RU2680266C2 - Измерение концентрации аналита - Google Patents
Измерение концентрации аналита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680266C2 RU2680266C2 RU2017103730A RU2017103730A RU2680266C2 RU 2680266 C2 RU2680266 C2 RU 2680266C2 RU 2017103730 A RU2017103730 A RU 2017103730A RU 2017103730 A RU2017103730 A RU 2017103730A RU 2680266 C2 RU2680266 C2 RU 2680266C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- potential
- concentration
- cycle
- mediator
- pulses
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000012491 analyte Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 24
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 24
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 14
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 abstract description 8
- 239000008280 blood Substances 0.000 abstract description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005534 hematocrit Methods 0.000 abstract description 2
- 239000008364 bulk solution Substances 0.000 abstract 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 19
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 14
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 101100379081 Emericella variicolor andC gene Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011545 laboratory measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
- G01N27/3274—Corrective measures, e.g. error detection, compensation for temperature or hematocrit, calibration
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для измерения/определения концентрации аналита в пробах текучей среды, например в цельной крови. Предлагается способ определения концентрации аналита с применением окислительно-восстановительной реакции в электрохимической ячейке, которая имеет по меньшей мере два электрода, один из которых представляет собой рабочий электрод, причем по меньшей мере один электрод открыт для по меньшей мере одного медиатора электронного транспорта. Способ включает по меньшей мере один цикл импульсов, каждый цикл имеет по меньшей мере первый потенциал и второй потенциал. При этом способ содержит этапы, на которых: прикладывают первый потенциал для запуска фазы накопления, которая стимулирует накопление градиента концентрации медиатора на рабочем электроде или рядом с ним с концентрацией, которая снижается к основному объему раствора, прикладывают второй потенциал для запуска фазы измерения и расходования установленного градиента концентрации медиатора на рабочем электроде; измеряют силу тока, связанного со вторым потенциалом каждого цикла; и используют измеренную величину силы тока для определения концентрации аналита. Изобретение обеспечивает возможность ослабления действия факторов, мешающих диффузии (DIF), особенно гематокрита (Hct). 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к измерению концентрации аналита на основе диффузии, которое ослабляет действие факторов, мешающих диффузии.
Предпосылки создания изобретения
Для измерения/определения концентрации аналита в пробах текучей среды, например в цельной крови, применяются электрохимические датчики, такие как полоски для самоконтроля глюкозы крови (SMBG). Однако их точность может снижаться под действием факторов, мешающих диффузии (DIF), которые влияют на перенос массы аналита в испытуемых текучих средах, например гематокрита крови (Hct), поскольку эритроциты блокируют пути диффузии аналита (например, глюкозы). Для соблюдения требований к точности приборов необходимо разработать технологии, ослабляющие DIF.
Ослабление DIF подразделяется на активные подходы и пассивные подходы. Первые заключаются в применении чувствительных к DIF сигналов, чтобы получить «измерения» DIF, которые затем применяются для коррекции DIF. Трудность активных подходов состоит в том, что для них требуются дополнительные механизмы, такие как дополнительные элементы полосок, дополнительные этапы измерения, дополнительные компоненты/части устройства/измерителя. Напротив, в пассивных подходах применяются сигналы, нечувствительные к DIF, или сигналы с несущественным влиянием DIF на измерение аналита.
В патенте US8105478B2 описан способ выбора длины импульсов для измерения концентрации редокс-активного вещества как медиатора в молекулярно-биологической системе обнаружения, в которой приемлемые потенциалы прикладываются к рабочему электроду, чтобы вызвать, по меньшей мере, один из процесса окисления и процесса восстановления, которые происходят в окислительно-восстановительной реакции. Этот способ включает в себя импульс потенциала рабочего электрода с попеременным образованием фаз измерения и фаз выравнивания; выбор такой длины импульса в фазе измерения, чтобы к концу импульса емкостный ток был относительно мал по сравнению с током Фарадея; и выбор такой длины импульса в фазе выравнивания, чтобы к концу импульса градиент концентрации выравнивался так, чтобы к началу последующей фазы измерения изменение концентрации медиатора, вызванное расходованием медиатора на само измерение, возвращалось с максимальным возможным приближением к исходному уровню.
Изложение сущности изобретения
Согласно настоящему изобретению предложен способ сокращения или ослабления действия DIF в способе определения концентрации аналита с применением окислительно-восстановительной реакции в электрохимической ячейке, которая имеет, по меньшей мере, два электрода, один из которых представляет собой рабочий электрод, причем, по меньшей мере, один электрод открыт для, по меньшей мере, одного медиатора электронного транспорта; с применением, по меньшей мере, одного цикла импульсов, при этом каждый цикл имеет первый потенциал и второй потенциал; и при этом способ содержит этапы, на которых: прилагают первый потенциал для запуска фазы накопления, которая стимулирует накопление градиента концентрации медиатора на рабочем электроде или рядом с ним с концентрацией, которая снижается к основному объему раствора; прилагают второй потенциал для запуска фазы измерения и расходования установленного градиента концентрации медиатора; и измеряют силу тока, связанного со вторым потенциалом каждого цикла, во время расходования установленного градиента концентрации. Измеренную величину тока можно применять для расчета концентрации аналита.
Путем стимуляции установления градиента концентрации медиатора с концентрацией, которая снижается к основному объему раствора, на рабочем электроде во время фазы накопления в цикле определения глюкозы чувствительность по току к Hct снижается, тогда как чувствительность по току к глюкозе усиливается.
Градиент концентрации может постепенно и непрерывно снижаться к основному объему раствора. Альтернативно градиент концентрации может колебаться, в то же время по существу снижаясь к основному объему раствора.
По меньшей мере, один электрод может быть покрыт, по меньшей мере, одним медиатором электронного транспорта. Альтернативно или дополнительно электрод может находиться в растворе, который включает в себя, по меньшей мере, один медиатор электронного транспорта, и, значит, открыт для, по меньшей мере, одного медиатора электронного транспорта.
В фазе накопления на рабочем электроде может происходить восстановление, а в фазе измерения на рабочем электроде может происходить окисление. Альтернативно в фазе накопления на рабочем электроде может происходить окисление, а в фазе измерения на рабочем электроде может происходить восстановление в зависимости от природы окислительно-восстановительной реакции с участием аналита и медиатора (-ов). Как известно в данной области, от состояния медиатора (окисленный или восстановленный) зависит процесс, который должен происходить в фазе накопления перед тем, как произойдет гетерогенная реакция на поверхности электрода: восстановление или окисление. Следует также понимать, что в ряду окислительно-восстановительных реакций возможно применение более чем одного медиатора.
Кроме первого и второго потенциалов к электроду (-ам) могут прикладываться дополнительные потенциалы. Такие дополнительные потенциалы могут прикладываться перед первым потенциалом или после второго потенциала. К примеру, перед приложением, по меньшей мере, одного цикла импульсов возможно приложение стартового потенциала, причем стартовый потенциал прикладывают с незамкнутой цепью или потенциал по существу не вызывает окислительно-восстановительную реакцию на электродах. Возможно приложение стартового потенциала перед приложением каждого цикла импульсов. Во всех случаях второй потенциал должен следовать немедленно за первым потенциалом так, чтобы за фазой накопления, которая стимулирует накопление градиента концентрации, немедленно следовала фаза измерения.
Второй потенциал выполнен таким образом, что после расходования установленного градиента концентрации медиатора образуется другой градиент концентрации медиатора (устанавливается обратный градиент концентрации), но с концентрацией, которая возрастает к основному объему раствора.
Величины первого потенциала и второго потенциала могут быть симметричными относительно потенциала, который вызывает протекание по существу нулевого тока (Е0). Величины первого потенциала и второго потенциала могут быть асимметричными относительно Е0.
Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут быть одинаковыми. Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут быть разными. Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут быть менее чем 10 минут, предпочтительно менее чем 1 минута и наиболее предпочтительно менее чем 5 секунд. Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут составлять от 5 до 100% от общего времени каждого цикла импульсов.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложено контрольно-измерительное устройство для определения концентрации аналита с применением окислительно-восстановительной реакции в электрохимической ячейке, которая имеет, по меньшей мере, два электрода, один из которых является рабочим электродом, причем, по меньшей мере, один электрод открыт для, по меньшей мере, одного медиатора электронного транспорта; с применением, по меньшей мере, одного цикла импульсов, при этом каждый цикл имеет первый потенциал и второй потенциал; при этом измеритель выполнен с возможностью: приложения первого потенциала для запуска фазы накопления, которая стимулирует накопление градиента концентрации медиатора на рабочем электроде или рядом с ним, с концентрацией, которая снижается к основному объему раствора; приложения второго потенциала для запуска фазы измерения и расходования установленного градиента концентрации медиатора; и измерения силы тока, связанного со вторым потенциалом каждого цикла. Контрольно-измерительное устройство предпочтительно выполнено с возможностью расчета концентрации аналита с применением измеренной величины силы тока.
В фазе накопления может происходить восстановление, а в фазе измерения может происходить окисление. Альтернативно в фазе накопления может происходить окисление, а в фазе измерения может происходить восстановление в зависимости от природы окислительно-восстановительной реакции с участием аналита и медиатора (-ов). Следует также понимать, что в ряду окислительно-восстановительных реакций возможно применение более чем одного медиатора.
Второй потенциал может быть таким, что после расходования установленного градиента концентрации медиатора образуется другой градиент концентрации медиатора, но с концентрацией, которая возрастает к основному объему раствора.
Величины первого потенциала и второго потенциала могут быть симметричными относительно потенциала, который вызывает протекание по существу нулевого тока (Е0). Величины первого потенциала и второго потенциала могут быть асимметричными относительно Е0.
Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут быть одинаковыми. Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут быть разными. Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут быть менее чем 10 минут, предпочтительно менее чем 1 минута и наиболее предпочтительно менее чем 5 секунд. Продолжительности первого потенциала и второго потенциала могут составлять от 5 до 100% от общего времени для каждого цикла импульсов.
Краткое описание графических материалов
Различные аспекты изобретения будут далее описаны только в качестве примера и со ссылкой на следующие ниже чертежи, на которых:
на Фиг. 1 показано переключение окислительно-восстановительных реакций на двух электродах через управляющий потенциал;
на Фиг. 2 показано развитие градиента концентрации Mred (восстановленного медиатора) на рабочем электроде Е1 с переключением окислительно-восстановительной реакции по Фиг. 1;
на Фиг. 3 показана форма измерительного сигнала и форма контрольного сигнала, прикладываемого к электродам электрохимической ячейки;
на Фиг. 4 показана чувствительность по току к глюкозе в зависимости от времени измерения для различных проб, снятая с применением форм сигнала по Фиг. 3, где числами в условных обозначениях показаны уровни Hct в процентах; и
на Фиг. 5 показаны процентные отклонения от чувствительности по току к глюкозе при номинальном Hct через 0,3 секунды в четырех импульсах окисления с формами сигнала по Фиг. 3, где числами в условных обозначениях показано число импульсов в формах сигнала по Фиг. 3.
Подробное описание чертежей
Настоящее изобретение ослабляет влияние DIF на сигналы тока путем переключения и управления окислительно-восстановительными реакциями на рабочем и противоположном электродах электрохимических датчиков с применением медиаторов. Это выполняется посредством создания более высокой концентрации медиатора около рабочего электрода, чем в основном объеме пробы, во время фазы накопления так, что образуется градиент концентрации медиатора при начале каждой фазы измерения. Идеально, градиент концентрации медиатора распространяется в основной объем пробы, по меньшей мере, на 10 нм от рабочего электрода. Градиент концентрации медиатора не должен достигать противоположного электрода, и поэтому идеально, если максимальное распространение градиента медиатора меньше, чем расстояние между рабочим и противоположным электродами. Во многих практических воплощениях предпочтительно, чтобы к окончанию фазы накопления и началу фазы измерения градиент концентрации медиатора не распространялся дальше середины расстояния между рабочим и противоположным электродами.
На Фиг. 1 показан один цикл импульсов и стартовые соответствующие реакции окисления-восстановления в электрохимической тест-полоске с двумя электродами: рабочим электродом Е1 и противоположным электродом Е2. Два электрода покрыты слоем реагента, который содержит медиатор электронного транспорта (М) и фермент (Enz). Для измерения с полоской рабочий и противоположный электроды, Е1 и Е2 соответственно, контактируют с пробой цельной крови, и между двумя электродами прикладывается электрический потенциал (напряжение). Это приводит к окислительно-восстановительным реакциям как в крови (гомогенные окислительно-восстановительные реакции), так и на поверхностях двух электродов (гетерогенные окислительно-восстановительные реакции).
При гетерогенных окислительно-восстановительных реакциях одновременно происходит окисление на одном электроде и восстановление на другом. На Фиг. 1 потенциал прикладывается как ряд волн (импульсов) квадратной формы. Окислительно-восстановительные реакции на двух электродах переключаются путем изменения импульсов от потенциала восстановления (Ered) к потенциалу окисления (Eox). Это возможно сделать через управление величиной потенциала и, при необходимости, полярностью. E0 представляет собой потенциал с по существу нулевыми окислительно-восстановительными реакциями (ни восстановления, ни окисления). Отклонение (разность) между Ered и E0, а также отклонение между Eox и E0 может быть одинаковым (т. е. симметричным относительно E0, как показано на Фиг. 1) или разным.
Как показано на Фиг. 1, при потенциале E
red
окисленный медиатор (M
ox
) осуществляет восстановление на рабочем электроде E1 (реакция 3), тогда как восстановленный медиатор (M
red
) осуществляет окисление на противоположном электроде Е2 (реакция 2). В то же время глюкоза (Gluc) реагирует с M
ox
при участии фермента (Enz) с получением M
red
в крови (реакция 1). В результате M
red
«накапливается» у рабочего электрода Е1 (обе реакции 1 и 3 образуют M
red
) до концентрации C
i
, превышающей C
0
(начальная концентрация M
red
), и устанавливается градиент концентрации M
red
со снижением концентрации M
red
от поверхности рабочего электрода Е1 к основному объему раствора (см. Фиг. 2А и 2В). Градиент концентрации M
red
можно выразить как C
g
=(C
i
- C
0
)/d
i
. Чем больше C
g
, тем больше M
red
удерживается вблизи от поверхности электрода.
Кроме зависимости от скоростей реакций 1 и 3 (Фиг. 1), которые пропорциональны концентрации глюкозы, Cg зависит от Hct. Чем выше Hct, тем медленнее происходит диффузия Mred от поверхности электрода и значит, тем большее значение Cg устанавливается во время импульса восстановления.
После изменения Ered на Eox гетерогенные окислительно-восстановительные реакции на обоих электродах переключаются (см. Фиг. 1). В случае применения импульса окисления (потенциал Eox) для измерения глюкозы, концентрацию глюкозы определяют путем измерения скорости реакции 5, например, посредством измерения силы тока. Скорость реакции 5 пропорциональна Mred, доступному у поверхности рабочего электрода Е1. Реакция 5 протекает с достаточно высокой скоростью, чтобы вызвать более быстрое расходование Mred, чем поступление (через диффузию) на поверхность рабочего электрода Е1. Это означает, что со временем концентрация Mred падает от Ci через C0 и, наконец, до Czero (см. пунктирную линию градиента концентрации на Фиг. 2С). После того как концентрация Mred на поверхности рабочего электрода Е1 снижается меньше C0, Cg становится отрицательным, и скорость реакции 5 снижается со временем в виде модели, описываемой уравнением Коттрелла (см. ниже), а измерение глюкозы зависит от Hct.
Здесь i представляет собой скорость реакции 5, выраженную в величине силы тока (амперах); n - число электронов, переносимых в гетерогенной окислительно-восстановительной реакции; F - константу Фарадея (96 485 кулон/моль); A - площадь электрода (см2); D - коэффициент диффузии (см2/с); t - время испытания (с); и C 0 - начальную концентрацию реагента (моль/см3).
За тот промежуток времени, когда Cg является положительным, скорость реакции 5 зависит от диффузии Mred и градиента концентрации Mred, установленного во время предыдущего импульса восстановления. Повышение Hct снижает диффузию Mred, но повышает градиент концентрации Mred. Следовательно, влияние Hct на измерение глюкозы компенсируется действием переключения окислительно-восстановительной реакции. Для использования преимущества такого компенсированного измерения силу тока следует измерять только в фазе расходования градиента концентрации, т. е. когда расходуется градиент концентрации. После фазы расходования, когда концентрация медиатора падает ниже начального уровня (т. е. уровня перед фазой накопления), ток становится зависимым от Hct.
Установления градиента концентрации Mred во время фазы накопления возможно достичь разными путями, включая, без ограничений, управление величиной потенциала и/или полярностью приложенных импульсов, управление соотношением эффективной поверхности обоих электродов, управление временем импульсов, управление соотношением компонентов и количества в слое реагента или любую их комбинацию. В приведенных ниже примерах для стимуляции накопления градиента концентрации медиатора с последующим расходованием установленного градиента концентрации медиатора на рабочем электроде применяется величина потенциала приложенных импульсов. Однако возможны и другие методы управления накоплением и расходованием концентрации медиатора.
На Фиг. 3 показана форма контрольного сигнала W69 и форма измерительного сигнала W70. Различие между формой измерительного сигнала W70 и формой контрольного сигнала W69 состоит в том, что форма измерительного сигнала W70 имеет большую величину потенциала для импульсов восстановления (импульсы 2, 4, 6, 8), чем форма контрольного сигнала W69, что способствует установлению градиента концентрации Mred на рабочем электроде Е1 во время этих импульсов (см. Фиг. 1).
Как импульсы окисления, так и импульсы восстановления в форме измерительного сигнала имеют завышенный потенциал. Это означает, что потенциал имеет такую величину, которая достаточна, чтобы окислительно-восстановительные реакции на электродах подчинялись диффузии медиатора и/или аналита к электроду. Величины импульсов окисления и восстановления выбраны и управляются с принятием во внимание электрохимических свойств медиатора и электродов. Как импульсы окисления, так и импульсы восстановления могут иметь положительные, отрицательные или нулевые потенциалы.
Каждая форма сигнала по Фиг. 3 имеет 9 импульсов квадратной формы. На рабочем электроде Е1 импульсы 2, 4, 6, 8 вызывают восстановление (отрицательный ток на Фиг. 4), а импульсы 3, 5, 7, 9 вызывают окисление (положительный ток на Фиг. 4). Импульс 1 - это стартовый импульс, который прикладывается однократно перед началом повторных циклов импульсов (т. е. он не является частью повторного цикла импульсов). Импульс 1 - это импульс с заниженным потенциалом, при котором скорость окислительно-восстановительных реакций на электродах подчиняется кинетике гетерогенных окислительно-восстановительных реакций, чтобы допустить гидратацию/растворение слоя реагента на полоске (потенциал этого импульса равен E0 или близок к E0, чтобы свести к минимуму окислительно-восстановительную реакцию как на рабочем электроде Е1, так и на противоположном электроде Е2). Импульс 1 также может быть приложен при незамкнутой цепи.
Общее время испытания для 9 импульсов в этом эксперименте было рассчитано на 6,25 секунды, но можно закончить измерение за 5 секунд (т. е. без импульсов 8 и 9) или менее. Формы сигнала прикладывались к полоске с применением потенциостата так, что положительный потенциал приводил к окислению, а отрицательный/нулевой потенциал приводил к восстановлению на рабочем электроде Е1. Для измерения глюкозы используется ток окисления (т. е. ток положительного импульса, полученный при реакции 5, показанной на Фиг. 1). Методы определения концентрации глюкозы с применением измерения тока во время окислительно-восстановительной реакции хорошо известны в данной области и поэтому не будут описаны подробно.
Результаты лабораторных измерений динамики токов W69 и W70 показаны на Фиг. 4. Верхний ряд и нижний ряд на Фиг. 4 показывают графики чувствительности по току к глюкозе (т. е. ток в амперах, полученный на один мг/дл глюкозы) в зависимости от времени испытания при пяти целевых концентрациях глюкозы (TG) для W69 и W70 соответственно. Для каждой целевой концентрации глюкозы одну и ту же пробу крови измеряли при W69 и W70. Каждая линия на графиках представляет среднюю величину чувствительности по току из 6 повторностей. Каждый график показывает пять средних величин чувствительности по току при пяти целевых уровнях Hct (от 20% до 60%).
На Фиг. 4 показано, что на каждом графике W69 видны явные разделения между линиями положительных импульсов (измерительных импульсов). Больший Hct соответствует меньшей чувствительности по току. Это указывает на то, что измерительный ток W69 чувствителен к изменениям Hct. Напротив, на графиках W70 разделение между линиями исчезает или значительно уменьшается, т. е. действие Hct как DIF эффективно уравновешивается.
При W70 достигается значительно более высокая чувствительность по току по сравнению с W69, т. е. W70 имеет повышенную чувствительность по току к глюкозе по сравнению с W69. Улучшение чувствительности по току является двояким: 1) линии W70 на Фиг. 4 имеют большую величину, чем линии W69; 2) линии W70 каждого импульса имеют одинаковую или близкую величину (при наложении друг на друга перекрываются), тогда как линии каждого импульса W69 снижаются со временем, т. е. W70 сохраняет чувствительность по току за время испытания, а W69 не сохраняет. Это объясняется тем, что установленный градиент концентрации Mred во время импульса восстановления приводит к усилению реакции 5 в последующем импульсе окисления.
На Фиг. 5 также показано ослабление влияния Hct, причем процентное отклонение представляет разность в чувствительности по току между интересующим Hct и номинальным Hct (определяемым здесь как 42% и имеющим нулевое отклонение). В качестве примера взята чувствительность по току в точке 0,3 секунды импульсов окисления 3, 5, 7, 9 (см. Фиг. 3). Для результатов W69 отклонение от номинального Hct остается в диапазоне от около 20% до -20% с повышением Hct. Напротив, для результатов W70 отклонение от номинального Hct сокращалось до диапазона менее чем ± 10%.
В описанном выше варианте осуществления применяется управление величиной импульсов, чтобы стимулировать установление градиента концентрации. Однако ослабления DIF и, в особенности, ослабления Hct возможно достичь другими средствами. К примеру, это можно сделать, повышая отношение эффективной поверхности противоположного электрода Е2 к рабочему электроду Е1, или увеличивая продолжительность импульсов в фазе накопления. Действительно, можно применить любой метод, который стимулирует накопление градиента концентрации медиатора на рабочем электроде Е1.
В настоящем изобретении предложен простой и эффективный метод ослабления действия DIF, обеспечивая измерение, независимое от Hct. Возможно применение этого способа в существующих приборах без внесения изменений в тест-полоски.
Специалисту в данной области будет понятно, что в пределах области изобретения возможны варианты описанных конструкций. Например, хотя изобретение описано со ссылкой на тест-полоску только с двумя электродами, изобретение может быть равным образом применимо к тест-полоскам с тремя или более электродами. Равным образом, тогда как в конкретных проводимых измерениях был использован только один стартовый импульс, можно прилагать стартовый импульс перед каждым циклом накопительных и измерительных импульсов. Соответственно, предшествующее описание конкретного варианта осуществления выполнено путем описания примера и не накладывает никаких ограничений. Специалисту в данной области будет ясно, что можно вносить малые модификации без существенного изменения описанных рабочих процессов.
Claims (35)
1. Способ определения концентрации аналита с применением окислительно-восстановительной реакции в электрохимической ячейке, которая имеет по меньшей мере два электрода, один из которых представляет собой рабочий электрод, причем по меньшей мере один электрод открыт для по меньшей мере одного медиатора электронного транспорта, с применением по меньшей мере одного цикла импульсов, при этом каждый цикл имеет по меньшей мере первый потенциал и второй потенциал, а способ включает этапы, на которых:
прилагают первый потенциал для запуска фазы накопления, которая стимулирует накопление градиента концентрации медиатора на рабочем электроде или вблизи него с концентрацией, которая снижается к основному объему раствора;
прилагают второй потенциал для запуска фазы измерения и расходования установленного градиента концентрации медиатора на рабочем электроде;
измеряют ток, связанный со вторым потенциалом каждого цикла; и
применяют измеренный ток для определения концентрации аналита.
2. Способ по п. 1, в котором фаза накопления представляет собой восстановление, а фаза измерения представляет собой окисление.
3. Способ по п. 1, в котором фаза накопления представляет собой окисление, а фаза измерения представляет собой восстановление.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором второй потенциал является таким, что после расходования установленного градиента концентрации медиатора образуется другой градиент концентрации медиатора, но с концентрацией, которая возрастает к основному объему раствора.
5. Способ по предшествующим пунктам, в котором первый потенциал и второй потенциал имеют величины, симметричные относительно потенциала, который вызывает протекание по существу нулевого тока.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором первый потенциал и второй потенциал имеют величины, асимметричные относительно потенциала, который вызывает протекание по существу нулевого тока.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором продолжительности первого потенциала и второго потенциала являются одинаковыми или разными.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, который включает приложение стартового импульса перед приложением упомянутого по меньшей мере одного цикла импульсов, причем стартовый импульс обладает потенциалом незамкнутой цепи или потенциалом, который по существу не вызывает окислительно-восстановительную реакцию на электродах.
9. Способ по п. 8, в котором стартовый импульс прикладывают перед приложением каждого цикла импульсов.
10. Способ по п. 8 или 9, в котором стартовый импульс имеет продолжительность от нуля до 20 мин, предпочтительно от нуля до 5 мин, а наиболее предпочтительно от нуля до 5 с.
11. Способ по п. 9 или 10, в котором стартовый импульс имеет продолжительность от нуля до 95% от общего времени каждого цикла импульсов.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором продолжительности первого потенциала и второго потенциала составляют менее 10 мин, предпочтительно менее 1 мин, а наиболее предпочтительно менее 5 с.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором продолжительности первого потенциала и второго потенциала составляют от 5 до 100% от общего времени каждого цикла импульсов.
14. Контрольно-измерительное устройство для определения концентрации аналита с применением окислительно-восстановительной реакции в электрохимической ячейке, которая имеет по меньшей мере два электрода, один из которых представляет собой рабочий электрод, причем по меньшей мере один электрод открыт для по меньшей мере медиатора электронного транспорта, с применением по меньшей мере одного цикла импульсов, при этом каждый цикл имеет первый потенциал и второй потенциал, а контрольно-измерительное устройство выполнено с возможностью:
приложения первого потенциала для запуска фазы накопления и стимуляции накопления градиента концентрации медиатора на рабочем электроде или вблизи него с концентрацией, которая снижается к основному объему раствора;
приложения второго потенциала для запуска фазы измерения и расходования установленного градиента концентрации медиатора на рабочем электроде;
измерения тока, связанного со вторым потенциалом каждого цикла, и
применения измеренного тока для определения концентрации аналита.
15. Контрольно-измерительное устройство по п. 14, в котором фаза накопления представляет собой восстановление, а фаза измерения представляет собой окисление.
16. Контрольно-измерительное устройство по п. 14, в котором фаза накопления представляет собой окисление, а фаза измерения представляет собой восстановление.
17. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-16, в котором второй потенциал является таким, что после расходования накопленного градиента концентрации медиатора на рабочем электроде образуется другой градиент концентрации медиатора, но с концентрацией, которая возрастает к основному объему раствора.
18. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-17, выполненное с возможностью расчета концентрации аналита с применением зарегистрированного тока.
19. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-18, в котором первый потенциал и второй потенциал имеют величины, симметричные относительно потенциала, который вызывает протекание по существу нулевого тока.
20. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-19, в котором величины первого потенциала и второго потенциала асимметричны относительно потенциала, который вызывает протекание по существу нулевого тока.
21. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-20, в котором продолжительности первого потенциала и второго потенциала являются одинаковыми или разными.
22. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-21, выполненное с возможностью приложения стартового импульса перед приложением упомянутого по меньшей мере одного цикла импульсов, причем стартовый импульс обладает потенциалом незамкнутой цепи или потенциалом, который по существу не вызывает окислительно-восстановительную реакцию на электродах.
23. Контрольно-измерительное устройство по п. 22, выполненное с возможностью приложения стартового импульса перед приложением каждого цикла импульсов, так что каждый цикл включает в себя стартовый потенциал, а также первый и второй потенциалы.
24. Контрольно-измерительное устройство по п. 22 или 23, в котором стартовый импульс имеет продолжительность от нуля до 20 мин, предпочтительно от нуля до 5 мин, а наиболее предпочтительно от нуля до 5 с.
25. Контрольно-измерительное устройство по п. 24, в котором стартовый импульс имеет продолжительность от нуля до 95% от общего времени каждого цикла импульсов.
26. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-25, в котором продолжительности первого потенциала и второго потенциала составляют менее 10 мин, предпочтительно менее 1 мин, а наиболее предпочтительно менее 5 с.
27. Контрольно-измерительное устройство по любому из пп. 14-26, в котором суммарная продолжительность первого потенциала и второго потенциала составляет от 5 до 100% от общего времени каждого цикла импульсов.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1412156.0 | 2014-07-08 | ||
| GBGB1412156.0A GB201412156D0 (en) | 2014-07-08 | 2014-07-08 | Analyte concentration measurement |
| PCT/GB2015/051973 WO2016005743A1 (en) | 2014-07-08 | 2015-07-08 | Analyte concentration measurement |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017103730A RU2017103730A (ru) | 2018-08-08 |
| RU2017103730A3 RU2017103730A3 (ru) | 2019-01-14 |
| RU2680266C2 true RU2680266C2 (ru) | 2019-02-19 |
Family
ID=51410820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017103730A RU2680266C2 (ru) | 2014-07-08 | 2015-07-08 | Измерение концентрации аналита |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3167282A1 (ru) |
| JP (1) | JP6619367B2 (ru) |
| KR (1) | KR20170028408A (ru) |
| CN (1) | CN106687803A (ru) |
| AU (1) | AU2015287447A1 (ru) |
| BR (1) | BR112017000305A2 (ru) |
| CA (1) | CA2953452A1 (ru) |
| GB (1) | GB201412156D0 (ru) |
| RU (1) | RU2680266C2 (ru) |
| WO (1) | WO2016005743A1 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108350408B (zh) | 2015-08-25 | 2022-12-16 | 阿威尔斯医疗公司 | 用于检测流体样品中有活力的微生物的设备、系统和方法 |
| US10174356B2 (en) | 2016-05-31 | 2019-01-08 | Avails Medical, Inc. | Devices, systems and methods to detect viable infectious agents in a fluid sample and susceptibility of infectious agents to anti-infectives |
| US20180306744A1 (en) * | 2017-04-20 | 2018-10-25 | Lifescan Scotland Limited | Analyte measurement system and method |
| WO2019005296A1 (en) | 2017-06-27 | 2019-01-03 | Avails Medical, Inc. | APPARATUS, SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING THE SENSITIVITY OF MICROORGANISMS TO ANTI-INFECTIOUS |
| JP7209701B2 (ja) * | 2017-10-03 | 2023-01-20 | アベイルズ メディカル，インコーポレイテッド | レドックス反応に基づいて微生物の濃度及び抗感染剤に対する微生物の感受性を決定する装置、システム、及び方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003097860A1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-27 | Oxford Biosensors Limited | Analyte measurement |
| RU2271536C2 (ru) * | 2000-07-14 | 2006-03-10 | Лайфскен, Инк. | Способ измерения количества гемоглобина |
| US20070111202A1 (en) * | 2000-04-14 | 2007-05-17 | Andcare, Inc. | Electrochemical detection of nucleic acid sequences |
| RU2386960C2 (ru) * | 2004-05-14 | 2010-04-20 | БАЙЕР ХЕЛТКЭР ЭлЭлСи | Вольтамперометрическая система для анализа биологических анализируемых веществ |
| US8105478B2 (en) * | 2004-01-29 | 2012-01-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for measuring the concentration or change in concentration of a redox-active substance and corresponding device |
| US20140027312A1 (en) * | 2012-07-24 | 2014-01-30 | Lifescan Scotland Limited | System and methods to account for interferents in a glucose biosensor |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7749371B2 (en) * | 2005-09-30 | 2010-07-06 | Lifescan, Inc. | Method and apparatus for rapid electrochemical analysis |
| ES2397663T3 (es) * | 2006-10-05 | 2013-03-08 | Lifescan Scotland Limited | Sistemas y procedimientos para determinar una concentración de un analito sustancialmente independiente del hematocrito |
| US8603768B2 (en) * | 2008-01-17 | 2013-12-10 | Lifescan, Inc. | System and method for measuring an analyte in a sample |
| WO2012012341A1 (en) * | 2010-07-19 | 2012-01-26 | Cilag Gmbh International | System and method for measuring an analyte in a sample |
| US9005426B2 (en) * | 2012-09-28 | 2015-04-14 | Cilag Gmbh International | System and method for determining hematocrit insensitive glucose concentration |
| GB2515299B (en) * | 2013-06-18 | 2015-12-30 | Suresensors Ltd | Methods and apparatus for determining analyte in a sample |
-
2014
- 2014-07-08 GB GBGB1412156.0A patent/GB201412156D0/en not_active Ceased
-
2015
- 2015-07-08 BR BR112017000305A patent/BR112017000305A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2015-07-08 EP EP15747510.4A patent/EP3167282A1/en not_active Withdrawn
- 2015-07-08 CA CA2953452A patent/CA2953452A1/en not_active Abandoned
- 2015-07-08 AU AU2015287447A patent/AU2015287447A1/en not_active Abandoned
- 2015-07-08 KR KR1020177003207A patent/KR20170028408A/ko unknown
- 2015-07-08 CN CN201580037065.6A patent/CN106687803A/zh active Pending
- 2015-07-08 JP JP2016573879A patent/JP6619367B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2015-07-08 RU RU2017103730A patent/RU2680266C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2015-07-08 WO PCT/GB2015/051973 patent/WO2016005743A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070111202A1 (en) * | 2000-04-14 | 2007-05-17 | Andcare, Inc. | Electrochemical detection of nucleic acid sequences |
| RU2271536C2 (ru) * | 2000-07-14 | 2006-03-10 | Лайфскен, Инк. | Способ измерения количества гемоглобина |
| WO2003097860A1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-27 | Oxford Biosensors Limited | Analyte measurement |
| US8105478B2 (en) * | 2004-01-29 | 2012-01-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for measuring the concentration or change in concentration of a redox-active substance and corresponding device |
| RU2386960C2 (ru) * | 2004-05-14 | 2010-04-20 | БАЙЕР ХЕЛТКЭР ЭлЭлСи | Вольтамперометрическая система для анализа биологических анализируемых веществ |
| US20140027312A1 (en) * | 2012-07-24 | 2014-01-30 | Lifescan Scotland Limited | System and methods to account for interferents in a glucose biosensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3167282A1 (en) | 2017-05-17 |
| CA2953452A1 (en) | 2016-01-14 |
| WO2016005743A1 (en) | 2016-01-14 |
| KR20170028408A (ko) | 2017-03-13 |
| GB201412156D0 (en) | 2014-08-20 |
| RU2017103730A (ru) | 2018-08-08 |
| JP2017519990A (ja) | 2017-07-20 |
| JP6619367B2 (ja) | 2019-12-11 |
| AU2015287447A1 (en) | 2016-12-22 |
| CN106687803A (zh) | 2017-05-17 |
| RU2017103730A3 (ru) | 2019-01-14 |
| BR112017000305A2 (pt) | 2017-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2680266C2 (ru) | Измерение концентрации аналита | |
| JP5372744B2 (ja) | バイオセンサ用の充填量不足検出システム | |
| CN106940341B (zh) | 用于检测使用过且变干的传感器的系统和方法 | |
| US20180196000A1 (en) | Underfill Detection System For A Biosensor | |
| RU2010128649A (ru) | Амперометрия со стробированием и быстрым считыванием | |
| MX2012014281A (es) | Sitema de gestionde llenado insuficiente para un biosensor. | |
| CA2686185A1 (en) | System and method for analyte measurement using a nonlinear sample response | |
| EP3011323B1 (en) | Methods and apparatus for determining analyte in a sample using a sensor having electrodes which are provided with an enzyme and a mediator | |
| US10809221B2 (en) | Methods of electrochemically measuring an analyte with a test sequence having a pulsed DC block as well as devices, apparatuses and systems incorporating the same | |
| JP6356706B2 (ja) | 分析物を電気化学的に測定するディスクリプタ・ベースの方法およびデバイス、装置とそれらを組み込むシステム | |
| JP2016510124A5 (ru) | ||
| WO2011079937A3 (en) | Method for measuring analyte concentration in a liquid sample | |
| RU2015115933A (ru) | Система и способ определения концентрации глюкозы, не чувствительной к гематокриту | |
| RU2019127329A (ru) | Определение концентрации аналита в физиологической жидкости с мешающим компонентом | |
| CA3148529C (en) | Method for determining analyte concentration in a sample | |
| US20150276650A1 (en) | Method for fast measurement of specimen concentration | |
| WO2009027708A3 (en) | Pulsed electrochemical sensor | |
| CN117241732A (zh) | 用于确定分析物传感器的可靠性的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200709 |