專利名稱：對(duì)電化學(xué)條帶中部分充滿的測(cè)定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)電化學(xué)測(cè)試條帶中部分充滿(partial fill)的方法， 以及在此方法中使用的測(cè)量計(jì)和測(cè)量計(jì)-測(cè)試條帶組合。
背景技術(shù)：
小型 一次性電化學(xué)測(cè)試條帶常常被糖尿病患者用來監(jiān)測(cè)血糖。此類 測(cè)試條帶也可被用來檢測(cè)人們感興趣的其它生理化學(xué)物以及濫用的物 質(zhì)。通常，所述測(cè)試條帶包括用于將進(jìn)行的測(cè)試的合適試劑和至少兩個(gè) 電極，其被制造為單次使用的可拋棄單元。測(cè)試條帶在被插入可反復(fù)使 用的測(cè)量計(jì)之前或之后，與諸如血液，唾液或尿液等樣品混合，該測(cè)量 計(jì)包含下述機(jī)械裝置，所述機(jī)械裝置用于檢測(cè)來自測(cè)試條帶的電化學(xué)信 號(hào)，并將其處理為對(duì)由所述測(cè)試條帶確定的分析物的存在/不存在或數(shù)量 等的指示。
通常，人們希望在電化學(xué)測(cè)試條帶中利用小體積樣品。但利用小體 積測(cè)試條帶所遇到的挑戰(zhàn)之一是出現(xiàn)部分充滿狀態(tài)，其中，導(dǎo)入測(cè)試條 帶的樣品是不足的，這將導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)。已提出了解決部分充滿問題 的多種方法。
在很多情況中，解決這一問題的方法包括使用額外的電極。例如， US 4,929,426披露了阻抗電極的運(yùn)用，即，當(dāng)分析室被注滿時(shí)，分析樣 品溢出。而US 5,582,697、 US 6,212,417和US 6,299,757都披露了使用 能用于充滿檢測(cè)中的第三種電極。US 6,743,635披露了一種四電極的方 法，包括分開的充滿檢測(cè)正極和負(fù)極。US 5,997,817披露了一種測(cè)試條 帶，所述測(cè)試條帶具有可通過其觀察樣品的觀察窗和"至此為充滿"刻 度線，以估算樣品足量程度(sufficiency)。
美國(guó)專利第6,856,125號(hào)披露了一種用測(cè)量電容量來測(cè)量樣品體積 的方法。所述設(shè)備包括向盛有樣品的生物傳感器單元施加AC信號(hào)的正 弦波發(fā)生器，電流-電壓轉(zhuǎn)換器，移相器，方波發(fā)生器，同步解調(diào)器以
電容成^例的信號(hào)。、'該信^與樣品體積是成比例的。 《、' '
因?yàn)殡娀瘜W(xué)測(cè)試條帶通常是一次性的，并且糖尿病患者在一天中可 使用多條，所以需要控制單條成本。因此希望開發(fā)一套不需要增加大量 測(cè)試條帶或測(cè)量計(jì)數(shù)量就能確定樣品足量程度的系統(tǒng)，從而也不增加所 述測(cè)試條帶和測(cè)量計(jì)的制造成本。如果此系統(tǒng)能在測(cè)量計(jì)中自動(dòng)運(yùn),行， 而不依靠使用者進(jìn)行人工觀測(cè)和判斷，則將更加理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種確定樣品足量程度的改進(jìn)方法，即利用測(cè)量電極 之間的雙層充電或》文電，來確定加入樣品后所述測(cè)試條帶的雙層電容。 雙層電容與被樣品濕潤(rùn)的面積成比例，因此提供了對(duì)樣品室充滿程度的 直接測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明，通過包括以下步驟的方法，可以檢測(cè)在含有電 極以及在所述電極間放置有液體樣品的電化學(xué)測(cè)試條帶中的部分充
滿
a) 將樣品》文入電化學(xué)測(cè)試條帶；
b) 在所述測(cè)試條帶的電極間施加電勢(shì)差；
c) 切斷已施加的電勢(shì)，并可選地施加第二電勢(shì)；
d) ，見測(cè)產(chǎn)生的電流，并由》見測(cè)到的電流確定電才及之間的雙層充電 或》文電；
e) 觀測(cè)施加電勢(shì)被切斷之后的電壓變化，并由所測(cè)量的雙層充電 或方文電和〗(見測(cè)到的電壓變化確定測(cè)試條帶的雙層電容；
f) 將所測(cè)定的雙層電容與參考值進(jìn)行對(duì)比，其中小于所述參考值的 雙層電容指示所述液體樣品覆蓋面向的(facing)電極的一部分，因此 所述電化學(xué)測(cè)試條帶僅為部分充滿。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，雙層》文電通過下文所述來測(cè)量1) 在電極之間施加電勢(shì)；2)在時(shí)刻t切斷切斷在電極間所施加的電勢(shì)；3) 監(jiān)測(cè)所述電極間電勢(shì)差的衰減，以判定所述電勢(shì)衰減至閾值時(shí)所需的時(shí) 間t閣值；和4 )確定在t切斷禾口 t閾值間P鬲中雙層電荷的》文電量。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，雙層放電通過下文所述來測(cè)量1) 在電極之間施加第一電勢(shì)；2)在時(shí)刻t切斷切斷在電極間所施加的電勢(shì)； 3)監(jiān)測(cè)所述電極間電勢(shì)差的衰減，以判定所述電勢(shì)衰減至閾值時(shí)所需 的時(shí)間t閾值；4 )在t 值時(shí)在電極間施力p第二電勢(shì)，由此產(chǎn)生電流尖峰； 5)確定雙層充電量，這是電流尖峰下的面積所反映的；6)由t切斷時(shí)的
雙層充電量和電流確定所述雙層電容。
本發(fā)明還提供了 一種與電化學(xué)測(cè)試條帶結(jié)合使用的測(cè)量計(jì)。此測(cè)量 計(jì)包括下述電路，所述電路用于施加電勢(shì)、監(jiān)測(cè)電流、切斷電勢(shì)以及監(jiān) 測(cè)切斷電勢(shì)之后電勢(shì)衰減。測(cè)量計(jì)可進(jìn)一步包括用于監(jiān)測(cè)再次施加電勢(shì) 后的電流的電路。測(cè)量計(jì)中的處理器利用產(chǎn)生的信息確定雙層電容，并 且，如果雙層電容量不足的時(shí)候，將終止所述測(cè)量循環(huán)。另外，所述測(cè) 量計(jì)還包括用于測(cè)量在樣品中存在的分析物(例如葡萄糖)的量的電 路，以及用于向使用者顯示分析物的量，或者因樣品不足而終止測(cè)試。


圖1顯示發(fā)生在傳統(tǒng)安培式葡萄糖檢測(cè)器中的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)；
圖2顯示在將電勢(shì)施加在用于;f全測(cè)葡萄糖的電化學(xué)測(cè)試條帶之后，
電流作為時(shí)間函數(shù)的理論圖，其中，所述測(cè)試條帶具有面向電極和反電
極，以及電極間的間隔，使介質(zhì)在電極間進(jìn)行循環(huán)；
圖3顯示作為時(shí)間函數(shù)的施加電壓Vapp和電極間電勢(shì)差Velect的圖； 圖4顯示達(dá)到閾值之后再次向電才及施加電勢(shì)時(shí)，電流作為時(shí)間函數(shù)
的圖5顯示電壓對(duì)比時(shí)間的圖，即描述了電極電阻導(dǎo)致電壓下降；
圖6顯示測(cè)量計(jì)的外〗(見圖7顯示測(cè)試條帶和測(cè)量計(jì)中連接部分的連接；
圖8顯示在安培計(jì)模式與電勢(shì)計(jì)模式之間轉(zhuǎn)換的電路圖9顯示在安培計(jì)模式與電勢(shì)計(jì)模式之間轉(zhuǎn)換的電路圖IO顯示微分電容和電勢(shì)之間的關(guān)系；
圖11顯示測(cè)量得到的充滿和部分充滿條帶的微分電容；
圖12顯示了微分電容的批次波動(dòng)作為降至50 mV所需時(shí)間的函
數(shù)；
圖13A和B概述了根據(jù)本發(fā)明測(cè)定雙層電容的技術(shù)。
具體實(shí)施例方式
I.定義
如在本申請(qǐng)的說明書和權(quán)利要求中所使用的，應(yīng)當(dāng)采用如下定義 (a)"分析物"指樣品中可能存在的令人感興趣的材料。在本申
請(qǐng)中，實(shí)施例以葡萄糖為分析物，但是本發(fā)明分析物的類型和數(shù)量不受 限制。因此，應(yīng)用于葡萄糖檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)僅僅被視為特定的非限制性的 實(shí)施方式。
(b) "對(duì)分析物的測(cè)定"指評(píng)估樣品的定性、半定量、定量的過 程。在定性評(píng)估中，結(jié)果顯示是否在樣品中檢測(cè)到分析物；在半定量評(píng) 估中，所述結(jié)果顯示是否分析物以高于預(yù)定閾值的量存在；在定量評(píng)估 中，所述結(jié)果是分析物存在量的數(shù)字顯示。
(c) "雙層"指在導(dǎo)體/電解界面形成的充電層，這是在導(dǎo)體表面 吸附離子，導(dǎo)致在固體表面附近形成導(dǎo)體內(nèi)部中和鏡像電荷局部區(qū)域化 層的結(jié)果。當(dāng)液體樣品與電極相接觸時(shí)，無論是否施加電勢(shì)，所述雙層 都將在電化學(xué)測(cè)試條帶中的每個(gè)電極上形成。然而，雙層中的電荷量是 電極電勢(shì)的函數(shù)。所述雙層結(jié)構(gòu)基本上是作為電容器運(yùn)轉(zhuǎn)。
(d) "雙層電容"是雙層的電容。其可能是積分電容，在此情況 下可由以下/>式表示
Cint= I At/么V
或微分電容，在此情況下由以下/>式表示
Cdif= l/(dV/dt)
其中i為電流，t為時(shí)間，v為電壓。在一些情況中，所測(cè)量的雙層電容 受一個(gè)電極主導(dǎo)，例如，當(dāng)一個(gè)電極擁有相當(dāng)大的面積時(shí)，或者當(dāng)樣品 中帶有一種電荷的離子的吸附比帶有另 一種電荷的離子更強(qiáng)時(shí)。在所述 葡萄糖測(cè)試條帶的情況下，正極通常在主導(dǎo)地位，這是因?yàn)樨?fù)離子例如 氯離子更容易失去其水和殼而進(jìn)入所述雙層。在這些情況中測(cè)量的雙層 電容在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，然而應(yīng)該注意到一個(gè)電極是占主導(dǎo)地位的，
充滿的狀態(tài)是這樣的所述占主導(dǎo)地位的電極的雙層電容代表了所述電 化學(xué)條帶的充滿狀態(tài)。
(e)"雙層充電"是增加儲(chǔ)存在雙層中的電荷的過程，這是施加 電勢(shì)的結(jié)果。所述術(shù)語"電極雙層充電"指對(duì)兩個(gè)電極充電，或者對(duì)主 導(dǎo)電一及充電。(f) "雙層放電"是減少儲(chǔ)存在雙層中的電荷的過程，這是切斷施 加電勢(shì)的結(jié)果。所述術(shù)語"電極雙層放電"指對(duì)兩個(gè)電極進(jìn)行放電，或 者對(duì)主導(dǎo)電極進(jìn)行放電。
(g) "電化學(xué)測(cè)試條帶，，指帶有至少兩個(gè)電極，以及測(cè)定置于電 極之間的樣品中的分析物所用的任何必要試劑的條帶。在優(yōu)選實(shí)施方式 中，所述電化學(xué)測(cè)試條帶可在一次使用之后丟棄，并且?guī)в羞B接端，以 與獨(dú)立且可重復(fù)使用的測(cè)量計(jì)相連，所述測(cè)量計(jì)包括施加電勢(shì)，分析信 號(hào)以及顯示結(jié)果的電子設(shè)備。
(h) "面向電極"是一對(duì)平行放置在位于相互分離的面上的電極。
一對(duì)面向電極的相對(duì)面部分地或全部重疊， -使得電極間的電勢(shì)梯度和電 流與所述相對(duì)面基本上垂直。面向電極區(qū)別于安置在同一面上的、并且 電勢(shì)梯度和電流基本上與電極表面平行的并行電極。本發(fā)明能夠使用面 向或并^于電才及，以及其它幾^r排列的電才及。
(i) 對(duì)施加電勢(shì)的"切斷"指形成開放電路，所述開放電路強(qiáng)制使 電流歸零(通過打開開關(guān)或者將高阻抗引入所述電路)，從而允許建立 化學(xué)濃度梯度和在所述雙層中的離子吸附，以此來測(cè)定電極間的電勢(shì)。 這與電壓歸零不同。
(j)"電極電阻"導(dǎo)致了所施加電壓與由所述電極上的電化學(xué)所感 知到的實(shí)際電壓間的差異。電極材料和與電極相連的連接端子的電阻、 電極沾污以及類似因素導(dǎo)致電極電阻增加。
(k) V T降是施加電壓與實(shí)際電壓之間的差異，所述實(shí)際電壓因電 才及電阻而才是高。
(1)"攜氧量，，指樣品容納的氧的量，所述氧是溶解形式的或者處 于紅血球容器中。
(m) "tm。b"是分析過程經(jīng)試驗(yàn)所確定的時(shí)間，其反映了在特定測(cè) 試室中特定樣品中的介質(zhì)遷移率。tm。b是施加電勢(shì)被切斷以后，電極間 的電勢(shì)衰減至預(yù)定值的時(shí)間。
(n)在本申請(qǐng)中所使用的"預(yù)定"指經(jīng)驗(yàn)性地確定具體測(cè)量計(jì)或 測(cè)試條帶或測(cè)量計(jì)/測(cè)試條帶組合所用的量或值。所述預(yù)定量或預(yù)定值將 反映出針對(duì)用戶需求做出的最優(yōu)化，其中要考慮到所需的置信水平，并 且無需達(dá)到最好的可能結(jié)果或100%準(zhǔn)確性。 II.對(duì)分析物(例如葡萄糖)的確定
傳統(tǒng)上，對(duì)分析物(例如葡萄糖)的電化學(xué)檢測(cè)是通過向盛有待評(píng) 估樣品的電化學(xué)室施加電勢(shì)來完成的，所述評(píng)估針對(duì)葡萄糖、氧化葡萄 糖的酶(諸如如葡萄糖氧化酶)和氧化還原介質(zhì)的存在/數(shù)量。如圖1
所示，所述酶氧化葡萄糖形成葡糖內(nèi)酯和所述酶的還原形式。被氧化的 介質(zhì)與一皮還原的酶重新生成活性氧化酶并形成S皮還原的介質(zhì)。被還原的 介質(zhì)在一個(gè)電極上被氧化，而通過另一個(gè)電極上的還原反應(yīng)保持電化學(xué)
平tr從而形成可測(cè)量的電流。所述被測(cè)量的電流與樣品中葡萄糖的量相 關(guān)，已知有多種技術(shù)可用于測(cè)定此類系統(tǒng)中的葡萄糖濃度。(例如，參
見US專利第6,284,125號(hào)；第5,942,102號(hào)；第5,352,2,351號(hào)和第 5,243，516號(hào)，上述文獻(xiàn)通過引用并入本文)。
圖2顯示電流的理論圖，所述電流是向用于檢測(cè)葡萄糖的電化學(xué)測(cè) 試條帶施加電勢(shì)后的時(shí)間的函數(shù)，其中所述測(cè)試條帶具有面向電極和反 電極，并且電極間的間隔緊密，使得在電極間發(fā)生介質(zhì)/電荷載體的循 環(huán)，即/人而可以觀察到獨(dú)立于存在的殘留分析物，由電才及上介質(zhì)的氧化 和還原產(chǎn)生的電流。在隨施加電勢(shì)后的時(shí)間刻度上，所述電流痕跡顯示 出立即的(immediate )初始電流21。此電流與所述雙層的初始充電及 外部氧化還原活性物種的消耗量相聯(lián)系。其后，所述電流降低，這是因 為電流依賴于所述介質(zhì)的溶解并隨之從工作電極(所述試劑在制造時(shí)被 附著其上)擴(kuò)散到反電極。所述低電流(由箭頭20表示)的持續(xù)時(shí)間 取決于介質(zhì)分解的速度，兩電極之間的距離和介質(zhì)到達(dá)反電極所必須經(jīng) 過的有效距離，還取決于介質(zhì)的遷移率。介質(zhì)遷移率是介質(zhì)自身的屬 性，即擴(kuò)散系數(shù)，當(dāng)然還取決于樣品的其它性質(zhì)，如血細(xì)胞比容和粘度。 在減小電流20的階段之后，所述電流迅速升高至峰電流22,然后逐漸 降低至平穩(wěn)電流2 3 。不同的葡萄糖測(cè)定方法在沿所述電流圖的不同時(shí)間 點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。例如美國(guó)專利第5,942,102號(hào)在平穩(wěn)區(qū)域測(cè)量電流。如在 美國(guó)專利第5,243,516號(hào)；第5,352,351號(hào)和第6,284,125中所描述，也 可采用點(diǎn)22和點(diǎn)23之間的區(qū)域中的科特雷爾(Cottrell)分析。本發(fā)明 中，利用安培計(jì)，任何時(shí)間點(diǎn)都能被用來確定葡萄糖或其它分析物的濃 度。
在下文描述的利用第二次施加電壓完成充電電荷測(cè)量的實(shí)施方式 中，對(duì)葡萄糖或其它分析物的測(cè)量能夠在初始電壓施加時(shí)，或者基于第 二次施加電壓之后測(cè)量的信號(hào)完成。對(duì)樣品中的葡萄糖或其它分析物的測(cè)量也可使用其它電化學(xué)技術(shù)
來完成。這些包括電勢(shì)測(cè)定法，例如在美國(guó)專利第6,251,260號(hào)(其通 過引用并入本文)中所述，或者庫(kù)倫測(cè)定法，例如美國(guó)專利第6,299，757 (其通過引用并入本文)所述。 III.對(duì)雙層電容的測(cè)量
本發(fā)明利用測(cè)量雙層電容來估計(jì)被引入電化學(xué)測(cè)試條帶中的樣品 體積的足量程度。對(duì)雙層電容的測(cè)量需要了解作為時(shí)間函數(shù)的電流和電 壓變化，這可在所述雙層的充放電過程中獲得。此外，所述電壓變化可 被視為大的單步電壓變化，在此情況下可得到積分電容；或者其可被視 為作為時(shí)間函數(shù)的電壓瞬間變化，在此情況下得到孩i分電容。因此，可 利用圖13A和B中概述的三種方法中的任一種來測(cè)定雙層電容。圖13A 斗既述了由放電電荷測(cè)量電容，而圖13B一既述了由充電電荷測(cè)量電容。
A.;故電電荷/積分電容
圖3顯示作為時(shí)間函數(shù)的施加電壓Vapp和電極間電勢(shì)差Velect的圖。 最初，有施加的恒定電壓和電才及上的恒定電壓，并且大體上(to a first approximation)這兩電壓是相同的。在時(shí)刻t切斷，所施力口的電壓#皮切斷。 此時(shí)，Vdeet開始衰減。對(duì)所述衰減進(jìn)行監(jiān)測(cè)直至達(dá)到預(yù)先選定的閾值電 壓，并記錄所述時(shí)刻t閣值。積分電容由下式鄉(xiāng)會(huì)出
"產(chǎn)I At/AV
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，此乂〉式中的I是剛好在t切斷之前的電 流，這是在電壓被切斷之前的時(shí)刻，該時(shí)刻與t切斷足夠接近，因而所觀 察到的電流可以代表在所述電壓一皮切斷之間的瞬時(shí)電流。在測(cè)量時(shí)間和 t切斷之間的實(shí)際時(shí)間差能在10毫秒~ 500毫秒的量級(jí)上，特別是如果t切 斷落在平穩(wěn)區(qū)域時(shí)，所述區(qū)域內(nèi)的電流即使有變化，也是非常緩慢的。
△ V是在最初的Veieet之間的電壓下降，在簡(jiǎn)單模型中可以假定其等于 V叩p和閾值電壓V M值之間的差異。At是t閾值和t切斷之間的差異。才安此方 法測(cè)定的電容與 一皮液體樣品濕潤(rùn)從而形成雙層的所述電才及或者所述主 導(dǎo)電才及的表面積相關(guān)。
基于剛好在t切斷之前的電流為I取單一值是一種近似，但當(dāng)t切斷發(fā) 生在已達(dá)到平穩(wěn)區(qū)之后時(shí)，這樣做是合理有效的，這是因?yàn)镮的變化很
小。然而，當(dāng)希望更高的準(zhǔn)確性時(shí)，或者t切ft是I在由t切斷至t M值之間的 時(shí)間間隔中劇烈變化的時(shí)刻時(shí)，則需要更嚴(yán)格的方法來測(cè)定I。盡管沒 有電流在t切斷和t 值之間的間隔中實(shí)際流動(dòng)，但是可利用線性模型進(jìn)行 估算1 值，即如果施加的電壓被保持在tw值時(shí)I的值，所述模型可符合 衰減模式，諸如特雷爾等式，或者其它由t切斷之間所觀察到的行為做出 的推斷。位于I切斷和I ,A之間的I值或者衰減模型的數(shù)學(xué)積分從而可適 用于Cmt的測(cè)量。
對(duì)所述V 值值的確定基于V，值以及衰減的預(yù)期時(shí)間過程。如果V 閣值代表Vapp的大部分，那么測(cè)量的差異較小，而誤差較大。此外，如下 面所論述的，在阻抗電極如碳電極的情況中，存在與電極電阻相關(guān)的初 始電壓降，V下降，V閾值必須低于Vapp- V下降。另一方面，如果V閾值太低， 那么測(cè)量所花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，從使用者角度來說，這一般是不可接受
的。為兼顧二者，在碳電極的情況中，Vw值至少合適地比Vapp低S0mV， 并且低不少于60mV,優(yōu)選低不少于120mV，更優(yōu)選低至少l50mV。在 一個(gè)具體實(shí)施方式
中，采用碳電極測(cè)量葡萄糖，Vapp是300mV， Vw值被 選用為150-240mV之間的電壓值。 B.放電電荷/微分電容
作為測(cè)定積分電容的另一選擇，可由放電循環(huán)測(cè)定微分電容。在測(cè) 量孩i分電容的情況下，施加的電勢(shì)在時(shí)刻t城被切斷。在隨后的測(cè)量時(shí) 刻，進(jìn)行對(duì)所述電壓衰減的斜率的即時(shí)測(cè)量。進(jìn)行的測(cè)量的時(shí)刻可以是 t切斷之后根據(jù)指定條帶設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性能預(yù)先確定的時(shí)間間隔，例如在t切 斷之后1 500毫秒，或者也可以根據(jù)所使用的條帶的性能，按照與上述 在V驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間測(cè)量可相比較的方式進(jìn)^f于測(cè)量。所述衰減的斜率的7見 測(cè)提供了值dV/dt。這與電流測(cè)量相結(jié)合可根據(jù)式
Cdif= 1/(麵t)
得到Qw-值。
在此等式中的i值可以是上述剛好在t切斷之前的值，或者也可以是 利用上述任何方法的在測(cè)量時(shí)的電流的預(yù)測(cè)值。
因?yàn)殡p層電容是取決于所述電容被測(cè)量時(shí)的電壓，因此與Cw相
比，Quf的測(cè)量具有優(yōu)勢(shì)。采用Cdlf,每次可以在相同電壓下進(jìn)行即時(shí)測(cè)
量，因此避免了此來源的可變性。 C.充電電荷/積分電容
圖4顯示達(dá)到閾值之后再次向電極施加電勢(shì)時(shí)，電流作為時(shí)間函數(shù)
的圖。在再次施加電勢(shì)之后，出現(xiàn)第二次電流尖峰，隨后衰減至與來自 于在所述施加電勢(shì)切斷之前的預(yù)測(cè)電流基本相等的電流值。在電流曲線
下的陰影面積42可由所述信號(hào)的積分，或者代表的部分，或者利用三 角近似進(jìn)行測(cè)定，并且所述陰影面積是所述雙層充電的指示。理論上， 在A所述的測(cè)量的放電電荷和該充電電荷應(yīng)當(dāng)相等。實(shí)際上，可觀察到 試驗(yàn)差異，但雖然如此也可以單獨(dú)使用，或者作為對(duì)部分充滿進(jìn)行評(píng)估 的所述放電電荷的驗(yàn)證。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，再次施加的電勢(shì)與初始施加的電壓相 同。然而，倘若再次施加的電壓能再次建立相同的擴(kuò)散限制條件，則所 述再次施加的電壓可以比所述初始電壓高或者^氐。
電流測(cè)量中的時(shí)間間隔可靜態(tài)確定，即#4居條帶設(shè)計(jì)而固定地確 定，或者其可以動(dòng)態(tài)地確立。在靜態(tài)測(cè)量時(shí)間定義的情況下，希望在所 述電流尖峰后的時(shí)刻例如之后1~10毫秒以排除電流響應(yīng)/飽和的影 響。所述測(cè)量的結(jié)束時(shí)間則是在隨后時(shí)刻前預(yù)先確定的時(shí)刻，例如100 ~ 1000毫秒。
在準(zhǔn)動(dòng)態(tài)方法中，結(jié)束時(shí)間也可被設(shè)置為所述放電相的倍數(shù)，例如
整數(shù)倍。因此，所述測(cè)量間隔可等于At，或Adt。
在完全動(dòng)態(tài)方法中，根據(jù)所測(cè)量的電流確定所述測(cè)量時(shí)間間隔。在 這些情況下，可進(jìn)fi"測(cè)量直至實(shí)現(xiàn)所述過量電流(1觀》-I切斷)中預(yù)先確 定的下降，例如超過50%,優(yōu)選為至少75%，更優(yōu)選為至少90%,其中 I觀測(cè)是在t切斷之后任意時(shí)刻觀測(cè)到的電流?？沙掷m(xù)進(jìn)行測(cè)量直至電流已 降低至接近I切斷的水平，例如1.1倍的I切斷。
IV.對(duì)電極軌跡電阻的修正
當(dāng)測(cè)量具有碳電極的電化學(xué)條帶的實(shí)際電壓圖時(shí)，如圖5所示，在 所施加的電勢(shì)切斷之后觀察到電壓的立即下降。該下降V t降的量級(jí)是多 個(gè)因素的函數(shù)，所述因素包括電極材料和與電極相連的連接端子的電 阻，電極沾污以及類似的因素。因此，用碳電極時(shí)的下降大于使用低電 阻電極(例如由金制成的電極)時(shí)的下降。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中， 以多種方式中的任 一 種對(duì)V t降的量級(jí)加以考慮。
如上所述，在由放電電荷測(cè)量積分電容的情況下，V,的選擇合適
地取決于V下降。其二， AV更精確的指示可由
△ V= ( vapP-V下降)一 V閾值提供。
在由充電電荷測(cè)定積分電容的情況下，算術(shù)上可方便地將所述第二 次施加的電壓設(shè)置為第一次施加的電壓加上V T降，這是因?yàn)槿绱丝梢越?似估算AV,其應(yīng)為引起新的雙層充電的實(shí)際施加的電壓，而無需作為 第一次施加的電壓和所述閾值電壓之間的差異來進(jìn)行測(cè)量，在所述閾值 電壓處再次施加所述電勢(shì)，因此僅需要測(cè)量的參數(shù)是衰減時(shí)間和電流。
在測(cè)量微分電容時(shí)，進(jìn)行測(cè)量時(shí)的電壓可被描述為((Vapp- V下降) 減去預(yù)定量)。
V.對(duì)溫度的修正
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，只要所述測(cè)量計(jì)或者測(cè)試條帶配備有 測(cè)量溫度的裝置，則可根據(jù)樣品的溫度修正所述雙層電容的值。經(jīng)溫度
修正的雙層電容Or-隱r可由下式表示
Ct-corr = CDL-T-修正 其中CDL是以上概述的技術(shù)中的任一種測(cè)定的雙層電容。
所述溫度修正項(xiàng)，T-修正，具有與在2005年4月15日遞交的共 同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/9077卯號(hào)中描述的相同形式，將其在此處 以引用的方式引入，盡管在那份申請(qǐng)中所述修正項(xiàng)用于修正分析物的濃 度測(cè)量。
對(duì)所述溫度修正項(xiàng)的評(píng)估可由任何能給出攜氧量測(cè)量的技術(shù)聯(lián)合 所述樣品的溫度測(cè)量來進(jìn)行。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，被測(cè)量的原始分析物濃 度相比攜氧量的測(cè)量值的圖為直線，其具有的斜率取決于進(jìn)行測(cè)量時(shí)的 溫度，但在正常值范圍內(nèi)與p02和葡萄糖濃度無關(guān)。p02或葡萄糖濃度
的變化將導(dǎo)致所繪制出的直線的更多偏差，但不會(huì)改變斜率。該斜率作 為溫度函數(shù)的圖可用于確定斜率(S)和截距(I)參數(shù)，這二者可根據(jù) 以下等式組合為針對(duì)指定溫度的溫度修正項(xiàng)
溫度修正項(xiàng)=常數(shù)x [ ( S x T ) +1] x OCC
其中occ是攜氧量的測(cè)量值諸如血細(xì)胞比容，而所述常數(shù)是具有正號(hào)
或負(fù)號(hào)的經(jīng)驗(yàn)性確定的因子。
當(dāng)在一個(gè)溫度下收集到大量數(shù)據(jù)和在所述測(cè)量溫度下收集有限量的數(shù)據(jù)時(shí)，通過從測(cè)量溫度下收集的數(shù)據(jù)僅用于測(cè)定斜率，而從所有可 以使用的數(shù)據(jù)測(cè)定所述截距則可提高所述溫度修正因子的精確性。因 此，在提供有大量標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)，所述參數(shù)I可以是針對(duì)所述條帶和 測(cè)量計(jì)組合建立的常數(shù)，而僅需要實(shí)驗(yàn)性地測(cè)量斜率。
(a) 使用U。b作為對(duì)攜氧量的測(cè)量值 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，tm。b，所述介質(zhì)的遷移率的測(cè)量可用
作攜氧量的測(cè)量，tm。b可在切斷所述電勢(shì)之后的電勢(shì)梯度衰減中進(jìn)行測(cè) 量。所述電勢(shì)衰減受監(jiān)測(cè)直至所觀測(cè)的電勢(shì)以降低至預(yù)定值，Vm。b。當(dāng)
所施加的電壓為300mV量級(jí)時(shí)，降低至大約50mV是方便的，盡管在 特定試驗(yàn)構(gòu)造中，可能發(fā)現(xiàn)稍微更小的值(諸如47 mV或者48 mV)能 提供最優(yōu)的結(jié)果。通常，Vm。b合適地為0.025 0.1V,例如在V，為250 ~ 300 mV的葡萄糖測(cè)量中，優(yōu)選為45 50mV。 tm。b是在t切斷之后達(dá)到該 電壓所需的時(shí)間。
也可以采用確定所述衰減率的測(cè)量值的其它方法。例如，可以測(cè)定 所述電勢(shì)衰減的瞬時(shí)斜率，或者可以采用預(yù)定時(shí)間里電壓的降低。所述 測(cè)量計(jì)也可以選擇特定的時(shí)間窗口進(jìn)行V相比log (t)或In (t)的線性
衰減，以找到tm。b, tm。b為達(dá)到特定電壓的時(shí)間。如果所述V,b未能落
在所選擇的窗口內(nèi)，可以使用根據(jù)該直線擬合的預(yù)測(cè)延長(zhǎng)線。只要在測(cè) 定修正函數(shù)中考慮所測(cè)量的衰減值，則具體的方法學(xué)并非關(guān)鍵。
(b) 使用其它技術(shù)作為對(duì)攜氧量的測(cè)量
美國(guó)專利第6,287,451號(hào)和第6,475,372號(hào)(在此通過引用并入本 文)披露了在一次性測(cè)試條帶中測(cè)定血細(xì)胞比容的電化學(xué)方法。所述血 細(xì)胞比容測(cè)量值用在乘法修正中，這與本發(fā)明中的加法修正相反。然
而，所述測(cè)量值可用在兩種模式中，正如tm。b用于如上所述的兩種類型
的修正中一樣。這是因?yàn)檠?xì)胞比容是紅血細(xì)胞的測(cè)量值，而紅血細(xì)胞 具有攜氧量。
為了使用任何類型的血細(xì)胞比容作為本發(fā)明中攜氧量的測(cè)量值，采 用 一 系列校準(zhǔn)測(cè)量，以獲得在多個(gè)溫度中的每一個(gè)溫度下的未修正的分 析物濃度和血細(xì)胞比容的數(shù)據(jù)的點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。在每個(gè)溫度下，所述數(shù)據(jù)點(diǎn) 點(diǎn)對(duì)應(yīng)被擬合為直線模型，并測(cè)定所述直線的斜率。如上所述，所述斜 率與葡萄糖和p02無關(guān)，因此這些參數(shù)需要在試驗(yàn)中保持一致，具體的 數(shù)值并不重要。所得斜率/溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)隨后被擬合為直線模型，以
確定所述斜率和截距，二者用在上述加法修正因子中。
在一些情況下，所述直線模型僅對(duì)窄范圍的數(shù)據(jù)是足夠的。通過引 入非線性項(xiàng)諸如二次方程指數(shù)項(xiàng)，可以針對(duì)更寬范圍的溫度或攜氧量確 定改進(jìn)的加法修正因子。
VI. 由安培計(jì)模式至電勢(shì)計(jì)模式的動(dòng)態(tài)切換
在本申請(qǐng)中，所述測(cè)量計(jì)首先用作安培計(jì)，然后在電勢(shì)計(jì)模式中所 施加的電勢(shì)被切斷。為提高在電勢(shì)計(jì)模式中所進(jìn)行的測(cè)量的質(zhì)量和一致 性，希望僅在經(jīng)氧化和經(jīng)還原的介質(zhì)的穩(wěn)定擴(kuò)散梯度在所述電化學(xué)測(cè)試 室中建立之后切換至電勢(shì)計(jì)模式。通常，在所述濃度梯度進(jìn)入所述樣品 體積中延伸"足夠遠(yuǎn)"形成穩(wěn)定梯度圖之后，所述電勢(shì)計(jì)測(cè)量能在任意 點(diǎn)給出相同穩(wěn)定的讀數(shù)。
為最大程度地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定擴(kuò)散梯度的機(jī)會(huì)，可在所述測(cè)量循環(huán)開始時(shí) 間之后確定一個(gè)時(shí)刻，在此時(shí)刻進(jìn)行切換。針對(duì)指定的測(cè)試條帶設(shè)計(jì)，
經(jīng)驗(yàn)性地確定該時(shí)刻，-f旦其通常為4~8秒的量1^。然而，為使所述測(cè) 量計(jì)適用于各種不同4羊品特性，t切換可被動(dòng)態(tài)確定。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過向t峰的測(cè)定值加入時(shí)間間隔例如 2~3秒，由t峰(在圖2中，峰22的時(shí)刻)的測(cè)量值動(dòng)態(tài)地確定t切換。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，當(dāng)t峰較小使采用固定值的t切換，當(dāng)t 峰砵交大時(shí)為t峰加上預(yù)定量/人而動(dòng)態(tài)地確定t切換。例如，當(dāng)t峰小于1.5秒 日于，t切換可為固定^t 3.5牙少，當(dāng)t峰大于1.5牙少日于，t切換等于t峰力口上^扁矛多量 (例如2秒)。
在另 一個(gè)實(shí)施方式中，針對(duì)t峰在比通常時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間下出現(xiàn)的情 況，建立測(cè)量的第三種模式。在該情況下，當(dāng)t峰在預(yù)定閾值(例如5 秒)之上出現(xiàn)時(shí)，t切換可被適宜地確定為t峰和利用得自所述科特雷爾電 流斜率的預(yù)定常數(shù)的加法修正因子的函數(shù)。
此外，可確定t峰的最大值，超過該值時(shí)將發(fā)出錯(cuò)誤信息。
VII. 本發(fā)明的裝置
測(cè)量計(jì)裝置，'使之能接受所述條帶;提供必須施加的電壓和信號(hào)處;里:
這樣的測(cè)量計(jì)也構(gòu)成本發(fā)明的一方面。因此，本發(fā)明提供接受帶有電極 的電化學(xué)測(cè)試條帶的測(cè)量計(jì)，并且當(dāng)所述電化學(xué)測(cè)試條帶被接受入所述 測(cè)量計(jì)時(shí)，提供對(duì)應(yīng)用到所述電化學(xué)測(cè)試條帶上的分析物的測(cè)量，所述 測(cè)量計(jì)包括
(a) 用于接受電化學(xué)測(cè)試條帶的具有開口的插槽；
(b) 接受用戶輸入并將結(jié)果顯示給用戶的通訊裝置；
(c )對(duì)所述測(cè)量計(jì)接受的含有樣品的測(cè)試條帶上的雙層電容進(jìn)行 DC測(cè)量的裝置，并將所測(cè)量的雙層電容與參考值相比較，其中小于所 述參考值的雙層電容是對(duì)所述液體樣品覆蓋部分電極的指示，因此所述 電化學(xué)測(cè)試條帶僅為部分充滿。
圖6顯示本發(fā)明的測(cè)量計(jì)的外觀。所述測(cè)量計(jì)具有插槽61和顯示 屏62.所述插槽61具有開口 63，測(cè)試條帶可插入其中進(jìn)行使用。所述測(cè) 量計(jì)還具有按鍵64已指示測(cè)量循環(huán)的開始，或者具有內(nèi)部裝置以檢測(cè) 測(cè)試條帶的插入或者樣品的應(yīng)用。這些裝置在本領(lǐng)域內(nèi)已知，例如美國(guó) 專利第5,266,179號(hào)；第5,320,732號(hào)；第5,438,271號(hào)和第6,616,819號(hào)， 這些文獻(xiàn)通過引用并入本文。在本發(fā)明的測(cè)量計(jì)中，按鍵、顯示屏諸如 LCD顯示屏、RF、紅外或其它無線傳輸器、有線連接器諸如USB、并 口或者串口連接器構(gòu)成了從用戶接受輸入和與向用戶顯示結(jié)構(gòu)的方 法，并且可單獨(dú)使用或者以多種組合使用。
圖7顯示內(nèi)部視圖，其中顯示了所述測(cè)量計(jì)與測(cè)試條帶的結(jié)合。如 所示，所述測(cè)試條帶71具有接觸點(diǎn)72、 73，所述電極可通過這些接觸 點(diǎn)與所述測(cè)量計(jì)的接觸點(diǎn)74 、 75進(jìn)行電接觸。
進(jìn)行雙層電容的DC測(cè)量的裝置包括電路，例如在電路板上與編程 微處理器相連，所述編程微處理器與電路配合提供所希望的安培計(jì)和電 勢(shì)計(jì)之間的切換，并如所描述的那樣檢測(cè)電流和電壓。適用于在其中測(cè) 量電流的安培計(jì)運(yùn)行模式和其中測(cè)量電勢(shì)差的電勢(shì)計(jì)運(yùn)行模式間進(jìn)行 切換的裝置在2004年5月30日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第60/521,592號(hào)和 在2005年3月25號(hào)遞交的60/594,285號(hào)(這些文獻(xiàn)在此通過引用并入 本文)有所描述。圖8顯示本發(fā)明的測(cè)量計(jì)的一個(gè)實(shí)施方式的電路圖。 然而，應(yīng)當(dāng)理解也可以使用其它部件，根據(jù)施加和切換電壓得到相同結(jié) 果。工作電極80與op amp80通過含有開關(guān)82的連接器相連，然后連 結(jié)至op amp 83。反電才及84與op amp 85和86相連。Op amp 83, 85和 86是高阻抗輸入放大器。當(dāng)在安培計(jì)模式下運(yùn)行以測(cè)量分析物時(shí)，電壓 V2施加到op amp 81,然后電壓VI施加到op amp 85, V2大于VI 。所 得電極間的電勢(shì)差導(dǎo)致與分析物量相關(guān)的電流的產(chǎn)生，而該電流可在輸
出87被監(jiān)測(cè)到，并被轉(zhuǎn)換為對(duì)分析物存在的指示或者對(duì)分析物量的指
示。當(dāng)開關(guān)82打開以建立開放電路并停止施加所述電勢(shì)差時(shí)，電流中 斷，放大器86的輸出恢復(fù)所述反電極的電勢(shì)，而放大器83的輸出恢復(fù) 工作電極80的電勢(shì)。來自opamp83和叩amp86的輸出間的差異指示 了化學(xué)勢(shì)的衰減，根據(jù)上述方法進(jìn)行處理以建立部分充滿的指示。
圖9顯示可作為替代的另一版本的電路，該電路僅使用兩個(gè)叩amp 和更多數(shù)目的開關(guān)。工作電極80與接受輸入電壓V2的op amp 81相連。 反電極84與高輸入阻抗叩amp 90通過兩條帶有開關(guān)的線路中的一條相 連。輸入電壓VI與所述電路通過第三條帶有開關(guān)的線路相連。當(dāng)開關(guān) 91和93閉合，開關(guān)92打開時(shí)，所述電路行使安培計(jì)模式的功能，而在 95的輸出反映出電極上的電流。當(dāng)開關(guān)92閉合，開關(guān)91和93打開時(shí)， 所述電路運(yùn)作在電勢(shì)計(jì)^^莫式下，而在95的輸出恢復(fù)所述反電極的電勢(shì) (與圖8中的放大器86相似)。因此，在95的輸出間接反映出電極間 的電勢(shì)差。電極間的實(shí)際電勢(shì)差異是在95的輸出和opamp81 (在80, 工作電極)的輸出之間的差異。
在本發(fā)明的測(cè)量計(jì)中，當(dāng)所述雙層電容的測(cè)量值低于預(yù)定水平時(shí)， 將恰當(dāng)?shù)叵蛴脩舭l(fā)出指示未完全充滿的信號(hào)。
VIII.利用本發(fā)明進(jìn)行質(zhì)量控制測(cè)試
作為指示使用中的電化學(xué)測(cè)試條帶的部分充滿的替代，如上所述的 雙層電容測(cè)量值也提供了對(duì)采用諸如絲網(wǎng)印刷等方法制造的電極質(zhì)量 的指示。其中所述印刷質(zhì)量差或者不一致時(shí)，在所觀察到的雙層電容中 的波動(dòng)將比印刷質(zhì)量始終良好的批次要多(參見圖12和實(shí)施例4)。因 此，本發(fā)明的另一方面提供了一批電化學(xué)測(cè)試條帶的質(zhì)量檢測(cè)方法，所 述方法包括
(a) 從所述批次中獲得數(shù)條測(cè)試條帶；
(b) 將樣品應(yīng)用到所述測(cè)試條帶上；
(c) 在樣品存在下測(cè)量所述測(cè)試條帶的雙層電容；以及
(d) 測(cè)定在所測(cè)量的雙層電容中的波動(dòng)性，其中超過預(yù)定閾值的 波動(dòng)指示出所述測(cè)試條帶的質(zhì)量缺陷。
應(yīng)當(dāng)理解所述測(cè)試條帶的"數(shù)條"應(yīng)當(dāng)為足夠多到能代表整批的數(shù)
試。此外，希望能在所述批次制造的不同時(shí)間取出測(cè)試條帶用于測(cè)試，
并且如果制造多條帶片材時(shí)，則從所述片材的不同部位進(jìn)行切割。
應(yīng)用到所述測(cè)試條帶上的樣品可以是血液樣品。然而，因?yàn)殡p層電
容的測(cè)量?jī)H需要產(chǎn)生化學(xué)勢(shì)梯度，因此優(yōu)選采用含有電荷載體的參比溶
液，例如氰亞鐵酸鹽和鐵氰化物的混合物。
所述測(cè)量的雙層電容的"波動(dòng)性，，可以釆用任何可接受的數(shù)學(xué)分析
進(jìn)行測(cè)定。例如，波動(dòng)性可由測(cè)量值的范圍所指示，或者由所述測(cè)量值
的標(biāo)準(zhǔn)偏差所指示。
實(shí)施例
實(shí)施例中，利用具有面向絲網(wǎng)印刷碳電極、625納升的名義樣品體積和 觀察窗的電化學(xué)測(cè)試條帶進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)不能通過觀察窗觀察到樣品時(shí)可 認(rèn)為測(cè)試條帶部分充滿。在測(cè)試中使用的血液樣品是使用VacutamerTM 試管新鮮抽取的(少于8小時(shí)))，并使用EDTA作為抗凝劑穩(wěn)定過。 具有各種血細(xì)胞比容的血液樣品按照如下描述來制備對(duì)已知血細(xì)胞比 容和葡萄糖濃度的普通血液樣品進(jìn)行離心，移除足夠的血漿以留下hct 65樣品，然后通過將該樣品與合適的量的血漿重新混合制得更低的血細(xì) 胞比容。由于這些樣品由單一血液樣品快速制得，因此它們具有相同的 血漿葡萄糖濃度。通過在離心前向血液中加入1M葡萄糖^f諸備溶液獲得 不同葡萄糖濃度。 實(shí)施例1
向電化學(xué)測(cè)試條帶施加300 mV并保持直至觀察到平穩(wěn)的電流。然 后切斷所施加的電壓，并測(cè)量所述工作電極和反電極之間的電勢(shì)差。在 相對(duì)所述反電極的不同電勢(shì)下，測(cè)量數(shù)個(gè)具有不同葡萄糖濃度(3.17 mM 16.5mM)和血細(xì)胞比容(20、 40或60 )的樣品的孩i分電容。結(jié) 果概述在圖10中。應(yīng)當(dāng)注意因?yàn)閄軸表示電勢(shì)差，所述圖的右手側(cè)反 映在更低電壓降下完成的測(cè)量。
如圖10所示，雖然所述曲線并非常規(guī)地取決于濃度或者血細(xì)胞比 容，但針對(duì)指定樣品/測(cè)試條帶的微升電容隨其測(cè)試時(shí)的電勢(shì)變化明顯。 此外，所述圖顯示區(qū)域100，其中C虹隨電壓的變化較小，因此優(yōu)選在 此電壓差區(qū)域里進(jìn)行用于測(cè)定Cdlf的測(cè)量。
實(shí)施例2向帶有血液樣品的電化學(xué)測(cè)試條帶施加300 mV直至觀察到平穩(wěn)電 流，其中所述血液樣品具有179mM或者20.2mM的葡萄糖。然后切斷 所施加的電壓，并測(cè)量將所述雙層從250 mV放電至150 mV時(shí)所通過 的電荷。然后再次施加300mV,并乂見測(cè)將所述雙層再次充電至250mV 所通過的電荷。所述充電和放電電流的關(guān)系經(jīng)觀察為基本線性且截距為 0。然而，所測(cè)定的再次充電的電荷少于》文電的電荷，指出在100ms時(shí)
荷的觀測(cè)量與葡萄糖濃度無關(guān)，盡管更高的濃度衰減得明顯更快。^ 實(shí)施例3
向帶有血液樣品的電化學(xué)測(cè)試條帶施加300 mV直至觀察到平穩(wěn)電 流，其中所述血液樣品具有不同血細(xì)胞比容水平(20、 40或60)和3.87 mM、 10.2 mM或20.1 mM的葡萄糖濃度。然后切斷所施加的電壓，并 在V電極以下40 mV測(cè)量孩吏分電容。才艮據(jù)在^見察窗中對(duì)才羊品的^見察標(biāo)明 條帶為充滿或部分充滿。圖11顯示各條條帶的測(cè)量微分電容。在圖11 中，葡萄糖濃度由線的類型標(biāo)明(實(shí)線=3.87mM，虛線=10.2 mM以 及點(diǎn)劃線=20.1 mM);血細(xì)胞比容由符號(hào)形狀標(biāo)明(菱形=20;三 角形=40;方形=60)。實(shí)心符號(hào)表示充滿的測(cè)試條帶，而空心符號(hào) 表示部分充滿。在圖11中的水平線是設(shè)定在1.7 nF的微分電容閾值， 利用其與測(cè)試條帶一起評(píng)估樣品充足性。如所示，所有充滿的樣品結(jié)果 為高于此閾值的電容，而僅有三個(gè)部分充滿的樣品給出錯(cuò)誤結(jié)果。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解設(shè)定閾值取決于接受部分充滿，或者排除 其它可接受的樣品的意愿。
實(shí)施例4
為評(píng)價(jià)本發(fā)明的方法的魯棒性，評(píng)估了來自同一制造商的如上所述 的IO批不同的具有相同設(shè)計(jì)的測(cè)試條帶。圖12顯示所述IO批的結(jié)果， 繪制出微分電容對(duì)比衰減至50 mV的時(shí)間的圖。由該圖可觀察到兩點(diǎn)。 首先，對(duì)于所述IO批中的8批而言，微分電容相當(dāng)穩(wěn)定，盡管達(dá)到50mV 下降的時(shí)間并不相同。這對(duì)動(dòng)態(tài)地確定測(cè)量時(shí)間提出質(zhì)疑，但也表現(xiàn)出 所述技術(shù)的魯棒性。與其它8批不相同的兩批也顯示出相當(dāng)穩(wěn)定的電容 水平，以及降至50mV的時(shí)間的變動(dòng)很小?？膳卸ㄔ谶@幾批中利用不同 的技術(shù)對(duì)碳電極進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。因此，為判斷標(biāo)明部分充滿而確定的電
容截至值Casn也可用于判斷標(biāo)明一貫制造技術(shù)的批與批之間的變化，但 當(dāng)制造技術(shù)改變時(shí)，所述截至值可能需要重新設(shè)定。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)電化學(xué)測(cè)試條帶中的部分充滿的方法，所述測(cè)試條帶含有電極，以及放置于所述電極間的液體樣品，所述方法包括a)將樣品放入電化學(xué)測(cè)試條帶；b)在所述測(cè)試條帶的電極間施加電勢(shì)差，Vapp；c)在時(shí)刻t切斷切斷已施加的電勢(shì)，并可選地施加第二電勢(shì)；d)觀測(cè)產(chǎn)生的電流，并由觀測(cè)到的電流確定電極之間的雙層充電或放電；e)觀測(cè)所施加的電勢(shì)被切斷之后的電壓變化，并由所測(cè)量的雙層充電或放電和觀測(cè)到的電壓變化確定測(cè)試條帶的雙層電容；以及f)將所測(cè)定的雙層電容與參考值進(jìn)行對(duì)比，其中小于所述參考值的雙層電容指示所述液體樣品覆蓋部分電極，因此所述電化學(xué)測(cè)試條帶僅為部分充滿。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述雙層電容是根據(jù)下式確定的 積分電容<formula>formula see original document page 2</formula>其中i是電流，t是時(shí)間，v是電壓。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過監(jiān)測(cè)電極間的電勢(shì)差的衰減 來判定所述電勢(shì)衰減至閾值Vw值所需的時(shí)間ts值，從而測(cè)定At，其中A t = t閾值_ t切斷。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中雙層電荷放電量由 ^ =1切斷At確定，其中I切Sr是剛好在t 切斷旨的t 〉充o
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述電流是在時(shí)刻tmeas由觀測(cè)到 的t切w之前的電流外延確定的估計(jì)值。
6. 如權(quán)利要求2~5中任一種所述的方法，其中AV是Vapp和V閣值之間的差值。
7. 如權(quán)利要求2 察瞬時(shí)電壓降，V 下降,
8. 如權(quán)利要求15中任一項(xiàng)所述的方法，其中在切斷電勢(shì)之后觀而△ V由(V叩p — V下降)—V M值纟合出。7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所觀察到的電流在再次施加電勢(shì)后產(chǎn)生，并且所述雙層電容由雙層充電確定。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中根據(jù)以下式確定微分電容Cdif= 1/(薩t)其中I是電流，(dV/dt)是在時(shí)刻Tmeas的瞬時(shí)電壓變化。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電流I是剛好在時(shí)刻T切斷 之前的電5危。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電流是在時(shí)刻tmeas由觀測(cè) 到的t她之前的電流外延確定的估計(jì)值。
12. 如權(quán)利要求9~11中任一項(xiàng)所述的方法，其中tmeas是動(dòng)態(tài)確定的。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中tmeas是所觀測(cè)的電勢(shì)比施加電 勢(shì)低預(yù)定量時(shí)的時(shí)刻。
14. 如權(quán)利要求9~ 12中任一項(xiàng)所述的方法，其中在電勢(shì)切斷之后 觀測(cè)瞬時(shí)電壓降V下降，其中tmeas是所觀測(cè)的電勢(shì)比(Vapp _ V下降)低預(yù) 定量時(shí)的時(shí)刻。
15. 如權(quán)利要求9~ 14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述電流I是剛好在時(shí)刻T切斷之前的電《u。
16. 如權(quán)利要求9~ 14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述電流是在時(shí) 刻tmeas由觀測(cè)到的t ^之前的電流外延確定的估計(jì)值。
17. 如權(quán)利要求1 ~ 16中任一項(xiàng)所述的方法，其中在與所述參考值 進(jìn)行比較之前，通過加法修正項(xiàng)對(duì)所測(cè)量的雙層電容進(jìn)^S奮正，其中所 述加法修正項(xiàng)是溫度和攜氧量的函數(shù)。
18. —種測(cè)量計(jì)，用于接受帶有電極的電化學(xué)測(cè)試條帶，并且當(dāng)所 述電化學(xué)測(cè)試條帶被接受進(jìn)所述測(cè)量計(jì)時(shí)，所述測(cè)量計(jì)提供對(duì)應(yīng)用到所 述電化學(xué)測(cè)試條帶上的分析物的測(cè)量，所述測(cè)量計(jì)包括(a) 用于接受電化學(xué)測(cè)試條帶的具有開口的插槽；(b) 接受用戶輸入并將結(jié)果顯示給用戶的通訊裝置；(c )對(duì)所述測(cè)量計(jì)接受的含有樣品的測(cè)試條帶上的雙層電容進(jìn)行 DC測(cè)量的裝置，并將所測(cè)量的雙層電容與參考值相比較，其中小于所 述參考值的雙層電容是所述液體樣品覆蓋部分電極的指示，因此所述電 化學(xué)測(cè)試條帶僅為部分充滿。
19. 如^又利要求18所述的測(cè)量計(jì)，其中所述進(jìn)^"對(duì)雙層電容的DC 測(cè)量的裝置包括電路和編程處理器(i) 在所述測(cè)試條帶的電極間施加電勢(shì)差Vapp;(ii) 在時(shí)刻t切"刀斷所施加的電勢(shì)，并可選地在隨后的一個(gè)時(shí)刻 再次施加第二電勢(shì)；(iii) 觀測(cè)產(chǎn)生的電流，并由觀測(cè)到的電流確定電極之間的雙層充 電或》文電；以及(iv) 觀測(cè)施加電勢(shì)被切斷之后的電壓變化，并按照實(shí)施例1~17 中任一項(xiàng)所述的方法，由所測(cè)量的雙層充電或放電和乂見測(cè)到的電壓變化 確定測(cè)試條帶的雙層電容。
20. —種測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括如權(quán)利要求18或19所述的 測(cè)量計(jì)，和放置在插槽之中的電化學(xué)測(cè)試條帶。
21. 如權(quán)利要求20所述的測(cè)量系統(tǒng)，其中所述電化學(xué)測(cè)試條帶測(cè)量 樣品中的葡萄糖。
22. —種對(duì)一批電化學(xué)測(cè)試條帶進(jìn)行質(zhì)量檢查的方法，所述方法包括(a) 從所述批次中獲得數(shù)條測(cè)試條帶；(b) 將樣品應(yīng)用到所述測(cè)試條帶上；(c) 在樣品存在下測(cè)量所述測(cè)試條帶的雙層電容；以及(d) 測(cè)定在所測(cè)量的雙層電容中的波動(dòng)性，其中超過預(yù)定闊值的 波動(dòng)指示出所述測(cè)試條帶的質(zhì)量缺陷。
全文摘要
通過對(duì)雙層電容進(jìn)行DC測(cè)量來判斷電化學(xué)測(cè)試條帶的部分充滿，其中所述雙層電容來自于含有樣品例如需要測(cè)定葡萄糖的血液樣品的測(cè)試條帶上的充電電荷或者放電電荷。將所測(cè)量的雙層電容與參考值進(jìn)行比較。所述雙層電容可作為積分電容或者微分電容被測(cè)定。雙層電容也可用于質(zhì)量控制以監(jiān)測(cè)電極制造的質(zhì)量，尤其是在使用絲網(wǎng)印刷電極的條帶中。
文檔編號(hào)G01N33/487GK101198868SQ200680021625
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者I·哈丁, R·威廉斯, S·伊尹加, S·迪亞蒙德 申請(qǐng)人:埃葛梅崔克斯股份有限公司