УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
DEVICE AND METHOD OF IMPROVED MEASUREMENTS BY MEANS OF INSPECTION DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к усовершенствованию измерений, проводимых с помощью контрольно-измерительного устройства, такого как испытательный измерительный прибор, а более конкретно к применению схем с высоким импедансом для осуществления индивидуальных определений того, когда электрохимический датчик (также именуемый электрохимической полоской или электрохимическим элементом) присутствует в измерительном приборе и когда проба присутствует в датчике, и тем самым для получения более точного определения того, когда проба начинает заполнять датчик, расположенный в контрольно-измерительном приборе.
Предшествующий уровень техники
Обнаружение анализируемых веществ в физиологических жидкостях, например в крови или лекарственных средствах, получаемых из крови, приобретает все возрастающую важность в современном обществе. Анализы для обнаружения анализируемых веществ находят применение во множестве приложений, включая тестирование в клинических лабораториях, тестирование в быту, и т.д., когда результаты такого тестирования играют важную роль в диагностике и лечении во множестве болезненных состояний. Анализируемые вещества, представляющие интерес, включают в себя глюкозу при лечении диабета, холестерин и т.п. В ответ на эту растущую важность обнаружения анализируемых веществ, разработано множество протоколов и приборов, как клинического, так и бытового применения, для обнаружения анализируемых веществ. Некоторые из этих приборов включают в себя электрохимические элементы, электрохимические датчики, датчики гемоглобина, датчики антиоксидантов, биодатчики и иммунодатчики, и, как правило, используются совместно с контрольно-измерительным прибором, таким, как испытательный измерительный прибор.
Зачастую желательно проводить анализы для обнаружения анализируемых веществ быстро и точно. Одно распространенное применение, при котором желательны быстрые и точные результаты, заключается в проведении теста на дому для измерения уровня глюкозы в крови. Хотя усовершенствования, связанные со скоростью и точностью анализов при обнаружении анализируемых веществ, уже внедрены, поле деятельности для совершенствования анализов по-прежнему остается. Например, одной областью, в которой еще можно осуществить усовершенствование, является получение точного замера «момента начала» реакции. Как правило, реакция начинается после того, как проба начинает заполнять контрольно-измерительный прибор, а конкретнее электрохимический датчик, расположенный внутри этого прибора. Проба может быть жидкостью тела или контрольным раствором (например, глюкозой в водном растворе). Это можно назвать «автозапуском», поскольку схемы можно налаживать с возможностью обеспечения напряжения, прикладываемого к пробе, как только начинается заполнение. В альтернативном варианте, схемы можно налаживать с возможностью обеспечения напряжения, прикладываемого к пробе, как только заполнение завершается. Во многих электрохимических датчиках используются два электрода для восприятия попадания пробы в камеру обнаружения датчика. Вместе с тем, при определенных условиях эти два электрода могут искажать токи, измеряемые во время процесса «автозапуска». Это может происходить, например, если значительное количество электрохимически активного препарата окисляется или восстанавливается при измерении момента начала во время автозапуска, и/или если электрические компоненты, которые используются для восприятия автозапуска, по-прежнему соединены с активными схемами во время анализа, чтобы непрерывно гарантировать, что электрохимический датчик присутствует.
Соответственно, было бы желательно разработать более быстрые и более точные способы обнаружения того, когда проба начинает заполнять электрохимический датчик, расположенный в контрольно-измерительном приборе, что может также обеспечить более быстрое и точное определение того, когда внутри датчика начинается электрохимическая реакция.
Краткое изложение существа изобретения
Вообще говоря, предложены способы и устройства для совершенствования измерений посредством контрольно-измерительного прибора, такого как испытательный измерительный прибор. В одном возможном варианте осуществления предложен способ обнаружения того, когда проба начинает заполнять электрохимический датчик. Способ может включать в себя обеспечение испытательного измерительного прибора, имеющего схему, и введение электрохимического датчика в испытательный измерительный прибор. С помощью этого испытательного измерительного прибора можно измерять напряжение, которое указывает, что электрохимический датчик в измерительном приборе присутствует, но что пробы в этом датчике нет. Это измеренное напряжение можно назвать «напряжением сухой полоски». В электрохимический датчик можно вводить пробу, такую как образец физиологической жидкости или контрольный раствор, а затем с помощью испытательного измерительного прибора можно измерять другое напряжение, которое отличается от напряжения сухой полоски. Это напряжение, именуемое «напряжением увлаженной полоски», указывает, что электрохимический датчик в измерительном приборе присутствует и что проба в этом датчике есть. Измерение напряжения увлаженной полоски позволяет определить момент времени, когда проба начинает заполнять электрохимический датчик.
В одном варианте осуществления способ также включает в себя измерение базового напряжения. Базовое напряжение - это измеренное напряжение, когда в испытательном измерительном приборе нет датчика. Базовое напряжение имеет значение, которое отличается и от напряжения сухой полоски, и от напряжения увлаженной полоски. Например, в возможном варианте осуществления, абсолютное значение напряжения увлаженной полоски меньше, чем абсолютное значение напряжения сухой полоски, а абсолютное значение напряжения сухой полоски меньше, чем абсолютное значение базового напряжения. Способ также может включать в себя инициирование электрохимического теста в момент, когда определено, или непосредственно после того, когда определено, что проба начинает заполнять электрохимический датчик. В одном варианте осуществления можно привести в действие усилитель с существенно малым коэффициентом усиления, чтобы уменьшить влияние тока утечки, обуславливаемого измеряющим напряжение компонентом, который может быть электрически связан со схемой испытательного измерительного прибора. Усилитель с существенно малым коэффициентом усиления также можно привести в действие, чтобы повысить точность различения посредством испытательного измерительного прибора, например, путем расширения разности напряжений между двумя разными диапазонами напряжения. Способ обеспечивает определение того, когда проба начинает заполнять электрохимический датчик, а также может обеспечить обнаружение того, когда электрохимический датчик подключен к измерительному прибору.
В одном возможном варианте осуществления, испытательный измерительный прибор включает в себя корпус, соединитель порта полоски, прикрепленный к корпусу (например, выполненный в нем), и схему, конфигурация которой обеспечивает проведение электрохимических определений. Конфигурация соединителя порта полоски обеспечивает прием электрохимической тест-полоски. Соединитель порта полоски можно соединить со схемой, например, посредством упомянутого по меньшей мере одного электрического соединителя, тем самым обеспечивая замыкание участков схемы при определенных условиях, таких как ситуация, когда полоска присутствует в соединителе порта полоски, или когда проба, такая как образец физиологической жидкости или контрольный раствор, присутствует на полоске, находящейся в соединителе порта полоски. Схеме можно придать конфигурацию, обеспечивающую электрическое соединение с электрохимической тест-полоской, которая принята соединителем порта полоски, посредством электрического соединителя (электрических соединителей). Схема может включать в себя обнаруживающий компонент, измерительный резистор, узел опорного напряжения (например, виртуальную «землю») и источник увлажнения. Измерительный резистор может быть электрически связан с обнаруживающим компонентом, узлу опорного напряжения можно придать конфигурацию, обеспечивающую электрическую связь с электродом электрохимической тест-полоски, которая находится в контакте с электрическим соединителем, а когда на электрохимической полоске, которая находится в соединителе порта полоски, нет образца физиологической жидкости, источник увлажнения может иметь отдельную электрическую связь от каждого из обнаруживающего компонента, измерительного резистора и узла опорного напряжения. Схема может быть выполнена с возможностью обнаружения трех отдельных и разных напряжений. Первое напряжение может быть результатом отсутствия электрохимической полоски, которая электрически связана со схемой. Второе напряжение может возникать, когда электрохимическая тест-полоска, на которой нет образца физиологической жидкости, находится в измерительном приборе и электрически связана со схемой. Третье напряжение может возникать, когда электрохимическая тест-полоска находится в измерительном приборе и электрически связана со схемой, а образец физиологической жидкости нанесен на электрохимическую тест-полоску в количестве, достаточном для инициирования электрохимического теста.
В одном варианте осуществления измерительного прибора, абсолютное значение второго напряжения меньше, чем абсолютное значение первого напряжения, а абсолютное значение третьего напряжения меньше, чем абсолютное значение второго напряжения. Присутствие электрохимической полоски в соединителе порта полоски может способствовать созданию электрического соединения между источником увлажнения и обнаруживающим компонентом. Кроме того, присутствие пробы на электрохимической полоске, которая находится в соединителе порта полоски, может способствовать созданию электрического соединения между каждым из источника увлажнения, обнаруживающего компонента и узла опорного напряжения. В одном варианте осуществления количество пробы, достаточное для проведения электрохимического теста, представляет собой минимальный объем пробы, достаточный для образования электрического соединения между общим электрическим соединителем и по меньшей мере одним из первого электрического соединителя и второго электрического соединителя. Измерительный прибор также может включать в себя генератор сигналов заданной формы, который может подавать напряжение для вступления пробы, находящейся на электрохимической тест-полоске, которая находится в соединителе порта полоски, в реакцию. Приложение такого напряжения для обнаружения пробы можно назвать «автозапуском». В одном варианте осуществления узел опорного напряжения включает в себя трансимпедансный усилитель.
В одном возможном варианте осуществления электрохимической системы, эта система включает в себя электрохимический датчик, испытательный измерительный прибор, конфигурация которого обеспечивает прием электрохимического датчика, и схему внутри испытательного измерительного прибора. Этой схеме можно придать конфигурацию, обеспечивающую обнаружение трех напряжений. Первое напряжение может указывать, что в испытательном измерительном приборе нет электрохимического датчика. Второе напряжение, которое отличается от первого напряжения, может указывать, что электрохимический датчик в испытательном измерительном приборе есть, но в этом датчике нет пробы, такой как образец физиологической жидкости или контрольный раствор. Третье напряжение, которое отличается от первого и второго напряжений, указывает, что электрохимический датчик находится в испытательном измерительном приборе, а на электрохимический датчик нанесена проба. В одном варианте осуществления абсолютное значение второго напряжения меньше, чем абсолютное значение первого напряжения, а абсолютное значение третьего напряжения меньше, чем абсолютное значение второго напряжения.
Испытательный измерительный прибор может включать в себя соединитель порта датчика, включающий в себя первый электрический соединитель и второй электрический соединитель. Соединителю порта датчика можно придать такую конфигурацию, что присутствие электрохимического датчика в измерительном приборе может привести к низкому импедансу связи между первым и вторым электрическими соединителями. Соединитель порта датчика может также включать в себя общий электрический соединитель, который расположен рядом с по меньшей мере одним из первого и второго электрических соединителей. Соединителю порта датчика можно придать такую конфигурацию, что присутствие пробы в электрохимическом датчике в измерительном приборе может привести к электрическому соединению между общим электрическим соединителем и по меньшей мере одним из первого и второго электрических соединителей.
Количество пробы, которая присутствует в электрохимическом датчике, может представлять собой минимальный объем, достаточный для образования электрического соединения между общим электрическим соединителем и по меньшей мере одним из первого и второго электрических соединителей. Схема также может включать в себя измерительный резистор, обнаруживающий компонент, узел опорного напряжения (например, виртуальную «землю») и источник увлажнения. Измерительный резистор может быть электрически связан с одним из первого и второго электрических соединителей. Обнаруживающий компонент может быть электрически соединен с измерительным резистором и соответствующим электрическим соединителем. Кроме того, обнаруживающему компоненту можно придать конфигурацию, обеспечивающую определение присутствия электрохимического датчика в испытательном измерительном приборе и присутствия тест-полоски в электрохимическом датчике в испытательном измерительном приборе. Узел опорного напряжения может быть электрически соединен с общим электрическим соединителем. Помимо этого, источник увлажнения может быть электрически соединен с другим из первого и второго электрических соединителей. Источник увлажнения может быть электрохимически соединен с общим электрическим соединителем и по меньшей мере одним из первого и второго электрических соединителей в результате присутствия упомянутого количества пробы в датчике в испытательном измерительном приборе.
Схема может также включать в себя генератор сигналов заданной формы. Этот генератор сигналов заданной формы может быть электрически соединен с источником увлажнения и другим из первого и второго электрических соединителей (тем же электрическим соединителем, который электрически соединен с источником увлажнения). Генератору сигналов можно придать конфигурацию, обеспечивающую приложение напряжения для электрохимического измерения пробы, находящейся в электрохимическом датчике. Генератору сигналов можно придать конфигурацию, обеспечивающую автозапуск, как только проба начинает заполнять датчик, находящийся в измерительном приборе. В одном варианте осуществления обнаруживающий компонент включает в себя усилитель с существенно малым коэффициентом усиления, конфигурация которого обеспечивает уменьшение ошибки, обуславливаемой измеряющим напряжение компонентом, который может быть электрически связан со схемой. Усилитель с существенно малым коэффициентом усиления также может входить в состав обнаруживающего компонента как его часть для расширения разности напряжений между двумя разными диапазонами напряжения, вследствие чего повышается точность различения посредством измерительного прибора. В еще одном варианте осуществления узел опорного напряжения включает в себя трансимпедансный усилитель. В одном возможном варианте осуществления отношение сопротивлений между источником увлажнения и измерительным резистором составляет приблизительно 3:2.
Краткое описание чертежей
Это изобретение можно будет лучше понять исходя из нижеследующего подробного описания, приводимого в связи с прилагаемыми чертежами, при этом:
на фиг.1А показан упрощенный чертеж испытательного измерительного прибора согласно данному изобретению, причем этот измерительный прибор включает в себя схему и имеет конфигурацию, обеспечивающую его применение с электрохимическим датчиком;
на фиг.1В показан упрощенный чертеж схемы согласно фиг.1А, в соответствии с данным изобретением;
на фиг.2 показано перспективное изображение электрохимического датчика согласно фиг.1А;
на фиг.3 показано перспективное изображение в разобранном состоянии электрохимического датчика согласно фиг.2;
на фиг.4 показано перспективное изображение дистального участка электрохимического датчика согласно фиг.2;
на фиг.5 показан график, иллюстрирующий изменение напряжения во времени, когда электрохимическая полоска соединена со схемой согласно фиг.1В, проба введена на полоску, а полоска отсоединена от схемы в соответствии с данным изобретением;
на фиг.6 показан график, иллюстрирующий изменение напряжения во времени, когда проба нанесена на электрохимическую полоску, которая соединена со схемой, типичной для уровня техники, но масштаб напряжения удвоен по сравнению с фиг.5 для лучшей иллюстрации шагового изменения; и
на фиг.7 показан график, иллюстрирующий изменение напряжения во времени, когда проба нанесена на электрохимическую полоску, которая соединена со схемой согласно фиг.1В.
Подробное описание
Теперь будут описаны некоторые возможные варианты осуществления, чтобы обеспечить полное понимание принципов конструкции, функционирования, изготовления и применения описываемых здесь устройств и способов. Один или более примеров этих вариантов осуществления показаны на прилагаемых чертежах. Специалисты в данной области техники поймут, что устройства и способы, конкретно описанные здесь и проиллюстрированные на чертежах, представляют собой неограничительные возможные варианты осуществления, и что объем притязаний данного изобретения определяется исключительно формулой изобретения. Признаки, проиллюстрированные и описанные в связи с одним возможным вариантом осуществления, можно объединять с признаками, описанными в других вариантах осуществления. Предполагается, что такие модификации и изменения заключены в рамках объема притязаний данного изобретения.
В этом описании такие термины, как «электрохимические элементы», «электрохимические датчики» и «электрохимические полоски», могут употребляться взаимозаменяемо. Электрохимические элементы, датчики и тест-полоски можно вставлять в испытательный измерительный прибор для проведения измерений. Вставление датчика в измерительный прибор может способствовать установлению электрического соединения с электронными компонентами измерительного прибора. Специалист в данной области техники поймет, что содержащееся здесь описание, касающееся электронных компонентов и схем, можно использовать совместно со многими разновидностями электрохимических датчиков, электрохимических элементов, электрохимических полосок, испытательных измерительных приборов и других контрольно-измерительных приборов. Фактически, как будет подробнее описано ниже, в связи с приводимыми здесь принципами можно также использовать другие устройства для проведения реакций проб с целью обнаружения анализируемых веществ, такие как датчики гемоглобина, датчики антиоксидантов, биодатчики и иммунодатчики. Кроме того, другие термины и выражения, которые могут употребляться в контексте описания электропроводного тракта между компонентами, включают в себя, но не в ограничительном смысле, такие термины и выражения, как «электрическая связь», «подключенный», «соединенный» и «соединенный проводом», когда речь идет о соединениях в пределах схемы. Имея в виду описание во всей его полноте и с учетом собственных знаний о предмете, специалист в данной области техники поймет эти, а также другие термины и выражения, которые можно употреблять взаимозаменяемо. Помимо этого, упоминание об электроде, находящемся в контакте с электрическим соединителем, не накладывает требование, в соответствии с которым электрод физически контактирует или находится в непосредственном контакте с электрическим соединителем. В соответствии с данным изобретением электрод может находиться в контакте с электрическим соединителем посредством одного или более других компонентов, таких как контактная площадка и/или соединительная дорожка.
Специалист в данной области техники также поймет, что испытательный измерительный прибор может иметь множество конфигураций. Скажем, он может быть портативным, может представлять собой настольную модель, а кроме того, электронные компоненты, описываемые здесь как являющиеся частью измерительного прибора, можно использовать с контрольно-измерительными приборами других типов.
Возможный вариант осуществления испытательного измерительного прибора 10, обладающего повышенными измерительными возможностями, показан на фиг.1A. Измерительный прибор включает в себя соединитель 108 с отверстием для датчика или полоски, конфигурация которого обеспечивает прием электрохимического датчика или полоски 262. Соединитель 108 с отверстием для полоски может включать в себя электрические соединители 110, 112 и 114 (как показано на фиг.1B) для введения в контакт с электродами полоски 262, что подробнее рассматривается ниже в связи с фиг.2-4 и вследствие чего в пределах схемы 100 испытательного измерительного прибора 10 образуются электрические соединения. Соединитель 108 с отверстием для полоски может включать в себя, как часть, любое количество электрических соединителей. На показанном упрощенном чертеже видно, что измерительный прибор 10 может быть состыкован с первой контактной площадкой 267 и второй контактной площадкой 263 полоски 262. Вторую контактную площадку 263 можно использовать для установления электрического соединения с испытательным измерительным прибором посредством U-образного паза 265 в полоске 262. Первая контактная площадка 267 полоски 262 может включать в себя два зубца 267a и 267b. В одном возможном варианте осуществления первый и второй электрические соединители 110 и 112 по отдельности соединены с зубцами 267 a и 267b, соответственно, создавая первое электрическое соединение, показанное на фиг.1A линиями 12a и 12b, которые вместе образуют первое электрическое соединение, а общий электрический соединитель 114 соединен со второй контактной площадкой 263, создавая второе электрическое соединение, показанное на фиг.1A линией 11. В одном варианте осуществления, измерительный прибор 10 может включать в себя блок 16 испытательного напряжения, блок 17 измерения тока, процессор 412, блок 410 памяти и дисплей 402, как показано на фиг.1A.
Пробу для анализа можно вводить в полоску 262 после расположения полоски 262 в измерительном приборе 10. Проба может быть жидкостью тела или контрольным раствором (например, глюкозой в водном растворе). Схема 100 обеспечивает простое и быстрое обнаружение присутствия пробы в электрохимическом датчике. Присутствие пробы отображается минимальным количеством, как правило, не всей пробы, которое достаточно для перекрытия зазора между первым электродом 366 и вторым электродом 364 полоски 262 (как изображено на фиг.2-4). Как подробнее поясняется ниже, количество, достаточное для начала реакции, представляет собой количество, которое способствует созданию электропроводного жидкостного тракта между электрическими соединителями 110 и 114 и/или 112 и 114 соединителя 108 с отверстием для полоски. Специалист в данной области техники поймет, когда такое количество попало в датчик, образуя электрическое соединение. Другой особенностью схемы 100 является ее способность быстро и просто определять, находится ли электрохимический датчик уже внутри измерительного прибора, до введения пробы. Электрохимическую полоску 262 можно извлекать, когда тест завершен, так что в измерительный прибор 10 можно вводить другой датчик для дальнейшего тестирования.
Одним преимуществом точного обнаружения присутствия пробы является обеспечение точного момента начала для инициирования электрохимической реакции. Более точное определение момента начала будет гарантировать достижение более точных результатов посредством анализа, проводимого измерительным прибором. Посредством используемых схем данное изобретение обеспечивает более быстрое и более точное определение момента начала, поскольку данное изобретение обеспечивает отдельные измерения отличающихся напряжений, характеризующие установление разных электрических соединений. Первое напряжение, которое можно измерить, иногда именуемое «базовым напряжением», указывает, что в измерительном приборе нет датчика. Второе, отличающееся напряжение, которое можно измерить, иногда именуемое «напряжением сухой полоски», указывает, что датчик в измерительном приборе есть, но что датчик не содержит пробу. Третье, тоже отличающееся напряжение, которое можно измерить, иногда именуемое «напряжением увлаженной полоски», указывает, что датчик в измерительном приборе есть и что в датчике есть проба.
Один возможный вариант осуществления схемы 100, предназначенной для использования с измерительным прибором 10, изображен на фиг.1B. Изображенная схема 100 представляет собой схему с высоким импедансом и включает в себя измерительный резистор 120, обнаруживающий компонент 140, узел опорного напряжения или виртуальную «землю» 160 и источник 180 увлажнения. Специалист в данной области техники поймет технические требования к «схемам с высоким импедансом», которые выполнены с возможностью измерения напряжений из схем, имеющих конкретные значения сопротивления, без изменения измеряемого сигнала. Хотя в изображенном варианте осуществления виртуальная «земля» 160 включает в себя усилитель 164 и резистор 162, эти усилитель и резистор являются необязательными. Как подробнее рассматривается ниже, для обеспечения виртуальной «земли» 160 можно использовать любое количество конфигураций и компонентов. Усилитель 144, резистор 146 и резистор 156 обнаруживающего компонента 140 также являются необязательными.
Система также может включать в себя электрохимический датчик или соединитель 108 с отверстием для полоски, который может быть подключен или иным образом подсоединен к корпусу измерительного прибора. Соединителю 108 с отверстием для полоски можно придать конфигурацию, обеспечивающую прием электрохимического датчика, и этот соединитель может включать в себя по меньшей мере один электрический соединитель. В изображенном варианте осуществления соединитель 108 с отверстием для полоски включает в себя три электрических соединителя - первый электрический соединитель 110, второй электрический соединитель 112 и общий электрический соединитель 114, хотя можно использовать любое количество электрических соединителей. Термин «общий электрический соединитель» употребляется потому, что, когда электрохимический процесс активен, возможен путь электрического тока либо к электрическому соединителю 110, либо к электрическому соединителю 112, либо и к электрическому соединителю 110 и электрическому соединителю 112. Электрические соединители 110, 112 и 114 можно подключать к схеме посредством проводов или иным образом, и можно придать им конфигурацию, обеспечивающую прием электродов электрохимического датчика, так что электрохимический датчик можно соединять со схемой 100 измерительного прибора. В этом изображенном возможном варианте осуществления соединители 110, 112 и 114 принимают контактные площадки 267 и 263, которые описываются ниже в связи с фиг.2-4 и электрически подключены к электродам 366 и 364. Как показано, один способ, посредством которого электрические соединители 110, 112 и 114 можно вводить в контакт с контактными площадками 267 и 263, предусматривает использование отводов или лапок t. Вместе с тем, для введения электродов датчика в контакт с целью создания электрического соединения, подобного электрическим соединениям, иллюстрируемым посредством линий 11, 12a и 12b, изображенных на фиг.1А, можно использовать любое количество механизмов.
Как показано на фиг.1B, измерительный резистор 120 и обнаруживающий компонент 140 могут быть подключены ко второму электрическому соединителю 112, источник 180 увлажнения может быть подключен к первому электрическому соединителю 110, а виртуальная «земля» 160 может быть подключена к общему электрическому соединителю 114. В изображенном варианте осуществления общий электрический соединитель 114 соседствует и с первым, и со вторым электрическими соединителями 110 и 112, но в других вариантах осуществления общий электрический соединитель 114 соседствует с по меньшей мере одним из электрических соединителей 110 и 112, так что между ними может быть образовано электрическое соединение, когда проба введена в датчик. Как будет подробнее рассмотрено ниже в отношении электрохимических датчиков, в связи со схемами с высоким импедансом, описываемыми в данном изобретении, можно использовать любое количество электродов и электрических соединителей, а также любое количество конфигураций. Так, хотя в варианте осуществления, изображенном на фиг.1B, показан общий электрический соединитель 114, расположенный между первым электрическим соединителем 110 и вторым электрическим соединителем 112, электрические соединители 110, 112 и 114 и другие электрические соединители, а также принимаемые ими контактные площадки и электроды электрохимического датчика, могут иметь состав и конфигурации в широком множестве вариантов. В качестве неограничительного примера, отметим, что хотя иллюстрируемый ниже вариант осуществления (фиг.2-4) включает в себя по меньшей мере два электрода 366 и 364 в конфигурации, предусматривающей их расположение друг против друга, в других вариантах осуществления по меньшей мере два электрода могут быть расположены в копланарной конфигурации.
1
2
2
1
Как говорилось выше, схема 100 с высоким импедансом приводит к наличию трех различных выходных напряжений. Измерение в диапазоне первого или базового напряжения, отображенном как напряжение S на фиг.5, которое подробнее рассматривается ниже, можно проводить, когда электрохимическая полоска не находится в испытательном измерительном приборе, имеющем схему 100. Выходное напряжение названо диапазоном потому, что результирующее напряжение будет зависеть от какого угодно количества характеристик схемы 100 и ее компонентов. Диапазон второго напряжения или напряжения сухой полоски, отображенный как напряжение S на фиг.5, выдается, когда электрохимическая полоска находится в испытательном измерительном приборе, имеющем схему 100, но на электрохимической полоске нет пробы (т.е., полоска является сухой, поскольку на ней нет пробы, увлажняющей ее). Как изображено на фиг.5, абсолютное значение напряжения S сухой полоски относительно аналоговой «земли» (AGND), как правило, отличается от абсолютного значения базового напряжения S относительно AGND и меньше него. Более конкретно, абсолютное значение верхнего конца диапазона напряжения сухой полоски относительно AGND, может быть, и в типичном случае бывает, меньше, чем абсолютное значение нижнего конца диапазона базового напряжения относительно AGND. Абсолютные значения напряжений, рассматриваемые по всему тексту этой заявки, берутся относительно AGND, даже если это не указано явно.
3
3
2
3
2
3
1
1
Диапазон третьего напряжения или напряжения увлажненной полоски, отображенный как напряжение S на фиг.5, выдается, когда электрохимическая полоска находится в испытательном измерительном приборе, имеющем схему 100, а проба находится на электрохимической полоске (т.е., полоска увлажнена, поскольку на полоске есть проба, увлажняющая ее). Абсолютное значение S напряжения увлажненной полоски, как правило, отличается от напряжения S сухой полоски и меньше него. Более конкретно, как изображено на фиг.5, абсолютное значение самого верхнего уровня напряжения S увлажненной полоски может быть, и обычно бывает, меньше, чем абсолютное значение самого нижнего уровня напряжения S сухой полоски, и поэтому абсолютное значение самого верхнего уровня напряжения S увлажненной полоски также может, как правило, быть меньше, чем абсолютное значение самого нижнего уровня базового напряжение S. В одном варианте осуществления, абсолютное значение самого верхнего уровня базового напряжения составляет примерно 1,25 В (относительно точки AGND, изображенной на фиг.1B), и нижний конец базового напряжения составляет примерно 0,25 В, а более конкретно составляет примерно 1,19 В, абсолютное значение самого верхнего уровня напряжения сухой полоски составляет примерно 0,60 В, а нижний конец напряжения сухой полоски составляет примерно 0,15 В, а более конкретно составляет примерно 0,25 В, и абсолютное значение самого верхнего уровня напряжения увлажненной колоски составляет примерно 0,25 В и нижний конец напряжения увлажненной колоски составляет примерно 0 В, а более конкретно - составляет примерно 0,15 В. Когда электрохимическую полоску извлекают из измерительного прибора, выходное напряжение может возвратиться в диапазон базового напряжения, отображенный напряжением S на фиг.5.
Различные диапазоны напряжения, создаваемые схемой 100 с высоким импедансом, обеспечивают быстрое, беспрепятственное и четкое определение того, когда проба начинает заполнять электрохимическую полоску. В вариантах осуществления, обладающих признаком автозапуска, при котором реакция начинается после того, как проба начинает заполнять полоску, определение того, когда проба начинает заполнять электрохимическую полоску, также дает возможность определить момент начала самой реакции. Это отличается от полного времени обнаружения, которое является указанием на то, что проба полностью заполнила полоску.
Конфигурация схемы 100 обычно обеспечивает соединение с электродами электрохимического датчика посредством электрических соединителей 110, 112 и 114. Хотя измерительный прибор и датчик будут конкретнее описаны ниже, электрические соединители 110, 112 и 114 соединителя 108 с отверстием для полоски, связанного с измерительным прибором, и электроды датчиков могут иметь в большинстве случаев любые размеры, форму и конфигурацию. Например, в одном варианте осуществления первый и второй электрические соединители 110, 112 соединены со схемой проводами и имеют конфигурацию, обеспечивающую контакт с первым электродом датчика, вставленного в измерительный прибор, для образования первого электрического соединения, изображенного линиями 12a и 12b на фиг.1A, а общий электрический соединитель 114 соединен со схемой проводами и имеет конфигурацию, обеспечивающую контакт со вторым электродом датчика, вставленного в измерительный прибор, для образования второго электрического соединения, изображенного линией 11 на фиг.1A. В изображенном варианте осуществления первый и второй электрические соединители 110 и 112, показанные на фиг.1B, контактируют с двумя зубцами 267a и 267b, показанными на фиг.1A, создавая электрическое соединение между первым электродом 366 (изображенным на фиг.3 и 4) и электрическими соединителями 110 и 112. Кроме того, общий электрический соединитель 114, показанный на фиг.1B, контактирует с контактной площадкой 263, изображенной на фиг.1A, создавая электрическое соединение между вторым электродом 364 (изображенным на фиг.3 и 4) и электрическим соединителем 114. Однако электрическое соединение между электрическим соединителем 114 и по меньшей мере одним из электрических соединителей 110 и 112 не образуется до тех пор, пока проба не перекроет проем отверстия 270 (изображенного на фиг.2-4), находящегося между первым электродом 366 и вторым электродом 364, тем самым замыкая электрическую цепь между контактными площадками 267 и 263 и соединителями 114 и 110 и/или 114 и 112. Первый и второй электроды 366 и 364 могут быть, например, рабочими электродами, противоэлектродами, электродами сравнения или противоэлектродами и электродами сравнения. Электроды 336 и 364 могут быть выполнены из металла, такого как палладий или золото, а электрические соединители 110, 112 и 114 тоже могут быть металлическими, тем самым обеспечивая образование электрического соединения с датчиком сразу же после того, как электроды датчика оказываются в контакте с электрическими соединителями 110 и 112. В одном возможном варианте осуществления первый электрод 366 датчика 262 является нижним электродом, включающим в себя палладий, а второй электрод 364 датчика 262 является верхним электродом, включающим в себя золото. Специалист в данной области техники поймет, что зачастую роль, которую электрод играет во время разных фаз измерения, изменяется, так что он может начинать как рабочий электрод, но может переключаться один или несколько раз между функциями рабочего электрода и противоэлектрода.
В изображенном варианте осуществления, когда полоска введена в схему 100, эта полоска располагается между первым и вторым электрическими соединителями 110, 112, так что полоска вступает в контакт с первым электрическим соединителем 110 посредством первого участка первого электрода полоски, который показан как один из зубцов 267a и 267b, вступая при этом в контакт со вторым электрическим соединителем 112 посредством второго участка первого электрода полоски, другого из зубцов 267a и 267b. Когда полоска вступает в контакт с первым и вторым электрическими соединителями 110 и 112, присутствие полоски можно обнаружить. Контакт между общим электрическим соединителем 114 и полоской для обнаружения полоски не требуется, хотя общий электрический соединитель 114 должен находиться в контакте с полоской для обнаружения пробы. В изображенном варианте осуществления первый электрический соединитель 110 также помечен как электрический соединитель для сигнала возбуждения полоски, а второй электрический соединитель 112 помечен как электрический соединитель для сигнала состояния полоски. Наименование первого электрического соединителя 110 как электрического соединителя для сигнала возбуждения полоски связано с присутствием генератора сигналов, такого как генератор 200 сигналов, конфигурация которого обеспечивает возбуждение электрического соединения между источником 180 увлажнения и виртуальной «землей» 160, как подробнее рассматривается ниже. Наименование второго электрического соединителя 112 как электрического соединителя для сигнала состояния полоски связано с тем, что, когда полоска вступает в контакт со вторым электрическим соединителем 112, между первым и вторым электрическими соединителями 110 и 112 образуется электрическое соединение, указывая тем самым состояние полоски, т.е., находится ли полоска в измерительном приборе.
Хотя компоненты схемы 100 (например, измерительный резистор 120, обнаруживающий компонент 140, виртуальная «земля» 160, источник 180 увлажнения и генератор 200 сигналов, а также присутствующие в них отдельные компоненты) будут описаны как имеющие конкретные характеристики, такие как конкретные размеры или значения сопротивлений резисторов, специалист в данной области техники поймет, что можно также использовать и компоненты, имеющие другие значения параметров. Размер и значение параметра компонентов, используемых совместно со схемой 100, будут зависеть, по меньшей мере частично, от других компонентов в схеме 100, а также размеров и конфигурации тех компонентов в схеме 100, размера, типа и конфигурации электрохимических элементов, электрохимических датчиков, электрохимических полосок, иммунодатчиков и других аналогичных приборов с которыми используется схема 100, и типа, размера и конфигурации электродов и электрических соединителей, с которыми используется схема 100. Соответственно, с той мерой целесообразности, с какой любые компоненты схемы 100 описаны как имеющие конкретные характеристики, такие как размеры и значения параметров, такие характеристики ни в коей мере не накладывают ограничения на саму схему 100. В качестве неограничительного примера, отметим, что специалист в данной области техники поймет, что в изображенном варианте осуществления усилитель 144 обнаруживающего компонента является операционным усилителем с большим коэффициентом усиления, но что наличие резисторов 146 и 156 делает этот усилитель усилителем с существенно малым коэффициентом усиления. Специалистам в данной области техники будут ясны многие способы достижения конкретных свойств и функциональных возможностей с помощью других компонентов.
Одним компонентом схемы 100 является измерительный резистор 120. Как показано, измерительный резистор 120 электрически связан со вторым электрическим соединителем 112, а также с обнаруживающим компонентом 140. Измерительный резистор 120 в одном варианте осуществления представляет собой резистор с сопротивлением 2 МОм и точностью 1%. Наладка схемы 100 такова, что показание напряжения с участка схемы 100, включающего в себя измерительный резистор 120, составит приблизительно -1,25 В, когда цепь разомкнута, то есть, когда схема 100 не обнаруживает электрохимическую полоску. В таком случае, никакие другие электрические соединения не вырабатывают напряжение, чтобы изменить напряжение, подаваемое участком схемы 100, включающим в себя измерительный резистор 120. На практике, фактические показания будут, вероятно, более положительными, чем -1,25 В, из-за типичных ограничений электроники и цепей.
Другим компонентом схемы 100 является обнаруживающий компонент 140. Как показано, обнаруживающий компонент 140 электрически связан и со вторым электрическим соединителем 112, и с измерительным резистором 120. Обнаруживающий компонент 140 может обнаруживать, когда электрохимическая полоска размещена внутри измерительного прибора, с которым связана схема 100, тем самым замыкая электрическую цепь. Так, когда электрод полоски контактирует со вторым электрическим соединителем 112, будет происходить изменение напряжения, тем самым указывая на присутствие полоски. Как только обнаруживается, что полоска (без пробы) присутствует, активного соединения с общим электрическим соединителем 114 нет. Электрическое соединение, предусматривающее электрические соединители 110 и 112 в присутствии полоски, и электрическое соединение, предусматривающее общий электрический соединитель 114 и по меньшей мере один из электрических соединителей 110 и 112 в присутствии пробы, в конечном счете, регистрируются выходным участком 141 обнаружения полоски и/или пробы, который, в свою очередь, направляет информацию о соответствующих соединениях схемы 100, обнаруженных при измерениях, в измерительный прибор, скажем, для отображения. Выходному участку 141 обнаружения полоски и/или пробы можно придать конфигурацию, обеспечивающую его электрическую связь с таким измеряющим напряжение компонентом, который может измерять изменения напряжения, могущие происходить внутри схемы 100, как аналого-цифровой преобразователь, компаратор, вольтметр, многоцелевой измерительный прибор, или другие приборы, которые проводят измерения напряжения.
Обнаруживающий компонент 140 также может обнаружить, когда проба находится на электрохимической полоске. Когда пробу наносят на полоску, это замыкает электрическое соединение между общим электрическим соединителем 114 и первым электрическим соединителем 110. В альтернативном варианте осуществления присутствие пробы может приводить к замыканию электрического соединения между общим электрическим соединителем 114 и вторым электрическим соединителем 112, или между общим электрическим соединителем 114 и обоими, первым и вторым, электрическими соединителями 110 и 112. Те же схемы, конфигурация которых обеспечивает обнаружение присутствия полоски, также имеют конфигурацию, обеспечивающую обнаружение присутствия пробы. Это выгодно по ряду причин, включая такую, как повышение чувствительности измерительного прибора при обнаружении, и такую, как уменьшение вероятности негативного воздействия, оказываемого на полоску до поступления пробы. Например, использование одних и тех же схем для обнаружения и полоски, и пробы может уменьшить шансы электрохимического изменения анализируемой пробы или анализируемого вещества за счет электрической стимуляции, которая может быть результатом избыточного напряжения и/или приложения напряжения в течение избыточного периода времени. Повышенная чувствительность может проявляться в повышенной скорости тестирования и более различимых измерениях. Как только проба появляется, результирующее выходное напряжение дает возможность простого и надежного определения того, что проба начала заполнять полоску, и, если предусмотрен признак автозапуска, возможность обнаружения того, что началась реакция.
Обнаруживающий компонент 140 может включать в себя некоторое количество необязательных компонентов, а в изображенном варианте осуществления этот компонент включает в себя усилитель 144, первый резистор 146, второй резистор 156 и аналоговую «землю». Как изображено, усилитель 144 является операционным усилителем с большим коэффициентом усиления, но наличие резисторов 146 и 156 делает этот усилитель усилителем с существенно малым коэффициентом усиления. Специалистам в данной области техники будут ясны многие способы достижения конкретных свойств и функциональных возможностей с помощью других компонентов. Буфер, становящийся результатом этой конфигурации, является электронным. Из того факта, что усилитель 144 и резисторы 146, 156 образуют усилитель с существенно малым коэффициентом усиления, вытекает ряд преимуществ. Например, усилитель с существенно малым коэффициентом усиления может способствовать уменьшению влияний измеряющего напряжение компонента, который электрически связан со схемой 100, на выходном участке 141 обнаружения полоски и/или пробы. Усилитель с существенно малым коэффициентом усиления способствует развязке или буферизации измеряющего напряжение компонента от остальной части схемы 100, тем самым ограничивая влияния измеряющего напряжение компонента. Кроме того, усилитель с существенно малым коэффициентом усиления может повысить точность различения посредством испытательного измерительного прибора, потому что усилитель 144 может расширить разность напряжений между двумя разными диапазонами напряжения. В изображенном варианте осуществления, хотя усилитель 144 имеет коэффициент усиления по напряжению, который больше двух, общий коэффициент усиления по напряжению устанавливается равным приблизительно двум в результате того, что резистор 146 является резистором с сопротивлением 10 кОм и резистор 156 также является резистором с сопротивлением 10 кОм. В еще одном варианте осуществления, в котором коэффициент усиления составляет лишь единицу, преимущество развязывания или буферизации измеряющего напряжение компонента сохраняется, а преимущество улучшения различения не существует. Вместе с тем, коэффициент усиления может быть слишком большим, чтобы сделать схему функциональной. Например, в изображенном варианте осуществления коэффициент усиления, существенно превышающий четыре, может привести к нефункциональной схеме. Одним возможным вариантом осуществления усилителя, предназначенного для использования в изобретении, является OPA2335AIDGK, который изготавливается фирмой Burr Brown.
Схемы обнаруживающего компонента 140 таковы, что, когда происходит изменение первого тока, тем самым указывая на присутствие электрохимической полоски, абсолютное значение обнаруживаемого напряжения будет меньше, чем абсолютное значение базового напряжения, когда полоска отсутствует. Фактически, поскольку значение напряжения может иметь огромное множество диапазонов ввиду возможности внесения различных компонентов и модификаций в схему 100, которые могут вызывать флуктуации до некоторой степени, абсолютное значение диапазона напряжения, обнаруживаемого, когда полоска присутствует, как правило, меньше, чем абсолютное значение диапазона базового напряжения, обнаруживаемого, когда полоска отсутствует. Более конкретно, абсолютное значение самого верхнего уровня диапазона напряжения, когда полоска присутствует, может быть, и обычно является, меньшим, чем абсолютное значение самого нижнего уровня диапазона базового напряжения, когда полоска отсутствует. В одном варианте осуществления, диапазон обнаруживаемого напряжения, когда полоска присутствует, но является сухой, поскольку на ней нет пробы, находится приблизительно между более чем примерно -1,25 В и примерно -0,25 В. В еще одном возможном варианте осуществления присутствие полоски обуславливает напряжение, измеряемое в системе, составляющее приблизительно -0,25 В.
Хотя обнаружение полоски в измерительном приборе (т.е., присутствия полоски без пробы) в данном изобретении не требуется, обычно это считается выгодным. Схеме 100 можно придать конфигурацию, не предусматривающую способность обнаруживать, присутствует ли электрохимическая полоска, хотя и по-прежнему предусматривающую выгоды способности быстро и просто определять, когда проба начинает заполнять датчик и когда начинается электрохимическая реакция пробы. Например, в одном варианте осуществления измерительному прибору можно придать конфигурацию, обеспечивающую его включение, когда датчик вводят в измерительный прибор. В результате, до вставления датчика измерение не проводится, поскольку измерительный прибор не функционален. Как только датчик вставлен, обнаруживаемое напряжение свидетельствует о сухой полоске. Как альтернатива в еще одном варианте осуществления, единственным замером обнаруживаемого напряжения является замер, указывающий, что проба введена в электрохимический датчик. В таком варианте осуществления нет необходимости сравнивать этот замер напряжения с другим напряжением. Вместо этого, само по себе пороговое напряжение, известное как указывающее на присутствие пробы в датчике, может оказаться достаточным для измерительного прибора, чтобы определить присутствие пробы.
Возвращаясь к способности обнаруживать присутствие пробы, отмечаем, что схемы иллюстрируемого обнаруживающего компонента 140 таковы, что, когда возникает изменение тока, тем самым указывая, что проба начала заполнять электрохимическую полоску, в измерительном приборе образуется дополнительное электрическое соединение, а абсолютное значение обнаруживаемого напряжения будет представлять собой сигнал уровня аналоговой «земли», который меньше, чем абсолютное значение напряжения, когда присутствует полоска без пробы. Более конкретно, добавление пробы на электрохимическую полоску приводит к образованию электрического соединения между первым электрическим соединителем 110 и общим электрическим соединителем 114, и затем со вторым электрическим соединителем 112. Так, когда проба присутствует, обнаруживающий компонент 140 обнаруживает новое электрическое соединение, созданное за счет присутствия пробы, когда та начинает заполнять полоску.
Присутствие усилителя 144 как части обнаруживающего компонента 140 улучшает способность схемы 100 обнаруживать присутствие пробы. Усилитель 144 увеличивает амплитуду изменения сигнала схемы 100, тем самым увеличивая чувствительность схемы при обнаружении пробы. Ток, проходящий через полоску, можно обнаруживать посредством тока, необходимого для изменения напряжения измерительного резистора 120 с целью уравнивания с напряжением входа в трансимпедансный усилитель 164, предусмотренный в качестве части виртуальной «земли» 160, как описано ниже. Присутствие напряжения из трансимпедансного усилителя 164 можно использовать для недвусмысленного указания того, что между первой контактной площадкой 267 и второй контактной площадкой 263 в результате измерения посредством обнаруживающего компонента 140 обнаружен электропроводный тракт. Датчик становится проводящим в результате электрического соединения, образуемого пробой на электрических соединителях 110 и 114 и/или электрохимических соединителях 112 и 114.
Аналогично напряжению, рассматривавшемуся в контексте базового напряжения, когда полоска отсутствует, и напряжения сухой полоски, указывающему, что присутствует полоска без пробы, изменение напряжения, которое является результатом введения пробы на полоску, может до некоторой степени флуктуировать из-за ряда различных переменных, связанных со схемой 100. Однако в типичном случае абсолютное значение самого верхнего уровня диапазона напряжения, когда полоска и проба присутствуют, может быть меньше, чем абсолютное значение самого нижнего уровня диапазона напряжения, когда полоска присутствует, а проба отсутствует. В одном варианте осуществления обнаруживаемый диапазон напряжения, когда электрохимическая полоска находится в измерительном приборе, а проба введена на полоску, находится приблизительно между более чем примерно -0,25 В и примерно 0 В. В одном варианте осуществления присутствие пробы обуславливает напряжение, измеряемое в системе, составляющее приблизительно -0,15 В. Порог обнаружения пробы, являющийся результатом присутствия пробы, можно задавать для переключения в любой точке между пределами напряжения сухой полоски, например, около -0,25 В, и пределами напряжения влажной полоски, например, около 0 В.
Как отмечалось выше, обнаруживающий компонент 140 можно полностью исключить. В таком варианте осуществления обнаружение датчика или полоски происходит на основе источника 180 увлажнения, измерительного резистора 120 и электрических соединителей 110 и 112. Один электрод полоски может контактировать с электрическими соединителями 110 и 112, тем самым создавая электрическое соединение через источник 180 увлажнения, измерительный резистор 120 и электрические соединители 110 и 112. Это соединение находится под напряжением ниже напряжения возбуждения системы, и в одном варианте осуществления результирующее изменение напряжения меньше, чем примерно 0,3 В. Кроме того, когда обнаруживающий компонент 140 полностью исключен, обнаружение пробы происходит на основе источника 180 увлажнения, измерительного резистора 120, виртуальной «земли» 160 и электрических соединителей 110, 112 и 114. Второй электрод полоски может контактировать с электрическим соединителем 114, и при введении пробы может быть установлено электрическое соединение между источником 180 увлажнения, измерительным резистором 120 и виртуальной «землей» 160 и электрическими соединителями 110, 112 и 114. Обнаруживающий компонент 140 буферизует сигнал в обнаруживающую схему, которая соединена с выходным участком 141 обнаружения полоски и/или пробы схемы 100. Более конкретно, обнаруживающий компонент 140 уменьшает нагружающее импеданс измерительной схемы 100.
Схема 100 также включает в себя узел опорного напряжения - виртуальное заземление или виртуальную «землю» 160. В изображенном варианте осуществления виртуальная «земля» 160 электрически связана с общим электрическим соединителем 114. Для обеспечения виртуальной «земли» 160 можно использовать любое количество конфигураций и компонентов. В изображенном варианте осуществления трансимпедансный усилитель 164, соединенный с аналоговой «землей», обеспечивает тракт с малым импедансом, чтобы он служил в качестве виртуальной «земли» 160. В другом варианте осуществления трансимпедансный усилитель 164 можно заменить инвертирующим усилителем с малым входным сопротивлением. В еще одном варианте осуществления можно предусмотреть просто замыкание на землю. Специалисту в данной области техники должно быть известно некоторое количество способов, которыми можно обеспечить тракт с малым импедансом для общего электрического соединителя 114. Тракт с малым импедансом становится уместным, когда предоставляется проба, а изменение напряжения происходит в результате того, что источник 180 увлажнения оказывается электрически соединенным с общим электрическим соединителем 114 через первый электрический соединитель 110, как описано в данной заявке.
Хотя виртуальная «земля» 160 может иметь любое количество конфигураций, в одном варианте осуществления она включает в себя трансимпедансный усилитель 164, резистор 162 с сопротивлением 2 кОм и точностью 0,1%, выполненный с возможностью измерения в диапазоне ±600 нА, и аналоговую «землю». Одним примером такого усилителя является MAX4238, который изготавливается фирмой Maxim Integrated Products.
Дополнительным компонентом схемы 100 является источник 180 увлажнения. В изображенном варианте осуществления источник 180 увлажнения подает напряжение. Источник 180 увлажнения соединен с первым электрическим соединителем 110, а в одном варианте осуществления источник 180 увлажнения является электронным. В одном варианте осуществления источник 180 увлажнения включает в себя резистор с сопротивлением приблизительно 3 МОм и точностью 1%. Так, отношение полных сопротивлений схемы в одном возможном варианте осуществления, ввиду компонентов, описанных ранее, а также являющихся частью упомянутого источника в одном возможном варианте осуществления, составляет приблизительно 3:2. Схемы таковы, что источник 180 увлажнения генерирует напряжение приблизительно 1,25 В. Так, когда проба присутствует на электрохимической полоске и между электрическими соединителями 110 и 114, а затем контактирует с электрическим соединителем 112, образуется электрическое соединение, напряжение из источника увлажнения является приблизительно двойником напряжения, подаваемого схемами участка измерительного резистора 120 схемы 100, что приводит к напряжению, превышающему примерно -0,25 В и составляющему приблизительно 0 В.
По выбору, схема 100 может включать в себя генератор 200 сигналов или цифро-аналоговый преобразователь. В изображенном варианте осуществления генератор 200 сигналов подключен к источнику 180 увлажнения и первому электрическому соединителю 110. Как показано, генератор 200 сигналов также включает в себя переключатель 202. Переключатель 202 обеспечивает избирательную развязку генератора 200 сигналов до тех пор, пока не станет желательной подача напряжения в электрохимический датчик, находящийся в измерительном приборе, для проведения теста. Как показано, из-за отсутствия электрохимической полоски или пробы, переключатель 202 находится во выключенном положении, тем самым обеспечивая отсутствие воздействия генератора 200 сигналов на схему 100.
В одном возможном варианте осуществления, конфигурация переключателя 202 обеспечивает автозапуск тестирования сразу же после того, как проба начинает заполнять полоску. Более конкретно, когда проба начинает заполнять электрохимическую полоску, что, в свою очередь, приводит к образованию электрического соединения через первый электрический соединитель 110 и общий электрический соединитель 114, переключателю 202 можно придать конфигурацию, обеспечивающую перевод из выключенного положения во включенное положение. Это приводит к приложению напряжения из генератора 200 сигналов к пробе. Импеданс генератора 200 сигналов должно быть значительно меньшим, чем суммарный импеданс измерительного резистора 120, обнаруживающего компонента 140 и источника 180 увлажнения, и тогда генератор 200 сигналов управляет напряжением на первом электрическом соединителе 110 соединителя 108 с отверстием для полоски. Таким образом, поскольку схема 100 обеспечивает быстрое и простое определение того, когда проба начинает заполнять полоску, в случаях, в которых конфигурация генератора 200 сигналов предусматривает автозапуск, определение момента начала заполнения может также служить определением момента начала электрохимической реакции или теста.
В альтернативных вариантах осуществления значение из источника 180 увлажнения и значение с измерительного резистора 120 можно изменять, чтобы изменить обнаруживаемые напряжения и диапазон проведения обнаружения пробы. В некоторых случаях может оказаться желательным изменение направления протекания тока через электрохимический датчик на обратное. В таких случаях, резистор источника 180 увлажнения и измерительный резистор 120 можно поменять местами, и специалист в данной области техники поймет, как соответственно отрегулировать пороги напряжений обнаружения полоски.
В одном примере, который показывает, как можно определять значения напряжений схемных компонентов с высоким импедансом, подобных компонентам схемы 110, напряжение вставления полоски задано составляющим приблизительно -0,5 В, а ток обнаружения вставления полоски задан составляющим приблизительно 1 мкА. Если усилитель 144 обнаруживающего компонента 140 имеет коэффициент усиления приблизительно 2, напряжение, подаваемое в усилитель 144, составляет приблизительно -0,25 В. Ток обнаружения, составляющий приблизительно 1 мА, может вызвать падение напряжения приблизительно 1 В (от -1,25 В до -0,25 В) на измерительном резисторе 120. Соответственно, измерительный резистор 120 имеет сопротивление приблизительно 1 МОм. Чтобы поддерживать ток обнаружения вставления, составляющий приблизительно 1 мкА, резистор источника увлажнения вызывает падение напряжения приблизительно 1,5 В (от 1,25 до -0,25 В), и поэтому сопротивление резистора источника 180 увлажнения составляет приблизительно 1,5 МОм.
Если предположить, что увлажненная полоска не имеет сопротивления, то, когда наносят пробу, напряжение на измерительном резисторе 120 составляет приблизительно 0 В, а падение напряжения на резисторе составляет приблизительно 1,25 В, и поэтому происходит протекание тока приблизительно 1,25 мкА. Ток, текущий через резистор источника 180 увлажнения, обуславливается напряжением приблизительно 1,25 В на сопротивлении приблизительно 1,5 МОм или составляет приблизительно 0,833 мкА. Разность токов между током измерительного резистора 120 и током резистора источника 180 увлажнения (1,25 мкА - 0,833 мкА) является током полоски, который составляет приблизительно 0,42 мкА.
Результатом этого выбора компонентов являются измерительный резистор 120, имеющий значение сопротивления 1 МОм, резистор источника 180 увлажнения, имеющий значение сопротивления приблизительно 1,5 МОм, измерительный ток, имеющий значение приблизительно 1 мкА, напряжение вставление полоски на входе усилителя 144, составляющее приблизительно -0,25 В, и максимальный ток полоски приблизительно 0,42 мкА.
Во втором примере, который показывает, как можно определить значения параметров схемных компонентов с высоким импедансом, подобных компонентам схемы 100, измерительный резистор 120 имеет сопротивление приблизительно 2,0 МОм, а резистор источника 180 увлажнения имеет сопротивление приблизительно 3,0 МОм. Ток обнаружения вставления полоски составляет приблизительно 500 нА (при напряжении от 1,25 до -1,25 В в сопротивлении 5 МОм, являющемся результатом суммирования сопротивлений резистора источника 180 увлажнения и измерительного резистора 120). Напряжение на измерительном резисторе 120 составит приблизительно 1 В (при токе 500 нА в сопротивлении 2 МОм). Коэффициент усиления усилителя 144 обнаруживающего компонента 140 составляет приблизительно 2,0, так что изменение напряжения, обуславливаемое обнаружением полоски, составляет приблизительно 0,5 В.
Когда электрохимический датчик увлажнен, а электрическое соединение образовано, его сопротивление находится в диапазоне, приблизительно в 1000 раз меньшем, чем измерительные полные сопротивления схемы 100. Это заставляет напряжение на измерительном резисторе 120 становиться приблизительно равным AGND, а измерительный ток - составляющим приблизительно 625 нА (1,25 В/2 МОм). Это означает, что через резистор источника 180 увлажнения протекает ток приблизительно 417 нА (1,25 В/3 МОм). Разность этих двух токов, которая составляет приблизительно 208 нА, может проходить через электрохимический датчик на виртуальную «землю» 160.
Результатом этого второго выбора компонентов являются измерительный резистор 120, имеющий значение сопротивления приблизительно 2 МОм, резистор источника 180 увлажнения, имеющий значение сопротивления приблизительно 3 МОм, измерительный ток, имеющий значение приблизительно 500 нА, напряжение вставления полоски в усилителе 144, составляющее приблизительно -0,25 В, напряжение вставления полоски на выходе усилителя 144, составляющее приблизительно -0,5 В, и максимальный ток увлажненной полоски приблизительно 208 нА.
В третьем примере, который показывает, как можно определить значения параметров схемных компонентов с высоким импедансом, подобных компонентам схемы 100, предполагается, что максимальный желательный ток при обнаружении составляет 100 нА для создания изменения напряжения приблизительно 0,5 В на выходе усилителя 144 обнаруживающего компонента 140, когда проба нанесена. Коэффициент усиления усилителя 144 может составлять приблизительно 3, так что изменение напряжения, обуславливаемое пробой, заполняющей полоску, может составлять приблизительно 0,25 В. Исходя из спецификации измерительного тока, отмечаем, что это может потребовать внутреннего сопротивления источника приблизительно 2,5 МОм (0,25 В/100 нА) при протекании тока через влажную полоску.
Когда полоска вставлена, а проба не нанесена, ток через измерительный резистор 120 составляет 400 нА (1 В/2,5 МОм). Для источника 180 увлажнения, чтобы он мог обеспечить корректное значение при обнаружении полоски, требуемое внутреннее сопротивление составляет 3,75 МОм (1,5 В(общее подаваемое напряжение 2,5 В - измерительное напряжение 1,0 В)/измерительное сопротивление 2,5 МОм).
Результатом этого третьего выбора компонентов являются измерительный резистор 120, имеющий значение сопротивления приблизительно 2,5 МОм, резистор источника 180 увлажнения, имеющий значение сопротивления приблизительно 3,75 МОм, измерительный ток, имеющий значение приблизительно 400 нА, и напряжение вставления полоски на выходе усилителя 144, составляющее приблизительно -0,75 В.
Схема 100 с высоким импедансом может быть встроена во множество испытательных измерительных приборов или других контрольно-измерительных приборов, а кроме того, ее можно использовать с огромным множеством электрохимических датчиков, элементов, полосок, датчиков гемоглобина, датчиков антиоксидантов, биодатчиков, иммунодатчиков, и т.д. Один возможный вариант осуществления электрохимической полоски, с которой можно использовать схему 100, представлен на фиг.2-4.
Как показано, тест-полоска 262 предусмотрена и включает в себя удлиненное тело, проходящее от дистального конца 280 к проксимальному концу 282 и имеющее поперечные края 256, 258. Как показано на фиг.3, тест-полоска 262 также включает в себя слой 266 первого электрода, слой 264 второго электрода и прокладку 260, заключенную в промежутке между двумя слоями 264 и 266 электродов. Слой 266 первого электрода может включать в себя первый электрод 366, первую соединительную дорожку 276 и первую контактную площадку 267, при этом первая соединительная дорожка 276 электрически соединяет первый электрод 366 c первой контактной площадкой 267. Отметим, что первый электрод 366 является участком слоя 266 первого электрода, находящимся непосредственно под слоем 272 реагента. Аналогично, слой 264 второго электрода может включать в себя второй электрод 364, вторую соединительную дорожку 278 и вторую контактную площадку 263, при этом вторая соединительная дорожка 278 электрически соединяет второй электрод 364 со второй контактной площадкой 263. Отметим, что второй электрод 364 является участком слоя 264 второго электрода, находящимся над слоем 272 реагента. Кроме того, вторую контактную площадку 263 можно использовать для установления электрического соединения со схемой, подобной схеме 100, испытательного измерительного прибора посредством U-образного паза 265.
Как показано, принимающая пробу камера 261 ограничена первым электродом 366, вторым электродом 364 и прокладкой 260 около дистального конца 280 тест-полоски 262. Первый электрод 366 и второй электрод 364 могут ограничивать низ и верх принимающей пробу камеры 261, соответственно. Область 268 выреза прокладки 260 может ограничивать боковые стенки принимающей пробу камеры 261. В одном аспекте принимающая пробу камера 261 может включать в себя отверстия 270, которые обеспечивают впуск и/или выпуск пробы. Например, одно из отверстий может обеспечивать втекание текучей пробы, а другое отверстие может обеспечивать вытекание текучей пробы.
Электроды 364 и 366 можно вводить в контакт с электрическими соединителями 110, 112 и 114 схемы 110 посредством контактных площадок 263 и 267. Более конкретно, электрические соединители 110, 112 могут принимать контактную площадку 267, соединенную с первым электродом 366. Как только первый электрод 366 окажется в контакте с обоими соединителями 110 и 112, схема 100 «поймет», что полоска 262 присутствует, выдавая вследствие этого напряжение сухой полоски. Кроме того, электрический соединитель 114 может принимать контактную площадку 263, соединенную со вторым электродом 364. Как только второй электрод 364 окажется в контакте с соединителем 114, а на полоску 262 будет введена проба, между электродами 364 и 366, а значит, между общим электрическим соединителем 114 и по меньшей мере одним из электрических соединителей 110, 112, будет образовано электрическое соединение, и схема 100 обнаружит присутствие пробы. Конечно, специалист в данной области техники поймет, что схему можно связать с электрохимической полоской согласно фиг.2-4 некоторым количеством способов.
Способы и устройства, связанные с полоской, описанной применительно к фиг.2-4, также описаны в публикации № 2009/0301899 заявки на патент США (Hodges и др.) под названием “System и Method for Measuring an Analyte in a Sample” («Система и способ измерения содержания анализируемого вещества в пробе»), поданной 13 мая 2009 г., содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Кроме того, другие возможные устройства, с которыми можно использовать описываемую здесь схему 100 с высоким импедансом, включают в себя, но не в ограничительном смысле, варианты осуществления и способы, описанные в: патенте США № 5942102 (Hodges и др.) под названием “Electrochemical Method” («Электрохимический способ»), патенте США № 6174420 (Hodges и др.), под названием “Electrochemical Cell” («Электрохимический элемент»), патенте США № 1769979 (Hodges и др.) под названием “Electrochemical Cell” («Электрохимический элемент»), патенте США № 6284125 (Hodges и др.) под названием “Electrochemical Cell” («Электрохимический элемент»), патенте США № 6379513 (Chambers и др.) под названием “Sensor Connection Means” («Средства соединения датчика»), патенте США № 6475360 (Hodges и др.) под названием "Heated Electrochemical Cell” («Нагреваемый электрохимический элемент»), патенте США № 6632349 (Hodges и др.) под названием "Hemoglobin Sensor” («Датчик гемоглобина»), патенте США № 6638415 (Hodges и др.) под названием “Antioxidant Sensor” («Датчик антиоксиданта»), патенте США № 6946067 (Hodges и др.) под названием “Method of Forming an Electrical Connection Between an Electrochemical Cell and a Meter” («Способ образования электрического соединения между электрохимическим элементом и измерительным прибором», патенте США № 7043821 (Hodges) под названием “Method of Preventing Short Sampling of a Capillary or Wicking Fill Device” («Способ предотвращения забора недостаточной для исследования пробы посредством капилляродиффузионного или фитильного прибора»), патенте США № 7431820 (Hodges и др.) под названием “Electrochemical Cell” («Электрохимический элемент»), публикации № 2003/0180814 заявки на патент США (Hodges и др.) под названием “Direct Immunosensor Assay” («Прямой анализ посредством иммунодатчиков»), поданной 21 марта 2002 г., публикации № 2004/0203137 заявки на патент США (Hodges и др.) под названием “Immunosensor” («Иммунодатчик»), поданной 22 апреля 2004 г., публикации № 2006/0134713 заявки на патент США (Rylatt и др.) под названием “Biosensor Apparatus and Methods of Use” («Биосенсорное устройство и способы его применения»), поданной 21 ноября 2005, и публикации № 2010/0006452 заявки на патент США (Hodges и др.) под названием “Biosensor Apparatus and Methods of Use” («Биосенсорное устройство и способы его применения»), поданной 18 сентября 2009 г., причем содержание каждого из этих документов во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.
Кроме того, схемы с высоким импедансом можно использовать совместно с другими измерительными усовершенствованиями в любом из вышеупомянутых устройств. Два неограничительных примера таких усовершенствований описаны в заявке № 12/649509 на патент США (Chatelier и др.) под названием "Systems, Devices, and Methods for Measuring Whole Blood Hematocrit Based on Initial Fill Velocity” («Системы, приборы и способы измерения гематокритного числа цельной крови на основе начальной скорости заполнения»), поданной 30 декабря 2009 г., и заявке № 12/649594 на патент США (Chatelier и др.) под названием "Systems, Devices, and Methods for Improving Accuracy of Biosensors Using Fill Time” («Системы, приборы и способы повышения точности биодатчиков с использованием времени заполнения»), поданной 30 декабря 2009 г., причем содержание каждого из этих документов во всей его полноте включено в настоящее описание посредством ссылки.
При использовании, схема 100 с высоким импедансом дает испытательному измерительному прибору возможность быстро и просто определять и то, когда электрохимическая полоска присутствует, и то, когда проба начинает заполнять полоску. На фиг.5 изображены отличающиеся изменения в напряжении, которые происходят со временем: (1) в отсутствие и электрохимической полоски, и пробы; (2) в присутствии электрохимической полоски, но в отсутствие пробы; (3) в присутствии и электрохимической полоски, и пробы; и (4) снова в отсутствие электрохимической полоски, когда полоска извлечена.
1
1
1
1
2
2
2
Когда в испытательном измерительном приборе, с которым связана схема 100, нет полоски, цепь разомкнута, вследствие этого результирующее напряжение S составляет приблизительно -1,25 В, как показано в процессе течения времени до момента T. Это происходит потому, что электрическое изменение, являющееся результатом наличия участка измерительного резистора 120 схемы, составляет приблизительно -1,25 В. В действительности, из-за типичных ограничений эффективности такого прибора, выходное напряжение S детектора полоски может не достигать -1,25 В. Так, пороговое значение для определения того, присутствует ли полоска, может быть ниже приблизительно -1,19 В при токе измерительного резистора, находящемся на уровне приблизительно 500 нА. Когда электрохимическая полоска, на которой нет пробы, такой, как жидкость тела или контрольный раствор, соединена с первым и вторым электрическими соединителями 110, 112, происходит отличающееся изменение напряжения, как показано резким ростом на отрезке R. В изображенном варианте осуществления результирующее напряжение S составляет приблизительно -0,35 В в процессе течения времени до момента Т. Однако в действительности, из-за существующих ограничений прибора, выходное напряжение S может не достигать -0,35 В. Так, пороговое значение для определения того, присутствует ли проба, может быть ниже приблизительно -0,15 В при токе измерительного резистора, находящемся приблизительно между примерно 500 нА и приблизительно 625 нА. Измеренное напряжение является результатом напряжения, генерируемого участком измерительного резистора 120 схем, взаимодействующим с напряжением из обнаруживающего компонента 140, которое генерируется сразу же, как появляется полоска. В частности, сопротивление резистора источника 180 увлажнения и сопротивление электрохимического элемента между последовательными соединениями первого и второго электрических соединителей 110, 112 могут приводить к созданию делителя напряжения с измерительным резистором 120. Сопротивление электрохимического элемента может изменяться, но обычно оно ниже приблизительно 200 Ом, что меньше, чем допуск сопротивления резистора источника 180 увлажнения, так что его влиянием можно пренебречь. За счет этого делителя напряжения, напряжение на измерительном резисторе 120 можно изменять от приблизительно -1,25 В до приблизительно -0,25 В. Таким образом, при коэффициенте усиления по напряжению усилителя 144, составляющем приблизительно 2, напряжение на выходе обнаруживающего компонента 140 составляет приблизительно -0,5 В. Типичные уровни напряжения, которые наблюдались для трех уровней, составляют: приблизительно -1,23 В при отсутствии полоски, приблизительно -0,52 В в присутствии сухой полоски и приблизительно свыше -0,15 В в присутствии увлажненной полоски.
2
3
3
3
1
4
Когда проба введена на электрохимическую полоску, в испытательном измерительном приборе образуется электрическое соединение, и происходит еще одно, отличающееся изменение напряжения, как показано резким ростом на отрезке R на фиг.5. Между трактом с малым импедансом, созданным посредством виртуальной «земли» 160, и каждым из электрических соединителей 110, 112 и 114, создается путь тока. В изображенном варианте осуществления результирующее напряжение S составляет приблизительно 0 В в процессе течения времени до момента T. Это значение также может быть уровнем сигнала аналоговой «земли». Измеренное напряжение является результатом напряжения, генерируемого участком измерительного резистора 120 схем, нейтрализуемого напряжением из участка источника 180 увлажнения схем, которые взаимодействуют, пока проба присутствует. В этой конфигурации, усилитель 164 виртуальной «земли» 160 будет активно регулировать свое выходное напряжение, так что ток через его резистор обратной связи будет совпадать с током, поступающим на инвертирующий вход, тем самым вызывая появление узла в качестве схемы с малым импедансом. Это, в свою очередь, вызывает рост напряжения измерительного резистора 120 до приблизительно 0 В и выходного напряжения детектора полоски также до приблизительно 0 В. Когда электрическое соединение, создаваемое пробой, сформировано, ток, протекающий по электрохимической полоске, ограничивается внутренним сопротивлением источника и напряжением источника тех схем, которые содержат источник 180 увлажнения и измерительный резистор 120, а также связанными с ними компонентами, подающими напряжение: это напряжение составляет приблизительно ±1,25 В. Упомянутый ток проходит по измерительному резистору 120, вызывая рост напряжения и уменьшение тока с резистора источника 180 увлажнения. Ток балансируют путем подачи дополнительного тока через электрохимическую полоску, тем самым вызывая появление максимального измерительного тока приблизительно 208 нА для случая, охарактеризованного выше во втором примере, в котором измерительный резистор 120 имеет значение сопротивления приблизительно 2 МОм, а резистор источника 180 увлажнения имеет значение сопротивления приблизительно 3 МОм. Если электрохимическую полоску извлекают из испытательного измерительного прибора, происходит резкое падение напряжения, как показано на отрезке R, поскольку результирующее напряжение возвращается к начальному значению - напряжению S, составляющему приблизительно -1,25 В в процессе течения времени до момента T.
Поскольку фактическое сопротивление между первой контактной площадкой 267 и второй контактной площадкой 263 электрохимической полоски 262 может уменьшаться при нанесении большего количества жидкости пробы и при протекании электрохимической реакции, возможен период, в течение которого напряжение измерительного резистора 120 совершает переход между состояниями «датчик вставлен» и «уровень «0» В достигнут». Этот переходный период может составлять несколько миллисекунд.
Фиг.6 и 7 иллюстрируют важное усовершенствование при обнаружении того, когда проба начинает заполнять электрохимический датчик, вытекающее из схемы 100. Фиг.6 иллюстрирует измерения напряжения во времени в испытательном измерительном приборе, который не включает в себя схему 100 с высоким импедансом согласно данному изобретению, а фиг.7 иллюстрирует измерения напряжения во времени в испытательном измерительном приборе, который включает в себя схему 100 с высоким импедансом. Как для фиг.6, так и для фиг.7, иллюстрируемое время находится между -0,004 сек и 0,004 сек, при этом временная база осциллографа, используемого для проведения измерений, составляет 0,001 сек. Каждое деление основной сетки на фиг.6 соответствует 0,5 В, а каждое деление основной сетки на фиг.7 соответствует 0,2 В. Масштаб напряжения согласно фиг.7 увеличен приблизительно в 2,5 раза, потому что обнаружение осуществляется в узком диапазоне напряжения, и поэтому можно отчетливее проиллюстрировать шаговое изменение.
1
1
1
2
2
2
2
3
4
3
4
3
1
3
1
3
Как показано на фиг.6, когда сухая электрохимическая полоска присутствует в испытательном измерительном приборе, который не включает в себя схему 100 с высоким импедансом, используя вместо этого источник тока, имеется приблизительно неизменное постоянное напряжение V, именуемое пороговым напряжением сухой полоски. Когда полоска увлажняется в результате нанесения пробы на полоску, как изображено в момент t, напряжение значительно падает на протяжении промежутка времени между t и t, моментом, наступающим перед тем, как оно достигает заранее определенного постоянного напряжения V, которое отображает активный диапазон источника постоянного тока. Однако этого падения напряжения недостаточно для обнаружения присутствия пробы, поскольку переход к горизонтальному участку заранее определенного постоянного напряжения V также может быть достигнут посредством паразитных эффектов, скажем, посредством электростатического разряда на полоску. По мере происходящего наполнения, проводимый ток увеличивается, а источник постоянного тока оказывается неспособным поддерживать регулирование, тем самым вызывая дополнительное падение напряжения. Чтобы избежать ложного переключения, система, иллюстрируемая посредством фиг.6, не может работать надлежащим образом до тех пор, пока напряжение не упадет ниже горизонтального участка на уровне 1,3 В заранее определенного постоянного напряжения V до истинного порогового значения V напряжения увлажненной полоски, которое в изображенном варианте осуществления находится на уровне примерно 0,3 В, причем такое падение не происходит до тех пор, пока полоска не заполняется в момент t. Соответственно, дополнительное падение напряжения, которое происходит в момент t, оказывается недостаточным для обнаружения момента начала реакции, и обнаружение не начинается до момента t, когда схема, в конце концов, обнаруживает, что проба заполнила полоску и момент начала можно обнаружить. Дополнительный недостаток системы, изображенной на фиг.6, заключается в том, что утрачивается возможность регулирования тока, когда, в конце концов, осуществляется обнаружение момента начала. Это происходит потому, что увлажненная полоска способна проводить ток, больший, чем обеспечиваемый источником постоянного тока, что вызывает падение напряжения для поддержания тока. Другие недостатки этой системы включают в себя подверженность шуму, неудовлетворительное управление энергией (напряжением и током) (хотя это управление необходимо для обнаружения пробы) и задерживаемое обнаружение. Полоска считается увлажненной, когда напряжение упало до приблизительно неизменного напряжения V, иногда именуемого истинным пороговым напряжением увлажненной полоски, которое составляет приблизительно 0,3 В и которое не возникает до истечения приблизительно 4 мсек после нанесения исходной пробы, как изображено посредством отрезка D. В свете данного описания, специалист в данной области техники поймет, что точный момент обнаружения пробы определяется порогом и/или допусками напряжения, которые представляют собой воплощенный опыт проектирования. Допуски на компоненты и электропитание могут влиять на пороговое напряжение V сухой полоски. Точность виртуальной «земли» может влиять на пороговое напряжение V увлажненной полоски. Таким образом, обнаружение происходит между этими двумя пороговыми уровнями. Уровень, который ближе к пороговому напряжению V сухой полоски, обычно будет чувствительнее к обнаружению и ближе к моменту «0» времени, а значение, близкое к пороговому напряжению V увлажненной полоски, будет ближе к моменту приблизительно 4 мсек. На реальные моменты времени также влияют другие факторы, включая, в качестве неограничивающего примера, вязкость пробы и размер химически активной области.
1
1
2
3
2
1
2
1
4
1
3
В отличие от этого, как показано на фиг.7, когда сухая электрохимическая полоска присутствует в испытательном измерительном приборе, имеющем схему 100 с высоким импедансом, имеется приблизительно неизменное напряжение V', иногда именуемое пороговым напряжением сухой полоски. Как указано выше, масштаб напряжения согласно фиг.7 увеличен приблизительно в 2,5 раза, потому что обнаружение осуществляется в узком диапазоне напряжения, и поэтому можно отчетливее проиллюстрировать шаговое изменение. Кроме того, полярность согласно фиг.7 изменена на противоположную по сравнению с полярностью согласно фиг.6, потому что сигнал обнаружения заполнения выдается с помощью электрического соединителя 110 вместо электрического соединителя 112. Когда полоска вставлена, а проба отсутствует, между электрическими соединителями 110 и 112 проходит постоянный ток, уменьшая подверженность помехам. Когда полоска становится увлажненной в результате нанесения пробы на полоску, напряжение значительно растет на протяжении промежутка времени между t' и t', поскольку ток подается в схему через электрический соединитель 114, обуславливая достижение приблизительно неизменного напряжения V', иногда именуемого пороговым напряжением влажной полоски. В момент t', схема 100 испытательного измерительного прибора способна обнаружить, что проба начала заполнять полоску. Показанный на фиг.7 промежуток времени между t' и t', который является временем, затрачиваемым системой на обнаружение пробы и который изображен в форме отрезка D', значительно короче, чем показанный на фиг.6 промежуток времени между t и t, который является временем, затрачиваемым системой на обнаружение пробы и который изображен в форме отрезка D. На практике, пороговое напряжение заполненной полоски задают между V' и пороговым напряжением V' увлажненной полоски, зависящим от чувствительности, желательной для обнаружения заполняемой полоски. Как показано на фиг.7, в результате наличия схемы с высоким импедансом, определить, что проба увлажнила полоску, можно приблизительно за 0,5 мсек. Соответственно, схема 100 с высоким импедансом значительно улучшает (сокращает) время, необходимое для обнаружения того, увлажняет ли проба полоску, находящуюся в измерительном приборе. Точно так же, в вариантах осуществления, предусматривающих признак автозапуска, схема 100 с высоким импедансом значительно повышает точность определения того, когда элемент начинает заполняться жидкой пробой. Поскольку в конфигурации, предусматривающей автозапуск, реакция начинается сразу после того, как проба начинает заполнять полоску, как можно более точное обнаружение того момента, что происходит увлажнение, приводит к более верному и точному моменту начала реакции. Точнее определенные моменты начала приводят к более воспроизводимым и точным промежуткам времени тестирования, которые, в свою очередь, приводят к более точным результатам тестов на глюкозу.
Кроме того, схема 100 с высоким импедансом также значительно повышает точность измерений. Как показано на фиг.6, изменение напряжения, указывающее, что проба начала заполнять полоску, не отображается отличающейся, четко очерченной линией. Довольно трудно определить точно, когда наступает момент начала реакции. С другой стороны, на фиг.7 показаны два различных напряжения, и как только напряжение, указывающее, что проба начала заполнять полоску, быстро достигается, становится ясно, что проба нанесена.
Помимо повышения скорости и точности определений при обнаружении пробы, есть ряд других достоинств, которые вытекают из внесения схемы с высоким импедансом в испытательный измерительный прибор. Применение предлагаемых схем с высоким импедансом исключает потребность в аналоговых переключателях как части схем. Генератор 200 сигналов и переключатель 202 представляют собой одно возможное воплощение возбуждения тест-полоски во время процесса тестирования, но они не требуется для обнаружения либо полоски, либо пробы. Кроме того, эти схемы поддерживают одинаковый уровень тока для обнаружения присутствия электрохимической полоски, тем самым внося усовершенствование в вопросы, касающиеся шумов. Схема также снижает количество энергии, подводимой в электрохимический датчик посредством генератора сигналов во время обнаружения пробы, что, в свою очередь, уменьшает любые возмущения или шумы, обуславливаемые генератором сигналов. Сниженный потенциал напряжения уменьшает побочные эффекты процесса обнаружения заполнения. В результате данного изобретения, изменение напряжения системы можно поддерживать составляющими менее приблизительно 0,3 В, что желательно для того, чтобы избежать порчи анализируемого вещества посредством электрического стимулирования. Как показано на фиг.7, изменение напряжения происходит между абсолютным значением примерно 0,8 В и абсолютным значением примерно 1,1 В. Специалист в данной области техники поймет, что значения, изображенные на фиг.7, сдвигаются в результате того влияния, которое нагрузка импеданса зонда осциллографа оказывает на измерения. В изображенном варианте осуществления импеданс зонда осциллографа составляет примерно 10 МОм. Аналогичным образом, уменьшенный ток уменьшает побочные эффекты процесса обнаружения заполнения. Схемы, описанные здесь, обеспечивают не только быстрое и простое определения того, когда проба начинает заполнять электрохимическую полоску, но также быстрое и простое определение того, что полоска присутствует в испытательном измерительном приборе. Эти схемы можно использовать для фазового тестирования электрохимических датчиков, чтобы определить, не повреждены ли они. Более конкретно, если во время тестирования определяется, что электрохимические датчики образуют электрическое соединение в фазе тестирования, когда соединения не должно быть, легко установить, что датчик поврежден. Точно так же, посредством способов простого и быстрого тестирования, обеспечиваемых схемой согласно данному изобретению, можно легко определять производственные дефекты, такие, как закороченные электроды, утечка тока «сухих» элементов и неудовлетворительные характеристики заполнения, либо дефекты из-за предыдущих применений датчика. Помимо этого, предлагаемое изобретение обеспечивает проектирование схемы 100 для достижения желаемых токов и напряжений, которые необходимы для обнаружения.
Специалист в данной области техники поймет дополнительные признаки и преимущества изобретения на основе вышеописанных вариантов осуществления. Соответственно, изобретение не ограничивается содержанием, конкретно проиллюстрированным и описанным выше, за исключением того, что указано в прилагаемой формуле изобретения. Все упомянутые здесь публикации и первоисточники во всей своей полноте недвусмысленно включены в настоящее описание посредством ссылки.