ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ТЕСТ-ПОЛОСКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНАЛИТА В ОБРАЗЦЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2017 года по МПК C12Q1/02 C12Q1/54 C12M1/40 G01N33/487 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение, в целом, относится к медицинским устройствам и, в частности, к аналитическим тест-полоскам и связанным с ними способам.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определение (то есть обнаружение и/или измерение концентрации) аналита в образце физиологической жидкости представляет особый интерес для медицинской отрасли. Например, может быть необходимо определить концентрацию глюкозы, кетоновых тел, холестерина, липопротеинов, триглицеридов и/или HbA1c (гликированного гемоглобина) в образце физиологической жидкости, такой как моча, кровь, плазма крови или межклеточная жидкость. Такие определения можно производить при помощи аналитических тест-полосок на основании, например, визуальных, фотометрических или электрохимических принципов. Традиционные электрохимические аналитические тест-полоски описаны, например, в патентах США № 5,708,247 и 6,284,125, каждый из которых полностью включен в настоящий документ путем ссылки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте настоящего изобретения представляется электрохимическая аналитическая тест-полоска для определения аналита в образцах физиологических жидкостей, причем данная электрохимическая аналитическая тест-полоска содержит: электроизоляционную подложку; по меньшей мере единственный профилированный проводящий слой, расположенный поверх электроизоляционной подложки, причем профилированный проводящий слой содержит: по меньшей мере один рабочий электрод для аналита; по меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента и общий противоэлектрод сравнения; слой ферментативного реагента, расположенный по меньшей мере на одном рабочем электроде для аналита и общем противоэлектроде сравнения; профилированный разделительный слой, причем профилированный разделительный слой образует камеру для приема образца с отверстием для приема образца, по меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента и общий противоэлектрод сравнения образуют первую пару электродов, предназначенную для измерения электрохимического отклика мешающего компонента; по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения образуют вторую пару электродов, предназначенную для измерения электрохимического отклика аналита; по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и по меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента электрически изолированы друг от друга.

По меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента может включать в себя первый непокрытый электрод для мешающего компонента и второй непокрытый электрод для мешающего компонента.

По меньшей мере один рабочий электрод для аналита может включать в себя первый рабочий электрод для аналита и второй рабочий электрод для аналита.

Отношение площади рабочего электрода для аналита к площади непокрытого электрода для мешающего компонента может составлять приблизительно 2,4.

Аналитом может являться глюкоза, а образцом физиологической жидкости может быть кровь.

Первая пара электродов может быть предназначена для измерения электрохимического отклика мешающего компонента, сгенерированного по меньшей мере частично мочевой кислотой в физиологической жидкости.

Первая пара электродов может быть предназначена для измерения электрохимического отклика мешающего компонента, сгенерированного по меньшей мере частично ацетаминофеном в физиологической жидкости.

Электрохимическая аналитическая тест-полоска может включать в себя один профилированный проводящий слой, расположенный на электроизоляционной подложке таким образом, что по меньшей мере один рабочий электрод для аналита, непокрытый электрод для мешающего компонента и общий противоэлектрод сравнения находятся в планарной конфигурации.

По меньшей мере один рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения находятся в кофациальной конфигурации.

Непокрытый электрод для мешающего компонента может содержать поверхность, модифицированную для увеличения активности поверхности.

Второй аспект настоящего изобретения представляет способ определения концентрации аналита в образце физиологической жидкости, содержащий: нанесение образца физиологической жидкости, содержащей по меньшей мере один мешающий компонент, на электрохимическую аналитическую тест-полоску по меньшей мере с одним рабочим электродом для аналита, покрытым слоем ферментативного реагента, и по меньшей мере с одним непокрытым электродом для мешающего компонента, причем по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и по меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента электрически изолированы друг от друга; измерение электрохимического отклика непокрытого электрода для мешающего компонента и неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита; корректировку измеренного неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита на основании электрохимического отклика непокрытого электрода для мешающего компонента с помощью алгоритма для создания откорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита; определение аналита на основании откорректированного электрохимического отклика.

Образцом физиологической жидкости может быть цельная кровь.

По меньшей мере одним мешающим компонентом может быть мочевая кислота, и на этапе корректировки может корректироваться неоткорректированный электрохимический отклик на присутствие мочевой кислоты в образце физиологической жидкости.

По меньшей мере одним мешающим компонентом может быть ацетаминофен, и на этапе корректировки может корректироваться неоткорректированный электрохимический отклик на присутствие ацетаминофена в образце физиологической жидкости.

Алгоритм может иметь следующий вид: I=IGE-(α⋅I_IE),

где:

I - откорректированный ток электрода для глюкозы;

I_GE - измеренный ток электрода для глюкозы;

I_IE - измеренный ток электрода для определения мешающего воздействия;

α - коэффициент корректировки.

Коэффициент корректировки может иметь положительное значение больше нуля.

Коэффициент корректировки может составлять приблизительно 2,4.

Электрохимический отклик непокрытого электрода для мешающего компонента может быть током, и неоткорректированный электрохимический отклик рабочего электрода для аналита может быть током.

Электрохимическая аналитическая тест-полоска может дополнительно включать в себя общий противоэлектрод сравнения, и по меньшей мере один рабочий электрод для аналита, общий противоэлектрод сравнения и по меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента находятся в планарной конфигурации.

Электрохимическая аналитическая тест-полоска может дополнительно включать в себя общий противоэлектрод сравнения, и по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения находятся в противолежащей конфигурации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Сопутствующие чертежи, включенные в настоящий документ и составляющие его неотъемлемую часть, иллюстрируют считающиеся в настоящий момент предпочтительными варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с приведенным выше общим описанием и приведенным ниже подробным описанием призваны разъяснить особенности настоящего изобретения.

На ФИГ. 1 представлен упрощенный вид в разобранном состоянии электрохимической аналитической тест-полоски в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, пунктирные линии обозначают положение различных слоев электрохимической аналитической тест-полоски.

На ФИГ. 2 представлен упрощенный вид в перспективе электрохимической аналитической тест-полоски, показанной на ФИГ. 1.

На ФИГ. 3 представлен упрощенный вид сверху профилированного проводящего слоя электрохимической аналитической тест-полоски, показанной на ФИГ. 1.

На ФИГ. 4 представлен упрощенный вид сверху участка профилированного проводящего слоя, показанного на ФИГ. 3, вместе с размерами, которые не ограничивают настоящее изобретение.

На ФИГ. 5 представлен график изменения силы токов (т.е. электрохимических откликов), измеренных на электрохимической аналитической тест-полоске в соответствии с настоящим изобретением.

На ФИГ. 6A-6C представлены графики электрохимического отклика (т.е. ток электрода в течение 5-секундного тестирования) непокрытого электрода электрохимической аналитической тест-полоски для мешающего компонента в соответствии с настоящим изобретением, на которых сравниваются концентрации глюкозы и мочевой кислоты в образце физиологической жидкости; и

на ФИГ. 7 представлена блок-схема с указанием этапов способа определения концентрации аналита в образце физиологической жидкости в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное ниже подробное описание следует толковать с учетом чертежей, на которых одинаковые элементы на разных чертежах представлены под одинаковыми номерами. Примеры осуществления, представленные на чертежах, необязательно в соответствующем масштабе, показаны исключительно с целью объяснения и ни в коей мере не ограничивают объем настоящего изобретения. Подробное описание раскрывает принципы настоящего изобретения с помощью примеров, которые не ограничивают настоящее изобретение. Настоящее описание позволит специалисту в данной области изготовить и применить предмет настоящего изобретения и включает в себя ряд вариантов осуществления, адаптаций, вариаций, альтернативных вариантов и возможных применений для предмета настоящего изобретения, в том числе считающийся сегодня наилучшим вариант реализации настоящего изобретения.

В настоящем документе термин «приблизительно» применительно к любым числовым значениям или диапазонам указывает на подходящий допуск на размер, который позволяет элементу или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем изобретении.

В целом электрохимические аналитические тест-полоски для определения концентрации аналита (такого как глюкоза) в образце физиологической жидкости организма (например, цельной крови) в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включают в себя электроизоляционную подложку, по меньшей мере один профилированный проводящий слой, который расположен поверх электроизоляционной подложки с профилированным проводящим слоем (или слоями) и имеет рабочий электрод для аналита, непокрытый электрод для мешающего компонента и противоэлектрод сравнения. Электрохимическая аналитическая тест-полоска также включает в себя слой ферментативного реагента, расположенный на рабочем электроде для аналита, общем противоэлектроде сравнения (но не на непокрытом электроде для мешающего компонента) и профилированный разделительный слой. Кроме того, профилированный разделительный слой образует камеру для приема образца с отверстием для приема образца. Более того, непокрытый электрод для мешающего компонента и общий противоэлектрод сравнения образуют первую пару электродов, предназначенную для измерения электрохимического отклика мешающего компонента, и один рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения образуют вторую пару электродов, предназначенную для измерения электрохимического отклика аналита. Более того, рабочий электрод и непокрытый электрод для мешающего компонента электрически изолированы (то есть физически отделены на электроизоляционной подложке) друг от друга.

Непокрытый(е) электрод(ы) для мешающего компонента, рабочий(е) электрод(ы) для аналита и общий противоэлектрод сравнения могут находиться в подходящей планарной или кофациальной (т.е. противолежащей) конфигурации. В типичной планарной конфигурации, которая ни в коей мере не ограничивает настоящее изобретение, единственный профильный проводящий слой, расположенный на электроизоляционной подложке, включает в себя все вышеуказанные электроды. В такой планарной конфигурации рабочий электрод для аналита, непокрытый электрод для мешающего компонента и общий противоэлектрод сравнения расположены в одной плоскости на поверхности электроизоляционной подложки. В типичной кофациальной конфигурации, которая ни в коей мере не ограничивает настоящее изобретение, рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения расположены противоположно по отношению, например, к рабочему электроду для аналита, расположенному на электроизоляционном слое подложки, и к общему противоэлектроду сравнения, расположенному на нижней стороне слоя, который расположен над электроизоляционным слоем подложки.

Следует отметить, что понятие «непокрытый электрод для мешающего компонента» обозначает электрод для мешающего компонента, который не имеет какого-либо электрохимически активного соединения (т.е. химического соединения, которое способно участвовать в электрохимической реакции для генерирования отклика на электроде для мешающего компонента, такого как, например, фермент или медиатор) на своей поверхности или в эффективной близости от электрода для мешающего компонента. Однако непокрытый электрод для мешающего компонента может при желании иметь поверхность, которая может быть модифицирована, например, с помощью подходящей плазменной обработки для увеличения активности поверхности непокрытого электрода для мешающего компонента. Следует также отметить, что понятие «пара электродов» обозначает два электрода, выполненные с возможностью обеспечения требуемых линейности, чувствительности и диапазона электрохимического отклика. В этом отношении площади общего противоэлектрода сравнения и рабочего электрода для аналита во второй паре электродов предварительно определяются таким образом, чтобы электрохимический отклик второй пары электродов не был ограничен площадью общего противоэлектрода сравнения. Более того, площади общего противоэлектрода сравнения и непокрытого электрода для мешающего компонента в первой паре электродов также должны быть определены таким образом, чтобы электрохимический отклик первой пары электродов не был ограничен площадью общего противоэлектрода сравнения.

Точность определения электрохимическими аналитическими тест-полосками может быть снижена из-за присутствия мешающих компонентов (т.е. веществ в образцах физиологической жидкости, создающих помехи определению концентрации из-за генерирования «мешающих» электрохимических откликов (например, мешающего тока)) на рабочем электроде. Поскольку «мешающие» электрические сигналы не генерируются ферментативными реакциями, в которых участвует целевой аналит (например, глюкоза), результаты теста обычно ошибочно показывают высокую концентрацию аналита. Мочевая кислота, аскорбиновая кислота и ацетаминофен являются типичными мешающими компонентами при электрохимическом определении концентрации глюкозы в образце физиологической жидкости. В различных вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением влияние мешающих веществ нивелируется путем использования по меньшей мере одного непокрытого электрода для мешающего компонента, который измеряет мешающий электрохимический отклик, после чего применяется алгоритм для корректировки измеренного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита, компенсирующий влияние мешающего вещества на измеренный электрохимический отклик на рабочем электроде для аналита. В этом отношении понятие «непокрытый» обозначает отсутствие какого-либо медиатора или фермента на поверхности электрода.

Электрохимические аналитические тест-полоски в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения полезны в том плане, например, что (i) непокрытый электрод для мешающего компонента генерирует непосредственный электрохимический отклик на несколько релевантных мешающих компонентов, а не нацелен на какой-либо конкретный мешающий компонент; (ii) электроды для мешающего компонента могут быть сформированы из того же проводящего слоя, что используется для формирования рабочего(их) электрода(ов) для аналита и общего противоэлектрода сравнения, благодаря чему упрощается процесс изготовления и снижается стоимость; (iii) поскольку непокрытый электрод для мешающего компонента физически отделен от рабочего электрода для аналита, непокрытый электрод для мешающего компонента не способен снизить эффективность (например, чувствительность, линейность, стабильность, точность и т.д.) рабочего электрода для аналита.

На ФИГ. 1 представлен упрощенный вид в разобранном состоянии электрохимической аналитической тест-полоски 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, пунктирные линии обозначают положение различных слоев электрохимической аналитической тест-полоски. На ФИГ. 2 представлен упрощенный вид в перспективе электрохимической аналитической тест-полоски 100. На ФИГ. 3 представлен упрощенный вид сверху профилированного проводящего слоя электрохимической аналитической тест-полоски 100, показанной на ФИГ. 1. На ФИГ. 4 представлен упрощенный вид сверху участка профилированного проводящего слоя, показанного на ФИГ. 3.

С отсылкой на ФИГ. 1-4 электрохимическая аналитическая тест-полоска 100 для аналита (такого как глюкоза) в образце физиологической жидкости организма (например, образце цельной крови) включает в себя электроизоляционную подложку 110, профилированный проводящий слой 120, профилированный изоляционный слой 130 с выполненным в нем желобком 132 для воздействия электрода, слой 140 ферментативного реагента, профилированный разделительный слой 150, профилированный гидрофильный слой 160 и верхний слой 170.

Расположение и выравнивание электроизоляционной подложки 110, профилированного проводящего слоя 120 (который включает в себя первый непокрытый электрод 120a для мешающего компонента, второй непокрытый электрод 120b для мешающего компонента, общий противоэлектрод сравнения 120c, первый рабочий электрод 120d для аналита и второй рабочий электрод 120e для аналита, см. ФИГ. 3 и 4, в частности), профилированного изоляционного слоя 130, слоя 140 ферментативного реагента, профилированного разделительного слоя 150, профилированного гидрофильного слоя 160 и верхнего слоя 170 электрохимической аналитической тест-полоски 100 таковы, что внутри электрохимической аналитической тест-полоски 100 сформирована камера для приема образца. В дополнение к вышеупомянутым электродам профилированный проводящий слой 120 также включает в себя множество электрических дорожек 122a-122e и электрических контактных площадок 124a-124e, причем электрические контактные площадки выполнены с возможностью осуществления функционального электрического контакта с соответствующим диагностическим прибором (см. ФИГ. 3, в частности).

Хотя электрохимическая аналитическая тест-полоска 100 на изображении включает в себя два непокрытых электрода для мешающего компонента и два рабочих электрода для аналита, варианты осуществления электрохимических аналитических тест-полосок, включая варианты осуществления настоящего изобретения, могут включать в себя любое подходящее количество непокрытых электродов для мешающего компонента и рабочих электродов для аналита. Однако включение двух непокрытых электродов для мешающего компонента позволяет провести целесообразное сравнение электрохимических откликов каждого из этих непокрытых электродов для мешающего компонента, чтобы подтвердить, что непокрытые электроды для мешающего компонента в целом работают правильно и что электрохимические отклики являются результатом правильного использования электрохимической аналитической тест-полоски. Например, абсолютное смещение между электрохимическими откликами двух непокрытых электродов для мешающего компонента или отношение двух электрохимических откликов можно сравнить с предопределенным пороговым значением в целях подтверждения.

Первый непокрытый электрод 120a для мешающего компонента, второй непокрытый электрод 120b для мешающего компонента, общий противоэлектрод сравнения 120c, первый рабочий электрод 120d для аналита и второй рабочий электрод 120e для аналита, а также остальная часть профилированного проводящего слоя 120 могут быть сформированы из любого подходящего материала или материалов, включая, например, золото, палладий, платину, индий, сплавы титана-палладия и электропроводящие углеродные материалы, в том числе электропроводящие графитовые материалы. Вариантом материала, ни в коей мере не ограничивающим настоящее изобретение, для профилированного проводящего слоя 120 являются проводящие чернила для трафаретной печати, представленные на рынке под торговым названием DuPont 7240 Screen Printable Polymeric Carbon Conductor.

С отсылкой на ФИГ. 4 ни в коей мере не ограничивающие настоящее изобретение возможные размеры различных электродов и промежутка между этими электродами электрохимической аналитической тест-полоски 100 составляют: L=4,82 мм; DE1 и DE2=0,20 мм; RE=0,96 мм; WE1 и WE2=0,48 мм; S1=1,5 мм; S2=0,60 мм; S3 и S4=0,20 мм.

В электрохимических аналитических тест-полосках в соответствии с настоящим изобретением промежуток между непокрытым электродом для мешающего компонента и общим противоэлектродом сравнения (например, размер S2 на ФИГ. 4) определяется таким образом, чтобы электрохимически активные соединения в слое ферментативного реагента не переносились на поверхность непокрытого электрода для мешающего компонента, например, посредством диффузии или вместе с потоком образца физиологической жидкости во время функциональной эксплуатации электрохимической аналитической тест-полоски. Таким образом, этот промежуток будет зависеть от разнообразных факторов, включая способность слоя ферментативного реагента и содержащихся в нем электрохимически активных соединений к гидратации, растворению и диффузии, длительность теста и характеристики образца физиологической жидкости, такие как вязкость и температура.

При использовании образец физиологической жидкости наносится на электрохимическую аналитическую тест-полоску 100 и переносится в расположенную на этой полоске камеру для приема образца, при этом эффективно контактируя с первым непокрытым электродом 120a для мешающего компонента, вторым непокрытым электродом 120b для мешающего компонента, общим противоэлектродом сравнения 120c, первым рабочим электродом 120d для аналита и вторым рабочим электродом 120e для аналита.

Электроизоляционный слой подложки 110 может представлять собой любую подходящую электроизоляционную подложку, известную специалистам в данной области, включая, например, стеклянную подложку, керамическую подложку, нейлоновую подложку, поликарбонатную подложку, полиимидную подложку, поливинилхлоридную подложку, полиэтиленовую подложку, полипропиленовую подложку, подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) или полиэфирную подложку. Ни в коей мере не ограничивающим настоящее изобретение вариантом материала электроизоляционной подложки является материал из полиэфирных пластов, представленный на рынке компанией DuPont под торговым наименованием Melinex ST328. Электроизоляционная подложка может иметь любые размеры, включая, например, ширину около 5 мм, длину около 27 мм и толщину около 0,5 мм.

Электроизоляционная подложка 110 делает структуру полоски удобной для работы, а также служит основой для нанесения (например, печати или наложения) последующих слоев (например, структурированного проводящего слоя). Следует отметить, что в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, профилированные проводящие слои, входящие в состав аналитических тест-полосок, могут иметь любую подходящую форму и могут быть образованы из любых подходящих материалов, включая, например, металлические материалы и электропроводные углеродные материалы.

Желобок 132 для воздействия электрода, расположенный в профилированном изоляционном слое 130, предназначен для того, чтобы электроды профилированного проводящего слоя 120 были открыты для воздействия. Изоляционный слой может быть сформирован из любого диэлектрического материала, например полимерных изоляционных чернил для трафаретной печати. Такие изоляционные чернила для трафаретной печати представлены на рынке компанией Ercon, г. Уорхэм, Массачусетс, США, под торговым названием Ercon E6110-116 Jet Black Insulayer ink.

Профилированный разделительный слой 150 образует камеру для приема образца высотой в диапазоне 110-150 мкм и шириной в диапазоне 1,0-1,5 мм. Профилированный разделительный слой 150 предназначен для того, чтобы электроды профилированного проводящего слоя 120 были открыты для воздействия, и может быть образован (i) из предварительно сформированной двусторонней клейкой ленты (например, ETT Vita Top Tape, представленной на рынке компанией Tape Specialities Ltd), (ii) путем непосредственного нанесения (например, трафаретной печати) клеящего слоя (например, полученного путем трафаретной печати с применением клеящих чернил, таких как A6435 Screen Printable Adhesive от компании Tape Specialities Ltd.) или из клея, склеивающего при надавливании, для трафаретной печати, представленного на рынке компанией Apollo Adhesives, г. Тамворт, Стаффордшир, Великобритания. В варианте осуществления по ФИГ. 1 профилированный разделительный слой 150 образует внешние стенки камеры для приема образца.

В варианте осуществления по ФИГ. 1-4 профилированный гидрофильный слой 160 обладает зазором шириной 1,0 мм, который служит в качестве вентиляционного отверстия 162 во время использования электрохимической аналитической тест-полоски 100. Профилированный гидрофильный слой может быть при желании прозрачным для того, чтобы можно было наблюдать образец физиологической жидкости в камере для приема образца во время тестирования. Гидрофильный слой 160 может представлять собой, например, прозрачную пленку с гидрофильными свойствами, которая способствует смачиванию и заполнению электрохимической аналитической тест-полоски 100 образцом физиологической жидкости (например, образцом цельной крови). Такие прозрачные пленки доступны в продаже, например, от компании 3M, г. Миннеаполис, штат Миннесота, США.

Электрически непроводящий верхний слой прикреплен (например, приклеен) к внешней стороне разделителя, формируя в сочетании с разделителем вентиляционное отверстие. Он может быть изготовлен из любых электроизоляционных материалов, таких как пластиковые листы или пленки. В идеале этот слой прозрачен, чтобы обеспечить возможность наблюдения за перемещением жидкостного образца в камере для приема образца. Примером верхнего слоя является Ultra Plus Top Tape (от компании Tape Specialities Ltd).

При желании профилированный разделительный слой 150, профилированный гидрофильный слой 160 и верхний слой 170 могут быть введены в отдельный компонент перед сборкой электрохимической аналитической тест-полоски 100. Такой интегрированный компонент также называется встроенной верхней пленкой (ETT).

Слой 140 ферментативного реагента может включать в себя любые подходящие ферментативные реагенты, выбираемые в зависимости от определяемого аналита. Например, если в образце крови определяется концентрация глюкозы, то слой 140 ферментативного реагента может включать в себя глюкозооксидазу или глюкозодегидрогеназу наряду с другими компонентами, необходимыми для функциональной эксплуатации. Слой ферментативного реагента 140 может включать в себя, например, глюкозооксидазу, тринатрийцитрат, лимонную кислоту, поливиниловый спирт, гидроксиэтилцеллюлозу, ферроцианид калия, противовспенивающий агент, диоксид кремния, сополимер винилпирролидона и винилацетата и воду. Более подробная информация о слоях ферментативного реагента и электрохимических аналитических тест-полосках в целом представлена в патентах США № 5,708,247; 6,241,862 и 6,733,655, содержание которых полностью включено в настоящий документ посредством ссылки. Слой 140 ферментативного реагента полностью покрывает рабочие электроды для аналита и общий противоэлектрод сравнения, однако он не расположен на непокрытых электродах для мешающего компонента.

Электрохимическая аналитическая тест-полоска 100 может быть изготовлена, например, с помощью последовательного центрированного наложения профилированного проводящего слоя 120, профилированного изоляционного слоя 130, слоя 140 ферментного реагента, профилированного разделительного слоя 150, гидрофильного слоя 160 и верхнего слоя 170 на электроизоляционную подложку 110. Для выполнения такого последовательного центрированного наложения можно использовать любые подходящие приемы, известные специалистам в данной области, включая, например, трафаретную печать, фотолитографию, глубокую печать, химическое парофазное осаждение и способы ламинирования самоклеящейся лентой.

На ФИГ. 5 представлен график изменения силы токов (т.е. электрохимических откликов), измеренных на электрохимической аналитической тест-полоске в соответствии с настоящим изобретением. На ФИГ. 6A-6C представлены графики электрохимического отклика (т.е. тока электрода в течение 5-секундного тестирования) электрода электрохимической аналитической тест-полоски для мешающего компонента в соответствии с настоящим изобретением, на которых сравниваются концентрации глюкозы и мочевой кислоты в образце физиологической жидкости. Полезные характеристики и эксплуатация электрохимической аналитической тест-полоски с непокрытым(и) электродом(ами) для мешающего компонента в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения очевидны и описаны на основании результатов теста, приведенных ниже и изображенных на ФИГ. 5 и 6A-6C.

Как показано на ФИГ. 5, в целях эксперимента единственный непокрытый электрод для мешающего компонента (также именуемый как электрод для определения мешающего воздействия) и один рабочий электрод для аналита (глюкозы) были по отдельности присоединены к общему противоэлектроду сравнения электрохимической аналитической тест-полоски, как в целом показано на ФИГ. 1, для образования двух пар электродов для мешающего компонента и глюкозы соответственно. Токи измерения двух пар электродов были зафиксированы с помощью испытательного прибора с потенциалом 0,4 В, применяемого в течение 5 секунд (т.е. без применения какой-либо задержки).

Один комплект электрохимических аналитических полосок в соответствии с настоящим изобретением и два образца донорской человеческой крови были использованы для дополнительных экспериментов. Значение гематокрита в образцах крови от донора 1 и донора 2 составило 41,3 и 41,8% соответственно. Концентрация мочевой кислоты в образцах крови донора 1 и донора 2 до работы с образцами (т.е. до добавления мочевой кислоты и глюкозы) составила 5,97 и 5,42 мг/дл соответственно.

На ФИГ. 5 изображены типичные изменения силы тока измерения двух типов пар электродов, расположенных на электрохимической аналитической тест-полоске. Зафиксированный сигнал непокрытого электрода для мешающего компонента ниже, чем рабочего электрода для аналита в течение 5-секундного измерения из-за различных площадей поверхностей, вступающих в контакт с кровью (см. ФИГ. 4, в частности), и различных свойств их поверхностей (т.е. непокрытого электрода для мешающего компонента и рабочего электрода для аналита, покрытого слоем ферментативного реагента).

Для теста с использованием образца крови донора 1 на ФИГ. 6A, 6B и 6C изображены 3 пары диаграмм 5-секундного тока электрода для мешающего компонента, на которых сравниваются концентрация мочевой кислоты и концентрация глюкозы YSI в плазме соответственно на 3 различных диапазонах концентрации глюкозы (каждая пара диаграмм составлена с использованием одних и тех же характеристик тока, однако на основании концентрации двух разных компонентов крови). Значения концентрации глюкозы YSI, приведенные на диаграммах, являются 4 средними значениями концентрации глюкозы в плазме, приготовленной на основании образцов крови. Эти значения были получены с помощью анализатора глюкозы YSI 2300 STAT Plus Glucose Analyzer, представленного на рынке компанией Yellow Springs (Огайо, США).

На ФИГ. 6A-6C прослеживается устойчивая линейная зависимость между электрическим электрохимическим откликом непокрытого электрода для мешающего компонента и концентрацией мочевой кислоты, причем сила тока не увеличивается при увеличении концентрации глюкозы. Эти результаты свидетельствуют о том, что увеличение электрохимического отклика непокрытого электрода для мешающего компонента в первую очередь связано с увеличением концентрации мешающего вещества (мочевой кислоты), в то время как содержание глюкозы оказывает ничтожное влияние.

Дальнейшие эксперименты показали, что точность определения концентрации глюкозы в присутствии мешающих мочевой кислоты и ацетаминофена значительно увеличивается при использовании электрохимических аналитических тест-полосок в соответствии с настоящим исследованием при применении следующего алгоритма к измеренным электрохимическим откликам 5-секундного тока:

I=I_GE-(α⋅I_IE) (1),

где:

I - откорректированный ток электрода для глюкозы;

I_GE - измеренный ток электрода для глюкозы;

I_IE - измеренный ток электрода для определения мешающего воздействия;

α - положительный, отличный от нуля коэффициент коррекции, который зависит от конструкции полоски (например, размера двух электродов, слоя реагента на электроде для глюкозы и т.д.) и параметров измерения (например, используемых потенциалов для двух электродов, времени измерения двух электродов и т.д.).

В целях этих экспериментов было принято значение α, равное 2,4 (т.е. отношение площади поверхности рабочего электрода для аналита (глюкозы) к непокрытому электроду для мешающего компонента).

Уравнение (1) является ни в коей мере не ограничивающим настоящее изобретение примером компенсации мешающего воздействия с помощью измеренных токов электрода для мешающего воздействия и электрода для глюкозы. После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области смогут разработать другие алгоритмы для увеличения точности измерения.

На ФИГ. 7 представлена блок-схема с указанием этапов способа 700 определения концентрации аналита (такого как глюкоза) в образце физиологической жидкости в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На этапе 710 способа 700 образец физиологической жидкости, содержащий по меньшей мере один мешающий компонент (такой как мочевая кислота, и/или ацетаминофен, и/или аскорбиновая кислота), наносится на электрохимическую аналитическую тест-полоску, на которой расположен по меньшей мере один рабочий электрод для аналита, покрытый слоем ферментативного реагента, и по меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента. Кроме того, по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и по меньшей мере один непокрытый электрод для мешающего компонента электрически изолированы друг от друга.

На этапе 720 измеряются электрохимический отклик (такой как ток электрохимического отклика) непокрытого электрода для мешающего компонента и неоткорректированный электрохимический отклик (такой как ток неоткорректированного электрохимического отклика) рабочего электрода для аналита. Измерение электрохимического отклика непокрытого электрода для мешающего компонента может быть совершенно последовательно или параллельно по отношению к измерению неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита, или эти измерения могут перекрываться во времени. Потенциал, применяемый для измерения электрохимического отклика непокрытого электрода для мешающего компонента, может быть равен потенциалу, применяемому для измерения неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита (например, 0,4 В), или отличаться от него. Следует отметить, что при определении концентрации глюкозы в образце физиологической жидкости с помощью вариантов осуществления настоящего изобретения электрохимический отклик (например, ток) непокрытого электрода для мешающего компонента в первую очередь возникает в результате непосредственного окисления мешающих компонентов (например, мочевой кислоты, аскорбиновой кислоты и т.д.) в образце физиологической жидкости (например, в образце цельной крови), в то время как ток измерения неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита (глюкозы) в первую очередь генерируется в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых участвуют и глюкоза, и мешающие компоненты.

Затем измеренный неоткорректированный электрохимический отклик рабочего электрода для аналита корректируется на основании измеренного электрохимического отклика непокрытого электрода для мешающего компонента с помощью алгоритма (такого как уравнение (1), описанное ниже) для создания откорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита (см. этап 730 на ФИГ. 7).

Когда неоткорректированный электрохимический отклик рабочего электрода для аналита и электрохимический отклик непокрытого электрода для мешающего компонента являются токами, откорректированный электрохимический отклик (также являющийся током) может быть рассчитан способом в соответствии с настоящим изобретением с помощью следующего алгоритма:

I=I_GE-(α⋅I_IE),

где:

I - откорректированный ток электрода для глюкозы;

I_GE - измеренный неоткорректированный ток электрода для глюкозы;

I_IE - измеренный ток электрода для определения мешающего воздействия;

α - положительный, отличный от нуля коэффициент коррекции, который зависит от конструкции полоски (например, размера двух электродов, слоя реагента на электроде для глюкозы и т.д.) и который также при желании может быть определен с помощью эмпирических или полуэмпирических методов на основании клинических данных.

На этапе 740 концентрация аналита определяется на основании откорректированного электрохимического отклика.

Этапы измерения, корректировки и определения (т.е. этапы 720, 730 и 740) могут при желании быть осуществлены с помощью подходящего диагностического прибора, выполненного с возможностью функционального электрического подключения к электрохимической аналитической тест-полоске.

После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области обнаружат, что способ 700 можно легко изменить для включения любых методик, преимуществ и параметров электрохимических аналитических тест-полосок в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, описанными в настоящем документе.

Хотя в настоящем документе показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что такие варианты осуществления предоставлены только в качестве примера. Многочисленные вариации, изменения и замены будут понятны специалистам в данной области без выхода за рамки настоящего изобретения. Следует понимать, что при осуществлении настоящего изобретения на практике можно использовать различные альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения, описанного в настоящем документе. Предполагается, что следующая формула изобретения определяет объем настоящего изобретения и что устройства и способы, а также их эквиваленты охвачены данной формулой изобретения.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложены электрохимическая аналитическая тест-полоска и способ определения аналита в образце физиологической жидкости. Тест-полоска содержит электроизоляционную подложку и профилированный проводящий слой поверх электроизоляционной подложки. При этом проводящий слой включает рабочий электрод для аналита, первый и второй электроды для мешающего определению аналита вещества, общий противоэлектрод сравнения, слой ферментативного реагента на рабочем электроде и общем противоэлектроде, профилированный разделительный слой, образующий камеру для приема образца, поверх слоя ферментативного реагента. Способ включает нанесение образца с мешающим определению аналита веществом на тест-полоску, измерение электрохимического отклика первого и второго электродов и неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода, корректировку неоткорректированного отклика на основании отклика первого и второго электродов. Изобретения обеспечивают генерирование электрохимического отклика на несколько релевантных мешающих определению аналита веществ, отсутствие снижения эффективности рабочего электрода для аналита и упрощение процесса изготовления тест-полоски. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Электрохимическая аналитическая тест-полоска для определения аналита в образце физиологической жидкости, причем электрохимическая аналитическая тест-полоска содержит:

электроизоляционную подложку;

по меньшей мере один профилированный проводящий слой, расположенный поверх электроизоляционной подложки, причем профилированный проводящий слой включает в себя:

по меньшей мере один рабочий электрод для аналита,

первый не имеющий электрохимически активных соединений электрод для мешающего определению аналита вещества;

второй не имеющий электрохимически активных соединений электрод для мешающего определению аналита вещества; и

общий противоэлектрод сравнения;

слой ферментативного реагента, расположенный на упомянутом по меньшей мере одном рабочем электроде для аналита и общем противоэлектроде сравнения; и

профилированный разделительный слой, расположенный поверх слоя ферментативного реагента;

при этом профилированный разделительный слой образует камеру для приема образца с отверстием для приема образца, и

при этом упомянутый первый электрод и общий противоэлектрод сравнения образуют первую пару электродов, а упомянутый второй электрод и общий противоэлектрод сравнения образуют вторую пару электродов, предназначенные для измерения электрохимического отклика, мешающего определению аналита вещества; и

при этом упомянутый по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения образуют третью пару электродов, предназначенную для измерения электрохимического отклика аналита; и

при этом упомянутый по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и упомянутые первый и второй электроды электрически изолированы друг от друга.

2. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, в которой упомянутый по меньшей мере один рабочий электрод для аналита представляет собой первый рабочий электрод для аналита и второй рабочий электрод для аналита.

3. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, в которой отношение площади рабочего электрода для аналита к площади упомянутых первого и второго электродов составляет приблизительно 2,4.

4. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, в которой аналит является глюкозой, а образцом физиологической жидкости является кровь.

5. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, в которой первая пара электродов предназначена для измерения электрохимического отклика, мешающего определению аналита вещества, сгенерированного по меньшей мере частично мочевой кислотой в образце физиологической жидкости.

6. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, в которой первая пара электродов предназначена для измерения электрохимического отклика, мешающего определению аналита вещества, сгенерированного, по меньшей мере частично, ацетаминофеном в образце физиологической жидкости.

7. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, включающая в себя единственный профилированный проводящий слой, расположенный на электроизоляционной подложке таким образом, что упомянутые по меньшей мере один рабочий электрод для аналита, первый и второй электроды и общий противоэлектрод сравнения находятся в планарной конфигурации.

8. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, в которой упомянутые по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения находятся в кофациальной конфигурации.

9. Электрохимическая аналитическая тест-полоска по п. 1, в которой упомянутые первый и второй электроды имеют модифицированную поверхность для увеличения ее активности.

10. Способ определения аналита в образце физиологической жидкости, содержащий:

нанесение образца физиологической жидкости, содержащего по меньшей мере одно мешающее определению аналита вещество, на электрохимическую аналитическую тест-полоску с по меньшей мере одним рабочим электродом для аналита, покрытым слоем ферментативного реагента, первым не имеющим электрохимически активных соединений электродом для мешающего определению аналита вещества и вторым не имеющим электрохимически активных соединений электродом для мешающего определению аналита вещества, причем упомянутые по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и первый и второй электроды электрически изолированы друг от друга;

измерение электрохимического отклика упомянутых первого и второго электродов и неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита;

корректировку измеренного неоткорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита на основании электрохимического отклика упомянутых первого и второго электродов с помощью алгоритма для создания откорректированного электрохимического отклика рабочего электрода для аналита, при этом алгоритм имеет вид:

I=I_GE-(α·I_IE),

где I - откорректированный ток рабочего электрода для аналита,

I_GE ^_ измеренный ток рабочего электрода для аналита,

I_IE - измеренный ток электрода для мешающего определению аналита вещества, а

α - коэффициент корректировки, который имеет положительное значение больше нуля; и

определение аналита на основании откорректированного электрохимического отклика.

11. Способ по п. 10, в котором образец физиологической жидкости представляет собой цельную кровь.

12. Способ по п. 10, в котором упомянутым по меньшей мере одним мешающим определению аналита веществом является мочевая кислота и на этапе корректировки корректируют неоткорректированный электрохимический отклик на присутствие мочевой кислоты в образце физиологической жидкости.

13. Способ по п. 10, в котором упомянутым по меньшей мере одним мешающим определению аналита веществом является ацетаминофен и на этапе корректировки корректируют неоткорректированный электрохимический отклик на присутствие ацетаминофена в образце физиологической жидкости.

14. Способ по п. 10, в котором коэффициент корректировки равен приблизительно 2,4.

15. Способ по п. 10, в котором электрохимическая аналитическая тест-полоска дополнительно включает в себя общий противоэлектрод сравнения и упомянутые по меньшей мере один рабочий электрод для аналита, общий противоэлектрод сравнения и первый и второй электроды находятся в планарной конфигурации.

16. Способ по п. 10, в котором электрохимическая аналитическая тест-полоска дополнительно включает в себя общий противоэлектрод сравнения и упомянутые по меньшей мере один рабочий электрод для аналита и общий противоэлектрод сравнения находятся в противолежащей конфигурации.