determina la presencia y/o concentración del analito presente en la muestra.

El término “muestra” es definido como una composición que puede contener una cantidad desconocida de analito. Típicamente, una muestra para análisis electroquímico está en forma líquida, y preferiblemente la muestra es una mezcla acuosa. Una muestra puede ser una muestra biológica, tal como sangre, orina, o saliva. Una muestra también puede ser un derivado de una muestra biológica, tal como un extracto, una dilución, un filtrado, o un precipitado reconstituido.

El término “especie mensurable” es definido como cualquier especie electroquímicamente activa que puede ser oxidada o reducida bajo un potencial apropiado en el electrodo de trabajo de una tira de sensor electroquímico. Ejemplos de especie mensurable incluyen analitos, oxirreductasas, y mediadores.

El término “amperometría” es definido como un método de análisis donde la concentración de un analito en una muestra es determinada midiendo electroquímicamente la tasa de oxidación o de reducción del analito en un potencial.

El término “sistema” o “sistema de sensor” es definido como una tira de sensor en comunicación eléctrica a través de sus conductores con un dispositivo de medición, lo que permite la cuantificación de un analito en una muestra.

El término “tira de sensor” es definido como un dispositivo que contiene la muestra durante el análisis y proporciona comunicación eléctrica entre la muestra y el dispositivo de medición. La parte de la tira de sensor que contiene la muestra es a menudo denominada como el “espacio de tapa”.

El término “conductor” es definido como una sustancia eléctricamente conductora que permanece estacionaria durante un análisis electroquímico.

El término “dispositivo de medición” es definido como uno o más dispositivos electrónicos que pueden aplicar un potencial eléctrico a los conductores de una tira de sensor y medir la corriente resultante. El dispositivo de medición también puede incluir la capacidad de procesamiento para determinar la presencia y/o concentración de uno o más analitos en respuesta a los valores de corriente registrados.

El término “exactitud” está como cómo de cerca la cantidad de analito medida por una tira de sensor corresponde a la cantidad verdadera de analito en la muestra. En un aspecto, la exactitud puede expresarse en términos de polarización.

El término “precisión” es definido como cómo de cerca están múltiples mediciones de analito para la misma muestra. En un aspecto, la precisión puede expresarse en términos de la dispersión o varianza entre múltiples mediciones.

El término “reacción redox” es definido como una reacción química entre dos especies que implican la transferencia de al menos un electrón desde una primera especie a una segunda especie. Así, una reacción redox incluye una oxidación y una reducción. La semi-celda de oxidación de la reacción implica la pérdida de al menos un electrón por la primera especie, mientras la semi-celda de reducción implica la adición de al menos un electrón a la segunda especie. La carga iónica de una especie que es oxidada es hecha más positiva por una cantidad igual al número de electrones eliminados. Asimismo, la carga iónica de una especie que es reducida es hecha menos positiva por una cantidad igual al número de electrones ganados.

El término “mediador” es definido como una sustancia que puede ser oxidada o reducida y que puede transferir uno o más electrones. Un mediador es un reactivo en un análisis electroquímico y no es el analito de interés, pero proporciona la medición indirecta del analito. En un sistema simplista, el mediador sufre una reacción redox en respuesta a la oxidación o reducción del analito. El mediador oxidado o reducido sufre entonces la reacción opuesta en el electrodo de trabajo de la tira de sensor y es regenerado a su número de oxidación original.

El término “aglutinante” es definido como un material que proporciona soporte físico y contención a los reactivos mientras que tiene compatibilidad química con los reactivos.

El término “fondo del mediador” es definido como la polarización introducida en la concentración de analito medida atribuible a especies mensurables no sensibles a la concentración de analito subyacente.

El término “llenar de forma insuficiente” es definido como cuando se introdujo una muestra insuficiente en la tira de sensor para obtener un análisis exacto.

El término “par redox” es definido como dos especies conjugadas de una sustancia química que tiene diferentes números de oxidación. La reducción de la especie que tiene el número de oxidación superior produce la especie que tiene el número de oxidación inferior. Alternativamente, la oxidación de la especie que tiene el número de oxidación inferior produce la especie que tienen el número de oxidación superior.

El término “número de oxidación” es definido como la carga iónica formal de una especie química, tal como un átomo. Un número de oxidación superior, tal como (III), es más positivo, y un número de oxidación inferior, tal como (II), es menos positivo.

El término “especie redox soluble” es definido como una sustancia que es capaz de sufrir oxidación o reducción y que es soluble en agua (pH 7, 25° C) a un nivel de al menos 1,0 gramos por Litro. La especie redox soluble incluye moléculas orgánicas electro-activas, complejos metálicos de organotransición, y complejos de coordinación de metales de transición. El término “especie redox soluble” excluye metales elementales e iones metálicos solitarios, especialmente aquellos que son insolubles o moderadamente solubles en agua.

El término “oxirreductasa” es definido como cualquier enzima que facilite la oxidación o reducción de un analito. Una oxirreductasa es un reactivo. El término oxirreductasa incluye “oxidasas”, que facilitan reacciones de oxidación donde el analito es reducido y el oxígeno molecular no es el analito; y “deshidrogenasas”, que facilitan reacciones de oxidación donde el oxígeno molecular no es el aceptor de electrones. Véase, por ejemplo, Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology ("Diccionario de Bioquímica y Biología Molecular"), Revised Edition, A.D. Smith, Ed., New York: Oxford University Press (1997), págs. 161,476, 477, y 560.

El término “molécula orgánica electro-activa” es definido como una molécula orgánica que carece de un metal que es capaz de sufrir una reacción de oxidación o de reducción. Las moléculas orgánicas electro-activas pueden servir como mediadores.

El término “complejo metálico de organotransición”, también denominado “complejo de OTM”, es definido como un complejo donde un metal de transición está unido al menos a un átomo de carbono a través de una unión sigma (carga formal de ^-1 en el sigma de átomo de carbono unido al metal de transición) o una unión pi (carga formal de ⁰ en los átomos de carbono pi unidos al metal de transición). Por ejemplo, el ferroceno es un complejo de OTM con dos anillos de ciclopentadienilo (Cp), cada uno unido a través de sus cinco átomos de carbono a un hierro central mediante dos uniones pi y una unión sigma. Otro ejemplo de un complejo de OTM es ferricianuro (III) y su parte contraria de ferricianuro (II) reducido, donde seis ligandos de ciano (carga formal de -1 en cada uno de los ⁶ ligandos) son unidos en sigma a un hierro central a través de los átomos de carbono.

El término “complejo de coordinación” es definido como un complejo que tiene una geometría de coordinación bien definida, tal como plana octaédrica o cuadrada. A diferencia de los complejos de OTM; que están definidos por su unión, los complejos de coordinación están definidos por su geometría. Así, los complejos de coordinación pueden ser complejos de OTM (tal como el ferricianuro mencionado previamente), o complejos donde átomos no metálicos diferentes del carbono, tales como heteroátomos que incluyen nitrógeno, azufre, oxígeno, y fósforo, están unidos dativamente al centro metálico de transición. Por ejemplo, el hexamina de rutenio es un complejo de coordinación que tiene una geometría octaédrica donde seis ligandos de NH³ (carga formal de ⁰ en cada uno de los ⁶ ligandos) están unidos dativamente al centro de rutenio. Se puede encontrar una exposición más completa de los complejos de metal de organotransición, los complejos de coordinación, y la unión de metal de transición en Collman y col., Principles and Applications of Organotransition Metal Chemistry (“Principios y Aplicaciones de la Química de Metal de Organotransición”) (1987) y Miessler & Tarr, Inorganic Chemistry (“Química Inorgánica”) (1991).

El término “estado estable” es definido como cuando el cambio en la señal electroquímica (corriente) con respecto a su variable de entrada independiente (tensión o tiempo) es sustancialmente constante, tal como dentro de ± 10 o ±5%.

El término “punto transitorio” es definido como el valor de corriente obtenido en función del tiempo cuando una tasa de difusión creciente de una especie mensurable a una superficie de conductor se transforma en una tasa de difusión relativamente constante. Antes del punto transitorio, la corriente está cambiando rápidamente con el tiempo. De manera similar, después del punto transitorio, la tasa de decrecimiento de la corriente resulta relativamente constante, reflejando así la tasa de difusión relativamente constante de una especie mensurable a una superficie de conductor.

El término “relativamente constante” es definido como cuando el cambio en un valor de corriente o una tasa de difusión está dentro de ±20, ±10, o ±5%.

El término “grosor inicial medio” se refiere a la altura media de una capa antes de la introducción de una muestra de líquido. El término promedio es utilizado porque la superficie superior de la capa es irregular, teniendo picos y valles.

El término “intensidad redox” (RI) es definido como el tiempo de excitación total dividido por la suma de los retardos de tiempo de excitación total y de tiempo de relajación total para una secuencia de impulso.

El término “dispositivo portátil” es definido como un dispositivo que puede ser sostenido en una mano humana y es transportable. Un ejemplo de un dispositivo portátil es el dispositivo de medición que acompaña al Sistema de Control de Glucosa en Sangre Ascensia ® Elite, disponible en Bayer HealthCare, LLC, Tarrytown, New York.

El término “en” es definido como “por encima” y es relativo a la orientación que está siendo descrito. Por ejemplo, si un primer elemento es depositado sobre al menos una parte de un segundo elemento, se dice que el primer elemento ha de estar “depositado en” el segundo. En otro ejemplo, si un primer elemento está presente por encima de al menos una parte de un segundo elemento, se dice que el primer elemento ha de estar “en” el segundo. La utilización del término “en” no excluye la presencia de sustancias entre los elementos superior e inferior que están siendo descritos. Por ejemplo, un primer elemento puede tener un revestimiento sobre su superficie superior, incluso un segundo elemento sobre al menos una parte del primer elemento y su revestimiento superior puede estar descrito como “en” el primer elemento. Así, la utilización del término “en” puede o no significar que los dos elementos relacionados están en contacto físico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención puede se puede entender mejor con referencia a los siguientes dibujos y descripción. Los componentes en las figuras no están necesariamente a escala, en su lugar se ha puesto énfasis en ilustrar los principios de la invención. Además, en las figuras, números referenciados de manera similar designan partes correspondientes a lo largo de las diferentes vistas.

La fig. 1A es una representación en perspectiva de una tira de sensor ensamblada.

La fig. 1B es un diagrama en vista superior de una tira de sensor, con la tapa retirada.

La fig. 2 representa un diagrama en vista de extremo de la tira de sensor de la fig. 1B.

La fig. 3 representa un método analítico electroquímico para determinar la presencia y concentración de un analito en una muestra.

Las figs. 4A y 4B representan un electrodo de trabajo que tiene un conductor de superficie y un DBL durante la aplicación de los impulsos de lectura largo y corto.

Las figs. 5A-5E representan cinco ejemplos de secuencias de impulso donde se aplicaron múltiples ciclos de trabajo a la tira de sensor después de la introducción de la muestra.

La fig. 6A muestra las corrientes de salida transitorias de la secuencia de impulso representada en la fig. 5B para las muestras de WB con el 40% de hematocrito que contienen 50, 100, 200, 400, y 600 mg/dL de glucosa.

La fig. 6B muestra perfiles de contorno de corriente preparados mediando grafico y que conectan el valor de corriente final desde cada uno de los perfiles de corriente transitoria mostrados en la fig. 6A.

La fig. 6C muestra perfiles de contorno de corriente preparados a partir de perfiles de corriente transitoria generados por la secuencia de impulso representada en la fig. 5E.

La fig. 6D es un gráfico que ilustra señales de salida en relación con señales de entrada para un sistema electroquímico que utiliza secuencias de impulso amperométrico controlado.

Las figs. 7A y 7B muestran gráficos que ilustran la mejora en la exactitud de la medición cuando se combina un DBL con un impulso de lectura corto.

Las figs. 7C y 7D son gráficos que ilustran la reducción en la polarización de hematocrito que se puede obtener cuando se combina una secuencia de impulso amperométrico controlado con un DBL.

La fig. 8 representa las corrientes de punto final registradas en múltiples ciclos de trabajo cuando se aplicó la secuencia de impulso de la fig. 5b a las muestras de WB que contienen diferentes concentraciones de glucosa.

La fig. 9A representa los perfiles de corrientes transitorias obtenidos a partir de la secuencia de impulso representada en la fig. 5B cuando se introdujo una muestra de 2,0 pL a 10 tiras diferentes de sensor.

La fig. 9B representa los perfiles de la tasa de decrecimiento de cada secuencia de impulso convertida de la fig. 9A en función del tiempo.

La fig. 10 traza las constantes K determinadas a partir de la secuencia de impulso para concentraciones de glucosa de 50, 100, y 400 mg/dL en función de la temperatura.

La fig. 11 es una representación esquemática de un dispositivo de medición.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente invención hace uso del descubrimiento de que las secuencias de impulso amperométrico controlado que incluyen múltiples ciclos de trabajo pueden proporcionar una exactitud y precisión mejoradas a un análisis, mientras que reducen el tiempo de finalización del análisis. Cada ciclo de trabajo incluye una excitación que puede ser proporcionada a una tensión relativamente constante. Cada ciclo de trabajo también incluye una relajación que puede ser proporcionada por un circuito abierto. Las secuencias de impulso de la presente invención pueden reducir el tiempo requerido para el análisis eliminando la necesidad de retardos e impulsos adicionales, tales como los retardos de “incubación” para proporcionar rehidratación del reactivo, impulsos de “quemado” para renovar los electrodos, e impulsos de regeneración de mediador para renovar el estado de oxidación del mediador reduciendo así el tiempo de análisis.

Incluso con tiempos de análisis más cortos, las secuencias de impulso amperométrico de la presente invención pueden mejorar la exactitud y/o la precisión en relación con los métodos convencionales. En un aspecto, se pueden reducir los errores de exactitud introducidos por el efecto hematocrito y los errores de precisión introducidos por el volumen variable del espacio de tapa a través de la combinación de una capa de barrera de difusión con las secuencias de impulso de la presente invención. En otro aspecto, se pueden reducir los errores que de otra manera resultan de una condición de estado no estable y/o del fondo del mediador. Las secuencias de impulso controlado de la presente invención también pueden permitir la determinación de la corriente transitoria y los perfiles de contorno que simulan una condición de estado estable. Los perfiles de corriente transitoria pueden ser utilizados para proporcionar una pluralidad de conjuntos de constantes de calibración, detección de llenado de forma insuficiente, y la capacidad de determinar la temperatura de la muestra, en lugar de confiar en la temperatura del dispositivo de medición.

Las figs. 1A y 1B representan una tira 100 de sensor, que puede ser utilizada en la presente invención. La fig. 1A es una representación en perspectiva de una tira 100 de sensor ensamblada que incluye una base 110 de sensor, al menos parcialmente cubierta por una tapa 120 que incluye un conducto 130, un área cóncava 140, y una abertura 150 de extremo de entrada. Un volumen 160 parcialmente encerrado (el espacio de tapa) está formado entre la base 110 y la tapa 120. Se pueden utilizar otros diseños de sensor compatibles con la presente invención, tales como los descritos en las Patentes de EE.UU N25.120.420 y 5.798.031.

Una muestra líquida para análisis puede ser transferida al espacio 160 de la tapa introduciendo el líquido en la abertura 150. El líquido llena el espacio 160 de la tapa mientras que expulsa el aire previamente contenido a través del conducto 130. El espacio 160 de la tapa puede contener una composición (no mostrada) que ayuda a retener la muestra líquida en el espacio de tapa. Ejemplos de tales composiciones incluyen polímeros hinchables en agua, tales como carboximetil celulosa y polietilenglicol; y matrices de polímero poroso, tal como dextrano y poliacrilamida.

La fig. 1B representa una vista superior de la tira 100 de sensor, con la tapa 120 retirada. Los conductores 170 y 180 pueden discurrir bajo una capa dieléctrica 190 desde la abertura 150 a un electrodo de trabajo 175 y a un contra­ electrodo 185, respectivamente. En un aspecto, el electrodo de trabajo y el contra-electrodo 175, 185 pueden estar sustancialmente en el mismo plano, como se ha representado en la figura. En un aspecto relacionado, el electrodo de trabajo y el contra-electrodo 175, 185 pueden estar separados por más de 200 o 250 pm y pueden estar separados de una parte superior de la tapa 120 por al menos 100 pm. La capa dieléctrica 190 puede cubrir parcialmente los electrodos 175, 185 y puede estar hecha de cualquier material dieléctrico adecuado, tal como un polímero aislante.

El contra-electrodo 185 equilibra el potencial en el electrodo de trabajo 175 de la tira 100 de sensor. En un aspecto, este potencial puede ser un potencial de referencia conseguido formando el contra-electrodo 185 a partir de un par redox, tal como Ag/AgCl, para proporcionar un contra-electrodo de referencia combinado. En otro aspecto, el potencial puede ser proporcionado al sistema de sensor formando el contra-electrodo 185 a partir de un material inerte, tal como carbono, y que incluye una especie redox soluble, tal como ferricianuro, dentro del espacio 160 de la tapa. Alternativamente, la tira 100 de sensor puede estar provista de un tercer conductor y de un electrodo (no mostrado) para proporcionar un potencial de referencia al sistema de sensor.

La fig. 2 representa un diagrama en vista de extremo de la tira de sensor representada en la fig. 1B que muestra la estructura de la capa del electrodo de trabajo 175 y el contra-electrodo 185. Los conductores 170 y 180 pueden descansar directamente sobre la base 110. Las capas 270 y 280 de conductor de superficie pueden ser depositadas opcionalmente sobre los conductores 170 y 180, respectivamente. Las capas 270, 280 de conductor de superficie pueden estar hechas del mismo o de diferentes materiales.

El material o los materiales utilizados para formar los conductores 170, 180 y las capas 270, 280 de conductor de superficie pueden incluir cualquier conductor eléctrico. Los conductores eléctricos preferibles son no ionizantes, de tal manera que el material no sufra una oxidación neta o una reducción neta durante el análisis de la muestra. Los conductores 170, 180 incluyen preferiblemente una capa delgada de pasta metálica o de metal, tal como oro, plata, platino, paladio, cobre, o tungsteno. Las capas 270, 280 de conductor de superficie incluyen preferiblemente carbono, oro, platino, paladio, o sus combinaciones. Si una capa de conductor de superficie no está presente en un conductor, el conductor está hecho preferiblemente de un material no ionizante.

El material de conductor de superficie puede ser depositado sobre los conductores 170, 180 por cualquier medio convencional compatible con el funcionamiento de la tira de sensor, incluyendo deposición de lámina, deposición vapor químico, deposición de lodos, y similares. En el caso de deposición de lodos, la tinta puede ser aplicada como una tinta a los conductores 170, 180, como se ha descrito en la Patente de EE.UU N° 5.798.031.

Las capas 275 y 285 de reactivo puede ser depositadas sobre los conductores 170 y 180, respectivamente, e incluir reactivos y opcionalmente un aglutinante. El material aglutinante es preferiblemente un material polimérico que es al menos parcialmente soluble en agua. Los materiales poliméricos parcialmente solubles en agua adecuados para utilizar como el aglutinante pueden incluir poli(óxido de etileno), (PEO) carboxi metil celulosa (CMC), alcohol polivinílico (PVA), hidroxietilen celulosa hydroxypropyl (HEC), metil celulosa, etil celulosa, etil hidroxietil celulosa, carboximetil etil celulosa, polivinilpirrolidona (PVP), poliaminoácidos tales como polilisina, poliestireno sulfonato, gelatina, ácido acrílico, ácido metacrílico, almidón, sus sales de anhídrido maleico, sus derivados y sus combinaciones. Entre los materiales aglutinantes anteriores, se prefieren PEO, PVA, CMC, y PVA, siendo CMC y PEO más preferidos en la actualidad.

Además del aglutinante, las capas 275 y 285 de reactivo pueden incluir los mismos reactivos o diferentes, En un aspecto, los reactivos presentes en la primera capa 275 pueden ser seleccionados para utiliza con el electrodo de trabajo 175, mientras que los reactivos presentes en la segunda capa 285 pueden ser seleccionados para utilizar con el contra­ electrodo 185. Por ejemplo, los reactivos en la capa 285 pueden facilitar el flujo libre de electrones entre la muestra y el conductor 180. De manera similar, los reactivos en la capa 275 pueden facilitar la reacción del analito.

La capa 275 de reactivo puede incluir una oxirreductasa específica para el analito que puede facilitar la reacción del analito mientras que mejora la especificidad del sistema de sensor para el analito, especialmente en muestras biológicas complejas. Ejemplos de algunas oxirreductasas específicas y analitos correspondientes se proporcionan a continuación en la Tabla II.

Tabla II

En la actualidad, las oxirreductasas especialmente preferidas para el análisis de glucosa incluyen glucosa oxidasa, glucosa deshidrogenasa, sus derivados o sus combinaciones.

La capa 275 de reactivo también puede incluir un mediador para comunicar de manera más efectiva los resultados de la reacción de analito al conductor 270 de superficie y/o al conductor 170. Ejemplos de mediadores incluyen complejos de OTM, complejos de coordinación, y moléculas orgánicas electro-activas. Ejemplos específicos incluyen compuestos de ferroceno, ferrocianuro, ferricianuro, coenzimas de quinonas de pirroloquinolina (PQQ) sustituidas o no sustituidas, 3-fenilimino-3H-fenotiazinas (PIPT) sustituidas o no sustituidas, 3-fenilimino-3H-fenoxacina (PIPO) sustituidas o no sustituidas, benzoquinonas sustituidas o no sustituidas, naftoquinonas sustituidas y no sustituidas, óxidos de nitrógeno, compuestos nitrosos, hidroxilaminas, oxinas, flavinas, fenazinas, derivados de la fenazina, fenotiazinas, indofenoles, y indaminas. Se pueden encontrar estos, y otros mediadores que pueden ser incluidos en la capa de reactivo en las Patentes de los EE.UU N25.653.863; 5.520.786; 4.746.607; 3.791.988; y en las Patentes Europeas N20354441 y 0330517.

En la actualidad, los mediadores especialmente preferidos para el análisis de glucosa incluyen ferricianuro, hexamina de rutenio, PIPT, PIPO, o sus combinaciones. Se puede encontrar una revisión de mediadores electroquímicos útiles para sistemas redox biológicos Analytica Clínica Acta. 140 (1982), páginas 1 -18.

Las capas 275, 285 de reactivo pueden ser depositadas por cualquier medio conveniente, tal como impresión, deposición líquida, o deposición por chorro de tinta. En un aspecto, las capas son depositadas por impresión. Siendo iguales otros factores, el ángulo de la cuchilla de impresión puede afectar inversamente al grosor de las capas de reactivo. Por ejemplo, cuando la cuchilla es movida en un ángulo de aproximadamente 82° con respecto a la base 110, la capa puede tener un grosor de aproximadamente 10 gm. De manera similar, cuando se utiliza un ángulo de cuchilla de aproximadamente 62° con respecto a la base 110, se puede producir un grosor de 30 gm. Así, ángulos de cuchilla inferiores pueden proporcionar capas de reactivo más gruesas. Además del ángulo de la cuchilla, otros factores, tales como la viscosidad del material que está siendo aplicado así como la combinación del tamaño del dispositivo de visualización y la emulsión, pueden afectar al grosor resultante de las capas 275,285 de reactivo.

El electrodo de trabajo 175 también puede incluir una capa de barrera de difusión (DBL) que es integral a una capa 275 de reactivo o que es una capa distinta 290, tal como se ha representado en la fig. 2. Así, la DBL puede estar formada como una combinación de reactivo/DBL en el conductor, como una capa distinta en el conductor, o como una capa distinta en la capa de reactivo. Cuando el electrodo de trabajo 175 incluye la DBL distinta 290, la capa 275 de reactivo puede o no residir en la DBL 290. El lugar de residir en la DBL 290, la capa 275 de reactivo puede residir en cualquier parte de la tira 100 de sensor que permita solubilizar el reactivo en la muestra. Por ejemplo, la capa 175 de reactivo puede residir en la base 110 o en la tapa 120.

La DBL proporciona un espacio poroso que tiene un volumen interno donde puede residir una especie mensurable. Los poros de la DBL pueden ser seleccionados de modo que la especie mensurable pueda difundirse en la DBL, mientras que los constituyentes de muestra físicamente más grande, tales como glóbulos rojos, son sustancialmente excluidos. Aunque las tiras de sensor convencionales han utilizado diferentes materiales para filtrar los glóbulos rojos desde la superficie del electrodo de trabajo, una DBL proporciona un espacio poroso interno para contener y aislar una parte de la especie mensurable de la muestra.

Cuando la capa 275 de reactivo incluye un aglutinante soluble en agua, cualquier parte del aglutinante que no se disuelva en la muestra antes de la aplicación de una excitación puede funcionar como una DBL integral. El grosor inicial medio de una combinación de DBL/capa de reactivo es preferiblemente menor que 30 o 23 micrómetros (pm) y más preferiblemente menor que 16 pm. En la actualidad, unos grosores iniciales medios especialmente preferidos de una combinación DBL/capa de reactivo son desde 1 a 30 pm o desde 3 a 12 pm. El grosor inicial medio deseado de una combinación DBL/capa de reactivo puede ser seleccionado para una longitud de excitación específica en la base de cuando la tasa de difusión de la especie mensurable desde la DBL a una superficie de conductor, tal como la superficie del conductor 170 o la superficie del conductor 270 de superficie de la fig. 2, se vuelve relativamente constante.

Además, la utilización de una DBL demasiado gruesa con una longitud de excitación corta puede retrasarse cuando la tasa de difusión de la especie mensurable desde el DBL a la superficie de conductor se vuelve relativamente constante. Por ejemplo, cuando se aplican ciclos de trabajo que incluyen excitaciones secuenciales de 1 segundo separadas por relajaciones de 0,5 segundos a un electrodo de trabajo utilizando una combinación DBL/capa de reactivo que tiene un grosor inicial medio de 30 pm, puede no alcanzarse una tasa de difusión preferida hasta que se han aplicado al menos 6 ciclos de trabajo (>~10 segundos). Por el contrario, cuando se aplican los mismo ciclos de trabajo a un electrodo de trabajo utilizando una combinación DBL/capa de reactivo que tiene un grosor inicial medio de 11 pm, se puede alcanzar una tasa de difusión relativamente constante después de la segunda excitación (~2,5 segundos). Así, existe un límite superior para el grosor inicial medio preferido de la DBL para un ciclo de trabajo dado. Se puede encontrar un tratamiento más en profundidad de la correlación entre el grosor de la DBL, la longitud de excitación, y el tiempo para alcanzar una tasa de difusión relativamente constante en la Solicitud Provisional de EE.UU N° 60/655.180, presentada el 22 de Febrero de 2005, titulada “Concentration Determination in a Diffusion Barrier Layer” (“Determinación de la Concentración en una Capa de Barrera de Difusión”).

La DBL distinta 290 puede incluir cualquier material que proporcione el espacio de poro deseado, mientras que es parcial o lentamente soluble en la muestra. En un aspecto, la DBL distinta 290 puede incluir un material aglutinante reactivo que carece de reactivos. La DBL distinta 290 puede tener un grosor inicial medio de al menos 5 pm, preferiblemente de 8 a 25 pm, y más preferiblemente de 8 a 15 pm.

La fig. 3 representa un análisis 300 electroquímico para determinar la presencia y opcionalmente la concentración de un analito 322 en una muestra 312. En 310, la muestra 312 es introducida a una tira 314 de sensor, tal como la tira de sensor representadas en las figs. 1A-1B y 2. Las capas de reactivos, tales como 275 y/o 285 de la fig. 2, comienzan a disolverse en la muestra 312, permitiendo así la reacción. En este punto en el análisis, puede ser beneficioso proporcionar una retardo de tiempo inicial, o “período de incubación”, para que los reactivos reaccionen con la muestra 312. Preferiblemente, el retardo de tiempo inicial puede ser de 1 a 10 segundos. Se puede encontrar un tratamiento más en profundidad de los retardos de tiempo iniciales en las Patentes de los EE.UU N° 5.620.579 y 5.653.863.

Durante la reacción, una parte del analito 322 presente en la muestra 312 es oxidada o reducida química o bioquímicamente en 320, tal como mediante una oxirreductasa. Tras la oxidación o reducción, los electrones pueden ser transferidos opcionalmente entre el analito 322 y un mediador 332 en 330.

En 340, una especie mensurable 342, que puede ser el analito cargado 322 de 320 o el mediador cargado 332 de 330, es excitada electroquímicamente (oxidada o reducida). Por ejemplo, cuando la muestra 312 es toda la sangre que contiene glucosa que fue oxidada mediante glucosa oxidasa en 320, que luego transfiere un electrón para reducir un mediador de ferricianuro (III) a ferrocianuro (II) en 330, la excitación de 340 oxida ferrocianuro (II) a ferricianuro (III) en el electrodo de trabajo. De esta manera, un electrón es transferido selectivamente desde el analito de glucosa al electrodo de trabajo de la tira de sensor donde puede ser detectado por un dispositivo de medición.

La corriente resultante de la excitación 340 puede ser registrada durante la excitación 340 en función del tiempo en 350. En 360, la muestra sufre relajación. Preferiblemente, la corriente no es registrada durante la relajación 360.

En 370, la excitación 340, el registro 350, y la relajación 360 son repetidas al menos dos veces para un total de al menos tres ciclos de trabajo dentro de un período de tiempo de 180 segundos o menos. La corriente y los valores de tiempo registrados pueden ser analizados para determinar la presencia y/o concentración del analito 322 en la muestra 312 en 380.

Los sistemas de sensor amperométrico aplican un potencial (tensión) a la tira de sensor para excitar la especie mensurable mientras la corriente (amperaje) es monitoreada. Los sistemas de sensor amperométrico convencionales pueden mantener el potencial mientras que miden la corriente para una longitud de impulso de lectura continua de desde 5 a 10 segundos, por ejemplo. En contraste con los métodos convencionales, los ciclos de trabajo utilizados en el análisis 300 electroquímico sustituyen los impulsos de lectura de larga duración con múltiples excitaciones y relajaciones de corta duración.

El análisis 300 puede aumentar la exactitud y/o precisión de la determinación del analito cuando la especie mensurable excitada en el electrodo de trabajo en 540 es extraída sustancialmente del interior de un DBL, como opuesta a la especie mensurable presente en el espacio de tapa de la tira. Las figs. 4A y 4B representan un electrodo de trabajo 400 que tiene un conductor 430 de superficie y una DBL distinta 405 durante la aplicación de un impulso de lectura largo y una excitación corta. Cuando se aplica una muestra de WB al electrodo de trabajo 400, los glóbulos rojos 420 cubren la DBL 405. El analito presente en la muestra forma una especie mensurable externa 410 externa a la DBL 405. Una parte de la especie mensurable externa 410 se difunde en la DBL distinta 405 para proporcionar una especio mensurable interna 415.

Como se ha mostrado en la fig. 4A, cuando se aplica un impulso de lectura continuo de 10 segundos al electrodo de trabajo 400, tanto la especie mensurable externa 410 como la interna 415 son excitadas en el conductor 430 de superficie mediante un cambio en el estado de excitación. Durante el impulso de lectura largo, la especie mensurable externa 410 se difunde a través de la región de muestra donde residen los glóbulos rojos 420 y a través de la DBL 405 al conductor 430 de superficie. La difusión de la especie mensurable externa 410 a través de los glóbulos rojos 420 durante el impulso de lectura introduce el efecto hematocrito en el análisis. Debido a que la parte sustancial de la especie mensurable excitada en el conductor 430 de superficie se origina desde fuera de la DBL 420, un impulso de lectura largo aplicado a una tira de sensor que tiene una DBL puede rendir de manera similar con respecto al efecto hematocrito para un impulso de lectura corto aplicado a una tira que carece de una DBL.

Por el contrario, la fig. 4B representa la situación donde se aplica una excitación corta a la tira 400 de sensor equipada con DBL para excitar la especie mensurable interna 415, mientras que excluye sustancialmente de la excitación la especie mensurable 410 externa a la DBL 405. Durante la excitación corta, la especie mensurable 410 o bien permanece externa a la DBL 405 o bien no se difunde sustancialmente a través de la DBL para alcanzar el conductor 430 de superficie. De esta manera, la excitación corta puede proporcionar una reducción sustancial en la influencia del efecto hematocrito en el análisis.

Controlando la longitud de excitación en el electrodo de trabajo, la especie mensurable interna a la DBL puede ser analizada, mientras que la especie mensurable externa a la DBL puede ser sustancialmente excluida del análisis. En relación con el conductor 430 de superficie del electrodo de trabajo, se cree que el grosor y el volumen interno de la DBL 405 alteran la tasa de difusión de la especie mensurable interna 415 en relación con la tasa de difusión de la especie mensurable externa 410.

Debido a que la especie mensurable interna a la DBL puede difundirse a una tasa diferente al conductor del electrodo de trabajo que la especie mensurable externa a la DBL, la longitud de la excitación en el electrodo de trabajo puede seleccionar que especie mensurable es analizada preferentemente. Aunque son idénticas desde un punto de vista molecular, las diferentes tasas de difusión de las especies mensurables interna y externa a la DBL pueden permitir la diferenciación.

Aunque no se desea estar limitados por ninguna teoría particular, se cree actualmente que la tasa de difusión de la especie mensurable desde el exterior de la DBL a la DBL es variable, mientras que la tasa de difusión de la especie mensurable desde el volumen interno de la DBL al conductor es relativamente constante. La tasa variable de difusión de la especie mensurable fuera de la DBL puede ser causada por los glóbulos rojos y otros constituyentes presentes en la muestra y puede dar lugar al efecto hematocrito. Así, los errores de análisis (polarización) introducidos por los constituyentes de la muestra, que incluyen los glóbulos rojos, pueden ser reducidos limitando sustancialmente el análisis a las especies mensurables que tiene una tasa de difusión relativamente constante para el conductor.

Otra ventaja de analizar selectivamente la especie mensurable interna a la DBL es una reducción de la imprecisión de medición de las tiras de sensor que tienen volúmenes variables de espacio de tapa. Si un impulso de lectura continua más allá del tiempo en el que se han analizado sustancialmente todas las especies mensurables en el espacio de tapa, el análisis ya no representa la concentración de especies mensurables en la muestra, sino que en su lugar ha determinado la cantidad de especie mensurable en el espacio de tapa; una medición muy diferente. A medida que la longitud de excitación se vuelve larga en relación con el volumen del espacio de tapa, la medición de corriente dependerá del volumen del espacio de tapa, no de la concentración de analito subyacente. Así, impulsos de lectura largos puede dar como resultado mediciones que son muy inexactas con respecto a la concentración de analito cuando la longitud de impulso “sobrepasa” la especie mensurable presente en el espacio de tapa.

Como se ha descrito en la Solicitud Provisional de EE.UU N° 60/617.889, presentada el 12 de Octubre de 2004, titulada “Concentration Determination in a Diffusion Barrier Layer” (“Determinación de la Concentración en una Capa de Barrera de Difusión”), se puede seleccionar un solo impulso de lectura corto o excitación para limitar sustancialmente la excitación de las especies mensurables a una DBL. Cuando se utiliza una sola excitación, la longitud de la excitación y el grosor de la DBL pueden ser seleccionadas de modo que se alcance una tasa de difusión relativamente constante de la especie mensurable desde la DBL a la superficie de conductor la excitación. Si no se alcanza una tasa de difusión relativamente constante durante la excitación, la concentración de la especie mensurable dentro de la DBL puede no representar con exactitud la concentración de la especie mensurable en la muestra, afectando así adversamente el análisis. Además, la única excitación puede no reducir de manera efectiva la señal de fondo del mediador.

Con referencia a la fig. 3, la excitación 340, el registro 350, y la relajación 360 constituyen un solo ciclo de trabajo, que puede aplicarse a una tira de sensor al menos tres veces durante un período de 180 segundos o menos. Más preferiblemente, al menos 4, 6, 8, 10, 14, 18, o 22 ciclos de trabajo son aplicados durante una período de tiempo de 120, 90, 60, 30, 15, 10, o 5 segundos seleccionado independientemente. En un aspecto, los ciclos de trabajo son aplicados durante un período de tiempo de 5 a 60 segundos. En otro aspecto, se pueden aplicar de 3 a 18 o de 3 a 10 ciclos de trabajo dentro de 30 segundos o menos. En otro aspecto, se pueden aplicar de 4 a 8 ciclos de trabajo dentro de 3 a 16 segundos.

El potencial aplicado durante la parte de excitación 340 del ciclo de trabajo es aplicado preferiblemente a una tensión y polaridad sustancialmente constantes a lo largo de su duración. Esto contrasta directamente con los impulsos de lectura convencionales en los que la tensión es cambiada o “barrida” a través de múltiples potenciales de tensión y/o polaridades durante el registro de datos. En un aspecto, la duración de la excitación 340 es como máximo de 4 o 5 segundos, y preferiblemente inferior a 3, 2, 1,5, o 1 segundo. En otro aspecto, la duración de la excitación 340 es desde 0,01 a 3 segundos, desde 0,01 a 2 segundos, o desde 0,01 a 1,5 segundos. Más preferiblemente, la duración de la excitación 340 es desde 0,1 a 1,2 segundos.

Después de la excitación 340, en 360 el dispositivo de medición puede abrir el circuito a través de la tira 314 de sensor, permitiendo así que el sistema se relaje. Durante la relajación 360, la corriente presente durante la excitación 340 es reducida sustancialmente en al menos la mitad, preferiblemente en un orden de magnitud, y más preferiblemente a cero. Preferiblemente, se ha proporcionado un estado de corriente cero mediante un circuito abierto y otro método conocido por los expertos en la técnica para proporcionar un flujo de corriente sustancialmente cero. Se pueden proporcionar al menos 3 relajaciones durante los ciclos de trabajo de la secuencia de impulso.

En un aspecto, la relajación 360 es de al menos 10, 5, 3, 2, 1,5, 1, o 0,5 segundos de duración. En otro aspecto, la relajación 360 es desde 0,1 a 3 segundos, desde 0,1 a 2 segundos, o desde 0,1 a 1,5 segundos de duración. Más preferiblemente, la relajación 360 es desde 0,2 a 1,5 segundos de duración y proporcionada mediante un circuito abierto.

Durante la relajación 360, el agente ionizante puede reaccionar con el analito para generar especies mensurables adicionales sin los efectos de un potencial eléctrico. Así, para un sistema de sensor de glucosa que incluye glucosa oxidasa y un mediador de ferricianuro como reactivos, se puede producir ferricianuro adicional (mediador reducido) en respuesta a la concentración de analito de la muestra sin la interferencia de un potencial eléctrico durante la relajación 360.

Muchos métodos de análisis convencionales aplican continuamente una tensión durante la duración del impulso de lectura. La tensión aplicada puede tener un potencial fijo o puede tener un potencial que es barrido desde un potencial positivo a uno negativo o desde un potencial positivo o uno negativo a un potencial cero en relación con un potencial. Incluso en un potencial relativo a cero, estos métodos extraen continuamente corriente de la tira de sensor durante el impulso de lectura, lo que permite que la reacción electroquímica continúe a lo largo del impulso de lectura. Así, la reacción que produce especies mensurables en respuesta a la concentración de analito y la difusión de las especies mensurables al electrodo de trabajo están ambas afectadas por la corriente durante la parte potencia cero de un impulso de lectura convencional.

Los métodos convencionales que aplican continuamente tensión y extraen corriente de la tira de sensor, incluso en un potencial cero en relación a un potencial, son fundamentalmente diferentes de las relajaciones de la presente invención. Los múltiples ciclos de trabajo aplicados por la presente invención también son marcadamente diferentes de los métodos convencionales que utilizan un solo impulso de larga duración con múltiples mediciones, tales como las descritas en la Patente de EE.UU N° 5.243.516, debido a las múltiples relajaciones de la presente invención. En contraste con estos métodos convencionales, cada ciclo de trabajo de las secuencias de impulso de la presente invención proporciona una difusión independiente y tiempo de reacción de analito durante la relajación.

Las figs. 5A-5E representan cinco ejemplos de secuencias de impulso amperométrico controlado donde se aplicaron múltiples ciclos de trabajo a la tira de sensor después de la introducción de la muestra. En estos ejemplos, se utilizaron impulsos de onda cuadrada; sin embargo, también se pueden utilizar otros tipos de onda compatibles con el sistema sensor y la muestra de prueba. Las figs. 5C-5D representan secuencias de impulso que incluyen múltiples ciclos de trabajo que tienen la misma excitación y tiempos de retardo de circuito abierto.

Las figs. 5A-5B representan secuencias de impulso que incluyen 9 ciclos de trabajo que tienen la misma excitación y tiempos de retardo de circuito abierto además de un impulso 510 de lectura terminal de mayor duración que aumenta en tensión. La tensión aumentada de este impulso de lectura terminal proporciona la capacidad de detectar una especie que tiene un potencial de oxidación superior. Se puede encontrar una exposición más completa con relación a los impulsos de lectura terminales en la Solicitud Provisional de EE.UU N° 60/669.729, presentada el 8 de Abril de 2005, titulada “Oxidizable Species as an Internal Reference in Control Solutions for Biosensors” (“Especies Oxidables como una Referencia Interna en Soluciones de Control para Biosensores”).

La fig. 5A representa una secuencia de impulso de 9 ciclos de trabajo donde excitaciones de 0,5 segundos están separadas por retardos de circuito abierto de 1 segundo para proporcionar una intensidad redox (RI) de 0,357 (5/14). Así, en la fig. 5A, el segundo ciclo de trabajo tiene una parte 520 de excitación y una parte 530 de relajación. La fig. 5B representa una secuencia de impulso de 9 ciclos de trabajo donde excitaciones de 1 segundo están separadas por retardos de circuito abierto de 0,5 segundos para proporcionar una RI de 0,69 (10/14,5). La fig. 5C representa una secuencia de impulso de 7 ciclos de trabajo donde excitaciones de 1 segundo están separadas por retardos de circuito abierto de 1 segundo para proporcionar una RI de 0,53 (8/15). Se aplicó un impulso 540 de lectura terminal de la misma duración y tensión que los utilizados durante los 7 ciclos de trabajo. La fig. 5D representa una secuencia de impulso de 6 ciclos de trabajo donde excitaciones de 1,5 segundos están separadas por retardos de circuito abierto de 1 segundo para proporcionar una RI de 0,636 (10,5/16,5). Como en la fig. 5C, se aplicó el impulso 540 de lectura terminal de la misma duración y tensión que los impulsos de ciclo de trabajo anteriores. La fig. 5E representa una secuencia de impulso de 7 ciclos de trabajo donde excitaciones de 0,25 segundo relativamente cortas están separadas por relajaciones de 1,5 segundos relativamente largas. La secuencia de impulso de la fig. 5E comienza con un impulso inicial 550 de 1 segundo y termina con el impulso 540 de lectura terminal de 1,25 segundos para proporciona una RI de 0,25 (4/16).

Cuanto mayor sea la RI para una secuencia de impulso, menos fondo se introducirá en el análisis por el mediador. Las secuencias de impulso representadas en las figs. 5A-5E son impulsos oxidantes, diseñados para excitar (es decir oxidar) un mediador reducido, que es la especie mensurable. Así, cuando mayor sea la corriente oxidante aplicada a la tira de sensor en un período de tiempo dado, menor es la posibilidad de que el mediador reducido por otras vías que la oxidación del analito contribuya a los valores de corriente registrados.

La Tabla III, a continuación, proporciona la pendiente, intercepción y relación de intercepción a pendiente para los perfiles de contorno de los últimos cuatro ciclos de trabajo de las secuencias de impulso (a) y (b). La secuencia de impulso (a) fue:

9 x (0,5 segundos activado 1,0 segundos desactivado) 0,5 segundos = 14 segundos, RI = 5/14 = 0,357.

La secuencia de impulso (b) fue:

9 x (1,0 segundos activado 0,375 segundos desactivado) 1,0 segundos = 13,375 segundos, RI = 10/13,375 = 0,748

Tabla III

Las relaciones de intercepción a pendiente proporcionan una indicación de la cantidad de señal de fondo atribuible al mediador, con valores de relación superiores que indican una mayor proporción de la señal registrada atribuible al fondo del mediador. Así, mientras la frecuencia de impulso (número de excitaciones/tiempo de ensayo total en segundos) de las secuencias (a) y (b) son similares a aproximadamente 0,7 segundos-1, el aumento en la RI proporcionada por la secuencia de impulso (b) proporciona menos de la mitad como mucho de la señal de fondo. En combinación, las múltiples excitaciones de la secuencia de impulso pueden eliminar la necesidad de un impulso inicial para renovar el estado de oxidación del mediador. Aunque la corriente de fondo puede ser influenciada por el mediador, para ferricianuro, se prefieren secuencias de impulso que tengan valores de RI de al menos 0,01, 0,3, 0,6, o 1, siendo más preferidos valores de RI de desde 0,1 a 0,8, desde 0,2 a 0,7, o desde 0,4 a 0,6.

Con referencia de nuevo a la fig. 3, en 350 la corriente que pasa a través de los conductores de la tira 314 de sensor para cada ciclo de trabajo de la secuencia de impulso puede ser registrada en función del tiempo. La fig. 6A muestra las corrientes de salida trazadas en función del tiempo para la secuencia de impulso representada en la fig. 5B para las muestra de WB con 40% de hematocrito que contienen 50, 100, 200, 400, y 600 mg/dL de glucosa. En lugar de un impulso de larga duración convencional que da como resultado la oxidación extensiva de las especies mensurables, cada excitación es seguida por una ruptura en el perfil de corriente.

En la fig. 6A, cuando las corrientes de salida son trazadas en función del tiempo, cada excitación da como resultado un perfil de corriente transitorio que tiene un valor de corriente alto inicial que decrece a lo largo del tiempo. Preferiblemente, los ciclos de trabajo incluyen excitaciones y relajaciones independientes, cortas que impiden que el sistema alcance un estado estable o una condición de decrecimiento de corriente lenta durante cada excitación, como se requiere durante el impulso de lectura de sistemas convencionales. En lugar de corrientes de estado estable convencional o que decrecen lentamente se obtienen valores de corriente transitorios (que decrecen rápidamente) a partir de secuencias de impulso amperométrico controlado debido a que la reacción electroquímica de las especies mensurables en el electrodo de trabajo es más rápida que la tasa a la que la especie mensurable es suministrada al electrodo de trabajo mediante difusión.

La fig. 6B muestra un trazo de perfil de contorno preparado conectando el valor de corriente final desde cada uno de los perfiles de corriente transitoria (es decir, el valor de corriente final de cada excitación) mostrados en la fig. 6A. El perfil de contorno puede ser utilizado para simular los datos obtenidos a partir de un sistema convencional en estado estable, donde la corriente que cambia con el tiempo es sustancialmente constante.

Los perfiles de corriente transitoria obtenidos a partir de secuencias de impulso amperométrico controlado y los valores de corriente de contorno derivados son fundamentalmente diferentes de los perfiles de corriente obtenidos a partir de un análisis convencional utilizando un solo impulso de lectura. Aunque las corrientes registradas desde un solo impulso de lectura se derivan de una sola difusión/relajación, cada punto de tiempo en el perfil de contorno de las corrientes transitorias se origina desde una excitación después de un proceso de relajación/difusión independiente. Además, a medida que la longitud de una excitación aumenta, la correlación entre la corriente y la concentración de analito puede disminuir, a menudo debido al efecto hematocrito. Así, se puede aumentar la exactitud de un análisis que utiliza múltiples excitaciones cortas en comparación con un análisis que utiliza un impulso de lectura más largo que tiene la duración de las múltiples excitaciones combinada.

Con referencia de nuevo a la fig. 6A, un punto transitorio 605 es alcanzado en el perfil de corriente se obtiene cuando el último valor de corriente en el tiempo para cualquier excitación. Así, para la fig. 6A el punto transitorio es alcanzado a aproximadamente 5 segundos. Para cada una de las concentraciones de glucosa, el equilibrio con respecto a la rehidratación de DBL puede ser alcanzado en el valor de corriente más alto en el perfil de contorno para cada concentración de glucosa. Así, cuando las corrientes transitorias de las fig. 6A son convertidas en corrientes de contorno en la fig. 6B, las lecturas 610 (más alta) y 620 (más baja) establecen que se alcanzó el equilibrio con respecto a la difusión de las especies mensurables en la DBL y la rehidratación de la DBL en aproximadamente cinco segundos para la concentración de glucosa de 600 mg/dL.

Los valores de corriente registrados a una tasa de difusión relativamente constante minimizan las inexactitudes que de otra manera serían introducidas por variaciones en las tasas de rehidratación y de difusión de los reactivos. Así, una vez que se ha alcanzado una difusión relativamente constante, los valores de corriente registrados con más exactitud corresponden a la concentración de las especies mensurables, y por lo tanto al analito. Además, para la fig. 6B, el análisis completo puede ser completado en tan poco como siete segundos porque una vez que se conoce el valor 610 de corriente más alto del perfil de contorno, su valor puede estar correlacionado directamente con la concentración de analito. Se pueden obtener puntos de datos adicionales para reducir el error de fondo atribuible al mediador, como se ha expuesto previamente.

La fig. 6C muestra perfiles de contorno de corriente preparados a partir de perfiles de corriente transitoria generados por la secuencia de impulso representada en la fig. 5E. Durante cada excitación de 0,25 segundos, los valores de corriente se registraron en el medio (~0,125 segundos) y al final (~0,25 segundos), lo que puede ser utilizado para determinar una constante de decrecimiento. Utilizando el impulso inicial más largo con las excitaciones cortas y las relajaciones relativamente largas, el análisis puede ser completado en aproximadamente cuatro segundos.

La fig. 6D es un gráfico que ilustra señales de salida en relación con señales de entrada para un sistema electroquímico que utiliza secuencias de impulso amperométrico controlado. Las señales de entrada son potenciales aplicados a una muestra de fluido biológico. Las señales de entrada incluyen una señal de entrada de sondeo y una señal de entrada de ensayo. Las señales de salida son corrientes generadas a partir de la muestra. Las señales de salida incluyen una señal de salida de sondeo y una señal de salida de ensayo. La muestra genera la señal de salida de ensayo a partir de una reacción redox de glucosa en toda la sangre en respuesta a la señal de entrada de ensayo. Las señales de entrada y salida pueden ser para un biosensor que tiene electrodos de trabajo y contra-electrodos. Se pueden utilizar otros biosensores incluyendo aquellos con electrodos adicionales y configuraciones diferentes. Se pueden medir otras concentraciones de analito incluyendo las de otros fluidos biológicos. Se pueden generar otras señales de salida incluyendo aquellas que se declinan inicialmente y aquellas que se declinan en todos los impulsos.

En uso, una muestra del fluido biológico es depositada en un biosensor. El biosensor aplica una señal de sondeo a la muestra desde aproximadamente -1,25 segundos a aproximadamente 0 segundos. Los impulsos tienen una anchura de impulso de aproximadamente 5-10 ms y un intervalo de impulso de aproximadamente 125 ms. El biosensor genera una señal de salida de sondeo en respuesta a la señal de entrada de sondeo. El biosensor mide la señal de salida de sondeo. El biosensor puede tener un variador de potencia que proporciona la señal de salida de sondeo a la entrada de un comparador analógico.

Cuando la señal de salida de sondeo es igual o mayor que un umbral de sondeo, el biosensor aplica la señal de entrada de ensayo a los electrodos desde aproximadamente 0 segundos a aproximadamente 7 segundos. El valor de umbral de sondeo puede ser de aproximadamente 250 nA. El comparador puede comparar la señal de salida de sondeo con el valor de umbral de sondeo. Cuando la señal de salida de sondeo sobrepasa el valor de umbral de sondeo, la señal de salida del comparador puede desencadenar el lanzamiento de la señal de entrada de ensayo.

Durante la señal de entrada de ensayo, el biosensor aplica un ciclo de trabajo con un primer impulso que tiene un potencial de aproximadamente 400 mV durante aproximadamente 1 segundo a los electrodos de trabajo y los contra­ electrodos. El primer impulso es seguido por una relajación de 0,5 segundos, que puede ser un circuito esencialmente abierto o similar. La señal de salida de ensayo o corriente dentro del primer impulso es medida y almacenada en un dispositivo de memoria. El biosensor puede aplicar un segundo impulso a los electrodos de trabajo y los contra­ electrodos a aproximadamente 200 mV durante aproximadamente 1 segundo. La señal de salida de ensayo o corriente dentro del segundo impulso es medida y almacenada en un dispositivo de memoria. El biosensor continua aplicando impulsos desde la señal de entrada de ensayo a los electrodos de trabajo y los contra-electrodos hasta el final del período de ensayo o tanto como se desee por el biosensor. El período de ensayo puede ser de aproximadamente 7 segundos. El biosensor puede medir y almacenar la señal de salida de ensayo o corriente dentro de cada impulso.

La señal de entrada de sondeo es una señal eléctrica, tal como una corriente o un potencial, que impulsa o activa y desactiva a una frecuencia o intervalo establecido. La muestra genera una señal de salida de sondeo en respuesta a la señal de entrada de sondeo. La señal de salida de sondeo es una señal eléctrica, tal como una corriente o un potencial. El biosensor puede mostrar la señal de salida de sondeo en un dispositivo de visualización y/o puede almacenar la señal de salida de ensayo en un dispositivo de memoria. El biosensor puede aplicar la señal de sondeo para detectar cuando una muestra conecta con los electrodos. El biosensor puede utilizar otros métodos y dispositivos para detectar cuando una muestra está disponible para su análisis.

La señal de salida de sondeo es un ciclo de trabajo en el que una secuencia de impulsos de sondeo está separada por relajaciones de sondeo. Durante un impulso de sondeo, la señal eléctrica está activada. Durante una relajación de sondeo, la señal eléctrica está desactiva. Activado puede incluir períodos de tiempo cuando una señal eléctrica está presente. Desactivado puede incluir períodos de tiempo cuando una señal eléctrica no está presente. Desactivado puede no incluir períodos de tiempo cuando una señal eléctrica está presente pero esencialmente no tiene amplitud. La señal eléctrica puede cambiar entre activada y desactivada cerrando y abriendo un circuito eléctrico, respectivamente. La señal eléctrica puede ser abierta y cerrada mecánica, eléctricamente, o de manera similar.

Una señal de entrada de sondeo puede tener uno o más intervalos de impulso de sondeo. Un intervalo de impulso de sondeo es la suma de un impulso de sondeo y una relajación de sondeo. Cada impulso de sondeo tiene una amplitud y una anchura de impulso de sondeo. La amplitud indica la intensidad del potencia, la corriente, o similar de la señal eléctrica. La amplitud puede variar o ser constante durante el impulso de sondeo. La anchura de impulso de sondeo es el tiempo de duración de un impulso de sondeo. Las anchuras de impulso de sondeo en una señal de entrada de sondeo pueden variar o ser esencialmente las mismas. Cada relajación de sondeo tiene una anchura de relajación de sondeo, que es el tiempo de duración de una relajación de sondeo. Las anchuras de relajación de sondeo en una señal de entrada de sondeo pueden variar o ser esencialmente las mismas.

La señal de entrada de sondeo puede tener una anchura de impulso de sondeo de menos de aproximadamente 300 milisegundos (ms) y un intervalo de impulso de sondeo de menos de aproximadamente 1 segundo. La señal de entrada de sondeo puede tener una anchura de impulso de sondeo de menos de aproximadamente 100 ms y un intervalo de impulso de sondeo de menos de aproximadamente 500 ms. La señal de entrada de sondeo puede tener una anchura de impulso de sondeo del orden de aproximadamente 0,5 ms a aproximadamente 75 ms y un intervalo de impulso de sondeo del orden de aproximadamente 5 ms a aproximadamente 300 ms. La señal de entrada de sondeo puede tener una anchura de impulso de sondeo del orden de aproximadamente 1 ms a aproximadamente 50 ms y un intervalo de impulso de sondeo del orden de aproximadamente 10 ms a aproximadamente 250 ms. La señal de entrada de sondeo puede tener una anchura de impulso de sondeo de aproximadamente 5 ms y un intervalo de impulso de sondeo de aproximadamente 125 ms. La señal de entrada de sondeo puede tener otras anchuras de impulso e intervalos de impulso.

El biosensor puede aplicar la señal de entrada de sondeo a la muestra durante un período de sondeo. El período de sondeo puede ser inferior a aproximadamente 15 minutos, 5 minutos, 2 minutos, o 1 minuto. El período de sondeo puede ser más largo dependiendo de cómo un usuario utiliza el biosensor. El período de sondeo puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,5 segundos (s) a aproximadamente 15 minutos. El período de sondeo puede estar en el intervalo de aproximadamente 5 segundo a aproximadamente 5 minutos. El período de sondeo puede estar en el intervalo de aproximadamente 10 segundo a aproximadamente 2 minutos. El período de sondeo puede estar en el rango de aproximadamente 20 segundos a aproximadamente 60 segundos. El período de sondeo puede estar en el rango de aproximadamente 30 a aproximadamente 40 segundos. El período de sondeo puede tener menor de aproximadamente 200, 100, 50, o 25 intervalos de impulso. El período de sondeo puede tener desde aproximadamente 2 a aproximadamente 150 intervalos de impulso. El período de sondeo puede tener desde aproximadamente 5 a aproximadamente 50 intervalos de impulso. El período de sondeo puede tener desde aproximadamente 5 a aproximadamente 15 intervalos de impulso. El período de sondeo puede tener aproximadamente 10 intervalos de impulso. Se pueden utilizar otros períodos de sondeo.

El biosensor aplica la señal de entrada de ensayo cuando la señal de salida de sondeo es igual o mayor que un umbral de sondeo. El umbral de sondeo puede ser mayor que aproximadamente el 5 por ciento (%) de la señal de entrada de ensayo esperada al comienzo del primer impulso. El umbral de sondeo puede ser mayor que aproximadamente el 15% de la señal de entrada de ensayo esperada en el comienzo del primer impulso. El umbral de sondeo puede estar en el intervalo de aproximadamente el 5 por ciento (%) a aproximadamente el 50% de la señal de entrada de ensayo esperada al comienzo del primer impulso. Se pueden utilizar otros umbrales de sondeo. El biosensor puede indicar que la señal de salida de sondeo es igual o mayor que el umbral de sondeo en un dispositivo de visualización.

La señal de entrada de ensayo es una señal eléctrica, tal como una corriente o un potencial que se impulsa o activa y desactiva a una frecuencia o intervalo establecido. La muestra genera una señal de salida de ensayo en respuesta a la señal de entrada de ensayo. La señal de salida de ensayo es una señal eléctrica, tal como una corriente o un potencial.

La señal de entrada de ensayo es una secuencia de impulsos de ensayo separada por relajaciones de ensayo. Durante un impulso de ensayo, la señal eléctrica está activada. Durante una relajación de ensayo, la señal eléctrica está desactivada. Activado incluye períodos de tiempo cuando una señal eléctrica está presente. Desactivado incluye períodos de tiempo cuando una señal eléctrica no está presente y no incluye períodos de tiempo cuando una señal eléctrica está presente pero esencialmente no tiene amplitud. La señal eléctrica cambia entre activada y desactivada cerrando y abriendo un circuito eléctrico, respectivamente. El circuito eléctrico puede abrirse y cerrarse mecánicamente, eléctricamente, o de forma similar.

Una señal de entrada de ensayo puede tener uno o más intervalos de impulso de ensayo. Un intervalo de impulso de ensayo es la suma de un impulso de ensayo y una relajación de ensayo. Cada impulso de ensayo tiene una amplitud y una anchura de impulso de ensayo. La amplitud indica la intensidad del potencial, la corriente, o similar de la señal eléctrica. La amplitud puede variar o ser una constante durante el impulso de ensayo. La anchura de impulso de ensayo es el tiempo de duración de un impulso de ensayo. Las anchuras de impulso de ensayo en una señal de entrada de ensayo pueden variar o ser esencialmente las mismas. Cada relajación de ensayo tiene una anchura de relajación de ensayo, que es el tiempo de duración de una relajación de ensayo. Las anchuras de relajación de ensayo en una señal de entrada de ensayo pueden variar o ser esencialmente las mismas.

La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo de menos de aproximadamente 5 segundos y un intervalo de impulso de ensayo de menos de aproximadamente 15 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo de menos de aproximadamente 3, 2, 1,5, o 1 segundo y un intervalo de impulso de ensayo de menos de aproximadamente 13, 7, 4, 3, 2,5, o 1,5 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,1 segundos a aproximadamente 3 segundos y un intervalo de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,2 segundos a aproximadamente 6 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,1 segundos a aproximadamente 2 segundos y un intervalo de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,2 segundos a aproximadamente 4 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,1 segundos a aproximadamente 1,5 segundos y un intervalo de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,2 segundos a aproximadamente 3,5 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,4 segundos a aproximadamente 1,2 segundos y un intervalo de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,6 segundos a aproximadamente 3,7 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,5 segundos a aproximadamente 1,5 segundos y un intervalo de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 0,75 segundos a aproximadamente 2,0 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener una anchura de impulso de ensayo de aproximadamente 1 segundo y un intervalo de impulso de ensayo de aproximadamente 1,5 segundos. La señal de entrada de ensayo puede tener otras anchuras de impulso e intervalos de impulso.

El biosensor aplica la señal de entrada de ensayo a la muestra durante un período de ensayo. El período de ensayo puede tener la misma duración o una duración diferente que el período de sondeo. El período de ensayo de la señal de entrada de ensayo puede ser inferior a aproximadamente 180, 120, 90, 60, 30, 15, 10, o 5 segundos. El período de ensayo puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 segundo a aproximadamente 100 segundos. El período de ensayo puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 segundo a aproximadamente 25 segundos. El período de ensayo puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 segundo a aproximadamente 10 segundos. El período de ensayo puede estar en el intervalo de aproximadamente 2 segundos a aproximadamente 3 segundos. El período de ensayo puede ser de aproximadamente 2,5 segundos. El período de ensayo puede tener menos de aproximadamente 50, 25, 20, 15, 10, 8, 6, o 4 intervalos de impulso de ensayo. El período de ensayo puede tener intervalos de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 2 a aproximadamente 50. El período de ensayo puede tener intervalos de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 2 a aproximadamente 25. El período de ensayo puede tener intervalos de impulso de ensayo del orden de aproximadamente 2 a aproximadamente 15. El período de ensayo puede tener aproximadamente 10 intervalos de impulso de ensayo. Se pueden utilizar otros períodos de ensayo.

Las figs. 7A y 7B son gráficos que ilustran la mejora en la exactitud de medición cuando una DBL es combinada con un impulso de lectura corto. Todas las muestras de sangre fueron combinadas con ferrocianuro en una relación de dilución de 1:5 para representar una concentración de glucosa subyacente y medida con un impulso de lectura de 1 segundo. Así, las muestras de WB iniciales con el 20%, 40% y 60% de hematocrito fueron diluidas al 16%, 32%, y 48% de hematocrito (una reducción del 20% de los tres valores de hematocrito). Las líneas del 20%, 40%, y 60% representan la corriente medida para las muestras de sangre que contienen el 16%, 32%, y 48% de hematocrito, respectivamente.

La fig. 7A muestra las inexactitudes introducidas por el hematocrito y otros efectos de una tira de sensor de conductor desnudo que carece de una DBL. La inexactitud está representada como la diferencia entre el 20% y el 60% de líneas de hematocrito (la duración total de polarización de hematocrito) y representa la inexactitud máxima de medición atribuible al efecto hematocrito. Valores de polarización menores representan un resultado más exacto. Se observó un rendimiento similar cuando se utilizó una DBL con un impulso de lectura más largo como se ha expuesto anteriormente con respecto a la fig. 4A.

Por el contrario, la fig. 7B muestra una disminución marcada en la distancia entre las líneas de calibración del 20% y el 60% cuando una DBL es combinada con un impulso de lectura de 1 segundo. Se imprimió una DBL distinta del polímero PEO y el 10% de KCl (sin reactivos) en un conductor como se ha utilizado para la fig. 7A anteriormente. La duración total de hematocrito de polarización con la DBL/impulso de lectura corto está cerca de dos tercios menos que la duración total de polarización sin la DBL. Así, las secuencias de impulso que incluyen múltiples ciclos de trabajo en combinación con un DBL pueden aumentar significativamente la exactitud de la medición y proporcionar una reducción deseable en el fondo del mediador.

Las figs. 7C y 7D ilustran la reducción en polarización de hematocrito que puede ser obtenida cuando una secuencia de impulso amperométrico controlada es combinada con una DBL. La fig. 7C demuestra que la polarización de medición atribuible al efecto hematocrito está dentro del ±5% cuando se combinó una DBL con la secuencia de impulso de la fig.

5E y se registraron los valores de corriente a 14,875 segundos o 0,125 segundos desde el último impulso. Para comparación, la fig. 7D establece que la polarización aumenta el ±15% cuando un valor de corriente a 16 segundos (1,25 segundos desde el último impulso) es utilizado para determinar la concentración de glucosa en la muestra. Así, cuando más larga sea la duración de la excitación, mayor será la polarización de hematocrito observado.

Además de la capacidad de la presente invención para reducir la inexactitud del efecto hematocrito y la señal de fondo del mediador, se puede utilizar la combinación del perfil de corriente transitoria de cada excitación y los perfiles de contorno resultantes para proporcionar múltiples conjuntos de constantes de calibración al sistema sensor, aumentando así la exactitud del análisis. Cada conjunto de constantes de calibración obtenido puede ser utilizado para correlacionar una corriente específica que lee una concentración específica de especies mensurables en la muestra. Así, en un aspecto, se puede obtener un aumento en la exactitud promediando los valores de glucosa obtenidos utilizando múltiples conjuntos de constantes de calibración.

Los sistemas de sensor electroquímico convencionales utilizan generalmente un conjunto de constantes de calibración, tales como pendiente e intercepción, para convertir las lecturas de corriente en una concentración correspondiente del analito en la muestra. Sin embargo, un solo conjunto de constantes de calibración puede dar como resultado inexactitudes en la concentración de analito determinadas a partir de los valores de corriente registrados porque un ruido aleatorio está incluido en la medición.

Tomando el valor de corriente en un tiempo fijo dentro de cada ciclo de trabajo de las secuencias de impulso de la presente invención, se pueden establecer múltiples conjuntos de constantes de calibración. La fig. 8 traza las corrientes de punto final registradas en 8,5, 10, 11,5, 13, y 14,5 segundos (6-9 ciclos de trabajo y la primera parte del impulso de lectura terminal) cuando la secuencia de impulso representada en la fig. 5B se aplicó a muestras de WB que contienen diferentes concentraciones de glucosa. Cada una de estas cinco líneas de calibración es independiente de las otras y pueden ser utilizadas al menos de dos formas.

En primer lugar, se pueden utilizar los múltiples conjuntos de constantes de calibración para determinar el número de ciclos de trabajo que deberían aplicarse durante la secuencia de impulso para obtener la exactitud, la precisión y el tiempo de ensayo deseados. Por ejemplo, si los valores de corriente obtenidos a partir de estas tres excitaciones indican una alta concentración de glucosa, tal como >150 o 200 mg/dL, el sistema de sensor puede terminar el análisis en aproximadamente 5,5 segundos, acortando así considerablemente el tiempo requerido para el análisis. Tal acortamiento puede ser posible porque la imprecisión en concentraciones de glucosa altas es típicamente menor que en concentraciones de glucosa interiores. Por el contrario, si los valores de corriente obtenidos a partir de las primeras tres excitaciones indican una baja concentración de glucosa, tal como <150 o 100 mg/dL, el sistema de sensor puede extender el análisis a más de 7, tal como más de 8 o 10 segundos, para aumentar la exactitud y/o la precisión del análisis.

En segundo lugar, se pueden utilizar los múltiples conjuntos de constantes de calibración para aumentar la exactitud y/o precisión del análisis promediando. Por ejemplo, si el tiempo de medición de glucosa objetivo es 11,5 segundos, las corrientes a 8,5, 10, y 11,5 segundos pueden ser utilizadas para calcular las concentraciones de glucosa utilizando las pendientes e intercepciones de las líneas de calibración correspondientes; por lo tanto G^b,5 = (is^,5 - Int⁸,⁵)/Pendiente⁸,⁵ , G¹⁰ = (i¹⁰ - Int¹⁰)/Pendiente¹⁰, y G^{h ,5} = (in ^,5 - Intu^/Pendienten^. Teóricamente, estos res valores de glucosas deberían ser equivalentes, diferenciándose solo por variaciones aleatorias. Así, los valores de glucosa G^b,5, G¹⁰, y G^{h ,5} pueden ser promediados y el valor de glucosa final de (G^b,5 + G¹⁰ + G^h ,5)/3 puede ser calculado. Promediando los valores procedentes de las líneas de calibración se puede proporcionar una reducción del ruido en la tasa de 1/V3).

Un beneficio inesperado de las secuencias de impulso amperométrico controlado que incluyen excitaciones relativamente cortas y relajaciones relativamente largas, tales como las representadas en la fig. 5E, es la capacidad de simplificar la calibración. Aunque los múltiples conjuntos de constantes de calibración que pueden ser obtenidos a partir de los perfiles transitorio y de contorno pueden proporcionar una ventaja para la exactitud del análisis, una secuencia de impulso tal como la representada en la fig. 5E puede proporcionar una exactitud similar a la obtenida utilizando múltiples conjuntos de constantes de calibración procedentes de un solo conjunto de constantes de calibración. Aunque no se pretende estar limitados por ninguna teoría particular, este resultado puede ser atribuible a los tiempos de relajación relativamente largos en comparación con las relajaciones relativamente cortas. Los tiempos de relajación largos pueden proporcionar un estado donde la tasa media de conversión de especies mensurables durante la excitación es equilibrada por la tasa de difusión de especies mensurable en la DBL. De esta manera, los múltiples conjuntos de constantes de calibración pueden colapsarse en un solo conjunto y la conversión de los datos registrados en una concentración de analito puede simplificarse llevando a cabo el proceso de promediado en los datos de corriente registrados antes de determinar la concentración de analito.

La combinación del perfil de corriente transitoria de cada excitación y los perfiles de contorno resultantes también puede ser utilizada para determinar si la tira de sensor ha sido llenada de forma insuficiente, permitiendo así al usuario añadir una muestra adicional a la tira de sensor. Además de los electrodos de trabajo y los contra-electrodos, los sistemas de sensor convencionales pueden determinar una condición de llenado insuficiente a través de la utilización de un tercer electrodo o par de electrodos; sin embargo, el tercer electrodo o par de electrodos añade complejidad y costes al sistema de sensor.

Los sistemas de dos electrodos convencionales pueden ser capaces de reconocer que un análisis es “malo", pero puede no determinar si la razón para que el análisis haya fallado es causada por un llenado insuficiente o una tira de sensor defectuosa. La capacidad para determinar si el llenado insuficiente ha causado el fallo del análisis es beneficiosa debido a que puede ser corregida añadiendo muestra adicional a la misma tira de sensor y repitiendo el análisis, impidiendo así que sea desechada una buena tira.

La fig. 9A representa los perfiles de corriente transitoria obtenidos a partir de la secuencia de impulsos representada en la fig. 5B para 10 análisis, utilizando cada uno una tira de sensor diferente, donde se introdujeron 2,0 pL de muestra en la tira. Dependiendo de la velocidad de llenado y del volumen del espacio de tapa de una tira de sensor específica, 2,0 pL de muestra pueden o no ser suficientes para llenar la tira.

En la fig. 9B los perfiles de corriente transitoria de la fig. 9A fueron vertidos a perfiles de contorno de tasa de decrecimiento en función del tiempo. En un aspecto, la tasa de crecimiento puede estar representada como una constante K determinada por cualquiera de las siguientes ecuaciones:

g _ lnO'o.ia5) ~

' in(ío.i25) “ ln (ÍLo)

K ln(zQ.s)-ln(;-o)

donde los valores de 0,125, 0,5, y 1,0 están en segundos. Así, utilizando la constante K de un proceso de crecimiento, los perfiles de corriente de la fig. 9A pueden ser convertidos en los perfiles de decrecimiento constante de la figura 9B.

La fig. 9B establece que existe una diferencia sustancial entre los perfiles de decrecimiento de los sensores llenados de manera insuficiente y los sensores llenados de manera normal, especialmente en el intervalo del grupo de 3 a 7 segundos. El llenado insuficiente puede determinado a partir de los perfiles constantes de decrecimiento comparando la diferencia entre la constante de decremento real y un valor seleccionado previamente. Por ejemplo, si se selecciona -0,1 como el límite superior para un sensor llenado de manera normal con respecto a la fig. 9B, cualquier constante K¹ que tenga un valor inferior a -0,1 determinada a partir de excitaciones durante el periodo de tiempo de 3 a 5 segundos puede ser considerado llenado de manera normal. De manera similar, cualquier sensor que tenga un valor de K1 mayor que -0,1 puede ser considerado llenado de manera insuficiente. De esta manera, el llenado insuficiente puede ser determinado en respuesta a una tasa de crecimiento obtenida a partir de un perfil de corriente transitorio.

Así, en la fig. 9B las tiras de sensor representadas por la serie 3 y 8 estaban suficientemente llenadas, mientras que las ocho tiras de sensor representas por las series 1-2, 4-7, y 9-10 estaban llenadas de manera insuficiente. De esta manera las secuencias de impulso amperométrico controlado de la presente invención permitirán la detección de un llenado insuficiente en una tira de sensor de dos electrodos, una función que requiere típicamente un tercer electrodo para sistemas de sensor convencionales. Además, la determinación de llenado insuficiente se llevó a cabo en menos de diez segundos, proporcionando tiempo para que el dispositivo de medición señale al usuario, tal como enviando una señal a un diodo emisor de luz o a un dispositivo de visualización, para añadir más muestra a la tira.

Debido a que el llenado insuficiente puede ser determinado a partir de los perfiles de corriente transitoria, los mismos valores de corriente utilizados para determinar la presencia y barra o concentración del analito pueden ser utilizados para determinar si existe una condición de llenado insuficiente. Así, puede determinarse el llenado insuficiente durante los múltiples ciclos de trabajo de la secuencia de impulsos sin alargar la duración del análisis electroquímico más allá del tiempo requerido para la determinación de la concentración.

La combinación del perfil de corriente transitoria de cada excitación y del perfil de contorno resultante también puede ser utilizada para determinar si un cambio en la temperatura de la muestra puede afectar adversamente al análisis. Los sistemas de sensor convencionales incluyen un termistor en el dispositivo de medición o en la tira para proporcionar la temperatura del dispositivo o de la tira, respectivamente. Aunque esta temperatura es una aproximación de la temperatura de la muestra, típicamente, el dispositivo o tira está a una temperatura diferente de la muestra. La diferencia de temperatura entre el dispositivo o la tira y la muestra puede introducir una polarización en el análisis.

Determinando una tasa de decrecimiento, tal como con una constante K como se ha tratado plenamente, la temperatura de la muestra puede ser determinada. La fig. 10 representa constantes K trazadas como una función de la temperatura que fueron obtenidas a partir de la quinta extinción de una secuencia de impulsos para concentraciones de glucosa de 50, 100, y 400 mg/dL. Los gráficos establecen que la tasa de decrecimiento aumento en valor absoluto con el incremento de la temperatura. Aunque no se desea estar limitado por ninguna teoría particular, este fenómeno puede ser atribuido a temperaturas inferiores que descienden lentamente la tasa de difusión de los distintos constituyentes presentes en el espacio de tapa. De esta manera, la temperatura de una muestra puede ser determinada en respuesta a una tasa de crecimiento obtenida a partir un perfil de corriente transitoria.

Debido a que la temperatura de la muestra puede ser determinada a partir de los perfiles de corriente transitoria, los mismos valores de corriente utilizados para determinar la presencia iba o concentración del analito pueden ser utilizados para determinar la temperatura de la muestra. Así, la temperatura de la muestra puede ser determinada durante los múltiples tipos de trabajo de la secuencia de impulsos sin alargar la duración del análisis electroquímico más allá de la requerida para la determinación de la concentración.

En un aspecto, la temperatura de la muestra puede ser determinada resolviendo para K la siguiente ecuación:

^{K = - ln i0.125 I*1^ 0.375}

ln(0.125) - ln(0.375)

donde ^{^ 125} e ^{^ 375} son las corrientes a 0,125 y 0,375 segundos desde la excitación más sensible al cambio de temperatura, tal como la excitación que genera el decrecimiento de la corriente más sensible con respecto al cambio de temperatura. ln(0,125) e ln(0,375) son los términos logarítmicos naturales de los tiempos a 0,125 y 0,375 segundos, respectivamente. A partir del gráfico de estas constantes K en función de la temperatura, como se ha representado en la figura 10, la temperatura de la muestra puede ser determinada por la función de correlación del gráfico. La función de correlación puede ser un ajuste polinómico de la curva. La temperatura determinada a partir de este gráfico puede ser diferente de la temperatura del dispositivo y puede reflejar más exactamente la temperatura de la muestra.

Una ventaja de determinar la temperatura de la muestra, en oposición al dispositivo, es que la longitud del análisis puede ser ajustada para permitir un tiempo suficiente para la rehidratación de un DBL para que alcance el equilibrio, aumentando así la exactitud del análisis. Por ejemplo, si la temperatura de la muestra determinada durante la secuencia de impulso es al menos 5 o 10 °C por debajo de la temperatura ambiente, la secuencia de impulso puede ser agrandada, tal como con ciclos de trabajo adicionales.

La fig. 11 es una representación esquemática de un dispositivo 1100 de medición que incluye contactos 1120 en comunicación eléctrica con circuitos eléctricos 1110 y un dispositivo de visualización 1130. En un aspecto, el dispositivo 1100 de medición es portátil y está adaptado para ser transportado manualmente y para recibir una tira de sensor, tal como la tira 100 de la fig. 1A. En otro aspecto, el dispositivo 1100 de medición es un dispositivo de medición portátil adaptado para recibir una tira de sensor e implementar secuencias de impulso amperométrico controlado.

Los contactos 1120 están adaptados a proporcionar comunicación eléctrica con los circuitos eléctricos 1110 y los contactos de una tira de sensor, tal como los contactos 170 y 180 de la tira 100 de sensor representada en la fig. 1B. Los circuitos eléctricos 1110 pueden incluir un cargador eléctrico 1150, un procesador 1140, y un medio 1145 de almacenamiento legible por ordenador. El cargador eléctrico 1150 puede ser un variador de potencia, generador de señal, o similar. Así, el cargador 1150 puede aplicar una tensión a los contactos 1120 al tiempo que registra la corriente resultante para funcionar como un cargador-registrador.

El procesador 1140 puede estar en comunicación eléctrica con el cargador 1150, el medio 1145 de almacenamiento legible por ordenador, y el dispositivo de visualización 1130. Si el cargador no está adaptado para registrar corriente, el procesador 1140 puede ser adaptado para registrar la corriente en los contactos 1120.

El medio 1145 de almacenamiento legible por ordenador puede ser cualquier medio de almacenamiento, tal como magnético, óptico, memoria de semiconductores, y similares. El medio 1145 de almacenamiento legible por ordenador puede ser un dispositivo de memoria fijo o un dispositivo de memoria extraíble, tal como una tarjeta de memoria extraíble. El dispositivo de visualización 1130 puede ser analógico o digital, en un aspecto, un dispositivo de visualización LCD adaptado para presentar una lectura numérica.

Cuando los contactos de una tira de sensor que contiene una muestra están en comunicación eléctrica con los contactos 1120, el procesador 1140 puede dirigir al cargador 1150 a aplicar una secuencia de impulso a pero métrico controlado a la muestra, comenzando así el análisis. El procesador 1140 puede iniciar el análisis en respuesta a la inserción de una tira de sensor, la aplicación de una muestra a una tira de sensor insertada previamente, o en respuesta a una entrada de usuario, por ejemplo.

Instrucciones relativas a la implementación de la secuencia de impulso a pero métrico controlado puede ser proporcionadas mediante un código de software legible por ordenador almacenado en el medio 1145 de almacenamiento legible por ordenador. El código puede ser un código de objeto o cualquier otro código que describa o que controle la funcionalidad descrita en esta aplicación. Los datos que resultan de la secuencia de impulso a pero métrico controlado pueden ser sometidos a uno o más tratamientos de datos, incluyendo la determinación de tasas de decrecimiento, constantes K, pendientes, intersecciones, Ibarra o temperatura demuestra en el procesador 1140 y los resultados, tal como una concentración de animalito corregida, emitidos al dispositivo de visualización 1130. Como con las instrucciones relativas a la secuencia de impulso, el tratamiento de datos puede ser implementado por el procesador 1140 a partir del código de software legible por ordenador almacenado en el medio 1145 de almacenamiento legible por ordenador. Sin limitar el alcance, aplicación, o implementación, los métodos y sistemas previamente descritos pueden ser implementados utilizando el siguiente algoritmo:

Etapa 1: Activar la potencia del biosensor

Etapa 2: Realizar un auto-ensayo del biosensor

Etapa 3: Establecer sondeo para la aplicación de muestra a sensor

Establecer potencial de sondeo ASIC a Vpoll

Establecer el nivel de umbral ASIC a itrigger

Establecer temporizador periódico de sondeo para que expire en intpoll

Etapa 4: Establecer para ensayar la corriente de sensor

Esperar para que expire el temporizador periódico de sondeo

Habilitar bomba de carga ASIC

Habilitar detector de umbral ASIC (itrigger)

Habilitar potencial de sondeo (vpoll)

Seleccionar canal de sensor que aplica potencial al sensor

Esperar al tiempo de asentamiento tpoll

Etapa 5: Ensayar si la corriente de sensor excede del umbral

Etapa 6: Retardar y ensayar la corriente de sensor de nuevo

Etapa 7: Tras la detección de la aplicación de muestra

comenzar tiempo de recuento

lanzar secuencia de impulso

Etapa 8: Impulso 1 - Medir corrientes de sensor h j e h^,8

Impulso 1 comienza en el tiempo tp¹

Establecer duración del impulso 1 a dp¹

Establecer potencial de sensor del impulso 1 a vp¹

Seleccionar canal de sensor para aplicar potencial a sensor

En el tiempo t11, medir señal de sensor, guardar valor como AD^S11

En el tiempo L,8, medir señal de sensor, guardar valor como ADs¹⁸

Etapa 9: Retardo 1 - Volver a normalizar la electrónica

Retardo 1 comienza al final de la lectura AD², desconectar canal de sensor Retardo 1 termina al comienzo del Impulso 2

Establecer potencial a Vstandardize

En el tiempo tc¹, seleccionar canal de resistencia de referencia luego medir señal, guardar valor como ADr¹

En el tiempo tc2, seleccionar canal de desplazamiento luego medir señal, guardar valor como ADo¹

Nota: Las corrientes de sensor que comienzan en el Impulso 1 son calculadas a partir de las mediciones de ADr¹ y AD⁰¹

Etapa 10: Impulso 2 - Medir corrientes de sensor i^2,1 e i^2,8

Impulso 2 comienza en el tiempo tp²

Establecer duración de Impulso 2 a dp2

Establecer potencial de sensor de Impulso 2 a vp2

Seleccionar canal de sensor para aplicar potencial a sensor

En el tiempo t2>1, medir señal de sensor, guardar valor como ADS21

En el tiempo t2>8, medir señal de sensor, guardar valor como ADs28

Etapa 11: Retardo 2 -Retardo 2 comienza al final de la lectura ADs³, desconectar canal de sensor Retardo 2 termina al comienzo de Impulso 3

Seleccionar canal de desplazamiento para desconectar sensor

Etapa 12: Impulso 3 - Medir corrientes de sensor i3>1 e i3,8

Impulso 3 comienza en el tiempo tp3

Establecer duración de Impulso 3 a dp3

Establecer potencial de sensor de Impulso 3 a v^P3

Seleccionar canal de sensor para aplicar potencial al sensor

En el tiempo t3,1, medir señal de sensor, guardar valor como ADs³¹

En el tiempo t38, medir señal de sensor, guardar valor como ADS38 Etapa 13: Retardo 3 - T¹ e iwet

Retardo 3 comienza al final de la lectura ADs³⁸, desconectar canal de sensor Retardo 3 termina al comienzo de Impulso 4

Establecer potencial a Vstandardize

En el tiempo tc³ , seleccionar canal de termistor luego medir señal, guardar valor como ADt¹

En el tiempo twet, seleccionar canal de desplazamiento, luego medir señal, guardar valor como ADwet

Etapa 14: Impulso 4 - Medir corrientes de sensor i⁴,¹, i⁴,⁴ , e i^4,8

Impulso 4 comienza en el tiempo tp⁴

Establecer duración de Impulso 4 a dp⁴

Establecer potencial de sensor de Impulso 4 a vp⁴

seleccionar canal de sensor para aplicar potencial a sensor

En el tiempo t4>1, medir señal de sensor, guardar valor como ADS41 En el tiempo t4>4, medir señal de sensor, guardar valor como ADS44 En el tiempo t4>8, medir señal de sensor, guardar valor como ADS48 Etapa 15: Retardo 4 -Retardo 4 comienza al final de la lectura ADs⁴⁸, desconectar canal de sensor Retardo 4 termina al comienzo de Impulso 5

Seleccionar canal de desplazamiento para desconectar sensor Etapa 16: Impulso 5 - Medir corrientes de sensor i⁵,¹, i⁵,⁴ , e i^5,8

Impulso 5 comienza en el tiempo tp5

Establecer duración de Impulso 5 a dp5

Establecer potencial de sensor de Impulso 5 a vp5

Seleccionar canal de sensor para aplicar potencial a sensor

En el tiempo t¿,¹, medir señal de sensor, guardar valor como ADs⁵¹ En el tiempo t⁵,⁴, medir señal de sensor, guardar valor como ADs⁵⁴ En el tiempo t⁵,⁸, medir señal de sensor, guardar valor como ADs⁵⁸ Inhabilitar funciones analógicas ASIC

Etapa 17: Buscar pendiente e intercepción para número de calibración de lote

S = Valor de pendiente para número de calibración de lote de corriente Int = valor de intercepción para número de calibración de lote de corriente Etapa 18: Ajustar pendiente e intercepción para efecto de temperatura

Etapa 19: Calcular concentración de glucosa a 25 °C

Etapa 20: Convertir a referencia objetivo (plasma en función de referencia WB)

Etapa 21: Comprobar llenado insuficiente

Etapa 22: Comprobar “Comportamiento Anormal”

Etapa 23: Si la glucosa está baja, comprobar de nuevo “Comportamiento Anormal”

Etapa 25: Comprobar niveles extremos de glucosa

Etapa 26: Presentar resultados

El algoritmo puede tener otras subrutinas incluyendo aquellas para comprobar errores tales como temperatura de muestra y condiciones de llenado insuficiente. Las constantes que pueden ser utilizadas en el algoritmo están dadas en la Tabla III siguiente. Pueden utilizarse otras constantes.

Tabla III

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un método para señalar a un usuario para que añada una muestra adicional a una tira de sensor, que comprende: determinar si la tira de sensor es llenada de forma insuficiente determinando una constante de decrecimiento o una tasa de decrecimiento a partir de las corrientes registradas durante al menos dos excitaciones de una señal de entrada que incluye al menos 3 ciclos de trabajo dentro de 180 segundos; y

señalar al usuario para que añada una muestra adicional a la tira de sensor si la tira es llenada de forma insuficiente.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el usuario es señalado para que añada la muestra adicional a la tira de sensor dentro de 3 a 5 segundos o en menos de 10 segundos de aplicación de la señal de entrada.

3. Un método para determinar la concentración de un analito en una muestra, que comprende:

aplicar una secuencia de impulso a la muestra, comprendiendo la secuencia de impulso al menos 3 ciclos de trabajo dentro de 180 segundos, incluyendo cada ciclo de trabajo una excitación y una relajación; determinar la concentración del analito en la muestra midiendo una señal de salida que incluye corrientes a partir de la excitaciones de al menos dos de los al menos 3 ciclos de trabajo; y

determinar si una tira de sensor que contiene la muestra es llenada de forma insuficiente con la muestra determinando una constante de decrecimiento o una tasa de decrecimiento a partir de las corrientes medidas durante al menos dos excitaciones de la señal de entrada.

4. El método de las reivindicaciones 1-3, en el que se ha determinado que la tira de sensor es llenada de forma insuficiente cuando la constante de decrecimiento o la tasa de decrecimiento del perfil de corriente es menor que un valor seleccionado.

5. El método de la reivindicación 4, en el que el valor seleccionado es -0,1.

6. El método de las reivindicaciones 3-5, que comprende además señalar al usuario para que añada una muestra adicional a la tira de sensor si la tira de sensor es llenada de forma insuficiente.

7. El método de las reivindicaciones 1-6, en el que la determinación sobre si la tira de sensor es llenada de forma insuficiente está basada en la constante de decrecimiento o la tasa de decrecimiento determinada a partir de al menos dos excitaciones.

8. Un método para determinar la temperatura de una muestra contenida por una tira de sensor, que comprende:

determinar una constante de decrecimiento o una tasa de decrecimiento a partir de las corrientes registradas durante al menos dos excitaciones de una señal de entrada que incluye al menos 3 ciclos de trabajo dentro de 180 segundos; y

correlacionar la constante de decrecimiento o la tasa de decrecimiento con un valor de temperatura.

9. Un método para determinar la concentración de un analito en una muestra, que comprende:

aplicar una secuencia de impulso a la muestra, comprendiendo la secuencia de impulso al menos 3 ciclos de trabajo dentro de 180 segundos, incluyendo cada ciclo de trabajo una excitación y una relajación; determinar la concentración del analito en la muestra midiendo una señal de salida que incluye corrientes de las excitaciones de al menos dos de los al menos 3 ciclos de trabajo; y

determinar la temperatura de la muestra contenida por una tira de sensor determinando una constante de decrecimiento o una tasa de decrecimiento a partir de las corrientes medidas durante al menos las dos excitaciones de la señal de entrada, estando correlacionadas la constante de decrecimiento determinada o la tasa de decrecimiento determinada con la temperatura de la muestra.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además medir al menos un perfil de corriente.

11. El método de la reivindicación 10, en el que al menos un perfil de corriente es expresado como una constante K.

12. El método de las reivindicaciones 10 u 11, que comprende además generar un perfil de contorno a partir de al menos un perfil de corriente.

13. El método de la reivindicación 12, en el que al menos un perfil de corriente es transitorio.

14. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el ciclo de trabajo tiene una excitación a una tensión sustancialmente constante, teniendo el ciclo de trabajo una relajación.

15. El método según la reivindicación 14, en el que las relajaciones de al menos 3 ciclos de trabajo proporcionan cada una de ellas una difusión independiente y un tiempo de reacción de analito durante el cual el analito genera especies mensurables.

16. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la señal de entrada tiene una intensidad de redox de al menos 0,01.