ES2960942T3

ES2960942T3 - Calibración de un sensor

Info

Publication number: ES2960942T3
Application number: ES20165007T
Authority: ES
Inventors: Nicholas Paul Barwell; Barry Colin Crane; Alasdair Allan Mackenzie; Robert Perkins; Praveen Sagar
Original assignee: Scilogica Corp
Current assignee: Scilogica Corp
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2040-03-23
Also published as: AU2021223893A1; EP3865854A1; JP2023515009A; EP3865854B1; WO2021165663A1; CA3171355A1; US20210255103A1; EP3865854C0; US11313799B2

Abstract

Se proporciona un método para calibrar un sensor que comprende un compuesto luminiscente que tiene una luminiscencia que depende de la concentración de un analito, y un detector configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente, comprendiendo el método proporcionar un componente que comprende el compuesto luminiscente en un paquete que mantiene la exposición del compuesto luminiscente al analito en una primera concentración conocida, ensamblando el componente en el sensor y midiendo un primer valor de una característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente mientras se expone al analito en la primera concentración, midiendo una segundo valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente mientras se expone al analito a una segunda concentración conocida diferente de la primera concentración, y determinar parámetros que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito usando el primer valor y el segundo valor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Calibración de un sensor

La presente solicitud se refiere a métodos para calibrar sensores que comprenden compuestos luminiscentes, en particular la calibración de sensores para detectar la concentración de un analito en un entorno.

En muchas áreas es deseable poder determinar la concentración de un analito particular en un entorno que puede contener una mezcla de varias sustancias diferentes. Por ejemplo, en algunos entornos clínicos, como el tratamiento de diálisis o la monitorización de pacientes en cuidados intensivos, es importante poder determinar con precisión la concentración de dióxido de carbono o iones como potasio o sodio en la sangre de un paciente en tiempo real, y la provisión de datos de medición continua en tiempo real a un médico en entornos de cuidados intensivos suele ser de valor incalculable como un medio para guiar la administración de terapias. Otro ejemplo es la monitorización de ambientes controlados en la industria alimentaria, donde la presencia de oxígeno u otros contaminantes puede ser indeseable debido al riesgo de deterioro de los alimentos.

Un tipo conocido de sensor utiliza un compuesto luminiscente, por ejemplo un tinte orgánico fluorescente, con una luminiscencia que tiene una característica que depende de la concentración del analito diana. Al excitar el compuesto luminiscente y medir su luminiscencia mientras está expuesto a una muestra que contiene el analito, se puede determinar la concentración del analito en la muestra. Este tipo de sensor tiene la ventaja de que puede funcionar de forma continua, por lo que no requiere tomar muestras regulares, por ejemplo de la sangre o de la atmósfera en la que se almacenan los alimentos, para análisis u otros procedimientos igualmente inconvenientes.

Sin embargo, para que se pueda confiar en los valores de concentración informados por los sensores, es necesario calibrar el sensor para determinar la dependencia de la característica de luminiscencia de la concentración del analito. Tradicionalmente, la calibración de sensores luminiscentes, por ejemplo para medir concentraciones de gases en sangre, han requerido complicados procedimientos de calibración multipunto que utilizan aparatos tonométricos especializados para proporcionar concentraciones controladas de analitos particulares para calibrar los sensores. Estos aparatos son complicados y costosos de mantener y operar, y los procedimientos de calibración multipunto a menudo consumen mucho tiempo. Estos factores implican que el proceso de calibrar los sensores consume un tiempo valioso del usuario y genera gastos sustanciales. Los usuarios pueden incluso renunciar por completo a la calibración en situaciones con presión de tiempo, lo que conduce al uso potencialmente peligroso de valores de medición poco fiables. Los avances recientes han reducido el tamaño de dichos aparatos y el número de puntos de calibración necesarios, pero aún se necesita un aparato de calibración y un procedimiento de calibración independientes, lo cual es costoso y lento.

Por consiguiente, existe la necesidad de un procedimiento de calibración para este tipo de sensor que reduzca o elimine la necesidad de aparatos de calibración especializados y reduzca el tiempo del operador necesario para realizar la calibración. Un objeto de la presente invención es abordar al menos parcialmente este problema.

El documento US 2012/240656 A1 divulga un método para calibrar un sensor que comprende un compuesto luminiscente que tiene una luminiscencia que depende de la concentración de un analito, y un detector configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente, comprendiendo el método proporcionar un componente que comprende el compuesto luminiscente en un paquete que mantiene la exposición del compuesto luminiscente al analito en una primera concentración conocida, ensamblar el componente en el sensor y medir un primer valor de una característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente mientras se expone al analito en la primera concentración, medir un segundo valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente mientras se expone al analito a una segunda concentración conocida diferente de la primera concentración, y determinar parámetros que representan la dependencia de la característica de luminiscencia de la concentración del analito usando el primer valor y el segundo valor. El documento US 2015/198607 Al se refiere a algoritmos y métodos para calibrar un sensor de analito. El documento US 2013/083820 Al se refiere a un método para calibrar un sensor para detectar un analito. El documento US 5672515 A se refiere a métodos de uso de sensores ópticos para medir analitos en una muestra.

La presente solicitud proporciona un método para calibrar un sensor de acuerdo con la reivindicación independiente 1 adjunta. Se definen realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes. El método de la reivindicación 1 es un método para calibrar un sensor que comprende un compuesto luminiscente que tiene una luminiscencia que depende de la concentración de un analito, y un detector configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente, comprendiendo el método proporcionar un componente que comprende el compuesto luminiscente en un paquete que mantiene la exposición del compuesto luminiscente al analito en una primera concentración conocida, ensamblar el componente en el sensor y medir un primer valor de una característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente mientras se expone al analito en la primera concentración, medir un segundo valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente mientras se expone al analito a una segunda concentración conocida diferente de la primera concentración, y determinar parámetros que representan la dependencia de la característica de luminiscencia de la concentración del analito usando el primer valor y el segundo valor, caracterizado porque la etapa de medir el primer valor se realiza durante un período de tiempo predeterminado después de la retirada del componente del paquete dentro del cual el compuesto luminiscente permanece expuesto al analito en la primera concentración.

Proporcionando el componente del sensor que comprende el compuesto luminiscente empaquetado de manera que quede expuesto a una concentración conocida del analito, se puede proporcionar un primer punto de calibración sin requerir equipo especializado ni preparación del usuario. Esto reduce sustancialmente el tiempo necesario para calibrar el sensor y elimina la necesidad de un aparato independiente para proporcionar el primer punto de calibración, reduciendo así el coste en tiempo y recursos para operar el sistema por el usuario. Además, el primer punto de calibración se puede medir conectando el componente al sensor inmediatamente después de retirar el componente del paquete (nuevamente una operación que ya habría sido realizada por el usuario en los sistemas existentes).

En una realización, el diseño del componente y las propiedades del compuesto luminiscente pueden ser tales que la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente no cambie sustancialmente durante un período de tiempo después de que el componente se retira del embalaje. En una realización, el período de tiempo predeterminado es como máximo 5 minutos. Esto es representativo de realizaciones del componente divulgado en el presente documento.

En una realización, la primera concentración es cero. Esto es particularmente conveniente, ya que permite la característica en ausencia del analito, un parámetro de calibración común, a determinar directamente, en lugar de calcularse a partir de múltiples mediciones.

En una realización, la etapa de medir un segundo valor se realiza mientras el compuesto luminiscente se expone a sangre que contiene el analito en la segunda concentración. Esta es una opción conveniente de medición para el segundo valor cuando el sensor se va a utilizar para medir la concentración de analitos en sangre, ya que se puede realizar después de configurar el sensor en la configuración en la que se va a utilizar. Por consiguiente, se minimiza la interrupción requerida para fines de calibración, porque el usuario puede simplemente ensamblar el sensor y configurar el aparato para su uso, y las mediciones de calibración se toman automáticamente en las etapas apropiadas del procedimiento de configuración.

En una realización, la segunda concentración se determina mediante análisis de una muestra de sangre utilizando un analizador de sangre. Los analizadores de sangre suelen estar presentes en entornos clínicos para el análisis de muestras de pacientes. Por consiguiente, no se requiere equipo adicional para determinar la segunda concentración a efectos de calibración.

En una realización, se realiza la etapa de medir un segundo valorin vivo.Como se ha analizado anteriormente, esto es particularmente ventajoso porque significa que no se necesitan etapas de configuración adicionales antes o después de medir el segundo valor.

En una realización, la etapa de medir un segundo valor se realiza mientras el compuesto luminiscente se expone a un fluido preparado previamente que contiene el analito en la segunda concentración conocida. Usar un fluido preparado previamente puede ser más conveniente en algunas situaciones, ya que proporciona una segunda concentración conocida sin ningún análisis adicional.

En una realización, el método comprende además ensamblar el sensor en una línea de flujo para fluidos biológicos en un dispositivo médico, en donde el fluido preparado previamente es un fluido de cebado para usar en la configuración del dispositivo médico. En algunas situaciones clínicas, por ejemplo diálisis, se utiliza un fluido de cebado durante la configuración. El uso de este fluido de cebado para proporcionar la segunda concentración integra aún más la calibración en las etapas del método que de todos modos realizaría el usuario, reduciendo de este modo el tiempo adicional necesario para realizar la calibración.

En una realización, la luminiscencia depende de la temperatura del compuesto luminiscente, y los parámetros representan la dependencia de la característica de la luminiscencia tanto de la concentración del analito como de la temperatura del compuesto luminiscente. Tener en cuenta la variación de temperatura que puede ocurrir durante la monitorización mejora la precisión y confiabilidad del procedimiento de calibración.

En una realización, el método comprende además medir una primera temperatura del compuesto luminiscente cuando se realiza la etapa de medir el primer valor, y medir una segunda temperatura del compuesto luminiscente cuando se realiza la etapa de medir el segundo valor, y en donde la etapa de determinar los parámetros que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito utiliza la primera temperatura y la segunda temperatura además del primer valor y el segundo valor. La medición de las temperaturas en los dos puntos de calibración puede permitir que los parámetros de calibración se ajusten a cualquier diferencia entre las temperaturas en las dos concentraciones que pueda afectar a la característica de la luminiscencia, mejorando así aún más la precisión y la confiabilidad.

En una realización, los parámetros incluyen un parámetro de temperatura que representa la dependencia de la característica de luminiscencia de la temperatura del compuesto luminiscente. El uso de un parámetro de temperatura específico significa que la dependencia de la temperatura se puede cuantificar y contabilizar fácilmente.

En una realización, el parámetro de temperatura tiene un valor predeterminado. En algunas realizaciones, el comportamiento de los componentes es lo suficientemente consistente como para que el parámetro de temperatura pueda determinarse durante la fabricación. Esto elimina la necesidad de determinar un parámetro de temperatura durante la calibración, reduciendo de este modo la complejidad de la calibración.

En una realización, el método comprende además medir un tercer valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente mientras el compuesto luminiscente se expone al analito en la primera concentración a una tercera temperatura diferente de la primera temperatura, y medir la tercera temperatura del compuesto luminiscente cuando se realiza la etapa de medir el tercer valor, y en donde la etapa de determinar los parámetros que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito utiliza el tercer valor y la tercera temperatura, además del primer valor, el segundo valor, la primera temperatura y la segunda temperatura. Medir el valor de la característica a dos temperaturas en la primera concentración permite determinar exactamente el parámetro de temperatura si no es posible confiar en un valor predeterminado. Esto todavía no requiere etapas adicionales por parte del usuario, ya que las mediciones se pueden realizar automáticamente después del ensamblaje del componente en el sensor.

En una realización, la luminiscencia depende de la temperatura del compuesto luminiscente, y los parámetros representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito a una temperatura predeterminada. Cuando la temperatura de las mediciones de calibración y las mediciones durante el funcionamiento sean suficientemente similares, no hay necesidad de mediciones o parámetros adicionales para cuantificar la dependencia de la temperatura.

En una realización, la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente es la intensidad de la luminiscencia. La intensidad es una elección conveniente de característica que se puede medir directamente utilizando un detector de luz.

En una realización, la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente es una relación entre la intensidad de la luminiscencia en dos longitudes de onda diferentes. Usar una relación de intensidad es ventajoso porque reduce la sensibilidad de las mediciones a ciertos tipos de error.

En una realización, la dependencia de la característica se modela utilizando un modelo de unión uno a uno anfitrióninvitado. Este modelo es apropiado para modelar muchos compuestos luminiscentes comúnmente disponibles.

En una realización, determinar los parámetros que representan la dependencia comprende usar un valor predeterminado para la fuerza de asociación entre el compuesto luminiscente y el analito. Esta fuerza de asociación de la interacción se llama constante de asociación. La constante de asociación es generalmente constante entre los componentes y, por lo tanto, puede determinarse durante la fabricación y usarse un valor predeterminado en el punto de uso.

En una realización, la dependencia de la característicaCde la concentración [X] del analito se modela utilizando la siguiente ecuación:

en donde C<0>es un valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente cuando la concentración del analito es cero, C~ es un valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente cuando la concentración del analito es infinita,Kes la fuerza de asociación entre el compuesto luminiscente y el analito (la constante de asociación), y determinar los parámetros que representan la dependencia comprende determinar Co y

C~. Esta es una elección específica conveniente y apropiada de forma matemática para expresar el modelo de unión uno a uno anfitrión-invitado.

En una realización, los parámetros incluyen un parámetro de temperaturaaque representa la dependencia de la característica de la luminiscencia de la temperatura del compuesto luminiscente y Co y C~ se modelan utilizando la siguiente dependencia de la temperaturaT:

Co(T) = Co<c>(1a (T - Tc))

C~(T) = C~<c>(1a (T - Tc))

en donde Co<c>es el valor de Co a temperaturaTc,y C~<c>es el valor de C~ a temperaturaTc.Utiliz lineal de la característica de luminiscencia de la temperatura es suficientemente preciso en el intervalo de temperaturas en el que se utilizan habitualmente sensores de este tipo. Por tanto, es una elección favorable como modelo sencillo

y eficaz.

En una realización,Kse modela utilizando la siguiente dependencia de la temperaturaT:

en dondeKces la constante de asociación a temperaturaTc,ypes la constante de temperatura de asociación. Una dependencia exponencial de la constante de asociación refleja con precisión su dependencia de la temperatura en las condiciones en que generalmente se utiliza el sensor.

Se proporciona además un método para medir la concentración de un analito en una muestra usando un sensor que comprende un compuesto luminiscente que tiene una luminiscencia que depende de la concentración del analito, y un detector configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente, comprendiendo el método calibrar el sensor usando una realización del método de calibración del sensor descrito anteriormente, medir un valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente mientras se expone a la muestra, derivar la concentración del analito en la muestra utilizando el valor medido y los parámetros determinados que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito. Proporcionar un método para medir la concentración que utilice el método de calibración descrito anteriormente es ventajoso porque proporcionará mediciones precisas de la concentración con una carga reducida para el usuario durante la configuración del sensor.

En una realización, la muestra es un fluido biológico y se mide el valor de la característica de luminiscenciain vivo.La mediciónin vivopuede permitir una monitorización continua, en lugar de tener que tomar muestras de sangre periódicas para su análisis. Esto proporciona una mayor resolución temporal de la monitorización sin necesidad de que el médico dedique tiempo a tomar muestras periódicamente.

En una realización, la muestra es un fluido biológico y se mide el valor de la característica de luminiscenciain vitro.Esto puede resultar más conveniente en situaciones como el tratamiento de diálisis, donde los fluidos biológicos circulan continuamente y están disponibles para medirin vitro.Por ejemplo, en una realización, el método comprende además ensamblar el sensor en una línea de flujo para fluidos biológicos en un dispositivo médico, en donde la muestra está presente en la línea de flujo.

En una realización, el fluido biológico es sangre o fluido intersticial. Ambas son muestras adecuadas para medir el nivel de metabolitos importantes en el cuerpo y, por lo tanto, son opciones ventajosas a la hora de monitorizar la salud del paciente.

En una realización de cualquiera de los métodos, el componente es un componente reemplazable del sensor. Esto es ventajoso para mantener la esterilidad cuando el componente se usa en contextos clínicos.

En una realización de cualquiera de los métodos, el sensor comprende además una fuente de luz configurada para excitar el compuesto luminiscente, y medir un valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente comprende excitar el compuesto luminiscente usando la fuente de luz, y detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente usando el detector. Esto permite un mayor control sobre el proceso de medición al controlar la luz suministrada al compuesto luminiscente. Esto mejora la precisión de las mediciones de vida útil utilizadas para derivar concentraciones.

En una realización de cualquiera de los métodos, el analito es uno de dióxido de carbono, iones hidrógeno, sodio, potasio, magnesio y calcio. La calibración precisa de los sensores de dióxido de carbono u oxígeno es importante para garantizar que los pacientes no se vuelvan hipóxicos durante los procedimientos clínicos. Otros metabolitos también son dianas importantes para la medición en cuidados intensivos para garantizar la salud del paciente.

En una realización de cualquiera de los métodos, el compuesto luminiscente comprende un compuesto fluorescente. Los compuestos fluorescentes emiten luz a mayor intensidad que los compuestos fosforescentes y, por lo tanto, se detectan más fácilmente. En una realización, el compuesto fluorescente comprende ácido 8-hidroxipiren-1,3,6-trisulfónico. Esta es una elección particularmente adecuada de compuesto fluorescente para detectar dióxido de carbono o pH.

Las realizaciones de la presente invención se describirán ahora a modo de ejemplo no limitante por referencia a los siguientes dibujos, en los que:

La Fig. 1 es un esquema de un aparato sensor en el que se puede implementar la presente invención;

La Fig. 2 es un esquema de una posible configuración de una sonda de sensor para la medición extracorpórea de la concentración de analito en sangre;

La Fig. 3 es un esquema de una posible configuración de una sonda de sensor para la medición intravascular de la concentración de analito en sangre;

La Fig. 4 es un esquema de una posible configuración de una sonda de sensor para la medición subcutánea de la concentración de analito en sangre;

La Fig. 5 es un diagrama de flujo de un método para calibrar un sensor del aparato sensor mostrado en la Fig. 1; La Fig. 6 es un esquema de un componente empaquetado de manera que el primer valor pueda medirse mientras está sellado en el paquete;

La Fig. 7 es un esquema de un componente diseñado y empaquetado de manera que el primer valor pueda medirse después de retirar el componente del paquete;

La Fig. 8 es un gráfico que ilustra el efecto de un cambio en la concentración del analito en las mediciones de una característica de la luminiscencia de un compuesto luminiscente;

La Fig. 9 es un gráfico de un ajuste de los valores medidos de la característica de luminiscencia a un modelo de la dependencia de la característica de la concentración del analito; y

La Fig. 10 es un diagrama de flujo de un método para medir la concentración de un analito en una muestra usando el aparato sensor mostrado en la Fig. 1.

La presente divulgación proporciona un método para calibrar un sensor. La Fig. 1 muestra un aparato sensor que comprende un sensor 4 del tipo con el cual podrían usarse los métodos aquí descritos. Un ejemplo de dicho sensor 4 puede ser un sensor de pH para detectar concentraciones de dióxido de carbono. El sensor 4 comprende el compuesto luminiscente 9 y un sistema de análisis 30.

El sensor 4 comprende una fuente de luz 10 configurada para excitar el compuesto luminiscente. La fuente de luz 10 está configurada para emitir luz con longitudes de onda apropiadas para excitar el compuesto luminiscente 9. Por ejemplo, la fuente de luz 10 puede ser cualquier fuente de luz capaz de emitir luz en las longitudes de onda e intensidades requeridas para excitar el compuesto luminiscente 9. Por ejemplo, la fuente de luz 10 puede comprender un diodo láser o un LED. La fuente de luz 10 puede ser una fuente de luz continua, una fuente de luz con intensidad oscilante, o una fuente de luz pulsada.

El sensor 4 comprende además un detector 14 configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente 9. El detector 14 puede ser cualquier dispositivo capaz de producir una señal en respuesta a la recepción de luz en las longitudes de onda emitidas por el compuesto luminiscente 9. Por ejemplo, el detector 14 puede comprender un dispositivo de carga acoplada, un sensor de píxeles activos, un fotodiodo o fotorresistor. La señal emitida por el detector 14 puede representar la intensidad de la luz recibida del compuesto luminiscente 9.

El sensor 4 comprende una fibra óptica 16, dispuesto para guiar la luz hacia y desde el compuesto luminiscente 9. Las fibras ópticas utilizan una reflexión interna total para evitar que la fibra pierda luz. Esto significa que la luz puede transportarse eficientemente hacia y desde el compuesto luminiscente 9, mejorando la señal y proporcionando mediciones de mayor calidad y confiabilidad. También se pueden hacer pequeños y flexibles, por lo que son especialmente adecuados para sensores que deben insertarse en el cuerpo de un paciente. Por ejemplo, la fibra óptica 16 puede comprender una fibra óptica de PMMA. La fibra óptica 16 funciona como una guía de ondas óptica y se puede utilizar cualquier otra guía de ondas óptica adecuada en lugar de la fibra óptica 16, cuando sea adecuado.

Se proporciona un componente que comprende el compuesto luminiscente 9, ensamblándose el componente en el sensor 4. En la Fig. 1, el componente es una sonda de sensor 8 que comprende el compuesto luminiscente 9. El componente se expone a una muestra que contiene el analito durante el funcionamiento del aparato sensor. En una realización, la muestra comprende sangre. El sensor 4 comprende además un conector 21 configurado para conectar la sonda del sensor 8 a la fuente de luz 10 y al detector 14. En una realización, el componente es un componente reemplazable del sensor 4. Parte o la totalidad del sensor 4 puede ser desechable, en particular, el componente reemplazable puede ser desechable. Esto es conveniente en contextos clínicos, donde el sensor 4 se usa para medir concentraciones de analito dentro del cuerpo de un paciente. En dichos casos, la parte del sensor 4 que se inserta en el paciente debe ser estéril y no puede reutilizarse entre pacientes. Por ejemplo, solo la sonda de sensor 8 que comprende el compuesto luminiscente 9 puede ser desechable y no el detector 14 ni la fuente de luz 10.

El sistema de análisis 30 está configurado para llevar a cabo el método controlando el sensor 4 y realizando el procesamiento de las señales recibidas desde el detector 14. El sistema de análisis 30 también puede configurarse para calibrar el sensor y/o derivar una medida de concentración del analito basándose en mediciones del sensor 4. El sistema de análisis 30 puede conectarse al sensor 4 mediante una conexión por cable, por ejemplo una conexión en serie o Ethernet, u otro tipo de interfaz diseñada específicamente para el aparato sensor. Como alternativa, se puede usar una conexión inalámbrica, como BLUETOOTH® o Wi-Fi. El sistema de análisis recibe señales emitidas por el detector 14, y también puede transmitir señales al sensor 4, por ejemplo para controlar la fuente de luz 10.

Las Figs. 2 a 4 muestran realizaciones ilustrativas específicas del sensor 4 para uso en contextos clínicos y en el caso de que el sensor 4 comprenda una sonda de sensor 8.

La Fig. 2 muestra una realización en la que el sensor 4 es un sensor de derivación. Dichos sensores podrían usarse en una bomba de sangre externa para monitorizar las concentraciones de analitos en la sangre que se bombea. Las mediciones de concentración de analito, en particular oxígeno o dióxido de carbono, pueden usarse como parte del control de la tasa de bombeo de sangre mediante la bomba de sangre externa, por ejemplo para mantener niveles adecuados de oxigenación de la sangre. En este caso, el componente es una sonda de sensor 8 desechable montada en un bucle de derivación 61 de manera que el compuesto luminiscente 9 quede expuesto a la sangre que pasa a través del bucle de derivación. El conector 21 conecta la sonda de sensor 8 desechable con el resto del sensor 4. Un termistor u otro sensor de temperatura 20 adecuado está montado dentro de la sonda del sensor 8 para medir la temperatura de la sangre.

La Fig. 3 muestra una realización en la que el sensor 4 es un sensor intravascular. El compuesto luminiscente 9 está situado en la punta de la fibra óptica 16 que se inserta en el paciente a través de un catéter. El componente es una sonda de sensor 8 que contiene la fibra óptica 16 junto con un sensor de temperatura 20. La sonda del sensor 8 está conectada al resto del sensor 4 a través del conector 21.

La Fig. 4 muestra una realización en la que el sensor 4 es un sensor intersticial. En este caso el sensor 4 comprende el componente, que comprende una sonda de sensor 8, y una parte exterior 54. La sonda de sensor 8 perfora la piel 52 y mide las concentraciones de analito en el fluido intersticial. Se puede usar una aguja retráctil para perforar la piel 52 y el sensor 4 está conectado al sistema de análisis 30 de forma inalámbrica. Como alternativa, el sistema de análisis 30 puede estar dispuesto en la parte exterior 54. Se proporciona un sensor de temperatura para medir la temperatura de la piel. Esto puede estar previsto dentro de la sonda de sensor 8 que penetra la piel 52, o cerca de la piel 52 dentro de la parte exterior 54.

El compuesto luminiscente 9 puede ser cualquier sustancia adecuada que tenga una luminiscencia que dependa de la concentración del analito. El compuesto luminiscente 9 puede proporcionarse en la sonda de sensor 8 inmovilizada en una capa polimérica.

En algunas realizaciones, la característica de la luminiscencia que se mide en el método puede ser la intensidad de emisión de luminiscencia (tal como la intensidad de emisión de fluorescencia o la intensidad de emisión de fosforescencia). Como alternativa, la característica de la luminiscencia puede ser la vida útil de la luminiscencia (tal como la vida útil de la fluorescencia o la vida útil de la fosforescencia).

En aplicaciones donde la cantidad de compuesto luminiscente 9 es pequeña, puede resultar difícil detectar la absorción por parte del compuesto luminiscente 9 en el contexto de la luz de excitación. Por lo tanto, se prefiere que el compuesto luminiscente emita luz en un intervalo de longitudes de onda diferentes al intervalo de longitudes de onda en el que se excita el compuesto luminiscente, ya que esto facilita la distinción entre la luz de excitación y la luz emitida por el compuesto luminiscente 9.

La luminiscencia puede ser fluorescencia o fosforescencia. Sin embargo, la fosforescencia normalmente es más débil que la fluorescencia, ya que implica una transición prohibida por el espín. Para proporcionar un compuesto luminiscente 9 con una fuerte respuesta óptica a la luz de excitación, se prefiere, por lo tanto, que el compuesto luminiscente 9 sea un compuesto fluorescente con una fluorescencia que varía cuando el compuesto luminiscente interactúa con un analito.

En consecuencia, se prefiere que el compuesto luminiscente 9 comprenda un fluoróforo. Un fluoróforo es una fracción que puede absorber luz y reemitir luz mediante emisión fluorescente. Habitualmente, el fluoróforo absorbe luz en la región visible del espectro electromagnético. El fluoróforo también suele emitir luz en la región visible del espectro electromagnético. Por "la región visible del espectro electromagnético" se entiende radiación electromagnética que tiene una longitud de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 700 nm. El fluoróforo también puede absorber y/o emitir radiación fuera de la región visible del espectro electromagnético. En una realización preferida, por consiguiente, el compuesto luminiscente 9 es un compuesto luminiscente que comprende un fluoróforo, y el espectro de emisión de fluorescencia del fluoróforo varía en presencia del analito.

La variación en una característica de la luminiscencia (como el espectro de emisión del compuesto luminiscente) se induce mediante la interacción con un analito. Los posibles modos de interacción entre el analito y el compuesto luminiscente incluyen:

- interacciones iónicas;

- formación de interacciones covalentes reversibles (es decir, formación de ésteres borónicos);

- cualquier otra interacción no covalente que conduzca a un complejo anfitrión-invitado 1:1, es decir, enlaces de hidrógeno, interacciones CH-n, efectos hidrófobos, interacciones de Van der Waals, etc.

Son posibles otros modos de interacción. Estas interacciones alterarán una o más características de la luminiscencia, que pueden detectarse ópticamente.

En algunos casos, como cuando la interacción entre el analito y el compuesto luminiscente implica la extinción por colisión del compuesto luminiscente, el analito no se une al compuesto luminiscente. Sin embargo, en otros casos, se puede formar un enlace químico tal como un enlace iónico o un enlace covalente entre el analito y el compuesto luminiscente. En dichos casos, el compuesto luminiscente puede comprender un resto receptor. Un resto receptor es una fracción que puede unirse a un analito. Puede preferirse que el compuesto luminiscente comprenda un resto receptor, ya que un resto receptor normalmente se une preferentemente al analito y no a otras especies químicas. Así pues, un compuesto luminiscente que comprende un resto receptor genera normalmente una señal óptica asociada específicamente con el analito, que tiene baja susceptibilidad a la interferencia de otras especies. A continuación se proporcionan varios ejemplos de compuestos luminiscentes que podrían usarse para diferentes analitos sólo con fines ilustrativos.

En un ejemplo, el compuesto luminiscente puede comprender un resto de fórmula (I):

o un derivado del mismo. La línea ondulada indica el punto de unión a otro resto; éste puede ser, por ejemplo, el polímero de la capa polimérica o un resto orgánico tal como un grupo alquilo. La especie de fórmula (I) comprende tanto un receptor (el criptando, que puede unirse al Na+) como un fluoróforo que comprende el resto arilo policíclico. Cuando el Na+ se une al criptando, la emisión fluorescente de esta fracción se altera.

En otro ejemplo, el compuesto luminiscente puede comprender un resto de fórmula (II):

o un derivado del mismo. La línea ondulada indica el punto de unión a otro resto; éste puede ser, por ejemplo, el polímero de la capa polimérica o un resto orgánico tal como un grupo alquilo. La especie de fórmula (II) comprende tanto un receptor (el criptando, que puede unirse al K+) como un fluoróforo que comprende el resto arilo policíclico. Cuando el K+ se une al criptando, la emisión fluorescente de esta fracción se altera.

En otro ejemplo, el compuesto luminiscente puede comprender un resto de fórmula (III):

o un derivado del mismo. Véase, por ejemplo, Tusa & He, J. Mater. Chem., 2005:15:2640-2647; de Silvaet al.,Org. Biomol. Chem., 2008:6:2468-2481. La línea ondulada indica el punto de unión a otro resto; éste puede ser, por ejemplo, el polímero de la capa polimérica o un resto orgánico tal como un grupo alquilo. La especie de fórmula (III) comprende tanto un receptor (el resto que incluye el par de iones carboxilato que pueden unirse al Ca2+) como un fluoróforo que comprende el resto arilo policíclico. Cuando el Ca2+ se une al receptor, la emisión fluorescente de esta fracción se altera.

En otro ejemplo, el compuesto luminiscente puede comprender un resto de fórmula (IV) o (V):

o un derivado del mismo. Véase, por ejemplo, Leeet al.,Anal. Chem., 2009:81:538 o Martinez-Zaguilaet al.,Cell Physiol. Biochem., 1998:8:158. El resto de fórmula (IV) o (V) puede estar unido en cualquier punto al polímero comprendido en la capa polimérica. Estos compuestos se conocen como Mag-fluo-4 (compuesto (IV)) y Mag-fluo-2 (compuesto (V)) respectivamente. Las especies de fórmula (IV) y (V) se unen a los iones Mg2+ a través de los restos de éster metílico. Por lo tanto, el compuesto (V) es un ejemplo de un compuesto luminiscente que comprende más de un receptor. Estos compuestos también comprenden un fluoróforo que comprende un resto arilo policíclico. Cuando el Mg2+ se une a cualquiera de estos compuestos, su emisión fluorescente se altera.

En otro ejemplo, el compuesto luminiscente puede comprender un resto de fórmula (VI):

Es decir, piranina, o un derivado de la misma. Véase, por ejemplo, Ge.et al.,"High-stability non-invasive autoclavable naked optical CO2 sensor", Biosensors and Bioelectronics, 2003:18:857-865. Este resto puede estar unido en cualquier punto excepto en el grupo hidroxilo al polímero de la capa polimérica. El compuesto de fórmula (VI) no comprende un receptor ni un fluoróforo separados; el propio fluoróforo actúa como receptor. El resto de fórmula (VI) se puede utilizar para detectar ácido o CO2, porque el CO2 forma un ácido (ácido carbónico) en presencia de agua. En presencia de ácido (como el ácido carbónico formado por CO2), el grupo hidroxilo del resto de fórmula (VI) está protonado. Sin embargo, como la concentración de ácido o CO2 disminuye, el resto hidroxilo se desprotona, dejando una carga negativa que se deslocaliza por todo el fluoróforo, cambiando el espectro de emisión de fluorescencia y el espectro de absorción de fluorescencia del compuesto. Este cambio se promueve particularmente cuando el compuesto luminiscente que comprende un resto de fórmula (VI) está inmovilizado en la matriz polimérica junto con un agente de transferencia de fase. Un agente de transferencia de fase ilustrativo es hidróxido de hexadeciltrimetilamonio.

Un derivado adecuado de piranina que puede usarse es un resto de fórmula (VII), a continuación.

Véase, por ejemplo, Ge.et al.,"Study on low-cost calibration-free pH sensing with disposable optical sensors", Analytica Chimica Acta, 2012:734:79-87.

En otro ejemplo, el compuesto luminiscente puede comprender un resto de fórmula (VIII):

o un derivado del mismo. Este resto puede estar unido en cualquier punto al polímero de la capa polimérica. El compuesto de fórmula (VIII) se comporta de forma similar a los restos de fórmula (VI) y (VII): no comprende un receptor y un fluoróforo separados; el propio fluoróforo actúa como receptor. En presencia de ácido (como el ácido carbónico formado por CO2), el grupo hidroxilo del resto de fórmula (VIII) está protonado. Sin embargo, como la concentración de ácido o CO2 disminuye, el resto hidroxilo se desprotona, dejando una carga negativa que se deslocaliza por todo el fluoróforo, cambiando el espectro de emisión de fluorescencia y el espectro de absorción de fluorescencia del compuesto.

Se conocen otros compuestos luminiscentes y, en muchos casos, están comercializados; estos compuestos también se pueden usar como compuesto luminiscente. En algunas realizaciones, el compuesto luminiscente comprende ácido 8-hidroxipiren-1,3,6-trisulfónico (HPTS). Otro ejemplo más de un compuesto luminiscente que se puede utilizar para detectar ácido o CO2 es:

Véase por ejemplo Rovatiet al.,"Plastic Optical Fiber pH Sensor Using a Sol-Gel Sensing Matrix", MOH. YASIN Sulaiman W. Harun y Hamzah AROF, eds. Fiber Optic Sensors.

De lo anterior quedará claro que el sensor puede usarse para la detección óptica de una amplia variedad de analitos. El analito puede ser, por ejemplo, un ion, un gas, un compuesto inorgánico o un compuesto orgánico. El analito puede estar presente en la muestra como gas o, como alternativa, puede estar disuelto o suspendido en otra sustancia, por ejemplo un líquido tal como fluido intersticial o sangre. Cuando el analito es un compuesto orgánico, normalmente es un compuesto orgánico pequeño, por ejemplo un compuesto orgánico que comprende menos de 20 átomos de carbono. Ejemplos particulares de compuestos orgánicos pequeños incluyen sacáridos, alcoholes de azúcar y metabolitos como urea o cetonas. Ejemplos particularmente preferidos del analito son Na+, K+, Ca2+, Mg2+, CO<2>y ácido (H+, es decir, un sensor de pH). En una realización, el analito es dióxido de carbono.

La Fig. 5 muestra un diagrama de flujo del método de calibrar el sensor de la Fig. 1., que comprende algunas, pero no todas, las etapas de la reivindicación 1 del método adjunto.

En la etapa S10, el método comprende proporcionar un componente que comprende el compuesto luminiscente 9 en un paquete 31 que mantiene la exposición del compuesto luminiscente 9 al analito en una primera concentración conocida. En la Fig. 1, el componente es una sonda de sensor 8. Se muestran ejemplos de paquetes 31 en las Figs.

6 y 7. Al proporcionar el componente en el paquete 31, en el paquete 31 se proporciona una primera concentración conocida de analito para ser utilizada como primer punto de calibración durante el método de calibración. La primera concentración se puede controlar durante la fabricación de los componentes, por lo que no es necesario que el usuario tenga que proporcionar esta primera concentración, por ejemplo operando equipos de calibración específicos tales como los requeridos en los dispositivos de la técnica anterior. En una realización, la primera concentración es cero. Como se explicará a continuación, el valor de la característica a concentración cero puede ser directamente un parámetro de la dependencia de la característica de la concentración del analito. Por consiguiente, tener concentración cero como uno de los valores utilizados para la calibración simplifica la determinación de los parámetros de dependencia.

En la etapa S12, el método comprende ensamblar el componente en el sensor 4. En la Fig. 1, esto comprende conectar el componente al conector 21 del sensor 4. El ensamblaje del componente en el sensor 4 permite que el sensor 4 excite el compuesto luminiscente 9 y detecte la luz emitida por el compuesto luminiscente 9, permitiendo así realizar mediciones para calibrar el sensor 4.

En la etapa S14, el método comprende medir un primer valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente 9 mientras se expone al analito en la primera concentración. La primera concentración proporciona la primera concentración conocida de analito para calibrar el sensor 4. Determinando el valor de la característica en la primera concentración, el sistema de análisis 30 puede extrapolar para determinar la concentración a otras concentraciones basándose en otras mediciones del valor de la característica. Esto se explicará con más detalle a continuación. El sensor 4 de la Fig. 1 comprende una fuente de luz 10 configurada para excitar el compuesto luminiscente 9. La etapa S14 comprende excitar el compuesto luminiscente 9 usando la fuente de luz 10 y detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente 9 usando el detector 14.

En una realización, el paquete 31 es el de la Fig. 6, y la etapa S12 se realiza con el componente retenido en el paquete 31. Fuera del alcance de las reivindicaciones adjuntas, la etapa S14 se puede realizar mientras el componente está en el paquete 31. Esto permite mantener la exposición del compuesto luminiscente 9 a la primera concentración conocida mientras se mide el primer valor. El paquete 31 puede diseñarse de manera que el componente pueda conectarse al sensor 4 sin abrir el paquete 31. En la Fig. 6, una porción de la fibra óptica 16 del componente sobresale del paquete 31, con el paquete 31 sellado alrededor de la fibra óptica 16. Como alternativa, se puede proporcionar un adaptador como parte del paquete 31, con el paquete 31 sellado alrededor del adaptador, en donde el adaptador está conectado al componente dentro del paquete 31, y está configurado para conectarse al conector 21 del sensor 4 en la etapa S12.

En una realización, el paquete 31 es el de la Fig. 7, y la etapa S14 se realiza durante un período de tiempo predeterminado después de la eliminación del componente del paquete 31 dentro del cual el compuesto luminiscente 9 permanece expuesto al analito en la primera concentración. Dependiendo de la elección del compuesto luminiscente 9 y del diseño del componente, la característica de la luminiscencia puede no cambiar rápidamente al retirar el componente del paquete 31. Por consiguiente, puede existir un período de tiempo en el que se puede medir el primer valor mientras el compuesto luminiscente 9 permanece expuesto al analito en la primera concentración. En la Fig. 7, el componente es una sonda de sensor 8 de derivación similar a la que se muestra en la Fig. 2, y comprende una sección de tubo 33 para conectarse a un bucle de derivación de, por ejemplo, un sistema de diálisis. El tubo 33 está precargado con fluido que contiene el analito en la primera concentración. Tardará cierto hasta que la concentración de analito en el fluido cambie después de retirar el componente del paquete 31 y, por lo tanto, durante este período, se puede realizar la etapa S14. En una realización, el período de tiempo predeterminado es como máximo 5 minutos, preferentemente como máximo 3 minutos, más preferentemente como máximo 1 minuto.

La característica de la luminiscencia puede ser una de varias características. Por ejemplo, la característica puede ser la duración de la luminiscencia.

En una realización, la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente 9 es la intensidad de la luminiscencia. Cuando la característica de la luminiscencia es la intensidad, la etapa S14 comprende excitar el compuesto luminiscente 9 usando luz de una primera longitud de onda y medir la intensidad de la luz emitida a una segunda longitud de onda. La primera longitud de onda puede elegirse para que sea una longitud de onda en la que el compuesto luminiscente 9 tenga una máxima absorción de luz. La segunda longitud de onda puede ser la longitud de onda en la que la intensidad de la luz emitida es mayor, o en la que el espectro de emisión del compuesto luminiscente 9 tiene un máximo. Las longitudes de onda específicas de excitación y detección dependerán de la elección del compuesto luminiscente 9.

En una realización, la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente 9 es una relación de la intensidad de la luminiscencia en dos longitudes de onda diferentes. Usar la relación de intensidad en dos longitudes de onda diferentes puede resultar ventajoso para reducir o eliminar los efectos de ciertos tipos de error en los valores medidos de la característica. En este caso, los valores de la característica de la luminiscencia pueden medirse de diferentes maneras, dependiendo en parte de la elección del compuesto luminiscente 9.

Como se ha descrito anteriormente, el compuesto luminiscente 9 es preferentemente un compuesto fluorescente. Los sensores 4, por ejemplo que comprenden una fibra óptica 16 como se ha descrito anteriormente, han sido desarrollados con compuestos fluorescentes que tienen un único pico de absorción que, cuando se excita con luz de una sola longitud de onda, dan dos picos de emisión superpuestos.

En una realización en la que la característica de la luminiscencia es una relación de la intensidad de la luminiscencia en dos longitudes de onda diferentes, la etapa S14 comprende excitar el compuesto luminiscente 9 usando luz de una primera longitud de onda y medir la intensidad de la luz emitida en cada una de las dos longitudes de onda diferentes, donde la primera longitud de onda es la misma para cada una de las dos longitudes de onda diferentes. Esta implementación puede ser preferible en algunas situaciones, ya que solo se necesita luz de una única longitud de onda para producir los dos picos superpuestos en el espectro de emisión. Esto reduce la complejidad de la fuente de luz 10 y, además, cualquier variación en la salida de la fuente de luz 10 afectará a ambos picos de emisión por igual. Esto permite eliminar eficazmente la variación como error mediante el cálculo de la relación. Sin embargo, esto requerirá que el detector 14 sea capaz de distinguir entre luz en diferentes longitudes de onda.

Para otros compuestos luminiscentes, tales como HPTS, la excitación a diferentes longitudes de onda da como resultado un único pico de emisión. Por ejemplo, la señal del excitante HPTS a 405 nm, 470 nm y 418 nm dan como resultado una única emisión fluorescente a 525 nm. La Fig. 7 muestra los espectros de absorción de un sensor 4 que comprende HPTS con concentraciones crecientes de dióxido de carbono, donde las flechas indican los movimientos máximos con concentraciones crecientes de dióxido de carbono. En tal realización donde la característica de la luminiscencia es una relación de la intensidad de la luminiscencia en dos longitudes de onda diferentes, la etapa S14 comprende para cada una de las dos longitudes de onda diferentes, excitar el compuesto luminiscente 9 usando luz en una de las dos longitudes de onda diferentes, y medir la intensidad de la luz emitida por el compuesto luminiscente 9 en una segunda longitud de onda, en donde la segunda longitud de onda es la misma para cada una de las dos longitudes de onda diferentes. Esto puede ser preferible cuando el detector 14 solo es capaz de detectar la intensidad de la luz, y no la longitud de onda, pero requerirá que la fuente de luz 10 pueda emitir luz en dos longitudes de onda diferentes.

Realizar la etapa S14 mientras el componente está en el paquete 31, o poco después de retirar el componente del paquete 31, tiene la ventaja de que una de las mediciones necesarias para la calibración se mide en una parte de la configuración del sensor 4 que tendría que realizarse incluso si no se hubiera realizado ninguna calibración (es decir, las etapas S10 y S12). Esto ahorra tiempo al usuario, porque no están obligados a operar equipos adicionales ni realizar acciones adicionales para obtener el primer valor de calibración.

En la etapa S16, el método comprende medir un segundo valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente 9 mientras se expone al analito a una segunda concentración conocida diferente de la primera concentración. La dependencia de la característica del compuesto luminiscente 9 de la concentración del analito es tal que se necesitan al menos dos mediciones de calibración para calibrar adecuadamente el sensor 4 para proporcionar medidas confiables de concentración durante la operación. Se prefiere que el segundo valor también se mida durante una etapa que se realizaría como parte de la configuración del sensor 4 incluso si no se requiriera calibración.

En algunas realizaciones, la etapa S16 se realiza mientras el compuesto luminiscente 9 se expone a sangre que contiene el analito en la segunda concentración. En muchos casos, el sensor 4 se utiliza para medir la concentración de analitos en sangre, y en estos casos el sensor 4 debe configurarse para exponerse a la sangre de un paciente. Por 10 tanto, utilizar la concentración del analito en sangre para determinar el segundo valor tampoco requiere colocar el sensor 4 en ningún equipo de calibración especializado. En una realización, la segunda concentración se determina mediante análisis de una muestra de sangre utilizando un analizador de sangre. Los analizadores de sangre suelen estar presentes en entornos clínicos para analizar muestras de sangre de pacientes. Por consiguiente, es muy probable que el usuario tenga un acceso cómodo a dicho analizador. Tomando una muestra de sangre al mismo tiempo que se mide el segundo valor de la característica, mientras el sensor 4 está expuesto a la sangre, la segunda concentración puede determinarse a partir de la muestra y usarse para calibrar el sensor 4 con el primer valor.

En una realización, se realiza la etapa S16in vivo.Por ejemplo, en las realizaciones del componente mostrado en las Figs. 2 y 3, el componente se inserta al menos parcialmente en el cuerpo de un paciente y el compuesto luminiscente 9 se expone a fluidos corporales. El compuesto luminiscente 9 puede estar expuesto a la sangre, como ya se mencionó anteriormente, o también puede estar expuesto a otros fluidos como el fluido intersticial, orina, etc.

En una realización, la etapa S16 se realiza mientras el compuesto luminiscente 9 se expone a un fluido preparado previamente que contiene el analito en la segunda concentración conocida. El uso de un fluido preparado previamente tiene la ventaja de que el fluido se prepara para que tenga una concentración conocida del analito y, por lo tanto, no se necesita una determinación por separado de la concentración del analito. En una realización, la etapa S12 comprende ensamblar el sensor 4 en una línea de flujo para fluidos biológicos en un dispositivo médico, en donde el fluido preparado previamente es un fluido de cebado para usar en la configuración del dispositivo médico. Esta es una situación particularmente conveniente para el uso de un fluido preparado previamente, ya que la configuración de algunos dispositivos médicos (por ejemplo, sistemas de diálisis) requiere que pase un fluido de cebado a través de la línea de flujo en la configuración del dispositivo médico. Usar esto para proporcionar la segunda concentración conocida significa que no se necesitan etapas adicionales en la configuración del sensor 4 para medir el segundo valor.

En la etapa S18, el método comprende determinar parámetros que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito utilizando el primer valor y el segundo valor. Los parámetros pueden ser parámetros de un modelo matemático que describe la dependencia de la característica de luminiscencia de la concentración del analito. Como se ha analizado anteriormente, la interacción entre el analito y el compuesto luminiscente afecta al compuesto luminiscente 9 y su luminiscencia de diversas maneras. Dependiendo de la combinación particular de analito y compuesto luminiscente 9, pueden ser apropiados diferentes modelos para la dependencia de la característica de la concentración del analito. El resultado del método son datos de calibración 40 que comprenden los parámetros determinados que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito.

En una realización, la dependencia de la característica usada en la etapa S18 se modela usando un modelo de unión uno a uno de anfitrión-huésped. Un ejemplo de una combinación de analito y compuesto luminiscente 9 donde este modelo sería apropiado es la detección de pH (o concentraciones de CO<2>) utilizando HPTS. Este tipo de modelo supone que se une una sola molécula de analito (H+) con cada molécula del compuesto luminiscente, o en el caso del dióxido de carbono, una molécula de dióxido de carbono interactúa con el par iónico HPTS. Se describen otras combinaciones en relación con los compuestos luminiscentes descritos anteriormente, por ejemplo, la detección de sodio con el resto (I), la detección de potasio con el resto (II) y la detección de calcio con el resto (III).

La Ec. 1 es un ejemplo de un modelo de unión uno a uno anfitrión-invitado, donde la dependencia de la característicaCde la concentración del analito [X] se modela utilizando la siguiente ecuación:

Ecuación 1

en donde C<0>es un valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente cuando la concentración del analito es cero, C~ es un valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente cuando la concentración del analito es infinita, yKes la fuerza de asociación entre el compuesto luminiscente 9 y el analito. Cuando se utiliza este modelo en particular, la etapa S18 comprende determinar Co y C~.

La Fig. 9 muestra una comparación del valor predicho de la característica de luminiscencia basada en la ecuación. 1, comparado con el valor medido de la característica. En el caso de la Fig. 9, la característica es la relación de intensidad en dos longitudes de onda diferentes, el compuesto luminiscente es HPTS, que tiene un espectro de emisión como se muestra en la Fig. 8, y el analito es dióxido de carbono. Las mediciones de intensidad se realizan en las longitudes de onda de los dos picos que se muestran en la Fig. 8 (405 nm/470 nm). La Fig. 9 demuestra que la característica de la luminiscencia se ajusta al modelo cuadrático de unión uno a uno anfitrión-invitado de la Ec. 1.

T radicionalmente, para calibrar un sensor 4 donde el modelo de la Ec. 1 es apropiado, se necesitarían al menos tres puntos de calibración para ajustar la curva cuadrática y permitir la determinación de C<0>, C~, y K. Sin embargo, aunque la característica de la luminiscencia medida por el sensor 4 variará a medida que el componente se conecte a diferentes sensores, o si el sensor 4 se conecta a diferentes aparatos sensores, algunos de los parámetros seguirán siendo los mismos. En particular, la fuerza de asociación debe ser una constante para una combinación particular de analito y compuesto luminiscente 9, dependiendo de su interacción química. Por consiguiente, la fuerza de la asociación, dada porKen la Ec. 1 se puede determinar en el momento de la fabricación del componente y no es necesario determinar este parámetro durante la calibración, reduciendo de este modo el número de mediciones necesarias para completar la calibración del sensor 4. Si el proceso de fabricación genera componentes con un rendimiento constante, entonces durante la calibración sólo debería ser necesario determinar C<0>, C~. Por consiguiente, en una realización, la etapa S18 comprende usar un valor predeterminado para la fuerza de asociación entre el compuesto luminiscente 9 y el analito.

El modelo de unión uno a uno anfitrión-invitado es aquel en el que el valor de la característica de luminiscencia a una concentración de analito cero, es decir Co en la Ec. 1, es un parámetro de la dependencia. Por consiguiente, cuando la primera concentración conocida es cero, C0 se puede determinar directamente en la etapa S18 como el valor de la característica medida en la etapa S14. El valor de C~ se puede determinar en la etapa S18 usando Co y el valor de la característica medida en la etapa S16 usando la siguiente ecuación:

„C2(1 [X2] K ) - C 0)

00[X2]K

Ecuación 2

donde C2 es el valor de la característica medida en la etapa S16, cuando la concentración del analito es [X2]. Cuando la primera concentración conocida no es cero, el valor de Co también se puede determinar en la etapa S18 usando ambos valores de la característica medida en las etapas S14 y S16.

Para algunos compuestos luminiscentes, la luminiscencia depende de la temperatura del compuesto luminiscente 9. Si las etapas S14 y S16 se realizan a la misma temperatura que las mediciones posteriores de la concentración del analito después de la calibración, entonces no es necesario tener en cuenta la variación de temperatura. Esto puede ser particularmente cierto en situaciones en las que la variación esperada de temperatura durante la operación posterior probablemente sea pequeña y el efecto sobre las características de la luminiscencia probablemente sea pequeño. Por consiguiente, en algunas realizaciones, la luminiscencia depende de la temperatura del compuesto luminiscente 9, y los parámetros determinados en la etapa S18 representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito a una temperatura predeterminada.

Sin embargo, en otros casos, se puede esperar que la variación de temperatura durante la operación posterior sea sustancial, o puede que no sea conveniente realizar las etapas S14 y S16 a la misma temperatura que se espera para la operación posterior. En estos casos, puede ser ventajoso tener en cuenta el efecto de la temperatura sobre la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente 9. Por consiguiente, en algunas realizaciones, la luminiscencia depende de la temperatura del compuesto luminiscente 9, y los parámetros determinados en la etapa S18 representan la dependencia de la característica de la luminiscencia tanto de la concentración del analito como de la temperatura del compuesto luminiscente 9. En este caso, los datos de calibración 40 comprenden parámetros determinados que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia tanto de la concentración del analito como de la temperatura del compuesto luminiscente 9. Es probable que tener en cuenta la variación de temperatura aumente la precisión y confiabilidad de los valores informados.

En una realización, los parámetros determinados en la etapa S18 incluyen un parámetro de temperatura que representa la dependencia de la característica de la luminiscencia de la temperatura del compuesto luminiscente 9. Donde el modelo de dependencia de la característica de la luminiscencia viene dado por la Ec. 1, los parámetros determinados en la etapa S18 incluyen un parámetro de temperaturaaque representa la dependencia de la característica de la luminiscencia de la temperatura del compuesto luminiscente 9, y Co y C~ se modelan utilizando la siguiente dependencia de la temperaturaT:

Co(T) = Co<c>(1a (T - Tc))

Ecuación 3

C- (T) = C~<c>+ (1a (T - Tc))

Ecuación 4

donde Co<c>es el valor de Co a temperaturaTc,y C~c es el valor de C~ a temperaturaTc.Este modelo es ventajoso porque solo se requiere un parámetro de temperaturaapara modelar la dependencia de la temperatura de la característica, aunque dos de los parámetros de la Ec. 1 dependen de la temperatura.

Para determinar los valores de los parámetros a diferentes temperaturas, es necesario medir la temperatura del compuesto luminiscente 9. En una realización, la etapa S14 comprende medir una primera temperatura del compuesto luminiscente 9 cuando se mide el primer valor, la etapa S16 comprende medir una segunda temperatura del compuesto luminiscente 9 cuando se mide el segundo valor, y la etapa S18 usa la primera temperatura y la segunda temperatura además del primer valor y el segundo valor. En una realización,Tcen las Ec. 3 y 4 pueden ser una de la primera y segunda temperaturas. ElegirTccomo la primera temperatura es particularmente conveniente, porque esto permite medir directamente Co<c>como el primer valor. Entonces C~c se puede determinar a partir de:

Ecuación 5

donde C<2>=C([X2],T2)es el valor de la característica medida enT2en la etapa S16, cuando la concentración del analito es [X2], y Coc es el valor de la característica medida enTcen la etapa S14, cuando la concentración del analito es cero. El componente puede incluir un sensor de temperatura 20 para medir la temperatura del compuesto luminiscente 9, por ejemplo, tal como se muestra en la Fig. 2. Como alternativa, la temperatura puede medirse mediante otro componente e informarse al sistema de análisis 30 para usarse en la determinación de los parámetros.

En una realización, el parámetro de temperaturaatiene un valor predeterminado. De manera similar a la fuerza de asociación, en algunas realizaciones, la variación del parámetro de temperatura entre componentes y/o entre sistemas de sensores puede ser pequeña. En particular, la variación puede ser lo suficientemente pequeña como para que el uso de un valor estándar obtenido durante la fabricación no afecte significativamente a la precisión de los valores obtenidos del modelo. Esto tiene la ventaja de que no es necesario determinar el parámetro de temperatura en la etapa S18, reduciendo de este modo la complejidad de la calibración y potencialmente también el tiempo necesario para la calibración.

En algunas realizaciones, la variación en el parámetro de temperaturaapuede ser suficientemente grande entre componentes o entre aparatos sensores de modo que sea deseable determinar el parámetro de temperatura en la etapa S18. Como alternativa, puede ser que en algunas situaciones se requiera una mayor precisión y el nivel de precisión proporcionado mediante el uso de un parámetro de temperatura predeterminado sea insuficiente para la aplicación particular. En este caso, la etapa S14 comprende además medir un tercer valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente 9 mientras el compuesto luminiscente 9 se expone al analito en la primera concentración a una tercera temperatura diferente de la primera temperatura, y medir la tercera temperatura del compuesto luminiscente 9 al medir el tercer valor. La etapa S18 utiliza el tercer valor y la tercera temperatura, además del primer valor, el segundo valor, la primera temperatura y la segunda temperatura. Medir el tercer valor en la primera concentración conocida del analito significa que se mantiene la comodidad para el usuario, ya que todavía no es necesario proporcionar ningún equipo de calibración separado especializado. En esta realización,ase puede calcular usando la siguiente ecuación:

<63>C0c

a<= ->C<-->o<-->c<-->(-^<-->3<--->—<---------Tc)>

Ecuación 6

donde C3 es el tercer valor de la característica medida a la tercera temperatura T3 en la etapa S14. En una realización, el componente puede comprender un calentador configurado para calentar el compuesto luminiscente 9. Esto permite variar la temperatura del compuesto luminiscente en la etapa S14, ya sea mientras el componente todavía está dentro del paquete o poco después de retirar el componente del paquete. La tercera temperatura debe ser diferente a la primera temperatura, pero puede ser igual que la segunda temperatura. En una realización, la primera y segunda temperaturas son iguales, y la tercera temperatura es diferente de la primera y segunda temperaturas.

La fuerza de asociación también puede depender de la temperatura. En una realización donde el modelo de la dependencia de la característica de la luminiscencia viene dada por la Ec. 1,Kse modela utilizando la siguiente dependencia de la temperaturaT:

Ecuación 7

en dondeKces la constante de asociación a temperaturaTc,ypes la constante de temperatura de asociación. Como se ha mencionado anteriormente, en muchas realizaciones, la fuerza de asociación está predeterminada porque su variación entre componentes es pequeña. En algunas realizaciones, la constante de temperatura de asociación también está predeterminada y no es necesario medirla durante la calibración del sensor 4.

A continuación se proporcionará un ejemplo práctico de cómo llevar a cabo el método de calibración. El modelo descrito anteriormente y dado en las Ec. 1 a 7 se utiliza para la dependencia de la característica de luminiscencia de la concentración del analito y la temperatura. Los valores deKcandpestán predeterminados y, por lo tanto, no es necesario determinarlos durante la calibración del sensor 4. Por lo tanto, los parámetros a determinar sonCoc, C«cya.El componente se proporciona en la etapa S10 y se ensambla en el sensor en la etapa S12.

En la etapa S14, C<0c>se mide directamente a la primera temperatura T<1>(por ejemplo, a temperatura ambiente) eligiendo la primera concentración como cero, es decir, con [X] = 0 yTi = Tcen la Ec. 1 de tal modo que el primer valor Ci = C(0, Ti =Tc )= Co<c>. Co<c>puede medirse antes o poco después de retirar el componente del paquete, dependiendo del diseño del componente y del paquete 31 como se ha descrito anteriormente.

También en la etapa S14, se mide un tercer valor de la característica a una tercera temperatura mientras el compuesto luminiscente 9 se expone al analito a la primera concentración de cero. De este modo, en la etapa S18,ase puede determinar a partir del tercer valor C<3>= C(0, T<3>) usando la Ec. 6.

Después de esto,C«ces el único parámetro que queda por determinar en la etapa S18. En la etapa S16, el segundo valor C<2>de la característica se mide a la segunda temperatura T<2>mientras que el compuesto luminiscente 9 se expone al analito en la segunda concentración [X<2>], de tal modo que C<2>= C([X<2>],T<2>). De este modo C~<c>se puede determinar en la etapa S18 usando la Ec. 5.

De esta manera, todos los parámetros en el caso dependiente de la temperatura se pueden determinar a partir de los tres valores de la característica medida a las tres temperaturas. La manera en que se determinan los parámetros para dos variaciones de este método se resume en la Tabla 1 a continuación.

Tabla 1

Hay varias formas de implementar las opciones anteriores. Un método de calibración adecuado para un sensor intersticial como el de la Fig. 4 sería:

1. Medir Co<c>a temperatura ambiente y obtener un valor para Co(T) a la temperatura de detección (es decir, la temperatura a la que se realizará la determinación posterior de la concentración del analito) utilizando la Ec. 3 y un valor predeterminado paraa.

2. Aplicar el sensor al paciente y medir el segundo valor de la característica.

3. Utilizar una muestra de sangre tomada al mismo tiempo que la aplicación del sensor para determinar la segunda concentración del analito y así determinar C~<c>usando la Ec. 2 y valores predeterminados paraKc, ayp.

Las dos variaciones de la Tabla 1 implementan un método de calibración de 2 puntos, donde 2 puntos significa que solo se necesitan dos valores diferentes de concentración de analito. El método de calibración de 2 puntos permite rechazar sensores que tienen modulaciones bajas y aún sirve como validación del rendimiento para sensores como el sensor intravascular de la Fig. 3. La modulación se define mediante la siguiente ecuación:

Modulación

Ecuación 8

Después de la calibración del sensor usando el método de calibración descrito anteriormente, el sensor se puede utilizar para medir la concentración de un analito en una muestra. En la Fig. 10 se muestra una realización de un método para medir la concentración de un analito en una muestra utilizando el aparato sensor de la Fig. 1. Como se ha analizado anteriormente, el sensor 4 comprende un compuesto luminiscente 9 que tiene una luminiscencia que depende de la concentración del analito, y un detector 14 configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente 9.

En la etapa S20, el método comprende medir un valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente 9 mientras se expone a la muestra. El valor de la característica se puede medir utilizando una de las técnicas analizadas anteriormente, dependiendo de la naturaleza del compuesto luminiscente y de la configuración de la fuente de luz y el detector. En una realización en la que la luminiscencia depende de la temperatura del compuesto luminiscente 9, y los parámetros representan la dependencia de la característica de la luminiscencia tanto de la concentración del analito como de la temperatura del compuesto luminiscente 9, la etapa S20 comprende además medir la temperatura del compuesto luminiscente 9 mientras se expone a la muestra.

En una realización, la muestra es un fluido biológico y se mide el valor de la característica de luminiscenciain vivo.El fluido biológico puede ser, por ejemplo, sangre o fluido intersticial. El método es particularmente adecuado para aplicaciones clínicas, por lo que la sangre es una diana ventajosa para la determinación de concentraciones de analitos. Los sensores mostrados en las Figs. 3 y 4 son adecuados para las medicionesin vivo.

En una realización alternativa, la muestra es un fluido biológico y se mide el valor de la característica de luminiscenciain vitro.Sensores como el que se muestra en la Fig. 2 son adecuados para medicionesin vitro,donde el fluido biológico circula fuera del cuerpo del paciente. Por ejemplo, en una realización, el método para medir la concentración puede comprender además ensamblar el sensor 4 en una línea de flujo para fluidos biológicos en un dispositivo médico, en donde la muestra está presente en la línea de flujo. Esto sería particularmente ventajoso en, por ejemplo, monitorizar un paciente sometido a diálisis u oxigenación de sangre por membrana extracorpórea.

En la etapa S22, el método comprende derivar la concentración del analito en la muestra usando el valor medido y los parámetros determinados que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito. Los datos de calibración 40 son una entrada del método y comprenden los parámetros determinados a partir de la calibración del sensor 4. Usando el modelo anterior, os parámetros del modelo sonCüc,C»c,a, Kcyp.Combinando las Ec. 1, 3, 4 y 7 se obtiene la siguiente ecuación para la concentración:

Ecuación 9

que se puede reorganizar en:

Ecuación 10

dóndeCes el valor de la característica medida a temperaturaTen la etapa S20. Usando la Ec. 9, la concentración del analito se puede derivar usando los parámetros determinados durante la calibración y las mediciones realizadas en la etapa S20.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para calibrar un sensor (4) que comprende un compuesto luminiscente (9) que tiene una luminiscencia que depende de la concentración de un analito, y un detector (14) configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente (9), comprendiendo el método: proporcionar (S10) un componente que comprende el compuesto luminiscente (9) en un paquete (31) que mantiene la exposición del compuesto luminiscente (9) al analito en una primera concentración conocida; ensamblar (S12) el componente en el sensor (4) y medir (S14) un primer valor de una característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente (9) mientras se expone al analito en la primera concentración; medir (S16) un segundo valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente (9) mientras se expone al analito a una segunda concentración conocida diferente de la primera concentración; y determinar (S18) los parámetros que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito usando el primer valor y el segundo valor, caracterizado por que la etapa de medir el primer valor se realiza durante un período de tiempo predeterminado después de la extracción del componente del paquete (31) dentro del cual el compuesto luminiscente (9) permanece expuesto al analito en la primera concentración.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el período de tiempo predeterminado es como máximo 5 minutos.
3. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera concentración es cero.
4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa de medir (S16) un segundo valor se realiza mientras el compuesto luminiscente (9) está expuesto a sangre que contiene el analito en la segunda concentración.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la segunda concentración se determina mediante el análisis de una muestra de sangre usando un analizador de sangre, y/o se realiza la etapa de medir un segundo valorin vivo.
6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la luminiscencia depende de la temperatura del compuesto luminiscente (9), y los parámetros representan la dependencia de la característica de la luminiscencia tanto de la concentración del analito como de la temperatura del compuesto luminiscente.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el método comprende, además: medir una primera temperatura del compuesto luminiscente (9) cuando se realiza la etapa de medir (S14) el primer valor; y medir una segunda temperatura del compuesto luminiscente (9) cuando se realiza la etapa de medir (S16) el segundo valor, en donde los parámetros incluyen un parámetro de temperatura que representa la dependencia de la característica de la luminiscencia de la temperatura del compuesto luminiscente (9), y en donde la etapa de determinar los parámetros que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito utiliza la primera temperatura y la segunda temperatura además del primer valor y el segundo valor.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el parámetro de temperatura tiene un valor predeterminado.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el método comprende además medir un tercer valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente (9) mientras el compuesto luminiscente (9) se expone al analito en la primera concentración a una tercera temperatura diferente de la primera temperatura; y medir la tercera temperatura del compuesto luminiscente (9) cuando se realiza la etapa de medir el tercer valor, y en donde la etapa de determinar los parámetros que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito utiliza el tercer valor y la tercera temperatura, además del primer valor, el segundo valor, la primera temperatura y la segunda temperatura.
10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente (9) es una relación de la intensidad de la luminiscencia en dos longitudes de onda diferentes.
11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la dependencia de la característica se modela utilizando un modelo de unión uno a uno anfitrión-huésped, opcionalmente, en donde determinar los parámetros que representan la dependencia comprende usar un valor predeterminado para la fuerza de asociación entre el compuesto luminiscente (9) y el analito.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la dependencia de la característicaCde la concentración [X] del analito se modela utilizando la siguiente ecuación:

en donde: Cqes un valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente (9) cuando la concentración del analito es cero; C~ es un valor de la característica de la luminiscencia del compuesto luminiscente (9) cuando la concentración del analito es infinita; Kes una fuerza de asociación entre el compuesto luminiscente (9) y el analito, y determinar los parámetros que representan la dependencia comprende determinar Co y C~, opcionalmente en donde: los parámetros incluyen un parámetro de temperaturaaque representa la dependencia de la característica de la luminiscencia de la temperatura del compuesto luminiscente (9); y Co y C se modelan utilizando la siguiente dependencia de la temperaturaT: C0(T) = Cqc(1a(T-Tc)) C- (T) = C~c(1a(T-Tc)) en donde: Coces el valor de Co a temperaturaTc ; C~<c>es el valor de C a temperaturaTc.
13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente es un componente reemplazable del sensor (4).
14. Un método para medir una concentración de un analito en una muestra usando un sensor (4) que comprende un compuesto luminiscente (9) que tiene una luminiscencia que depende de la concentración del analito, y un detector (14) configurado para detectar la luz emitida por el compuesto luminiscente (9), comprendiendo el método: calibrar el sensor (4) usando el método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores; medir (S20) un valor de la característica de luminiscencia del compuesto luminiscente (9) mientras se expone a la muestra; y derivar (S22) la concentración del analito en la muestra utilizando el valor medido y los parámetros determinados que representan la dependencia de la característica de la luminiscencia de la concentración del analito.
15. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde: el analito es uno de dióxido de carbono, iones hidrógeno, sodio, potasio, magnesio y calcio; y/o el compuesto luminiscente (9) comprende un compuesto fluorescente, preferentemente ácido 8-hidroxipiren-1,3,6-trisulfónico.