專利名稱：用于開始測定定時的被動樣品檢測的制作方法
技術領域：
本發明涉及電化學測定領域，特別地涉及生物流體中分析物濃度的測量。更特別地，本發明涉及檢測生物樣品或對照流體對電化學傳感器的施加和開始分析物測量操作定時的系統和方法。
用于分析物檢測的一種類型方法是電化學基方法。在這樣的方法中，將待測試物質，如典型地為含水液體形式的生物物質，如血液的樣品放入電化學測定池的反應區，電化學測定池由至少兩個電極，即對電極/參比電極和工作電極組成。典型地，氧化還原試劑體系存在于反應區中。這樣的試劑體系至少包括酶和媒介體。在許多實施方案中，氧化還原試劑體系的酶成分是對感興趣的特定氧化/還原分析物一致起作用的酶或多種酶。當樣品位于電化學測定池中時，目標分析物與酶接觸和與其反應，形成可氧化(或可還原)的失活酶。媒介體的作用是與可氧化(或可還原)酶反應，產生完全活性的酶和物質，即在失活酶和媒介體之間的反應產物，其量相應于目標分析物的濃度。然后將可氧化(或可還原)物質的存在量電化學預測和與初始生物物質中存在的分析物量相關聯。
上述電化學測定池通常以一次性測試條的形式使用，在該測試條上沉積生物樣品和該測試條在儀表中是可接收的，通過該儀表測量電化學分析物的濃度。采用這些類型測試條的測定體系，通常稱為生物傳感器，和儀表的例子可在U.S.專利號5,942,102、6,174,420B1和6,179,979B1中找到，這些文獻的公開內容在此引入作為參考。依賴于在進行分析物濃度測量中，體系是否分別包括測量電荷，電流或電勢，這些體系的特征可以為電量的、電流的或電位的。
在電化學分析物測量測定中，必須的是測量系統能夠檢測沉積在測試條上的樣品的存在使得可以開始分析物濃度測量測試。此外重要的是樣品一與測試條的試劑體系接觸，就檢測樣品的存在。此檢測的及時性是重要的以最小化目標分析物和試劑體系之間電化學反應干擾的電勢。干擾是由不是目標分析物與試劑體系介體和酶組分之間正常和期望的反應進行引起的電化學測定池試劑體系平衡中的變化。
干擾對于稱為“計時電流法”的電流樣品檢測方法是特別有問題的，它用于電化學分析物濃度測量方法，和最通常用于分析物濃度的計時電流測定。在許多分析物濃度測量方法中，將恒定電壓步驟功能施加到測試條，即經過工作和參比電極，它們在對測試條的樣品施加時，導致通過測試條電化學測定池產生電流。施加電壓的大小必須足以引起測定池中的法拉第或電容電流以提供快速樣品檢測。當由于此施加電壓產生的電流超過預定的臨界值時，系統，即儀表，“標記”此時間為分析物濃度測量階段的開始，因此開始在工作電極處電流的測量以確定目標分析物的濃度。在系統準備精確地標記或標注分析物濃度測量階段的實際開始時間之前，氧化還原試劑體系和生物樣品之間的電化學反應已經開始。這樣，由于此電化學反應產生的部分電流用作樣品檢測階段的一部分。因此，最終測量的電流不是樣品分析物濃度的精確表示。換言之，在達到預定電流值之前，即在樣品檢測時間之前的時間期間，施加到測定池的電壓會“擾亂”目標分析物和試劑之間的電化學反應。設備響應時間越短和/或在達到要求電流臨界值之前的施加電壓越高，電化學反應的干擾越大，因此分析物濃度測量可能越不精確。
計時電流方法的另一個缺點在于，對于包含低濃度目標分析物或高濃度紅細胞或兩者的樣品，更可能導致不精確的測量。由于在電壓對電化學測定池施加時產生的電流一般隨減少的分析物濃度(或隨血細胞比容水平的增加)而降低，樣品檢測時間越長，測量電流似乎越不可能精確表示分析物濃度。另一方面，設定更低電流臨界水平可能會使系統更敏感和錯誤地由噪聲觸發。
另一種已知樣品檢測方法公開于U.S.專利號6,193,873B1，該文獻在此引入作為參考。此專利公開了計時電位方法，該方法克服了與樣品檢測計時電流方法有關的干擾問題。不施加恒定電壓步驟功能，計時電位方法包括施加小的恒定電流步驟功能到測試條。然后監測經過工作和參比電極的電壓。僅當此電壓低于確定的臨界電壓時，通過從恒定電流的施加向恒定電壓模式的切換，進行分析物的測量。由于照此測量獲得的電流的更大部分代表分析物濃度，此方法比樣品檢測測量的計時電流方法遠更為精確。
為實施’873專利的方法，必須采用電子電路，它提供如下兩者供應恒定電流步驟功能到試劑測試條用于進行樣品檢測階段的電流源，以及用于進行方法的分析物濃度測量階段的電壓源。同樣地，電子電路進一步包括用于允許在樣品檢測階段完成的精確時間，從電流供應的施加到電壓供應的施加切換的必須組件。
因此，有益的是提供非常精確、迅速和立即檢測施加到電化學測試條樣品存在的改進方法。特別有益的是，這樣的方法和用于實施這樣方法的系統不需要施加恒定電流或電壓步驟功能以檢測測試條上樣品的存在。優選，這樣的系統會比在’873專利中描述的系統要求更少的電子組件。
如上所討論的那樣，樣品檢測的現有技術方法包括在生物樣品在電化學測定池中放置之前，施加電輸入信號，或電壓步驟功能(如采用計時電位法)或電流步驟功能(如采用計時電流法)。采用任一方案，在作為施加電輸入信號產生的電信號，分別為電流信號或電壓信號，達到臨界水平之前并不開始測量階段。
本發明人已經發現，可以不在電化學測定池中施加樣品檢測階段電信號，而檢測樣品的存在和合適地和及時地開始測量階段。同樣地，本發明方法不采用或包括從電化學測定池外部施加用于進行樣品測量階段目的的電信號。采用本發明，此階段被動地僅由樣品在電化學測定池中的放置開始，由此橋接在電極之間的縫隙和產生信號，即電壓信號。或者可以經過電極放置電阻器而獲得電流信號，其指示測定池中樣品的存在。在檢測樣品存在時，監視或記錄樣品檢測時間，和將測量涉及的電信號即電壓信號自動施加到電化學測定池，用于測試樣品的選定特性。在從樣品檢測已經過去預定的時間之后，測量獲得的電流響應。然后從此測量的電流，或它對時間的積分，計算分析物濃度。
本發明方法比用于樣品檢測的現有技術方法提供顯著的優點。由于測量階段之前沒有施加到樣品的外部電信號，本發明方法的樣品檢測階段并不產生樣品的干擾。因此，從測量階段獲得輸出信號的數值僅表示要測量樣品特性的量(如體積，百分比等)，比由許多現有技術方法提供的測量遠更為精確。
本發明的另一個優點是消除了由于損壞或不正確使用電極的錯誤或不精確的分析物測量。采用上述的現有技術分析物測量系統，對測試條電極或儀表接觸物的任何損害(如短路)可自動開始分析物測量測定，甚至沒有樣品在測定池之中。由于本發明并不包括用于樣品檢測的外部電信號的施加，測定僅可在樣品溶液在生物傳感器的電化學測定池中沉積時開始。
由于本發明方法比現有技術方法更簡單，包括更少的步驟，必須用于進行本發明方法的系統和組件不如樣品檢測的現有技術方法復雜。更特別地，由于本發明的方法并不要求用于樣品檢測階段的外部電壓或電流的施加，本發明系統并不要求包括這樣設計的能量源，因此不如現有技術系統復雜并包括更少的組件。本發明系統包括的電子電路和組件可以引入或與接收生物傳感器的儀表整體提供，如電化學測試條，向其上沉積樣品體積的生物溶液，用于測量樣品選擇的特性，如感興趣的選擇分析物的濃度。該電化學測試條，如以下將被詳細描述的，包括具有至少兩個電極即工作電極和參比電極/對電極的電化學測定池，其間確定了用于接收生物樣品的反應區。
本發明還提供了套件，它包括引入實施本發明方法的本發明系統中的測試條儀表。
盡管本發明方法，系統和套件可用于檢測不同類型的生物樣品，如血液、尿、眼淚、唾液等，應用于各種類型的電化學測定池用于各種特性，如分析物濃度的測量，它們特別適于血液或血液級分等樣品的檢測，如應用于其中測量葡萄糖濃度的測試條的電化學測定池。
在閱讀以下更完全描述的本發明方法和系統的詳細情況時，本發明的這些和其它目的、優點和特征對于本領域技術人員是顯然的。
圖2是對于本發明方法，經過電化學測試條的電壓對時間的圖。
圖3是可以有效結合到用于實施本發明方法的電化學生物傳感器上的本發明系統電子電路的簡圖。
本發明提供自動檢測施加到生物傳感器的樣品存在(“樣品檢測階段”)和然后立即在樣品檢測時后開始樣品目標特性，如一種或多種分析物的濃度測量(“測量階段”)的方法和系統。本發明方法的樣品檢測階段被動地立即在樣品施加到生物傳感器時進行，而不用施加電壓步驟功能(如采用計時電流法)或電流步驟功能(如采用計時電位法)。本發明系統包括用于進行這些步驟的電子電路。同樣由本發明提供套件，它包括引入實施本發明方法的本發明系統的測試條儀表。
在進一步詳細描述本發明之前，應理解本發明并不限于所述的特定實施方案，自身可以事實上變化。也理解在此使用的術語僅用于描述特定實施方案的目的和不是限制性的，這是由于本發明的范圍僅由所附的權利要求限定。
當提供數值范圍時，應理解在該范圍上限和下限之間，除非上下文另外清楚地指示具體到下限單位的十分之一，每個居間數值和在陳述范圍中任何其它陳述或居間的數值也包括在本發明中。可獨立包括在更小范圍中的這些范圍的較上限和下限也包括在本發明中，除了在陳述范圍中任何具體排除的界限。當陳述范圍包括一個或兩個界限時，排除那些包括的極限兩者任一的范圍也包括在本發明中。
除非另外說明，在此使用的所有技術和科學術語具有由本發明領域的技術人員通常理解的相同意義。盡管相似于或等同于在此描述那些的任何方法和材料也可用于本發明的實施或測試，在此描述有限數目的示例性方法和材料。
必須注意，除非上下文清楚地另外指示，在此和在所附權利要求中使用的單數形式“一個”“一種”“該”包括復數參考物。
在此所述的所有公開文獻在此引入作為參考，以公開和描述該結合引用的文獻所公開的方法和/或材料。僅提供在此討論的公開文獻在本申請提交日之前的公開內容。沒有任何情況可以解釋成這樣的允許，即已有發明并不給予本發明先于這樣公開文獻的權利。此外，提供的公開文獻的日期可能不同于它們的實際
公開日期，需要單獨確認這些實際
公開日期。
現在詳細描述本發明。首先描述可用于本發明方法的系統和可以采用的示例性電化學生物傳感器。其次，提供本發明前提的解釋和由本發明人進行的特定發現的解釋，隨后是本發明方法和本發明系統的詳細描述，以及本發明套件的描述。在如下描述中，在分析物濃度測量上下文中描述本發明，然而，這樣不是限制性的和本領域技術人員會理解本發明系統和方法用于生物物質其它物理和化學特性的測量。電化學生物傳感器本發明方法和系統可與生物傳感器、更特別地電化學測定池基生物傳感器使用，向其中沉積或轉移取樣的生物材料。存在變化的電化學測定池基生物傳感器設計。用于分析物濃度測量領域的最通常設計包括測試條構型，如在如下文獻中公開的那些U.S.專利號6,193,873和在先未決U.S.專利申請系列號09/497,304、09/497/269、09/736/788、和09/746,116，這些文獻的公開內容在此引入作為參考。這樣的測試條與配置用于電化學測量的儀表、如在上述專利參考文獻中公開的那些一起使用。
不是測試條的電化學測定池生物傳感器也可用于本發明。例如，電化學測定池可具有圓筒形構型，其中芯電極共軸于第二管狀電極中。這樣的電化學測定池構型可以為微型針狀體的形式，因此集成在用于原位(典型地在皮膚表面以下)測量的針結構之中或另外與微型針狀體結構物理或流體地連通。這樣微型針狀體的例子描述在如下文獻中2001年6月12日提交的U.S.專利申請系列號09/878,742和09/879,106，這些文獻在此引入作為參考。為公開的目的，本發明設備將與測試條構型電化學測定池一起使用來描述，然而本領域技術人員理解本發明設備可與任何合適的電化學測定池構型使用，包括微型針狀體構型。
進行的電化學測量的類型可依測定的具體性質和采用的電化學測試條儀表而變化，如根據測定是電量的、電流的或電位的而變化。電化學測定池會測量電量測定中的電荷，電流測量中的電流和電位測定中的電勢。對于此公開的目的，本發明會在上下文中描述電流測定，然而本發明設備可以與任何類型的測定和電化學測量一起使用。
一般情況下，在任何構型中，電化學測定池包括至少兩個電極，工作電極和參比電極/對電極，電極以相對布置或以在相同平面中并排布置分隔開。在第一種布置中，電極由薄間隔層分隔，它確定反應區或區域，或腔室，向其中沉積或轉移生物樣品用于分析物濃度測量。在并排構型中，電極位于具有確定厚度和體積的腔室中。在反應區或腔室中存在的，即涂敷在電極一個或多個相對表面上的，是選擇用于化學反應目標分析物的氧化還原試劑。這樣的氧化還原試劑典型地包括至少一種酶和媒介體。也應當注意電化學測定池可含有兩個或多個電極，即一個工作電極和一個對電極/參比電極，一個工作電極和一個對電極和一個參比電極，兩個工作電極和一個對電極/參比電極等。依賴于應用的類型，可以更需要在電化學測定池中含有多于兩個電極以允許用于更精確的電壓施加或允許用于測量多于一種分析物。
適用于本發明的示例性電化學測試條10的代表在

圖1的分解圖中提供。測試條10由底層12和頂層24組成，底層和頂層由薄間隔層20分隔，間隔層含有確定反應區或區域22的切掉的部分。一般情況下，底層和頂層12和24配置為伸長矩形條的形式，該條每個的長度為約2-6cm，通常約3-4cm，寬度為約0.3-1.0cm，通常約0.5-0.7cm，和厚度為約0.2-1.2mm，通常0.38-0.64mm。
底層和頂層12和24每個分別確定襯底基礎物14和26，該基礎物由惰性載體或背襯材料組成，在其上典型地通過濺射沉積會分別形成參比電極和工作電極16和28的導電材料。惰性背襯材料是剛性材料和能夠向每個電極16和28和依次作為整體的電化學測試條提供結構支撐。這樣的合適材料包括塑料(如PET、PETG、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯)、硅、陶瓷、玻璃等。導電材料優選是金屬，其中感興趣的金屬包括鈀、金、鉑、銥、摻雜的氧化銦錫、不銹鋼、碳等。例如，鈀涂層可形成工作電極16而金涂層形成參比電極28。
間隔層20位于或夾層于電極16和28之間。間隔層12的厚度一般為約1-500μm，和通常約50-150μm。間隔層20可以由任何常規材料制成，其中代表性的合適材料包括PET、PETG、聚酰亞胺、聚碳酸酯等。可以處理間隔層20的表面以與相應電極16和28粘合和因此保持電化學測試條10的結構。
切割間隔層20以提供具有任何合適形狀包括圓形、正方形、三角形、矩形的反應區或區域22、或不規則形狀反應區。反應區22的頂部和底部由電極16，28的相對表面確定而間隔層20確定反應區22的側壁。反應區的體積為至少約0.1-10μl，通常約0.2-5.0μl，和更通常約0.05-1.6μl。
在反應區22中存在的，靠近電極16一端18沉積的，是氧化還原試劑體系，一般稱為信號產生系統，它提供與目標分析物化學相互作用以產生生物樣品中分析物濃度的具體試劑組分。氧化還原試劑體系或信號產生系統典型地包括至少一種酶組分和媒介體組分。在許多實施方案中，酶組分包括一致起作用以氧化/還原感興趣的分析物的一種或多種酶。換言之，氧化還原體系的酶組分由如下物質組成單一分析物氧化/還原酶或一致起作用以氧化/還原感興趣分析物的兩種或多種酶的集合。感興趣的典型酶包括氧化還原酶、水解酶、轉移酶、脫氫酶、酯酶等；然而，在反應區存在的具體酶依賴于電化學測試條設計用于檢測的特定分析物。當感興趣的分析物是葡萄糖時，例如，合適的酶包括葡萄糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶(β-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸基(NAD)或4，5-二氫-4，5-二氧代-1H-吡咯并[2，3-f]喹啉-2，7，9-三羧酸基(PQQ))。當分析物是膽固醇時，合適的酶包括膽固醇酯酶和膽固醇氧化酶。對于其它分析物，可以使用包括但不限于如下的酶脂蛋白脂肪酶、甘油激酶、甘油-3-磷酸酯氧化酶、乳酸酯氧化酶、乳酸酯脫氫酶、丙酮酸酯氧化酶、醇氧化酶、膽紅素氧化酶、尿酸酶、肌氨酸氧化酶、抗壞血酸氧化酶、谷氨酸氧化酶、過氧化物酶等。
氧化還原體系的第二組分是媒介體組分，它由一種或多種媒介劑組成。各種不同的媒介劑在本領域是已知的和包括鐵氰化物、吩嗪乙硫酸酯、吩嗪甲硫酸酯、苯二胺、1-甲氧基-吩嗪甲硫酸酯、2，6-二甲基-1，4-苯并醌、2，5-二氯-1，4-苯并醌、吩噻嗪衍生物、吩噁嗪衍生物、金屬卟啉衍生物、酞菁衍生物、紫羅堿衍生物、二茂鐵衍生物、鋨二吡啶基配合物、釕配合物等。在其中葡萄糖是感興趣的分析物和葡萄糖氧化酶或葡萄糖脫氫酶是酶組分的那些實施方案中，特別感興趣的媒介體是鐵氰化物，以下在本發明方法描述的上下文中更詳細討論鐵氰化物。可以在反應區存在的其它試劑包括緩沖劑，如檸康酸鹽、檸檬酸鹽、磷酸鹽、“Good”緩沖劑等。
氧化還原試劑體系一般以干燥形式存在。各種組分的量可以變化，其中酶組分的量典型地為約0.1-20wt％。發明前提如上所述，本發明人已經發現可以檢測樣品在電化學測定池中的存在，和合適地和及時地開始測量階段，而不施加樣品檢測階段電信號到電化學測定池。此發現是基于由本發明人進行的測量，在不存在或沒有從外部能量源向測定池施加電信號的情況下，某些化學物質，當用作電化學測定池中采用的氧化還原體系的媒介體組分和引起與施加的樣品電化學反應時，經過電化學測定池的電極產生電勢差。
由于氧化還原體系，和更特別地氧化還原體系的可氧化媒介體組分(如在葡萄糖濃度測量中的鐵氰化物)，在電極的非對稱沉積，或更通常地，試劑體系只在一個電極上的沉積產生這樣的電勢差。在任一情況下，試劑體系或可氧化媒介體組分在一個電極，如工作電極的濃度，比在其它電極，如參比電極/對電極的濃度大。在試劑體系和樣品溶液之間的化學反應產生還原的媒介體(當鐵氰化物是氧化的媒介體時的亞鐵氰化物)，其量在短時間內是相對小部分。在電極之間的氧化還原體系的非對稱濃度產生經過電極的電勢差。此產生的電勢差數值與氧化媒介體濃度對還原媒介體濃度的比例，如鐵氰化物對亞鐵氰化物濃度比成比例。此關系由如下公式表示，稱為能斯特方程E=RTnFln[O]1[R]2[O]2[R]1]]>其中E是經過電極產生的電勢差；R是普適氣體常數(8.3144VCmol-1k-1)；T是電化學測定池中的溫度；n是涉及氧化還原反應的電子數目；F是法拉第常數(96.485C/摩爾)；[O]1和[O]2分別是氧化媒介體在工作電極和參比電極/對電極的濃度；和[R]1和[R]2分別是還原媒介體在工作電極和參比電極/對電極的濃度。通過配置其中將樣品檢測臨界電壓設定為產生的電勢差期望值的體系，可以在檢測到這樣臨界電壓時開始本發明方法的測量階段。此臨界電壓典型地為約3-6mV。也應當注意可以使用多于一種氧化還原對用于幫助產生更大的電壓。在此方案中，兩個氧化還原對離散地沉淀于它們自身的各自電極上。或者，如果使用如Ag、Ag/AgCl、Zn、Ni或Cu的材料，電極材料自身可作為氧化還原對。
使用各種媒介體，本發明可用于許多應用，如用于許多類型分析物的濃度測量。用于本發明測量樣品中葡萄糖濃度的合適媒介體包括但不限于，鐵氰化物、二茂鐵、釕和鋨配合物。發明方法因此，根據以上前提，本發明人確定可以檢測電化學測定池中樣品的存在，和合適地和及時地開始測量階段，而不施加樣品檢測階段電信號到電化學測定池。同樣地，本發明的方法并不采用或包括從電化學測定池外部施加用于進行樣品測量階段目的的電信號。采用本發明，此階段被動地、僅由樣品在電化學測定池中的放置開始。
參考圖2，在使用可操作地放置在上述儀表中的電化學測試條，在生物樣品上進行分析物濃度測量的上下文中，描述了本發明方法的步驟。在實施本發明方法中，提供含有氧化還原試劑體系的用于分析物濃度測量的測試條，氧化還原體系在電化學測定池中提供，其中試劑體系包括媒介體組分，如具有化學特性的鐵氰化物使得在與樣品的電化學反應時，在電化學測定池中發生電勢差，如以上詳細解釋的那樣。
在實施本發明方法中，在不存在外部施加的電信號下，將生物樣品，如血液樣品或對照溶液(用于證明或檢查測試體系整體性)，收集和放置、沉積或轉移到測試條測定池中。樣品在測試條中的放置可以通過首先將測試條插入測試儀表和然后施加樣品到測試條(“在儀表上劑量”)而完成。
通過向測試條的電化學測定池施加樣品，由圖2的箭頭30所示，開始本發明方法的樣品檢測階段。樣品用于橋接在工作電極和參考/對電極之間的縫隙。由于此縫隙初始是干燥的，在濕樣品的施加之前僅有可忽略的電流在電極之間流過。由此可忽略的樣品施加前的電流產生的電壓是由于操作放大器106的偏置，和典型地為約-2mV到+2mV，如由圖2的括號32所示。因此，濕樣品在電極之間形成導電通道，因此引起經過電極的電勢差。監測經過電極的電勢差或電壓，和當檢測監測的電壓已經增加到預定臨界電壓以上時，指定為樣品檢測時間(由圖2的箭頭40所示)，然后立即開始分析物濃度測量。典型地，這樣的預定臨界電壓為約3-6mV。因此，本發明方法提供非常精確確定要測試樣品接觸測試條的時間點的手段，使得可以精確計時測量操作的持續時間。當將樣品施加到測定池和可用于樣品應用檢測時，電壓信號的最初產生也是電壓如何快速產生的指示。
測量階段的開始，由圖2的箭頭40所示，包括施加由測試條外部電壓源的預定測試電壓水平。通常該測試電壓為約0～600mV。然后測量從電化學測定池產生的作為時間函數的電流。在預定時間之后，將測量電流的值確定為代表目標分析物的濃度。這樣的預定時間一般為約3-40秒，和更典型地為約4-20秒。或者，代表性電流值可以是在預定時間期間的預定時間間隔下采集的多個獲得電流測量值的平均值。還可以將連續測量電流對預定時間積分。采用任何這些電流測量方案，當樣品是血液和目標分析物是葡萄糖時，此預定時間的持續時間一般至少為約3秒。此持續時間一般提供試劑溶解和媒介體以容易測量的量被還原的足夠時間。然后使用測量的電流值(單個的、離散的測量值，多個測量值的平均或連續積分的測量值)得出或計算分析物的濃度。實施本發明的系統如上所述，本發明也包括進行本發明方法的系統。本發明系統包括用于和電結合到生物傳感器的電子組件和/或電路，如先前所述的一次性測試條，向其中放置要測試的樣品溶液。最典型地，將這樣的電子電路引入儀表或其它自動設備，該儀表或其它自動設備配置用于接收和與這樣測試條可操作地配合和用于測量一種或多種物理或化學特性，如保持在電化學測定池中的生物樣品的分析物濃度。這樣的電子電路可包括離散的電子組件和/或含有多個電路元件的集成電路，如ASIC(應用專用集成電路)和/或半導體器件，如根據從電化學測定池接收的某些信號或數據輸入、合適編程以執行本發明方法某些步驟或功能和用于貯存和記錄數據(為靜態和動態兩者)的微處理器。在某些實施方案中，本發明的系統包括的電子電路和自動測量設備或儀表中的電子電路在結構和功能上完全與自動測量設備集成為整體。
圖3是適于實施本發明方法的本發明系統或電子電路100實施方案的簡圖。這樣的實施方案為示例性的和不限定實施本發明方法的方式。電路100配置成可以電連接到測試條101，和一般包括電壓源115，樣品檢測分支電路120，和分析物濃度測量分支電路，更特別地電流到電壓轉換器125，開關104和108，模數轉換器109和微處理器110。本領域技術人員可認知適于進行本發明方法步驟的其它電路布置和組件。
在實施本發明方法中，電路100電連接到測試條101。開始時，樣品檢測支電路120的開關103處于閉合位置，開關104處于斷開位置和開關108處于“上”位置。同樣地，樣品檢測支電路120與測試條101可操作地電連接，和通過測試條101的電極放置電阻器102和支電路120。電阻器102防止在樣品對測試條101施加之前，由于環境噪聲的錯誤觸發。支電路103的樣品檢測緩沖器，由操作放大器105組成，監測經過測試條電極的瞬時電壓(V1)。將瞬時電壓(V1)，經過開關108，提供到A/D轉換器109，其中將它轉換成數字信號，然后將數字信號傳輸到微處理器110。微處理器110連續比較V1數字值與在它的存儲器中存儲的預定電壓。這樣的預定電壓代表樣品檢測臨界電壓，樣品檢測臨界電壓與媒介體氧化還原對組分的濃度，即氧化/還原媒介體濃度比，如以上討論的鐵氰化物/亞鐵氰化物濃度比成比例。
在微處理器110檢測到產生的電勢差或電壓V1已經達到樣品檢測臨界電壓的時間點，微處理器110記錄這樣的時間，指定為樣品檢測時間，它確定分析濃度測量階段t＝0。在樣品檢測時間，微處理器110也分別傳輸控制信號以斷開103，閉合開關104和移動開關108到“下”位置。這樣，將電阻器102和支電路120與測試條101斷開，將電壓源115可操作地連接到測試條101，因此施加所需的或預定的測試電壓經過測試條101的電極。電信號，如由測試條測定池產生的電流信號，由操作放大器106和電阻器107組成的測量支電路125檢測，它用于將檢測的電流轉換成代表樣品中目標分析物濃度的電壓信號(V2)。通過開關108，將此電壓信號V2由A/D轉換器109轉移成數字信號。此數字值然后由微處理器110接收，它然后從測量的電流信號得出或計算目標分析物的濃度。然后可以將此分析物濃度值傳輸到顯示單元(未示出)。
除先前所述的優點以外，本發明具有抗非有意觸發系統電路和開始分析物測量階段的內在保護，因此避免分析的錯誤測量。由于樣品的電阻率并不是檢測樣品施加的標準，被動負荷不能偶然地觸發電路以開始本發明方法的測量階段。另外，如果測試條的化學方面已經損壞或不是合適的，如可氧化媒介體組分從氧化還原試劑體系損失掉，樣品溶液對測試條的施加并不產生要求的化學反應，因此不能經過測定池電極產生電壓，和因此不能觸發電路。另外，一旦電化學已經由樣品填充和達到平衡，即在兩個電極的氧化媒介體的濃度相同，不可能經過測定池產生電勢差，因此消除了再觸發電路的危險。另外，如果樣品溶液并不包含氧化還原試劑體系針對的分析物，系統不會進行測量。這是由于如下事實本發明采用氧化態的媒介體，僅在分析物和酶存在下它才轉化成還原態。兩種氧化還原媒介體狀態的非對稱分布的存在驅動測量電壓的產生。套件本發明還提供用于實施本發明的套件。本發明的套件包括本發明的系統，本發明系統包括上述電子電路，或為上述儀表或其它自動儀表的形式，用于被動檢測生物樣品在電化學測定池中的施加，以精確開始分析物濃度測量過程。
套件可進一步包括使用根據本發明方法的本發明系統的說明，其具有形式為測試條或微型針狀體等的電化學測定池，用于保持在電化學測定池中的施加樣品或材料的檢測。指令可以印刷在基材如紙或塑料等上。這樣，指令可以在套件中作為包裝插件，放在套件或其組件的容器標簽中(即連同包裝或分包裝)。在其它的實施方案中，指令可以存在于適合計算機的可讀存儲介質如CD-ROM、磁盤等的電子存儲數據文件中。
從以上描述可以明顯看到，在電化學分析物濃度分析中，本發明的方法和系統克服了用于樣品檢測的現有技術的許多缺點，和提供了某些優點包括，但不限于，消除樣品干擾的危險，簡化必須用于進行樣品檢測的組件，保護測試過程的非有意觸發，和提供開始分析物濃度測量過程定時的非常精確方式。此外，這樣的樣品量測量并不受限于血液葡萄糖濃度，血液血細胞比容水平，血液供體，測試溫度，和通常存在于血液樣品中的干擾物濃度的變化。因此，本發明方法對生物樣品施加檢測和分析物濃度測量領域作出了顯著貢獻。
在此以認為最實際和優選的實施方案顯示和描述了本發明。然而，應理解在本發明的范圍之內可以對其進行修改，在閱讀此公開內容后，顯然本領域技術人員發生可以對其進行改進。
公開的具體方法和系統是說明性的，而不是限制性的。在公開的概念同等物的意義上和范圍內的改進，如對相關領域技術人員是顯而易見的那些，包括在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種確定電化學測定池中樣品存在的方法，包括如下步驟在不存在施加到該電化學測定池的外部信號下，將該樣品施加到該電化學測定池；在該電化學測定池中產生電勢差而不向該電化學測定池施加外部信號；和監測該電勢差。
2.權利要求1的方法，其中該電化學測定池包括兩個電極和產生電勢差的該步驟包括在該電化學測定池中提供信號產生系統，其中在該電極上非對稱沉積該信號產生系統。
3.權利要求2的方法，其中施加該樣品到該電化學測定池的步驟包括將該信號產生系統與該樣品接觸，其中在該電化學測定池中發生電化學反應。
4.權利要求3的方法，其中該電化學測定池包括兩個電極和該信號產生系統包括酶組分和媒介體組分，其中產生電勢差的該步驟包括如下步驟在該電極上非對稱沉積該信號產生系統；在該樣品中溶解該酶組分和該媒介體組分，其中以足以在電極之間產生電勢差而不用施加外部電勢源的濃度從該信號產生系統釋放物質。
5.一種測量施加到電化學測定池的樣品的分析物濃度的方法，包括如下步驟根據權利要求1-4確定該電化學測定池中樣品的存在；通過監測何時該電勢差增加到預定臨界電壓以上而確定樣品檢測時間；施加預定的測試電壓到該電化學測定池；在施加該預定測試電壓之后的預定時間測量對該施加的預定測試電壓的電響應；和使用該測量的電響應計算該分析物濃度。
6.一種測量樣品分析物濃度的方法，包括如下步驟提供包括信號產生系統的電化學測定池，信號產生系統包括選擇用于與該分析物反應的酶組分和選擇用于與該酶組分反應的可還原/可氧化媒介體組分；監視該電化學測定池的電勢差；將該樣品施加到該電化學測定池，其中該分析物引起該酶組分和該可還原/可氧化媒介體組分溶解和因此釋放氧化的/還原的媒介體組分；通過監測該電勢差何時低于預定臨界電壓而確定樣品檢測時間；施加預定的測試電壓到該電化學測定池；在施加該預定測試電壓之后的預定時間測量對該施加的預定測試電壓的響應電流；和使用該測量的電流計算該分析物濃度。
7.一種測量樣品中分析物濃度的系統，該樣品已經在電化學測定池的工作電極和參比電極/對電極之間施加，該系統以電連接方式包括隔離該電極與來自該電化學測定池外部來源的電信號施加的機構；監測經過該電極的電勢差的機構；確定該電勢差何時低于預定臨界電壓以指示樣品檢測的機構；響應樣品檢測用于施加預定測試電壓到該樣品的機構；測量對該施加的預定測試電壓的電響應的機構；和通過使用該測量的電響應計算該分析物濃度的機構。
8.權利要求7的系統，其中該系統是配置成用于可操作地接收該電化學測定池的儀表。
9.權利要求7的系統，其中將該電化學測定池配置成位于測試條中。
10.權利要求7的系統，其中將該電化學測定池配置成位于微型針狀體中。
11.一種測量要施加到電化學測試條的生物樣品的分析物濃度的套件，包括根據權利要求7-10配置成用于接收該測試條和測量該分析物濃度的系統；和使用該系統以測量該生物樣品中分析物濃度的說明。
全文摘要
本發明提供在樣品對生物傳感器施加時被動地和自動地檢測樣品存在(“樣品檢測階段”)，立即在樣品檢測后確定樣品檢測時間和然后開始樣品的目標特性如一種或多種分析物濃度的測量(“測量階段”)的方法和系統。本發明方法和系統不采用或包括用于進行樣品檢測階段目的的、從外部來源的電信號對電化學測定池的施加，因此較不復雜和包括較少的步驟和組件。
文檔編號G01N27/416GK1424578SQ0215613
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月9日 優先權日2001年12月10日
發明者M·Z·凱爾馬尼, T·奧哈拉, M·特奧多爾茨克 申請人:生命掃描有限公司