УЛУЧШЕННЫЕ МЕТОДИКА И СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ АНАЛИТА Российский патент 2018 года по МПК G01N33/49 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обнаружение аналита в физиологических текучих средах, например крови или продуктах, полученных из крови, приобретает все большее значение в современном обществе. Анализы на обнаружение аналита находят применение во множестве областей, включая клинические лабораторные исследования, исследования в домашних условиях и т.п., когда результаты такого исследования играют важную роль в диагностике и контроле различных заболеваний. К интересующим аналитам относится глюкоза при контроле диабета, холестерин и т.п. В ответ на такое растущее значение обнаружения аналита было разработано множество протоколов и устройств обнаружения аналита как для клинического, так и для домашнего применения.

Одним типом способа, используемого для обнаружения аналита, является электрохимический способ. В таких способах жидкую пробу на водной основе помещают в камеру для приема пробы в электрохимической ячейке, в которой находятся два электрода, например, противоэлектрод и рабочий электрод. Аналит подвергают реакции с окислительно-восстановительным реагентом с образованием окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, соответствующем концентрации аналита. Затем количество присутствующего окисляемого (или восстанавливаемого) вещества оценивают электрохимически и соотносят с количеством аналита, присутствующего в исходной пробе.

Такие системы подвержены разного рода неэффективности и/или ошибкам. Одна из систем измерения концентрации глюкозы в крови производства компании LifeScan Inc., известная на рынке под названием One-Touch Verio (Verio), имеет чрезвычайно высокую общую эффективность в отношении устойчивости к влияниям гематокрита и посторонних восстанавливающих агентов, таких как мочевая кислота (UA). Тем не менее посторонние вещества, такие как восстанавливающие агенты в форме мочевой кислоты, могут влиять на результаты способа. В частности, наблюдается потенциальная зависимость гематокрита от данных заявителя о концентрации глюкозы в крови. В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда электроактивные молекулы, такие как мочевая кислота или ферроцианид, равномерно распределены в ячейке тест-полоски Verio. Измерения, проведенные непосредственно после переключения потенциала, находятся в режиме, в котором развивающийся градиент концентрации полубесконечен - он еще не переместился достаточно далеко в ячейку, так что на него воздействует градиент, развивающийся на противоположном электроде.

Другим наблюдением было влияние эндогенных восстанавливающих агентов, таких как мочевая кислота, которые не зависят от глюкозы. Считается, что в тест-полоске Verio применяется ток 1,1 секунды, чтобы учесть интерференции путем прогнозирования величины тока помех при третьем импульсном измерении на основе тока 1,1 секунды:

где b~0,678

По-видимому, данная функция предназначена для нахождения дробного значения i_R, которое появляется исключительно из-за глюкозы, путем применения функции, стремящейся к 1 при отсутствии помех (i_1.1=0), или к 0 при наличии тока постороннего восстанавливающего агента, но отсутствии глюкозы (i_4.1, i₅, содержащие только токи помех). В этом случае i2corr не должен зависеть от постороннего восстанавливающего агента.

Эксперименты показывают, что, несмотря на то что i2corr хорошо устраняет зависимость iR от мочевой кислоты при средней и высокой концентрации глюкозы, он неспособен полностью устранять ее при низкой концентрации глюкозы. Но несмотря на данную довольно успешную корректировку i_R, на результаты измерения концентрации глюкозы Gbasic (результаты измерения концентрации глюкозы до корректировки (-ок)) в значительной степени влияет мочевая кислота, в особенности при высокой концентрации глюкозы.

Формула для результата измерения концентрации глюкозы:

где p~0,523

a~0,14

zgr~2

Считается, что, несмотря на то что Gbasic сильно зависит от мочевой кислоты при высокой концентрации глюкозы, i2corr такой зависимости не имел, поэтому очевидно, что функция компенсации гематокрита не работает надлежащим образом, когда сталкивается как с высокой концентрацией глюкозы, так и с высокой концентрацией постороннего восстанавливающего агента. Несомненно, частично проблема вызвана тем, что на i_L (сумму токов от 1,4 до 4 секунд) значительно воздействуют посторонние восстанавливающие вещества.

Следует отметить, что i_L состоит по существу из установившегося тока от посторонних восстанавливающих агентов и нарастающего тока глюкозы, вызванного происходящей диффузией ферроцианида и фермента со второго электрода. Мочевая кислота имеет по существу большее влияние на i_L, чем на i_R. Приведенный выше анализ показал, как функция компенсации гематокрита должна компенсировать влияние эритроцитов, при условии, что обнаруживали только ток глюкозы. Функция компенсации гематокрита фактически не может правильно работать с разными концентрациями постороннего восстанавливающего агента. Считается, что при высокой концентрации глюкозы i_L повышается, вызывая несоответственно малые значения функции компенсации гематокрита и низкие результаты измерения концентрации глюкозы.

Поскольку |i2corr| повышается с увеличением концентрации мочевого агента, влияние снижающейся функции коррекции помех частично компенсируется. Но при высокой концентрации глюкозы i2corr работает лучше, поэтому такая компенсация не происходит. Таким образом, оказывается, что при высокой концентрации глюкозы происходит чрезмерная компенсация посторонних восстанавливающих агентов. В действительности вводные данные для функции компенсации гематокрита подвержены помехам, что вызывает неправильную компенсацию гематокрита.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Несмотря на то что описанная ранее система Verio имеет очень высокую общую эффективность в отношении устойчивости к влияниям гематокрита и посторонних восстанавливающих агентов, таких как мочевая кислота, исследование показало, что тест-полоска Verio не полностью невосприимчива к посторонним влияниям эндогенных и терапевтических восстанавливающих агентов. Данные интерференции по существу малы при типичных концентрациях посторонних агентов, но в свете строгих требований к эффективности, предполагаемых для систем измерения концентрации глюкозы в крови, может быть необходимо устранить все возможные источники помех. В попытках найти способы снижения помех заявитель предлагает модифицировать методику определения концентрации глюкозы в такой системе без необходимости в модификации химических характеристик тест-полоски. В частности, заявитель открыл части методики, которые не позволяют достичь оптимальной эффективности, и, следовательно, внес изменения для улучшения эффективности тест-полоски и системы.

Следовательно, заявитель открыл различные аспекты способа вычисления концентрации аналита в пробе аналита. В одном аспекте предложен способ определения концентрации глюкозы в крови с помощью системы измерения концентрации глюкозы, включающей тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски. Способ может быть реализован путем: вставки тест-полоски в разъем порта для установки полоски измерительного прибора для соединения по меньшей мере двух электродов тест-полоски с цепью измерения полоски; запуска последовательности анализа после нанесения пробы; приложения первого напряжения; переключения первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменения второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения; измерения второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценки тока, близкого к выходному значению установившегося тока переходного токового сигнала, после установки третьего напряжения на электродах; вычисления концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока переходного токового сигнала с помощью Уравнения следующей формы:

где G₁ представляет собой концентрацию глюкозы;

;

где

a’, b’, c, d, p’, zgr’ представляют собой производственные параметры; i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения;

i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения;

i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения; и

i₂ представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения.

В данном способе измерение первого выходного значения тока включает измерение выходного значения тока по меньшей мере двух электродов через приблизительно 1,1 секунды после запуска последовательности анализа; измерение второго выходного значения тока включает измерение выходного значения тока по меньшей мере двух электродов через приблизительно 4,1 секунды после запуска последовательности анализа; оценка выходного значения установившегося тока включает измерение выходного значения тока по меньшей мере двух электродов через приблизительно 5 секунд после запуска последовательности анализа; производственный параметр a’ составляет приблизительно 0,14, b’ составляет приблизительно 4,9, c составляет приблизительно 4,24, d составляет приблизительно 11,28, p’ составляет приблизительно 0,548, а zgr’ составляет приблизительно 9,38.

В другом аспекте предложен способ определения концентрации глюкозы в крови с помощью системы измерения концентрации глюкозы, включающей тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски. Способ может быть реализован путем: вставки тест-полоски в разъем порта для установки полоски измерительного прибора для соединения по меньшей мере двух электродов тест-полоски с цепью измерения полоски; запуска последовательности анализа после нанесения пробы; приложения первого напряжения; вызова трансформации аналитов в пробе из одной формы в другую форму с помощью реагента в камере для анализа; переключения первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменения второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения; измерения второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценки тока, близкого к выходному значению установившегося тока переходного токового сигнала, после установки третьего напряжения на электродах; выведение тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, на основе первого тока, второго тока и оценочного тока; составление формулы коэффициента компенсации гематокрита на основе тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы; и вычисления концентрации глюкозы из выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, и коэффициента компенсации гематокрита. В данном конкретном способе выведение включает вычисление тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, i2Corr’, на основе следующего Уравнения: , где представляет собой ток, пропорциональный исходной концентрации глюкозы, i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения, i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения; и i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения; где i_4.1 представляет собой ток, измеренный через приблизительно 4,1 секунды после запуска последовательности анализа, i₅ представляет собой ток, измеренный через приблизительно 5 секунд после запуска последовательности анализа; и i_1.1 представляет собой ток, измеренный через приблизительно 1,1 секунды после запуска последовательности анализа; где коэффициент компенсации гематокрита представляет собой значение тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, разделенное на сумму выходных значений тока во время приложения второго напряжения, минус компенсирующая поправка на основе выходного значения тока, измеренном во время приложения второго напряжения; коэффициент компенсации гематокрита имеет следующую форму:

, где p’ представляет собой коэффициент, и , где i₂ представляет собой ток, измеренный через приблизительно 2 секунды после запуска последовательности анализа, а 41i₂ представляет собой компенсирующую поправку. Способ дополнительно включает использование Уравнения следующей формы:

;

где G₁ представляет собой концентрацию глюкозы;

;

где

a’, b’, c, d, p’, zgr’ представляют собой производственные параметры; i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения и через приблизительно 4,1 секунды после запуска последовательности анализа;

i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения и через приблизительно 5 секунд после запуска последовательности анализа;

i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения и через приблизительно 1,1 секунды после запуска последовательности анализа; и

i₂ представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения и через приблизительно 2 секунды после запуска последовательности анализа.

В дополнительном аспекте предложена система измерения концентрации глюкозы в крови, включающая тест-полоску для измерения аналита и измерительный прибор. Тест-полоска для измерения аналита включает подложку, имеющую нанесенный на нее реагент, и по меньшей мере два электрода, расположенных в непосредственной близости от реагента в камере для анализа. Измеритель аналита включает разъем порта для установки полоски, размещенный с возможностью соединения с двумя электродами; источник питания; и микроконтроллер, электрически соединенный с разъемом порта для установки полоски и источником питания, причем микроконтроллер запрограммирован на определение концентрации глюкозы G₁ на основе коэффициента компенсации гематокрита и тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, причем коэффициент компенсации гематокрита включает отношение, которое включает ток, пропорциональный исходной концентрации глюкозы, так что по меньшей мере 97% скорректированных результатов анализа находятся в пределах соответствующего критерия погрешности ±10 мг/дл при 65 мг/дл, 240 мг/дл или 450 мг/дл по сравнению с эталонными данными YSI; ±12 мг/дл при 65 мг/дл, 240 мг/дл или 450 мг/дл по сравнению с эталонными данными YSI; и ±15 мг/дл при 65 мг/дл, 240 мг/дл или 450 мг/дл по сравнению с эталонными данными YSI. В данной системе производственные параметры a’, b’, c, d, p’, zgr’ таковы, что a’ составляет приблизительно 0,14, b’ составляет приблизительно 4,9, c составляет приблизительно 4,24, d составляет приблизительно 11,28 p’ составляет приблизительно 0,548, а zgr’ составляет приблизительно 9,38.

В дополнительном аспекте предложен способ определения концентрации глюкозы в крови с помощью системы измерения концентрации глюкозы, включающей тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски. Способ может быть реализован путем запуска последовательности анализа после нанесения пробы; приложения первого напряжения; вызова трансформации аналитов в пробе из одной формы в другую форму с помощью реагента в камере для анализа; переключения первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменения второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения; измерения второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценки тока, близкого к выходному значению установившегося тока переходного токового сигнала, после установки третьего напряжения на электродах; выведение тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, на основе первого тока, второго тока и оценочного тока; и составления формулы коэффициента компенсации гематокрита на основе выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы. В данном способе составление формулы включает деление выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, на сумму выходных значений тока во время приложения второго напряжения; причем сумма включает компенсирующую поправку относительно суммы, основанную на значении тока, измеренном во время приложения второго напряжения. Данный способ может дополнительно включать стадию вычисления концентрации глюкозы на основе компенсации выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, коэффициентом компенсации гематокрита; коэффициент компенсации гематокрита имеет следующую форму:

, где p’ представляет собой коэффициент, и , где i₂ представляет собой ток, измеренный через приблизительно 2 секунды после запуска последовательности анализа, а 41i₂ представляет собой компенсирующую поправку. Альтернативно вычисление включает использование Уравнения следующей формы:

где G₁ представляет собой концентрацию глюкозы;

;

где

a’, b’, c, d, p’, zgr’ представляют собой производственные параметры; i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения и через приблизительно 4,1 секунды после запуска последовательности анализа;

i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения и через приблизительно 5 секунд после запуска последовательности анализа;

i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения и через приблизительно 1,1 секунды после запуска последовательности анализа; и

i₂ представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения и через приблизительно 2 секунды после запуска последовательности анализа.

В другом аспекте предложен способ определения концентрации глюкозы в крови с помощью системы измерения концентрации глюкозы, включающей тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски. Способ может быть реализован путем: вставки тест-полоски в разъем порта для установки полоски измерительного прибора для соединения по меньшей мере двух электродов тест-полоски с цепью измерения полоски; запуска последовательности анализа после нанесения пробы; приложения первого напряжения; вызова трансформации аналитов в пробе из одной формы в другую форму с помощью реагента в камере для анализа; переключения первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменения второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения; измерения второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценки приблизительного выходного значения установившегося тока переходного токового сигнала после установки третьего напряжения на электродах; вычисления концентрации глюкозы в крови.

В дополнительном варианте осуществления предложен способ определения концентрации глюкозы в крови с помощью системы измерения концентрации глюкозы, включающей тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски. Способ может быть реализован путем: вставки тест-полоски в разъем порта для установки полоски измерительного прибора для соединения по меньшей мере двух электродов тест-полоски с цепью измерения полоски; запуска последовательности анализа после нанесения пробы; приложения первого напряжения; вызова трансформации аналитов в пробе из одной формы в другую форму с помощью реагента в камере для анализа; переключения первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменения второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения; измерения второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценки приблизительного выходного значения установившегося тока переходного токового сигнала после установки третьего напряжения на электродах; вычисления концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока переходного токового сигнала; выведение первой скорректированной концентрации глюкозы в крови; и выведение второй скорректированной концентрации глюкозы в крови. Третье напряжение может отличаться по величине электродвижущей силы, полярности или комбинации обоих.

В дополнительном варианте осуществления предложен способ определения коэффициента компенсации гематокрита с помощью системы измерения концентрации глюкозы, включающей тест-полоску и измерительный прибор. Измерительный прибор имеет микроконтроллер, выполненный с возможностью приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски. Способ может быть реализован путем: запуска последовательности анализа после нанесения пробы; приложения первого напряжения; вызова трансформации аналитов в пробе из одной формы в другую форму путем приложения множества тестовых напряжений к пробе с реагентом в камере для анализа; измерения множества выходных значений тока из камеры для анализа; выведения тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, на основе множества измеренных выходных значений тока; и составления формулы коэффициента компенсации гематокрита на основе выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы. В данном способе составление формулы может включать деление выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, на сумму тока, измеренного во время приложения второго напряжения. Сумма может включать компенсирующую поправку относительно суммы, основанную на значении тока, измеренном во время приложения второго напряжения. Способ может включать стадию вычисления концентрации глюкозы на основе компенсации выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, коэффициентом компенсации гематокрита. В частности, коэффициент компенсации гематокрита может иметь следующую форму:

, где p’ представляет собой коэффициент, и , где i₂ представляет собой ток, измеренный через приблизительно 2 секунды после запуска последовательности анализа, а 41i₂ представляет собой компенсирующую поправку. В данном способе при вычислении можно использовать Уравнение следующей формы:

где G₁ представляет собой концентрацию глюкозы;

;

где

a’, b’, c, d, p’, zgr’ представляют собой производственные параметры; i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения и через приблизительно 4,1 секунды после запуска последовательности анализа;

i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения и через приблизительно 5 секунд после запуска последовательности анализа;

i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения и через приблизительно 1,1 секунды после запуска последовательности анализа; и

i₂ представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения и через приблизительно 2 секунды после запуска последовательности анализа.

Данные и другие варианты осуществления, особенности и преимущества станут очевидны специалистам в данной области после изучения представленного ниже более подробного описания различных примеров осуществления настоящего изобретения в сочетании с приложенными чертежами, которые кратко описаны в начале заявки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Приложенные чертежи, включенные в настоящий документ и составляющие часть настоящей спецификации, иллюстрируют считающиеся в настоящее время предпочтительными варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с приведенным выше общим описанием и приведенным ниже подробным описанием призваны разъяснить особенности настоящего изобретения (в котором аналогичными номерами представлены аналогичные элементы).

На Фиг.1A представлена предпочтительная система измерения концентрации глюкозы в крови.

На Фиг.1B представлены различные компоненты, размещенные в измерительном приборе, изображенном на Фиг.1A.

На Фиг.1C представлен вид в перспективе тест-полоски в сборе, подходящей для применения в системе и способах, описанных в настоящем документе.

На Фиг.1D представлен вид в перспективе с пространственным разделением компонентов несобранной тест-полоски, подходящей для применения в системе и способах, описанных в настоящем документе.

На Фиг.1E представлен вид в перспективе в увеличенном виде проксимальной части тест-полоски, подходящей для применения в системе и способах, описанных в настоящем документе.

На Фиг.2 представлен вид в горизонтальной проекции снизу одного варианта осуществления тест-полоски, описанной в настоящем документе.

На Фиг.3 представлен вид в горизонтальной проекции сбоку тест-полоски, изображенной на Фиг.2.

На Фиг.4A представлен вид в горизонтальной проекции сверху тест-полоски, изображенной на Фиг.3.

На Фиг.4B представлен частичный вид сбоку проксимальной части тест-полоски, изображенной на Фиг.4A.

На Фиг.5 представлена упрощенная схема, на которой показан измерительный прибор, электрически взаимодействующий с частями тест-полоски, описанной в настоящем документе.

На Фиг.6 представлены по существу стадии, участвующие в определении концентрации глюкозы в крови.

На Фиг.7A представлен пример трехимпульсного потенциального волнового фронта, приложенного изображенным на Фиг.5 измерительным прибором к рабочему электроду и противоэлектроду в течение заданных интервалов времени.

На Фиг.7B представлен первый и второй переходный токовый сигнал (CT), сгенерированный во время анализа физиологической пробы.

На Фиг.8 представлены графики концентрации глюкозы G1 при эталонном значении 65 мг/дл, 240 мг/дл и 450 мг/дл в сравнении с концентрациями, вычисленными существующей системой Verio при различных концентрациях мочевой кислоты в измеренных пробах.

На Фиг.9A представлены графики концентрации глюкозы при таком же эталонном значении и концентрациях мочевой кислоты, как показано на Фиг.8, но вычисленные с помощью новой методики, изобретенной заявителем.

На Фиг.9B представлена таблица IIA, в которой показаны различные уровни погрешности при разных эталонных данных по глюкозе (номинальные значения 65 мг/дл, 240 мг/дл, 450 мг/дл) с применением существующей методики Verio.

На Фиг.9C представлена таблица IIA по ранее существовавшей методике, а на Фиг.9D представлена таблица IIB по новой методике, в которой показано улучшение уровней погрешности при тех же эталонных данных, что и в таблице IIA, с применением новой методики.

На Фиг.10A представлены графики концентрации глюкозы при эталонном значении 65 мг/дл, 240 мг/дл и 450 мг/дл (номинальные значения) в сравнении с концентрацией, вычисленной существующей системой Verio и скорректированными на температурные вариации при различных концентрациях мочевой кислоты в измеренных пробах.

На Фиг.10B представлены графики концентрации глюкозы при эталонном значении 65 мг/дл, 240 мг/дл и 450 мг/дл (номинальные значения) в сравнении с концентрацией, вычисленной по новой методике и скорректированной на температурные вариации при различных концентрациях мочевой кислоты в измеренных пробах.

На Фиг.11A представлены графики концентрации глюкозы, определенные существующей системой Verio при различных уровнях погрешности при каждой концентрации гематокрита из 19%, 30%, 40% и 50%.

На Фиг.11B представлены графики концентрации глюкозы, определенные по новой методике при разных уровнях погрешности при каждой концентрации гематокрита из 19%, 30%, 40% и 50%.

На Фиг.12A представлена таблица IIIA, в которой показаны различные уровни погрешности при разных эталонных данных по глюкозе (65 мг/дл, 240 мг/дл, 450 мг/дл (номинальные значения)) с применением существующей методики Verio.

На Фиг.12B представлена таблица IIIB, в которой показаны различные уровни погрешности при разных эталонных данных по глюкозе (65 мг/дл, 240 мг/дл, 450 мг/дл (номинальные значения)) с применением новой методики.

ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленное ниже подробное описание следует толковать в отношении чертежей, на которых аналогичные элементы на разных чертежах представлены под идентичными номерами. Чертежи, не обязательно выполненные в масштабе, показывают выбранные варианты осуществления и не призваны ограничить объем настоящего изобретения. Подробное описание представляет принципы настоящего изобретения для иллюстрации, но не для ограничения настоящего изобретения. Настоящее четко изложенное описание позволяет специалисту в данной области реализовать и применять настоящее изобретение, а также описывает несколько вариантов осуществления, адаптаций, вариаций, альтернатив и применений настоящего изобретения, включая способ выполнения изобретения, который считается наилучшим в настоящее время.

В настоящем изобретении термин «приблизительно» применительно к любым числовым значениям или диапазонам указывает на подходящий допуск на размер, который позволяет части или набору компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем описании. Кроме того, в настоящем документе термины «пациент», «оператор», «пользователь» и «субъект» относятся к любому субъекту-человеку или животному и не ограничивают применение систем или способов людьми, хотя применение объекта изобретения пациентами-людьми представляет собой предпочтительный вариант осуществления.

На Фиг.1A представлена система контроля диабета, включающая измерительный прибор 10 и биосенсор в форме тест-полоски для измерения уровня глюкозы 62. Следует отметить, что измерительный прибор (блок измерительного прибора) также называется блоком измерения и управления концентрацией аналита, глюкометром, измерительным прибором и устройством для измерения концентрации аналита. В одном варианте осуществления блок измерительного прибора может быть скомбинирован с устройством доставки инсулина, дополнительным устройством измерения аналита и устройством доставки лекарственного препарата. Блок измерительного прибора может быть соединен с удаленным компьютером или удаленным сервером посредством кабеля или с помощью подходящей технологии беспроводной связи, такой как, например, GSM, CDMA, BlueTooth, WiFi и т.п.

Как показано на Фиг.1A, глюкометр или блок измерительного прибора 10 может включать кожух 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 исполнения команд. Кнопка интерфейса пользователя 18 может иметь форму двухпозиционного переключателя. Данные могут включать значения, представляющие концентрацию аналита и/или информацию, которая имеет отношение к повседневной жизни индивидуума. Информация, которая имеет отношение к повседневной жизни, может включать потребление пищи, применение лекарственного средства, проведение медицинских осмотров, а также общее состояние здоровья и уровни физической нагрузки индивидуума. Электронные компоненты измерительного прибора 10 могут быть размещены на печатной плате 34, находящейся внутри кожуха 11.

На Фиг.1B представлены (в упрощенной схематической форме) электронные компоненты, размещенные на верхней поверхности печатной платы 34. Электронные компоненты на верхней поверхности включают разъем порта для установки полоски 22, цепь операционного усилителя 35, микроконтроллер 38, разъем дисплея 14a, энергонезависимое запоминающее устройство 40, тактовый генератор 42 и первый беспроводной модуль 46. Электронные компоненты на нижней поверхности могут включать разъем для батареи питания (не показан) и порт передачи данных 13. Микроконтроллер 38 может быть электрически соединен с разъемом порта для установки полоски 22, цепью операционного усилителя 35, первым беспроводным модулем 46, дисплеем 14, энергонезависимым запоминающим устройством 40, тактовым генератором 42, батареей, портом передачи данных 13 и кнопками интерфейса пользователя (16, 18 и 20).

Цепь операционного усилителя 35 может включать два или более операционных усилителя, выполненных с возможностью обеспечивать часть потенциостатической функции и функции измерения тока. Потенциостатическая функция может означать приложение тестового напряжения между по меньшей мере двумя электродами тест-полоски. Функция измерения тока может означать измерение тестового тока, который является результатом приложения тестового напряжения. Измерение силы тока может выполняться с помощью преобразователя ток-напряжение. Микроконтроллер 38 может быть выполнен в форме микропроцессора со смешанным сигналом (MSP), такого как, например, Texas Instrument MSP 430. Микропроцессор TI-MSP 430 также может быть выполнен с возможностью выполнения части потенциостатической функции и функции измерения тока. Кроме того, MSP 430 также может включать энергозависимое запоминающее устройство и энергонезависимое запоминающее устройство. В другом варианте осуществления многие из электронных компонентов могут быть интегрированы в микроконтроллер в форме специализированной интегральной схемы (СИС).

Разъем порта для установки полоски 22 может быть выполнен с возможностью образования электрического соединения с тест-полоской. Разъем дисплея 14a может быть выполнен с возможностью прикрепления дисплея 14. Дисплей 14 может находиться в форме жидкокристаллического дисплея для отображения измеренных концентраций глюкозы и для облегчения ввода информации, связанной с образом жизни. Дисплей 14 может необязательно включать фоновую подсветку. Порт передачи данных 13 может допускать прикрепление подходящего разъема к соединительному кабелю, таким образом позволяя связывать глюкометр 10 с внешним устройством, таким как персональный компьютер. Порт передачи данных 13 может представлять собой любой порт, позволяющий передавать данные, такой как, например, последовательный, USB или параллельный порт. Тактовый генератор 42 может быть выполнен с возможностью отсчета текущего времени, привязанного к географическому региону, в котором находится пользователь, а также измерения времени. Блок измерительного прибора может быть выполнен с возможностью электрического соединения с источником питания, таким как, например, батарея.

На Фиг.1C-1E, 2, 3 и 4B показаны различные виды примера тест-полоски 62, подходящей для применения в способах и системах, описанных в настоящем документе. В одном примере осуществления предложена тест-полоска 62, которая включает удлиненный корпус, проходящий от дистального конца 80 к проксимальному концу 82 и имеющий боковые края 56, 58, как представлено на Фиг.1C. Как показано на Фиг.1D, тест-полоска 62 также включает первый электродный слой 66, второй электродный слой 64 и разделитель 60, расположенный между двумя электродными слоями 64 и 66. Первый электродный слой 66 может включать первый электрод 66, первый соединительный проводник 76 и первую контактную площадку 67, где первый соединительный проводник 76 электрически соединяет первый электрод 66 с первой контактной площадкой 67, как показано на Фиг.1D и 4B. Следует отметить, что первый электрод 66 является частью первого электродного слоя 66, который находится непосредственно под слоем реагента 72, как указано на Фиг.1D и 4B. Аналогичным образом, второй электродный слой 64 может включать второй электрод 64, второй соединительный проводник 78 и вторую контактную площадку 63, где второй соединительный проводник 78 электрически соединяет второй электрод 64 со второй контактной площадкой 63, как показано на Фиг.1D, 2 и 4B. Следует отметить, что второй электрод 64 является частью второго электродного слоя 64, который находится над слоем реагента 72, как указано на Фиг.4B.

Как показано на Фиг.1D и 4B, камера для приема пробы 61 образована первым электродом 66, вторым электродом 64 и разделителем 60 поблизости от дистального конца 80 тест-полоски 62. Первый электрод 66 и второй электрод 64 могут образовывать низ и верх камеры для приема пробы 61, соответственно, как представлено на Фиг.4B. Вырезанная область 68 разделителя 60 может образовывать боковые стенки камеры для приема пробы 61, как представлено на Фиг.4B. В одном аспекте камера для приема пробы 61 может включать порты 70, которые обеспечивают поступление пробы и/или выход, как показано на Фиг.1C-1E. Например, один из портов может обеспечивать поступление пробы текучей среды, а другой порт может обеспечивать выход воздуха.

В одном примере осуществления камера для приема пробы 61 (или измерительная ячейка, или камера для анализа) может иметь небольшой объем. Например, камера 61 может иметь объем в диапазоне от приблизительно 0,1 микролитра до приблизительно 5 микролитров, от приблизительно 0,2 микролитра до приблизительно 3 микролитров или предпочтительно от приблизительно 0,3 микролитра до приблизительно 1 микролитра. Для обеспечения небольшого объема пробы вырезанная область 68 может иметь площадь в диапазоне от приблизительно 0,01 см² до приблизительно 0,2 см², от приблизительно 0,02 см² до приблизительно 0,15 см² или предпочтительно от приблизительно 0,03 см² до приблизительно 0,08 см². Кроме того, первый электрод 66 и второй электрод 64 могут находиться на расстоянии в диапазоне от приблизительно 1 микрона до приблизительно 500 микрон, предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 10 микрон до приблизительно 400 микрон и более предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 40 микрон до приблизительно 200 микрон друг от друга. Относительно близкое расположение электродов также может обеспечивать возможность проведения окислительно-восстановительного цикла, где генерируемый у первого электрода 66 окисленный медиатор может диффундировать ко второму электроду 64 для восстановления и впоследствии диффундировать обратно к первому электроду 66 для повторного окисления. Специалистам в данной области будет очевидно, что такие различные объемы, площади и/или расстояния между электродами находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения.

В одном варианте осуществления первый электродный слой 66 и второй электродный слой 64 могут представлять собой проводящий материал, образованный из таких материалов, как золото, палладий, углерод, серебро, платина, оксид олова, иридий, индий или их комбинации (например, допированный индием оксид олова). Кроме того, электроды могут быть образованы путем нанесения проводящего материала на изолирующий лист (не показан) путем напыления, химического осаждения или процесса трафаретной печати. В одном примере осуществления первый электродный слой 66 и второй электродный слой 64 могут быть изготовлены из напыленного палладия и напыленного золота соответственно. Подходящие материалы для использования в качестве разделителя 60 включают множество изолирующих материалов, таких как, например, пластмассы (например, ПЭТ, ПЭТГ, полиимид, поликарбонат, полистирол), кремний, керамика, стекло, адгезивы и их комбинации. В одном варианте осуществления разделитель 60 может быть в форме двухстороннего адгезива, нанесенного на противоположные стороны листа полиэфира, где адгезив может быть чувствительным к давлению или термоактивируемым. Заявители отмечают, что различные другие материалы для первого электродного слоя 66, второго электродного слоя 64 и/или разделителя 60 находятся в рамках сущности и объема настоящего изобретения.

Либо первый электрод 66, либо второй электрод 64 могут выполнять функцию рабочего электрода, которая зависит от величины и/или полярности приложенного тестового напряжения. Рабочий электрод может измерять предельный тестовый ток, пропорциональный концентрации восстановленного медиатора. Например, если ограничивающим ток веществом является восстановленный медиатор (например, ферроцианид), то он может быть окислен на первом электроде 66, при условии, что тестовое напряжение относительно второго электрода 64 в достаточной степени превышает окислительно-восстановительный потенциал медиатора. В такой ситуации первый электрод 66 выполняет функцию рабочего электрода, а второй электрод 64 выполняет функцию противоэлектрода/контрольного электрода. Заявители отмечают, что противоэлектрод/контрольный электрод можно называть просто контрольным электродом или противоэлектродом. Когда весь восстановленный медиатор на поверхности рабочего электрода исчерпан, окисление ограничивается так, что измеренный ток окисления пропорционален потоку восстановленного медиатора, диффундирующего из основного объема раствора в направлении поверхности рабочего электрода. Термин «основной объем раствора» относится к части раствора, расположенной достаточно далеко от рабочего электрода, когда восстановленный медиатор не размещен в пределах обедненной зоны. Следует отметить, что, если не указано иное, для тест-полоски 62 все потенциалы испытательного измерительного прибора 10 впоследствии будут указаны относительно второго электрода 64.

Аналогичным образом, если тестовое напряжение значительно ниже, чем окислительно-восстановительный потенциал медиатора, восстановленный медиатор может быть окислен у второго электрода 64, давая предельный ток. В такой ситуации второй электрод 64 выполняет функцию рабочего электрода, а первый электрод 66 выполняет функцию противоэлектрода/контрольного электрода.

Исходно анализ может включать введение некоторого количества пробы текучей среды в камеру для приема пробы 61 посредством порта 70. В одном аспекте порт 70 и/или камера для приема пробы 61 могут быть выполнены с возможностью заполнения камеры для приема пробы 61 пробой текучей среды под действием капиллярных сил. Первый электрод 66 и/или второй электрод 64 могут быть покрыты гидрофильным реагентом для стимулирования капиллярного действия камеры для приема пробы 61. Например, на первый электрод и/или на второй электрод могут быть нанесены тиол-дериватизированные реагенты, имеющие гидрофильный фрагмент, такой как 2-меркаптоэтансульфоновая кислота.

В анализе полоски 62 выше слой реагента 72 может включать глюкозодегидрогеназу (GDH) на основе кофактора PQQ и феррицианид. В другом варианте осуществления фермент GDH на основе кофактора PQQ может быть заменен на фермент GDH на основе кофактора FAD. При дозировании крови или контрольного раствора в реакционную камеру для пробы 61 происходит окисление глюкозы GDH_(ox) с одновременным превращением GDH_(ox) в GDH_(red), как показано на схеме химических превращений T.1 ниже. Следует отметить, что GDH_(ox) означает окисленное состояние GDH, а GDH_(red) означает восстановленное состояние GDH.

T.1 D-глюкоза + GDH_(ox) → глюконовая кислота + GDH_(red)

Затем GDH_(red) регенерируется обратно в его активное окисленное состояние с помощью феррицианида (т.е. окисленного медиатора, или Fe(CN)₆^3-), как показано на схеме химических превращений T.2 ниже. В процессе регенерации GDH_(ox) в результате реакции происходит генерация ферроцианида (т.е. восстановленного медиатора, или Fe(CN)₆^4-), как показано на схеме T.2:

T.2 GDH_(red) + 2 Fe(CN)₆^3- → GDH_(ox) + 2 Fe(CN)₆^4-

На Фиг.5 представлено упрощенное схематическое изображение, на котором показан измерительный прибор 100, взаимодействующий с первой контактной площадкой 67a, 67b и второй контактной площадкой 63. Вторую контактную площадку 63 можно применять для установления электрического соединения с измерительным прибором через U-образный вырез 65, как представлено на Фиг.2. В одном варианте осуществления измерительный прибор 100 может включать разъем второго электрода 101 и разъемы первого электрода (102a, 102b), блок тестового напряжения 106, блок измерения тока 107, процессор 212, блок памяти 210 и дисплей для отображения 202, как показано на Фиг.5. Первая контактная площадка 67 может включать два выступа, обозначенных 67a и 67b. В одном примере осуществления разъемы первого электрода 102a и 102b по отдельности соединены с выступами 67a и 67b соответственно. Разъем второго электрода 101 может соединяться со второй контактной площадкой 63. Измерительный прибор 100 может измерять сопротивление или электрическую целостность между выступами 67a и 67b для определения наличия электрического соединения тест-полоски 62 с измерительным прибором 10.

В одном варианте осуществления измерительный прибор 100 может прикладывать тестовое напряжение и/или ток между первой контактной площадкой 67 и второй контактной площадкой 63. Как только измерительный прибор 100 обнаруживает, что полоска 62 вставлена, измерительный прибор 100 включается и запускает режим обнаружения текучей среды. В одном варианте осуществления режим обнаружения текучей среды заставляет измерительный прибор 100 прикладывать постоянный ток приблизительно 1 микроампер между первым электродом 66 и вторым электродом 64. Поскольку исходно тест-полоска 62 является сухой, измерительный прибор 10 измеряет относительно большое напряжение. Когда проба текучей среды заполняет зазор между первым электродом 66 и вторым электродом 64 в процессе дозирования, измерительный прибор 100 измеряет падение измеренного напряжения ниже заданного порогового значения, что приводит к автоматическому запуску измерения концентрации глюкозы измерительным прибором 10.

Как показано на Фиг.6, ниже будет описан способ 600 определения концентрации аналита (например, глюкозы) с поправкой на помехи с применением вышеуказанных вариантов осуществления измерительного прибора 10 и тест-полоски 62. В способе предложены измерительный прибор 10 и тест-полоска 62. Измерительный прибор 10 может включать электронную цепь, которую можно применять для приложения множества напряжений к тест-полоске 62 и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски 62. Измерительный прибор 10 также может включать сигнальный процессор с набором инструкций для способа определения концентрации аналита в пробе текучей среды, как описано в настоящем документе. В одном варианте осуществления аналитом является глюкоза в крови.

На Фиг.7A представлен пример графика множества тестовых напряжений, приложенных к тест-полоске 62 в течение заданных интервалов. Множество тестовых напряжений может включать первое тестовое напряжение E1 в течение первого интервала времени t₁, второе тестовое напряжение E2 в течение второго интервала времени t₂ и третье тестовое напряжение E3 в течение третьего интервала времени t₃. Третье напряжение E3 может отличаться по величине электродвижущей силы, полярности или по комбинациям обоих относительно второго тестового напряжения E2. В предпочтительных вариантах осуществления E3 может быть равным по величине E2, но противоположным по полярности. Продолжительность измерения уровня глюкозы t_G представляет собой количество времени для выполнения измерения концентрации глюкозы (но не обязательно всех вычислений, связанных с измерением концентрации глюкозы). Продолжительность измерения уровня глюкозы t_G может находиться в диапазоне от приблизительно 1,1 секунды до приблизительно 5 секунд. Дополнительно, как представлено на Фиг.6, второе тестовое напряжение E2 может включать компоненту постоянного (DC) тестового напряжения и наложенную компоненту переменного (AC) или альтернативно колебательного тестового напряжения. Наложенная компонента переменного или колебательного тестового напряжения может быть приложена в течение интервала времени, указанного как t_cap.

Множество измеренных значений тестового тока в течение любого из интервалов времени может выполняться с частотой в диапазоне от приблизительно 1 измерения в микросекунду до приблизительно одного измерения за 100 миллисекунд и предпочтительно за приблизительно 50 миллисекунд. Хотя в варианте осуществления последовательно применяется три тестовых напряжения, измерение концентрации глюкозы может включать разные количества напряжений разомкнутой цепи и тестовых напряжений. Например, в альтернативном варианте осуществления измерение концентрации глюкозы может включать напряжение разомкнутой цепи в течение первого интервала времени, второе тестовое напряжение в течение второго интервала времени и третье тестовое напряжение в течение третьего интервала времени. Следует отметить, что обозначения «первый», «второй» и «третий» выбраны для удобства и не обязательно отражают порядок приложения тестовых напряжений. Например, в варианте осуществления может использоваться потенциальный волновой фронт, в котором третье тестовое напряжение может быть приложено до приложения первого и второго тестового напряжения.

В примере стадии 600 анализ глюкозы запускают путем вставки тест-полоски 62 в измерительный прибор 10 и нанесения пробы на тест-полоску 62. В примере стадии 602 измерительный прибор 10 может прикладывать первое тестовое напряжение E1 (например, приблизительно 20 мВ на Фиг.7A) между первым электродом 66 и вторым электродом 64 в течение первого интервала времени t₁ (например, 1 секунда на Фиг.7A). Первый интервал времени t₁ может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 3 секунд и предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0,2 секунды до приблизительно 2 секунд, а наиболее предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 0,3 секунды до приблизительно 1,1 секунды.

Первый интервал времени t₁ может быть достаточно продолжительным для полного заполнения пробой камеры для приема пробы 61, а также для по меньшей мере частичного растворения или сольватации слоя реагента 72. В одном аспекте первое тестовое напряжение E1 может иметь значение, относительно близкое к окислительно-восстановительному потенциалу медиатора, так что измеряется относительно небольшая величина тока восстановления или окисления. На Фиг.7B показано, что на протяжении первого интервала времени t₁ наблюдается относительно небольшая величина тока по сравнению со вторым и третьим интервалами времени t₂ и t₃. Например, при применении в качестве медиатора феррицианида и/или ферроцианида первое тестовое напряжение E1 на Фиг.7A может находиться в диапазоне от приблизительно 1 мВ до приблизительно 100 мВ, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 5 мВ до приблизительно 50 мВ, а наиболее предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 10 мВ до приблизительно 30 мВ. Хотя в предпочтительных вариантах осуществления приложенные напряжения даны как положительные значения, такие же отрицательные значения напряжения также можно использовать для достижения назначения заявленного изобретения. В течение данного интервала процессор может отбирать первое выходное значение тока, чтобы собрать текущие значения за данный интервал на стадии 604.

В примере стадии 606 после приложения первого тестового напряжения E1 (стадия 602) и отбора выходного сигнала (стадия 604) измерительный прибор 10 прикладывает второе тестовое напряжение E2 между первым электродом 66 и вторым электродом 64 (например, приблизительно 300 мВ на Фиг.7A) в течение второго интервала времени t₂ (например, приблизительно 3 секунды на Фиг.7A). Значение второго тестового напряжения E2 может отличаться от значения первого тестового напряжения E1 и может иметь достаточно отрицательный окислительно-восстановительный потенциал медиатора, так что на втором электроде 64 измеряется предельный ток окисления. Например, при применении в качестве медиатора феррицианида и/или ферроцианида значение второго тестового напряжения E2 может находиться в диапазоне от приблизительно нуля мВ до приблизительно 600 мВ, предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 100 мВ до приблизительно 600 мВ и более предпочтительно составляет приблизительно 300 мВ.

Второй интервал времени t₂ должен быть достаточно продолжительным, чтобы было возможно контролировать скорость генерации восстановленного медиатора (например, ферроцианида) на основе величины предельного тока окисления. Восстановленный медиатор генерируется ферментативными реакциями в слое реагента 72. В течение второго интервала времени t₂ предельное количество восстановленного медиатора окисляется на втором электроде 64 и непредельное количество окисленного медиатора восстанавливается на первом электроде 66 с образованием градиента концентрации между первым электродом 66 и вторым электродом 64.

В одном примере осуществления второй интервал времени t₂ также должен быть достаточно продолжительным, чтобы достаточное количество феррицианида диффундировало ко второму электроду 64 или диффундировало из реагента на первом электроде. На втором электроде 64 необходимо достаточное количество феррицианида, чтобы во время приложения третьего тестового напряжения E3 можно было измерить предельный ток для окисления ферроцианида на первом электроде 66. Второй интервал времени t₂ может составлять менее приблизительно 60 секунд, предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 1,1 секунды до приблизительно 10 секунд и более предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 2 секунд до приблизительно 5 секунд. Аналогичным образом, интервал времени, указанный как t_cap на Фиг.7A, также может находиться в диапазоне значений времени, но в одном примере осуществления его продолжительность составляет приблизительно 20 миллисекунд. В одном примере осуществления наложенная компонента переменного тестового напряжения прикладывается через приблизительно 0,3-0,4 секунды после приложения второго тестового напряжения E2 и индуцирует синусоидальную волну, имеющую частоту приблизительно 109 Гц и амплитуду приблизительно +/- 50 мВ. В течение данного интервала процессор может отбирать второе выходное значение тока, чтобы собрать текущие значения за данный интервал на стадии 608.

На Фиг.7B показан относительно небольшой пик i_pb после начала второго интервала времени t₂ с последующим постепенным нарастанием абсолютного значения тока окисления в течение второго интервала времени t₂. Небольшой пик i_pb возникает вследствие окисления эндогенных или экзогенных восстанавливающих агентов (например, мочевой кислоты) после перехода от первого напряжения E1 ко второму напряжению E2. Затем следует постепенное снижение абсолютной величины тока окисления после небольшого пика i_pb, вызванное генерацией ферроцианида слоем реагента 72, который затем диффундирует ко второму электроду 64.

В примере стадии 610 после приложения второго тестового напряжения E2 (стадия 606) и отбора выходного сигнала (стадия 608) измерительный прибор 10 прикладывает третье тестовое напряжение E3 между первым электродом 66 и вторым электродом 64 (например, приблизительно -300 мВ на Фиг.7A) в течение третьего интервала времени t₃ (например, 1 секунда на Фиг.7A). Третье тестовое напряжение E3 может иметь достаточно положительное значение окислительно-восстановительного потенциала медиатора, так чтобы измерять предельный ток окисления на первом электроде 66. Например, при применении в качестве медиатора феррицианида и/или ферроцианида третье тестовое напряжение E3 может находиться в диапазоне от приблизительно нуля мВ до приблизительно -600 мВ, предпочтительно в диапазоне от приблизительно -100 мВ до приблизительно -600 мВ и более предпочтительно составляет приблизительно -300 мВ.

Третий интервал времени t₃ может быть достаточно продолжительным для контроля диффузии восстановленного медиатора (например, ферроцианида) поблизости от первого электрода 66 по величине тока окисления. В течение третьего интервала времени t₃ предельное количество восстановленного медиатора окисляется на первом электроде 66 и непредельное количество окисленного медиатора восстанавливается на втором электроде 64. Третий интервал времени t₃ может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 5 секунд, предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 0,3 секунды до приблизительно 3 секунд и более предпочтительно - в диапазоне от приблизительно 0,5 секунды до приблизительно 2 секунд.

На Фиг.7B показан относительно большой пик i_pc в начале третьего интервала времени t₃ с последующим снижением до установившегося значения тока i_ss. В одном варианте осуществления второе тестовое напряжение E2 может иметь первую полярность, а третье тестовое напряжение E3 может иметь вторую полярность, которая противоположна первой полярности. В другом варианте осуществления второе тестовое напряжение E2 может быть достаточно отрицательным относительно окислительно-восстановительного потенциала медиатора, а третье тестовое напряжение E3 может быть достаточно положительным относительно окислительно-восстановительного потенциала медиатора. Третье тестовое напряжение E3 может быть приложено непосредственно после второго тестового напряжения E2. Однако специалисту в данной области будет очевидно, что величину и полярность второго и третьего тестовых напряжений можно выбирать в зависимости от способа определения концентрации аналита.

Далее заявитель описывает определение концентрации глюкозы для вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. На Фиг.7A и 7B показана последовательность событий для переходного тока на тест-полоске Verio. Через приблизительно 1,1 секунды после запуска последовательности анализа (и вскоре после превращения электрода со вторым электродным слоем (64) в рабочий электрод вследствие приложения второго напряжения E2), когда реагент еще не достиг первого электрода, а ток возникает предположительно только вследствие посторонних восстанавливающих агентов в плазме (в отсутствие медиатора), проводят измерение тока, чтобы позднее выполнить корректировку на помехи. Между приблизительно 1,4 секунды и приблизительно 4 секундами, когда (по меньшей мере в последней части данного интервала, когда прикладывают второе напряжение E2) медиатор и окисленный медиатор смогли диффундировать ко второму электроду, измеряют первый ток i_l, пропорциональный концентрации глюкозы. Вскоре после превращения первого электрода в рабочий электрод посредством приложения третьего напряжения E3 проводят 2 точечных измерения (приблизительно на 4,1 и 5 секундах) и одно суммарное измерение i_r. Измерения, отобранные соответственно на 1,1, 4,1 и 5 секундах, применяют для корректировки i_r на добавочный ток от посторонних восстанавливающих агентов (i2corr). Отношение i_l и i_r применяют для корректировки i2corr на влияния гематокрита.

Стратегия, используемая для улучшения существующего способа вычисления концентрации глюкозы, заключалась в поиске способов того, как сделать две функции - функцию исходной концентрации глюкозы i2corr и функцию компенсации гематокрита

по отдельности независимыми от концентраций постороннего восстанавливающего агента. Стратегия включает две части, как описано ниже.

Данные для разработки методики и демонстрации эффективности при улучшенной методике

Как для анализа проблем с существующей методикой Verio, так и для оценки относительной эффективности функций с пересмотренной методикой применяли данные двух исследований. Первый набор данных представлял собой данные из исследования мочевой кислоты способом добавления. В способе использовали 3 (нескорректированных на гематокрит) пробы крови и в совокупности 7 комплектов полосок Verio, а уровни добавления находились в диапазоне 0-24 мг/дл мочевой кислоты (основа - цельная кровь). Концентрации глюкозы составляли 65, 240 и 450 мг/дл. Второй набор данных представлял собой данные из исследования гематокрита с использованием 4 комплектов, 3 доноров крови (нескорректированной на мочевую кислоту), 5 концентраций глюкозы (30, 65, 240, 450 и 560 мг/дл) и 5 концентраций гематокрита (19, 30, 40, 50 и 61%).

Выведение исходной концентрации глюкозы i2corr . Уравнение 7 верно, только если

,

когда концентрация глюкозы = 0.

Или, иными словами:

Это заставит i2corr стремиться к 0, когда глюкоза = 0, или к iR, когда i(1.1) = 0. Это следует из механизма, в котором i(1.1) представляет собой ток от не связанных с глюкозой посторонних восстанавливающих агентов, а i(4.1) и i(5) содержат компоненты тока, как глюкозы, так и восстанавливающих агентов. Более того, участие посторонних восстанавливающих агентов в i(4.1) и i(5) пропорционально i(1.1), а оба зависящих от концентрации глюкозы тока, содержащихся в i(4.1) и i(5), пропорциональны концентрации глюкозы. В соответствии с этой схемой, если b определено правильно, i2corr представляет собой часть iR, которая зависит исключительно от концентрации глюкозы.

На Фиг.8 показаны усредненные токи из исследования мочевой кислоты способом добавления. Наклоны уровня тока в сравнении с уровнем добавления мочевой кислоты показаны в таблице I.

Таблица I Наклоны усредненных токов (абсолютное значение) Конц. глюкозы di_1.1/dUA di_4.1/dUA di₅/dUA di₅/di4.1 di_1.1/di_4.1 64 мг/дл 1,1316 3,290 0,493 0,15 0,4 240 1,165 2,570 0,345 0,134 0,453 450 1,097 3,15 0,424 0,135 0,348 Средн. 1,193 3,003 0,421 0,140 0,401

Алгебраически это можно показать так, что, если

,

то

при подстановке средних значений из таблицы I:

при решении для c и подстановке в Ур. (10):

если e равно 1, то Ур. (11c) становится следующим:

Сравнив Уравнения (8) (которое определяет требования для правильного функционирования значений коэффициентов в корректирующей функции i2corr) и (8b), можно увидеть, что i2corr, в настоящее время применяемый в тест-полоске Verio и определенный в Ур. (7), в недостаточной степени корректирует наличие посторонних веществ, поскольку коэффициент для i(1.1) слишком мал на значение в 2/2,76 раза ниже. Это приводит к неполной компенсации добавленной мочевой кислоты при низкой концентрации глюкозы. При более высоких концентрациях глюкозы относительные величины токов мочевой кислоты слишком малы, чтобы ошибка была заметной.

Если i2corr выразить следующим образом:

,

то существует фактически бесконечное число коэффициентов, которые могут работать для i2corr, если отношение между b и c является таким, как определено в Ур. (11). Если к i(1.1) применяют коэффициент e, не равный 1, как в Ур. (11c), то коэффициенты b и c станут следующими:

Чтобы дополнительно улучшить эффективность системы измерения концентрации глюкозы, заявитель внес следующие модификации в Ур. 12:

,

где b’ = 4,9 и c’ = 4,24 представляют собой новые коэффициенты, которые следует применять в открытой методике.

Данные коэффициенты удовлетворяют описанным ранее условиям. В соответствии с Уравнениями (11.c), (12.5) и (12.6) другие значения коэффициентов также удовлетворят данным условиям следующим образом:

,

где e может иметь любое значение.

Выведение компенсации гематокрита. В функцию компенсации гематокрита (Уравнение 7.6 выше) внесли две модификации, чтобы устранить искажающее влияние токов постороннего вещества в функции компенсации гематокрита.

Сначала функцию исходной концентрации глюкозы i2corr’ подставили вместо i_R в Уравнение 7.6. Затем применили i₂, чтобы оценить величину установившегося тока помех в основе i_L и скорректировать i_L, который обозначен i_L’.

Эксперименты с восстанавливающими веществами показывают, что на 2 секундах как раз завершилось затухание тока помех. Поскольку i_L’ суммирован между 1,4 и 4 секундами, а данные отбирали в интервалы 50 мс, можно предположить, что 53* i₂ приблизительно будет равно значению, которое следует вычесть из iL для корректировки. На практике было установлено, что лучше всего работает 41* i₂. Следовательно, i_L’ имеет следующую форму:

Ур. 14.

Остается параметр zgr’ в Уравнении (7.5), который умножают на коэффициент компенсации гематокрита. Если считать zgr’ током смещения, вызванным загрязнителем, который растворен в плазме, таким как уже присутствующий в реагенте ферроцианид, это имеет смысл, так как на его диффузию повлияют эритроциты. Но если присутствует постоянный ток смещения, на который не влияет гематокрит, его умножение на коэффициент компенсации гематокрита будет неприемлемым. По этой причине ввели вторую константу-компенсирующую поправку d.

Выведение концентрации глюкозы. Комбинация обоих выведенных выше значений позволяет вычислить концентрацию глюкозы в Ур. 14.

,

где G₁ представляет собой концентрацию глюкозы;

где

a’, b’, c, d, p’, zgr’ представляют собой выведенные производственные параметры; i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения; i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения; i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения; и i₂ представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения.

В Уравнении 15 значение p’ (которое, вероятно, незначительно отличается от первоначального p) определили с помощью аппроксимации методом наименьших квадратов для данных исследования гематокрита. Коэффициент a’, который несколько отличается от первоначального коэффициента, определили на основе данных из исследования мочевой кислоты, как и d и zgr’. Интересно отметить, что выбранные значения наилучшего соответствия для zgr’ и d были близки по величине. Поскольку у них противоположные знаки, это может свидетельствовать об отсутствии необходимости в компенсирующей поправке.

Демонстрация эффективности новой методики. Сравнив Фиг.9B (новая методика) с Фиг.9A (существующая методика), можно увидеть, что новая методика (Фиг.9B) практически устраняет значительное влияние мочевой кислоты на G_basic (или G₁, которые в настоящем документе используются взаимозаменяемо). Сравнив Фиг.10A и таблицу IIA (Фиг.9C, где применяется ранее существовавшая методика) с Фиг.10B и таблицей IIB (Фиг.9D, где применяется новая методика с данными исследования мочевой кислоты), можно увидеть, что в группе с наивысшей точностью, например, 240 мг/дл при 10 мг (или 12%) и при 12 мг (или 15%) наблюдается значительное повышение эффективности вследствие устранения тенденций к погрешности. В исследовании гематокрита можно сравнить Фиг.11A и таблицу IIIA (применяя ранее существовавшую методику) с Фиг.11B и таблицей IIIB (новая методика), что показывает, что при нормальном содержании мочевой кислоты эффективность по существу высокая, а общее улучшение мало, но можно увидеть, что при высоком гематокрите устраняется определенная тенденция.

Как описано в настоящем документе, заявитель продемонстрировал, что ранее существовавшую методику можно улучшить в отношении посторонних восстанавливающих агентов. Заявитель обнаружил, как (a) выполнять корректировку i_R на токи посторонних восстанавливающих агентов (i2corr) в отношении улучшенных параметров, и (b) учитывать гематокрит при токах посторонних восстанавливающих агентов, прежде чем вводить его в функцию компенсации гематокрита. Было продемонстрировано, что после реализации улучшенной методики процентная доля результатов в пределах 10 мг или 12% YSI, даже при скомбинированных крайних значениях концентрации мочевой кислоты и гематокрита, достигала > 99%. Это показывает, что конфигурация тест-полоски/измерительного прибора Verio с последовательностью дозирования тока, профилем напряжения и процедурой сбора сигналов может значительно повысить эффективность.

С помощью улучшенных методик, описанных в настоящем документе, а также со ссылкой на Фиг.6 можно получить способ высокоточного определения концентрации глюкозы путем выведения тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, на основе первого тока, второго тока и оценочного тока из измерительной ячейки (стадии 602, 604, 606, 608, 610 и 612); вычисления тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы (стадия 614); составления формулы коэффициента компенсации гематокрита на основе тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы (стадия 616); и вычисления концентрации глюкозы из выведенного тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, и коэффициента компенсации гематокрита (стадия 618); после чего результат отображается пользователю (стадия 620), а логическая схема тестирования возвращается к главной подпрограмме, запущенной в фоновом режиме. Конкретно способ может включать вставку тест-полоски в разъем порта для установки полоски измерительного прибора для соединения по меньшей мере двух электродов тест-полоски с цепью измерения полоски; запуск последовательности анализа после нанесения пробы; приложение первого напряжения; запуск изменения аналитов в пробе из одной формы в другую форму и переключение на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменение второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения; измерение второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценку тока, близкого к выходному значению установившегося тока переходного токового сигнала, после установки третьего напряжения на электродах; вычисление концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока переходного токового сигнала с помощью Уравнений 13-16.

Хотя настоящее изобретение было описано в отношении конкретных вариаций и иллюстрирующих фигур, специалистам в данной области будет очевидно, что настоящее изобретение не ограничено описанными вариациями или фигурами. Кроме того, специалистам в данной области будет очевидно, что в тех случаях, когда описанные выше способы и стадии указывают на наступление определенных событий в определенном порядке, порядок определенных стадий можно модифицировать, а также что такие модификации соответствуют вариациям настоящего изобретения. Кроме того, по возможности определенные стадии могут выполняться одновременно в рамках параллельного процесса, а также могут выполняться последовательно, как описано выше. Таким образом, в той степени, в которой возможны вариации описанного изобретения, которые находятся в рамках сущности настоящего изобретения или эквивалентны изобретениям, описанным в пунктах формулы изобретения, настоящий патент также призван охватывать такие вариации.

Группа изобретений относится к обнаружению аналита в физиологических текучих средах. Способ определения концентрации глюкозы в крови осуществляют с помощью системы измерения глюкозы, которая включает тест-полоску и измерительный прибор, причем измерительный прибор имеет микроконтроллер, запрограммированный для приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски, причем способ включает: вставку тест-полоски в разъем порта для установки полоски измерительного прибора для соединения по меньшей мере двух электродов тест-полоски с цепью измерения полоски; запуск последовательности анализа после нанесения пробы; приложение первого напряжения в течение первого промежутка времени и измерение первого выходного значения тока; переключение первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения; изменение второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения; измерение второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение; оценку третьего тока, близкого к выходному значению установившегося тока переходного токового сигнала, после установки третьего напряжения на электродах; вычисление концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока переходных токовых сигналов с помощью заданного соотношения. Также описана система измерения концентрации глюкозы в крови. Достигается повышение точности и надежности анализа. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 26 ил.

1. Способ определения концентрации глюкозы в крови с помощью системы измерения глюкозы, которая включает тест-полоску и измерительный прибор, причем измерительный прибор имеет микроконтроллер, запрограммированный для приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски, причем способ включает:

вставку тест-полоски в разъем порта для установки полоски измерительного прибора для соединения по меньшей мере двух электродов тест-полоски с цепью измерения полоски;

запуск последовательности анализа после нанесения пробы;

приложение первого напряжения в течение первого промежутка времени и измерение первого выходного значения тока;

переключение первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения;

изменение второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения;

измерение второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение;

оценку третьего тока, близкого к выходному значению установившегося тока переходного токового сигнала, после установки третьего напряжения на электродах;

вычисление концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока переходных токовых сигналов с помощью уравнения в виде:

где G₁ представляет собой эквивалент концентрации глюкозы;

где

a’ составляет приблизительно 0,14, b’ составляет приблизительно 4,9, c составляет приблизительно 4,24, d составляет приблизительно 11,28, p’ составляет приблизительно 0,548 и zgr’ составляет приблизительно 9,38;

i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения;

i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения;

i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения; и

i₂ представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения.

2. Способ по п.1, в котором измерение первого выходного значения тока содержит измерение выходного значения тока от упомянутых по меньшей мере двух электродов через примерно 1,1 секунды после запуска последовательности анализа.

3. Способ по п.2, в котором измерение второго выходного значения тока содержит измерение выходного значения тока от упомянутых по меньшей мере двух электродов через примерно 4,1 секунды после запуска последовательности анализа.

4. Способ по п.2, в котором оценка выходного значения установившегося тока содержит измерение выходного значения тока от упомянутых по меньшей мере двух электродов через примерно 5 секунд после запуска последовательности анализа.

5. Система измерения концентрации глюкозы в крови, содержащая:

тест-полоску для измерения аналита, включающую:

подложку с нанесенным на нее реагентом;

по меньшей мере два электрода, расположенных в непосредственной близости от реагента в камере для анализа;

измерительный прибор, включающий:

разъем порта для установки полоски, размещенный с возможностью соединения с упомянутыми по меньшей мере двумя электродами;

источник питания; и

микроконтроллер, электрически соединенный с разъемом порта для установки полоски и источником питания, причем микроконтроллер запрограммирован на определение концентрации глюкозы G₁ на основе коэффициента компенсации гематокрита и тока, пропорционального исходной концентрации глюкозы, где коэффициент компенсации гематокрита содержит соотношение, которое включает ток, пропорциональный исходной концентрации глюкозы, так что по меньшей мере 97% скорректированных результатов анализа находятся в пределах соответствующего критерия погрешности ±10 мг/дл при 65 мг/дл, 240 мг/дл или 450 мг/дл по сравнению с эталонными данными YSI; ±12 мг/дл при 65 мг/дл, 240 мг/дл или 450 мг/дл по сравнению с эталонными данными YSI и ±15 мг/дл при 65 мг/дл, 240 мг/дл или 450 мг/дл по сравнению с эталонными данными YSI;

при этом микроконтроллер запрограммирован для:

приложения множества тестовых напряжений к тест-полоске и измерения выходного переходного токового сигнала, который является результатом электрохимической реакции в камере для анализа тест-полоски;

запуска последовательности анализа после нанесения пробы при приложении первого напряжения в течение первого промежутка времени и измерения первого выходного значения тока;

переключения первого напряжения на второе напряжение, отличное от первого напряжения;

изменения второго напряжения на третье напряжение, отличное от второго напряжения;

измерения второго выходного значения тока переходного токового сигнала с электродов после изменения со второго напряжения на третье напряжение;

оценки третьего тока, близкого к выходному значению установившегося тока переходного токового сигнала, после установки третьего напряжения на электродах;

вычисления концентрации глюкозы в крови на основе первого, второго и третьего выходных значений тока переходных токовых сигналов с помощью уравнения в виде:

где G₁ представляет собой эквивалент концентрации глюкозы;

где

a’ составляет приблизительно 0,14, b’ составляет приблизительно 4,9, c составляет приблизительно 4,24, d составляет приблизительно 11,28, p’ составляет приблизительно 0,548 и zgr’ составляет приблизительно 9,38;

i_4.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения;

i₅ представляет собой ток, измеренный во время приложения третьего напряжения;

i_1.1 представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения; и

i₂ представляет собой ток, измеренный во время приложения второго напряжения.