ES2897485T3 - Aparato y procedimiento para mediciones mejoradas de un dispositivo de monitorización - Google Patents

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Abstract

Un sistema electroquímico, que comprende: un sensor electroquímico (262); y un medidor de prueba (10) configurado para recibir un sensor electroquímico (262); donde el medidor de prueba (10) comprende: un circuito (100) dentro del medidor de prueba, y un conector de puerto de sensor (108) que incluye un primero y un segundo conector eléctrico (110, 112) y un conector eléctrico común (114) que está dispuesto adyacente a al menos uno del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), el puerto de sensor el conector está configurado de tal manera que la presencia de una muestra en el sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba (10) da como resultado una conexión eléctrica entre el conector eléctrico común (114) y al menos uno del primero y el segundo conector eléctrico (110 , 112); el circuito está configurado (100) para formar una conexión eléctrica con el sensor electroquímico (262) cuando el sensor (262) está dispuesto en el medidor de prueba (10) de manera que la presencia del sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba resulte en una conexión de baja impedancia entre el primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), caracterizado porque el circuito (100) está configurado además para detectar un primer voltaje que indica que no hay ningún sensor electroquímico (262) dispuesto en el medidor de prueba (10), un segundo voltaje, distinto del primer voltaje, indica que el sensor electroquímico (262) que carece de una muestra de fluido corporal se dispone en el medidor de prueba (10), y un tercer voltaje, distinto del primero y el segundo voltaje, indica que el sensor electroquímico (262) está dispuesto en el medidor de prueba (10) y se ha aplicado una muestra de fluido corporal al sensor electroquímico (262); donde el circuito comprende: una resistencia de detección (120) está en comunicación eléctrica con uno del primero o el segundo conector eléctrico(110, 112); un componente de detección (140) conectado eléctricamente a la resistencia de detección (120) y al uno del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), el componente de detección estando configurado (140) para determinar la presencia de un sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba y la presencia de una muestra en un sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba (10); un punto de referencia de voltaje (160) conectado eléctricamente al conector eléctrico común (114); y un suministro de humectación (180) conectado eléctricamente al otro del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), estando el suministro de humectación (180) conectado electroquímicamente al conector eléctrico común (114) y al del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112) como resultado de la presencia de la cantidad de muestra en el sensor en el medidor de prueba (10).

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y procedimiento para mediciones mejoradas de un dispositivo de monitorización
CAMPO
La presente descripción se refiere a mejorar las mediciones tomadas usando un dispositivo de monitorización, como un medidor de prueba, y más particularmente se refiere al uso de sistemas de circuitos de alta impedancia para hacer distintas determinaciones en cuanto a cuándo un sensor electroquímico (también conocido como una tira electroquímica o celda electroquímica) está presente en el medidor y cuando una muestra está presente en el sensor, obteniendo así una determinación más precisa del momento en que una muestra comienza a llenar un sensor dispuesto en el dispositivo de monitorización.
ANTECEDENTES
La detección de analitos en fluidos fisiológicos, por ejemplo, sangre o productos derivados de la sangre, es cada vez más importante para la sociedad actual. Los ensayos de detección de analitos se usan en una variedad de aplicaciones, incluidas las pruebas de laboratorio clínico, las pruebas en el hogar, etc., donde los resultados de dichas pruebas desempeñan un papel destacado en el diagnóstico y el tratamiento en una variedad de afecciones por enfermedades. Los analitos de interés incluyen glucosa para el manejo de la diabetes, colesterol y similares. En respuesta a esta importancia creciente de la detección de analitos, se ha desarrollado una variedad de protocolos y dispositivos de detección de analitos para uso clínico y doméstico. Algunos de estos dispositivos incluyen celdas electroquímicas, sensores electroquímicos, sensores de hemoglobina, sensores antioxidantes, biosensores e inmunosensores, y generalmente se usan junto con un dispositivo de monitorización, como un medidor de prueba.
La publicación de patente de los EE. UU. 2004/0259180 A1 describe un procedimiento para medir un analito en un fluido biológico que comprende aplicar una señal de excitación que tiene un componente de CC y un componente de CA. Se miden las respuestas de Ca y CC, se determina una respuesta de CC corregida usando la respuesta de CA y se determina una concentración del analito en base a la respuesta de CC corregida.
La publicación de patente de los EE. UU. 2003/0203498 A1 describe un sistema para medir un nivel de glucosa en una muestra de sangre que incluye una tira reactiva y un medidor. La tira reactiva incluye una cámara de muestra, un electrodo de trabajo, un contraelectrodo, electrodos de detección de llenado y un conductor de encendido automático. Se dispone una capa de reactivo en la cámara de muestra. El conductor de encendido automático hace que el medidor se active y realice una secuencia de tiras reactivas cuando se inserte la tira reactiva en el medidor. El medidor usa los electrodos de trabajo y los contraelectrodos para detectar inicialmente la muestra de sangre en la cámara de muestra y usa los electrodos de detección de llenado para verificar que la muestra de sangre se haya mezclado con la capa de reactivo. El medidor aplica un voltaje de ensayo entre los electrodos de trabajo y los contraelectrodos y mide la corriente resultante. El medidor calcula el nivel de glucosa en función de la corriente medida y los datos de calibración guardados en la memoria desde un dispositivo de almacenamiento de datos extraíble asociado con la tira reactiva.
La publicación de patente de los EE. UU. 2009/0301899 A1 describe procedimientos y sistemas para calcular la concentración de analito de una muestra. En un ejemplo, un medidor de prueba interactúa con una primera almohadilla de contacto y una segunda almohadilla de contacto. La primera almohadilla de contacto puede incluir dos clavijas. El medidor de prueba puede medir la resistencia o la continuidad eléctrica entre las clavijas para determinar si la tira reactiva está conectada eléctricamente al medidor de prueba.
A menudo, resulta deseable que los ensayos de detección de analitos se realicen de manera rápida y precisa. Un uso común en el que se desean resultados rápidos y precisos es realizar una prueba casera para medir el nivel de glucosa en sangre. Si bien se han realizado mejoras en la velocidad y precisión de los ensayos de detección de analitos, todavía hay espacio para mejorar los ensayos en ambos aspectos. Por ejemplo, un área en la que incluso se pueden realizar mejoras es la obtención de una medición precisa de un "tiempo de inicio" para una reacción. Una reacción comienza típicamente después de que una muestra comienza a llenar el dispositivo de monitorización, o más particularmente un sensor electroquímico dispuesto dentro del dispositivo. La muestra puede ser un fluido corporal o una solución de control (por ejemplo, glucosa en una solución acuosa). Esto se puede denominar "arranque automático" porque los sistemas de circuitos se pueden configurar para permitir que se aplique un voltaje a la muestra una vez que comience el llenado. De manera alternativa, se pueden configurar sistemas de circuitos para permitir que se aplique un voltaje a la muestra una vez que se complete el llenado. Muchos sensores electroquímicos utilizan dos electrodos para detectar la entrada de una muestra en una cámara de detección del sensor. Sin embargo, en determinadas circunstancias, los dos electrodos pueden distorsionar las corrientes medidas durante el procedimiento de "arranque automático". Esto puede ocurrir, por ejemplo, si una cantidad significativa de especies electroquímicamente activas se oxida o reduce mientras se mide un tiempo de inicio durante el inicio automático, y/o si los componentes eléctricos que se utilizan para detectar el arranque automático todavía están conectados al circuito activo durante el ensayo para asegurar continuamente que el sensor electroquímico está presente.
En consecuencia, sería deseable desarrollar formas más rápidas y precisas de detectar cuándo una muestra comienza a llenar un sensor electroquímico dispuesto en un dispositivo de monitorización, lo que puede permitir la determinación de cuándo comienza a determinarse una reacción electroquímica dentro del sensor de manera más rápida y precisa.
RESUMEN
La presente invención proporciona sistemas electroquímicos y procedimientos para usar dichos sistemas como se especifica en las reivindicaciones adjuntas.
Los procedimientos y dispositivos se proporcionan generalmente para mejorar las mediciones de un dispositivo de monitorización, como un medidor de prueba, y un sensor electroquímico usado con el medidor de prueba. En una realización ejemplar, se describe un procedimiento para detectar cuándo una muestra comienza a llenar un sensor electroquímico. El procedimiento incluye proporcionar un medidor de prueba que tiene un circuito e introducir un sensor electroquímico en el medidor de prueba. Se mide un voltaje, con el medidor de prueba, que indica que el sensor electroquímico está presente en el medidor, pero que no hay muestra presente en el sensor. Este voltaje medido puede denominarse "voltaje de tira en seco". Se introduce una muestra, como una muestra de fluido corporal o una solución de control, en el sensor electroquímico, y, a continuación, se puede medir otro voltaje que sea distinto del voltaje de la tira en seco con el medidor de prueba. Este voltaje, denominado "voltaje de tira húmeda", indica que el sensor electroquímico está presente en el medidor y que hay una muestra presente en el sensor. La medición del voltaje de la tira húmeda permite determinar el momento en que la muestra comienza a llenar el sensor electroquímico.
En una realización, el procedimiento también incluye medir un voltaje base. El voltaje base es el voltaje medido cuando no hay ningún sensor dispuesto en el medidor de prueba. El voltaje base tiene un valor que es distinto tanto del voltaje de tira en seco como del voltaje de tira húmeda. Por ejemplo, en una realización ejemplar, un valor absoluto del voltaje de la tira húmeda es menor que un valor absoluto del voltaje de la tira en seco y el valor absoluto del voltaje de la tira en seco es menor que un valor absoluto del voltaje base. El procedimiento también puede incluir iniciar una prueba electroquímica en el momento en que se determina, o directamente después de que se determina, que la muestra comienza a llenar el sensor electroquímico. En una realización, se puede operar un amplificador de ganancia efectivamente baja para reducir el efecto de la fuga de corriente provocada por un componente de medición de voltaje que puede estar en comunicación eléctrica con el circuito del medidor de prueba. También se puede operar un amplificador de ganancia efectivamente baja para mejorar la precisión de la discriminación por parte del medidor de prueba, por ejemplo, expandiendo la diferencia de voltaje entre dos intervalos de voltaje diferentes. El procedimiento permite la determinación de cuándo la muestra comienza a llenar el sensor electroquímico y también puede permitir la detección de cuándo el sensor electroquímico está conectado al medidor.
Según la invención, el sistema electroquímico incluye un sensor electroquímico, un medidor de prueba que está configurado para recibir un sensor electroquímico y un circuito dentro del medidor de prueba. El circuito está configurado para formar una conexión eléctrica con el sensor electroquímico cuando el sensor está dispuesto en el medidor de prueba. El circuito está configurado para detectar tres voltajes. El primer voltaje indica que no hay ningún sensor electroquímico dispuesto en el medidor de prueba. El segundo voltaje, que es distinto del primer voltaje, indica que el sensor electroquímico está dispuesto en el medidor de prueba, pero que el sensor está desprovisto de una muestra, como una muestra de fluido corporal o una solución de control. El tercer voltaje, que es distinto del primero y el segundo voltaje, indica que el sensor electroquímico está dispuesto en el medidor de prueba y se ha aplicado una muestra al sensor electroquímico. En una realización, un valor absoluto del segundo voltaje es menor que un valor absoluto del primer voltaje y un valor absoluto del tercer voltaje es menor que el valor absoluto del segundo voltaje.
El medidor de prueba incluye un conector de puerto de sensor que incluye un primer conector eléctrico y un segundo conector eléctrico. El conector del puerto del sensor está configurado de manera que la presencia de un sensor electroquímico en el medidor da como resultado una conexión de baja impedancia entre el primero y el segundo conector eléctrico. El conector del puerto del sensor también incluye un conector eléctrico común que está dispuesto adyacente a al menos uno del primero o el segundo conector eléctrico.
El conector del puerto del sensor está configurado de manera que la presencia de una muestra en un sensor electroquímico en el medidor da como resultado una conexión eléctrica entre el conector eléctrico común y al menos uno del primero y el segundo conector eléctrico.
La cantidad de muestra que está presente en el sensor electroquímico puede ser un volumen mínimo de una muestra que sea suficiente para formar una conexión eléctrica entre el conector eléctrico común y al menos uno del primero y el segundo conector eléctrico. El circuito incluye una resistencia de detección, un componente de detección, un punto de referencia de voltaje (por ejemplo, una tierra virtual) y un suministro de humectación. La resistencia de detección está en comunicación eléctrica con uno del primero o el segundo conector eléctrico. El componente de detección está conectado eléctricamente a la resistencia de detección y al conector eléctrico respectivo. Además, el componente de detección está configurado para determinar la presencia de un sensor electroquímico en el medidor de prueba y la presencia de una muestra en un sensor electroquímico en el medidor de prueba. El punto de referencia de voltaje está conectado eléctricamente al conector eléctrico común. Además, el suministro de humectación está conectado eléctricamente al otro del primero y el segundo conector eléctrico. El suministro de humectación está conectado electroquímicamente al conector eléctrico común y al, al menos, uno del primero y el segundo conector eléctrico como resultado de la presencia de la cantidad de muestra en el sensor en el medidor de prueba.
El circuito también puede incluir un generador de formas de onda. El generador de forma de onda se puede conectar eléctricamente al suministro de humectación y al otro del primero y el segundo conector eléctrico (el mismo conector eléctrico que está conectado eléctricamente al suministro de humectación). El generador de forma de onda se puede configurar para aplicar voltaje a fin de medir electroquímicamente una muestra dispuesta en el sensor electroquímico. El generador de formas de onda se puede configurar para que se inicie automáticamente una vez que una muestra comienza a llenar el sensor dispuesto en el medidor. En una realización, el componente de detección incluye un amplificador de ganancia efectivamente baja que está configurado para reducir el error provocado por un componente de medición de voltaje que puede estar en comunicación eléctrica con el circuito. También se puede incluir un amplificador de ganancia efectivamente baja como parte del componente de detección para expandir la diferencia de voltaje entre dos intervalos de voltaje diferentes, mejorando así la precisión de la discriminación por parte del medidor. En otra realización, la referencia de voltaje incluye un amplificador de transimpedancia. En una realización ejemplar, una relación de resistencia entre el suministro de humectación y la resistencia de detección es de aproximadamente 3:2.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Esta invención se entenderá más completamente a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que:
la FIG. 1A ilustra un diagrama esquemático de un medidor de prueba de la presente invención, el medidor incluye un circuito y está configurado para su uso con un sensor electroquímico;
la FIG. 1B ilustra un diagrama esquemático del circuito de la FIG. 1A según la presente invención;
la FIG. 2 ilustra una vista en perspectiva del sensor electroquímico de la FIG. 1A;
la FIG. 3 ilustra una vista en perspectiva ampliada del sensor electroquímico de la FIG. 2;
la FIG. 4 ilustra una vista en perspectiva de una porción distal del sensor electroquímico de la FIG. 2;
la FIG. 5 ilustra un gráfico que representa el cambio de voltaje a lo largo del tiempo a medida que se conecta una tira electroquímica al circuito de la FIG. 1B, se introduce una muestra en la tira y la tira se desconecta del circuito según la presente invención;
la FIG. 6 ilustra un gráfico que representa el cambio de voltaje a lo largo del tiempo a medida que se aplica una muestra a una tira electroquímica que está conectada a un circuito típico de la técnica anterior, sin embargo, la escala de voltaje es el doble en comparación con la FIG. 5 para ilustrar mejor un cambio de etapa; y
la FIG. 7 ilustra un gráfico que representa el cambio de voltaje a lo largo del tiempo a medida que se aplica una muestra a una tira electroquímica que está conectada al circuito de la FIG. 1B.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Ahora se describirán algunas realizaciones ejemplares para proporcionar una comprensión general de los principios de la estructura, función, fabricación y uso de los dispositivos y procedimientos descritos en esta invención. En los dibujos adjuntos, se ilustran uno o más ejemplos de estas realizaciones. Los expertos en la materia comprenderán que los dispositivos y procedimientos descritos específicamente en esta invención e ilustrados en los dibujos adjuntos son realizaciones ejemplares no limitantes y que el alcance de la presente invención está definido únicamente por las reivindicaciones. Las características ilustradas o descritas en conexión con una realización ejemplar se pueden combinar con las características de otras realizaciones.
En la descripción, los términos tales como células electroquímicas, sensores electroquímicos y tiras electroquímicas se pueden usar indistintamente. Se pueden insertar celdas electroquímicas, sensores y tiras reactivas en un medidor de prueba para realizar mediciones. La inserción del sensor en un medidor puede establecer una conexión eléctrica a los componentes electrónicos del medidor. Un experto en la materia reconocerá que la descripción contenida en esta invención, dirigida a componentes electrónicos y sistemas de circuitos, se puede usar junto con muchas variedades de sensores electroquímicos, celdas electroquímicas, tiras electroquímicas, medidores de prueba y otros dispositivos de monitorización.
De hecho, como se describirá con más detalles a continuación, otros dispositivos destinados a hacer reaccionar muestras con el fin de detectar analitos, tales como sensores de hemoglobina, sensores antioxidantes, biosensores e inmunosensores, también pueden usarse junto con las enseñanzas de esta invención. Además, otros términos y frases que pueden usarse indistintamente en el contexto de describir una vía eléctricamente conductora entre componentes incluyen, entre otros, términos y frases como en comunicación eléctrica, acoplado, conectado y cableado, cuando se hace referencia a conexiones dentro de un circuito. Un experto en la materia, en vista de la totalidad de la memoria descriptiva y el conocimiento de la técnica de dicha persona, reconocerá esto, así como otros términos y frases que pueden usarse indistintamente. Además, la referencia a un electrodo que está en contacto con un conector eléctrico no requiere que el electrodo esté físicamente o en contacto directo con el conector eléctrico. Según la presente invención, un electrodo puede estar en contacto con un conector eléctrico por medio de uno o más de otros componentes, como una almohadilla de contacto y/o una pista de conexión.
Un experto en la materia también comprenderá que un medidor de prueba puede tener una variedad de configuraciones. Por ejemplo, puede ser de mano o puede ser un modelo que se coloca sobre una mesa y, además, los componentes electrónicos descritos en esta invención como parte de un medidor se pueden usar con otros tipos de dispositivos de monitorización.
En la FIG. 1A, se ilustra una realización ejemplar de un medidor de prueba 10 que tiene capacidades de medición mejoradas. El medidor incluye un sensor o conector de puerto de tira 108 configurado para recibir un sensor o tira electroquímicos 262. El conector de puerto de tira 108 incluye conectores eléctricos 110, 112 y 114 (como se muestra en la FIG. 1B) para acoplar los electrodos de la tira 262, que se analiza con más detalles a continuación, con respecto a las FIG. 2-4, formando así conexiones eléctricas dentro de un circuito 100 del medidor de prueba 10. Puede incluirse cualquier número de conectores eléctricos como parte del conector de puerto de tira 108. En el dibujo esquemático ilustrado, el medidor 10 puede interactuar con una primera almohadilla de contacto 267 y una segunda almohadilla de contacto 263 de la tira 262. La segunda almohadilla de contacto 263 se puede usar para establecer una conexión eléctrica con el medidor de prueba a través de una muesca en forma de U 265 en la tira 262. La primera almohadilla de contacto 267 de la tira 262 puede incluir dos clavijas 267a y 267b. En una realización ejemplar, el primero y el segundo conector eléctrico 110 y 112 se conectan por separado a las clavijas 267a y 267b, respectivamente, para crear una primera conexión eléctrica, ilustrada en la FIG. 1a por las líneas 12a y 12b, que juntas forman la primera conexión eléctrica, mientras que un conector eléctrico común 114 se conecta a la segunda almohadilla de contacto 263 para crear una segunda conexión eléctrica, ilustrada en la FIG. 1A por la línea 11.
En una realización, el medidor 10 puede incluir un conjunto de voltaje de prueba 16, un conjunto de medición de corriente 17, un procesador 412, un conjunto de memoria 410 y una pantalla 402, como se muestra en la FIG. 1A.
Puede introducirse una muestra para analizar en la tira 262 después de que la tira 262 esté dispuesta en el medidor 10. La muestra puede ser un fluido corporal o una solución de control (por ejemplo, glucosa en una solución acuosa). El circuito 100 permite detectar fácil y rápidamente la presencia de una muestra en el sensor electroquímico. La presencia de la muestra representa una cantidad mínima de la muestra, típicamente no la muestra completa, que es suficiente para salvar el espacio entre un primer electrodo 366 y un segundo electrodo 364 de la tira 262 (como se ilustra en las FIG. 2-4). Una cantidad suficiente para que comience una reacción, como se explica con más detalle a continuación, es una cantidad que crea una vía fluídica eléctricamente conductora entre los conectores eléctricos 110 y 114 y/o 112 y 114 del conector del puerto de tira 108. Un experto en la materia reconocerá en qué momento ha entrado tal cantidad en el sensor para formar la conexión eléctrica. Otra característica del circuito 100 es su capacidad para determinar rápida y fácilmente si un sensor electroquímico está, incluso, dispuesto dentro del medidor antes de que se introduzca la muestra. La tira electroquímica 262 se puede eliminar cuando se completa una prueba, de modo que se puede introducir otro sensor en el medidor 10 para realizar más pruebas.
Uno de los beneficios de detectar con precisión la presencia de una muestra es proporcionar un tiempo de inicio preciso para el inicio de una reacción electroquímica. Una determinación más precisa del tiempo de inicio permitirá obtener resultados más precisos mediante el análisis realizado por el medidor. La presente invención, a través de los sistemas de circuitos utilizados, permite una determinación más rápida y precisa del tiempo de inicio porque la presente invención permite que se realicen mediciones de voltaje separadas y distintas, representativas de diferentes conexiones eléctricas. Se puede medir un primer voltaje, a veces denominado voltaje base, el cual indica que no hay ningún sensor presente en el medidor. Se puede medir un segundo voltaje distinto, a veces denominado voltaje de la tira en seco, que indica que hay un sensor presente en el medidor, pero que el sensor no incluye una muestra. Se puede medir un tercer voltaje adicionalmente distinto, a veces denominado voltaje de tira húmeda, que indica que hay un sensor en el medidor y que hay una muestra en el sensor.
En la FIG. 1B, se ilustra el circuito 100 del medidor 10.
El circuito ilustrado 100 es un circuito de alta impedancia e incluye una resistencia de detección 120, un componente de detección 140, un punto de referencia de voltaje o tierra virtual 160 y un suministro de humectación 180. Un experto en la materia se dará cuenta de cuáles son los requisitos técnicos para "circuitos de alta impedancia", los cuales son capaces de medir voltajes de sistemas de circuitos que tienen valores de resistencia particulares sin alterar la señal que se está midiendo. Si bien, en la realización ilustrada, la tierra virtual 160 incluye un amplificador 164 y una resistencia 162, el amplificador y la resistencia son opcionales. Se puede utilizar cualquier número de configuraciones y componentes para proporcionar la tierra virtual 160, como se analiza con más detalles a continuación. Un amplificador 144, una resistencia 146 y una resistencia 156 del componente de detección 140 también son opcionales.
El sistema también incluye un sensor electroquímico o conector 108 de puerto de tira que se puede acoplar o fijar de otro modo a la carcasa de un medidor. El conector de puerto de tira 108 está configurado para recibir un sensor electroquímico y puede tener al menos un conector eléctrico. En la realización ilustrada, el conector de puerto de tira 108 incluye tres conectores eléctricos, un primer conector eléctrico 110, un segundo conector eléctrico 112 y un conector eléctrico común 114. El término "conector eléctrico común" se usa porque cuando la electroquímica está activa, es posible una ruta de corriente eléctrica ya sea al conector eléctrico 110 o al conector eléctrico 112, o tanto al conector eléctrico 110 como al conector eléctrico 112. Los conectores eléctricos 110, 112 y 114 pueden cablearse o acoplarse eléctricamente de otro modo al circuito, y están configurados para recibir electrodos de un sensor electroquímico de modo que el sensor electroquímico pueda conectarse al circuito 100 del medidor. En esta realización ejemplar ilustrada, los conectores 110, 112 y 114 reciben las almohadillas 267 y 263, que, como se describe con respecto a las FIG. 2-4 a continuación, están acoplados eléctricamente a los electrodos 366 y 364. Como se muestra, una forma en la que los conectores eléctricos 110, 112 y 114 pueden acoplar las almohadillas 267 y 263 es mediante lengüetas o espigas t.
Sin embargo, se puede usar cualquier número de mecanismos para poner electrodos de un sensor en contacto a fin de crear una conexión eléctrica como las que se ilustran mediante las líneas 11, 12a y 12b en la FIG. 1A.
Como se muestra en la FIG. 1B, la resistencia de detección 120 y el componente de detección 140 están acoplados al segundo conector eléctrico 112, el suministro de humectación 180 está acoplado al primer conector eléctrico 110 y la tierra virtual 160 está acoplada al conector eléctrico común 114. En la realización ilustrada, el conector eléctrico común 114 es adyacente al primero y al segundo conector eléctrico 110 y 112, pero, en otras realizaciones, el conector eléctrico común 114 es adyacente a al menos uno de los conectores eléctricos 110 y 112 de modo que una conexión eléctrica se puede formar entre ellos cuando se introduce una muestra en el sensor. Como se analizará con más detalles a continuación con respecto a los sensores electroquímicos, se puede usar cualquier número de electrodos y conectores eléctricos, y cualquier número de configuraciones relacionadas con los mismos, en asociación con los circuitos de alta impedancia descritos en la presente invención. Por consiguiente, aunque la realización ilustrada en la FIG. 1B muestra el conector eléctrico común 114 dispuesto entre el primer conector eléctrico 110 y el segundo conector eléctrico 112, los conectores eléctricos 110, 112 y 114, y otros conectores eléctricos, así como las almohadillas y electrodos del sensor electroquímico que se reciben, pueden incluirse y configurarse de diversas maneras. A modo de ejemplo no limitante, mientras que una realización ilustrada a continuación (FIG. 2-4) incluye al menos dos electrodos 366 y 364 en una configuración enfrentada opuesta, en otras realizaciones al menos dos electrodos pueden estar en una configuración coplanar.
Como se analizó anteriormente, el circuito de alta impedancia 100 da como resultado tres salidas de voltaje distintas. Un primer intervalo de voltaje o base, ilustrado como voltaje Si en la FIG. 5, que se analiza con más detalles a continuación, se puede medir cuando no hay ninguna tira electroquímica dispuesta en el medidor de prueba que tiene el circuito 100. La salida de voltaje se denomina intervalo porque el voltaje resultante dependerá de cualquier número de características del circuito 100 y sus componentes. Un segundo intervalo de voltaje o voltaje de tira en seco, ilustrado como voltaje S2 en la FIG. 5, se emite cuando se dispone una tira electroquímica en el medidor de prueba que tiene el circuito 100, pero no se dispone ninguna muestra sobre la tira electroquímica (es decir, la tira está seca porque no hay muestra presente en la tira para mojarla). Como se ilustra en la FIG. 5, un valor absoluto del voltaje de la tira en seco S2 que se refiere a la tierra analógica (AGND, por su sigla en inglés) es típicamente distinto y menor que un valor absoluto del voltaje base Si que se refiere a la AGND. Más particularmente, un valor absoluto de un extremo más alto del intervalo de voltaje de tira en seco que se refiere a la AGND puede ser, y típicamente es, menor que un valor absoluto de un extremo más bajo del intervalo de voltaje base que se refiere a la AGND. Los valores absolutos de voltajes que se analizan a lo largo de esta solicitud se refieren a la AGND, incluso si no se indican explícitamente.
Un tercer voltaje de tira o voltaje de tira húmeda, ilustrado como voltaje S3 en la FIG. 5, se emite cuando se dispone una tira electroquímica en el medidor de prueba que tiene el circuito 100, y hay una muestra dispuesta sobre la tira electroquímica (es decir, la tira está húmeda porque hay una muestra presente en la tira para mojarla). Un valor absoluto del voltaje de la tira húmeda S3 es típicamente distinto y menor que el voltaje de la tira en seco S2. Más particularmente, como se ilustra en la FIG. 5, un valor absoluto de un extremo más alto que el voltaje de la tira húmeda S3 puede ser, y típicamente es, menor que un valor absoluto de un extremo más bajo que el voltaje de la tira en seco S2 y, por consiguiente, el valor absoluto del extremo más alto del voltaje de tira húmeda S3 también puede ser típicamente menor que el valor absoluto del extremo más bajo del voltaje base Si. En una realización, un valor absoluto de un extremo más alto de un voltaje base es de aproximadamente 1,25 voltios (con referencia al punto AGND ilustrado en la FIG. 1 B) y un extremo más bajo de un voltaje base es de aproximadamente 0,25 voltios, y más particularmente es de aproximadamente 1,19 voltios, un valor absoluto de un extremo más alto de un voltaje de la tira en seco es de aproximadamente 0,60 voltios y un extremo más bajo de un voltaje de tira de extremo en seco es de aproximadamente 0,15 voltios, y más particularmente es de aproximadamente 0,25 voltios, y un valor absoluto de un extremo más alto de un voltaje de la tira húmeda es de aproximadamente 0,25 voltios y el extremo más bajo de un voltaje de la tira húmeda es de aproximadamente 0 voltios, y más particularmente es de aproximadamente 0,15 voltios. Cuando se elimina una tira electroquímica del medidor, la salida de voltaje puede volver al intervalo de voltaje base, ilustrado como voltaje Si en la FIG. 5.
Los distintos intervalos de voltaje creados por el circuito de alta impedancia 100 permiten una determinación rápida, limpia y clara de cuándo la muestra comienza a llenar la tira electroquímica. En las realizaciones que tienen una función de inicio automático, en las que una reacción comienza después de que la muestra comienza a llenar la tira, determinar cuándo la muestra comienza a llenar la tira electroquímica también permite determinar un tiempo de inicio de la reacción en sí. Esto es diferente al tiempo de detección de llenado, que es una indicación de que una muestra ha llenado completamente la tira.
El circuito 100 está configurado para conectarse a los electrodos de un sensor electroquímico a través de los conectores eléctricos 110, 112 y 114. Si bien el medidor y el sensor se describirán con mayor particularidad a continuación, los conectores eléctricos 110, 112 y 114 del conector de puerto de tira 108 asociado con el medidor, y los electrodos de los sensores, pueden tener casi cualquier tamaño, forma y configuración. Por ejemplo, en una realización ejemplar, el primero y el segundo conector eléctrico 110, 112 están conectados al circuito y están configurados para acoplar un primer electrodo del sensor insertado en el medidor para formar una primera conexión eléctrica, ilustrada por las líneas 12a y 12b en la FIG. 1A, mientras que el conector eléctrico común 114 está cableado al circuito y está configurado para acoplar un segundo electrodo del sensor insertado en el medidor para formar una segunda conexión eléctrica, ilustrada por la línea 11 en la FIG. 1A. En la realización ilustrada, el primero y el segundo conector eléctrico 110 y 112, mostrados en la FIG. 1B, se acoplan con dos clavijas 267a y 267b, mostradas en la FIG.
1A, para crear una conexión eléctrica entre el primer electrodo 366 (ilustrado en las FIG. 3 y 4) y los conectores eléctricos 110 y 112. Además, el conector eléctrico común 114, mostrado en la FIG. 1B, se acopla con la almohadilla de contacto 263 ilustrada en la FIG. 1A, para crear una conexión eléctrica entre el segundo electrodo 364 (ilustrado en las FIG. 3 y 4) y el conector eléctrico 114. Sin embargo, no se forma una conexión eléctrica entre el conector eléctrico 114 y al menos uno de los conectores eléctricos 110 y 112 hasta que haya una muestra presente para salvar el espacio de un puerto 270 (ilustrado en las FIG. 2-4) ubicado entre el primer electrodo 366 y segundo electrodo 364, completando así el circuito eléctrico entre las almohadillas de contacto 267 y 263 y los conectores 114 y 110 y/o 114 y 112. El primero y el segundo electrodo 366 y 364 pueden ser, por ejemplo, electrodos de trabajo, contraelectrodos, electrodos de referencia o contraelectrodos/electrodos de referencia. Los electrodos 336 y 364 pueden estar hechos de un metal, como paladio u oro, y los conectores eléctricos 110, 112 y 114 también pueden ser metálicos, lo que permite que se forme una conexión eléctrica con el sensor una vez que los electrodos del sensor están en contacto con los conectores eléctricos 110 y 112. En una realización ejemplar, el primer electrodo 366 del sensor 262 es un electrodo inferior que incluye paladio y el segundo electrodo 364 del sensor 262 es un electrodo superior que incluye oro. Un experto en la materia reconocerá que, a menudo, el papel que desempeña un electrodo durante las diferentes fases de una medición cambia de modo que puede comenzar como el electrodo de trabajo, pero puede cambiar una o más veces entre ser el electrodo de trabajo y el contraelectrodo.
En la realización ilustrada, cuando se introduce una tira en el circuito 100, la tira está dispuesta entre el primero y el segundo conector eléctrico 110, 112 de manera que la tira hace contacto con el primer conector eléctrico 110 por medio de una primera porción del primer electrodo de la tira, como se muestra en una de las clavijas 267a y 267b, mientras hace contacto con el segundo conector eléctrico 112 por medio de una segunda porción del primer electrodo de la tira, la otra de las clavijas 267a y 267b. Cuando una tira hace contacto con el primero y el segundo conector eléctrico 110 y 112, se puede detectar la presencia de la tira. El contacto entre el conector eléctrico común 114 y la tira no es necesario para la detección de la tira, aunque el conector eléctrico común 114 debe estar en contacto con la tira para la detección de muestras. En la realización ilustrada, el primer conector eléctrico 110 también está etiquetado como el conector eléctrico de la señal de activación de la tira y el segundo conector eléctrico 112 está etiquetado como el conector eléctrico del estado de la tira. La referencia al primer conector eléctrico 110 como conector eléctrico de señal de activación de la tira se refiere a la presencia de un generador de forma de onda, tal como el generador de forma de onda 200, que está configurado para activar la conexión eléctrica entre el suministro de humectación 180 y la tierra virtual 160, como se analiza con más detalles a continuación. La referencia al segundo conector eléctrico 112 como el conector eléctrico de la señal de activación de la tira se refiere al hecho de que, cuando el segundo conector eléctrico 112 está acoplado por la tira, se forma una conexión eléctrica entre el primero y el segundo conector eléctrico 110 y 112, indicando así el estado de la tira, es decir, si hay una tira en el medidor.
Mientras que los componentes del circuito 100 (por ejemplo, la resistencia de detección 120, el componente de detección 140, la tierra virtual 160, el suministro de humectación 180 y un generador de forma de onda 200, así como los componentes individuales en el mismo) se describirán como si tuviesen características particulares, tales como tamaños particulares o valores de resistencia, un experto en la materia reconocerá que también pueden usarse componentes similares que tengan otros valores. El tamaño y el valor de los componentes usados junto con el circuito 100 dependerán, al menos en parte, de los otros componentes en el circuito 100, el tamaño y configuración de esos componentes en el circuito 100, el tamaño, tipo y configuración de las celdas electroquímicas, los sensores electroquímicos, las tiras electroquímicas, los inmunosensores y otros dispositivos similares con los que se usa el circuito 100, y el tipo, tamaño y configuración de los electrodos y los conectores eléctricos con los que se usa el circuito 100. En consecuencia, en la medida en que se describa que cualquier componente del circuito 100 tiene características particulares, tales como tamaños o valores, tales características no limitan de manera alguna el circuito 100 en sí. A modo de ejemplo no limitante, un experto en la materia reconocerá que, en la realización ilustrada, un amplificador 144 del componente de detección es un amplificador operativo de alta ganancia, pero que la inclusión de las resistencias 146 y 156 hace que el amplificador sea un amplificador de ganancia efectivamente baja. Los expertos en la materia reconocerán las muchas formas mediante las cuales se pueden lograr capacidades y funcionalidades particulares utilizando diferentes componentes.
Un componente del circuito 100 es la resistencia de detección 120. Como se muestra, la resistencia de detección 120 está en comunicación eléctrica con el segundo conector eléctrico 112, así como con el componente de detección 140. En una realización ejemplar, la resistencia de detección 120 es de aproximadamente 2 megaohmios, 1 % de resistencia. La configuración del circuito 100 es tal que una lectura de voltaje de la porción del circuito 100 que incluye la resistencia de detección 120 será de aproximadamente -1,25 voltios cuando el circuito está abierto, es decir, cuando el circuito no detecta ninguna tira electroquímica 100. En tal caso, ninguna otra conexión eléctrica produce un voltaje para cambiar el voltaje suministrado por la porción del circuito 100 que incluye la resistencia de detección 120. En la práctica, la lectura real probablemente será más positiva que -1,25 voltios, debido a las limitaciones típicas de la electrónica y los circuitos.
Otro componente del circuito 100 es el componente de detección 140. Como se muestra, el componente de detección 140 está en comunicación eléctrica tanto con el segundo conector eléctrico 112 como con la resistencia de detección 120. El componente de detección 140 puede detectar cuándo se ha dispuesto una tira electroquímica dentro del medidor con el que está asociado el circuito 100, completando así un recorrido del circuito. Por consiguiente, cuando el electrodo de la tira se acopla con el segundo conector eléctrico 112, se producirá un cambio de voltaje, lo que indicará la presencia de la tira. Cuando solo está presente la tira (y no hay muestra), no hay conexión activa con el conector eléctrico común 114. La conexión eléctrica que involucra los conectores eléctricos 110 y 112 cuando la tira está presente, y la conexión eléctrica que involucra el conector eléctrico común 114 y al menos uno de los conectores eléctricos 110 y 112 cuando la muestra está presente, son finalmente registradas por una porción de salida de detección de tira/muestra 141 que, a su vez, dirige las respectivas conexiones medidas del circuito 100 al medidor, por ejemplo, para que puedan visualizarse. La porción de salida de detección de tira/muestra 141 se puede configurar para que esté en comunicación eléctrica con un componente de medición de voltaje que puede medir los cambios de voltaje que ocurren dentro del circuito 100, como un convertidor de analógico a digital, un comparador, un voltímetro, un multímetro u otros dispositivos que realizan mediciones de voltaje.
El componente de detección 140 también puede detectar cuando una muestra está presente en una tira electroquímica. Cuando se agrega una muestra a la tira, esto completa una conexión eléctrica entre el conector eléctrico común 114 y el primer conector eléctrico 110. En una realización alternativa, la presencia de una muestra puede completar una conexión eléctrica entre el conector eléctrico común 114 y el segundo conector eléctrico 112, o entre el conector eléctrico común 114 y tanto el primero como el segundo conector eléctrico 110 y 112. El mismo sistema de circuitos que está configurado para detectar la presencia de una tira también está configurado para detectar la presencia de una muestra. Esto es ventajoso por varias razones, incluso porque mejora la sensibilidad del medidor para la detección y porque disminuye la posibilidad de que ocurra una acción adversa en la tira antes de que llegue la muestra. Por ejemplo, el uso de los mismos sistemas de circuitos para detectar tanto la tira como la muestra puede disminuir la posibilidad de que una muestra o analito que se está analizando se altere electroquímicamente por la estimulación eléctrica que puede resultar de un voltaje excesivo y/o la aplicación de un voltaje durante un período de tiempo excesivo. La sensibilidad mejorada se puede manifestar mediante una mayor velocidad de prueba y mediciones más distintas. Una vez que la muestra está presente, la salida de voltaje resultante permite una determinación fácil y confiable de que la muestra ha comenzado a llenar la tira y, si se incluye una función de inicio automático, de que comenzó la reacción.
El componente de detección 140 puede incluir varios componentes opcionales, pero en la realización ilustrada incluye un amplificador 144, una primera resistencia 146, una segunda resistencia 156 y una tierra analógica. Como se ilustra, el amplificador 144 es un amplificador operativo de alta ganancia, pero las resistencias 146, 156 hacen que sea un amplificador de ganancia efectivamente baja. El búfer que resulta de esta configuración es electrónico. Hay una serie de ventajas que resultan del amplificador de ganancia efectivamente baja formado por el amplificador 144 y las resistencias 146, 156. Por ejemplo, el amplificador de ganancia efectivamente baja puede ayudar a reducir los efectos de un componente de medición de voltaje que está en comunicación eléctrica con el circuito 100 en la porción de salida de detección de la tira/muestra 141. El amplificador de ganancia efectivamente baja ayuda a aislar o amortiguar el componente de medición de voltaje del resto del circuito 100, limitando así los efectos del componente de medición de voltaje. Además, el amplificador de ganancia efectivamente baja puede mejorar la precisión de discriminación por parte del medidor de prueba porque el amplificador 144 puede expandir la diferencia de voltaje entre dos intervalos de voltaje diferentes que se detectan. En la realización ilustrada, aunque el amplificador 144 tiene una ganancia de voltaje mayor a dos, la ganancia de voltaje total se establece en aproximadamente dos como resultado de que la resistencia 146 es una resistencia de 10 kiloohmios y la resistencia 156 también es una resistencia de 10 kiloohmios. En otra realización, en la que la ganancia es solo una, la ventaja de aislar o almacenar en búfer un componente de medición de voltaje permanece, pero no se produce la ventaja de mejorar la discriminación. Sin embargo, una ganancia puede ser demasiado grande para que el circuito sea funcional. Por ejemplo, en la realización ilustrada, una ganancia sustancialmente superior a cuatro puede resultar en un circuito no funcional. Una realización ejemplar de un amplificador para usar en la invención es OPA2335AIDGK, que es fabricado por Burr Brown.
El sistema de circuitos del componente de detección 140 es tal que cuando ocurre un primer cambio de corriente, lo que indica la presencia de una tira electroquímica, un valor absoluto del voltaje detectado será menor que un valor absoluto de un voltaje base cuando no hay ninguna tira. De hecho, debido a que el valor del voltaje puede tener una amplia variedad de intervalos en vista de los diversos componentes y modificaciones que se pueden hacer al circuito 100, y puede fluctuar hasta cierto punto, un valor absoluto del intervalo de voltaje detectado cuando una tira está presente es típicamente menor que un valor absoluto del intervalo de voltaje base detectado cuando no hay ninguna tira presente. Más particularmente, un valor absoluto de un extremo más alto de un intervalo de voltaje cuando la tira está presente puede ser, y típicamente es, menor que un valor absoluto de un extremo más bajo de un intervalo de voltaje base cuando no hay ninguna tira. En una realización ejemplar, el intervalo de voltaje detectado cuando la tira está presente, pero seca, porque no hay muestra contenida en ella, es de aproximadamente entre más de alrededor de -1,25 voltios y alrededor de -0,25 voltios. En otra realización ejemplar, la presencia de una tira hace que el voltaje medido en el sistema sea de aproximadamente -0,25 voltios.
Si bien la detección de la tira en el medidor (es decir, la presencia de una tira sin una muestra) no se requiere en la presente invención, generalmente se considera beneficiosa. El circuito 100 se puede configurar sin la capacidad de detectar si una tira electroquímica está presente al tiempo que incluye los beneficios de poder determinar rápida y fácilmente cuándo una muestra comienza a llenar un sensor y cuándo comienza una reacción electroquímica de la muestra. Por ejemplo, en una realización, el medidor puede configurarse para encenderse cuando se introduce un sensor en el medidor. Como resultado, no se realiza ninguna medición de voltaje antes de insertar el sensor porque el medidor no está operativo. Una vez introducido el sensor, el voltaje detectado es indicativo de una tira seca.
En cuanto a la capacidad de detectar la presencia de una muestra, el sistema de circuitos del componente de detección 140 ilustrado es tal que cuando se produce el cambio de corriente, lo que indica que una muestra ha comenzado a llenar la tira electroquímica, se forma una conexión eléctrica adicional en el medidor y un valor absoluto del voltaje detectado será una señal analógica a nivel de la tierra que es menor que un valor absoluto del voltaje cuando hay una tira sin muestra. Más particularmente, la adición de la muestra a la tira electroquímica forma una conexión eléctrica entre el primer conector eléctrico y 110 el conector eléctrico común 114, y posteriormente con el segundo conector eléctrico 112. Por consiguiente, cuando la muestra está presente, el componente de detección 140 detecta la nueva conexión eléctrica creada por la presencia de la muestra cuando comienza a llenar la tira.
La presencia del amplificador 144 como parte del componente de detección 140 mejora la capacidad del circuito 100 para detectar la presencia de una muestra. El amplificador 144 aumenta la amplitud del cambio de señal del circuito 100, aumentando, por consiguiente, la sensibilidad del circuito para la detección de la muestra. La corriente que pasa a través de la tira puede ser determinada por la corriente necesaria para cambiar el voltaje de la resistencia de detección 120 a fin de que se iguale el voltaje de la entrada al amplificador de transimpedancia 164 provisto como parte de la tierra virtual 160, como se describe a continuación. La presencia del voltaje del amplificador de transimpedancia 164 puede usarse para indicar de manera positiva que se ha detectado una vía eléctricamente conductora entre la primera almohadilla de contacto 267 y la segunda almohadilla de contacto 263 medida por el componente de detección 140. El sensor se vuelve conductor como resultado de que la muestra forma una conexión eléctrica a través de los conectores eléctricos 110 y 114 y/o los conectores electroquímicos 112 y 114.
De manera similar al voltaje analizado con respecto al voltaje base cuando no hay ninguna tira y el voltaje de la tira en seco indica que está presente una tira sin muestra, el cambio de voltaje que resulta de la introducción de la muestra en la tira puede fluctuar hasta un grado debido a una serie de variables diferentes asociadas con el circuito 100. Sin embargo, normalmente un valor absoluto de un extremo más alto de un intervalo de voltaje cuando la tira y la muestra están presentes puede ser menor que un valor absoluto de un extremo más bajo de un intervalo de voltaje cuando la tira está presente pero la muestra está ausente. En una realización ejemplar, el intervalo de voltaje detectado cuando la tira electroquímica está en el medidor y la muestra se introduce en la tira está aproximadamente entre más de alrededor de -0,25 voltios y alrededor de 0 voltios. En una realización ejemplar, la presencia de una muestra hace que el voltaje medido en el sistema sea de aproximadamente -0,15 voltios. El umbral de detección de muestra resultante de la presencia de una muestra se puede establecer para que se active en cualquier punto entre los límites de la tira en seco, por ejemplo, en alrededor de -0,25 voltios, y los límites de la tira húmeda, por ejemplo, en alrededor de 0 voltios.
El circuito 100 también incluye un punto de referencia de voltaje, una tierra o suelo virtual 160. En la realización ilustrada, la tierra virtual 160 está en comunicación eléctrica con el conector eléctrico común 114. Se puede utilizar cualquier cantidad de configuraciones y componentes para proporcionar la tierra virtual 160. En la realización ilustrada, un amplificador de transimpedancia 164 conectado a una tierra analógica proporciona una ruta de baja impedancia que sirve como tierra virtual 160.
En otra realización, el amplificador de transimpedancia 164 se puede reemplazar por un amplificador inversor con una resistencia de entrada baja. En incluso otra realización, se puede proporcionar únicamente una tierra. Un experto en la materia reconocerá varias formas mediante las cuales se puede proporcionar una ruta de baja impedancia para el conector eléctrico común 114. La ruta de baja impedancia se vuelve relevante cuando se proporciona una muestra y se produce un cambio de voltaje como resultado de que el suministro de humectación 180 se conecte eléctricamente al conector eléctrico común 114 por medio del primer conector eléctrico 110, como se describe en la presente solicitud.
Si bien la tierra virtual 160 puede tener cualquier número de configuraciones, en una realización ejemplar, incluye el amplificador de transimpedancia 164, una resistencia 162 de 2 kiloohmios y 0,1 % capaz de medir ± 600 nanoamperios y la tierra analógica. Un ejemplo de tal amplificador es MAX4238, fabricado por Maxim Integrated Products.
Otro componente del circuito 100 es el suministro de humectación 180. En la realización ilustrada, el suministro de humectación 180 suministra un voltaje. El suministro de humectación 180 está conectado al primer conector eléctrico 110 y, en una realización ejemplar, el suministro de humectación 180 es electrónico. En una realización ejemplar, el suministro de humectación 180 incluye aproximadamente 3 megaohmios, 1 % de resistencia. Por consiguiente, la alta relación de impedancia del circuito en la realización ejemplar, en vista de los componentes anteriores también descritos como parte de una realización ejemplar, es de aproximadamente 3:2. El sistema de circuitos es tal que el suministro de humectación 180 genera aproximadamente 1,25 voltios. Por consiguiente, cuando una muestra está presente en una tira electroquímica y se forma una conexión eléctrica entre los conectores eléctricos 110 y 114, y posteriormente el conector eléctrico 112, el voltaje del suministro de humectación es la contraparte aproximada del voltaje suministrado por el sistema de circuitos de la porción de la resistencia de detección 120 del sistema de circuitos 100 y, por consiguiente, da como resultado un voltaje que es mayor que alrededor de -0,25 voltios y es de aproximadamente 0 voltios.
Opcionalmente, el circuito 100 puede incluir un generador de forma de onda 200 o un convertidor de digital a analógico. En la realización ilustrada, el generador de forma de onda 200 está acoplado al suministro de humectación 180 y al primer conector eléctrico 110. Como se muestra, el generador de formas de onda 200 también incluye un conmutador 202. El conmutador 202 permite aislar selectivamente el generador de forma de onda 200 hasta que sea deseable aplicar un voltaje al sensor electroquímico dispuesto en el medidor para realizar una prueba. Como se muestra, debido a que no hay presente tira o muestra electroquímica, el conmutador 202 está en la posición aislada, permitiendo así que el generador de forma de onda 200 no tenga ningún efecto sobre el circuito 100.
En una realización ejemplar, el conmutador 202 está configurado para iniciar automáticamente la prueba una vez que la muestra comienza a llenar la tira. Más particularmente, cuando la muestra comienza a llenar la tira electroquímica, lo que, a su vez, da como resultado que se forme una conexión eléctrica a través del primer conector eléctrico 110 y el conector eléctrico común 114, el conmutador 202 puede configurarse para moverse desde la posición de aislamiento a la posición de encendido. Esto da como resultado que se aplique a la muestra un voltaje del generador de forma de onda 200. La impedancia del generador de forma de onda 200 debe ser mucho menor que la impedancia combinada de la resistencia de detección 120, el componente de detección 140 y el suministro de humectación 180, y el generador de forma de onda 200, a continuación, controla el voltaje en el primer conector eléctrico 110 del conector de puerto de la tira 108. Por consiguiente, debido a que el circuito 100 permite la determinación rápida y fácil de cuándo la muestra comienza a llenar la tira, en los casos en los que el generador de forma de onda 200 está configurado para un arranque automático, la determinación del tiempo de inicio de llenado también puede servir como el tiempo de inicio. de la reacción o prueba electroquímica.
En realizaciones alternativas, el valor del suministro de humectación 180 y el valor de la resistencia de detección 120 se pueden cambiar para alterar los voltajes de detección y el intervalo de conducción para la detección de muestras. En algunos casos, puede ser deseable invertir la dirección del flujo de corriente a través del sensor electroquímico. En tales casos, la resistencia del suministro de humectación 180 y la resistencia de detección 120 se pueden intercambiar y un experto en la materia reconocerá cómo ajustar los umbrales de voltaje de detección de la tira en consecuencia.
En un ejemplo que ilustra cómo se pueden determinar los valores de los componentes del circuito de alta impedancia, como los componentes del circuito 100, un voltaje de inserción de la tira se establece en aproximadamente -0,5 voltios y una corriente de detección de inserción de la tira se establece en aproximadamente 1 microamperio. Si el amplificador 144 del componente de detección 140 tiene una ganancia de aproximadamente 2, el voltaje en el amplificador 144 es de aproximadamente de -0,25 voltios. La corriente de detección de aproximadamente 1 microamperio puede provocar aproximadamente 1 voltio (-1,25 voltios a -0,25 voltios) a través de la resistencia de detección 120. En consecuencia, la resistencia de detección 120 es de aproximadamente 1 megaohmio. Para mantener la corriente de detección de inserción de aproximadamente 1 microamperio, la resistencia de humectación provoca una caída de aproximadamente 1,5 voltios (1,25 a -0,25 voltios), por lo que la resistencia del suministro de humectación 180 es de aproximadamente 1,5 megaohmios.
Si se supone que una tira húmeda no tiene resistencia, a continuación, cuando se aplica la muestra, el voltaje en la resistencia de detección 120 es de aproximadamente 0 voltios y el voltaje a través de la resistencia es de aproximadamente 1,25 voltios y, por lo tanto, existe un flujo de corriente de aproximadamente 1,25 microamperios. . La corriente que fluye a través de la resistencia del suministro de humectación 180 es de aproximadamente 1,25 voltios a aproximadamente 1,5 megaohmios o aproximadamente 0,833 microamperios. La diferencia de corriente entre la corriente de la resistencia de detección 120 y la resistencia de la corriente de suministro de humectación 180 (1,25 microamperios - 0,833 microamperios) es la corriente de la tira, que es de aproximadamente 0,42 microamperios.
El resultado de esta selección de componentes es que la resistencia de detección 120 tiene un valor de aproximadamente 1 megaohmio, la resistencia del suministro de humectación 180 tiene un valor de aproximadamente 1,5 megaohmios, una corriente de detección tiene un valor de aproximadamente 1 microamperio, el voltaje de una tira insertada en la entrada del amplificador 144 de aproximadamente -0,25 voltios, y una corriente de la tira húmeda máxima de aproximadamente 0,42 microamperios.
En un segundo ejemplo que ilustra cómo se pueden determinar los valores de los componentes del circuito de alta impedancia, como los componentes del circuito 100, la resistencia de detección 120 es de aproximadamente 2,0 megaohmios y la resistencia del suministro de humectación 180 es de aproximadamente 3,0 megaohmios. La corriente de detección de inserción de la tira es de aproximadamente 500 nanoamperios (1,25 - -1,25 voltios en los 5 megaohmios de la combinación de la resistencia del suministro de humectación 180 y la resistencia de detección 120). El voltaje a través de la resistencia de detección 120 será de aproximadamente 1 voltio (500 nanoamperios a través de 2 megaohmios). La ganancia del amplificador 144 del componente de detección 140 es de aproximadamente 2,0 veces, por lo que el cambio de voltaje provocado por la detección de la tira es de aproximadamente 0,5 voltios.
Cuando el sensor electroquímico está húmedo y se forma una conexión eléctrica, su resistencia está aproximadamente en el intervalo de 1000 veces menos que las impedancias de detección del circuito 100. Esto hace que el voltaje en la resistencia de detección 120 se vuelva aproximadamente igual a la AGND y la corriente de detección sea de aproximadamente 625 nanoamperios (1,25 voltios a través de 2 megaohmios). Esto significa que la resistencia del suministro de humectación 180 suministra aproximadamente 417 nanoamperios (1,25 voltios en 3 megaohmios). La diferencia de estas dos corrientes, que es de aproximadamente 208 nanoamperios, se puede conducir a través del sensor electroquímico a la tierra virtual 160.
El resultado de esta segunda selección de componentes es que la resistencia de detección 120 tiene un valor de aproximadamente 2 megaohmios, la resistencia del suministro de humectación 180 tiene un valor de aproximadamente 3 megaohmios, una corriente de detección tiene un valor de aproximadamente 500 nanoamperios, el voltaje de una tira de voltaje insertada en el amplificador 144 de aproximadamente -0,25 voltios, una tira insertada en la salida del amplificador 144 de aproximadamente -0,5 voltios, y una corriente de tira húmeda máxima de aproximadamente 208 nanoamperios.
En un tercer ejemplo que ilustra cómo se pueden determinar los valores de los componentes del circuito de alta impedancia, como los componentes del circuito 100, se supone que la corriente máxima deseada para la detección es de 100 nanoamperios para crear un cambio de aproximadamente 0,5 voltios en la salida del amplificador 144 del componente de detección 140 cuando se aplica una muestra. La ganancia del amplificador 144 puede ser de aproximadamente 3 veces, por lo que el cambio de voltaje provocado por una muestra que llena la tira puede ser de aproximadamente 0,25 voltios. Según la memoria descriptiva de la corriente de detección, esto requeriría una resistencia de fuente de aproximadamente 2,5 megaohmios (0,25 volts/100 nanoamperios) a través de la tira húmeda.
Cuando se inserta la tira, pero no se aplica ninguna muestra, la corriente a través de la resistencia de detección 120 es 400 nanoamperios (1 voltios/2,5 megaohmios). Para que el suministro de humectación 180 proporcione el valor correcto para la detección de tira, la resistencia requerida es de 3,75 megaohmios (1,5 voltios (suministro total de 2,5 voltios - 1,0 de voltaje detectado)/2,5 megaohmios de resistencia detectada).
El resultado de esta selección de tercer componente es la resistencia de detección 120 que tiene un valor de aproximadamente 2,5 megaohmios, la resistencia del suministro de humectación 180 tiene un valor de aproximadamente 3,75 megaohmios, una corriente de detección que tiene un valor de aproximadamente 400 nanoamperios y el voltaje de una tira insertada en la salida del amplificador 144 de aproximadamente -0,75 voltios.
El circuito 100 de alta impedancia se puede incorporar en una variedad de medidores de prueba u otros dispositivos de monitorización y, además, se puede usar con una amplia variedad de elementos de detección electroquímicos, celdas, tiras, sensores de hemoglobina, sensores antioxidantes, biosensores, inmunosensores, etc. En las FIG. 2-4, se proporciona un ejemplo de realización de una tira electroquímica con la que se puede utilizar el circuito 100.
Como se muestra, se proporciona la tira de prueba 262, la cual incluye un cuerpo alargado que se extiende desde un extremo distal 280 hasta un extremo proximal 282, y que tiene bordes laterales 256, 258. Como se muestra en la FIG.
3, la tira de prueba 262 también incluye una primera capa de electrodo 266, una segunda capa de electrodo 264 y un espaciador 260 intercalado entre las dos capas de electrodo 264 y 266. La primera capa de electrodo 266 puede incluir un primer electrodo 366, una primera pista de conexión 276 y una primera almohadilla de contacto 267, donde la primera pista de conexión 276 conecta eléctricamente el primer electrodo 366 a la primera almohadilla de contacto 267. Cabe señalar que el primer electrodo 366 es una porción de la primera capa de electrodo 266 que está inmediatamente debajo de la capa de reactivo 272. De manera similar, la segunda capa de electrodo 264 puede incluir un segundo electrodo 364, una segunda pista de conexión 278 y una segunda almohadilla de contacto 263, donde la segunda pista de conexión 278 conecta eléctricamente el segundo electrodo 364 con la segunda almohadilla de contacto 263. Cabe señalar que el segundo electrodo 364 es una porción de la segunda capa de electrodo 264 que está por encima de la capa de reactivo 272. Además, la segunda almohadilla de contacto 263 se puede usar para establecer una conexión eléctrica a un circuito, como el circuito 100, de un medidor de prueba a través de una muesca en forma de U 265.
Como se muestra, la cámara de recepción de muestra 261 está definida por el primer electrodo 366, el segundo electrodo 364 y el espaciador 260 cerca del extremo distal 280 de la tira de prueba 262. El primer electrodo 366 y el segundo electrodo 364 pueden definir la parte inferior y la parte superior de la cámara 261 de recepción de muestras, respectivamente. Un área cortada 268 del espaciador 260 puede definir las paredes laterales de la cámara de recepción de muestras 261. En un aspecto, la cámara de recepción de muestras 261 puede incluir puertos 270 que proporcionan una entrada de muestra y/o una ventilación. Por ejemplo, uno de los puertos puede permitir la entrada de una muestra de fluido y el otro puerto puede permitir que salga el aire.
Los electrodos 364 y 366 pueden ponerse en contacto con los conectores eléctricos 110, 112 y 114 del circuito 110 por medio de las almohadillas de contacto 263 y 267. Más particularmente, la almohadilla de contacto 267 conectada al primer electrodo 366 puede ser recibida por los conectores eléctricos 110, 112. Una vez que el primer electrodo 366 está en contacto con ambos conectores 110 y 112, el circuito 100 reconocerá que la tira 262 está presente, generando así un voltaje de tira en seco. Además, la almohadilla de contacto 263 conectada al segundo electrodo 364 puede ser recibida por el conector eléctrico 114. Una vez que el segundo electrodo 364 está en contacto con el conector 114 y se introduce una muestra en la tira 262, se formará una conexión eléctrica entre los electrodos 364 y 366 y, por consiguiente, entre el conector eléctrico común 114 y al menos uno de los conectores eléctricos 110, 112, y el circuito 100 detectará la presencia de la muestra.. Por supuesto, un experto en la materia reconocerá que el circuito se puede asociar con la tira electroquímica de las FIG. 2-4 de varias maneras.
Los procedimientos y dispositivos asociados con la tira descrita en la FIG. 2-4 se describen con más detalle en la Publicación de solicitud de patente de los EE. UU. No. 2009/0301899 de Hodges y col., titulada "System and Method for Measuring an Analyte in a Sample" y depositada el 13 de mayo de 2009. Además, otros dispositivos ejemplares con los que se puede usar el circuito de alta impedancia 100 descrito en esta invención incluyen, entre otros, las realizaciones y los procedimientos descritos en: la Patente de los EE. UU. No. 5.942.102 de Hodges y col., titulada "Electrochemical Method", la Patente de los EE. UU. No. 6.174.420 de Hodges y col., titulada "Electrochemical Cell", la Patente de los EE. UU. No. 6.179.979 de Hodges y col., titulada "Electrochemical Cell", la Patente de los EE. UU. No. 6.284.125 de Hodges y col., titulada "Electrochemical Cell", la Patente de los EE. UU. No. 6.379.513 de Chambers y col., titulada "Sensor Connection Means", la Patente de los EE. UU. No. 6.475.360 de Hodges y col., titulada "Heated Electrochemical Cell", la Patente de los EE. UU. No. 6.632.349 de Hodges y col., titulada "Hemoglobin Sensor", la Patente de los EE. UU. No. 6.638.415 de Hodges y col., titulada "Antioxidant Sensor", la Patente de los EE. UU. No.
6.946.067 de Hodges y col., titulada "Method of Forming an Electrical Connection Between an Electrochemical Cell and a Meter", la Patente de los EE. UU. No. 7.043.821 de Hodges, titulada "Method of Preventing Short Sampling of a Capillary or Wicking Fill Device", la Patente de los EE. UU. No. 7.431.820 de Hodges y col., titulada "Electrochemical Cell", la Publicación de solicitud de patente de los EE. UU. No. 2003/0180814 de Hodges y col., titulada "Direct Immunosensor Assay" y depositada el 21 de marzo de 2002, la Publicación de solicitud de patente de los EE. UU. No.
2004/0203137 de Hodges y col., titulada "Immunosensor" y depositada el 22 de abril de 2004, la Publicación de solicitud de patente de los Ee . UU. No. 2006/0134713 de Rylatt y col., titulada "Biosensor Apparatus and Methods of Use" y depositada el 21 de noviembre de 2005 y la Publicación de solicitud de patente de los EE. UU. No.
2010/0006452 de Hodges y col., titulada "Biosensor Apparatus and Methods of Use" y depositada el 18 de septiembre de 2009.
Además, los circuitos de alta impedancia descritos en esta invención pueden usarse junto con otras mejoras de medición en cualquiera de los dispositivos mencionados anteriormente. Dos ejemplos no limitantes de tales mejoras se describen en la Solicitud de patente de los EE.UU. 12/649.509 de Chatelier y col., titulada Systems, Devices, and Methods for Measuring Whole Blood Hematocrit Based on Initial Fill Velocity" y depositada el 30 de diciembre de 2009, y la Solicitud de patente de los EE. UU., No. de serie 12/649.594 de Chatelier y col., titulada "Systems, Devices, and Methods for Improving Accuracy of Biosensors Using Fill Time" y depositada el 30 de diciembre de 2009.
En el uso, el circuito de alta impedancia 100 permite que un medidor de prueba determine rápida y fácilmente cuando está presente una tira electroquímica y cuando una muestra comienza a llenar la tira. La FIG. 5 ilustra los distintos cambios de voltaje que se producen a lo largo del tiempo: (1) en ausencia de una tira electroquímica; (2) en presencia de una tira electroquímica, pero en ausencia de una muestra; (3) en presencia tanto de una tira electroquímica como de una muestra; y (4) nuevamente en ausencia de una tira electroquímica cuando se elimina la tira.
Cuando no hay ninguna tira electroquímica presente en el medidor de prueba con el que está asociado el circuito 100, el circuito está abierto y, por consiguiente, el voltaje resultante Si es de aproximadamente -1,25 voltios, como se muestra en el transcurso del tiempo Ti. Esto se debe a que la carga eléctrica resultante de la porción de la resistencia de detección 120 de sistema de circuitos es de aproximadamente -1,25 voltios. En realidad, debido a las limitaciones de eficiencia típicas de tal dispositivo, el voltaje de salida Si del detector de tira puede no alcanzar -1,25 voltios. Por consiguiente, un valor umbral para determinar si una tira está presente puede ser aproximadamente inferior a -1,19 voltios con una corriente de resistencia de detección de aproximadamente 500 nanoamperios. Cuando una tira electroquímica que no tiene ninguna muestra, tal como una muestra de fluido corporal o una solución de control, está conectada al primero y al segundo conector eléctrico 110, 112, se produce un cambio de voltaje distinto, como se muestra mediante el fuerte aumento en Ri. En la realización ilustrada, el voltaje resultante S2 es de aproximadamente -0,35 voltios en el transcurso del tiempo T2. Sin embargo, en realidad, debido a las limitaciones reales del dispositivo, es posible que el voltaje de salida S2 no alcance los 0,35 voltios. Por consiguiente, un valor umbral para determinar si una muestra está presente puede ser aproximadamente inferior a -0,15 voltios con una corriente de resistencia de detección de aproximadamente entre alrededor de 500 nanoamperios y alrededor de 625 nanoamperios. El voltaje medido es el resultado del voltaje generado por la porción de la resistencia de detección 120 del sistema de circuitos que interactúa con el voltaje del componente de detección 140 que se genera una vez que la tira está presente. En particular, la resistencia de la resistencia del suministro de humectación 180 y la resistencia de la celda electroquímica entre las conexiones del primero y el segundo conector eléctrico 110, 112 en serie pueden formar un divisor de voltaje con la resistencia de detección 120. La resistencia de la celda electroquímica puede variar, pero generalmente está por debajo de aproximadamente 200 ohmios, que es menor que la tolerancia de resistencia de la resistencia del suministro de humectación 180, por lo que su efecto es insignificante. A través del divisor de voltaje, el voltaje en la resistencia de detección 120 puede cambiar de aproximadamente -1,25 voltios a aproximadamente -0,25 voltios. Por consiguiente, con la ganancia de voltaje del amplificador 144 de aproximadamente 2, el voltaje en la salida del componente de detección 140 es de aproximadamente de -0,5 voltios. Los niveles de voltaje típicos que se han observado para los tres niveles son: aproximadamente -1,23 voltios en ausencia de una tira, aproximadamente -0,52 voltios en presencia de una tira en seco y aproximadamente más de -0,15 voltios en presencia de una tira húmeda.
Cuando una muestra se introduce en la tira electroquímica, una conexión eléctrica se forma en el medidor de prueba y otro cambio de voltaje distinto se produce, como se muestra por la subida pronunciada en R2 como se ilustra en la FIG. 5. Se crea una ruta de corriente entre la ruta de baja impedancia creada por la tierra virtual 160 y cada uno de los conectores eléctricos 110, 112 y 114. En la realización ilustrada, el voltaje resultante S3 es de aproximadamente 0 voltios en el transcurso del tiempo T3. Este valor también puede ser el nivel de la señal de tierra analógica. El voltaje medido es el resultado del voltaje generado por la porción de la resistencia de detección 120 del sistema de circuitos que se cancela por el voltaje de la porción de suministro de humectación 180 del sistema de circuitos, que interactúa una vez que la muestra está presente. En esta configuración, el amplificador 164 de tierra virtual 160 ajustará activamente su voltaje de salida para que la corriente a través de su resistencia de retroalimentación coincida con la corriente que llega a la entrada inversora, haciendo que el nodo aparezca como un circuito de baja impedancia. Esto, a su vez, hace que el voltaje de la resistencia de detección 120 aumente a aproximadamente 0 voltios y que la salida del detector de tiras esté también a aproximadamente 0 voltios. Cuando se forma la conexión eléctrica creada por la muestra, la corriente que fluye a través de la tira electroquímica está limitada por la resistencia de la fuente y el voltaje de la fuente de los circuitos que comprenden el suministro de humectación 180 y la resistencia de detección 120, así como los componentes de suministro de voltaje asociados: aproximadamente ± 1,25 voltios. Esta corriente pasa a través de la resistencia de detección 120, provocando un aumento de voltaje y reduciendo la corriente de la resistencia del suministro de humectación 180. La corriente se equilibra suministrando la corriente adicional a través de la tira electroquímica, lo que provoca una corriente de detección máxima de aproximadamente 208 nanoamperios para el caso definido anteriormente en el segundo ejemplo en el que la resistencia de detección 120 tiene un valor de aproximadamente 2 megaohmios y la resistencia del suministro de humectación 180 tiene un valor de aproximadamente 3 megaohmios. Si se elimina la tira electroquímica del medidor de prueba, se produce una fuerte caída de voltaje, como se muestra en R3, cuando el voltaje resultante vuelve al valor original, voltaje Si, aproximadamente -1,25 voltios en el transcurso del tiempo T4.
Como la resistencia real entre la primera almohadilla de contacto 267 y la segunda almohadilla de contacto 263 de la tira electroquímica 262 puede disminuir a medida que se aplica más líquido de muestra y la reacción electroquímica progresa, puede haber un período en el que el voltaje de la resistencia de detección 120 transicione entre "inserción del elemento de detección" y el alcance del nivel de "0" voltios. Este período de transición puede ser de unos pocos milisegundos.
Las FIG. 6 y 7 ilustran la mejora significativa para detectar cuándo una muestra comienza a llenar un sensor electroquímico que resulta del circuito 100. La FIG. 6 ilustra mediciones de voltaje a lo largo del tiempo en un medidor de prueba que no incluye el circuito 100 de alta impedancia de la presente invención, mientras que la FIG. 7 ilustra mediciones de voltaje a lo largo del tiempo en un medidor de prueba que incluye el circuito 100 de alta impedancia. Para ambas FIG. 6 y 7, el tiempo ilustrado está entre - 0,004 segundos y 0,004 segundos, la base de tiempo del osciloscopio utilizada para realizar las mediciones siendo de 0,001 segundos. En la FIG. 6, cada marcador de rejilla principal está a 0,5 voltios, mientras que, en la FIG. 7, cada marcador de cuadrícula principal está a 0,2 voltios. La escala de voltaje de la FIG. 7 se incrementa aproximadamente 2,5 veces porque la detección opera en un intervalo de voltaje estrecho y, por consiguiente, el cambio de etapa se puede ilustrar con más claridad.
Como se muestra en la FIG. 6, cuando una tira electroquímica seca está presente en el medidor de prueba que no incluye el circuito de alta impedancia 100, en lugar de utilizar una fuente de corriente, un voltaje aproximadamente estable Vi, al que a veces se hace referencia como un voltaje umbral de tira en seco, está presente. Cuando la tira se moja como resultado de la aplicación de una muestra a la tira, como se ilustra en ti, el voltaje cae significativamente durante un período de tiempo entre ti y t2, antes de que alcance un voltaje constante preliminar V2, que es el intervalo activo de la fuente de corriente constante. Esta caída de voltaje, sin embargo, no es suficiente para detectar la presencia de una muestra porque la transición a la meseta del voltaje constante preliminar V2 también puede lograrse por efectos parásitos, por ejemplo, mediante descarga electrostática en la tira. A medida que avanza el llenado, la corriente conducida aumenta y la fuente de corriente constante no puede mantener la regulación, lo que hace que el voltaje caiga aún más. Para evitar disparos falsos, el sistema ilustrado por la FIG. 6 no puede funcionar correctamente hasta que el voltaje caiga por debajo de la meseta de 1,3 voltios del voltaje constante preliminar V2 a un verdadero umbral de voltaje de tira húmeda V3 , que en la realización ilustrada existe a aproximadamente 0,3 voltios y no ocurre hasta que la tira se llena en t4. En consecuencia, una caída adicional de voltaje que ocurre en t3 es insuficiente para detectar un tiempo de inicio de reacción y, por consiguiente, no es hasta t4 que el circuito finalmente detecta que la muestra ha llenado la tira y se puede detectar un tiempo de inicio. Otro defecto del sistema ilustrado en la FIG. 6 es que la regulación actual se pierde cuando finalmente se detecta el tiempo de inicio. Esto ocurre porque la tira húmeda puede conducir más corriente que la que proporciona la fuente de corriente constante, lo que hace que el voltaje caiga para mantener la corriente. Otros defectos en este sistema incluyen susceptibilidad al ruido, control deficiente de la energía (voltaje y corriente) requerida para la detección de muestras y detección retardada. La tira se considera húmeda cuando el voltaje ha caído a un voltaje aproximadamente estable V3, a veces denominado voltaje umbral verdadero de la tira húmeda, que es de aproximadamente 0,3 voltios, lo que no ocurre hasta aproximadamente 4 milisegundos después de que se aplica la muestra inicial, como se ilustra lo con D. En vista de la presente descripción, un experto en la materia reconocerá que el tiempo exacto de detección de la muestra está determinado por el umbral de voltaje/las tolerancias que son experiencias de diseño implementadas. Las tolerancias de los componentes y de la fuente de alimentación pueden afectar el umbral de voltaje de tira en seco Vi. La precisión de la tierra virtual puede afectar el umbral de voltaje de la tira húmeda V3. Por consiguiente, la detección se produce entre estos dos niveles de umbral. Un nivel más cercano al umbral de voltaje de tira en seco Vi generalmente será más sensible de detectar, más cerca del tiempo 0, mientras que un valor cerca del umbral de voltaje de tira en húmedo V3 estará más cerca de aproximadamente 4 milisegundos. Otros factores también pueden afectar los tiempos reales, incluyendo, a modo de ejemplo no limitante, la viscosidad de la muestra y el tamaño del área química activa.
Por el contrario, como se muestra en la FIG. 7, cuando una tira electroquímica seca está presente en el medidor de prueba que tiene el circuito de alta impedancia 100, un voltaje estable aproximado Vi al que a veces se hace referencia como un voltaje umbral de tira en seco, está presente. Como se indicó antes, la escala de voltaje de la FIG. 7 se incrementa aproximadamente 2,5 veces porque la detección opera en un intervalo de voltaje estrecho y, por consiguiente, el cambio de etapa se puede ilustrar con más claridad. Además, la polaridad de la FIG. 7 está invertida en comparación con la polaridad de la FIG. 6, porque la señal de detección de llenado se realiza utilizando el conector eléctrico 110 en lugar del conector eléctrico 112. Cuando se inserta una tira, pero la muestra no está presente, pasa una corriente constante entre los conectores eléctricos 110 y 112, reduciendo la susceptibilidad a señales extrañas. Cuando la tira se moja como resultado de la aplicación de una muestra a la tira, el voltaje aumenta significativamente durante un período de tiempo entre t i ' y t2 a medida que la corriente es suministrada al circuito por el conector eléctrico 114, logrando un voltaje aproximadamente estable V3 ', a veces denominado voltaje umbral de tira húmeda. En t2 ', el circuito 100 del medidor de prueba es capaz de detectar que la muestra ha comenzado a llenar la tira. La duración de tiempo entre t i ' y t2 ', que es el tiempo que tarda el sistema en detectar la muestra de la FIG. 7 y que se ilustra como D', es considerablemente más corto que el período de tiempo entre ti y t4, que es el tiempo que tarda el sistema en detectar la muestra en la FIG. 6 y que se ilustra como D. En la práctica, el voltaje umbral de llenado de la tira se establece entre Vi' y el voltaje umbral de la tira húmeda V3 ' dependiendo de la sensibilidad deseada para detectar que la tira se está llenando. Como se muestra en la FIG. 7, como resultado del circuito de alta impedancia, se puede determinar que la muestra humedeció la tira en menos de 0,5 milisegundos aproximadamente. En consecuencia, el circuito 100 de alta impedancia mejora significativamente el tiempo que lleva detectar si una muestra moja la tira dispuesta en el medidor. Asimismo, en realizaciones que incluyen una característica de inicio automático, el circuito de alta impedancia 100 mejora significativamente la precisión para determinar cuándo una celda comienza a llenarse con una muestra de líquido. Debido a que, en una configuración de inicio automático, la reacción comienza una vez que la muestra comienza a llenar la tira, detectar con la mayor precisión posible el momento en que se produce la humectación da como resultado un tiempo de inicio de la reacción más exacto y preciso. Los tiempos de inicio más precisos dan como resultado duraciones de tiempo de prueba más reproducibles y precisas, lo que, a su vez, da como resultado resultados de prueba de glucosa más precisos.
Además, el circuito de alta impedancia 100 también mejora significativamente la precisión de las mediciones. Como se muestra en la FIG. 6, el cambio de voltaje que indica que una muestra ha comenzado a llenar la tira no es una línea distinta y bien definida. Es bastante difícil discernir exactamente cuándo es el tiempo de inicio de la reacción. En la FIG. 7, por otro lado, hay dos voltajes distintos, y una vez que se alcanza rápidamente el voltaje que indica que una muestra ha comenzado a llenar la tira, queda claro que se ha aplicado la muestra.
Además de mejorar la velocidad y precisión de las determinaciones de detección de muestras, hay una serie de otros beneficios que resultan de la adición de un circuito de alta impedancia a un medidor de prueba. El uso de los circuitos de alta impedancia descritos elimina la necesidad de conmutadores analógicos como parte de los sistemas de circuitos. El generador de forma de onda 200 y el conmutador 202 representan una posible implementación para la excitación de la tira reactiva durante el procedimiento de prueba, pero no son necesarios para realizar la detección de la tira o de la muestra. Además, los circuitos mantienen un nivel similar de corriente para detectar la presencia de una tira electroquímica, mejorando así los problemas de ruido. El circuito también reduce la cantidad de energía que el generador de forma de onda inyectará en el sensor electroquímico durante la detección de la muestra, lo que, a su vez, reduce cualquier perturbación o ruido provocado por el generador de forma de onda. El potencial de voltaje reducido reduce los efectos secundarios del procedimiento de detección de llenado. Como resultado de la presente invención, el cambio de voltaje del sistema se puede mantener por debajo de aproximadamente 0,3 voltios, lo que es deseable para evitar daños en el analito por estimulación eléctrica. Como se muestra en la FIG. 7, el cambio de voltaje se produce entre un valor absoluto de aproximadamente 0,8 voltios y un valor absoluto de aproximadamente 1,1 voltios. Un experto en la materia reconocerá que los valores ilustrados en la FIG. 7 se desplazan como resultado del efecto que la carga de la impedancia de la sonda del osciloscopio tiene sobre las mediciones. En la realización ilustrada, la impedancia de la sonda del osciloscopio es de aproximadamente 10 M ohmios. Asimismo, la corriente reducida reduce los efectos secundarios del procedimiento de detección de llenado. Los circuitos descritos en esta invención no solo proporcionan determinaciones rápidas y fáciles de cuándo una muestra comienza a llenar la tira electroquímica, sino que los circuitos también permiten la determinación rápida y sencilla de que hay una tira presente en el medidor de prueba. Los circuitos se pueden utilizar para probar sensores electroquímicos en fase para determinar si están defectuosos. Más particularmente, si durante la prueba se determina que los sensores electroquímicos están formando una conexión eléctrica en una fase de la prueba en la que no deberían estarlo, es fácil determinar que el sensor está defectuoso. Asimismo, los defectos de fabricación, tales como electrodos en cortocircuito, fuga de corriente de celda "seca" y características de llenado deficientes, o usos previos del sensor, pueden determinarse fácilmente mediante los procedimientos de prueba fáciles y rápidos proporcionados por el circuito de la presente descripción. Además, la invención descrita permite que el circuito 100 sea diseñado para lograr las corrientes y voltajes deseados que se requieren para la detección.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema electroquímico, que comprende:
un sensor electroquímico (262); y
un medidor de prueba (10) configurado para recibir un sensor electroquímico (262); donde el medidor de prueba (10) comprende:
un circuito (100) dentro del medidor de prueba, y
un conector de puerto de sensor (108) que incluye un primero y un segundo conector eléctrico (110, 112) y un conector eléctrico común (114) que está dispuesto adyacente a al menos uno del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), el puerto de sensor el conector está configurado de tal manera que la presencia de una muestra en el sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba (10) da como resultado una conexión eléctrica entre el conector eléctrico común (114) y al menos uno del primero y el segundo conector eléctrico (110 , 112);
el circuito está configurado (100) para formar una conexión eléctrica con el sensor electroquímico (262) cuando el sensor (262) está dispuesto en el medidor de prueba (10) de manera que la presencia del sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba resulte en una conexión de baja impedancia entre el primero y el segundo conector eléctrico (110, 112),
caracterizado porque el circuito (100) está configurado además para detectar un primer voltaje que indica que no hay ningún sensor electroquímico (262) dispuesto en el medidor de prueba (10), un segundo voltaje, distinto del primer voltaje, indica que el sensor electroquímico (262) que carece de una muestra de fluido corporal se dispone en el medidor de prueba (10), y un tercer voltaje, distinto del primero y el segundo voltaje, indica que el sensor electroquímico (262) está dispuesto en el medidor de prueba (10) y se ha aplicado una muestra de fluido corporal al sensor electroquímico (262);
donde el circuito comprende:
una resistencia de detección (120) está en comunicación eléctrica con uno del primero o el segundo conector eléctrico(110, 112);
un componente de detección (140) conectado eléctricamente a la resistencia de detección (120) y al uno del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), el componente de detección estando configurado (140) para determinar la presencia de un sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba y la presencia de una muestra en un sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba (10);
un punto de referencia de voltaje (160) conectado eléctricamente al conector eléctrico común (114); y
un suministro de humectación (180) conectado eléctricamente al otro del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), estando el suministro de humectación (180) conectado electroquímicamente al conector eléctrico común (114) y al del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112) como resultado de la presencia de la cantidad de muestra en el sensor en el medidor de prueba (10).
2. El sistema electroquímico de la reivindicación 1, donde un valor absoluto del segundo voltaje es menor que un valor absoluto del primer voltaje y un valor absoluto del tercer voltaje es menor que el valor absoluto del segundo voltaje.
3. El sistema electroquímico de la reivindicación 1, donde la cantidad de muestra que está presente en el sensor electroquímico (262) es un volumen mínimo de muestra suficiente para formar una conexión eléctrica entre el conector eléctrico común (114) y al menos uno del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112).
4. El sistema electroquímico de la reivindicación 3, que comprende además un generador de forma de onda (200) conectado eléctricamente al suministro de humectación (180) y el otro del primero y el segundo conector eléctrico (110, 112), el generador de forma de onda estando configurado (200) para aplicar voltaje a fin de hacer reaccionar la muestra dispuesta en el sensor electroquímico (262).
5. El sistema electroquímico de la reivindicación 4, donde el componente de detección (140) comprende además un amplificador de ganancia efectivamente baja configurado para reducir un efecto de fuga de corriente provocada por un componente de medición de voltaje en comunicación eléctrica con el circuito (100).
6. El sistema electroquímico de la reivindicación 1, donde el punto de referencia de voltaje (160) comprende además un amplificador de transimpedancia (164).
7. El sistema electroquímico de la reivindicación 1, donde una relación de resistencia entre el suministro de humectación (180) y la resistencia de detección (120) es de aproximadamente 3:2.
8. Un procedimiento para detectar cuándo una muestra comienza a llenar un sensor electroquímico (262) usando un sistema electroquímico según la reivindicación 1, que comprende:
proporcionar el medidor de prueba (10) que tiene un circuito;
introducir el sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba;
medir, con el medidor de prueba (10), un voltaje de tira en seco indicativo de la presencia del sensor electroquímico (262) en el medidor (10) que está desprovisto de una muestra;
introducir una muestra en el sensor electroquímico (262);
medir, con el medidor de prueba (10), un voltaje de tira húmeda, que es distinto del voltaje de tira en seco, y que es indicativo de la presencia de una cantidad de la muestra en el sensor electroquímico (262) dispuesto en el medidor (10); y
determinar cuándo la muestra comienza a llenar el sensor electroquímico (262) basándose en la medición del voltaje de la tira húmeda.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, que comprende además:
medir un voltaje base antes de introducir un sensor electroquímico (262) en el medidor de prueba, el voltaje base siendo indicativo de un medidor de prueba (10) desprovisto de un sensor electroquímico, donde un valor absoluto del voltaje base es distinto de un valor absoluto del voltaje de la tira en seco y un valor absoluto del voltaje de tira húmeda, el valor absoluto del voltaje de tira húmeda es menor que el valor absoluto del voltaje de la tira en seco, y el valor absoluto del voltaje de la tira en seco es menor que el valor absoluto del voltaje base.
10. El procedimiento de la reivindicación 8, que comprende además iniciar una prueba electroquímica al determinar cuándo la muestra comienza a llenar el sensor electroquímico (262).
11. El procedimiento de la reivindicación 10, que comprende además operar un amplificador de ganancia efectivamente baja para reducir el efecto de la fuga de corriente provocada por un componente de medición de voltaje en la comunicación eléctrica con el circuito (100).
ES11827182T 2010-09-20 2011-08-31 Aparato y procedimiento para mediciones mejoradas de un dispositivo de monitorización Active ES2897485T3 (es)

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