KR20130012059A - 측정 성능이 향상된 바이오센서 건조제 시스템 - Google Patents

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KR20130012059A
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KR1020120079569A
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아미 에이치 추
마리 엘렌 와찰-윈댐
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바이엘 헬쓰케어, 엘엘씨
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Abstract

샘플 중 분석물의 농도를 측정하는 바이오센서 시스템은 복수의 테스트 센서를 포함하며, 용기 내에 밀봉된 건조제 및 상기 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기를 포함한다. 용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는, 분석물을 포함하는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시키고, 각각의 샘플 중 분석물의 농도를 테스트 센서 및 측정 장치로 측정할 때, 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±10 mg/dL 이내 또는 ±10% 이내일 수 있고, 측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2.5% 이하일 수 있다.

Description

측정 성능이 향상된 바이오센서 건조제 시스템{BIOSENSOR DESICCANT SYSTEM HAVING ENHANCED MEASUREMENT PERFORMANCE}
관련 출원의 참조
본 출원은 2011년 7월 22일에 출원되고 발명의 명칭이 "측정 성능이 향상된 바이오센서 건조제 시스템(Biosensor Desiccant System Having Enhanced Measurement Performance)"인 미국 가출원 제61/510,687호의 우선권을 주장한다.
바이오센서는 생물학적 유체, 예컨대 전혈, 혈청, 혈장, 소변, 타액, 간질액 또는 세포내액의 분석을 제공한다. 전형적으로, 바이오센서는 테스트 센서 내에 존재하는 샘플을 분석하는 측정 장치를 갖는다. 샘플은 일반적으로 액체 형태이며, 생물학적 유체 또는 생물학적 유체의 유도체, 예컨대 추출물, 희석물, 여과액, 또는 재구성된 침전물일 수 있다. 바이오센서에 의해 수행되는 분석은 생물학적 유체 중 하나 이상의 분석물의 존재 및/또는 농도를 결정한다. 분석물의 예는 알코올, 글루코스, 요산, 락테이트, 콜레스테롤, 빌리루빈, 자유 지방산, 트리글리세라이드, 단백질, 케톤, 페닐알라닌 또는 효소를 포함한다. 상기 분석은 생리학적 이상의 진단 및 치료에 유용할 수 있다. 예를 들어, 당뇨병 환자는 전혈 중 글루코스 수준을 측정하기 위하여 바이오센서를 사용할 수 있으며, 이 정보는 상기 환자의 규정식 및/또는 투약의 조정에 사용될 수 있다.
바이오센서는 하나 이상의 분석물을 분석하도록 설계될 수 있으며, 상이한 샘플 부피를 이용할 수 있다. 일부 바이오센서는 전혈 한 방울, 예컨대 0.25-15 마이크로리터(μL)의 부피를 분석할 수 있다. 바이오센서는 벤치톱(bench-top), 휴대용 등의 측정 장치를 사용하여 구현될 수 있다. 휴대용 측정 장치는 핸드헬드(hand-held)일 수 있으며, 샘플 중 하나 이상의 분석물의 확인 및/또는 정량화를 허용할 수 있다. 휴대용 측정 장치의 예는 미국 뉴욕주 태리타운의 바이엘 헬스케어(Bayer HealthCare)의 브리즈(BREEZE)? 및 컨투어(CONTOUR)? 계측기를 포함하는 반면, 벤치톱 측정 장치의 예는 미국 텍사스주 오스틴의 씨에이치 인스트루먼츠(CH Instruments)로부터 입수가능한 일렉트로케미칼 워크스테이션(Electrochemical Workstation)을 포함한다.
전기화학적 바이오센서에서, 분석물 농도는, 입력 신호가 샘플에 적용될 때, 분석물의, 또는 분석물에 응답성인 종의 산화/환원 또는 레독스(redox) 반응에 의해 생성되는 전기적 신호로부터 결정된다. 입력 신호는 단일한 전기적 펄스, 또는 다수의 펄스, 시퀀스(sequence), 또는 사이클로 적용될 수 있다. 레독스 물질, 예컨대 매개체, 효소 또는 유사 종을 샘플에 첨가하여 레독스 반응 동안 제1 종으로부터의 제2 종으로의 전자 전달을 향상시킬 수 있다. 레독스 물질(들)은 단일 분석물과 반응하고 그에 따라 생성된 출력 신호의 일부분에 대하여 특이성을 제공할 수 있다.
일반적으로 전기화학적 바이오센서는 테스트 센서에서 전기 도체와 연결하는 전기 접점을 갖는 측정 장치를 포함한다. 테스트 센서는 살아있는 유기체의 외부에서, 상기 유기체의 내부에서 또는 상기 유기체의 부분적으로 내부에서 사용하도록 개조될 수 있다. 살아있는 유기체의 외부에서 사용될 때, 생물학적 유체의 샘플은 테스트 센서 내의 샘플 저장체 내로 도입된다. 테스트 센서는 분석용 샘플의 도입 전, 상기 도입 후, 또는 상기 도입 동안 측정 장치 내에 두어질 수 있다. 살아있는 유기체의 내부에 또는 상기 유기체의 부분적으로 내부에 있을 때, 테스트 센서는 샘플에 계속적으로 침지될 수 있거나, 또는 샘플은 테스트 센서에 간헐적으로 도입될 수 있다. 테스트 센서는 다량의 샘플을 부분적으로 격리시키는 저장체를 포함할 수 있거나, 또는 테스트 센서는 샘플에 개방될 수 있다. 이와 유사하게, 샘플은 테스트 센서를 관통하여 계속적으로 유동하거나 또는 분석을 위하여 중단될 수 있다.
테스트 센서는 절연 기부(insulating base) 상에 전극을 배치 또는 인쇄함으로써, 예컨대 도체들 중 하나 이상 위에 하나 이상의 시약 조성물을 배치함으로써 형성될 수 있다. 하나 초과의 도체는 작용 전극 및 대전극이 동일 조성물에 의해 코팅될 때와 같이 동일한 시약 조성물에 의해 코팅될 수 있다. 당업계의 숙련자에게 공지된 다수의 기술을 이용하여 시약 조성물을 테스트 센서 상에 배치할 수 있다. 시약 조성물은 시약 유체로서 도체 상에 배치되고, 그 후 건조될 수 있다. 샘플이 테스트 센서에 도입될 때, 시약 조성물은 재수화되기 시작한다.
각각의 도체 상에 배치된 시약 조성물은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 따라서, 작용 전극의 시약 조성물은 효소, 매개체 및 결합제를 함유할 수 있는 반면, 대전극의 시약 조성물은 단지 매개체를 함유할 수 있으며, 상기 매개체는 작용 전극의 매개체 및 결합제와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 시약 조성물은 분석물과 작용 전극 사이의 전자의 전달을 돕는 임의의 매개체 또는 기타 물질뿐만 아니라 산화환원 효소와 같이 분석물의 산화 또는 환원을 돕는 이온화제도 포함할 수 있다.
시약 조성물의 하나 이상의 성분은 테스트 센서의 사용 이전에 화학적 변환을 겪을 수 있다. 특히, 매개체의 산화 상태는 특정한 조건 하에서 시간이 지남에 따라 변화할 수 있다. 매개체, 예컨대 페리시아나이드 및 유기 퀴논 및 히드로퀴논은 물의 존재 하에 환원을 겪을 수 있다. 시약 조성물 중 환원된 매개체의 존재는 센서의 백그라운드(background) 전류의 증가를 야기하여 특히 분석물 농도가 낮은 샘플의 경우 부정확하고 불명확한 분석 결과에 이르게 될 수 있다.
전형적으로, 시약 조성물에서의 바람직하지 못하고/하거나 너무 빠른 화학적 변환은 테스트 센서를 건조제에 근접하여 보관함으로써 저해된다. 전형적으로 건조제는 테스트 센서의 요망되는 보관 수명을 유지하도록 시약 조성물의 열화를 방지하기 위하여 병 또는 포일 파우치와 같은 테스트 센서 일차 패키징에서 사용된다. 테스트 센서 보관 시스템용의 통상적인 건조제는 테스트 센서를 포함하는 패키지 내로 새어 들어갈 수 있는 수분을 빠르게 흡착할 수 있다. 테스트 센서의 보호에 사용되는 건조제의 예는 심지어 낮은 습도의 환경에서도 수분을 빠르게 흡착하는 다공성 결정질 알루미노실리케이트를 함유하는 것과 같은 분자체를 포함한다.
건조제를 이용한 테스트 센서의 보호의 결점은 시약 조성물의 하나 이상의 성분이 조성물에서의 그의 기능을 유지하기 위하여 최소 수준의 수분을 필요로 할 수 있다는 것이다. 예를 들어, FAD 의존성 글루코스 데히드로게나아제 효소(FAD dependent Glucose Dehydrogenase enzyme; FAD-GDH)는 그의 천연 활성 배위를 유지하기 위하여 약간의 잔류 수분을 필요로 하는 것으로 여겨진다. 최소 수준 미만으로 시약 조성물로부터 수분을 고갈시키면 효소가 형태적으로 변화하게 되고 FAD-GDH의 적어도 일부분을 불활성화될 수 있다. 시약 조성물로부터의 수분의 고갈은 시약 조성물의 하나 이상의 다른 성분의 적어도 일부분을 불활성화시킬 수 있다.
테스트 센서의 과도한 건조로 인한 시약 조성물 중 효소의 활성의 상실은 시약 조성물 중에 과도한 양의 효소를 포함시킴으로써 또는 효소를 안정화시키는 것으로 여겨지는 물질을 시약 조성물에 첨가함으로써 대처된다. 테스트 센서 시약 조성물 중 효소를 안정화시킬 수 있는 물질의 예는 당, 예컨대 트레할로스 또는 수크로스, 및 당 알코올, 예컨대 만니톨, 말티톨 또는 소르비톨을 포함한다. 이들 물질은 효소 활성의 보존을 위하여 동결건조 공정에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 유럽 특허 제1 785 483 A1호를 참조한다. 그러나, 시약 조성물 중 안정제와 같은 다른 물질의 또는 효소의 많은 로딩량은 다른 어려움을 제시할 수 있다. 전형적으로 효소 성분은 고가이기 때문에, 효소 로딩량을 분석에 필요한 수준보다 많이 증가시키는 것은 바람직하지 않다. 게다가, 효소 또는 안정제는 샘플에 의한 시약 조성물의 재수화를 늦추어서 분석 시간이 특히 더욱 낮은 온도에서 더 길어지게 할 수 있다. 분석물과의 상호작용에 필요한 것보다 많은, 테스트 센서 중 과량의 효소 및/또는 시약 조성물 중 과량의 다른 성분, 예컨대 매개체가 센서의 정확도를 또한 감소시킬 수 있다.
따라서, 개선된 바이오센서 시스템, 특히, 샘플 중 분석물의 농도의 더욱더 정확하고/정확하거나 정밀한 측정을 제공할 수 있고/있거나 더욱더 짧은 분석 시간을 제공할 수 있는 것에 대한 진행 중인 필요성이 있다. 게다가, 요망되는 정확도, 정밀도 및/또는 분석 시간을 제공하면서 더욱 넓은 범위의 보관 조건에 걸쳐 증가된 보관 수명을 갖는 개선된 바이오센서 시스템이 필요하다. 본 발명의 시스템, 장치 및 방법은 통상적인 바이오센서 시스템과 결부된 약점들 중 적어도 하나를 극복한다.
일 측면에서, 본 발명은 복수의 테스트 센서를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도를 측정하는 바이오센서 시스템을 제공한다. 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하며, 여기서, 도체들 중 하나는 작용 전극이고, 이는 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 추가로 포함한다. 바이오센서 시스템은 건조제 및 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는, 분석물을 포함하는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시키고, 각각의 샘플 중 분석물 농도를 테스트 센서 및 측정 장치로 측정할 때, 100 mg/dL 미만의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±10 mg/dL 이내이며, 100 mg/dL 이상의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±10% 이내이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 복수의 테스트 센서를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도를 측정하는 바이오센서 시스템을 제공한다. 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하며, 여기서, 도체들 중 하나는 작용 전극이고, 이는 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 추가로 포함하며, 상기 시약 조성물은 활성을 갖는 레독스 효소를 포함한다. 바이오센서 시스템은 건조제 및 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼낼 때, 각각의 테스트 센서의 시약 조성물은 75% 이상의 레독스 효소 활성을 유지한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 복수의 테스트 센서를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도를 측정하는 바이오센서 시스템을 제공한다. 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하며, 여기서, 도체들 중 하나는 작용 전극이고, 이는 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 추가로 포함한다. 바이오센서 시스템은 건조제 및 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는, 분석물을 포함하는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시키고, 각각의 샘플 중 분석물 농도를 테스트 센서 및 측정 장치로 측정할 때, 측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2.5% 이하이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 건조제를 포함하는 용기 내에 테스트 센서를 밀봉하는 단계를 포함하는, 테스트 센서의 측정 성능을 증가시키는 방법을 제공한다. 테스트 센서는 하나의 도체가 작용 전극인 2개 이상의 도체, 및 상기 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 포함한다. 건조제는 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 복수의 테스트 센서를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도를 측정하는 바이오센서 시스템을 제공한다. 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하며, 여기서, 상기 도체들 중 하나는 작용 전극이고, 이는 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 추가로 포함한다. 바이오센서 시스템은 건조제 및 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 건조제는 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 복수의 테스트 센서를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도를 측정하는 바이오센서 시스템을 제공한다. 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하며, 여기서, 상기 도체들 중 하나는 작용 전극이고, 이는 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 추가로 포함한다. 바이오센서 시스템은 건조제 및 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는, 분석물을 포함하는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시키고, 각각의 샘플 중 분석물 농도를 테스트 센서 및 측정 장치로 측정할 때, 100 mg/dL 미만의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±10 mg/dL 이내이며, 100 mg/dL 이상의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±10% 이내이고, 측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2.5% 이하이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 복수의 테스트 센서를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도를 측정하는 바이오센서 시스템을 제공한다. 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하며, 여기서, 상기 도체들 중 하나는 작용 전극이고, 이는 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 추가로 포함한다. 시약 조성물은 활성을 갖는 레독스 효소를 포함하며, 실질적으로 당 또는 당 알코올이 없다. 바이오센서 시스템은 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼낼 때, 각각의 테스트 센서의 시약 조성물은 75% 이상의 레독스 효소 활성을 유지한다. 시약 조성물은 매개체를 추가로 포함할 수 있으며, 용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물을 함유하지 않는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시킬 때, 측정된 백그라운드 전류는 대신에 -20℃에서 2주 동안 보관한 동일한 복수의 테스트 센서의 측정된 백그라운드 전류의 ±20% 이내일 수 있다.
본 발명의 범주는 단지 첨부된 특허청구범위에 의해서 규정되며, 이 요약 내의 진술에 의해 영향을 받지 않는다.
본 발명은 하기 도면 및 설명을 참조로 하여 더욱 잘 이해될 수 있다. 도면 내의 구성요소는 반드시 축척대로 도시될 필요는 없으며, 대신에 본 발명의 원리를 예시하는 데 중점을 둔다.
도 1a 내지 도 1c는 글루코스 농도가 400 밀리그램/데시리터(mg/dL)인 전혈 샘플에 있어서의 테스트 센서로부터의 출력 신호를 나타낸다. 테스트 센서를 분자체 건조제(1a), 실리카 겔 건조제(1b)와 함께 또는 건조제 없이(1c) 밀봉하였다.
도 1d에는 입력 신호가 다수의 펄스를 포함하는 게이트(gated) 펄스 시퀀스가 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 글루코스 농도가 50, 100, 400 또는 600 mg/dL인 전혈 샘플의 글루코스 분석에 있어서의 분석 바이어스의 그래프를 나타낸다. 테스트 센서를 분자체 건조제(2a) 또는 실리카 겔 건조제(2b)와 함께 밀봉하였다.
도 3a 및 도 3b는 다양한 수준의 분자체 건조제(3a) 또는 실리카 겔 건조제(3b)를 갖는 용기 내에 밀봉되고 다양한 온도에서 2주 동안 보관된 테스트 센서에 있어서 글루코스를 함유하지 않는 전혈 샘플의 글루코스 분석에 있어서의 백그라운드 전류의 그래프를 나타낸다.
도 4는 다양한 유형 및 수준의 건조제를 갖는 용기 내에 밀봉되고 -20℃, 50℃, 또는 실온(25℃)에서 2주 동안 보관한 테스트 센서에 있어서의 센서내(in-sensor) 효소 활성의 그래프를 나타낸다.
도 5는 용기 내에 밀봉되어 보관되고 -20℃에서 2주 동안 보관된 테스트 센서에 있어서의 R5/4 비 파라미터에 비하여, 용기 내에 밀봉되고 50℃에서 2주 동안 보관된 테스트 센서에 있어서의 R5/4 비 파라미터의 변동의 그래프를 나타내며, 여기서, 테스트 센서는 테스트 센서의 작용 전극 위에서 다양한 수준의 효소 밀도를 갖는다.
도 6에는 테스트 센서를 사용하여 생물학적 유체의 샘플 중 분석물 농도를 측정하는 바이오센서의 개략도가 도시되어 있다.
도 7에는 복수의 테스트 센서 및 건조제를 함유하는 밀봉된 용기가 도시되어 있다.
도 8a는 조립된 테스트 센서의 투시도이다.
도 8b는 뚜껑이 제거된 도 8a의 테스트 센서의 평면도이다.
도 9는 도 8b의 테스트 센서의 단면도이다.
바이오센서 시스템은 용기 내의 잔류 수분 수준을 유지하는 건조제를 갖는 용기 내에 밀봉된 테스트 센서를 포함한다. 낮은 습도 환경에서, 건조제는 수분을 빠르게 흡수하지 못하며, 이는 테스트 센서의 시약 조성물이, 효소를 그의 활성 배위로 유지하는 것에 도움이 되는 수분 수준을 유지하게 할 수 있다. 그러한 건조제를 포함하는 용기 내에 보관된 테스트 센서는 통상적인 건조제를 포함하거나 또는 건조제를 포함하지 않는 용기 내에 보관된 비견되는 테스트 센서의 것보다 더 정확하고/정확하거나 정밀한 분석물 농도의 측정을 제공할 수 있다. 따라서, 본 바이오센서 시스템의 테스트 센서는 심지어 테스트 센서가 최적이지 않은 조건 하에 장기간 동안 보관될 때에도 빠른 분석 시간으로 일관되게 정확한 분석을 제공할 수 있다.
바이오센서 시스템은 각각이 2개 이상의 도체를 포함하는 복수의 테스트 센서, 및 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물을 포함하며, 여기서, 상기 도체들 중 하나는 작용 전극이다. 본 바이오센서 시스템은 건조제를 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 복수의 테스트 센서는 용기 내에 밀봉된다.
바람직하게는 바이오센서 시스템의 용기 내의 건조제는, 40℃에서 10% - 20%의 상대 습도(relative humidity; RH)의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착한다. 더 바람직하게는, 건조제는 40℃에서 10% - 20%의 RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 10% 이하의 물을 흡착한다. 더 바람직하게는, 건조제는 40℃에서 10% - 20%의 RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 5% - 10%의 물을 흡수한다.
40℃에서 10% - 20%의 RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 5% - 10%의 물을 흡수하는 건조제의 예는 실리카 겔을 포함한다. 실리카 겔은 0% 내지 대략 60%의 RH 값에 있어서 주변 환경의 상대 습도에 대략적으로 비례하는 수준으로 수분을 흡착할 수 있다. 따라서, 건조 실리카 겔의 샘플은 건조 실리카 겔의 동일 샘플이 상대 습도가 더욱 높은 주변 환경으로부터 흡수하는 것보다 더 적은 물을 상대 습도가 낮은 주변 환경으로부터 흡수할 것이다.
이와는 대조적으로, 테스트 센서 용기에서 통상적으로 사용되는 분자체 건조제는 RH가 10% - 20%인 환경으로부터 다량의 수분을 빠르게 흡착할 수 있다. 분자체, 예컨대 다공성 결정질 알루미노실리케이트를 함유하는 것은 40℃에서 5%의 RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 15% 초과 내지 20%의 물을 흡착할 수 있으며, 그 후 상대 습도가 증가할 때 최소의 양의 추가의 수분을 흡착할 수 있다. 따라서, 건조 분자체의 샘플은, 흡수되는 물의 양이 건조 분자체의 샘플의 수분 용량보다 적으면, 건조 분자체의 동일한 샘플이 상대 습도가 더욱 높은 주변 환경으로부터 흡수하는 것과 동일한 양의 물을 상대 습도가 낮은 주변 환경으로부터 흡수할 것이다.
40℃에서 10% - 20%의 RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡수할 수 있는 건조제의 일례는 중합체 블렌딩된 분자체의 조성물을 포함한다. 건조제가 물을 흡수하는 능력은 건조제를 중합체와 블렌딩함으로써 저하될 수 있다. 중합체 중 건조제가 단지 부분적으로 상기 환경에 노출될 때, 수분 흡착은 순수 건조제의 흡착 속도보다 더 느린 속도로 일어날 수 있다. 40℃에서 10% - 20%의 RH의 환경과 접촉할 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡수할 수 있는 건조제의 또 다른 예는 분자체와 실리카 겔의 블렌드를 포함한다. 블렌드 중 분자체 및 실리카 겔의 유형 및 상대적인 양의 선택은 낮은 상대 습도에서 블렌딩 조성물에 의해 흡착되는 총 수분의 맞춤을 허용할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 글루코스 농도가 400 밀리그램/데시리터(mg/dL)이고 헤마토크릿(hematocrit) 함량이 40%인 전혈 샘플로부터의 테스트 센서 출력 신호를 나타낸다. 테스트 센서는 테스트 센서 당 22.5 mg의 통상적인 건조제 "분자체 13x"(도 1a), 테스트 센서 당 30 mg의 실리카 겔(도 1b)을 갖거나, 또는 건조제를 갖지 않는(도 1c) 용기 내에 50개의 테스트 센서의 군으로 밀봉하였다. "분자체 13x" 건조제는 대략 9 옹스트롬의 유효 기공 개구를 함유하는 "타입 X" 결정 구조를 갖는 소듐 알루미노실리케이트를 포함하였다. 각각의 유형의 건조제에 있어서, 용기의 절반을 50℃에서 2주 동안 보관하였으며, 절반을 -20℃에서 2주 동안 보관하였다. 50℃에서의 2주간의 열 스트레스 환경은 바이오센서의 성능을 그의 보관 수명의 마지막에 평가하는 데 전형적으로 사용되는 촉진된 스트레스 조건이다. 보관 기간 후, 테스트 센서를 그의 용기로부터 꺼내고, 그의 도체를 통하여 측정 장치에 연결시키고, 분석물로서 글루코스를 포함하는 전혈 샘플과 접촉시키고, 이를 사용하여 전혈 샘플의 전기화학적 분석을 수행하였다.
측정 장치에 의한 테스트 센서에 대한 신호 입력은 게이티드(gated) 전류 측정 펄스 시퀀스였으며, 하나 이상의 출력 전류 값은 발명의 명칭이 "게이티드 전류 측정(Gated Amperometry)"인 우(Wu) 등의 미국 특허 공개 제2008/0173552호 및 발명의 명칭이 "신속 판독 게이티드 전류 측정(Rapid-Read Gated Amperometry)"인 우의 미국 특허 공개 제2009/0145779호에 개시된 바와 같이 샘플의 분석물 농도와 상관시켰다. 게이티드 전류 측정 펄스 시퀀스 및 출력 전류 값과 분석물 농도의 상관 관계에 관한 이들 특허 출원의 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다.
도 1d는 입력 신호가 다수의 펄스를 포함할 경우의 게이티드 펄스 시퀀스를 나타낸다. 펄스에서 생기는 출력 신호 전류 값이 각각의 펄스 위에 묘사되어 있다. 기록된 중간 신호 전류 값이 원으로 묘사되어 있다. 각각의 i 값은 입력 신호에 응답성인 출력 신호의 전류 값이다. i 값의 하첨자에서의 첫 번째 수는 펄스 수를 나타내는 반면, 상기 첨자에서의 두 번째 수는 전류 값이 기록될 때 출력 신호의 순서를 나타낸다. 예를 들어, i2 ,3은 두 번째 펄스에 있어서 기록된 세 번째 전류 값을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1c의 그래프 생성에 사용된 펄스는 7회의 이완에 의해 분리된 8회의 여기를 포함하였다. 두 번째 내지 여덟 번째 여기는 지속 시간이 약 0.4초이었으며, 두 번째 내지 일곱 번째 이완은 지속 시간이 약 1초이었다. 3개의 출력 전류 값은 두 번째 내지 여덟 번째 여기 동안 기록되었다.
출력 전류 값, 예컨대 도 1a 내지 도 1d에 나타낸 것은 상관 관계를 통하여 샘플 중 분석물 농도에 관련시킬 수 있다. 출력 전류 값과 샘플의 분석물 농도의 상관 관계는 분석물을 함유하는 일련의 원액 중 공지된 농도의 분석물에 대하여 분석에서의 특정 시점에서의 출력 전류를 도시함으로써 작성할 수 있다. 출력 신호로부터의 출력 전류 값을 샘플의 분석물 농도와 상관시키기 위해서는, 바람직하게는 여기로부터의 초기 전류 값이 감퇴 중 뒤따르는 것보다 크다. 바람직하게는, 샘플의 분석물 농도와 상관된 출력 전류 값 또는 값들은 테스트 센서의 최대 동적 성능을 반영하는 전류 데이터를 포함하는 감퇴로부터 취한다. 출력 전류의 기초가 되는 레독스 반응의 동적 특성은 다수의 인자에 의해 영향을 받는다. 이들 인자는 시약 조성물이 재수화되는 속도, 효소 시스템이 분석물과 반응하는 속도, 효소 시스템이 전자를 매개체에게 전달하는 속도, 및 매개체가 전자를 전극에 전달하는 속도를 포함할 수 있다.
테스트 센서의 최대 동적 성능은, 감퇴 전류 값을 갖는 여기의 초기 전류 값이 다수의 여기에 있어서 최대일 때 게이티드 전류 측정 펄스 시퀀스의 여기 동안 도달될 수 있다. 바람직하게는, 테스트 센서의 최대 동적 성능은, 감퇴 전류 값을 갖는 여기에 있어서 수득되는 마지막 시점에서의 전류 값이 다수의 여기에 있어서 수득되는 최고의 마지막 시점에서의 전류 값일 때 도달된다. 더 바람직하게는, 테스트 센서의 최대 동적 성능은, 감퇴 전류 값을 갖는 여기의 초기 전류 값이 다수의 여기에 있어서 최고이고, 동일 여기에 있어서 수득되는 마지막 시점에서의 전류 값이 다수의 여기에 있어서 수득되는 최고의 마지막 시점에서의 전류 값일 때 도달된다. 최대 동적 성능은 감퇴 전류 값을 갖는 첫 번째 여기에서 도달될 수 있거나, 또는 이것은 감퇴 전류 값을 갖는 두 번째, 세 번째 또는 이후의 여기와 같은 후속적인 여기에서 도달될 수 있다.
최대 동적 성능은 파라미터 "피크 시간"에 의해 기술될 수 있으며, 이는 전기화학적 테스트 센서가 분석물 함유 샘플이 테스트 센서와 접촉한 후 그의 최대 출력 전류 값을 수득하는 시간이다. 최대 출력 전류 값은 바람직하게는 샘플의 분석물 농도와의 상관에 사용된다. 바람직하게는, 테스트 센서의 피크 시간은 샘플을 테스트 센서에 도입한지 약 7초 미만, 더 바람직하게는 약 5초 미만이다. 바람직하게는, 피크 시간은 샘플을 테스트 센서에 도입한 지 약 0.4 내지 약 7초 이내, 더 바람직하게는 약 0.6 내지 약 6.4초 이내, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 5초 이내, 더 바람직하게는 약 1.1 내지 약 3.5초 이내이다.
도 1a를 참조하면, 통상적인 건조제를 갖는 용기 내에 밀봉된 테스트 센서는 -20℃에서 2주 동안 보관한 후(피크 시간 = 대략 2초)보다 50℃에서 2주 동안 보관한 후(피크 시간 = 약 3.5초) 더 긴 피크 시간을 가졌다. 이와는 대조적으로, 실리카 겔 건조제와 함께(도 1b) 또는 건조제 없이(도 1c) 밀봉된 센서는 -20℃에서 2주 동안 보관한 것(피크 시간 = 대략 2초)에 비하여 50℃에서 2주 동안 보관할 때 그의 피크 시간의 증가가 없었다. 따라서, 통상적인 건조제와 함께 테스트 센서를 보관하면 보관 온도를 -20℃로부터 50℃로 증가시켰을 때 최대 출력 전류 값을 수득하는 데 필요한 시간이 75% 증가하였으며(75% = 100% x [(3.5초 - 2초)/2초]), 반면 실리카 겔 건조제와 함께 또는 건조제 없이 보관한 테스트 센서는 보관 온도를 -20℃로부터 50℃로 증가시켰을 때 최대 출력 전류 값을 수득하는 데 필요한 시간이 0% 증가함을 나타냈다.
테스트 센서의 전류 프로필의 임의의 변화는 일관되지 않은 글루코스 분석 결과에 이르게 될 수 있으며, 그 이유는 테스트 센서 글루코스 결과가 전형적으로 고정 시점에서의 측정 출력 전류로부터 유도되기 때문이다. 이러한 증가된 부정확성은 특히 더욱 짧은 시간, 예컨대 10초 이하의 시간에서 수행되는 분석에 있어서 명백하다. 도 1a 내지 도 1c에 있어서 조사한 테스트 센서에 있어서, 통상적인 건조제와 함께 밀봉된 테스트 센서의 전류 프로필의 변화는 바이오센서의 바이어스의 바람직하지 못한 증가를 생성하였다.
바이오센서 시스템의 측정 성능은 그의 정확도 및/또는 정밀도에 의해 정의된다. 정확도는 랜덤한 그리고 체계적인 오류 구성요소의 조합된 효과를 반영한다. 체계적인 오류 또는 진도(trueness)는 바이오센서 시스템으로부터 결정된 평균 값과 샘플의 분석물 농도의 하나 이상의 허용된 기준 값 사이의 차이이다. 진도는 평균 바이어스에 의해 표현될 수 있으며, 이때 더욱 큰 평균 바이어스 값은 더욱 낮은 진도를 나타내며 그에 의해 더욱 적은 정확도에 기여하게 된다. 정밀도는 평균과 관련하여 다수의 분석물 판독치 사이에서 일치의 근접도를 반영한다. 분석에 있어서의 하나 이상의 오류는 바이오센서 시스템에 의해 결정되는 분석물 농도의 바이어스 및/또는 부정확도에 기여한다. 따라서 바이오센서 시스템의 분석 오류의 감소는 정확도를 증가시키고 따라서 측정 성능을 개선시킨다.
바이어스는 샘플 중 분석물 농도에 따라 "절대 바이어스" 또는 "퍼센트 바이어스"에 의해 표현될 수 있다. 절대 바이어스는 측정 단위, 예컨대 mg/dL로 표현될 수 있으며, 100 mg/dL 미만의 분석물 농도에 사용될 수 있다. 퍼센트 바이어스는 기준 값에 비하여 절대 바이어스의 백분율로서 표현될 수 있으며, 100 mg/dL 이상의 분석물 농도에 사용될 수 있다. 허용되는 기준 값은 기준 기기, 예컨대 미국 오하이오주 옐로우 스프링스의 와이에스아이 인크.(YSI Inc.)로부터 입수가능한 YSI 2300 STAT 플러스(PLUS)TM 글루코스 분석기를 이용하여 수득될 수 있다.
선택된 바이어스 범위의 "바이어스 한계" 내에 있는 분석의 퍼센트는 기준 농도에 가까운 측정된 분석물 농도의 퍼센트를 나타낸다. 따라서, 상기 한계는 측정된 분석물 농도가 기준 농도에 얼마나 가까운지를 정의한다. 바이어스 한계는 100 mg/dL 미만의 분석물 농도에 있어서 절대 바이어스 한계로 표현되거나, 또는 100 mg/dL 이상의 분석물 농도에 있어서 퍼센트 바이어스 한계로 표현될 수 있다. 예를 들어, ±10% 바이어스 한계 내에 있는 100회의 수행된 분석 중 95회(95%)는 ±10% 바이어스 한계 내에 있는 100회의 수행된 분석 중 80회(80%)보다 더 정확하다. 이와 유사하게, ±5% 바이어스 한계 내에 있는 100회의 수행된 분석 중 95회(95%)는 ±10% 바이어스 한계 내에 있는 100회의 수행된 분석 중 95회보다 더 정확하다. 따라서, 선택된 바이어스 한계 내에 있는 또는 더욱 좁은 바이어스 한계 내에 있는 분석의 백분율의 증가는 바이오센서 시스템의 측정 성능의 증가를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 40%의 헤마토크릿 함량을 갖는 그리고 50, 100, 400 또는 600 mg/dL의 글루코스 농도를 갖는 전혈 샘플의 글루코스 분석에 있어서의 바이어스(절대 바이어스 또는 퍼센트 바이어스)의 그래프를 도시한다. 분석에 사용된 테스트 센서는 테스트 센서 당 0 내지 22.5 mg의 통상적인 건조제 분자체 13x를 갖는 용기(도 2a), 또는 테스트 센서 당 0 내지 30 mg의 실리카 겔을 함유하는 용기(도 2b) 내에 50개의 테스트 센서의 군으로 밀봉되고, 50℃에서 2주 동안 보관되었다. 상기 보관 기간 후, 테스트 센서를 그의 용기로부터 꺼내고, 그의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 전혈 샘플들 중 하나와 접촉시켰다.
건조제가 없으면(0 mg의 건조제/테스트 센서), 테스트 센서 열 스트레스 후 혈중 글루코스 분석치는 저 글루코스(50 mg/dL)를 함유하는 샘플에 있어서 글루코스 농도가 100 mg/dL 및 400 mg/dL인 샘플의 바이어스의 7-10%인 15 mg/dL의 양의 바이어스를 가졌고, 고 글루코스(600 mg/dL)를 함유하는 샘플에 있어서는 바이어스가 거의 없었다. 통상적인 분자체 건조제와 함께 테스트 센서를 밀봉하는 것(도 2a)은 저 글루코스 및 정상 글루코스를 갖는 샘플에 있어서 양의 바이어스를 보정하였지만, 600 mg/dL의 글루코스를 갖는 샘플에 있어서의 바이어스는 건조제 수준이 증가할 때 -10% 및 -15% 바이어스로 증가하였다. 이와는 대조적으로, 30 mg/센서의 실리카 겔과 함께 보관된 센서에 있어서의 바이어스는 100 mg/dL 미만의 글루코스를 갖는 샘플의 경우 5 mg/dL 바이어스 이내였으며, 100 mg/dL 내지 600 mg/dL의 글루코스를 갖는 샘플의 경우 ±5% 바이어스 이내였다(도 2b).
통상적인 건조제의 존재 하에 50℃에서 2주 동안 밀봉된 테스트 센서에 있어서 분석 피크 시간(도 1a) 및 분석 바이어스(도 2a)의 증가는 건조제 없이 밀봉되거나(도 1c) 또는 더욱 약한 실리카 겔 건조제와 함께 밀봉된(도 1b, 2b) 유사하게 처리된 테스트 센서에 있어서의 결과와 비교할 때 놀라운 것이다. 전형적으로, 건조제는 테스트 센서의 사용 이전에 매개체를 포함하는 시약 조성물의 성분의 변환을 방지하기 위하여 사용되어 왔다. 따라서, 통상적인 건조제와 함께 테스트 센서를 보관하는 것은 특히 분석물 농도가 높은 샘플을 분석할 때, 건조제 없이 보관하거나 또는 덜 강한 건조제와 함께 보관한 비견되는 테스트 센서의 것에 비하여, 테스트 센서의 정확도 및/또는 그의 보관 수명을 손상시킨다는 것은 예기치 못한 것이다.
건조제를 갖는 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템에 있어서, 바이오센서 시스템의 정확도는 테스트 센서를 이용하여 특정한 범위의 농도에 걸친 공지된 농도의 분석물을 갖는 샘플의 분석물 함량을 결정하고, 그 후 실제 농도에 관하여 측정한 것들의 바이어스를 계산함으로써 평가될 수 있다. 그러한 평가에 있어서, 복수의 테스트 센서는 50℃의 온도에서 2주 동안 건조제를 포함하는 용기 내에 밀봉되며, 여기서, 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하고 그 중 하나는 작용 전극이며 시약 조성물은 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된다. 그 후 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 공지된 분석물 함량을 갖는 샘플들 중 하나와 접촉시키고, 이를 사용하여 샘플 중 분석물 농도를 결정한다.
이러한 실시예에서, 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸친 분석물 농도를 갖는 샘플에 있어서, 바람직하게는 100 mg/dL 미만의 결정된 분석물 농도의 95%는 ±10 mg/dL의 바이어스 한계 내에 있으며, 100 mg/dL 이상의 결정된 분석물 농도의 95%는 ±10%의 퍼센트 바이어스 한계 내에 있다. "50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸친 분석물 농도"라는 어구는 샘플들 중 적어도 하나의 분석물 농도가 50 mg/dL이고, 다른 샘플들 중 적어도 하나의 분석물 농도가 600 mg/dL임을 의미한다. 남아있는 샘플은, 만약 있다면, 분석물 농도가 50 mg/dL 내지 600 mg/dL일 수 있다. 더 바람직하게는 100 mg/dL 미만의 결정된 분석물 농도의 97%, 99% 또는 100%는 ±10 mg/dL의 바이어스 한계 이내이며, 100 mg/dL 이상의 결정된 분석물 농도의 97%, 99% 또는 100%는 ±10%의 퍼센트 바이어스 한계 내에 있다.
상기 실시예에 있어서, 바람직하게는 100 mg/dL 미만의 결정된 분석물 농도의 95%, 97%, 99% 또는 100%는 ±7 mg/dL의 바이어스 한계 이내이며, 100 mg/dL 이상의 결정된 분석물 농도의 95%, 97%, 99% 또는 100%는 ±7%의 퍼센트 바이어스 한계 내에 있다. 더 바람직하게는 100 mg/dL 미만의 결정된 분석물 농도의 95%, 97%, 99% 또는 100%는 ±5 mg/dL의 바이어스 한계 이내이며, 100 mg/dL 이상의 결정된 분석물 농도의 95%, 97%, 99% 또는 100%는 ±5%의 퍼센트 바이어스 한계 내에 있다. 바람직하게는, 이 실시예에 있어서, 용기 내에 밀봉된 테스트 센서의 수는 5개 이상이며, 바람직하게는 10개 이상, 25개 이상, 50개 이상, 또는 100개 이상이다. 바람직하게는, 이 예에 있어서, 샘플은 10 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는 분석물 농도를 갖는다.
바이오센서 시스템의 정밀도는 평균과 비교하여 다수의 결정된 분석물 농도 사이에서 바이어스의 분포 상태 또는 분산에 의해 표현될 수 있다. 평균 및 표준 편차는 테스트 센서를 사용한 다수의 분석에 대하여 계산될 수 있으며, 여기서, 표준 편차는 다수의 분석치의 서로로부터의 분포 상태를 설명한다. 변동 계수(coefficient of variation; %CV)는 평균 및 표준 편차로부터 계산될 수 있으며, 여기서, %CV는(표준 편차/평균) * 100%로 정의된다. 결정된 분석물 농도들의 더욱 낮은 분포 상태는 더욱 작은 표준 편차에서 반영되며, 이는 다시 더욱 작은 %CV를 생성한다. 따라서, %CV는 다수의 분석치의 정밀도의 지시자로 간주될 수 있으며, %CV의 감소는 바이오센서 시스템의 측정 성능의 증가를 나타낸다.
건조제를 갖는 용기 내에 밀봉된 복수의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템에 있어서, 바이오시스템의 정밀도는 테스트 센서를 사용하여 공지된 농도의 분석물을 갖는 샘플의 분석물 함량을 측정하고, 그 후 측정치들의 %CV를 계산함으로써 평가될 수 있다. 그러한 평가에 있어서, 복수의 테스트 센서는 50℃의 온도에서 2주 동안 건조제를 포함하는 용기 내에 밀봉되며, 여기서, 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하고 그 중 하나는 작용 전극이며 시약 조성물은 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된다. 그 후 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 공지된 분석물 함량을 갖는 샘플들 중 하나와 접촉시키고, 이를 사용하여 샘플 중 분석물 농도를 결정한다. 그 후, 결정된 분석물 농도들의 %CV를 계산한다. 이 예에 있어서, 결정된 분석물 농도의 %CV는 바람직하게는 2.5% 이하이다. 더 바람직하게는 결정된 분석물 농도의 %CV는 2% 이하이다.
표 1에는 헤마토크릿 함량이 42%이고 글루코스 농도가 50, 100, 400 또는 600 mg/dL인 전혈 샘플의 글루코스 분석치에 있어서의 %CV가 열거되어 있다. 분석에서 사용되는 테스트 센서는 건조제를 갖지 않거나, 테스트 센서 당 7.5 또는 22.5 mg의 통상적인 건조제 분자체 13x를 갖거나 또는 테스트 센서 당 10 또는 30 mg의 실리카 겔 건조제를 갖는 용기 내에 50개의 테스트 센서의 군으로 밀봉되었다. 용기는 50℃에서 2주 동안 보관되었다. 상기 보관 기간 후, 테스트 센서를 그의 용기로부터 꺼내고, 그의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 전혈 샘플들 중 하나와 접촉시키고, 이를 사용하여 샘플 중 글루코스 농도를 측정하였다. 열거한 각각의 결과는 10개의 테스트 센서를 사용한 측정을 기반으로 한다.
50℃에서 2주 동안 열 스트레스를 받은 테스트 센서의 분석 정밀도
건조제 글루코스 농도에 있어서의 %CV(%)
유형 양(mg/센서) 50 mg/dL 100 mg/dL 400 mg/dL 600 mg/dL
없음 0 1.9 1.8 2.4 1.3
분자체
 7.5 2.4 4.9 1.5 2.8
22.5 2.9 2.4 2.1 2.0
실리카 겔
0		 10.0 3.3 1.6 2.5 1.4
30.0 1.5 1.1 1.3 1.1
표 2에는 테스트 센서를 -20℃에서 2주 동안 보관한 경우를 제외하고는 표 1에 있어서 기술된 바와 같이 글루코스 분석을 한 것에 있어서의 %CV가 열거되어 있다. 열거한 각각의 결과는 10개의 테스트 센서를 사용한 측정을 기반으로 한다.
-20℃에서 2주 동안 열 보관된 테스트 센서의 분석 정밀도
건조제 글루코스 농도에 있어서의 %CV(%)
유형 양(mg/센서) 50 mg/dL 100 mg/dL 400 mg/dL 600 mg/dL
없음 0 2.9 2.9 1.6 1.0
분자체
 7.5 1.3 1.5 3.4 1.3
22.5 5.8 4.2 1.9 1.5
실리카 겔
 10.0 1.8 3.3 1.6 1.3
30.0 1.8 2.1 2.0 1.3
건조제 없이는(0 mg의 건조제/테스트 센서), 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는 샘플에 있어서 테스트 센서 열 스트레스(50℃에서 2주) 후 혈중 글루코스 분석은 1.3 - 2.4%의 %CV 값을 가졌다(표 1의 첫 번째 줄의 결과). 통상적인 분자체 건조제(7.5 또는 22.5 mg/테스트 센서)와 함께 또는 10 mg/테스트 센서의 실리카 겔과 함께 테스트 센서를 밀봉하는 것은 혈중 글루코스 분석의 %CV의 상한치를 감소시키지 않았다(각각 4.9%, 2.9% 및 3.3%; 표 1에서 두 번째 내지 네 번째 줄). 그러나, 30 mg/테스트 센서의 실리카 겔과 함께 테스트 센서를 밀봉하는 것은 혈중 글루코스 분석에 있어서의 %CV의 상한치를 1.5%로 감소시켰다(1.1 - 1.5%의 %CV 범위; 표 1에서 마지막 줄의 결과).
%CV 값에 관한 유사한 추세는 -20℃에서 2주 동안 테스트 센서를 밀봉한 후 혈중 글루코스 분석을 위하여 또한 측정하였다. 건조제 없이는(0 mg의 건조제/테스트 센서), 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는 샘플에 있어서 -20℃에서 2주 동안 밀봉한 후 혈중 글루코스 분석은 1.0 - 2.9%의 %CV 값을 가졌다(표 2의 첫 번째 줄의 결과). 통상적인 분자체 건조제(7.5 또는 22.5 mg/테스트 센서)와 함께 또는 10 mg/테스트 센서의 실리카 겔과 함께 테스트 센서를 밀봉하는 것은 혈중 글루코스 분석의 %CV의 상한치를 감소시키지 않았다(각각 3.4%, 4.2% 및 3.3%; 표 2에서 두 번째 내지 네 번째 줄). 그러나, 30 mg/테스트 센서의 실리카 겔과 함께 테스트 센서를 밀봉하는 것은 혈중 글루코스 분석에 있어서의 %CV의 상한치를 2.1%로 감소시켰다(1.3 - 2.1%의 %CV 범위; 표 2에서 마지막 줄의 결과). 둘 모두의 세트의 보관 조건 - 50℃에서 2주 또는 -20℃에서 2주 - 에 있어서, 30 mg/테스트 센서의 실리카 겔과 함께 밀봉된 테스트 센서를 사용하여 수행한 혈중 글루코스 분석은 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL에 걸쳐 있는 샘플에 있어서 2.1% 이하의 %CV 값을 가졌다.
통상적인 분자체 건조제와 함께 보관한 테스트 센서의 %CV 값과, 실리카 겔과 함께 보관한 테스트 센서의 %CV 값 사이의 이들 차이는 통계적으로 유의하였다. 예를 들어, 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는 농도에 있어서, 신뢰 수준을 90% 이상으로 하면, 50℃에서 2주 동안 30 mg/센서의 실리카 겔과 함께 보관한 테스트 센서로부터의 결정된 글루코스 농도의 %CV 값(표 1에서 마지막 줄의 결과)은 50℃에서 2주 동안 22.5 mg/센서의 분자체 건조제와 함께 보관한 테스트 센서로부터의 결정된 글루코스 농도의 %CV 값보다 유의하게 더 작았다(표 1에서 세 번째 줄의 결과). 50 mg/dL - 100 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는 농도에 있어서, 신뢰 수준을 95% 이상으로 하면, 50℃에서 2주 동안 30 mg/센서의 실리카 겔과 함께 보관한 테스트 센서로부터의 결정된 글루코스 농도의 %CV 값(표 1에서 마지막 줄의 결과)은 50℃에서 2주 동안 22.5 mg/센서의 분자체 건조제와 함께 보관한 테스트 센서로부터의 결정된 글루코스 농도의 %CV보다 유의하게 더 작았다(표 1에서 세 번째 줄의 결과).
도 3a 및 표 3b는 글루코스를 함유하지 않는 전혈 샘플의 글루코스 분석에 있어서의 백그라운드 전류의 그래프를 도시한다. 분석에서 사용한 테스트 센서는 건조제를 갖지 않거나, 7.5 또는 22.5 mg/테스트 센서의 통상적인 건조제 분자체 13x를 갖거나(도 3a), 또는 10 또는 30 mg/테스트 센서의 실리카 겔 건조제를 갖는(도 3b) 용기 내에 밀봉하였으며, -20℃, 실온(25℃) 또는 50℃에서 2주 동안 보관하였다. 상기 보관 기간 후, 테스트 센서를 그의 용기로부터 꺼내고, 그의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 전혈 샘플들 중 하나와 접촉시켰다. 샘플이 글루코스를 함유하지 않을 때, 측정된 백그라운드 전류는 감소된 산화 상태의 물질, 예컨대 감소된 매개체의 존재로 인한 것이었다.
용기 내에 건조제 없이 보관한 테스트 센서(도 3a 및 도 3b에서 0 mg의 건조제/센서)는, 백그라운드 전류가 25℃에서의 대략 90 나노암페어(nA)로부터 50℃에서의 대략 175 nA로 증가함에 따라 열 스트레스 후 바이오센서 백그라운드 전류의 큰 증가를 나타냈다. 이러한 증가는 건조제가 테스트 센서에서 낮은 백그라운드 전류를 유지하는 데 중요하다는 통상적인 이론과 일치하였는데, 이는 매개체의 자가 감소의 방지에 의한 것일 가능성이 있다. 센서 백그라운드 전류의 증가는 50 또는 100 mg/dL의 더욱 낮은 글루코스 농도를 갖는 샘플에 있어서 도 2a 및 도 2b에서 나타낸 양의 분석 바이어스에 기여하였을 수도 있다. 통상적인 분자체 건조제의 존재 하에 보관한 테스트 센서(도 3a)는, 낮은 백그라운드 전류 유지를 위하여 실리카 겔의 존재 하에 보관한 테스트 센서가 그러한 것(10 mg/센서; 도 3b)보다 더 적은 건조제(7.5 mg/센서)를 필요로 하였다. 따라서, 통상적인 건조제는 매개체의 조숙한 감소를 저해하는 그의 의도된 기능을 성취하는 것으로 보였다.
도 3a의 실시예에서, 50℃에서 2주 동안 통상적인 건조제와 함께 보관한 테스트 센서는 -20℃에서 2주 동안 통상적인 건조제와 함께 보관한 동일한 테스트 센서의 측정된 백그라운드 전류의 대략 ±30% 이내(7.5 mg/센서) 또는 대략 ±20% 이내(22 mg/센서)의 백그라운드 전류를 가졌다(대략 30% = [(90 nA - 70 nA) / 70 nA] x 100% ; 대략 30% = [(90 nA - 75 nA) / 75 nA] x 100% ). 도 3b의 실시예에서, 50℃에서 2주 동안 30 mg/센서의 실리카 겔 건조제와 함께 보관한 테스트 센서는 -20℃에서 2주 동안 통상적인 건조제와 함께 보관한 동일한 테스트 센서의 측정된 백그라운드 전류의 대략 ±10% 이내의 백그라운드 전류를 가졌다(대략 10% = [(85 nA - 80 nA) / 80 nA] x 100%.
따라서, 용기 내에 밀봉한 복수의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템에 있어서, 보관 동안의 매개체의 조숙한 감소는 분석물을 함유하지 않는 샘플을 이용하여 테스트 센서를 사용하여 전기화학적 분석에서 백그라운드 전류를 측정함으로써 평가할 수 있다. 그러한 평가에 있어서, 복수의 테스트 센서는 50℃의 온도에서 2주 동안 용기 내에 밀봉하고, 여기서, 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 도체를 포함하며, 그 중 하나는 작용 전극이고, 매개체를 함유하는 시약 조성물은 작용 전극 상에 또는 그 건처에 배치된다. 그 후 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 분석물을 함유하지 않는 샘플과 접촉시키고, 그 후 이를 사용하여 백그라운드 전류를 측정한다. 바람직하게는, 측정된 백그라운드 전류는 대신에 -20℃에서 2주 동안 보관한 동일한 테스트 센서의 측정된 백그라운드 전류의 ±20% 이내이다. 바람직하게는, 측정된 백그라운드 전류는 대신에 -20℃에서 2주 동안 보관한 동일한 테스트 센서의 측정된 백그라운드 전류의 ±10% 이내 또는 ±5% 이내이다.
도 1 내지 5에서 사용된 테스트 센서의 시약 조성물 내의 매개체는 2전자 전달 매개체 3-(2',5'-디술포페닐이미노)-3H-페노티아진 비스-나트륨 염이었다. 테스트 센서의 보관 동안 수분의 관찰된 효과는 다른 2전자 전달 매개체, 예컨대 다른 유기 퀴논 및 히드로퀴논에 적용되는 것으로 생각된다. 상기 매개체의 예는 페난트롤린 퀴논; 페노티아진 및 페녹사진 유도체, 예컨대 3-페닐이미노-3H-페노티아진(PIPT) 및 3-페닐이미노-3H-페녹사진(PIPO); 3-(페닐아미노)-3H-페녹사진; 페노티아진; 및 7-히드록시-9,9-디메틸-9H-아크리딘-2-온 및 이들의 유도체를 포함한다. 또한, 테스트 센서의 보관 동안 수분의 관찰된 효과는 1전자 전달 매개체, 예컨대 1,1'-디메틸 페로센, 페로시아나이드 및 페리시아나이드, 루테늄(III) 및 루테늄(II) 헥사아민에도 적용되는 것으로 생각된다.
피크 시간, 바이어스 및/또는 정밀도에 대한 놀라운 결과에 대한 하나의 가능한 설명은 덜 침습적인 건조제가 테스트 센서 시약 조성물 내의 효소의 예기치 않게 우수한 보호를 제공할 수 있다는 것이다. 덜 침습적인 건조제, 예컨대 실리카 겔은 통상적인 건조제보다 FAD-GDH 효소와 더 상용성으로 보였지만, 덜 침습적인 건조제는 매개체에 대한 충분한 보호를 제공하였다. 바이오센서 측정 성능에 대한 효소 활성 상실의 영향은 특히 고 글루코스 샘플에 대해 이전에 과소평가되었다.
도 4는 상이한 유형 및 수준의 건조제가 담긴 용기 내에서 -20℃(다이아몬드 기호), 50℃(삼각형 기호) 또는 실온(정사각형 기호)에서 2주 동안 밀봉된 테스트 센서에 대한 센서내 FAD-GDH 효소 활성의 그래프를 도시한 것이다. 진하게 채워진 기호는 종래의 분자체 건조제에 대응하고, 개방된 기호는 실리카 겔 건조제에 대응한다. 건조제는 -20℃에서 효소 활성의 유의한 상실을 유발하는 것으로 보이지 않았다. 50℃에서 2주 동안 보관한 후, 건조제가 없는 경우 용기 내의 밀봉된 센서에 대해 센서 효소 활성이 약 13% 감소하였다(0 mg 건조제 / 센서; 13.4% = 100% x [(0.819 U/센서 - 0.709 U/센서) / 0.819 U/센서]). 효소 활성은 50℃에서 2주 동안 종래의 분자체 건조제(진하게 채워진 삼각형 기호)와 함께 용기 내의 밀봉된 센서에 대해, 심지어 센서당 7.5 mg 건조제의 비교적 낮은 수준에서도(38.7% = 100% x [(0.819 U/센서 - 0.502 U/센서) / 0.819 U/센서] ; 22.5 mg/센서의 경우, 40.3% = 100% x [(0.819 U/센서 - 0.489 U/센서) / 0.819 U/센서]) 약 40% 감소하였다. 이와 대조적으로, 10 mg 실리카 겔 건조제와 함께 용기 내의 50℃에서 2주 동안 밀봉된 센서 유지된 효소 활성(개방된 삼각형 기호)은 7.5 mg의 통상적인 건조제와 함께 밀봉된 센서의 것보다 약 28% 더 높았다(28.3% = 100% x [(0.644 U/센서 0.502 U/센서) / 0.502 U/센서]). 50℃에서 2주 동안 보관한 후, 실리카 겔 건조제와 함께 밀봉된 센서는 약 73 - 79%의 효소 활성을 보유하였다(개방된 삼각형 기호; 73.4% 보유는 26.6% 감소 = 100% x [(0.819 U/센서 - 0.601 U/센서) / 0.819 U/센서]에 대응하고; 78.6% 보유는 21.4% 감소 = 100% x [(0.8 U/센서 - 0.644 U/센서) / 0.8 U/센서]에 대응한다). 실온 보관의 경우에도, 종래의 분자체 건조제와 함께 용기에 밀봉된 테스트 센서(진하게 채워진 정사각형 기호)는 실리카 겔 건조제와 함께 용기에 밀봉된 테스트 센서에 의해 보유된 것보다 약 5% 더 낮은 보유된 효소 활성을 보였다(개방된 정사각형 기호; 즉, 4.5% = 100% x [(0.763 U/센서 - 0.729 U/센서) / 0.763 U/센서]; 5.2% = 100% x [(0.753 U/센서 - 0.714 U/센서) / 0.753 U/센서]).
도 1 내지 3의 결과와 조합된 도 4의 결과는 FAD-GDH 효소가 그의 천연 구조 및 활성을 유지하기 위해 최소 수준의 수분을 필요로 한다는 분석과 일치한다. 종래의 분자체 건조제와 함께 용기에 밀봉되고 이후에 600 mg/dL의 글루코스 농도를 결정하기 위해 사용된 센서의 예에서, 분자체 건조제가 증가할 때 음의 바이어스의 증가(도 2A)는 FAD-GDH 효소 활성의 약 40% 상실과 상관된다(도 4). 이와 대조적으로, 실리카 겔 건조제와 함께 용기에 밀봉되고 이후에 600 mg/dL의 글루코스 농도를 결정하기 위해 사용한 센서에서, 실리카 겔 건조제가 증가할 때 비교적 일정한 0 근접(near-zero) 바이어스(도 2B)는 FAD-GDH 효소 활성의 단지 21-27% 상실과 상관된다(도 4).
표 3은 상이한 유형의 건조제가 담긴 용기에 50℃에서 2주 동안 밀봉된 테스트 센서에 대한 센서내 FAD-GDH 효소 활성("효소 회수")을 나열한 것이다. 상기 테스트 센서는 효소 안정제로서 소르비톨을 함유하는 시약 조성물, 또는 효소 안정제 미함유 시약 조성물을 포함하였다. 사용된 건조제는 실리카 겔, 분자체 13x(MS-13x), 및 분자체 4A 함유 바틀 슬리브(bottle sleeve)이었다. "분자체 4A" 건조제는 약 4 옹스트롬의 유효 기공 크기를 함유하는 "타입 A" 결정 구조를 갖는 나트륨 알루미노실리케이트를 포함하였다. 대조군 테스트 센서에 대한 시약 조성물은 물, 80 밀리몰(mM) 3-(2',5'-디술포페닐이미노)-3H-페노티아진 비스-나트륨 염 매개체, 3.75 효소 단위 FAD-GDH/마이크로리터, 중량 평균 분자량(Mw)이 300,000인 0.2%(w/w) 히드록시에틸렌 셀룰로스(HEC) 결합제, Mw가 90,000인 0.362%(w/w) HEC 결합제, 112.5 mM Na2HPO4 완충제 염, 0.225%(w/w) N-옥타노일-N-메틸-D-글루카민(MEGA-8), 및 0.01%(w/w) 나트륨 메틸 코코일 타우레이트(게로폰 TC-42)를 포함하는 시약 유체의 예치 및 건조에 의해 형성하였다. "소르비톨"로 표시된 테스트 센서에 대한 시약 조성물은 시약 유체가 0.4%(w/w) 소르비톨을 또한 포함하는 것을 제외하고는 대조군 센서와 유사하게 형성하였다.
효소 활성에 대한 건조제 및 시약 조성물의 효과
% 효소 회수
건조제 대조군 소르비톨
실리카 겔 83.8 89.4
분자체 13x 73.4 82.1
분자체 4A 함유 바틀 슬리브 74.0 79.0
본 실시예에서, 순수한 분자체 건조제 또는 바틀 슬리브 건조제와 함께 용기에 밀봉된 테스트 센서는 각각 26.6% 및 26%의 효소 활성 감소를 보였다. 이와 대조적으로, 실리카 겔 건조제와 함께 용기에 밀봉된 테스트 센서는 단지 효소 활성의 16.2% 감소만을 보였다. 따라서, 분자체 또는 바틀 슬리브 건조제를 실리카 겔 건조제로 교체하면, 효소 안정성이 38-39%(39% = 100% [(26.6% - 16.2%) / 26.6%]; 38% = 100% [(26% - 16.2%) / 26%]) 개선되었다. 0.4% 소르비톨을 함유하는 시약 조성물에서 효소의 안정성은 각각의 건조제에 대한 효소 활성의 상실을 감소시켰다. 그러나, 분자체 건조제 또는 바틀 슬리브 건조제와 함께 밀봉된 소르비톨-안정화된 테스트 센서는 실리카 겔 건조제에 의한 효소 불활성화의 양보다 거의 2배의 불활성화를 허용하였다(종래의 분자체의 17.9% 불활성화 및 바틀 슬리브의 21% 불활성화, 대 실리카 겔의 10.6% 불활성화).
표 4는 상이한 유형의 건조제가 담긴 용기에 50℃에서 2주 동안 밀봉된 테스트 센서에 대한 센서내 FAD-GDH 효소 활성("효소 회수")을 나열한 것이다. 사용된 건조제는 실리카 겔, 분자체 13x, 및 2개의 상이한 중합체-블렌딩된 건조제 - 분자체로 코팅된 폴리프로필렌 필름, 및 실리카 겔로 코팅된 폴리프로필렌 필름이었다. 중합체 블렌딩된 건조제는 멀티소르브 테크놀로지스(Multisorb Technologies, 미국 뉴욕주 버팔로)로부터 얻었다. 테스트 센서에 대한 시약 조성물은 상기 표 3의 대조군 테스트 센서의 제조에 따라 제조된 시약 유체의 예치 및 건조에 의해 형성하였다.
효소 활성에 대한 건조제의 효과
건조제 % 효소 회수
실리카 겔 86.4
분자체 13x 76.1
분자체 함유 폴리프로필렌 필름 83.0
실리카 겔 함유 폴리프로필렌 필름 87.1
본 실시예에서, 분자체 건조제와 폴리프로필렌의 블렌딩은 83%의 효소 활성의 보유를 제공하였고, 이것은 실리카 겔 건조제에 의해 제공되는 것(86.4%)에 대등하였다. 따라서, 분자체의 건조 능력의 저해는 열 스트레스 동안 효소가 그의 활성을 보유하도록 허용하였다.
따라서, 건조제가 담긴 용기에 밀봉된 다수의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템에 대해, 시스템은 테스트 센서를 상이한 조건에서 보관한 후에 테스트 센서의 시약 조성물 내의 레독스 효소 활성의 보유를 측정함으로써 평가할 수 있다. 상기 평가에서, 다수의 테스트 센서를 50℃의 온도에서 2주 동안 건조제가 담긴 용기에 밀봉하고, 여기서 각각의 테스트 센서는 2개 이상의 전도체를 포함하고, 그 중 하나는 작용 전극이고, 활성을 갖는 레독스 효소를 포함하는 시약 조성물은 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된다. 이어서, 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 각각의 테스트 센서의 시약 조성물 내의 레독스 효소의 활성을 측정한다. 본 실시예에서, 각각의 테스트 센서의 시약 조성물은 바람직하게는 75% 이상의 레독스 효소 활성을 보유한다. 더욱 바람직하게는, 본 실시예에서 각각의 테스트 센서의 시약 조성물은 바람직하게는 80% 이상의 레독스 효소 활성을 보유하고, 더욱 바람직하게는 85% 이상의 레독스 효소 활성을 보유한다. 바람직하게는, 본 실시예에서 복수의 테스트 센서의 수는 5개 이상이고, 바람직하게는 10개 이상, 25개 이상, 50개 이상, 또는 100개 이상이다.
하나 이상의 출력 전류 값, 예컨대 도 1a 내지 도 1d에 도시된 출력 전류 값과 샘플 내의 분석물 농도의 상관성은 측정 오차를 처리하기 위해 조정할 수 있다. 바이오센서 분석과 상관된 오차를 교정하기 위한 한 방법은 출력 전류 값의 중간 전류 값으로부터 추출된 인덱스 함수(index function)를 사용하여 출력 전류 값으로부터 샘플 내의 분석물 농도를 결정하기 위한 상관성을 조정하는 것이다. 인덱스 함수는 결정된 분석물 농도의 바이어스를 야기할 수 있는 분석물 내의 하나 이상의 오차에 대해 출력 전류 값으로부터 분석물 농도를 결정하기 위한 상관성을 보상할 수 있다. 인덱스 함수는 분석의 하나 이상의 오차에 의한 분석물 농도와 출력 전류 값 사이의 상관성의 바이어스에 대응한다.
분석물 농도 결정시의 바이어스는 하나 이상의 오차 파라미터로부터 얻은 하나 이상의 △S 값에 의해 표시될 수 있다. △S 값은 하나 이상의 오차 파라미터로부터 결정된 분석물 농도와 출력 전류 값 사이의 상관성의 기울기 편차를 나타낸다. 상관성의 기울기는 샘플 분석물 농도의 제시된 변화에 대한 출력 전류의 변화에 대응한다. 기울기 또는 기울기의 변화에 대응하는 인덱스 함수는 출력 전류 값의 변화의 통계학적 효과를 감소시키고, 출력 전류 값 변화의 차이를 개선하고, 출력 전류 값의 측정을 표준화하고, 이들의 조합을 위해서 등을 위해 정규화할 수 있다. 조정된 상관성은 출력 전류 값으로부터 생물학적 샘플 내의 분석물 농도를 결정하기 위해 사용할 수 있고, 종래의 바이오센서에 비해 개선된 정확성 및/또는 정밀도를 가질 수 있다. 인덱스 함수 및 △S 값을 사용한 오차 교정은 예를 들어 발명의 명칭이 "기울기 기반의 보상(Slope-Based Compensation)"인 우의 미국 특허 공개 제2009/0177406호 및 2009년 12월 8일 출원되고 국제 특허 공개 제WO 2010/077660호로 공개된, 발명의 명칭이 "복합 인덱스 함수(Complex Index Functions)"인 국제 특허 출원 제PCT/US2009/067150호에 개시되어 있다. 인덱스 함수 및 △S 값을 사용한 오차 교정에 대한 상기 특허 출원의 개시내용은 본원에 참고로 포함된다.
인덱스 함수는 출력 신호, 예컨대 도 1a 내지 도 1d에 도시된 출력 신호로부터 추출된 비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 출력 신호 값은 개별적인 펄스-신호 감퇴기(감퇴 사이클) 내에서, 예컨대 비 R3 = i 3 ,3/i 3 ,1 등으로 비교될 수 있고, 여기서, i 3 ,3은 제3 신호 감퇴에 대해 기록된 제3 전류값이고, i 3 ,1은 제3 신호 감퇴에 대해 기록된 제1 전류값이다. 또 다른 실시예에서, 중간 출력 신호 값은 별개의 펄스-신호 감퇴기 사이에서, 예컨대 비 R4/3 = i 4 ,3/i 3 ,3 등으로서 비교될 수 있고, 여기서, i 4 ,3은 제4 신호 감퇴에 대해 기록된 제3 전류값이다.
인덱스 함수는 출력 신호, 예컨대 도 1a 내지 도 1d에 도시된 출력 신호로부터 추출된 비의 조합을 포함할 수 있다. 한 예에서, 인덱스 함수는 비의 비, 예컨대 비3/2 = R3/R2, 비4/3 = R4/R3 등을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 인덱스 함수는 인덱스의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인덱스 조합 인덱스-1은 인덱스-1 = R4/3 - Ratio3/2로 표시될 수 있다. 또 다른 예에서, 조합 인덱스 함수 인덱스-2는 인덱스-2 =(R4/3)p -(비3/2)q 로 표시될 수 있고, 여기서 p 및 q는 독립적으로 양수이다.
인덱스 함수는 함수가 가중 계수에 의해 변경된 항의 조합을 포함할 때 복잡하다. 조합은 바람직하게는 선형 조합이지만, 항에 대해 가중 계수를 제공하는 다른 조합 방법이 사용될 수 있다. 각각의 항은 하나 이상의 오차 파라미터를 포함할 수 있다. 복잡한 인덱스 함수의 예는 다음과 같이 표시된다:
[식 1]
f(CIndex) = a1 +(a2)(R3/2)+(a3)(R4/3)+(a4)(R5/4)+(a5)(R3/2)(Graw)+
(a6)(R4/3)(Graw)+(a7)(R3/2)(Temp)+(a8)(R4/3)(Temp)+(a9)(Temp)+
(a10)(Graw)+...
여기서, a1은 상수이고, a2 - a10은 독립적으로 가중 계수이고, Graw는 보상 없이 결정된 샘플의 분석물 농도이고, Temp는 온도이다. 각각의 가중 계수(a2 -a10) 뒤에 그의 관련 항이 존재한다.
식 1로 표시되는 복잡한 인덱스 함수에 3개 이상의 기본적인 종류의 항이 존재한다:(1) 출력 신호로부터 추출된 개별적인 비 인덱스, 예컨대 R3/2 및 R4/3,(2) 출력 신호로부터 추출된 비 인덱스와 온도 또는 Graw 사이의 상호작용 항, 예컨대(R3/2)(Graw) 및(R3/2)(Temp), 및(3) 온도 및 Graw . 항은 Graw를 비롯하여 오차 파라미터 이외의 다른 값을 포함할 수 있다. 또한, 이전에 설명된 바와 같이 조합 인덱스 함수를 포함하고 이로 제한되지 않는 다른 항이 사용될 수 있다. 복잡한 인덱스 함수는 항이 적절한 값으로 교체될 때 복잡한 인덱스 값을 제공하기 위해 풀릴 수 있다. 하나 이상의 상수 및 가중 계수를 결정하기 위해 통계적 처리를 다중항에 대해 수행할 수 있다. 미니탭(MINITAB)(미니탭 인크.(MINTAB, INC., 미국 펜실베이니아주 스테이트 칼리지))을 비롯한 통계 패키지 소프트웨어가 통계적 처리를 수행하기 위해 사용될 수 있다.
상수 a1은 회귀 또는 다른 수학적 기술에 의해 결정될 수 있다. 단일 상수가 식 1에 제시되지만, 상수는 필요하지 않고; 1 초과의 상수가 사용될 수 있고, 0일 수 있다. 따라서, 하나 이상의 상수가 복잡한 인덱스 함수에 포함될 수 있거나 포함되지 않을 수 있다.
복잡한 인덱스 함수는 가중 계수에 의해 수식된 2개 이상의 항을 포함하고, 인덱스 함수의 항의 기여도를 개별적으로 가중하는 능력을 제공한다. 가중 계수는 0 또는 1 이외의 다른 수치값이다. 바람직하게는, 오차 파라미터를 포함하는 각각의 항은 가중 계수에 의해 수식된다. 보다 바람직하게는, 복잡한 인덱스 함수의 각각의 비상수항은 가중 계수에 의해 수식된다. 가중 계수는 양수 또는 음수 값을 가질 수 있다. 가중 계수는 다수의 분석물 농도, 상이한 헤마토크릿 수준, 상이한 온도 등의 조합으로부터 수집된 실험 데이타의 통계적 처리를 통해 결정될 수 있다.
바람직하게는, 글루코스 분석에서 인덱스 함수는 헤마토크릿 함량의 변동과 상관된 오차를 교정한다. 예를 들어, 종래의 바이오센서 시스템은 샘플의 실제 헤마토크릿 함량과 무관하게 전혈 샘플에 대해 40%(v/v) 헤마토크릿 함량을 추정하는 글루코스 농도를 보고하기 위해 설정될 수 있다. 상기 시스템에서, 40% 미만 또는 초과의 헤마토크릿를 함유하는 혈액 샘플에 대해 수행된 임의의 글루코스 측정은 오차를 포함하고, 따라서 헤마토크릿 효과에 의한 바이어스를 가질 것이다.
헤마토크릿 함량의 변동과 상관된 오차를 교정하는 인덱스 함수의 계산은 헤마토크릿 함량에 따라 상이한 출력 신호를 생성하는 테스트 센서를 사용하여 용이해질 수 있다. 일부 바이오센서의 경우, R5/4 비 파라미터는 샘플 내의 헤마토크릿의 지시자로서 기능하였고, 샘플의 헤마토크릿 함량을 설명하기 위해 측정된 분석물 농도를 조정하기 위해 사용되었다. R5/4 비 파라미터는 게이티드 전류 측정 펄스 시퀀스, 예컨대 도 1a - 1d의 시퀀스의 제4 및 제5 펄스에 응답하여 분석물에 의해 생성된 전류 사이의 관계를 나타낸다.
도 5는 -20℃에서 2주 동안 보관된 테스트 센서에 대한 R5/4 비 파라미터에 비해, 50℃에서 2주 동안 보관된 테스트 센서에 대한 R5/4 비 파라미터의 변화 그래프를 도시한 것이고, 여기서 테스트 센서는 테스트 센서의 작용 전극 이상의 상이한 효소 밀도 수준을 가졌다. 2종류의 데이타 점은 2개의 상이한 음이온성 계면활성제 포스폴란 CS131(노닐페놀 에톡실레이트 포스페이트) 및 게로폰 TC-42를 나타낸다.
보다 높은 효소 농도에서, 50℃에서 보관된 테스트 센서에 대한 R5/4 비 파라미터와 -20℃에서 보관된 테스트 센서에 대한 R5/4 비 파라미터 사이의 차이는 보다 작았다. 이러한 경향은 시약 조성물에 사용된 두 종류의 음이온성 계면활성제에서 분명하였다. R5/4 비 파라미터는 분석물 측정치를 교정하기 위한 인덱스 함수의 변수로서 사용될 수 있기 때문에, 환경 인자에 의한 파라미터의 보다 작은 변화가 바람직하다. 따라서, 덜 침습적인 건조제에 의해 제공되는 효소 활성의 보유 증가는 교정 인자의 변동 감소라는 추가의 이점을 제공할 수 있다.
도 1 내지 5에 사용된 테스트 센서의 시약 조성물 내의 효소는 FAD-GDH 효소이었다. 테스트 센서의 보관 동안 잔류 수분의 관찰된 효과는 다른 실질적으로 수용성인 효소 시스템, 예컨대 알콜 데히드로게나아제, 락테이트 데히드로게나아제, β-히드록시부티레이트 데히드로게나아제, 글루코스-6-포스페이트 데히드로게나아제, 글루코스 옥시다아제(GOx), 글루코스 데히드로게나아제, 포름알데히드 데히드로게나아제, 말레이트 데히드로게나아제, 및/또는 3-히드록시스테로이드 데히드로게나아제를 포함하는 시스템에 적용되는 것으로 생각된다.
바람직한 효소 시스템은 산소 독립적이며, 따라서 실질적으로 산소에 의해 산화되지 않는다. 하나의 그러한 산소 독립적 효소 패밀리로는 글루코스 데히드로게나아제(GDH)가 있다. 상이한 조효소 또는 공동 인자를 사용하여, GDH는 상이한 매개체에 의해 상이한 방식으로 매개될 수 있다. 공동 인자, 예컨대 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(FAD)는, 그의 GDH와의 회합에 따라, FAD-GDH의 경우에서와 같이 호스트(host) 효소에 의해 강하게 잡힐 수 있거나, 또는 피롤로퀴놀린퀴논(PQQ)와 같은 공동 인자는 PQQ-GDH에서와 같이 호스트 효소에 공유 결합될 수 있다. 이들 효소 시스템 각각에서의 공동 인자는 호스트 효소에 의해 영구적으로 잡힐 수 있거나, 또는 조효소 및 아포효소(apo-enzyme)는 효소 시스템을 시약 유체에 첨가하기 전에 재구성할 수 있다. 또한 조효소는 독립적으로 시약 유체 중 호스트 효소 모이어티에 첨가하여, NAD 의존성 글루코스 데히드로게나아제(NAD-GDH)와 조합된 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 NAD/NADH+ 또는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 NADP/NADPH+의 경우에서와 같이 호스트 효소의 촉매적 기능을 도울 수 있다.
테스트 센서를 위한 시약 조성물의, 그리고 시약 조성물을 형성하기 위한 시약 유체의 성분은 예를 들어 발명의 명칭이 "바이오센서를 위한 다공성 입자 시약 조성물, 장치 및 방법(Porous Particle Reagent Compositions, Devices, and Methods for Biosensors)"인 주의 미국 특허 공개 제2009/0178936호, 및 발명의 명칭이 "바이오센서를 위한 낮은 전체 염의 시약 조성물 및 시스템(Low Total Salt Reagent Compositions And Systems)"인, 2009년 12월 7일에 출원되고 국제 특허 공개 제WO 2010/0077598호로 공개된 국제 특허 출원 제PCT/US2009/066963호에 개시되어 있다. 시약 조성물 형성용 유체 및 시약 조성물 성분에 관한 이들 특허 출원의 개시내용은 본원에 참고로 포함된다.
테스트 센서 내에서의 효소 활성 및 테스트 센서의 측정 성능 둘 모두는 센서를 위한 용기 내에 사용한 건조제의 유형에 의해 영향을 받는 것으로 보인다. 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉시킬 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착하는, 또는 바람직하게는 그의 중량의 10% 이하 또는 5 - 10%의 물을 흡착하는 건조제는 심지어 당 또는 당 알코올과 같은 효소 안정제의 부재 하에서도 효소가 그의 활성 상태 면에서 유지되게 하는 시약 조성물 중 잔류 수분 수준을 제공할 수 있다. 이와는 대조적으로, 분자체와 같은 강한 건조제에 의한 시약 조성물의 과도한 건조는 효소를 불활성화시킬 수 있다. 덜 강한 건조제는 패키지 내의 습도 수준이 20% RH를 초과할 때에만 대기로부터 물을 흡착함으로써 테스트 센서를 위한 용기 내의 효소 및 매개체에 있어서의 반대되는 수분 요건들의 균형을 맞출 수 있다. 따라서, 덜 강한 건조제는 효소 활성에 악영향을 주지 않고서 고 수분으로부터 매개체를 보호할 수 있다.
테스트 센서의 측정 성능은 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉시킬 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착하는 건조제를 포함하는 용기 내에 테스트 센서를 밀봉함으로써 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉시킬 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착하는 건조제를 포함하는 용기 내에 밀봉시킨 테스트 센서는, 건조제를 갖지 않거나 또는 분자체와 같은 통상적인 건조제를 갖는 용기 내에 밀봉시킨 테스트 센서와 비교할 때 증가된 측정 정확도를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉시킬 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착하는 건조제를 포함하는 용기 내에 밀봉시킨 테스트 센서는, 건조제를 갖지 않거나 또는 분자체와 같은 통상적인 건조제를 갖는 용기 내에 밀봉시킨 테스트 센서와 비교할 때 테스트 센서의 시약 조성물 중 레독스 효소의 더 높은 백분율의 활성을 유지할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉시킬 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착하는 건조제를 포함하는 용기 내에 밀봉시킨 복수의 테스트 센서는, 건조제를 갖지 않거나 또는 분자체와 같은 통상적인 건조제를 갖는 용기 내에 밀봉시킨 복수의 테스트 센서와 비교할 때 증가된 측정 정밀도를 가질 수 있다.
도 6은 테스트 센서를 사용하여 샘플 중 분석물 농도를 측정하는 바이오센서(600)의 개략도를 도시한다. 바이오센서(600)는 생물학적 유체, 예컨대 전혈, 소변, 타액 등 중의 알코올, 글루코스, 요산, 락테이트, 콜레스테롤, 빌리루빈, 유리 지방산, 트리글리세라이드, 단백질, 케톤, 페닐알라닌, 효소 등과 같은 하나 이상의 분석물의 농도의 측정에 이용될 수 있다. 특정 구성이 예시되어 있지만, 바이오센서(600)는 추가의 구성요소를 포함하는 것을 포함하는 다른 구성을 가질 수 있다.
바이오센서 시스템(600)은 측정 장치(602) 및 테스트 센서(604)를 포함한다. 측정 장치(602)는 벤치톱 장치, 휴대용 또는 핸드헬드 장치 등으로 구현될 수 있다. 핸드헬드 장치는 인간 손이 쥘 수 있는 장치이며, 휴대용이다. 핸드헬드 장치의 일례로는 미국 인디애나주 엘카르트의 바이엘 헬스케어, 엘엘씨(Bayer HealthCare, LLC)로부터 입수가능한 어센시아(Ascensia)? 엘리트 혈중 글루코스 모니터링 시스템(Elite Blood Glucose Monitoring System)의 측정 장치이다. 테스트 센서(604)가 보관된 용기 내의 잔류 수분 수준을 유지하는 건조제는 샘플 중 분석물의 농도 측정에 있어서 바이오센서(600)의 정확도 및/또는 정밀도를 개선시킨다.
테스트 센서(604)는 개구(612)를 갖는 저장체(608)를 형성하는 기부(606)을 갖는다. 임의의 채널(610)은 저장체(608)와 개구(612) 사이에 유체 연통을 제공할 수 있다. 저장체(608) 및 채널(610)은 통기구를 갖는 뚜껑으로 덮일 수 있다(예시되지 않음). 저장체(608)는 부분적으로 봉입되는 부피를 규정한다. 저장체(608)는 수팽윤성 중합체 또는 다공성 중합체 매트릭스와 같이 액체 샘플의 보유를 돕는 조성물을 함유할 수 있다. 시약은 저장체(608) 및/또는 채널(610) 내에 예치될 수 있다. 시약은 하나 이상의 효소, 매개체, 결합제 및 기타 활성 또는 비반응성 종을 포함한다. 작용 전극(607)에서의 시약 조성물은 낮은 전체 염의 시약 조성물을 포함할 수 있다. 대전극(605)은 동일하거나 또는 상이한 시약 조성물, 바람직하게는 효소 시스템이 결여된 것을 사용하여 형성될 수 있다. 테스트 센서(604)는 또한 부분적으로 봉입된 부피의 저장체(608)과 전기적 연통 상태로 있는 샘플 인터페이스(614)를 가질 수 있다. 테스트 센서(604)는 다른 구성을 가질 수 있다.
테스트 센서(604)는 측정 장치(602)에 인접하여 배치된다. 인접하다는 것은 샘플 인터페이스(614)가 센서 인터페이스(618)와 전기적 연통 상태로 있는 위치들을 포함한다. 전기적 연통은 샘플 인터페이스(614) 내의 도체(609)와 센서 인터페이스(618) 내의 접점 사이의 입력 및/또는 출력 신호의 와이어드(wired) 또는 와이어리스(wireless) 전달을 포함한다.
샘플 인터페이스(614)는 작용 전극(607) 및 대전극(605)에 연결된 도체(609)를 갖는다. 상기 전극들은 실질적으로 동일 평면에 존재하거나 또는 하나 초과의 평면에 존재할 수 있다. 전극(605, 607)은 저장체(608)를 형성하는 기부(606)의 표면 상에 배치될 수 있다. 전극(605, 607)은 저장체(608) 내로 연장되거나 또는 돌출될 수 있다. 유전체층은 도체(609) 및/또는 전극(605, 607)을 부분적으로 덮을 수 있다. 매개체는 작용 전극 및 대전극 상에 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 샘플 인터페이스(614)는 다른 전극 및 도체를 가질 수 있다.
측정 장치(602)는 센서 인터페이스(618) 및 디스플레이(620)에 연결된 전기 회로(616)를 포함한다. 전기 회로(616)는 신호 발생체(624), 임의의 온도 센서(626), 및 저장 매체(628)에 연결된 프로세서(622)를 포함한다. 측정 장치(602)는 다른 구성요소 및 구성을 가질 수 있다.
신호 발생체(624)는 프로세서(622)에 응답하여 센서 인터페이스(618)에 전기적 여기 신호를 제공한다. 전기적 여기 신호는 전기적 여기 신호를 샘플에 적용하기 위하여 센서 인터페이스(618)에 의해 샘플 인터페이스(614)에 전송될 수 있다. 전기적 여기 신호는 전위 또는 전류일 수 있으며, AC 신호가 DC 신호 오프셋(offset)에 의해 적용될 때와 같이 일정하거나, 가변적이거나 또는 이의 조합일 수 있다. 전기적 여기 신호는 단일 펄스로서 또는 다수의 펄스, 시퀀스 또는 사이클로 적용될 수 있다. 신호 발생체(624)는 또한 발생체-기록체로서 센서 인터페이스(618)로부터 수신되는 신호를 기록할 수 있다.
임의의 온도 센서(626)는 샘플의 분석 동안 사용하기 위한 온도를 측정한다. 샘플의 온도는 직접적으로 측정되거나, 출력 신호로부터 계산되거나, 또는 바이오센서(600)를 구현하는 측정 장치(602)의 온도 또는 주위 온도의 측정과 동일하거나 유사한 것으로 추정될 수 있다. 온도는 서미스터(thermister), 온도계, 적외광 센서, 열전대열 또는 기타 온도 감지 장치를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 기술을 이용하여 샘플 온도를 측정할 수 있다.
저장 매체(628)는 자기, 광, 또는 반도체 메모리, 또 다른 저장 장치 등일 수 있다.　저장 매체(628)는 고정 메모리 장치, 착탈식 메모리 장치, 예컨대 메모리 카드 - 원격 접근식 - 등일 수 있다.
프로세서(622)는 저장 매체(628) 내에 저장된 데이터 및 프로세서 판독가능 소프트웨어 코드를 사용하여 분석물 분석 및 데이터 처리를 구현한다. 프로세서(622)는 센서 인터페이스(618)에서의 테스트 센서(604)의 존재, 테스트 센서(604)에의 샘플의 적용, 사용자 입력 등에 응답하여 분석물 분석을 시작할 수 있다. 프로세서(622)는 신호 발생체(624)를 유도하여 전기적 입력 신호를 센서 인터페이스(618)에 제공한다.
프로세서(622)는 센서 인터페이스(618)로부터의 출력 신호를 수신하여 측정한다. 출력 신호는 전기적 신호, 예컨대 전류 또는 전위일 수 있다. 출력 신호는 언더필(underfill) 관리 시스템에서 사용되는 것과 같은 폴링(polling) 출력 신호를 포함할 수 있다. 출력 신호는 샘플의 분석물 농도를 측정하기 위하여 사용되는 샘플 중 측정가능 종의 레독스 반응에 응답하여 발생되는 분석적 출력 신호를 포함한다. 프로세서(622)는 폴링 및/또는 분석적 출력 신호를 하나 이상의 역치와 비교할 수 있다.
프로세서(622)는 바람직하게는 초기 전류 값이 감퇴에서 뒤따르는 것보다 크고 샘플을 테스트 센서(604)에 도입한지 약 3초 미만 내인 여기로부터의 전류 값을 수득하기 위하여 출력 신호를 측정한다. 더 바람직하게는 프로세서(622)는 테스트 센서(604)에 샘플을 도입한지 약 3초 미만 내에 전류 값을 수득하기 위하여 출력 신호를 측정하며, 제1 전류 값에 뒤따르는 전류 값이 계속 감소하는 여기로부터 기록된 제1 전류 값을 수득한다. 더욱더 바람직하게는, 프로세서(622)는 테스트 센서(604)에 샘플을 도입한지 약 3초 미만 내에 전류 값을 수득하기 위하여 출력 신호를 측정하여, 제1 전류 값에 뒤따르는 전류 값이 계속 감소하는 여기로부터 기록된 제1 전류 값을 수득하고, 테스트 센서의 최대 동적 성능 동안의 전류 값을 수득한다.
프로세서(622)는 하나 이상의 상관식을 이용하여 출력 신호로부터 분석물 농도를 측정한다. 분석물 분석 결과는 디스플레이(620)에의 출력일 수 있으며, 저장 매체(628)에 저장될 수 있다. 바람직하게는, 분석물 분석 결과는 테스트 센서에 샘플을 도입한지 5초 이하 이내의 디스플레이(620)에의 출력이며, 더 바람직하게는 상기 결과는 테스트 센서에 샘플을 도입한지 3초 이하 이내의 디스플레이(620)에의 출력이다.
분석물 농도 및 출력 전류 값에 관련된 상관식은 그래프로, 수학적으로, 이들의 조합 등으로 나타낼 수 있다. 상관식은 프로그램 번호(program number; PNA) 표, 또 다른 룩업(look-up) 표 등에 의해 나타낼 수 있으며, 이는 저장 매체(628)에 저장한다. 분석물 분석의 구현에 관한 지시사항은 저장 매체(628)에 저장된 컴퓨터 판독가능 소프트웨어 코드에 의해 제공될 수 있다. 코드는 오브젝트(object) 코드, 또는 본원에 기술된 기능성을 설명하거나 또는 제어하는 임의의 다른 코드일 수 있다. 분석물 분석으로부터의 데이터는 프로세서(622)에서 감퇴 속도, K 상수, 비 등의 결정을 포함하는 하나 이상의 데이터 처리에 처할 수 있다.
센서 인터페이스(618)는 테스트 센서(604)의 샘플 인터페이스(614)에서 도체(609)와 연결되거나 또는 전기적으로 통신하는 접점을 갖는다. 전기적 통신은 와이어를 통한 것, 와이어리스 등을 포함한다. 센서 인터페이스(618)는 전기적 여기 신호를 접점을 통하여 신호 발생체(624)로부터 샘플 인터페이스(614) 내의 도체(609)로 전송한다. 또한 센서 인터페이스(618)는 샘플 인터페이스(614)로부터의 출력 신호를 프로세서(622) 및/또는 신호 발생체(624)로 전송한다.
디스플레이(620)는 아날로그 또는 디지털일 수 있다. 디스플레이는 LCD, LED, OLED, TFT, 진공 형광 또는 기타 디스플레이 - 이는 수치적 판독치를 디스플레이하도록 된 것임 - 일 수 있다. 다른 디스플레이가 사용될 수 있다. 디스플레이(620)는 프로세서(622)와 전기적으로 통신한다. 디스플레이(620)는 프로세서(622)와 와이어리스 통신을 할 때와 같이 측정 장치(602)로부터 분리될 수 있다. 대안적으로, 디스플레이(620)는 측정 장치(602)가 원격 컴퓨팅 장치, 의약 투약 펌프 등과 전기적으로 통신할 때와 같이 측정 장치(602)로부터 제거될 수 있다.
사용에 있어서, 바이오센서 시스템(600)은 샘플의 분석 이전에 하나 이상의 진단적 루틴(routine) 또는 기타 준비 기능을 활성화하고 수행한다. 테스트 센서(604)의 샘플 인터페이스(614)는 측정 장치(602)의 센서 인터페이스(618)와 전기적 및/또는 광학적 통신 상태로 있다. 전기적 통신은 센서 인터페이스(618) 내의 접점과 샘플 인터페이스(614) 내의 도체 사이의 입력 및/또는 출력 신호의 전달을 포함한다. 테스트 센서(604)는 샘플, 바람직하게는 액체 형태의 생물학적 유체를 받는다. 샘플은 샘플을 개구(612)로 도입함으로써 저장체(608)에 의해 형성된 볼륨 내로 전달된다. 샘플은 임의의 채널(610)을 관통하여 저장체(608) 내로 유동하여서, 이전에 함유된 공기를 방출하면서 볼륨을 채우게 된다. 샘플은 채널(610) 및/또는 저장체(608) 내에 예치된 시약과 화학적으로 반응한다. 바람직하게는 샘플은 유체, 더 바람직하게는 액체이다.
프로세서(622)는 바람직하게는 샘플이 분석을 위하여 존재하는 시간 또는 존재하지 않는 시간을 인식한다. 샘플 인터페이스(614)는 샘플 출력 신호를 센서 인터페이스(618)에 제공한다. 프로세서(622)는 센서 인터페이스(618)로부터 샘플 출력 신호를 받는다. 프로세서(622)는 디스플레이(620) 상에 샘플 출력 신호를 나타낼 수 있고/있거나 저장 매체(628) 내에 샘플 출력 신호를 저장할 수 있다. 프로세서(622)는 샘플 폴링 출력 신호가 하나 이상의 샘플 역치에 도달할 때 또는 전기 전도성이 둘 이상의 전극들 사이에서 나타날 때 샘플이 존재함을 탐지할 수 있다. 프로세서(622)는 샘플 폴링 출력 신호가 하나 이상의 샘플 역치에 도달하지 않을 때 또는 전기 전도성이 둘 이상의 전극들 사이에서 나타나지 않을 때에는 샘플이 존재하지 않음을 탐지할 수 있다.
도 7은 복수의 테스트 센서(730) 및 건조제를 포함하는 용기(710)를 포함하는 바이오센서 시스템(700)을 도시한다. 용기(710)는 용기(710) 내에 테스트 센서(730)를 밀봉할 수 있는 클로져(712)를 포함한다. 시스템(700)은 용기(710) 내에 밀봉된 5개 이상, 10개 이상, 25개 이상, 50개 이상, 또는 100개 이상의 테스트 센서(730)를 포함할 수 있다. 용기(710)는 건조제를 포함하는 패킷 또는 디스크와 같이 용기 내에 별도의 패키지 내에 건조제(720)를 포함할 수 있다. 용기(710)는 클로져(712) 내에 건조제(722)를 포함할 수 있다. 용기(710)는 건조제를 함유하는 성형된 슬리브(sleeve) 내에서와 같이 용기의 벽 내에 건조제(724)를 포함할 수 있다. 용기(710)는 용기의 기부 내에 건조제(726)를 포함할 수 있다. 용기(710)는 플라스틱, 금속 포일 및/또는 유리를 포함하여 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 용기(710) 내의 건조제의 양 및 유형은 용기 내의 소정의 수분 수준을 제공하도록 선택될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 테스트 센서(800)를 도시한다. 도 8a는 뚜껑(820)으로 적어도 부분적으로 덮인 센서 기부(810)을 포함하고, 통기구(830), 샘플 커버리지 영역(840) 및 투입용 말단 개구(850)를 포함하는 조립된 테스트 센서(800)의 투시도이다. 부분적으로 봉입된 저장체(860)는 기부(810)와 뚜껑(820) 사이에 형성된다. 다른 테스트 센서 디자인을 또한 사용할 수 있다.
분석용 액체 샘플은 액체를 개구(850)로 도입함으로써 저장체(860) 내로 전달할 수 있다. 상기 액체는 이전에 함유된 공기를 통기구(830)를 통하여 방출하면서 저장체(860)를 채운다. 저장체(860)는 저장체 내에 액체 샘플을 보유하는 것을 돕는 보유 조성물(예시하지 않음)을 함유할 수 있다. 보유 조성물의 예는 수팽윤성 중합체, 예컨대 카르복시메틸 셀룰로오스 및 폴리에틸렌 글리콜; 및 다공성 중합체 매트릭스, 예컨대 덱스트란 및 폴리아크릴아미드를 포함한다.
도 8b는 뚜껑(820)이 제거된 테스트 센서의 평면도이다. 도체(870, 880)는 유전체 층(890) 아래에서 측정 장치 인터페이스(855)로부터 각각 작용 전극(875) 및 대전극(885)로 러닝할 수 있다. 작용 전극(875) 및 대전극(885)은 도면에 도시된 바와 같이 실질적으로 동일한 평면에 존재하거나 또는 상이한 평면에 존재할 수 있다(도시하지 않음). 작용 전극(875) 및 대전극(885)은 100 ㎛ 이상만큼 뚜껑(820)의 상부 부분으로부터 분리될 수 있다. 유전체 층(890)은 전극(875, 885)을 부분적으로 덮을 수 있으며, 임의의 적합한 유전 재료, 예컨대 절연 중합체로 만들어질 수 있다.
대전극(885)은 테스트 센서(800)의 작용 전극(875)에서의 전기화학적 활성을 지원할 수 있다. 작용 전극(875)에서의 전기 화학적 활성을 지원하는 전위는 카본과 같은 불활성 재료로부터 대전극(885)를 형성함으로써 그리고 저장체(860) 내에 페리시아나이드 매개체와 같은 용해성 레독스 종을 포함시킴으로써 센서 시스템에 제공할 수 있다. 대전극(885)에서의 전위는 조합된 기준 전극-대전극을 제공하기 위하여 Ag/AgCl과 같은 레독스 쌍으로부터 대전극(885)을 형성함으로써 달성되는 기준 전위일 수 있다. 대안적으로, 테스트 센서(800)에는 센서 시스템에 기준 전위를 제공하기 위하여 제3 도체 및 전극(도시하지 않음)을 제공할 수 있다. 작용 전극(875)의 면적은 대전극(885)의 면적과 동일할 수 있거나, 또는 상기 전극들 중 하나는 다른 하나의 전극보다 큰 면적을 가질 수 있다. 현재, 작용 전극 면적이 대전극 면적보다 작은 것이 바람직하다.
도 9는 작용 전극(875) 및 대전극(885)의 층 구조를 예시하는, 도 8b의 테스트 센서의 단면도를 나타낸다. 도체(870, 880)를 기부(810) 상에 직접적으로 배치할 수 있다. 표면 도체 층(970, 980)은 임의로 각각 도체(870, 880) 상에 배치할 수 있다. 표면 도체 층(970, 980)은 도체(870, 880)와 동일하거나 또는 상이한 재료로 만들어질 수 있다.
도체(870, 880) 및 표면 도체 층(970, 980)의 형성에 사용하는 재료 또는 재료들은 임의의 전도체를 포함할 수 있다. 바람직한 전도체는 비이온화되어서, 당해 재료는 샘플의 분석 동안 순 산화 또는 순 환원을 겪지 않는다. 바람직하게는 도체(870, 880)는 금속 페이스트 또는 금속, 예컨대 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리 또는 텅스텐의 박층을 포함한다. 바람직하게는 표면 도체 층(970, 980)은 카본, 금, 백금, 팔라듐 또는 이들의 조합을 포함한다. 표면 도체 층이 도체 상에 존재하지 않을 경우, 도체는 바람직하게는 비이온화 재료로 만들어진다.
시약 조성물(975 및 985)은 각각 도체(870) 및 도체(880) 상에 배치되거나 또는 그 근처에 배치될 수 있다. "~ 상에"라는 용어는 "~ 위에"로 정의되며, 기술된느 배향에 관련된다. 예를 들어, 제1 요소를 제2 요소의 적어도 일부분 위에 예치할 경우, 제1 요소는 제2 요소 "상에" 있다고 한다. 또 다른 실시예에서, 제1 요소가 제2 요소의 적어도 일부분 위에 존재할 경우, 제1 요소는 제2 요소 "상에" 있다고 한다. "~ 상에"라는 용어의 사용은 기술되는 상부 요소와 하부 요소 사이의 물질의 존재를 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 요소는 그의 상부 표면 위에 코팅을 가질 수 있지만, 제1 요소 및 그의 상부 코팅의 적어도 일부분 위의 제2 요소는 제1 요소 "상에"로 기술될 수 있다. 따라서, "~ 상에"라는 용어의 사용은 관련된 두 요소가 물리적 접촉 상태로 있음을 의미할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
시약 조성물은 시약 및 결합제를 포함한다. 결합제는 실질적으로 수용성인 적어도 하나의 중합체 물질을 포함하며, 임의로, 실질적으로 수불용성인 다공성 입자를 포함할 수 있다. 다공성 입자는 추가의 물리적 구조를 중합체 물질에 제공할 수 있다. 시약 조성물을 위한 다공성 입자의 예가 예를 들어 발명의 명칭이 "바이오센서를 위한 다공성 입자 시약 조성물, 장치 및 방법(Porous Particle Reagent Compositions, Devices, and Methods for Biosensors)"인 주(Zhu)의 미국 특허 공개 제2009/0178936 A1호에 개시되어 있다. 결합제는 샘플에 의해 수화될 때 겔 또는 겔 유사 물질을 형성할 수 있다. 임의의 층(990)은 도체(870) 및/또는 표면 도체(970) 상에 배치될 수 있다. 임의의 층(990)은 시약 조성물(975)의 하나 이상의 구성성분이 결여될 수 있다.
시약 조성물(975, 985)은 동일하거나 또는 상이한 시약을 포함할 수 있다. 동일한 시약을 포함할 때, 시약 조성물(975, 985)은 동일한 조성물일 수 있다. 상이한 시약을 포함할 때, 제1 조성물(975)에 존재하는 시약은 작용 전극(875)에서의 사용용으로 선택될 수 있는 반면, 제2 조성물(985)에 존재하는 시약은 대전극(885)에서의 사용용으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 조성물(985) 중 시약은 매개체를 포함하여 샘플과 도체(880) 사이의 전자의 자유 유동을 도울 수 있다. 이와 유사하게, 조성물(975) 중 시약은 효소 시스템, 및 임의로 매개체를 포함하여 분석물의 반응을 도울 수 있다.
시약 조성물(975)에 포함시킨 효소 시스템은 분석물에 특이적일 수 있으며, 특히 복합적인 생물학적 샘플에 있어서 분석물에 대한 센서 시스템의 특이성을 향상시키면서 분석물의 반응을 도울 수 있다. 효소 시스템은 분석물과의 레독스 반응에 참여하는 하나 이상의 효소, 공동 인자 및/또는 기타 모이어티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알코올 옥시다아제를 사용하여 샘플 중 알코올의 존재에 대하여 민감한 테스트 센서를 제공할 수 있다. 그러한 시스템은 혈중 알코올 농도의 측정에 유용할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 글루코스 데히드로게나아제 또는 글루코스 옥시아다제를 사용하여 샘플 중 글루코스의 존재에 대하여 민감성인 테스트 센서를 제공할 수 있다. 이 시스템은 예를 들어 당뇨병에 걸린 것으로 공지되거나 그러할 것으로 의심되는 환자에 있어서 혈중 글루코스 농도를 측정하는 데 유용할 수 있다.
시약 조성물, 예컨대 시약 조성물(975, 985)의 성분은 조성물의 치수에 관련하여 정량화할 수 있거나, 또는 상기 성분은 저장체 부피 또는 작용 전극 면적과 같이 조성물이 배치된 센서의 또 다른 치수와 관련하여 정량화할 수 있다. 일 실시예에서, 시약 조성물의 성분은 시약 조성물의 표면적 1 제곱 밀리미터(mm2) 당 마이크로그램(㎍), 나노그램(ng), 나노몰(nmol), 또는 효소 단위(U)에 의해 정량화할 수 있으며, 여기서, 시약 조성물 표면적은 시약 조성물의 2차원 면적이다. 또 다른 실시예에서, 시약 조성물의 성분은 저장체 부피 1 마이크로리터(μL) 당 마이크로그램(㎍), 나노몰(nmol), 또는 효소 단위(U)에 의해 정량화할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 시약 조성물의 성분은 작용 전극 면적 1 제곱밀리미터(mm2) 당 마이크로그램(㎍), 나노몰(nmol), 또는 효소 단위(U)에 의해 정량화할 수 있다.
결합제로서 사용하기에 적합한, 실질적으로 수용성인 중합체 물질은 폴리(에틸렌 옥시드)(PEO), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리비닐 알코올(PVA), 히드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 히드록시프로필 셀룰로오스(HPC), 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈(PVP), 폴리아미노산, 예컨대 폴리라이신, 폴리스티렌 술포네이트, 젤라틴, 아크릴산, 메타크릴산, 이들의 말레산 무수물 염, 이들의 유도체 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 중합체 물질은 반복 단위를 형성하거나 또는 반복 단위를 갖는 단량체, 프리중합체(pre-polymer), 및 기타 물질을 포함한다. 다른 중합체 물질을 사용할 수 있다.
시약 조성물은 바람직하게는 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 약 0.14 내지 약 0.43 ㎍의 결합제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.17 내지 약 0.38 ㎍/mm2의 결합제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.22 내지 약 0.35 ㎍/mm2의 결합제를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 저장체 부피 1 μL 당 약 1 내지 약 3 ㎍의 결합제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 1.2 내지 약 2.6 ㎍/μL의 결합제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 1.5 내지 약 2.3 ㎍/μL의 결합제를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 작용 전극 면적 1 mm2 당 약 1 내지 약 7.5 ㎍의 결합제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 1.2 내지 약 6.5 ㎍/mm2의 결합제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 1.5 내지 약 5.7 ㎍/mm2의 결합제를 포함한다.
시약 조성물은 바람직하게는 완충제 염을 포함한다. 시약 조성물을 수성 샘ㅍ플과 접촉시킬 때, 완충제 염은 바람직하게는 혼합물의 pH를 약 약 4.5 내지 약 7.5, 더 바람직하게는 약 6 내지 약 7로 유지한다. 시약 조성물에 있어서 바람직한 pH 및 완충제 염(들)은 효소의 활성을 유지하도록 선택할 수 있다. 포스페이트 기재의 완충제가 현재 바람직하지만, 다른 것을 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 완충제 염은 Na2HPO4를 포함한다.
바람직하게는 시약 조성물은 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 약 2.30 내지 약 9.54 nmol의 완충제 염을 포함하며, 더 바람직하게는 약 2.80 내지 약 6.43 nmol/mm2의 완충제 염을 포함하며, 더 바람직하게는 약 3.40 내지 약 4.77 nmol/mm2의 완충제 염을 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 저장체 부피 1 μL 당 약 16 내지 약 67 nmol의 완충제 염을 포함하며, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 45 nmol/μL의 완충제 염을 포함하며, 더 바람직하게는 약 24 내지 약 34 nmol/μL의 완충제 염을 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 작용 전극 면적 1 mm2 당 약 16 내지 약 167 nmol의 완충제 염을 포함하며, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 113 nmol/mm2의 완충제 염을 포함하며, 더 바람직하게는 약 24 내지 약 84 nmol/mm2의 완충제 염을 포함한다.
시약 조성물은 실질적으로 수용성인, 1전자 또는 2전자 매개체를 포함할 수 있다. 매개체는 그의 전기화학적 활성을 기반으로 하여 두 군으로 분리될 수 있다. 1전자 전달 매개체는 전기화학적 반응의 상태 동안 하나의 추가의 전자를 취할 수 있는 화학적 모이어티(moiety)인 반면, 2전자 전달 매개체는 상기 반응의 상태 동안 2개의 추가의 전자를 취할 수 있는 화학적 모이어티이다. 1전자 전달 매개체의 예는 1,1'-디메틸 페로센, 페로시아나이드 및 페리시아나이드, 및 루테늄(III) 및 루테늄(II) 헥사아민과 같은 화합물을 포함한다. 2전자 전달 매개체의 예는 상기에 기술된 바와 같이 PIPT 및 PIPO와 같은 유기 퀴논 및 히드로퀴논, 및 이들 페노티아진 유도체의 카르복실산 또는 염, 예컨대 암모늄 염, 예컨대(E)-2-(3H-페노티아진-3-일리덴아미노)벤젠-1,4-디술폰산,(E)-5-(3H-페노티아진-3-일리덴아미노)이소프탈산, 암모늄(E)-3-(3H-페노티아진-3-일리덴아미노)-5-카르복시벤조에이트 및 이들의 조합을 포함한다. 추가의 2전자 전달 매개체의 예는 미국 특허 제5,393,615호; 제5,498,542호; 및 제5,520,786호에 개시된 전기 활성 유기 분자를 포함한다.
상기에 열거된 두 전자 전달 매개체는 불순물로서 무기, 비전이 금속 염ㅇ으01을 포함할 수 있다. 전형적으로 무기, 비전이 금속 염은 술페이트 이온, [SO4]2-의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염이다. 예를 들어,(E)-2-(3H-페노티아진-3-일리덴아미노)벤젠-1,4-디술폰산은 불순물로서 무기, 비전이 금속 염을 포함할 수 있으며, 매개체에 관련된 질량 백분율은 1%(w/w) 내지 50%(w/w), 예컨대 3%(w/w) 내지 30%(w/w), 4%(w/w) 내지 25%(w/w), 및 5%(w/w) 내지 21%(w/w)이다.
시약 조성물은 바람직하게는 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 약 1.70 내지 약 4.76 nmol의 매개체를 포함하며, 더 바람직하게는 약 2.30 내지 약 5.14 nmol/mm2의 매개체를 포함하며, 더 바람직하게는 약 2.80 내지 약 4.00 nmol/mm2의 매개체를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 저장체 부피 1 μL 당 약 12 내지 약 40 nmol의 매개체를 포함하며, 더 바람직하게는 약 16 내지 약 36 nmol/μL의 매개체를 포함하며, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 28 nmol/μL의 매개체를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 작용 전극 면적 1 mm2 당 약 12 내지 약 100 nmol의 매개체를 포함하며, 더 바람직하게는 약 16 내지 약 90 nmol/mm2의 매개체를 포함하며, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 70 nmol/mm2의 매개체를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 4.76 nmol 이하의 매개체를, 저장체 부피 1 μL 당 40 nmol 이하의 매개체, 또는 작용 전극 면적 1 mm2 당 100 nmol 이하의 매개체를 포함한다.
시약 조성물은 또한 상기에 기술된 바와 같이 실질적으로 수용성인 효소 시스템, 예컨대 FAD-GDH 시스템을 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 시약 조성물 표면적 mm2 당 약 0.07 내지 약 0.3 활성 단위(U, 제조업자에 의해 특정된 바와 같음)의 효소 시스템을 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.09 내지 약 0.25 U/mm2의 효소 시스템을 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.2 U/mm2의 효소 시스템을 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 저장체 부피 1 μL 당 약 0.5 내지 약 1.8 U의 효소 시스템을 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.6 내지 약 1.6 U/μL의 효소 시스템을 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.8 내지 약 1.4 U/μL의 효소 시스템을 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 작용 전극 면적 1 mm2 당 약 0.5 내지 약 5 U의 효소 시스템을 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.6 내지 약 4 U/mm2의 효소 시스템을 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.8 내지 약 3.5 U/mm2의 효소 시스템을 포함한다.
시약 조성물은 바람직하게는 비이온성 계면활성제를 포함한다. 계면활성제는 요망되는 점도 및 안정성의 콜로이드성 현탁액의 형성을 도우며 예치 방법 및 분석법과 양립가능한 임의의 비이온성 계면활성제일 수 있다. 비이온성 계면활성제의 예는 당류 기재의 계면활성제, 예컨대 N-헵타노일-N-메틸글루카민, N-옥타노일-N-메틸글루카민, N-노나노일-N-메틸글루카민, N-데카노일-N-메틸글루카민, 옥틸 β-D-글루코피라노사이드, 헥실 β-D-글루코피라노사이드, 및 n-헵틸 β-D-글루코피라노사이드를 포함한다. 현재, 당류 기재의 계면활성제, 예컨대 N-옥타노일-N-메틸-D-글루카민(미국 메릴랜드주 게터스버그의 도진도(DOJINDO)로부터 입수가능하며 MEGA 8로 판매됨) 및 에톡실레이트 기재의 중성 계면활성제, 예컨대 PEG-30 테트라메틸 데시네디올 계면활성제(예를 들어, 미국 펜실베이니아주 앨런타운의 에어 프로덕츠(Air Products)로부터 입수가능한 서피놀(SURFYNOL) 485가 바람직하다.
시약 조성물은 바람직하게는 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 약 0.04 내지 약 0.24 ㎍의 비이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.07 내지 약 0.21 ㎍/mm2의 비이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.09 내지 약 0.18 ㎍/mm2의 비이온성 계면활성제를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 저장체 부피 1 μL 당 약 0.3 내지 약 1.7 ㎍의 비이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.5 ㎍/μL의 비이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.6 내지 약 1.3 ㎍/μL의 비이온성 계면활성제를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 작용 전극 면적 1 mm2 당 약 0.3 내지 약 4.3 ㎍의 비이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.5 내지 약 3.8 ㎍/mm2의 비이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 약 0.6 내지 약 3.2 ㎍/mm2의 비이온성 계면활성제를 포함한다.
시약 조성물은 임의로 음이온성 계면활성제를 포함한다. 계면활성제는 잘 규정된 둘레의 시약 조성물의 형성을 돕고 예치 방법 및 분석법과 양립가능한 임의의 음이온성 계면활성제일 수 있다. 음이온성 계면활성제의 예는 포스페이트 에스테르, 예컨대 알킬페놀 에톡실레이트 포스페이트; 술페이트, 예컨대 알킬페놀 에톡실레이트 술페이트; 및 술포네이트, 예컨대 알킬 및 헤테로알킬 술포네이트를 포함한다. 음이온성 계면활성제의 구체예는 노닐페놀 에톡실레이트 포스페이트 포스폴란 CS131 및 포스폴란 CS141, 소듐 노닐페놀 에톡실레이트 술페이트(위트콜레이트(Witcolate) D-51-53), 소듐 메틸 코코일 타우레이트(게로폰 TC-42) 및 소듐 디옥틸 술포숙시네이트를 포함한다.
시약 조성물은 바람직하게는 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 3 내지 16 나노그램(ng)의 음이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 4 내지 12 ng/mm2의 음이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 5.5 내지 9 ng/mm2의 음이온성 계면활성제를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 저장체 부피 1 μL 당 약 20 내지 140 ng의 음이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 30 내지 80 ng/μL의 음이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 35 내지 60 ng/μL의 음이온성 계면활성제를 포함한다. 시약 조성물은 바람직하게는 작용 전극 면적 1 mm2 당 약 10 내지 350 ng의 음이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 30 내지 220 ng/mm2의 음이온성 계면활성제를 포함하며, 더 바람직하게는 40 내지 150 ng/mm2의 음이온성 계면활성제를 포함한다.
시약 조성물은 바람직하게는 낮은 전체 염의 시약 조성물인데, 이는 통상적인 시약 조성물보다 더 낮은 농도의 완충제 염 및/또는 더 낮은 농도의 다른 염을 갖는다. 바람직하게는 더 낮은 전체 염의 시약 조성물은 매개체 중 20%(w/w) 이하의 무기, 비전이 금속 염 및 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 9.54 nmol 이하의 완충제 염을 포함한다. 더 바람직하게는 낮은 전체 염의 시약 조성물은 매개체 중 10%(w/w) 이하의 무기, 비전이 금속 염 및 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 6.43 nmol 이하의 완충제 염을 포함한다. 더 바람직하게는 낮은 전체 염의 시약 조성물은 매개체 중 5%(w/w) 이하의 무기, 비전이 금속 염 및 시약 조성물 표면적 1 mm2 당 4.77 nmol 이하의 완충제 염을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시양태들을 기술하였지만, 다른 실시양태 및 구현예가 본 발명의 범주 내에서 가능함이 당업계의 숙련자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그의 등가물을 고려하는 것을 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (32)

  1. 하나의 도체(conductor)가 작용 전극인 2개 이상의 도체, 및
    상기 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물
    을 각각 포함하는 복수의 테스트 센서와;
    건조제 및 용기 내에 밀봉된 상기 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기
    를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도 측정용 바이오센서 시스템으로서,
    용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는, 분석물을 포함하는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시키고, 각각의 샘플 중 분석물의 농도를 테스트 센서 및 측정 장치로 측정할 때
    측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2.5% 이하인,
    샘플 중 분석물의 농도 측정용 바이오센서 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2% 이하인 바이오센서 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 샘플은 분석물 농도가 10 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는 바이오센서 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 건조제는 40℃에서 10% - 20% 상대 습도(relative humidity; RH)의 환경과 접촉될 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착하는 바이오센서 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 건조제는 중합체 블렌딩된 분자체 또는 분자체와 실리카 겔의 블렌드를 포함하는 바이오센서 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 건조제는 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉될 때 그의 중량의 10% 이하의 물을 흡착하는 바이오센서 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 건조제는 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉될 때 그의 중량의 5% - 10%의 물을 흡착하는 바이오센서 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 건조제는 실리카 겔을 포함하는 바이오센서 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 용기는 테스트 센서 당 30 mg 이하의 실리카 겔을 포함하는 바이오센서 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 용기는 테스트 센서 당 10 mg 이하의 실리카 겔을 포함하는 바이오센서 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 테스트 센서는 50개 이상의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 테스트 센서는 100개 이상의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템.
  13. 하나의 도체가 작용 전극인 2개 이상의 도체, 및
    상기 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치된 시약 조성물
    을 각각 포함하는 복수의 테스트 센서와;
    건조제 및 용기 내에 밀봉된 상기 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기
    를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도 측정용 바이오센서 시스템으로서,
    용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물 농도가 50 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는, 분석물을 포함하는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시키고, 각각의 샘플 중 분석물의 농도를 테스트 센서 및 측정 장치로 측정할 때
    100 mg/dL 미만의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±10 mg/dL 이내이고, 100 mg/dL 이상의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±10% 이내이고,
    측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2.5% 이하인,
    샘플 중 분석물의 농도 측정용 바이오센서 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 100 mg/dL 미만의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±7 mg/dL 이내이고, 100 mg/dL 이상의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±7% 이내이며,
    측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2% 이하인 바이오센서 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 100 mg/dL 미만의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±5 mg/dL 이내이고, 100 mg/dL 이상의 각각의 측정된 분석물 농도의 바이어스는 ±5% 이내이며,
    측정된 분석물 농도의 변동 계수는 2% 이하인 바이오센서 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 복수의 샘플은 분석물 농도가 10 mg/dL - 600 mg/dL의 범위에 걸쳐 있는 바이오센서 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 건조제는 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉될 때 그의 중량의 15% 이하의 물을 흡착하는 바이오센서 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 건조제는 중합체 블렌딩된 분자체 또는 분자체와 실리카 겔의 블렌드를 포함하는 바이오센서 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 건조제는 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉될 때 그의 중량의 10% 이하의 물을 흡착하는 바이오센서 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 건조제는 40℃에서 10% - 20% RH의 환경과 접촉될 때 그의 중량의 5% - 10%의 물을 흡착하는 바이오센서 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 건조제는 실리카 겔을 포함하는 바이오센서 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 용기는 테스트 센서 당 30 mg 이하의 실리카 겔을 포함하는 바이오센서 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 용기는 테스트 센서 당 10 mg 이하의 실리카 겔을 포함하는 바이오센서 시스템.
  24. 제13항에 있어서, 상기 복수의 테스트 센서는 50개 이상의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템.
  25. 제13항에 있어서, 상기 복수의 테스트 센서는 100개 이상의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템.
  26. 하나의 도체가 작용 전극인 2개 이상의 도체, 및
    상기 작용 전극 상에 또는 그 근처에 배치되고, 활성을 갖는 레독스 효소를 포함하며, 실질적으로 당 또는 당 알코올이 없는 시약 조성물
    을 각각 포함하는 복수의 테스트 센서와;
    용기 내에 밀봉된 상기 복수의 테스트 센서를 포함하는 용기
    를 포함하는, 샘플 중 분석물의 농도 측정용 바이오센서 시스템으로서,
    용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼낼 때, 각각의 테스트 센서의 시약 조성물은 75% 이상의 레독스 효소 활성을 유지하는,
    샘플 중 분석물의 농도 측정용 바이오센서 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    시약 조성물은 매개체를 추가로 포함하며,
    용기를 50℃의 온도에서 2주 동안 보관하고, 이어서 각각의 테스트 센서를 용기로부터 꺼내고, 상기 2개 이상의 도체를 통하여 측정 장치에 연결하고, 그 후 분석물을 함유하지 않는 복수의 샘플 중 하나와 접촉시킬 때, 측정된 백그라운드(background) 전류는 대신하여 -20℃에서 2주 동안 보관한 동일한 복수의 테스트 센서의 측정된 백그라운드 전류의 ±20% 이내인 바이오센서 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 측정된 백그라운드 전류는 대신하여 -20℃에서 2주 동안 보관한 동일한 복수의 테스트 센서의 측정된 백그라운드 전류의 ±10% 이내인 바이오센서 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 각각의 테스트 센서의 시약 조성물은 80% 이상의 레독스 효소 활성을 유지하는 바이오센서 시스템.
  30. 제26항에 있어서, 각각의 테스트 센서의 시약 조성물은 85% 이상의 레독스 효소 활성을 유지하는 바이오센서 시스템.
  31. 제26항에 있어서, 상기 복수의 테스트 센서는 50개 이상의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템.
  32. 제26항에 있어서, 상기 복수의 테스트 센서는 100개 이상의 테스트 센서를 포함하는 바이오센서 시스템.
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