專利名稱：用于測量液體樣本中的分析物濃度的方法
用于測量液體樣本中的分析物濃度的方法
背景技術(shù)：
近來，已出現(xiàn)由患者自身監(jiān)控各種健康條件的趨勢。例如，糖尿病患者傳統(tǒng)上每天多次監(jiān)控血糖水平。由于其本質(zhì)，葡萄糖監(jiān)控需要所報告的葡萄糖值的高度準(zhǔn)確性，受樣本中含有的其他物質(zhì)的干擾是很少的或沒有。其他類型的體液測試需要相似的特征。用于測量血液或間質(zhì)液中的葡萄糖水平的最常見的技術(shù)利用電化學(xué)技木。葡萄糖 的電化學(xué)檢測典型地基干與分析物濃度成比例的電信號或性質(zhì)的測量。電極表面上或者其直接鄰近區(qū)域中發(fā)生直接或間接的氧化還原反應(yīng)時生成了該信號。ー些傳統(tǒng)的電化學(xué)技術(shù)包括電流分析、電量分析和/或阻抗測量。然而，對于這些技術(shù)存在若干缺陷。由于測量信號的擴(kuò)散受控的本質(zhì)，電流分析測量技術(shù)典型地需要長的測量時間并且可能易于受到來自變化的血細(xì)胞比容水平的干擾。盡管利用阻抗測量技術(shù)可以解決這些問題，但是阻抗技術(shù)典型地需要復(fù)雜的和昂貴的設(shè)備。對于家庭診斷測試設(shè)定以及其他醫(yī)療區(qū)域中的設(shè)定，設(shè)備成本總是所關(guān)心的。因此，需要該領(lǐng)域中的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
ー個方面涉及ー種用于確定體液中的葡萄糖濃度的方法。通過微分脈沖伏安法分析生物傳感器中的體液，并且生物傳感器至少包括覆蓋工作電極的試劑。儀器將短的高頻電壓脈沖施加到生物傳感器中的體液以將擴(kuò)散層維持在工作電極的試劑內(nèi)，并且脈沖的電壓增量式地増加。儀器基于對在峰值擴(kuò)散限制電流以下的電壓窗口內(nèi)的脈沖的響應(yīng)來確定體液的葡萄糖濃度，并且儀器輸出葡萄糖濃度結(jié)果。另ー方面涉及ー種通過微分脈沖伏安法分析體液中的葡萄糖濃度的方法。在峰值擴(kuò)散限制電流以下的電壓窗ロ內(nèi)將ー個或多個脈沖施加到體液?；趯υ撾妷捍哎碇械拿}沖的響應(yīng)來確定葡萄糖濃度。又一方面涉及ー種通過將在峰值擴(kuò)散限制電流以下的極限電壓窗口中的ー個或多個電壓脈沖施加到體液來分析如例如全血、血清、血漿、尿液等體液中的分析物濃度的方法。電壓脈沖是短的以將擴(kuò)散層維持在工作電極的試劑內(nèi)?；趯O限電壓窗口中的脈沖的響應(yīng)來確定分析物濃度。潛在的分析物包括本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的葡萄糖、膽固醇、甘油
ニ酷、乳酸等。根據(jù)這里提供的詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的另外的形式、目的、特征、方面、益處、優(yōu)點和實施例將變得明顯。


圖I是根據(jù)一個實施例的能夠使用這里描述的微分脈沖伏安法技術(shù)的血糖監(jiān)控系統(tǒng)的圖不。圖2示出了根據(jù)所描述的微分脈沖伏安法技術(shù)可以施加到體液樣本的電壓信號的示例。
圖3示出了另ー微分脈沖伏安法波形的示例，其示出了信號隨時間的演進(jìn)。圖4是含有66、97、220、403、648和709 mg/dl的葡萄糖的控制溶液的微分脈沖伏安圖，其中對照Ag/AgCl參考電極報告電勢。圖5A是含有20 mg/dl的目標(biāo)葡萄糖濃度和百分之25、百分之45和百分之65的血細(xì)胞比容水平的血液的微分脈沖伏安圖，其中電勢對照Ag/AgCl參考電極。圖5B是含有50 mg/dl的目標(biāo)葡萄糖濃度和百分之25、百分之45和百分之65的血細(xì)胞比容水平的血液的微分脈沖伏安圖，其中電勢對照Ag/AgCl參考電極。圖5C是含有100 mg/dl的目標(biāo)葡萄糖濃度和百分之25、百分之45和百分之65的 血細(xì)胞比容水平的血液的微分脈沖伏安圖，其中電勢對照Ag/AgCl參考電極。圖是含有250 mg/dl的目標(biāo)葡萄糖濃度和百分之25、百分之45和百分之65的血細(xì)胞比容水平的血液的微分脈沖伏安圖，其中電勢對照Ag/AgCl參考電極。圖5E是含有500 mg/dl的目標(biāo)葡萄糖濃度和百分之25、百分之45和百分之65的血細(xì)胞比容水平的血液的微分脈沖伏安圖，其中電勢對照Ag/AgCl參考電極。圖6A是示出在-O. 05 V處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流的圖，其中對在三電極模式中利用同一溶液執(zhí)行10次測量的結(jié)果取平均。圖6B是示出在O. O V處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流的圖，其中對在三電極模式中利用同一溶液執(zhí)行10次測量的結(jié)果取平均。圖7A是示出在O. I V處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流的圖，其中對在兩電極模式中利用同一溶液執(zhí)行10次測量的結(jié)果取平均。圖7B是示出在O. 2 V處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流的圖，其中對在兩電極模式中利用同一溶液執(zhí)行10次測量的結(jié)果取平均。圖8A是示出關(guān)于在兩電極模式中執(zhí)行的實驗的、在O. 15 V處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流的圖，其中預(yù)脈沖長度被加倍到O. 05秒。圖8B是示出關(guān)于在兩電極模式中執(zhí)行的實驗的、在O. 15 V處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流的圖，其中預(yù)脈沖長度和脈沖長度被加倍到O. 05秒。圖8C是示出關(guān)于在兩電極模式中執(zhí)行的實驗的、在較短電勢范圍(O. 05至O. 25V)處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流的圖。圖9是在百分之25、百分之45和百分之65的血細(xì)胞比容水平使用3個校準(zhǔn)參數(shù)，對照實際葡萄糖濃度比較預(yù)測葡萄糖濃度的圖。圖10是在百分之25、百分之45和百分之65的血細(xì)胞比容水平使用15個校準(zhǔn)參數(shù)，對照實際葡萄糖濃度比較預(yù)測葡萄糖濃度的圖。
具體實施例方式出于促進(jìn)理解本發(fā)明的原理的目的，現(xiàn)將參照附圖中示出的實施例并且將使用特定的語言描述這些實施例。然而將理解，并非g在構(gòu)成對本發(fā)明的范圍的限制。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常將想到所描述的實施例中的任何變更和另外的修改以及如此處描述的本發(fā)明的原理的另外的應(yīng)用。非常詳細(xì)示出了本發(fā)明的一個實施例，然而對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，為了清楚起見，與本發(fā)明無關(guān)的ー些特征可能未被示出。這里描述的體液分析技術(shù)和系統(tǒng)解決了當(dāng)迅速檢測分析物濃度時的血細(xì)胞比容干擾的問題。通過使用脈沖伏安法技術(shù)解決了該問題，其中施加短的高頻電壓脈沖以將擴(kuò)散層維持在工作電極的試劑內(nèi)，并且脈沖在創(chuàng)建峰值擴(kuò)散限制電流的電壓以下的極限電壓窗ロ(或范圍)內(nèi)依次増加。隨后使用峰值擴(kuò)散限制電流以下的讀數(shù)確定葡萄糖濃度。通過該技術(shù)，葡萄糖濃度可以被相對快速地確定(例如，在5秒內(nèi))并且通常與正被分析的流體的血細(xì)胞比容水平無關(guān)。盡管不是特定的，但是被理論化的是，相對短的脈沖確保了擴(kuò)散層保持在試劑層中，使得通過在試劑層內(nèi)部擴(kuò)散的分析物生成了觀測電流。因此，受紅血球的干擾較小。該 技術(shù)可用于使用兩電極或三電極(或更多電扱)電化學(xué)類型測試條來分析葡萄糖濃度。根據(jù)電極布置，電勢窗ロ可以變化。通過在低電勢處僅使用直流(DC)激勵，儀器中的電子裝置和其他系統(tǒng)可以被簡化，并且可以實現(xiàn)短的測量時間。例如，可以在滴劑檢測的5秒(或更少)內(nèi)完成測試。此外，低的施加電勢可以消除常見干擾物對電流響應(yīng)的貢獻(xiàn)，從而提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。圖I中示出了如這里描述的被配置成使用微分脈沖伏安法(DPV)技術(shù)測量分析物水平的葡萄糖監(jiān)控系統(tǒng)30的示例。系統(tǒng)30包括生物傳感器32和儀器34，生物傳感器32在所示出的示例中是測試條。如所示，測試條32附接到儀器34，并且在輸出設(shè)備36上提供分析結(jié)果。生物傳感器和儀器在本領(lǐng)域是公知的，并且為了清楚起見，下文將不對它們進(jìn)行詳細(xì)討論。如前文所述，在使用傳統(tǒng)的電化學(xué)分析技術(shù)迅速地和廉價地分析流體樣本方面存在一些困難，其中所使用的血液樣本具有變化的血細(xì)胞比容度。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)ー種用于解決當(dāng)迅速檢測分析物濃度時的血細(xì)胞比容干擾的問題的獨特的技術(shù)和系統(tǒng)。特別地，使用DPV技術(shù)，其中在峰值擴(kuò)散限制電流以下的極限電壓窗ロ或范圍中施加短的高頻電壓脈沖。隨后使用得到的響應(yīng)信號確定諸如葡萄糖水平的分析物濃度。使用該技術(shù)，可以在血細(xì)胞比容干擾小的情況下相對快速地確定葡萄糖濃度，并且儀器34中的電子元件可以是相對廉價的。圖2是示出用于利用例如圖I的葡萄糖監(jiān)控系統(tǒng)30來分析流體樣本的施加電勢波形的示例的圖40。圖40示出了在分析期間由儀器34施加到測試條32的電勢波形。在一個示例中，諸如血液的含有葡萄糖的溶液被施加到測試條32，并且在溶液通過毛細(xì)管在包含電極和試劑的電化學(xué)區(qū)域中擴(kuò)散之后，施加如圖I中所示的電勢波形。如可以在圖I中看到的，當(dāng)體液被最初施加到測試條32時，存在安靜時間或培養(yǎng)時段，其允許酶反應(yīng)發(fā)生的充分時間。在示出的示例中，培養(yǎng)時段約為3秒，但是在其他示例中，培養(yǎng)時段可以更長或更短。例如，可以包括2秒的培養(yǎng)時段或者根本沒有培養(yǎng)時段。在培養(yǎng)時段之后，儀器34按不斷增加的電勢施加一系列脈沖。在ー個不例中，50毫伏(mV)的脈沖被施加25毫秒(msec)并且被每25 msec重復(fù)。對于每個脈沖，在該示例中基線脈沖按4 mV的增量增加。在ー個具體示例中，脈沖具有疊加在階梯形波形上的對稱波的形式，其中對稱波的周期與階梯波的時間步長相同?？梢允褂闷渌愋偷牟ㄐ斡糜诜治鲶w液。例如，圖3的曲線圖42示出了波形的示例，其中在-100 mV至300 mV的電勢窗口中施加50 mV的脈沖并且按4 mV的增量增加。在分析期間，儀器34測量作為脈沖結(jié)束時的電流和剛施加脈沖之前的電流之間的差的系統(tǒng)響應(yīng)。換言之，信號電流是正脈沖結(jié)束時采樣的電流之間的差。圖4是示出使用該技術(shù)的具有各種葡萄糖濃度的控制溶液的微分脈沖伏安圖的曲線圖44。具體地，圖4中的曲線圖44示出了關(guān)于含有66、97、220、403、648和709 mg/dl的葡萄糖濃度的控制溶液的伏安圖。電勢窗ロ是400 mV，并且測試的持續(xù)時間持續(xù)5秒。對于ー個示例試劑化學(xué)性質(zhì)，血液中的葡萄糖被轉(zhuǎn)化成葡糖酸內(nèi)酷，并且同吋，該反應(yīng)生成的電子參與催化劑的還原。通過施加不斷増加的正電勢，誘發(fā)催化劑的還原形式的氧化。通過以脈沖形式使電勢具有更大的正值，電流增加與分別轉(zhuǎn)化成樣本中的葡萄糖的還原催化劑的量成比例。當(dāng)電活化粒種針對電極的擴(kuò)散速率低于氧化還原反應(yīng)速率時，在接近催化劑的氧化/還原對的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電勢的電勢處的電流峰值跟隨有電流的下降。在圖4中所示的曲線的峰化中可以看到該擴(kuò)散限制效應(yīng)，其中峰值的 相對高度通常隨著增加的葡萄糖濃度而増加。如前文所述，血細(xì)胞比容水平的變化可以不利地影響葡萄糖濃度讀數(shù)，并且因此，需要減少血細(xì)胞比容的影響。為了理解該問題，對具有25、50、100、250和500 mg/dl的多種葡萄糖濃度的、血細(xì)胞比容含量被調(diào)整到百分之25、百分之45和百分之65的血液樣本進(jìn)行分析。圖5A、5B、5C、ro和5E包含曲線圖46、48、50、52和54，其分別示出了關(guān)于葡萄糖濃度分別為25、50、100、250和500 mg/dl的、血細(xì)胞比容濃度為百分比25、百分比45和百分比65的血液樣本的微分脈沖伏安圖。在所有曲線圖中，最大峰值擴(kuò)散限制電流約在70 mV處。通過比較血細(xì)胞比容水平不同但是葡萄糖含量相同的樣本，可以觀測到當(dāng)血細(xì)胞比容百分比增加時峰值電流下降。這說明了血細(xì)胞比容效應(yīng)，其中在具有血細(xì)胞(血細(xì)胞比容)含量的樣本中，測量的葡萄糖濃度偏離實際葡萄糖濃度。令人驚異地，觀測到在峰值擴(kuò)散限制電流以下的電勢范圍中，可以使血細(xì)胞比容的影響最小。具體地，如在各曲線圖中可見的，在-100 mV至O mV的電勢窗口中，血細(xì)胞比容效應(yīng)是可忽略的。即使在-100 mV至10mV的電勢范圍中，血細(xì)胞比容效應(yīng)是最小的。因此，觀察到使用脈沖伏安法技術(shù)測量峰值擴(kuò)散限制電流以下的讀數(shù)有助于改進(jìn)變化的血細(xì)胞比容水平處的葡萄糖濃度讀數(shù)，在脈沖伏安法技術(shù)中使用短的高頻電壓脈沖。為了進(jìn)一歩反映這種改進(jìn)，圖6A示出了曲線圖56，其示出了百分比25、百分比45和百分比65的血細(xì)胞比容水平處的、在-O. 05 mV處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流，并且圖6B示出了曲線圖58，其示出了百分比25、百分比45和百分比65的血細(xì)胞比容水平處的、在O mV處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流。如應(yīng)認(rèn)識到的，這些曲線圖56、58中的測量都是使用上述脈沖伏安法技術(shù)進(jìn)行的，其中在擴(kuò)散限制峰值電流以下(即，在上述電勢窗口內(nèi))測量電流。針對上文所述的其中測試條32具有三個電極(B卩，工作電極、反電極和參考電極)的系統(tǒng)進(jìn)行測試。特別地，針對Ag/AgCl參考電極測量電勢。在圖6A和6B中，箭頭欄表示±1標(biāo)準(zhǔn)偏差。對利用同一溶液執(zhí)行的十次測量的電流值取平均，其中血細(xì)胞比容水平在百分比25、百分比45和百分比65之間變化。如可見的，在所有示出的血細(xì)胞比容水平以及葡萄糖濃度處存在平均讀數(shù)中的相當(dāng)大的重疊。如上文所述，被理論化的是，相對短的高頻電壓脈沖有助于將擴(kuò)散層維持在試劑內(nèi)，從而減少血細(xì)胞比容效應(yīng)。使用前面的50和O mV示例，施加的電勢分別對應(yīng)于O. 625和I. 25秒的測量時間，其排除了培養(yǎng)時間。假設(shè)放射狀擴(kuò)散，可以根據(jù)下式I計算O. 625秒處的擴(kuò)散層厚度(d):
d=sqrt (2Dt)式 I
其中
J=擴(kuò)散層厚度D=擴(kuò)散系數(shù)
tニ時間。5*10_6 cm2/sec的擴(kuò)散系數(shù)(D)是水溶液中的大多數(shù)分析物的特性。使用式1，
O.625秒(t)處的擴(kuò)散層厚度(d)是25微米(μ m)。如前文所述，以25毫秒的脈沖施加脈沖。通過根據(jù)式I施加25毫秒的脈沖，將僅對5微米的擴(kuò)散層采樣。因此，分析物生成的響應(yīng)電流擴(kuò)散到其中不太可能存在紅血球的試劑層中。通過基于氧化/還原對的氧化還原電勢以下的電壓窗ロ進(jìn)行測量(即，在沒有越過電勢的情況下操作)，反應(yīng)的動力學(xué)將變成限制因素，其又會使來自擴(kuò)散的貢獻(xiàn)最小。如通過這些結(jié)果可見的，該技術(shù)能夠在來自血細(xì)胞比容的最小貢獻(xiàn)內(nèi)準(zhǔn)確地預(yù)測20至500 mg/dl濃度范圍中的葡萄糖以及能夠迅速地檢 測葡萄糖。在之前的示例中，測試條32是三電極配置，即工作電極、反電極和參考電極模式，其中使用外部Ag/AgCl參考電扱。應(yīng)認(rèn)識到，該技術(shù)可以適于使用僅兩個電極。例如，測試條32可以包括Roche Diagnostics公司制造的Aviva 商標(biāo)的測試條。當(dāng)使用兩電極條32時，通過使電勢窗ロ變?yōu)镺. 5-0. 55伏特來調(diào)整參數(shù)。圖7A包含曲線圖60，其示出了百分比25、百分比45和百分比65的血細(xì)胞比容水平處的、在O. I伏特處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流。圖7B示出了曲線圖62，其示出了關(guān)于百分之25、百分之45和百分之65的血細(xì)胞比容水平的、使用兩電極模式的O. 2伏特處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的得到的電流。對于圖7A和7B兩者，脈沖長度和脈沖間隔與上文相同，并且脈沖電壓和電壓步長亦是如此。就是說，脈沖長度和脈沖間隔是25毫秒并且脈沖電壓是50 mV，步長為4 mV。電勢窗ロ從O. 5到O. 55伏持。盡管關(guān)于兩電極模式的圖7A和7B中所示的響應(yīng)呈現(xiàn)為不如三電極模式穩(wěn)定，但是各曲線圖仍示出了針對葡萄糖濃度的良好靈敏度。類似先前的示例，通過在其測量的最初幾秒內(nèi)在低電勢處測量響應(yīng)，減少了血細(xì)胞比容效應(yīng)。換言之，通過施加并測量在峰值擴(kuò)散限制電流以下的脈沖，減少了血細(xì)胞比容效應(yīng)。其他實驗條件提供了與上述實驗條件相類似的結(jié)果。圖8A、8B和SC示出了曲線圖64、66、68，它們示出了關(guān)于使用兩電極類型測試條32執(zhí)行的實驗的O. 15伏特處的作為葡萄糖濃度的函數(shù)的電流。在圖8A中所示的結(jié)果中，修改脈沖序列，其中預(yù)脈沖或脈沖間隔長度從25毫秒加倍到50毫秒(O. 05秒)。圖8A中的誤差欄表示± I樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差単位并且對利用同一溶液執(zhí)行的十次測量的電流值取平均。針對百分比25、百分比45和百分比65的血細(xì)胞比容水平測量電流。如圖8B中可見，預(yù)脈沖長度和脈沖長度均分別加倍到O. 5秒的長度。在該特定示例中，調(diào)整采樣速率，使得實驗的持續(xù)時間不變。如在圖8B中的電流響應(yīng)中可見的，在所有血細(xì)胞比容處電流響應(yīng)相似(百分比25、百分比45和百分比65)。類似前文，誤差欄表示±1樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差単位并且對利用溶液執(zhí)行的十次測量的電流值取平均。圖8C示出了電流響應(yīng)，其中使用較短的O. 05至O. 25伏特的電勢范圍，這又進(jìn)ー步減少了測試時間。根據(jù)圖8A、8B和SC中所示的結(jié)果以及其他示例，應(yīng)認(rèn)識到，該技術(shù)能夠以最小的血細(xì)胞比容干擾預(yù)測20至500 ml/dl濃度范圍中的葡萄糖濃度。通過并入校準(zhǔn)參數(shù)可以進(jìn)ー步提高該技術(shù)的精度。具體地，通過使用校準(zhǔn)參數(shù)而非單個電勢常數(shù)，可以進(jìn)ー步提高該技術(shù)的精度。圖9的曲線圖70示出了使用三個校準(zhǔn)參數(shù)的非線性回歸技術(shù)的結(jié)果。特別地，該曲線在百分比25、百分比45和百分比65的血細(xì)胞比容水平處使用3個校準(zhǔn)參數(shù)將預(yù)測的葡萄糖濃度與實際的葡萄糖濃度比較。圖9中提供的三個校準(zhǔn)參數(shù)示例提供了預(yù)測的葡萄糖濃度和測量的葡萄糖濃度之間的極好的相關(guān)。特別地，使用線性回歸，擬合系數(shù)(R2)是O. 9692。在圖10的曲線圖72中所示的使用15個校準(zhǔn)參數(shù)的相似分析中，擬合系數(shù)(R2)提高到O. 9962，用于在百分比25、百分比45和百分比65的血細(xì)胞比容水平處比較上述技術(shù)中使用的預(yù)測的葡萄糖濃度和實際的葡萄糖濃度?，F(xiàn)將描述這種用于測量血液中的葡萄糖濃度的技術(shù)的具體示例。在最初時，在將體液施加到測試條32用于分析吋，存在2秒的安靜時間用于允許酶反應(yīng)發(fā)生的充分時間。在該安靜時段之后，儀器34在最大(擴(kuò)散限制)電流響應(yīng)以下的電勢窗口內(nèi)使電勢脈動至不斷增加的電勢。在ー個具體形式中，50 mV的脈沖被施加25毫秒并且被每25毫秒重復(fù)。對于每個脈沖，基線脈沖被增加4 mV。再次地，其中施加脈沖的電勢范圍或窗ロ可以根據(jù)測試條的性質(zhì)而變化，但是該窗ロ在峰值響應(yīng)電流以下。儀器34測量作為脈沖結(jié)束時的電流和剛施加脈沖之前的電流之間的差的響應(yīng)。通過測量剛施加脈沖之前的電流，可以減少充電電流的影響。儀器34將該響應(yīng)(在峰值電流以下)與關(guān)于已知葡萄糖濃度的響應(yīng)比較以便確定測量的葡萄糖水平。儀器34在諸如顯示器的輸出設(shè)備36上向用戶提供測量的葡萄 糖水平。在一個示例中，(在兩電極模式中)僅施加約150 mV的幾個脈沖，并且基于ー個電勢處的響應(yīng)電流確定葡萄糖濃度。然而，通過在三個不同電勢處執(zhí)行測量可以進(jìn)ー步提高檢測精度。在又一示例中，當(dāng)在窄的電勢窗口上進(jìn)行測量時可以實現(xiàn)相同的精度，但是具有測量時間的改進(jìn)。在關(guān)于三電極系統(tǒng)的示例中，以4 mV的增量施加50 mV的脈沖以覆蓋-100至300 mV的范圍(總共400 mV)。如應(yīng)認(rèn)識到的，上述技術(shù)提供了用在DC類型激勵信號中的簡單的診斷方法。此夕卜，允許短的樣本測量時間和低電勢。在替換實施例中，可以設(shè)想，當(dāng)執(zhí)行單次電勢測量吋，檢測時間可以進(jìn)ー步減少到5秒以下。還應(yīng)認(rèn)識到，在峰值擴(kuò)散限制電流以下的施加的較低的電勢消除了來自公共干擾源的電勢貢獻(xiàn)。應(yīng)認(rèn)識到，恒電勢器和儀器可互換地使用以執(zhí)行這里描述的技木。盡管使用恒電勢器生成了許多上文討論的測試結(jié)果，但是應(yīng)認(rèn)識到，作為替代可以使用儀器，特別是在家庭診斷設(shè)定中。儀器34可以包括諸如顯示器、揚聲器、處理器、存儲器、諸如電池的電源、和/或用于連接到測試條32的電接觸引腳的元件。然而，應(yīng)認(rèn)識到，除了示出的儀器之外，其他類型的電子設(shè)備可以利用這些測量技術(shù)。在ー個具體示例中，使用Roche Diagnostics公司售賣的Aviva 商標(biāo)的測試條，但是應(yīng)認(rèn)識到，上述技術(shù)適于用在其他類型的測試條32中。例如，這些技術(shù)可用于使用兩電極或三電極(或更多電扱)電化學(xué)類型測試條來分析葡萄糖濃度。根據(jù)電極布置，電勢窗ロ可以變化。在ー個具體形式中，利用該技術(shù)使用Aviva 商標(biāo)的測試條。該技術(shù)提供了對比用于Aviva 類型系統(tǒng)的當(dāng)前技術(shù)的、用于確定血糖濃度的替換的測量方法。通過僅使用低電勢處的DC激勵，儀器中的電子裝置和其他系統(tǒng)可以被簡化，并且可以實現(xiàn)短的測量時間。例如，可以在滴劑檢測的5秒內(nèi)完成測試。此外，低的施加電勢可以消除常見干擾物對電流響應(yīng)的貢獻(xiàn)，從而提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。如本說明書和權(quán)利要求中使用的，應(yīng)用如下定義
術(shù)語“微分脈沖伏安法”在廣泛的意義上被使用并且意味著包括這樣的電測量技術(shù)，在該電測量技術(shù)中一系列有規(guī)律的電壓脈沖疊加在線性或階梯步長掃描上。在每次電勢改變之前和之后立即測量電流并且將電流微分繪制成電勢的函數(shù)。脈沖的波形可以是方波或者可以包括其他形狀類型的脈沖。術(shù)語“擴(kuò)散層”包括通常在工作電極附近的區(qū)域，其中正被測量的分析物的濃度與溶液的體積濃度不同。這種擴(kuò)散層的擴(kuò)展導(dǎo)致了與T1/2成比例的電流下降。擴(kuò)散是材料從高濃度區(qū)域向較低濃度區(qū)域的移動。由于電表面濃度的下降和擴(kuò)散層隨時間的擴(kuò)展的組合效應(yīng)，觀察到峰化電流。除非上文明確限定，否則權(quán)利要求和說明書中使用的語言僅具有其平常和普通的含義。以上定義中的詞語僅具有其平常和普通的含義。這些平常和普通的含義包括所有來 自最近出版的Webster的詞典和Random House詞典的所有一致的詞典定義。盡管在附圖和前面的描述中詳細(xì)說明和描述了本發(fā)明，但是這些詳細(xì)說明和描述應(yīng)被視為說明性的而非限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，僅示出和描述了優(yōu)選實施例，并且在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神內(nèi)的所有改變、等效和修改應(yīng)受到保護(hù)。本說明書中引用的所有公開物、專利和專利申請通過引用并入此處，如同各個公開物、專利或?qū)＠暾埍惶貏e地和単獨地指示其整體內(nèi)容通過引用合并于此。下文是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的列表
I.ー種方法，包括
通過微分脈沖伏安法分析在生物傳感器(32)中接收的體液中的葡萄糖濃度，其中所述生物傳感器(32)至少包括覆蓋工作電極的試劑，所述分析包括
將短的高頻電壓脈沖施加到所述生物傳感器(32)中的所述體液以將擴(kuò)散層維持在所述工作電極的所述試劑內(nèi)，其中所述脈沖的電壓增量式地増加，
基于對在峰值擴(kuò)散限制電流以下的電壓窗口內(nèi)的脈沖的響應(yīng)來確定所述體液的葡萄糖濃度，以及
輸出來自所述確定的葡萄糖濃度結(jié)果。2.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述電壓窗ロ是從-O. 05 V至O V。3.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述電壓窗ロ不大于300 mV。4.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述電壓窗ロ是單個讀數(shù)。5.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述電壓窗ロ是O. 05 V至O. 25 V。6.根據(jù)實施例I所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有25毫秒的脈沖長度、25暈秒的脈沖間隔、50 mV的脈沖電壓以及4 mV的電壓步長。7.根據(jù)實施例I所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有50毫秒的脈沖間隔。8.根據(jù)實施例I所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有50毫秒的脈沖長度。9.根據(jù)實施例I所述的方法，進(jìn)ー步包括
其中儀器(34)執(zhí)行所述輸出葡萄糖濃度結(jié)果；
在所述施加之前利用所述儀器(34)檢測到所述生物傳感器(32)中的所述體液的配量；以及
其中在所述檢測所述體液的配量和所述輸出葡萄糖濃度結(jié)果之間消逝不超過5秒。10.根據(jù)實施例I所述的方法，進(jìn)ー步包括
在所述施加之前檢測到所述生物傳感器(32)中的所述體液的配量；以及允許在所述施加之前培養(yǎng)所述體液2秒。11.根據(jù)實施例I所述的方法，其中不存在培養(yǎng)時段。12.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述確定包括測量每個脈沖結(jié)束時的電流和剛好在每個脈沖之前的電流之間的差。13.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述確定包括基于ー個或多個校準(zhǔn)參數(shù)來調(diào)整所述響應(yīng)。14.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述生物傳感器(32)具有兩電極配置。
15.根據(jù)實施例I所述的方法，其中所述生物傳感器(32)具有三電極配置。16. 一種方法，包括
利用微分脈沖伏安法分析體液中的葡萄糖濃度，其中所述分析包括 在峰值擴(kuò)散限制電流以下的電壓窗口內(nèi)將ー個或多個脈沖施加到所述體液，以及 基于對所述電壓窗ロ中的脈沖的響應(yīng)來確定葡萄糖濃度。17.根據(jù)實施例16所述的方法，其中所述電壓窗ロ是從-O. 05 V至O V。18.根據(jù)實施例16所述的方法,其中所述電壓窗ロ不大于300 mV。19.根據(jù)實施例16所述的方法，其中所述電壓窗ロ是單個讀數(shù)。20.根據(jù)實施例16所述的方法，其中所述電壓窗ロ是O. 05 V至O. 25 V。21.根據(jù)實施例16所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有25毫秒的脈沖長度、25暈秒的脈沖間隔、50 mV的脈沖電壓以及4 mV的電壓步長。22.根據(jù)實施例16所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有50毫秒的脈沖間隔。23.根據(jù)實施例22所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有50毫秒的脈沖長度。24.根據(jù)實施例16所述的方法，進(jìn)ー步包括
在所述施加之前檢測到生物傳感器(32)中的所述體液的配量；
利用儀器(34)輸出來自所述確定的葡萄糖濃度結(jié)果；以及 其中在所述檢測所述體液的配量和所述輸出葡萄糖濃度結(jié)果之間消逝不超過5秒。25. ー種方法，包括
利用儀器(34)分析體液中的分析物濃度，其中所述分析包括
利用所述儀器(34)將在峰值擴(kuò)散限制電流以下的極限電壓窗口中的一個或多個電壓脈沖施加到所述體液；
其中所述電壓脈沖是短的以將擴(kuò)散層維持在工作電極的試劑內(nèi)；
利用所述儀器(34)基于對所述極限電壓窗口中的脈沖的響應(yīng)來確定葡萄糖濃度；以
及
利用所述儀器(34)輸出來自所述確定的葡萄糖濃度。26.根據(jù)實施例25所述的方法，其中所述電壓窗ロ是從-O. 05 V至O V。27.根據(jù)實施例25所述的方法，其中所述電壓窗ロ不大于300 mV。28.根據(jù)實施例25所述的方法，其中所述電壓窗ロ是O. 05 V至O. 25 V。29.根據(jù)實施例25所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有25毫秒的脈沖長度、25暈秒的脈沖間隔、50 mV的脈沖電壓以及4 mV的電壓步長。
30.根據(jù)實施例25所述的方法，進(jìn)ー步包括
在所述施加之前檢測到生物傳感器中的所述體液的配量；以及 其中在所述檢測所述體液的配量和所述利用所述儀器輸出葡萄糖濃度結(jié)果之間消逝不超過5秒。31.根據(jù)實施例25所述的方法，其中所述確定包括基于ー個或多個校準(zhǔn)參數(shù)來調(diào)整所述響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.ー種方法，包括 通過微分脈沖伏安法分析在生物傳感器(32)中接收的體液中的葡萄糖濃度，其中所述生物傳感器(32)至少包括覆蓋工作電極的試劑，所述分析包括 將短的高頻電壓脈沖施加到所述生物傳感器(32)中的所述體液以將擴(kuò)散層維持在所述工作電極的所述試劑內(nèi)，其中所述脈沖的電壓增量式地増加， 基于對在峰值擴(kuò)散限制電流以下的電壓窗口內(nèi)的脈沖的響應(yīng)來確定所述體液的葡萄糖濃度，以及 輸出來自所述確定的葡萄糖濃度結(jié)果。
2.—種方法，包括 利用微分脈沖伏安法分析體液中的葡萄糖濃度，其中所述分析包括 在峰值擴(kuò)散限制電流以下的電壓窗口內(nèi)將ー個或多個脈沖施加到所述體液，以及 基于對所述電壓窗ロ中的脈沖的響應(yīng)來確定葡萄糖濃度。
3.ー種方法，包括 利用儀器(34)分析體液中的分析物濃度，其中所述分析包括 利用所述儀器(34)將在峰值擴(kuò)散限制電流以下的極限電壓窗口中的一個或多個電壓脈沖施加到所述體液； 其中所述電壓脈沖是短的以將擴(kuò)散層維持在工作電極的試劑內(nèi)； 利用所述儀器(34)基于對所述極限電壓窗口中的脈沖的響應(yīng)來確定分析物濃度；以及 利用所述儀器(34)輸出來自所述確定的分析物濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中所述電壓窗ロ是從-O.05 V至O V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中所述電壓窗ロ不大于300mV。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述電壓窗ロ是單個讀數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中所述電壓窗ロ是O.05 V至O. 25 V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有25毫秒的脈沖長度、25暈秒的脈沖間隔、50 mV的脈沖電壓以及4 mV的電壓步長。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有50毫秒的脈沖間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述施加期間，所述脈沖具有50毫秒的脈沖長度。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括 其中儀器(34)執(zhí)行所述輸出葡萄糖濃度結(jié)果； 在所述施加之前利用所述儀器(34)檢測到所述生物傳感器(32)中的所述體液的配量；以及 其中在所述檢測所述體液的配量和所述輸出葡萄糖濃度結(jié)果之間消逝不超過5秒。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括 在所述施加之前檢測到所述生物傳感器(32)中的所述體液的配量；以及 允許在所述施加之前培養(yǎng)所述體液2秒。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中不存在培養(yǎng)時段。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述確定包括測量每個脈沖結(jié)束時的電流和剛好在每個脈沖之前的電流之間的差。
15.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的方法，其中所述確定包括基于ー個或多個校準(zhǔn)參數(shù)來調(diào)整所述響應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)ー步包括 在所述施加之前檢測到生物傳感器(32)中的所述體液的配量； 利用儀器(34)輸出來自所述確定的葡萄糖濃度結(jié)果；以及 其中在所述檢測所述體液的配量和所述輸出葡萄糖濃度結(jié)果之間消逝不超過5秒。
17.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)ー步包括 在所述施加之前檢測到生物傳感器中的所述體液的配量；以及其中在所述檢測所述體液的配量和所述利用所述儀器輸出分析物濃度之間消逝不超過5秒。
全文摘要
這里描述的血糖分析技術(shù)和系統(tǒng)解決了當(dāng)迅速檢測葡萄糖濃度時的血細(xì)胞比容干擾的問題。通過使用微分脈沖伏安法技術(shù)解決了該問題，其中施加短的高頻電壓脈沖以將擴(kuò)散層維持在工作電極的試劑內(nèi)，并且在峰值擴(kuò)散限制電流以下的極限電壓窗口(或范圍)中施加脈沖。隨后使用峰值以下的讀數(shù)確定葡萄糖濃度。通過該技術(shù)，葡萄糖濃度可以被相對快速地確定(例如，在5秒內(nèi))并且與正被分析的液體的血細(xì)胞比容水平無關(guān)。
文檔編號G01N27/48GK102667475SQ201080060152
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
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