ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ С УЛУЧШЕННЫМ СМЕЩЕНИЕМ ВРЕМЕНИ ВЫБОРКИ Российский патент 2015 года по МПК G01N33/487 G01N27/22 

Приоритеты

Настоящая заявка испрашивает приоритет по §120 раздела 35 Свода законов США как частичное продолжение ранее поданной заявки № 13/034,281 от 24 февраля 2011 г. (досье патентного поверенного № DDI-5196) и международной заявки на патент PCT/GB2011/000267 от 25 февраля 2011 г. (досье патентного поверенного № P056478WO), обе из которых испрашивают приоритет предварительной заявки на патент США № 61/308167, поданной 25 февраля 2010 г. (досье патентного поверенного № DDI-5196), причем все эти заявки полностью включены в настоящий документ путем ссылки.

Предпосылки создания изобретения

Обнаружение аналитов в физиологических жидкостях, например, крови или продуктах крови, приобретают все большее значение в современном обществе. Анализы на обнаружение аналитов используются в самых разнообразных целях, в том числе при клинических лабораторных исследованиях, анализе физиологических жидкостей в домашних условиях и т.п., когда результаты такого исследования играют значимую роль в диагностике и лечении различных заболеваний. К примерам таких аналитов относятся глюкоза при лечении диабета, холестерин и т.п. В ответ на растущую значимость определения аналитов разработаны различные протоколы обнаружения аналитов, а также приборы для применения как в клинических, так и в домашних условиях.

Одним из типов способов, применяющихся для обнаружения аналитов, является электрохимический способ. Для анализа жидкостей такими способами пробу помещают в испытательную камеру для приема пробы в электрохимической камере, которая включает в себя два электрода, например, рабочий электрод и противоэлектрод. Раствор, содержащий аналит, оставляют для взаимодействия с окислительно-восстановительным реагентом для образования окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, соответствующем концентрации аналита. Затем количество окисляемого (или восстанавливаемого) вещества определяют электрохимическим способом и соотносят с концентрацией аналита в исходной пробе.

Такие системы подвержены неэффективности и/или погрешностям разного рода. Например, на результаты анализа таким способом могут влиять колебания температуры. Это имеет особое значение, когда исследование проводится в неконтролируемых условиях, например, при применении в домашних условиях или в развивающихся странах. Причиной погрешности может также стать недостаточный объем пробы для точного результата. Причиной неточного результата может стать неполное смачивание тест-полосок, так как результат измерения тока пропорционален площади рабочего электрода, смоченной пробой. Таким образом, неполное смачивание тест-полосок может в некоторых условиях привести к занижению результата измерения концентрации глюкозы.

Для решения некоторых из перечисленных проблем разработчики биосенсоров перешли к использованию электрической емкости испытательной камеры для определения достаточности заполнения такой испытательной камеры. Примеры показаны и описаны в патентах США №№ 6856125; 6872298; 7195704 и 7199594, все из которых включены в настоящую заявку путем ссылки.

Краткое описание изобретения

Заявитель полагает, что, если не учитывать эффекты параллельного сопротивления полоски при проверке достаточности смачивания биосенсорных тест-полосок, результат измерения электрической емкости тест-полоски может оказаться завышенным, особенно при более низком параллельном сопротивлении. В приведенных примерах осуществления изобретения заявителя этот эффект учитывается, однако в то же время становится очевидной необходимость определения сопротивления биосенсорной электрохимической испытательной камеры.

В одном аспекте предлагается способ определения электрической емкости электрохимической биосенсорной испытательной камеры тест-полоски. Испытательная камера имеет по меньшей мере два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером. Способ может быть реализован путем следующих этапов, на которых: инициируют электрохимическую реакцию пробы после ее внесения в биосенсорную камеру; прикладывают к камере осциллирующий сигнал предварительно заданной частоты; устанавливают первый временной интервал выборки для измерения выходного сигнала на основании предварительно заданной скорости выборки на цикл выходного сигнала с предварительно заданной частотой; получают выборку выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки, так что амплитуда каждого выходного сигнала выборки измеряется по истечении каждого второго временного интервала выборки вместо первого временного интервала; определяют фазовый угол между выходным сигналом и осциллирующим входным сигналом от камеры на основе выходного сигнала выборки на этапе выборки; и рассчитывают электрическую емкость камеры по фазовому углу. В одном варианте данного аспекта второй временной интервал выборки основывается на предварительно заданном времени смещения относительно первого временного интервала выборки, или же первый временной интервал выборки содержит время между каждым пошаговым изменением амплитуды выходного сигнала; и такое время смещения содержит процент первого временного интервала выборки, причем такой процент представляет собой диапазон от приблизительно 5% до приблизительно 30% первого временного интервала выборки. В другом варианте данного аспекта этап установления может включать в себя: определение продолжительности одной волны сигнала при предварительно заданной частоте; разделение продолжительности на число измеряемых проб для каждой длины волны с целью получения продолжительности по времени; и установку первого временного интервала выборки, который по существу равен продолжительности по времени. В еще одном дополнительном варианте изобретения этап установления может включать в себя оценку выходного сигнала для определения продолжительности временного интервала между каждым пошаговым изменением выходного сигнала; и установку первого временного интервала выборки, который по существу равен продолжительности по времени. Также дополнительно отмечается, что в данном аспекте такое время смещения может включать в себя процент первого временного интервала выборки, причем такой процент может находиться в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 30% первого временного интервала выборки. В еще одном варианте настоящего аспекта этап расчета может включать в себя расчет электрической емкости с компенсацией фазового угла для учета фазового сдвига в цепи, которая используется для выборки выходного сигнала. В частности, этап расчета может включать в себя расчет электрической емкости по уравнению вида:

_,

где:

C≈ электрическая емкость;

$$i_T$$ ≈ общий ток;

$$\Phi$$ ≈ фазовый угол между общим током и током в резисторе;

≈ компенсация фазового угла;

f≈ частота; и

V≈ напряжение.

В другом варианте компенсация фазового угла может включать в себя любое значение от приблизительно 3 градусов до приблизительно 20 градусов. В более конкретном варианте компенсация фазового угла может включать в себя значение приблизительно 11 градусов. Отмечается, что в дополнительном варианте этап расчета может включать в себя этапы, на которых: получают выборку множества выходных значений тока от камеры за один частотный цикл; получают среднее значение выходных значений тока выборки; вычитают среднее значение из каждого значения тока выборки из множества выходных значений тока; и вычитают среднеквадратичное значение всех отрицательных значений из результата вычитания для получения общего выходного значения тока. В альтернативном варианте осуществления этап расчета может включать в себя определение по данным выборки по меньшей мере одной точки пересечения кривой тока от отрицательных до положительных значений; и интерполяцию данных в непосредственной близости от по меньшей мере одной точки пересечения кривой тока для определения первого угла, при котором ток меняет свое значение с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное. Также дополнительно отмечается, что интерполяция по меньшей мере одной точки пересечения кривой тока может включать в себя интерполяцию другой точки пересечения результатов выборки для определения другого угла, при котором ток меняет свое значение с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное; и вычитание из другого угла приблизительно 180 градусов для получения второго угла. Вычитание дополнительно может включать в себя расчет среднего значения из первого и второго углов. Процесс расчета может включать в себя определение разницы углов между осциллирующим входным током и выходным током в виде фазового угла.

В другом аспекте представлена система для измерения концентрации аналита, включающая в себя тест-полоску для определения аналита и измерительный прибор для определения концентрации аналита. Тест-полоска для определения аналита включает в себя подложку с нанесенным на нее реагентом и по меньшей мере два электрода, расположенных в непосредственной близости к реагенту в испытательной камере тест-полоски. Измерительный прибор для определения концентрации аналита включает в себя разъем порта для полоски для подключения двух электродов, источника питания и микроконтроллера, электрически соединенный с разъемом порта для полоски и источником питания. Микроконтроллер запрограммирован на выполнение следующих действий: инициации электрохимической реакции в биосенсорной камере; приложения к камере осциллирующего напряжения предварительно заданной частоты; установления первого временного интервала выборки для измерения выходного сигнала на основании предварительно заданной скорости выборки на цикл выходного сигнала с предварительно заданной частотой; получения выборки выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки, так что амплитуда каждого выходного сигнала выборки измеряется по истечении каждого второго временного интервала выборки вместо первого временного интервала; определение фазового угла между выходным значением тока и осциллирующим напряжением от камеры на основе выходного сигнала выборки; и расчет электрической емкости камеры на основании полученного значения фазового угла. В этой системе второй временной интервал выборки основан на предварительно заданном времени смещения относительно первого временного интервала выборки. Кроме того, первый временной интервал выборки может включать в себя время между каждым пошаговым изменением амплитуды выходного сигнала. В частности, время смещения может включать в себя процент от первого временного интервала выборки; и такой процент может находиться в диапазоне от приблизительно 5% до приблизительно 30% первого временного интервала выборки.

Эти и другие варианты осуществления, их отличительные особенности и преимущества станут очевидными для специалистов в данной области после изучения приведенного ниже более подробного описания различных примеров осуществления настоящего изобретения в сочетании с сопутствующими рисунками, которые кратко описаны в начале заявки.

Краткое описание чертежей

Сопутствующие фигуры, включенные в настоящую заявку и составляющие ее неотъемлемую часть, иллюстрируют считающиеся на сегодня предпочтительными варианты осуществления настоящего изобретения и, вместе с приведенным выше общим описанием и приводимым ниже подробным описанием, призваны разъяснить отличительные особенности раскрываемого изобретения (сходными номерами указаны сходные элементы).

На фиг. 1 показан пример системы для измерения аналита, включающей испытательный измерительный прибор и тест-полоску.

На фиг. 2 показан упрощенный схематический вид примера печатной платы измерительного прибора, представленного на фиг. 1.

На фиг. 3A показан вид в перспективе с пространственным разделением компонентов тест-полоски, представленной на фиг. 1.

На фиг. 3В показана схематическая электрическая модель испытательной камеры 61 и векторная диаграмма модели сопротивление-емкость.

На фиг. 4 показана упрощенная схема компонентов для определения электрической емкости смоченной тест-полоски.

На фиг. 5А показано приложение напряжения к тест-полоске с течением времени.

На фиг. 5В показана амплитуда отклика выходного значения тока тест-полоски во времени.

На фиг. 6А показана выборка выходного значения тока, отмеченного в области 602.

На фиг. 6В показано выходное значение переменного тока после удаления компонента постоянного тока из данных выборки, представленных на фиг. 6A.

На фиг. 6С и 6D показан фазовый угол между переменным напряжением, приложенным к тест-полоске, и выходным значением переменного тока тест-полоски.

На фиг. 6Е показана интерполяция данных выборки для определения точки пересечения, изображенной на фиг. 6D, для сравнения с точкой пересечения кривой прилагаемого тока, изображенной на фиг. 6С.

На фиг. 7А показано наложение электрической модели на контуры полоски, изображенной на фиг. 3А, с указанием различных источников сопротивления от соответствующих компонентов тест-полоски и электрической емкости испытательной камеры.

На фиг. 7В показано схематическое электрическое представление модели испытательной камеры 61 и сопротивления разъемов тест-полоски.

На фиг. 7С показана векторная диаграмма модели, приведенной на фиг. 7В.

На фиг. 7D показан пример усовершенствования для одного варианта осуществления по сравнению с более ранними прототипами.

На фиг. 8A показан пример контрольных выходных характеристик для сопротивления испытательной камеры и электрической емкости испытательной камеры в контрольной модели тест-полоски, приведенной на фиг. 7В.

На фиг. 8В показаны фактические выходные характеристики для сопротивления испытательной камеры и электрической емкости испытательной камеры для реальной тест-полоски.

На фиг. 9А показаны выходные характеристики осциллирующего сигнала при получении выборки системой, где показано, что генерация сигнала обеспечивается 64 различными выборками тока, придающими выходному сигналу кусочную или ступенчатую форму.

На фиг. 9В показано наложение фактического осциллирующего сигнала выборки 904 по сравнению с контрольным осциллирующим выходным сигналом 902, где сигнал выборки поступает от полоски с высоким сопротивлением полоски.

На фиг. 9С показано наложение фактического осциллирующего сигнала выборки 906 по сравнению с контрольным выходным сигналом 902, где сигнал выборки 906 поступает от полоски с более низким сопротивлением полоски по сравнению с сопротивлением полоски, приведенным на фиг. 9В.

На фиг. 9D и 9E показан подробный пример ошибки, возникшей из-за пошагового изменения кусочного или ступенчатого выходного сигнала 906 по сравнению с плавным выходным сигналом 902.

На фиг. 9F показан графический пример модификации первого временного интервала выборки за счет смещения времени, чтобы сформировать второй временной интервал выборки, который обеспечивает более точные измерения электрической емкости.

Варианты выполнения настоящего изобретения

Приведенное ниже подробное описание следует толковать с учетом рисунков, на которых одинаковые элементы на разных фигурах представлены под одинаковыми номерами. Приведенные фигуры, не обязательно выполненные в реальном масштабе, показывают выбранные варианты осуществления и не призваны ограничить объем настоящего изобретения. Подробное описание раскрывает принципы настоящего изобретения с помощью примеров, которые не ограничивают настоящее изобретение. Настоящее описание позволяет любому специалисту в данной области осуществлять и использовать настоящее изобретение, а также описывает несколько вариантов осуществления, видоизменений, модификаций, альтернатив и применений изобретения, включая способ осуществления изобретения, который считается наилучшим в настоящее время.

Для целей настоящего изобретения термин «приблизительно» применительно к любым числовым значениям или диапазонам указывает на приемлемый допуск на размер, который позволяет компоненту или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем изобретении. Кроме этого, для целей настоящего документа термины «пациент», «оператор», «пользователь» и «субъект» относятся к любому человеку или животному и не предполагают ограничение области использования систем или способов только человеком, хотя применение предмета изобретения пациентом, который является человеком, представляет собой предпочтительный вариант осуществления изобретения.

Системы и способы, являющиеся предметом изобретения, подходят для определения самых разнообразных аналитов в самых разнообразных пробах, особенно для определения аналитов в цельной крови, плазме, сыворотке, интерстициальной жидкости или их производных. В одном примере осуществления система для определения глюкозы основана на использовании тонкослойной камеры с противоположными электродами и электрохимического обнаружения трехимпульсным методом; она обеспечивает быстрый анализ (например, приблизительно 5 секунд), требует малого объема пробы (например, приблизительно 0,4 мкл) и может обладать более высоким уровнем надежности и точности измерения глюкозы в крови. В реакционной камере содержащаяся в пробе глюкоза может окисляться до глюконолактона под действием глюкозодегидрогеназы, а для переноса электронов от фермента к рабочему электроду можно использовать электрохимически активный медиатор. С помощью стабилизатора напряжения к рабочему электроду и противоэлектроду может быть приложен трехимпульсный профиль напряжения, индуцирующий переходный токовый процесс, используемый для вычисления концентрации глюкозы. Кроме того, дополнительную информацию, полученную при измерении переходного токового процесса, можно использовать для различения матрикса пробы и введения поправки на обусловленную гематокритом вариабельность проб крови, колебание температуры, наличие электрохимически активных компонентов, а также выявления возможных системных погрешностей.

В принципе, описанные способы можно использовать с электрохимическими камерами любых типов с разнесенными в пространстве первым и вторым электродами и слоем реагента. Например, электрохимическая камера может иметь форму тест-полоски. В одном аспекте тест-полоска может включать в себя два противодействующих и разделенных тонким разделителем электрода, которые образуют испытательную камеру для приема пробы или зону, в которой размещен слой реагента. Специалисту в данной области будет понятно, что с описанными в настоящей заявке способами можно использовать другие типы тест-полосок, включая, например, тест-полоски с копланарными электродами.

На фиг. 1 показана система управления диабетом, включающая в себя блок управления данными по диабету 10 и биосенсор в форме тест-полоски для определения уровня глюкозы 80. Следует обратить внимание, что блок управления данными по диабету (DMU) может также называться блоком измерения и управления концентрацией аналита, глюкометром, измерительным прибором и устройством для измерения концентрации аналита. В одном варианте осуществления DMU может сочетаться с устройством введения инсулина, дополнительным устройством для анализа аналита и устройством для введения лекарственных средств. DMU может быть подключен к компьютеру 26 или серверу 70 кабелем или с использованием соответствующей технологии беспроводной связи, такой как, например, GSM, CDMA, BlueTooth, WiFi и т.п.

Возвращаясь к фиг. 1, глюкометр 10 может включать в себя корпус 11, кнопки интерфейса пользователя (16, 18 и 20), дисплей 14 и отверстие порта для полоски 22. Кнопки интерфейса пользователя (16, 18 и 20) могут быть выполнены с возможностью ввода данных, навигации по меню и выполнения команд. Кнопка интерфейса пользователя 18 может быть выполнена в виде двухполюсного переключателя. Данные могут включать в себя величины, представляющие концентрацию аналита и/или информацию, относящуюся к повседневному образу жизни пациента. Информация, относящаяся к повседневному образу жизни, может включать в себя данные о приеме пищи, приеме лекарств, проведении контрольных осмотров состояния здоровья, а также общем состоянии здоровья и уровне физической нагрузки пациента.

Электронные компоненты измерительного прибора 10 могут быть размещены на печатной плате 34, которая размещена в корпусе 11. На фиг. 2 показаны (в упрощенной схематической форме) электронные компоненты, расположенные на верхней поверхности печатной платы 34. Электронные компоненты на верхней поверхности могут включать в себя отверстие порта для полоски 308, микроконтроллер 38, энергонезависимую флеш-память 306, порт передачи данных 13, часы реального времени 42 и множество операционных усилителей (46-49). Электронные компоненты на нижней поверхности могут включать в себя множество аналоговых переключателей, драйвер фоновой подсветки и программируемое постоянное запоминающее устройство с возможностью удаления информации электрическим током (EEPROM, не показано). Микроконтроллер 38 может быть электрически соединен с отверстием порта для полоски 308, энергонезависимой флеш-памятью 306, портом передачи данных 13, часами реального времени 42, множеством операционных усилителей (46-49), множеством аналоговых переключателей, драйвером фоновой подсветки и EEPROM.

Возвращаясь к фиг. 2, множество операционных усилителей может включать в себя стадийные операционные усилители (46 и 47), трансимпедансный операционный усилитель 48 и операционный усилитель с каскадом смещения 49. Множество операционных усилителей может быть выполнено с возможностью обеспечения части функции стабилизатора напряжения и функции измерения тока. Функция стабилизатора напряжения может относиться к приложению испытательного напряжения между по меньшей мере двумя электродами тест-полоски. Функция измерения тока может относиться к измерению испытательного тока, вызванного приложением испытательного напряжения. Измерение тока может осуществляться с помощью преобразователя ток-напряжение. Микроконтроллер 38 может представлять собой микропроцессор для обработки смешанных сигналов (MSP), например, MSP 430 компании Texas Instrument. Микропроцессор MSP 430 может также быть выполнен с возможностью реализации части функции стабилизатора напряжения и функции измерения тока. Кроме того, MSP 430 также может включать в себя энергозависимое ЗУ и ПЗУ. В другом варианте осуществления многие электронные компоненты могут быть встроены в микроконтроллер в форме специализированной интегральной схемы (ASIC).

Разъем порта для полоски 308 может размещаться в непосредственной близости к отверстию порта для полоски 22 и быть выполнен с возможностью образования электрического соединения с тест-полоской. Дисплей 14 может представлять собой жидкокристаллический дисплей для отображения измеренного уровня глюкозы и для облегчения ввода информации, относящейся к образу жизни пациента. Дисплей 14 может необязательно включать в себя фоновую подсветку. Порт передачи данных 13 может принимать подходящий разъем, прикрепленный к соединительному кабелю, тем самым обеспечивая соединение глюкометра 10 с внешним устройством, таким как персональный компьютер. В качестве порта передачи данных 13 может использоваться любой порт, обеспечивающий передачу данных, такой как, например, последовательный порт, USB-порт или параллельный порт.

Часы реального времени 42 могут быть выполнены с возможностью отображения текущего времени для определенной географической зоны, где находится пользователь, а также времени измерения. Часы реального времени 42 могут включать в себя плату часов 45, кристалл 44 и суперконденсатор 43. DMU может быть выполнен с возможностью электрического соединения с источником питания, таким как, например, аккумуляторная батарея. Суперконденсатор 43 может быть выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания в течение длительного периода для снабжения питанием часов реального времени 42 в случае прекращения подачи электроэнергии. Таким образом, в случае разрядки или замены батареи пользователю не потребуется заново устанавливать правильное время на часах реального времени. Использование часов реального времени 42 с суперконденсатором 43 позволяет снизить риск неправильной установки пользователем времени на часах реального времени 42.

На фиг. 3A показан пример тест-полоски 80, включающей в себя удлиненный корпус, проходящий от дистального конца 80 к проксимальному концу 82 и имеющий боковые края. Как показано на этой фигуре, тест-полоска 80 также включает в себя первый электродный слой 66a, изолирующий слой 66b, второй электродный слой 64a, изолирующий слой 64b и разделитель 60, расположенный в промежутке между двумя электродными слоями 64a и 66a. Первый электродный слой 66a может включать в себя первый электрод 67a, первый соединительный проводник 76 и первую контактную площадку 47, при этом первый соединительный проводник 76 электрически соединяет первый электродный слой 66a с первой контактной площадкой 67, как показано на фиг. 3A и 4. Обратите внимание, что первый электрод 67a является частью первого электродного слоя 66a, расположенного непосредственно под слоем реагента 72. Подобным образом, второй электродный слой 64a может включать в себя второй электрод 67b, второй соединительный проводник 78 и вторую контактную площадку 78, при этом второй соединительный проводник 78 электрически соединяет второй электрод 67b со второй контактной площадкой 78, как показано на фиг. 3 и 4. Обратите внимание, что второй электрод включает в себя часть второго электродного слоя 64a, расположенного над слоем реагента 72.

Как показано на фиг. 3A, электрохимическая испытательная камера для приема пробы 61 образована первым электродом 67a, вторым электродом 67b и разделителем 60 у дистального конца 80 тест-полоски 80. Первый электрод 67a и второй электрод 67b могут образовывать нижнюю и верхнюю части электрохимической испытательной камеры для приема пробы 61 соответственно. Вырезанная область 68 разделителя 60 может образовывать боковые стенки электрохимической испытательной камеры для приема пробы 61. В одном аспекте электрохимическая испытательная камера для приема пробы 61 может включать в себя порты 70, служащие для поступления пробы и/или воздуха. Например, один из портов может быть предназначен для поступления пробы текучей среды, а второй - для выхода воздуха. В одном примере осуществления первый электронный слой 66а и второй электродный слой 64а могут быть изготовлены из палладия и золота, соответственно, путем напыления. Подходящие материалы для изготовления разделителя 60 включают в себя разнообразные изоляционные материалы, например, пластмассы (в частности, ПЭТФ, ПЭТГ, полиимид, поликарбонат, полистирол), оксид кремния, керамику, стекло, адгезивы и их комбинации. В одном варианте осуществления разделитель 60 может быть выполнен в форме двухстороннего адгезива, нанесенного на противолежащие стороны листа полиэфира, при этом адгезив может быть чувствительным к давлению или термоактивируемым.

Возвращаясь к фиг. 3A, площадь первого электрода и второго электрода может ограничиваться двумя боковыми краями и вырезанной областью 68. Обратите внимание, что площадь может быть определена после смачивания поверхности электродного слоя жидкой пробой. В одном варианте осуществления адгезивная часть разделителя 60 может смешиваться и/или частично растворять слой реагента, таким образом, адгезив образует связь с первым электродным слоем 66A. Такая адгезивная связь помогает образовать часть электродного слоя, которая может смачиваться жидкой пробой, а также служить медиатором электрохимического окисления или восстановления.

Либо первый электрод, либо второй электрод могут выполнять функцию рабочего электрода в зависимости от величины и/или полярности прилагаемого испытательного напряжения. Рабочий электрод может измерять предельный испытательный ток, пропорциональный концентрации восстановленного медиатора. Например, если соединением, обуславливающим предельный ток, является восстановленный медиатор (например, ферроцианид), который затем может окисляться у первого электрода до тех пор, пока испытательное напряжение значительно меньше окислительно-восстановительного потенциала медиатора относительно второго электрода. В такой ситуации первый электрод выполняет функцию рабочего электрода, а второй электрод - противоэлектрода/контрольного электрода. Обратите внимание, что специалист в данной области может называть противоэлектрод/контрольный электрод просто контрольным электродом или противоэлектродом. После истощения всех запасов восстановленного медиатора у поверхности рабочего электрода окисление ограничивается таким образом, что измеренный ток окисления пропорционален току восстановленного медиатора, диффундирующего из основного объема раствора к поверхности рабочего электрода. Термин «основной объем раствора» относится к части раствора, расположенной достаточно далеко от рабочего электрода, когда восстановленный медиатор не находится в пределах зоны истощения концентрации. Следует отметить, что, если для тест-полоски 80 не указано иное, все потенциалы испытательного измерительного прибора 10 далее указаны для второго электрода. Подобным образом, если испытательное напряжение значительно выше, чем окислительно-восстановительный потенциал медиатора, восстановленный медиатор может окисляться у второго электрода, давая предельный ток. В такой ситуации второй электрод выполняет функцию рабочего электрода, а первый электрод - функцию противоэлектрода/контрольного электрода. Подробные сведения о примере тест-полоски, способе ее использования и испытательном измерительном приборе можно найти в патентной заявке США № 20090301899, которая включена в настоящий документ путем ссылки, копия находится в приложении.

Как показано на фиг. 3A, тест-полоска 80 может включать в себя один или более рабочих электродов и противоэлектрод. Тест-полоска 80 может также включать в себя множество электрических контактных площадок, причем каждый электрод может быть электрически соединен с по меньшей мере одной электрической контактной площадкой. Разъем порта для полоски 308 может быть выполнен с возможностью электрического соединения с электрическими контактными площадками и формирования электрического соединения с электродами. Тест-полоска 80 может включать в себя слой реагента, нанесенный поверх по меньшей мере одного электрода. Слой реагента может включать в себя фермент и медиатор. Примеры подходящих ферментов для применения в слое реагента включают в себя глюкозооксидазу, глюкозодегидрогеназу (с пирролохинолинхиноновым кофактором PQQ) и глюкозодегидрогеназу (с флавинадениндинуклеотидным кофактором FAD). Пример медиатора, подходящего для применения в слое реагента, включает в себя феррицианид, который в данном случае представлен в окисленной форме. Слой реагента может быть выполнен с возможностью физической трансформации глюкозы в продукт ферментативной реакции и генерации в ходе последней восстановленного медиатора (например, ферроцианида) в количестве, пропорциональном концентрации глюкозы. Указанный рабочий электрод затем может использоваться для измерения концентрации восстановленного медиатора в форме электрического тока. В свою очередь глюкометр 10 может преобразовать величину тока в концентрацию глюкозы. Подробное описание предпочтительной тест-полоски приведено в патентах США №№ 6179979; 6193873; 6284125; 6413410; 6475372; 6716577; 6749887; 6863801; 6890421; 7045046; 7291256; 7498132, все из которых полностью включены в настоящий документ путем ссылки.

На фиг. 4 показаны в упрощенной схематической форме различные функциональные компоненты, использующиеся для измерения электрической емкости. В частности, компоненты включают в себя микроконтроллер 300. В предпочтительном варианте осуществления микроконтроллер 300 можно приобрести в компании Texas Instrument (модель MSP430 сверхнизкого потребления). Микроконтроллер (МК) 300 может быть изготовлен с ЦАП с потенциальным выходом и встроенным АЦ-преобразователем. МК 300 соответствующим образом соединен с ЖК-экраном 304 для отображения результатов анализа или другой связанной с ними информации. Память 306 электрически соединена с МК 300 для хранения результатов анализов, результатов измерения тока и другой необходимой информации или данных. Тест-полоска может быть соединена с измерительным прибором через разъем порта для полоски (РПП) 308. РПП 308 позволяет соединять тест-полоску с МК 300 через первую контактную площадку 47a, 47b и вторую контактную площадку 43. Вторую контактную площадку 43 можно использовать для установления электрической связи с испытательным измерительным прибором через U-образную прорезь 45, как показано на фиг. 4. РПП 308 может также иметь разъемы для электродов 308a и 308c. Первая контактная площадка 47 может включать в себя два штырька 47a и 47b. В одном примере осуществления разъемы первого электрода 308a и 308c по отдельности соединены со штырьками 47a и 47b соответственно. Разъем второго электрода 308b может соединяться со второй контактной площадкой 43. Испытательный измерительный прибор 10 может измерять сопротивление или целостность электроцепи между штырьками 47a и 47b, чтобы установить наличие электрической связи тест-полоски 80 с испытательным измерительным прибором 10.

Как показано на фиг. 4, РПП 308 соединен с переключателем 310. Переключатель 310 соединен с каскадом смещения 312. На каскад смещения 312 подается сигнал ЦАП 312a, привод тока 312b и сигнал переключателя 312c. МК 300 подает сигнал ЦАП 312a, который включает в себя аналоговое напряжение в диапазоне от 0 до Vref (например, приблизительно 2,048 В). Каскад смещения 312 может работать в двух режимах - с постоянным напряжением или постоянным током. Цепь привода тока 312b контролирует режим работы каскада смещения 312. Низкая установка цепи 312b превращает операционный усилитель в каскаде смещения 312 в усилитель повторителя напряжения. Выходной сигнал ЦАП 312a приводится в соответствие с полной шкалой Vref/2 +/- 400 мВ. Операционный усилитель в каскаде смещения подает данное напряжение непосредственно на МК 300 как цепь привода цепи 312d. Напряжение в цепи 312d создается в соответствии с виртуальной «землей» Vref/2. Таким образом, для создания подходящего смещения тока (например, приблизительно 20 мВ) необходимо напряжение на выходе ЦАП, равное приблизительно 1,044 В (через подходящий преобразователь). Для создания смещения приблизительно +300 мВ напряжение на выходе ЦАП по существу должно составлять приблизительно 1,324 В, а для смещения -300 мВ - приблизительно 0,724 В. Цепь каскада смещения 312 также генерирует синусоидальную волну 109 Гц, которая используется для проверки смачивания тест-полоски путем измерения электрической емкости.

С другой стороны, если сигнал привода тока 312a к каскаду смещения 312 поддерживать на высоком уровне, выходной сигнал ЦАП масштабируется в соответствии с полной шкалой от приблизительно 0 до приблизительно 60 мВ. Сигнал переключателя 312c может также активироваться, приводя к тому, что идущий через тест-полоску ток будет перенаправляться через резистор каскада смещения 312. Операционный усилитель в каскаде смещения 312 старается поддерживать падение напряжения на резисторе на том же уровне, что и ток ЦАП, создавая ток приблизительно 600 нА. Этот ток используется для обнаружения пробы и начала измерения.

Каскад смещения 312 также подключен к цепи трансимпедансного усилителя (цепи ТИУ) 314. Цепь ТИУ 314 преобразует ток, проходящий через электродный слой полоски 66a (например, палладиевый) к контактам электродного слоя 64a (например, золотого), в напряжение. Общее усиление контролируется резистором в цепи ТИУ 314. Так как полоска 80 имеет высокую емкостную нагрузку, при использовании нормальных усилителей с малым током смещения наблюдается тенденция к осцилляции. По этой причине в цепи ТИУ 314 используется недорогой операционный усилитель в качестве буфера с единичным коэффициентом усиления, расположенный в контуре обратной связи. В качестве функционального блока цепь 314 действует как двойной операционный усилитель с высокой мощностью и низким смещением напряжения. В цепи ТИУ 314 также используется виртуальная «земля» для создания смещения в 1,024 В на контакте электродного слоя 64a (например, золотого) РПП 308. Цепь 314 также подключена к цепи усилителя Vref 316. Эта цепь, находясь в режиме измерения тока, использует виртуальную «землю» с установкой, близкой к Vref/2 (приблизительно 1,024 В), что позволяет измерять как положительные, так и отрицательные токи. Это напряжение питает все ступени усилителя напряжения 318. Во избежание любой перегрузки цепи из-за подъема этого напряжения можно использовать усилитель в качестве буфера с единичным коэффициентом усиления в цепи усилителя Vref 316.

Токовый сигнал полоски 314a от цепи ТИУ 314 и виртуальная «земля» 316a (~Vref/2) от контрольного усилителя напряжения 316 при необходимости масштабируются в соответствии с разными стадиями цикла измерения. В одном примере осуществления МК 300 имеет четыре канала для приема усиленного сигнала от тест-полоски с разной степенью усиления тока в зависимости от стадии цикла измерения тест-полоской во время анализа аналита.

В одном варианте осуществления испытательный измерительный прибор 10 может прилагать испытательное напряжение и/или ток между первой контактной площадкой 47 и второй контактной площадкой 43 тест-полоски 80. Как только испытательный измерительный прибор 10 обнаружит вставленную полоску 80, прибор 10 включается и запускает программу обнаружения аналита в жидкости. В одном варианте осуществления измерительный прибор предпринимает попытку пропустить небольшой ток (например, 0,2-1 мкА) через полоску 80. Если проба отсутствует, сопротивление превышает несколько мегаом, поэтому напряжение запускающего сигнала на операционном усилителе, предпринимающем попытку приложить ток, подается на шину. Если проба обнаружена, сопротивление резко падает, как и напряжение запускающего сигнала. Когда напряжение запускающего сигнала падает ниже определенного порогового значения, инициируется последовательность операций для анализа.

На фиг. 5А показано напряжение для приложения между электродами. За нулевой момент времени принимается момент, когда способом обнаружения пробы распознано начало смачивания полоски пробой. Обратите внимание, что компонент синусоидальной волны на фиг. 5А показан за интервал приблизительно 1,3 с, а не в правильной временной шкале для удобства иллюстрации.

После обнаружения пробы в камере тест-полоски 61 напряжение между электродами полоски постепенно изменяется до подходящего напряжения в мВ и поддерживается в течение установленного времени, например, в течение приблизительно 1 секунды, а затем повышается и поддерживается в течение определенного времени, после чего прилагается синусоидальное напряжение поверх напряжения постоянного тока в течение установленного периода времени, затем напряжение постоянного тока прилагается в течение дополнительного периода времени, после чего обращается в отрицательное напряжение и поддерживается в течение установленного периода времени. Затем подача напряжения на полоску прекращается. Такая серия напряжений создает переходный токовый процесс, такой как, например, показанный на фиг. 5B.

На фиг. 5В токовый сигнал от приблизительно 0 до приблизительно 1 с (как и выборки более поздних токов) можно использовать для проверки ошибок и отделения пробы контрольного раствора от пробы крови. Сигнал от приблизительно 1 до приблизительно 5 с анализируют для получения информации о концентрации глюкозы. Кроме того, в этот период выполняется анализ на наличие различных ошибок. Сигнал от приблизительно 1,3 до 1,4 с используют для того, чтобы убедиться в полном смачивании сенсора пробой. Выборку по току от 1,3 до 1,32 с, обозначенному здесь как 500, получают с интервалом приблизительно 150 мкс, чтобы установить, достаточен ли объем физиологической жидкости в камере 61 тест-полоски.

В одном варианте осуществления для проверки достаточного объема пробы используется измерение электрической емкости, позволяющее установить достаточное заполнение камеры 61 тест-полоски 80 аналитом. Величина такой электрической емкости может быть пропорциональна площади электрода, покрытого жидкой пробой. После измерения величины электрической емкости, если это значение превышает пороговое и, следовательно, объем жидкости на тест-полоске достаточен для точного измерения, можно измерить концентрацию глюкозы. Однако если значение не выше порогового, что указывает на недостаточный объем жидкости на тест-полоске и невозможность точного измерения, выдается сообщение об ошибке.

После обнаружения пробы в электрохимической испытательной камере 61 тест-полоски напряжение между электродами полоски постепенно изменяется до подходящего напряжения в мВ и поддерживается в течение установленного времени, например, в течение 1 секунды, а затем повышается и поддерживается в течение определенного времени, после чего прилагается синусоидальное напряжение поверх напряжения постоянного тока в течение установленного периода времени, затем напряжение постоянного тока прилагается в течение дополнительного периода времени, после чего обращается в отрицательное напряжение и поддерживается в течение установленного периода времени. Затем подача напряжения на полоску прекращается. Такая серия напряжений создает переходный токовый процесс, такой как, например, показанный на фиг. 5B.

В одном способе измерения электрической емкости к тест-полоске прилагается испытательное напряжение, имеющее постоянный и осциллирующий компоненты. В таких обстоятельствах возможна математическая обработка полученного испытательного тока, как более подробно описано ниже, для определения значения электрической емкости.

Заявитель полагает, что биосенсорная испытательная камера 61 с электродными слоями может быть выполнена в форме цепи, имеющей параллельно подключенные резистор и конденсатор, как показано на фиг. 3B.

В этой модели на фиг. 3B R представляет сопротивление току, а С представляет электрическую емкость в результате комбинации свойств физиологической жидкости и реагента, электрически соединенных с электродами. Для начала определения электрической емкости камеры можно подать переменное напряжение со смещением на соответствующие электроды, расположенные в камере, и измерить ток от камеры. Полагают, что заполнение камеры 61 является по существу мерой только электрической емкости, и, следовательно, любое паразитное сопротивление, например, R, должно быть исключено из любого определения или вычисления электрической емкости. Следовательно, при измерении тока любое паразитное сопротивление будет влиять на результат. Однако заявитель создал методику, позволяющую определять электрическую емкость без использования сведений о сопротивлении в камере, согласно описанной выше модели. Для дальнейшего объяснения этой методики необходимо краткое обсуждение математических принципов, лежащих в ее основе.

По закону Кирхгоффа общий ток ( $$i_T$$ ) через цепь на фиг. 3B приблизительно равен сумме токов, проходящих через резистор ( $$i_R$$ ) и конденсатор ( $$i_C$$ ). При приложении переменного напряжения в В (измеряемого как среднеквадратичное значение) ток на резисторе ( $$i_R$$ ) можно выразить как:

$$i_R=\raisebox{1ex}{$V$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$R$}\right.$$ Ур. 1

Ток на конденсаторе ( $$i_C$$ ) можно выразить как:

$$i_C=j\omega CV$$ , Ур. 2

где:

$$j$$ - воображаемый числовой оператор, указывающий, что напряжение на конденсаторе сдвинуто приблизительно на 90 градусов; и

$$\omega$$ - угловая частота,

$$2\pi f$$ , где f - частота в Гц.

Результат сложения этих компонентов показан на векторной диаграмме на фиг. 3B. На векторной диаграмме $$\Phi$$ представляет собой фазовый угол входного сигнала по сравнению с выходным. Фазовый угол $$\Phi$$ определяется следующей тригонометрической функцией:

$$\tan \Phi =\raisebox{1ex}{$I_C$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$I_R$}\right.$$ Ур. 3

По теореме Пифагора квадрат общего тока $$i_T$$ можно вычислить следующим образом:

$$i_T^2=i_C^2+i_R^2$$ Ур. 4

Путем преобразования ур. 4 и подстановки ур. 3 получается следующее уравнение:

$$i_C^2=i_T^2-\raisebox{1ex}{$i_C^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${(\tan \Phi )}^2$}\right.$$ Ур. 5

При решении для тока на конденсаторе $$i_C$$ и в сочетании с ур. 2:

$$i_C=\sqrt{(}{i}_T^2*{(\tan \Phi )}^2/({(\tan \Phi )}^2+1))=\omega CV$$ Ур. 6

После преобразования для С и разложения $$\omega$$ электрическая емкость становится:

$$C=(\sqrt{(}{i}_T^2*{(\tan \Phi )}^2/({(\tan \Phi )}^2+1))/2\pi fV$$ Ур. 7

Упрощение ур. 7 ведет к:

$$C=\left|(i_T\sin \Phi )\right|/2\pi fV$$ Ур. 8

Можно видеть, что ур. 8 не относится к току на резисторе. Соответственно, если система может создавать переменное напряжение с частотой f и среднеквадратичной амплитудой V и измерять общий ток $$i_T$$ как среднеквадратичное значение и фазовый угол $$\Phi$$ , электрическую емкость C испытательной камеры 61 можно точно вычислить, не определяя сопротивление в биосенсорной испытательной камере. Полагают, что это является значительным преимуществом, так как сопротивление биосенсорной полоски сложно измерить, и оно изменяется на протяжении 5 секунд анализа. Полагают, что сопротивление возрастает в зависимости от того, сколько заряженных частиц протекает через полоску при данном электрическом смещении (напряжении), и, следовательно, зависит от реакции. Через 1,3 с анализа можно ожидать, что сопротивление составит от 10 кОм до, вероятно, 100 кОм. Следовательно, отсутствие необходимости в определении сопротивления биосенсорной камеры или даже сопротивления в измерительной цепи, например, сенсорном резисторе, представляет собой преимущество изобретения заявителя и является значительным усовершенствованием всей тест-полоски.

Внедрение примерной методики определения электрической емкости С основано на ур. 8; для лучшего ее понимания см. чертежи 6A, 6B, 6C, 6D, 6E и 7. Как показано на фиг. 5A и фиг. 7, испытательное напряжение переменного тока (±50 мВ от пика до пика) приблизительно 109 Гц может прилагаться на протяжении 2 циклов в течение приблизительно 1-1,3 секунд или по меньшей мере одного цикла. В предпочтительных вариантах осуществления первый цикл можно использовать как установочный импульс, а второй цикл - для определения электрической емкости. Переменный испытательный ток может иметь подходящую форму волны, например, форму синусоидальной волны приблизительно 109 Гц с пиком приблизительно 50 мВ (фиг. 6C). Частота выборки может быть любой подходящей частотой выборки на протяжении цикла, например, приблизительно 64-65 выборок на цикл, как показано на фиг. 6A. Следовательно, каждая выборка представляет приблизительно 5,6 градусов примерной синусоидальной волны.

На фиг. 6A система добавляет смещение напряжения постоянного тока к смещению напряжения переменного тока и, следовательно, измеренные выборки на фиг. 6А также будут иметь смещение постоянного тока, которое необходимо устранить на этапах 706 и 708 для определения общего тока $$i_T$$ в соответствии с одним примером методики заявителя.

По этой методике получают среднее от всех 64-65 выборок, как показано в пункте 602 на фиг. 6А, что дает пороговое значение нулевого тока компонента переменного тока выборок. Преимуществом этого является усреднение шума для всех выборок. Для каждой точки выборки из каждой точки выборки вычитается среднее значение, что позволяет выделить компонент переменного тока, как показано на фиг. 6B. Следовательно, для обеспечения по существу точной величины общего тока $$i_T$$ используется среднеквадратичное значение всех отрицательных значений. Следует отметить, что можно определить также среднеквадратичное значение положительных значений, однако заявитель полагает, что положительные значения не связаны, так как разделены между первым и четвертым квадрантами полного цикла, следовательно, предпочтительны отрицательные значения. После действий с выборками 602 для устранения смещения постоянного тока можно построить график выборок с целью отображения изменения выходного тока во времени, как показано элементом 604 на фиг. 6B.

Для определения фазового угла система или процессор 300 в зависимости от программы позволяет сравнивать осциллирующее входное напряжение, как показано на фиг. 6С, с осциллирующим выходным током для определения фазового угла. В предпочтительных вариантах осуществления данные выборки 604 анализируются для определения точки пересечения кривой тока от положительного до отрицательного значения. Поскольку получение выборки основано на дискретном числе выборок, можно использовать интерполяцию для определения по существу точки пересечения кривой выходного тока и линии нулевого тока. В описанном здесь варианте осуществления фазовый угол $$\Phi$$ составляет менее 90 градусов и приблизительно равен 87 градусам. Для большей точности можно провести интерполяцию в другой точке пересечения с вычитанием приблизительно 180 градусов из этой второй точки интерполяции. Оба интерполированных значения должны отличаться не более чем на несколько градусов и могут быть усреднены для повышения точности.

После определения фазового угла можно вычислить электрическую емкость по ур. 8. После определения электрической емкости тест-полоски 80 можно выполнить калибровку по двум точкам для приведения значения электрической емкости к значению, не зависящему от каких-либо погрешностей аналоговых компонентов (резисторов, конденсаторов, операционных усилителей, переключателей и т.п.). Коротко говоря, калибровка по двум точкам проводится посредством: установки конденсатора 550 нФ с параллельным резистором 30 кОм на измерительном входе; включения измерительного прибора для измерения электрической емкости и регистрации полученного значения; установки конденсатора 800 нФ с параллельным резистором 30 кОм на измерительном входе; включения измерительного прибора для измерения электрической емкости и регистрации полученного значения. Эти два значения дадут представление об усилении и смещении при измерении на данном конкретном оборудовании (а не на промышленном образце). Затем по погрешностям измерения вычисляют наклон кривой и смещение, которые сохраняют в памяти измерительного прибора. Теперь измерительный прибор откалиброван. При вставке полоски и нанесении пробы измеряется электрическая емкость, а затем результат корректируется с применением сохраненного в памяти угла наклона и смещения.

После завершения калибровки устройства проводится оценка достаточности заполнения испытательной камеры 61 исследуемой жидкостью. Оценка может быть основана на величине электрической емкости по меньшей мере 65-85% от среднего значения электрической емкости, вычисленного путем усреднения данных, полученных из большой выборки тест-полосок с правильным заполнением.

Несмотря на то что перечисленных выше технических элементов из общих соображений достаточно для предполагаемого применения, полагают, что с помощью более универсальной модели можно измерять электрическую емкость c большей точностью. По сути, заявитель полагает, что биосенсорная тест-полоска 80 и испытательная камера 61 с электродными слоями, показанными на фиг. 3А, могут быть представлены последовательностью резисторов R_{Pd-контакт}, R_{Pd-пленка}, R_{Au-контакт}; и R_{Au-пленка} на фиг. 7A, а испытательная камера 61 может быть представлена параллельной цепью резистор-конденсатор с R_{проводимость камеры} и C_{двойной слой} на фиг. 7A. Резисторы полоски 80 и параллельная цепь резистор-конденсатор испытательной камеры 61 можно смоделировать в виде цепи из последовательного резистора R_{полоска} для золотого и палладиевого слоев полоски и параллельной цепи резистора R_камера и конденсатора C для испытательной камеры 61, как показано на фиг. 7B. В рамках модели, показанной на фиг. 7B, система может генерировать переменное напряжение с частотой f и среднеквадратичной амплитудой V и измерять общий ток $$i_T$$ в виде среднеквадратичного значения, а также фазовый угол $$\Phi$$ , электрическую емкость С испытательной камеры 61 можно рассчитать при соответствующем смещении для учета сопротивления полоски R_{полоска} и любых фазовых сдвигов, связанных с цепью измерения.

На основе фактических результатов измерений и математического моделирования установлено, что значение сопротивления R_{полоска} находится в диапазоне от приблизительно 120 Ом до приблизительно 150 Ом (как правило, приблизительно 135 Ом) в зависимости от колебаний сопротивления контактов Au и Pd. Принято считать, что значение сопротивления R_{полоска} в диапазоне приблизительно 150 Ом пренебрежимо мало по сравнению с гораздо большим сопротивлением R_камера и C_камера. Поэтому, в предположении, что номинальное значение Rкамера составляет приблизительно 33 кОм, а значение C_камера равно приблизительно 600 нанофарад при 109 Гц, фазовый угол достигает приблизительно 85,6 градуса. При этом в случае добавления к камере сопротивления R_{полоска} (~150 Ом) измеренный фазовый угол становится равным приблизительно 82,7 градуса с разницей приблизительно 3,5 градуса. Несмотря на незначительную величину, считается, что такая разница оказывает существенное влияние на измерения электрической емкости. Более того, несмотря на то что на стадии трансимпедансного усилителя 314 (фиг. 4) фактически не происходит фазового сдвига, связанного с данной стадией (фазовый сдвиг составляет приблизительно 0,007 градуса при приблизительно 109 Гц), на стадии усиления 318 (фиг. 4) при приблизительно 109 Гц возникает номинальный фазовый сдвиг на приблизительно 6,1 градуса. Такой дополнительный фазовый сдвиг может корректироваться за счет введения компенсационного значения с учетом фазовых сдвигов из-за R_{полоска} и различных стадий обработки сигнала в цепи, представленной на фиг. 4. Компенсационное значение теперь можно подставить в уравнение 8, чтобы получить более точное значение электрической емкости по уравнению 9.

Ур. 9

В предпочтительных вариантах осуществления компенсационный фазовый угол находится в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 25 градусов и предпочтительно составляет приблизительно 11 градусов.

Для демонстрации усовершенствований, которые обеспечивает представленная выше методика, были проведены эксперименты по определению возможностей такой методики определять электрическую емкость независимо от возрастающих уровней посторонних факторов, которые обычно влияют на емкостную характеристику. На фиг. 7D приводятся измеренные значения электрической емкости при меняющихся уровнях гентизиновой кислоты, влияющей на показания различных прототипов. Прототип № 1 представлял собой систему измерения уровня глюкозы в крови, продаваемую в Голландии под торговой маркой Verio, которая используется без какой бы то ни было коррекции фазового угла. Прототип № 2 представлял собой систему измерения уровня глюкозы в крови, продаваемую во Франции под торговой маркой Verio Pro. Прототип № 3 подобен прототипу № 2, но применяется с уравнением 9 и компенсированным фазовым углом приблизительно 6 градусов для учета характеристик цепи измерения. Прототип № 4 представляет собой прототип № 3 с компенсацией фазового угла в 11 градусов и полоской, откалиброванной таким образом, чтобы сопротивление полоски Rполоска составляло приблизительно 150 Ом. Числа 0, 1, 2, 3, 4 указывают на возрастающие уровни гентизиновой кислоты, добавляемой к объемам крови и физиологического раствора. В частности, на уровне 0 гентизиновую кислоту не добавляют; на уровне 1 концентрация составляет приблизительно 0,45 мг на децилитр; на уровне 2 концентрация составляет приблизительно 0,90 мг/дл; на уровне 3 концентрация составляет приблизительно 1,35 мг/дл; и на уровне 4 концентрация составляет приблизительно 1,8 мг/дл. Параметры, использованные на фиг. 7D, приведены ниже в таблице 1, где «уровень испытания» означает конечную концентрацию гентизиновой кислоты в пробах, применяемых в экспериментах, где уровень 0 означает отсутствие гентизиновой кислоты в пробе, уровень 1 указывает на присутствие гентизиновой кислоты в количестве приблизительно 0,45 мг на децилитр объема пробы; уровень 2 соответствует приблизительно 0,90 мг/дл; уровень 3 соответствует приблизительно 1,35 мг/дл, а уровень 4 соответствует приблизительно 1,8 мг/дл, в этих пробах присутствует определенное количество крови вместе со сторонним фактором (то есть гентизиновой кислотой) и физиологическим раствором, что позволяет довести объем исследуемых проб до 4000 микролитров с различной концентрацией.

Таблица 1 Уровень испытания Объем крови, мкл Объем исходного раствора стороннего фактора, мкл Объем физиологического раствора, мкл 4 (1,80 мг/дл) 3800 200 0 3 (1,35 мг/дл) 3800 150 50 2 (0,90 мг/дл) 3800 100 100 1 (0,45 мг/дл) 3800 50 150 0 (0 мг/дл) 3800 0 200

Как показано на фиг. 7D, заявитель отмечает, что более высокий уровень концентрации кислоты приводит к снижению сопротивления испытательной камеры, R_КАМЕРА. В случае прототипа № 1 измеренная электрическая емкость в отсутствие гентизиновой кислоты в пробе в среднем составляла приблизительно 552 нанофарад. По мере увеличения уровня гентизиновой кислоты значение электрической емкости увеличивается до приблизительно 599 нанофарад, на величину приблизительно 47 нанофарад. В случае прототипа № 2 увеличение уровня гентизиновой кислоты вызывает снижение величины электрической емкости с приблизительно 625 нанофарад (без гентизиновой кислоты) до приблизительно 573 нанофарад или на величину приблизительно 52 нанофарад. При компенсации фазового угла для цепи измерения прототип № 3 демонстрировал снижение со среднего значения 635 нанофарад (без добавления гентизиновой кислоты) до приблизительно 607 нанофарад или на величину приблизительно 28 нанофарад. Напротив, при компенсации фазового угла и применения сопротивления полоски на уровне приблизительно 150 Ом прототип № 4 демонстрировал снижение со среднего значения приблизительно 598 нанофарад до приблизительно 586 нанофарад, на величину приблизительно 12 нанофарад, или уменьшение более чем на 50% по сравнению с прототипом № 3. Заявитель отмечает, что снижается не только разница между наиболее высокой средней электрической емкостью и наименьшей электрической емкостью, но от прототипа № 2 к прототипу № 4 наблюдается уменьшение расхождения между наибольшей и наименьшей величиной электрической емкости для каждого уровня гентизиновой кислоты (площадь под каждым вертикальным прямоугольником). Полученные результаты показывают, что измерения электрической емкости при использовании предложенных заявителем методик становятся менее чувствительными к различным уровням посторонних факторов, например, гентизиновой кислоты.

Модель цепи, представленной на фиг. 7В, прогнозирует отклик электрохимической испытательной камеры 61, который меняется в зависимости от электрической емкости электрохимической испытательной камеры (C_КАМЕРА), сопротивления электрохимической испытательной камеры (R_КАМЕРА) и сопротивления полоски (R_{ПОЛОСКА}), как показано здесь на фиг. 8A. Как можно видеть из фиг. 8А, если принять сопротивление полоски равным приблизительно нулю Ом, прогнозируемый или контрольный емкостной отклик электрохимической испытательной камеры 61 (обозначенный линией 700) по существу является линейным (приблизительно 435 нанофарад) в диапазоне сопротивления испытательной камеры от приблизительно 120 килоом до приблизительно 20 килоом, и после этого значения прогнозируемый или контрольный емкостной отклик увеличивается почти экспоненциально до приблизительно 450 нанофарад. Если принять сопротивление полоски равным приблизительно 50 Ом, прогнозируемый или контрольный емкостной отклик 702 электрохимической испытательной камеры 61 будет по существу линейным в диапазоне сопротивления электрохимической испытательной камеры 61 от приблизительно 120 килоом до приблизительно 20 килоом, и после этого значения прогнозируемый или контрольный емкостной отклик увеличивается нелинейно, но не так заметно, как в случае емкостного отклика 700 при приблизительно нулевом сопротивлении полоски. Если принять сопротивление полоски равным приблизительно 100 Ом, прогнозируемый или контрольный емкостной отклик 704 электрохимической испытательной камеры 61 будет по существу линейным в диапазоне сопротивления испытательной камеры 61 от приблизительно 120 килоом до приблизительно 20 килоом, и после этого значения прогнозируемый или контрольный емкостной отклик понизится нелинейным образом. Если принять сопротивление полоски равным приблизительно 100 Ом, прогнозируемый или контрольный емкостной отклик 704 испытательной камеры 61 будет по существу линейным в диапазоне сопротивления испытательной камеры 61 от приблизительно 120 килоом до приблизительно 20 килоом, и после этого значения прогнозируемый или контрольный емкостной отклик понизится экспоненциально. Для всех значений R_{ПОЛОСКА} электрическая емкость камеры сходится по существу к одному значению, если R_КАМЕРА составляет приблизительно 100 килоом, и по существу расходится в зависимости от значений R_{ПОЛОСКА} в диапазоне от приблизительно 20 килоом до приблизительно нуля Ом.

С другой стороны, фактические емкостной и резистивный отклики, приведенные на фиг. 8В и полученные для представительных тест-полосок с фиг. 3А, существенно отличаются от контрольных емкостных/резистивных откликов с фиг. 8А. В частности емкостные отклики не сходятся к общему значению электрической емкости при более высоких величинах R_КАМЕРА. Тем не менее, емкостные отклики реальной полоски при более низких значениях сопротивления R_КАМЕРА демонстрировали противоположное поведение по сравнению с контрольной или прогнозируемой моделью с фиг. 8А и сходились к по существу общему значению приблизительно 590 нанофарад при Rкамера приблизительно нуль Ом, как показано на фиг. 8В.

Проводили дополнительные исследования подобного аномального поведения C_КАМЕРА при различных значениях R_КАМЕРА. Более пристальный анализ процедуры выборки переменного сигнала позволил заявителю указать на предположительный источник такой аномалии. В частности, в контрольной модели используется идеальная синусоидальная волна, тогда как фактическая волна 900 создается кусочно из 64 отдельных выборок тока на волну, как показано в настоящем документе на фиг. 9А. Поскольку волна 900 с фиг. 9А включает в себя ступеньки и не является плавной линией, можно предположить, что при этом генерируется другой отклик цепи измерения, который оказывается в значительной мере зависимым от R_{ПОЛОСКА}.

Если принять R_{ПОЛОСКА} равным приблизительно 200 Ом, то из фиг. 9В можно видеть, что теоретический выходной сигнал при возбуждении идеальной синусоидальной волной представляет собой гладкую непрерывную линию 902, тогда как при ступенчатом волновом сигнале, таком как, например, при кусочном сигнале 900 с фиг. 9А, выходной сигнал будет иметь форму ступенчатой пилообразной линии 904. Можно видеть, что в зависимости от момента измерения или выборки кусочного отклика 904 могут происходить некоторые изменения результатов измерений амплитуды и фазы. Полагают, что определяющим фактором такого аномального расхождения между фиг. 8А и фиг. 8В является чувствительность электрической емкости к сопротивлению полоски R_{ПОЛОСКА} вследствие неточности измерения амплитуды. В данном примере при сопротивлении полоски R_{ПОЛОСКА} 200 Ом можно считать, что фазовые различия недостаточно велики, чтобы оказывать заметное влияние на результаты измерений.

Вместе с тем, если принять R_{ПОЛОСКА} равным приблизительно нулю Ом, фазовые различия могут стать существенными. Как видно из фиг. 9С, кусочный отклик 906 (который характеризуется инвертированным спрямлением волны) в зависимости от выборки отклика 906 может иметь разницу в выходном сигнале до приблизительно 20%. Считается, что такая разница является существенной, поскольку приводит к более заметным ошибкам измерения электрической емкости. Заявитель отмечает, что при снижении сопротивления камеры, R_КАМЕРА, амплитуда возмущений из-за кусочной волны 900 также уменьшается, именно это считается причиной схождения измерений электрической емкости к единому значению емкости, если R_КАМЕРА составляет приблизительно 5 килоом.

Чтобы компенсировать такой эффект, полагают, что выборку кусочного выходного сигнала следует получать в точный момент времени после пошагового изменения кусочной волны 906. Как показано на фиг. 9D, кусочная волна 906 обычно запаздывает или опережает идеальную волну 902 при изменении направления волны 906 по сравнению с идеальной волной 902. Если рассмотреть увеличенный участок с фиг. 9D, приведенный на фиг. 9E, можно увидеть разницу по времени Δt между пиком 908 кусочной волны 906 и моментом пересечения кусочной волны 906 и идеальной волны 902 в точке пересечения 910.

После обнаружения источника аномального поведения заявитель перешел к проведению экспериментов по измерению такой разницы во времени Δt с использованием диапазона значений для C_КАМЕРА, R_{ПОЛОСКА} и R_КАМЕРА, которые приведены на фиг. 9F и в таблице 1. На фиг. 9F символом «a» помечен пик 908, соответствующий этапу кусочных изменений, а символ «b» указывает на желаемую точку выборки, где выходной сигнал на этапе усилителя напряжения 314 соответствует теоретической волне. Измерения проводили во множестве точек как в положительной, так и в отрицательной фазах синусоидальной волны. Окончательные результаты приведены в таблице 1, которая дает достаточно точное представление о граничных условиях колебаний параметров полоски и измерительной системы.

По данным таблицы 1 можно рассчитать среднее значение, опираясь на различные граничные условия так, чтобы получить предпочтительное время выборки для представительной системы. Заявитель полагает, что временное смещение должно составлять приблизительно 20% от продолжительности пошагового изменения между пиками волны 906. В данном конкретном примере задающая частота составляет приблизительно 109 Гц и 64 выборки за цикл волны, 20% от продолжительности пошагового изменения длительностью 143 микросекунды составляет приблизительно 28 микросекунд. При этом отмечается, что также могут использоваться другие значения, от 5% до 40% (или от приблизительно 17 микросекунд до приблизительно 38 микросекунд), в зависимости от задающей частоты, скорости выборки, продолжительности пошагового изменения и применяемой системы измерительного прибора и полоски.

ТАБЛИЦА 1 C_камера (нФ) R_{полоска} (Ом) R_камера (Ом) Δt (мкс) Δt (мкс) 400 100 100000 26,06 21,17 700 100 100000 26,06 17,92 400 200 100000 26,06 19,54 700 200 100000 27,69 19,54 400 100 5000 32,51 28,95 700 100 5000 37,86 26,73 400 200 5000 42,32 31,18 700 200 5000 27,73 33,41

На основании вышеизложенного, заявителем открыт способ определения электрической емкости биосенсорной камеры, причем такой биосенсор может иметь два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером. После инициирования электрохимической реакции пробы при внесении пробы в биосенсорную камеру такой способ включает в себя этапы, на которых в камеру подают осциллирующий сигнал с предварительно заданной частотой; устанавливают первый временной интервал выборки для измерения выходного сигнала на основании предварительно заданной скорости выборки на цикл выходного сигнала с предварительно заданной частотой; получают выборку выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки, так что амплитуда каждого выходного сигнала выборки измеряется по истечении каждого второго временного интервала выборки вместо первого временного интервала; определяют фазовый угол между выходным сигналом и осциллирующим входным сигналом от камеры на основе выходного сигнала выборки на этапе выборки; и рассчитывают электрическую емкость камеры по фазовому углу.

На этапе подачи сигнала осциллирующий сигнал может быть сигналом переменного тока или же разнонаправленным сигналом, а предварительно заданная частота может составлять приблизительно 109 Гц. На этапе установления первый временной интервал выборки получают на основе предварительно заданной частоты и количества выборок, полученных для каждого цикла сигнала. Например, на фиг. 6A предварительно заданная частота входного сигнала составляет приблизительно 109 циклов в секунду, это значит, что один цикл выходного сигнала занимает приблизительно 0,009 секунды. Если желаемая скорость выборки равна N, например, 64 выборки в секунду, тогда каждую выборку (например, S1, S2, S3 … Sn) получают посредством деления времени одной волны (0,009 секунды) на N (или 64) выборок, в результате чего время выборки составляет приблизительно 143 микросекунды. Иными словами, выборку амплитуды отклика выходного сигнала 602 получают каждые 143 микросекунды, и результаты измерений сохраняются. На этапе выборки амплитуда выходного сигнала измеряется в течение второго временного интервала выборки, который отличается от первого временного интервала выборки, с тем чтобы исключить отклонение амплитуды отклика выходного сигнала выборки от теоретического непрерывного выходного сигнала (например, выходного сигнала идеальной синусоидальной волны). Второй временной интервал выборки может представлять собой предварительно заданное смещение времени от первого временного интервала или процент от первого временного интервала выборки. Процентное соотношение может составлять от приблизительно 5% до приблизительно 30%. В альтернативном варианте осуществления временной промежуток между пиками кусочного выходного сигнала (например, 906 на фиг. 9E) может использоваться для задания первого временного интервала выборки ST1. Например, как показано на фиг. 9E, временной промежуток от пика 908 до пика 912 может использоваться для установки первого временного интервала выборки ST1, или же среднее всех временных промежутков между пиками одной волны сигнала 906 может использоваться для установки продолжительности первого временного интервала выборки. Второй временной интервал выборки ST2 может определяться как процент увеличения (или уменьшения, в зависимости от направления волны) первого временного интервала выборки ST1. В одном варианте осуществления процент может принимать любое значение от приблизительно 5% до приблизительно 30% и предпочтительно приблизительно 20%. После определения второго временного интервала выборки измеряется амплитуда выходного сигнала 906 (фиг. 9F) в каждой последовательности второго временного интервала выборки ST2 с двумя последующими временными интервалами ST2, показанными здесь на фиг. 9F как ST2(a) и ST2(b), причем выборку амплитуды выходного сигнала получают при 910, 912, 914 и т.д. Из амплитуд выборки выходного сигнала определяют разницу фазовых углов между входным и выходным сигналами и можно рассчитывать электрическую емкость, как описано выше. Таким образом, предложенное заявителем использование временного смещения позволяет в течение интервала выборки сгладить различия в амплитудах выходного сигнала выборки, что в целях более точных измерений одновременно позволяет максимально приблизить измененный временной интервал выборки к непрерывному (в отличие от кусочного) выходному сигналу.

Заявитель полагает, что одной из удобных методик тестирования пригодности измерений электрической емкости физиологических жидкостей является проведение таких измерений в присутствии посторонних факторов в пробе. К посторонним факторам относятся материалы или вещества, которые не считаются компонентами физиологической жидкости, но тем не менее могут влиять на способность биосенсоров точно измерять характеристики составляющих физиологической жидкости. Одним из посторонних факторов, который, как известно, влияет на измерения электрической емкости, является гентизиновая кислота. То есть по мере добавления гентизиновой кислоты к той же порции физиологической жидкости (в данном случае к крови) отмечается существенное изменение измеряемой электрической емкости.

Хотя примеры осуществления, способы и система были описаны применительно к полоске для измерения глюкозы в крови, описанные в настоящем документе принципы также применимы к любым полоскам для измерения аналитов в физиологических жидкостях с помощью реагента, расположенного между по меньшей мере двумя электродами.

Как было указано ранее, микроконтроллер может быть запрограммирован на по существу выполнение этапов различных процессов, описанных в настоящей заявке. Микроконтроллер может быть частью конкретного устройства, такого как, например, глюкометр, шприц-ручка для инсулина, инсулиновая помпа, сервер, мобильный телефон, персональный компьютер или портативное мобильное устройство. Помимо этого, для создания программных кодов с помощью средств разработки готового программного обеспечения, например, языка C или его вариантов, в частности, C+, C++ или C-Sharp, могут быть использованы различные способы, описанные в настоящей заявке. Однако трансформация данных способов на другие языки программирования будет зависеть от требований и доступности новых языков программирования для кодирования этих способов. Кроме того, различные описанные способы, будучи трансформированными в соответствующие программные коды, могут быть размещены на любом подходящем машинно-читаемом носителе данных, который при запуске на выполнение на подходящем микроконтроллере или компьютере позволит выполнить этапы, описанные в данных способах, а также любые иные необходимые этапы.

Хотя настоящее изобретение было описано для конкретных вариантов осуществления и иллюстрирующих их рисунков, специалистам в данной области будет понятно, что настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления или рисунками. Кроме этого, специалист в данной области определит, что в тех случаях, когда описанные выше способы и этапы указывают на наступление определенных событий в определенном порядке, этот порядок для некоторых этапов может быть изменен, и что такие изменения соответствуют вариантам осуществления настоящего изобретения. Кроме того, при возможности некоторые этапы могут выполняться одновременно параллельными процессами, а также последовательно согласно приведенному выше описанию. Таким образом, в той мере, в которой возможны вариации описываемого изобретения, которые соответствуют сущности описанного изобретения или эквивалентны по содержанию пунктам формулы изобретения, настоящий патент призван охватывать все такие вариации.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для определения электрической емкости биосенсорной камеры. Для этого инициируют электрохимическую реакцию пробы после ее внесения в биосенсорную камеру, имеющей два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером. Прикладывают к камере осциллирующий сигнал предварительно заданной частоты. Устанавливают первый временной интервал выборки. Получают выборку выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки. Определяют фазовый угол между выходным сигналом и осциллирующим входным сигналом от камеры на основе выходного сигнала выборки. Рассчитывают электрическую емкость камеры по фазовому углу. Также предложена система для измерения аналита. Группа изобретений обеспечивает определение достаточности заполнения аналитом электрохимической биосенсорной испытательной камеры. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 24 ил., 2 табл.

1. Способ определения электрической емкости биосенсорной камеры, имеющей два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером, содержащий этапы, на которых:
инициируют электрохимическую реакцию пробы после ее внесения в биосенсорную камеру;
прикладывают к камере осциллирующий сигнал предварительно заданной частоты;
устанавливают первый временной интервал выборки для измерения выходного сигнала на основании предварительно заданной скорости выборки на цикл выходного сигнала с предварительно заданной частотой;
получают выборку выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки, так что амплитуда каждого выходного сигнала выборки измеряется по истечении каждого второго временного интервала выборки вместо первого временного интервала;
определяют фазовый угол между выходным сигналом и осциллирующим входным сигналом от камеры на основе выходного сигнала выборки; и рассчитывают электрическую емкость камеры по фазовому углу.

2. Способ по п. 1, в котором второй временной интервал выборки основан на предварительно заданном времени смещения относительно первого временного интервала выборки.

3. Способ по п. 2, в котором первый временной интервал выборки содержит время между каждым пошаговым изменением амплитуды выходного сигнала.

4. Способ по п. 2, в котором время смещения содержит процент от первого временного интервала выборки.

5. Способ по п. 4, в котором такой процент содержит диапазон от приблизительно 5% до приблизительно 30% первого временного интервала выборки.

6. Способ по п. 1, в котором установление первого временного интервала выборки содержит:
определение продолжительности одной волны сигнала при предварительно заданной частоте;
разделение продолжительности одной волны сигнала на число измеряемых проб для каждой длины волны с целью получения продолжительности временного интервала выборки; и
установку первого временного интервала выборки, который по существу равен указанной полученной продолжительности интервала выборки.

7. Способ по п. 1, в котором установление первого временного интервала выборки содержит:
оценку выходного сигнала для определения продолжительности временного интервала между каждым пошаговым изменением выходного сигнала; и
установку первого временного интервала выборки, который по существу равен указанной продолжительности временного интервала между каждым пошаговым изменением выходного сигнала.

8. Способ по одному из пп. 6 или 7, в котором время смещения содержит процент от первого временного интервала выборки.

9. Способ по п. 8, в котором такой процент содержит диапазон от приблизительно 5% до приблизительно 30% первого временного интервала выборки.

10. Способ по п. 1, в котором расчет содержит расчет электрической емкости с компенсацией фазового угла для учета фазового сдвига в цепи, используемой для выборки выходного сигнала.

11. Способ по одному из пп. 1 или 10, в котором расчет содержит расчет электрической емкости по уравнению вида:
,
где:
C ≈ электрическая емкость;
≈ общий ток;
≈ фазовый угол между общим током и током в резисторе;
≈ компенсация фазового угла;
f ≈ частота; и
V ≈ напряжение.

12. Способ по п. 10, в котором компенсация фазового угла содержит любое значение от приблизительно 3 градусов до приблизительно 20 градусов.

13. Способ по п. 12, в котором компенсация фазового угла составляет приблизительно 11 градусов.

14. Способ по п. 11, в котором расчет содержит этапы, на которых:
получают выборку множества выходных значений тока от камеры за один частотный цикл;
получают среднее значение выходных значений тока выборки;
вычитают среднее значение из каждого значения тока выборки из множества выходных значений тока; и
вычитают среднеквадратичное значение всех отрицательных значений из результата вычитания для получения общего выходного значения тока.

15. Способ по п. 14, в котором расчет содержит этапы, на которых:
определяют по данным выборки по меньшей мере одной точки пересечения кривой тока от отрицательных до положительных значений; и
интерполируют данные в непосредственной близости от по меньшей мере одной точки пересечения кривой тока для определения первого угла, при котором ток изменяется с положительного на отрицательный или с отрицательного на положительный.

16. Способ по п. 15, в котором интерполяция по меньшей мере одной точки пересечения кривой тока содержит:
интерполяцию другой точки пересечения результатов выборки для определения другого угла, при котором ток меняет свое значение с положительного на отрицательное или с отрицательного на положительное; и
вычитание из другого угла приблизительно 180 градусов для получения второго угла.

17. Способ по п. 16, в котором вычитание дополнительно содержит расчет среднего значения от первого и второго углов.

18. Способ по п. 5, в котором расчет содержит определение разницы углов между осциллирующим входным током и выходным током как фазового угла.

19. Система для измерения аналита, содержащая:
тест-полоску для определения аналита, включающую в себя:
подложку с нанесенным на нее реагентом;
по меньшей мере два электрода, расположенных в непосредственной близости к реагенту в испытательной камере тест-полоски;
измерительный прибор для определения концентрации аналита, включающий в себя:
разъем порта для полоски, расположенный с возможностью соединения с двумя электродами;
источник питания; и
микроконтроллер, электрически соединенный с разъемом порта для полоски и источником питания, причем микроконтроллер запрограммирован для выполнения следующих действий:
(a) инициации электрохимической реакции в биосенсорной камере и приложения к камере осциллирующего напряжения предварительно заданной частоты;
(b) установления первого временного интервала выборки для измерения выходного сигнала на основании предварительно заданной скорости выборки на цикл выходного сигнала с предварительно заданной частотой;
(c) получения выборки выходного сигнала от камеры со вторым временным интервалом выборки, отличным от первого временного интервала выборки, так что амплитуда каждого выходного сигнала выборки измеряется по истечении каждого второго временного интервала выборки вместо первого временного интервала;
(d) определения фазового угла между выходным значением тока и осциллирующим напряжением от камеры на основании выходного сигнала выборки; и
(e) расчета электрической емкости камеры на основании полученного значения фазового угла.

20. Система по п. 19, в которой второй временной интервал выборки основан на предварительно заданном времени смещения относительно первого временного интервала выборки.

21. Система по п. 20, в которой первый временной интервал выборки содержит время между каждым пошаговым изменением амплитуды выходного сигнала.

22. Система по одному из пп. 20 или 21, в которой время смещения содержит процент от первого временного интервала выборки.

23. Система по п. 22, в которой такой процент содержит диапазон от приблизительно 5% до приблизительно 30% первого временного интервала выборки.