ПОВЫШАЮЩИЕ ТОЧНОСТЬ ВЛАГОПОГЛОТИТЕЛИ
ACCURACY-IMPROVING DEHUMIDIFIERS

Ссылка на родственные заявки
[001] Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США № 61/297515, озаглавленной "Повышающие точность влагопоглотители", поданной 22 января 2010 года, которая включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Предпосылки изобретения
[002] Биосенсоры обеспечивают анализ биологической текучей среды, такой как цельная кровь, сыворотка, плазма, моча, слюна, интерстициальная или внутриклеточная жидкость. Обычно биосенсоры имеют измерительное устройство, которое анализирует образец, находящийся в тестовом датчике. Образец обычно находится в жидкой форме и может представлять собой биологическую текучую среду или производное биологической текучей среды, такое как экстракт, слабый раствор, фильтрат или восстановленный осадок. Анализ, выполненный посредством биосенсора, определяет присутствие и/или концентрацию одного или более аналитов в биологической текучей среде. Примеры аналитов включают спирт, глюкозу, мочевую кислоту, лактат, холестерин, билирубин, свободные жирные кислоты, триглицериды, белки, кетоны, фенилаланин или ферменты. Анализ может быть полезен в диагностике и лечении физиологических нарушений. Например, человек, страдающий диабетом, может применять биосенсор для определения уровня глюкозы в цельной крови, и данная информация может использоваться при коррекции диеты и/или медикаментозного лечения этого человека.
[003] Биосенсоры могут быть выполнены с возможностью анализа одного или более аналитов и могут использовать различные объемы образцов. Некоторые биосенсоры могут анализировать одну каплю цельной крови, например, от 0,25 до 15 микролитров (мкл) в объеме. Биосенсоры можно задействовать, используя настольные, портативные и аналогичные измерительные устройства. Портативные измерительные устройства могут быть ручными и предусматривать идентификацию и/или количественный анализ одного или более аналитов в образце. Примеры портативных измерительных устройств включают измерители BREEZE и CONTOUR от Bayer HealthCare в г. Тарритаун, шт. Нью-Йорк, США, тогда как примеры настольных измерительных устройств включают Электрохимическую рабочую станцию, поставляемую CH Instruments в г. Остин, шт. Техас, США.
[004] В электрохимических биосенсорах концентрация аналита определяется по электрическому сигналу, генерируемому реакцией окисления/восстановления или окислительно-восстановительной реакцией аналита или чувствительного к аналиту вещества, когда на образец подают входной сигнал. Входной сигнал можно подавать в виде единичного электрического импульса или в виде множественных импульсов, последовательностей или циклов. К образцу может быть добавлено окислительно-восстановительное вещество, такое как медиатор, фермент или аналогичные вещества, для усиления переноса электронов от первого вещества ко второму веществу во время окислительно-восстановительной реакции. Окислительно-восстановительное вещество (вещества) могут вступать в реакцию с одним единственным аналитом, таким образом придавая специфичность части генерируемого выходного сигнала.
[005] Электрохимические биосенсоры обычно включают в себя измерительное устройство с электрическими контактами, которые соединяются с электрическими проводниками в тестовом датчике. Тестовый датчик может быть приспособлен для применения вне, внутри или частично внутри живого организма. При применении вне живого организма образец биологической текучей среды вводят в резервуар для образца в тестовом датчике. Тестовый датчик может быть размещен в измерительном устройстве до, после или во время введения образца для анализа. В случае нахождения внутри или частично внутри живого организма, тестовый датчик может быть постоянно погружен в образец, или образец можно периодически вводить в тестовый датчик. Тестовый датчик может включать в себя резервуар, который частично отделяет объем образца, или тестовый датчик может быть открытым для образца. Аналогичным образом, с целью анализа образец может непрерывно протекать через тестовый датчик или с перерывами для анализа.
[006] Тестовый датчик может быть образован посредством размещения или печати электродов на изоляционной подложке посредством размещения одной или более композиций реагентов на одном или более из проводников. Более чем один из проводников могут быть покрыты одной и той же композицией реагентов, например, когда рабочий электрод и противоэлектрод покрыты одной и той же композицией. Для размещения композиции реагентов на тестовом датчике можно применять множество методик, известных средним специалистам в данной области. Композицию реагентов можно размещать на проводниках в виде жидкости с реагентами, а затем высушивать. Когда образец вводят в тестовый датчик, композиция реагентов начинает регидратироваться.
[007] Композиции реагентов, размещенные на каждом проводнике, могут быть одинаковыми или различными. Таким образом, композиция реагентов рабочего электрода может содержать фермент, медиатор и связующее, тогда как композиция реагентов противоэлектрода может содержать только медиатор, который может быть таким же или отличаться от медиатора рабочего электрода, и связующее. Композиция реагентов может включать ионизирующий агент для облегчения окисления или восстановления аналита, такой как фермент оксидоредуктаза, а также любые медиаторы или другие вещества, которые участвуют в переносе электронов между аналитом и рабочим электродом.
[008] Один или более компонентов композиции реагентов могут подвергаться химическому превращению перед применением тестового датчика. В частности, полагают, что степень окисления медиатора может изменяться с течением времени при определенных условиях. Медиаторы, такие как феррицианид и органические хиноны и гидрохиноны, могут подвергаться восстановлению в присутствии воды. Присутствие восстановленного медиатора в композиции реагентов может вызвать увеличение фонового тока датчика, приводя к неточным результатам анализа, особенно для образцов с низкой концентрацией аналита.
[009] Как правило, нежелательные и/или преждевременные химические превращения в композиции реагентов ингибируют посредством хранения тестового датчика поблизости от влагопоглотителя. Влагопоглотители обычно применяют в первичной упаковке тестового датчика, такой как бутылки или пакеты из фольги, для предотвращения разрушения композиции реагентов с тем, чтобы поддерживать необходимый срок годности тестового датчика. Традиционные влагопоглотители для систем хранения тестовых датчиков могут быстро адсорбировать влагу, которая может просачиваться в упаковку, содержащую тестовый датчик. Примеры влагопоглотителей, применяемых для защиты тестовых датчиков, включают молекулярные сита, которые быстро адсорбируют влагу даже в окружающих условиях с низкой влажностью.
[0010] Недостаток защиты тестовых датчиков влагопоглотителем состоит в том, что один или более компонентов композиции реагентов могут требовать предельного уровня влажности для сохранения их функции в композиции. Например, полагают, что фермент ФАД-зависимая глюкозодегидрогеназа (FAD-GDH) требует некоторой остаточной влаги, чтобы сохранить свою естественную активную конфигурацию. Убывание влаги из композиции реагентов ниже предельного уровня может приводить к конформационному изменению и инактивации фермента.
[0011] Потере активности фермента в результате чрезмерного осушения тестового датчика обычно препятствуют либо посредством включения избыточных количеств фермента в композицию реагентов, либо посредством добавления в композиции реагентов вещества, которое считают стабилизирующим фермент. Примеры веществ, которые могут стабилизировать фермент в композиции реагентов тестового датчика, включают сахара, такие как трегалоза или сахароза, и сахароспирты, такие как маннитол, мальтитол или сорбитол. Данные вещества можно применять в процессе лиофилизации, чтобы сохранить активность фермента. См., например, ЕР 1785483 А1. Однако, высокие загрузки фермента или других твердых веществ, таких как стабилизаторы, могут преподнести другие трудности. Поскольку фермент является обычно дорогим компонентом, нежелательно повышение загрузки фермента свыше уровня, необходимого для анализа. В дополнение, фермент или другие твердые вещества могут замедлять регидратацию композиции реагентов образцом, приводя к более длительной продолжительности анализа, особенно при более низких температурах. Избыток фермента в тестовом датчике свыше того, что требуется для взаимодействия с аналитом, и/или других ингредиентов в композиции реагентов, таких как медиатор, также может уменьшить точность датчика.
[0012] Соответственно, существует постоянно растущая потребность в улучшенных биосенсорных системах, особенно системах, которые могут обеспечить все более точное и/или воспроизводимое определение концентрации аналита в образце и/или которые могут обеспечить все более короткие продолжительности анализа. Более того, существует потребность в улучшенных биосенсорных системах, которые обладают повышенным сроком годности в более широком диапазоне условий хранения, в то же время обеспечивая желаемые точность, воспроизводимость и/или продолжительность анализа. Системы, устройства и способы по настоящему изобретению преодолевают по меньшей мере один из недостатков, связанных с традиционными биосенсорными системами.
Сущность изобретения
[0013] Задачей изобретения является обеспечение биосенсорной системы, в которой преодолен по меньшей мере один из вышеупомянутых недостатков. Технические результаты заявленной группы изобретений состоят в повышении срока годности биосенсора, повышении точности, воспроизводимости и/или более короткой продолжительности анализа концентрации аналита в образце. В одном аспекте изобретение предоставляет биосенсорную систему для определения концентрации аналита в образце, которая включает в себя множество тестовых датчиков. Каждый тестовый датчик включает в себя по меньшей мере два проводника, причем один из проводников является рабочим электродом, и дополнительно включает в себя композицию реагентов, размещенную на рабочем электроде или вблизи него. Биосенсорная система дополнительно включает в себя контейнер, содержащий влагопоглотитель. Когда множество тестовых датчиков герметизируют в контейнере на две недели при температуре 50°C, а затем извлекают из контейнера, и каждый тестовый датчик в последующем соединяют через упомянутые по меньшей мере два проводника с измерительным устройством, а затем приводят в контакт с одним из множества образцов, содержащих аналит, причем множество образцов имеют концентрацию аналита, которая охватывает диапазон 10 мг/дл - 600 мг/дл, и концентрацию аналита в каждом образце измеряют с помощью тестового датчика и измерительного устройства, систематическая ошибка каждой измеренной концентрации аналита составляет в пределах ±10 мг/дл для образцов, имеющих концентрацию аналита менее 100 мг/дл, и в пределах ±10% для образцов, имеющих концентрацию аналита по меньшей мере 100 мг/дл.
[0014] В еще одном аспекте изобретение предоставляет биосенсорную систему для определения концентрации аналита в образце, которая включает в себя множество тестовых датчиков. Каждый тестовый датчик включает в себя по меньшей мере два проводника, при этом один из проводников является рабочим электродом, и дополнительно включает в себя композицию реагентов, размещенную на рабочем электроде или вблизи него, при этом композиция реагентов включает в себя окислительно-восстановительный фермент. Биосенсорная система дополнительно включает в себя контейнер, содержащий влагопоглотитель. Когда множество тестовых датчиков герметизируют в контейнере на две недели при температуре 50°C, а затем извлекают из контейнера, композиция реагентов каждого тестового датчика сохраняет по меньшей мере 75% активности окислительно-восстановительного фермента.
[0015] Объем настоящего изобретения определяется только приложенной формулой изобретения и затрагивается положениями в данном разделе «Сущность изобретения».
Краткое описание чертежей
[0016] Изобретение может стать более понятным при обращении к последующим чертежам и описанию. Конструктивные элементы на фигурах изображены необязательно в масштабе, вместо этого упор делается на иллюстрацию принципов изобретения.
[0017] Фиг.1A-1C представляют выходные сигналы от тестовых датчиков для образцов цельной крови, имеющих концентрации глюкозы 400 милиграммов на децилитр (мг/дл). Тестовые датчики герметизировали с влагопоглотителем - молекулярным ситом (1A), влагопоглотителем - силикагелем (1B) или без влагопоглотителя (1C).
[0018] Фиг.2A и 2B представляют графики систематической ошибки анализа для анализов глюкозы в образцах цельной крови, имеющих концентрации глюкозы 50, 100, 400 или 600 мг/дл.
[0019] Фиг.3A и 3B представляют графики фонового тока для анализов глюкозы в образцах цельной крови, не содержащих глюкозу, для тестовых датчиков, герметизированных в контейнерах, имеющих различные типы и уровни влагопоглотителя.
[0020] Фиг.4 представляет график внутридатчиковой активности фермента для тестовых датчиков, хранившихся в течение двух недель либо при -20°C, либо при 50°C, либо при комнатной температуре, в контейнерах, имеющих различные типы и уровни влагопоглотителя.
[0021] Фиг.5 представляет графики внутридатчиковой активности фермента ("% усвоения фермента") для тестовых датчиков, герметизированных в течение двух недель каждый при 50°C с различными типами влагопоглотителя, и для композиций реагентов со стабилизатором фермента и без него.
[0022] Фиг.6 представляет графики вариации параметра отношения R5/4 для тестовых датчиков, хранившихся в течение двух недель при 50°C, относительно параметра отношения R5/4 для тестовых датчиков, хранившихся в течение двух недель при -20°C, при этом тестовые датчики имели изменяющиеся уровни плотности фермента над рабочим электродом тестовых датчиков.
[0023] Фиг.7 дает схематическое представление биосенсора, который определяет концентрацию аналита в образце биологической текучей среды, применяя тестовый датчик.
[0024] Фиг.8 изображает герметизированный контейнер, содержащий влагопоглотитель и множество тестовых датчиков.
Подробное описание
[0025] Биосенсорная система включает в себя тестовые датчики, герметизированные в контейнере с влагопоглотителем, который поддерживает остаточный уровень влаги в контейнере. В окружающих средах с низкой влажностью влагопоглотитель не абсорбирует влагу быстро, что может обеспечить возможность сохранения композицией реагентов тестовых датчиков, чтобы поддерживать уровень влаги благоприятным для сохранения фермента в его активной конфигурации. Тестовые датчики, хранившиеся в контейнере, который содержит такой влагопоглотитель, могут обеспечивать измерения концентрации аналита, которые являются более точными и/или воспроизводимыми, чем измерения сравнимых тестовых датчиков, хранившихся в контейнере, который содержит традиционный влагопоглотитель или не содержит влагопоглотителя. Таким образом, тестовые датчики дают неизменно точные анализы с быстрыми продолжительностями анализа, даже когда тестовые датчики хранятся в течение долгих периодов времени в неоптимальных условиях.
[0026] Биосенсорная система включает в себя множество тестовых датчиков, при этом каждый тестовый датчик содержит по меньшей мере два проводника, причем один из проводников является рабочим электродом, и композицию реагентов, размещенную на рабочем электроде или вблизи него. Биосенсорная система дополнительно включает в себя контейнер, содержащий влагопоглотитель. В контейнере герметизировано множество тестовых датчиков.
[0027] Влагопоглотитель в контейнере предпочтительно адсорбирует самое большее 15% воды от своей массы при нахождении в контакте с окружающей средой с относительной влажностью (ОВ) 10%-20% при 40°C. Более предпочтительно, влагопоглотитель адсорбирует самое большее 10% воды от своей массы при нахождении в контакте с окружающей средой с ОВ 10%-20% при 40°C. Более предпочтительно, влагопоглотитель абсорбирует от 5% до 10% воды от своей массы при нахождении в контакте с окружающей средой с ОВ 10%-20% при 40°C.
[0028] Пример влагопоглотителя, который абсорбирует от 5% до 10% воды от своей массы при нахождении в контакте с окружающей средой с ОВ 10%-20% при 40°C, включает силикагель. Силикагели могут адсорбировать влагу на уровне, приблизительно пропорциональном относительной влажности окружающей среды, для значений ОВ от 0% до приблизительно 60%. В отличие от этого, влагопоглотители - молекулярные сита, традиционно используемые в контейнерах тестовых датчиков, могут быстро адсорбировать большие количества влаги из окружающих сред с 10%-20% ОВ. Молекулярные сита могут адсорбировать 15%-20% воды от своей массы при нахождении в контакте с окружающей средой с ОВ 5% при 40°C, а затем могут адсорбировать минимальные количества дополнительной влаги по мере повышения относительной влажности.
[0029] Пример влагопоглотителя, который может абсорбировать самое большее 15% воды от своей массы при нахождении в контакте с окружающей средой с ОВ 10%-20% при 40°C, включает композицию смешанных с полимером молекулярных сит. Эффективность влагопоглотителя может быть снижена за счет смешивания влагопоглотителя с полимером. Так как влагопоглотитель в полимере только частично подвергается воздействию окружающей среды, адсорбция влаги может происходить с более низкой скоростью, чем скорость адсорбции у чистого влагопоглотителя. Еще один пример влагопоглотителя, который может абсорбировать самое большее 15% воды от своей массы при нахождении в контакте с окружающей средой с ОВ 10%-20% при 40°C, включает смесь молекулярных сит с силикагелем. Выбор типов и относительных количеств молекулярных сит и силикагеля в этой смеси может предоставить возможность оптимизации общей влаги, адсорбируемой смешанной композицией при низкой относительной влажности.
[0030] Фиг. 1A-1C показывают выходные сигналы тестовых датчиков для образцов цельной крови, имеющих концентрации глюкозы 400 миллиграмм на децилитр (мг/дл) и имеющих содержание гематокрита 40%. Тестовые датчики герметизировали в контейнере, имеющем либо 22,5 мг традиционного влагопоглотителя "молекулярное сито 13x" на тестовый датчик (фиг.1A), либо 30 мг силикагеля на тестовый датчик (фиг.1B), либо не имеющем влагопоглотителя (фиг.1C). Для каждого типа контейнера, половину контейнеров хранили при 50°C в течение двух недель, а половину хранили при -20°C в течение двух недель. Окружающая среда с тепловой нагрузкой в течение двух недель при 50°C является условием форсированной нагрузки, типично используемым для оценки действия биосенсора в конце его срока хранения. После периода хранения тестовые датчики использовали для проведения электрохимического анализа образца цельной крови.
[0031] Сигнал, посылаемый в тестовые датчики измерительным устройством, представлял собой последовательность стробированных амперометрических импульсов, причем одно или более значений выходного тока коррелировали с концентрацией аналита в образце, например, как описано в патентной публикации США 2008/0173552, а также в патентной публикации США 2009/0145779. Раскрытия данных патентных заявок, относящиеся к последовательностям стробированных амперометрических импульсов и корреляции значений выходного тока с концентрациями аналита, включены сюда посредством ссылки. Импульсы, используемые для создания графиков на фиг. 1A-1C, включали восемь возбуждений, разделенных семью релаксациями. Возбуждения со второго по восьмое были длительностью примерно 0,4 секунды, а релаксации со второй по седьмую были длительностью примерно 1 секунда. Три значения выходного тока регистрировали во время возбуждений со второго по восьмое.
[0032] Корреляцию одного или более значений выходного тока с концентрацией аналита образца можно получить с помощью построения графика зависимости выходного тока в конкретный момент времени при анализе от известной концентрации аналита в серии исходных растворов, содержащих аналит. Для установления корреляции значений выходного тока из входного сигнала с концентрацией аналита в образце, значение начального тока из-за возбуждения является предпочтительно большим, чем значения, которые следуют при затухании. Предпочтительно, значение или значения выходного тока, коррелированные с концентрацией аналита в образце, берут из включающих в себя затухание токовых данных, отражающих максимальную кинетическую характеристику тестового датчика. На кинетику окислительно-восстановительной реакции, лежащей в основе выходных токов, оказывают влияние множество факторов. Данные факторы могут включать в себя скорость, с которой регидратируется композиция реагентов, скорость, с которой ферментная система реагирует с аналитом, скорость, с которой ферментная система переносит электроны к медиатору, и скорость, с которой медиатор переносит электроны к электроду.
[0033] Максимальная кинетическая характеристика тестового датчика может быть достигнута во время возбуждения последовательности стробированных амперометрических импульсов, когда значение начального тока возбуждения с затухающими значениями тока является наибольшим для множества возбуждений. Предпочтительно, максимальная кинетическая характеристика тестового датчика достигается, когда последнее по времени значение тока, полученное для возбуждения с затухающими значениями тока, является наибольшим последним по времени значением тока, полученным для множества возбуждений. Более предпочтительно, максимальная кинетическая характеристика тестового датчика достигается, когда значение начального тока возбуждения с затухающими значениями тока является наибольшим для множества возбуждений, а последнее по времени значение тока, полученное для того же возбуждения, является наибольшим последним по времени значением тока, полученным для множества возбуждений. Максимальная кинетическая характеристика может быть достигнута при первом возбуждении с затухающими значениями тока, или она может быть достигнута при последующем возбуждении, например, при втором, третьем или более поздним возбуждении с затухающими значениями тока.
[0034] Максимальная кинетическая характеристика может быть описана в показателях параметра "пиковое время", которое представляет собой время, за которое электрохимический тестовый датчик получает свое максимальное значение выходного тока после того, как образец, содержащий аналит, вступил в контакт с тестовым датчиком. Максимальное значение выходного тока предпочтительно используется для установления корреляции с концентрацией аналита в образце. Предпочтительно, пиковое время для тестового датчика составляет менее чем примерно 7 секунд, а более предпочтительно менее чем примерно 5 секунд, от введения образца в тестовый датчик. Предпочтительно, пиковое время составляет в пределах от примерно 0,4 до примерно 7 секунд, более предпочтительно в пределах от примерно 0,6 до примерно 6,4 секунды, более предпочтительно в пределах от примерно 1 до примерно 5 секунд, более предпочтительно в пределах от примерно 1,1 до примерно 3,5 секунды от введения образца в тестовый датчик.
[0035] Обращаясь к фиг.1A, тестовый датчик, который был герметизирован в контейнере, содержащем традиционный влагопоглотитель, имел более длительное пиковое время после того, как его хранили при 50°C в течение двух недель, чем после его хранения в течение двух недель при -20°C. В отличие от этого, датчики, герметизированные либо с силикагельным влагопоглотителем (фиг.1B), либо без влагопоглотителя (фиг.1C), не имели повышения своего пикового времени при хранении при 50°C в течение двух недель по отношению к их хранению в течение двух недель при -20°C.
[0036] Любое изменение профиля тока тестового датчика может привести к несоответствующим результатам анализа глюкозы, поскольку результаты тестового датчика по глюкозе обычно выводят из измеренного тока в фиксированный момент времени. Это повышенная неточность особенно очевидна для анализов, выполненных за более короткое время, такое как 10 секунд или менее. Для тестовых датчиков, рассматриваемых на фиг. 1A-1C, изменение профиля тока для тестовых датчиков, герметизированных с традиционным влагопоглотителем, приводило к нежелательному повышению систематической ошибки биосенсора.
[0037] Измерительные характеристики биосенсора определяются в показателях его точности и/или воспроизводимости. Повышения точности и/или воспроизводимости обеспечивают улучшение измерительных характеристик биосенсора. Точность может быть выражена в показателях систематической ошибки в показаниях аналита биосенсором по сравнению с контрольным показанием аналита, причем большие значения систематической ошибки отражают меньшую точность. Воспроизводимость может быть выражена в показателях разброса или дисперсии систематической ошибки среди множества показаний аналита по отношению к среднему. Систематическая ошибка представляет собой разность между одним или более значениями, определенными биосенсором, и одним или более принятыми контрольными значениями концентрации аналита в биологической текучей среде. Таким образом, одна или более ошибок в проведенном анализе приводит к систематической ошибке в установленной биосенсорной системой концентрации аналита. Систематическая ошибка может быть выражена в показателях "абсолютной систематической ошибки" или "процентной систематической ошибки", в зависимости от концентрации аналита в образце. Абсолютная систематическая ошибка может быть выражена в единицах измерения, таких как мг/дл, и может применяться для концентраций аналитов, составляющих менее чем 100 мг/дл. Процентная систематическая ошибка может быть выражена в виде процента значения абсолютной систематической ошибки по отношению к контрольному значению и может применяться для концентраций аналитов, составляющих по меньшей мере 100 мг/дл. Принятые контрольные значения можно получить контрольным прибором, таким как анализатор глюкозы YSI 2300 STAT PLUS™, поставляемый YSI Inc., г. Йеллоу-Спрингс, шт. Огайо, США.
[0038] Фиг. 2A и 2B изображают графики систематической ошибки для анализов глюкозы в образцах цельной крови, имеющих содержание гематокрита 40% и имеющих концентрации глюкозы 50, 100, 400 или 600 мг/дл. Тестовые датчики, используемые в этом анализе, герметизировали в контейнерах, имеющих от 0 до 22,5 мг традиционного влагопоглотителя молекулярное сито 13x на тестовый датчик (фиг.2A), или содержащих от 0 до 30 мг силикагеля на тестовый датчик, и хранили при 50°C в течение двух недель.
[0039] Без влагопоглотителя (0 мг влагопоглотителя/тестовый датчик), анализы глюкозы крови после тепловой нагрузки тестового датчика имели положительную систематическую ошибку в 15 мг/дл для образцов, содержащих низкий уровень глюкозы (50 мг/дл), систематическую ошибку в 7-10% для образцов, имеющих концентрации глюкозы 100 мг/дл и 400 мг/дл, и почти не имели систематической ошибки для образцов, содержащих высокий уровень глюкозы (600 мг/дл). Герметизация тестовых датчиков с традиционным молекулярно-ситовым влагопоглотителем (фиг.2A) корректировала положительную систематическую ошибку для образцов с низким и нормальным уровнями глюкозы; однако, систематическая ошибка анализа для образцов с 600 мг/дл глюкозы повышалась до -10% и -15% по мере повышения уровня влагопоглотителя. В отличие от этого, систематическая ошибка анализа для датчиков, хранившихся с 30 мг/датчик силикагеля, была в пределах 5 мг/дл для образцов, содержащих менее чем 100 мг/дл глюкозы, и была в пределах ±5% для образцов, содержащих от 100 мг/дл до 600 мг/дл глюкозы (фиг.2B).
[0040] Увеличение пикового времени анализа и систематической ошибки анализа для тестовых датчиков, герметизированных при 50°C на две недели в присутствии традиционного влагопоглотителя, является неожиданным при сравнении с результатами для обработанных таким же образом тестовых датчиков, герметизированных без влагопоглотителя или с более слабым влагопоглотителем силикагелем. Как правило, влагопоглотители используют для предотвращения превращений компонентов слоя реагентов, включая медиатор, перед применением тестового датчика. Таким образом, было неожиданным, что хранение тестового датчика с традиционным влагопоглотителем ухудшило точность тестового датчика и/или его срок годности относительно таковых у сравнимого тестового датчика, хранившегося без влагопоглотителя или с менее агрессивным влагопоглотителем, особенно при анализировании образцов, имеющих высокие концентрации глюкозы.
[0041] Для биосенсорной системы, которая включает в себя множество тестовых датчиков, герметизированных в контейнере с влагопоглотителем, система может быть оценена посредством применения тестовых датчиков для измерения содержания аналита в образцах, содержащих известные концентрации аналита, которые охватывают некоторый диапазон концентраций, а затем подсчета систематической ошибки измерений относительно фактических концентраций. В одном примере множество тестовых датчиков герметизируют в контейнере, содержащем влагопоглотитель, на две недели при температуре 50°C, при этом каждый тестовый датчик включает в себя по меньшей мере два проводника, один из которых является рабочим электродом, и композицию реагентов, размещенную на рабочем электроде или вблизи него. Тестовые датчики затем извлекают из контейнера, и каждый тестовый датчик соединяют через эти по меньшей мере два проводника с измерительным устройством. После соединения каждый тестовый датчик приводят в контакт с одним из образцов и используют для измерения концентрации аналита в образце. В данном примере, для образцов, имеющих концентрацию аналита, которая охватывает диапазон 10 мг/дл - 600 мг/дл, систематическая ошибка каждой измеренной концентрации аналита предпочтительно составляет в пределах ±10 мг/дл для образцов, имеющих концентрацию аналита менее 100 мг/дл, и в пределах ±10% для образцов, имеющих концентрацию аналита, составляющую по меньшей мере 100 мг/дл. Фраза "концентрация аналита, которая охватывает диапазон 10 мг/дл - 600 мг/дл" означает, что по меньшей мере один из образцов имеет концентрацию аналита в 10 мг/дл и по меньшей мере один из других образцов имеет концентрацию аналита в 600 мг/дл. Оставшиеся образцы, если таковые имеются, могут иметь концентрации аналита между 10 мг/дл и 600 мг/дл.
[0042] В вышеуказанном примере систематическая ошибка каждой измеренной концентрации аналита предпочтительно составляет в пределах ±7 мг/дл для образцов, имеющих концентрацию аналита менее 100 мг/дл, и в пределах ±7% для образцов, имеющих концентрацию аналита по меньшей мере 100 мг/дл. Более предпочтительно, систематическая ошибка каждой измеренной концентрации аналита составляет в пределах ±5 мг/дл для образцов, имеющих концентрацию аналита менее 100 мг/дл, и в пределах ±5% для образцов, имеющих концентрацию аналита по меньшей мере 100 мг/дл. Предпочтительно, в данном примере число тестовых датчиков в их множестве составляет по меньшей мере 10, а предпочтительно составляет по меньшей мере 25, по меньшей мере 50 или по меньшей мере 100. Предпочтительно, в данном примере образцы имеют концентрацию аналита, которая охватывает диапазон 50 мг/дл - 600 мг/дл.
[0043] Для биосенсорной системы, которая включает в себя множество тестовых датчиков, герметизированных в контейнере с влагопоглотителем, система может быть оценена посредством применения тестовых датчиков для измерения содержания аналита в образцах, содержащих известную концентрацию аналита, а затем подсчета коэффициента вариации (%CV) измерений. В вышеуказанном примере %CV для каждой измеренной концентрации аналита составляет самое большее 2,5%. Более предпочтительно, в данном примере %CV для каждой измеренной концентрации аналита составляет самое большее 2%.
[0044] Таблица 1 перечисляет %CV для анализов на глюкозу образцов цельной крови, имеющих содержание гематокрита 42% и имеющих концентрации глюкозы 50, 100, 400 или 600 мг/дл. Тестовые датчики, используемые в этом анализе, герметизировали в контейнерах, содержащих от 0 до 22,5 мг традиционного влагопоглотителя молекулярное сито 13x на тестовый датчик или содержащих от 0 до 30 мг силикагеля на тестовый датчик, и хранили при 50°C в течение двух недель. Каждый перечисленный результат основывается на 10 тестовых датчиках.
Таблица 1Воспроизводимость анализа для тестовых датчиков, подвергавшихся тепловой нагрузке при 50°C в течение 2 недель
Влагопоглотитель
%CV (n=10) для концентраций глюкозы:
Тип
Количество (мг/датчик)
50 мг/дл
100 мг/дл
400 мг/дл
600 мг/дл
Нет
0
1,9
1,8
2,4
1,3
Молекулярные сита
7,5
2,4
4,9
1,5
2,8
22,5
2,9
2,4
2,1
2,0
Силикагель
10,0
3,3
1,6
2,5
1,4
30,0
1,5
1,1
1,3
1,1
[0045] Таблица 2 перечисляет %CV для анализов глюкозы, как описано для Таблицы 1, но при этом тестовые датчики хранили в течение двух недель при -20°C. Каждый перечисленный результат основывается на 10 тестовых датчиках.
Таблица 2Воспроизводимость анализа для тестовых датчиков, хранившихся при -20°C в течение 2 недель
Влагопоглотитель
%CV (n=10) для концентраций глюкозы:
Тип
Количество (мг/датчик)
50 мг/дл
100 мг/дл
400 мг/дл
600 мг/дл
Нет
0
2,9
2,9
1,6
1,0
Молекулярные сита
7,5
1,3
1,5
3,4
1,3
22,5
5,8
4,2
1,9
1,5
Силикагель
10,0
1,8
3,3
1,6
1,3
30,0
1,8
2,1
2,0
1,3
[0046] Без влагопоглотителя (0 мг влагопоглотителя/тестовый датчик) анализы глюкозы крови после тепловой нагрузки тестового датчика (2 недели при 50°C) имели коэффициенты вариации 1,3-2,4% для образцов, имеющих концентрации аналита, которые охватывали диапазон 50 мг/дл - 600 мг/дл. Герметизация тестовых датчиков с традиционным молекулярно-ситовым влагопоглотителем (7,5 или 22,5 мг/тестовый датчик) или с 10,0 мг/тестовый датчик силикагеля не уменьшала верхний предел %CV для анализов глюкозы крови. Однако, герметизация тестовых датчиков с 30,0 мг/тестовый датчик силикагеля уменьшала верхний предел %CV для анализов глюкозы крови до 1,5%. Аналогичная тенденция также была измерена для анализов глюкозы крови после того, как тестовые датчики герметизировали при -20°C в течение 2 недель. Для обоих наборов условий хранения анализы глюкозы крови, проводимые с применением тестовых датчиков, герметизированных с 30,0 мг/тестовый датчик силикагеля, имели значения %CV ниже 2,1% для образцов, имеющих концентрации аналита, которые охватывали диапазон 50 мг/дл - 600 мг/дл.
[0047] Фиг. 3A и 3B изображают графики фонового тока для анализов глюкозы в образцах цельной крови, не содержащих глюкозу. Тестовые датчики, используемые в этом анализе, герметизировали в контейнере, содержащем от 0 до 22,5 мг традиционного влагопоглотителя молекулярное сито 13x на тестовый датчик (фиг.3A) или содержащем от 0 до 30 мг силикагеля на тестовый датчик (фиг.3B), и хранили в течение двух недель при -20°C, при комнатной температуре ("RT", 25°C) или при 50°C. Поскольку образцы не содержали глюкозу, измеренный фоновый ток возникает в результате присутствия веществ в пониженных степенях окисления, таких как восстановленный медиатор.
[0048] Тестовые датчики, хранившиеся без влагопоглотителя в контейнере, показывали большое повышение фонового тока биосенсора после тепловой нагрузки. Это согласовывалось с традиционной теорией, что влагопоглотитель является важным для сохранения низкого фонового тока в тестовом датчике, вероятно за счет предотвращения самовосстановления медиатора. Повышение фонового тока датчика могло вносить вклад в положительную систематическую ошибку анализа для образцов с низким уровнем глюкозы, представленных на фиг. 2A и 2B. Тестовые датчики, хранившиеся в присутствии традиционного молекулярно-ситового влагопоглотителя (фиг.3A), требуют меньше влагопоглотителя для сохранения низкого фонового тока, чем тестовые датчики, хранившиеся в присутствие силикагеля (фиг.3B). Таким образом, похоже, что традиционный влагопоглотитель выполняет предназначенную ему функцию ингибирования преждевременного восстановления медиатора.
[0049] Медиатор в композициях реагентов тестовых датчиков, используемых на фиг. 1-6, представлял собой медиатор переноса двух электронов 3-(2',5'-дисульфофенилимино)-3H-фенотиазин бис-натриевую соль. Наблюдаемые действия влаги во время хранения тестовых датчиков представляются применимыми к другим медиаторам переноса двух электронов, таким как другие органические хиноны и гидрохиноны. Примеры таких медиаторов включают хинон фенатролин; производные фенотиазина и феноксазина, такие как 3-фенилимино-3H-фенотиазины (PIPT) и 3-фенилимино-3H-феноксазины (PIPO); 3-(фениламино)-3H-феноксазины; фенотиазины; и 7-гидрокси-9,9-диметил-9H-акридин-2-он и его производные. Наблюдаемые действия влаги во время хранения тестовых датчиков также представляются применимыми к медиаторам переноса одного электрона, таким как 1,1'-диметилферроцен, ферроцианид и феррицианид, гексаамин рутения(III) и рутения(II).
[0050] Одно возможное объяснение неожиданных результатов в отношении пикового времени, систематической ошибки и/или воспроизводимости состоит в том, что менее агрессивный влагопоглотитель может защищать фермент на уровне, который является неожиданно высоким. Менее агрессивный влагопоглотитель, такой как силикагель, оказался более совместимым с ферментом FAD-GDH, чем традиционные влагопоглотители, все еще обеспечивающим достаточную защиту для медиатора. Влияние потери активности фермента на систематическую ошибку анализа могло быть недооценено ранее, особенно для образцов с высоким уровнем глюкозы.
[0051] Фиг.4 изображает график внутридатчиковой активности фермента FAD-GDH для тестовых датчиков, герметизированных в течение двух недель либо при -20°C (ромбовидные символы), либо при 50°C (треугольные символы), либо при комнатной температуре (квадратные символы), в контейнерах, содержащих различные типы и уровни влагопоглотителя. Закрашенные символы соответствуют традиционному молекулярно-ситовому влагопоглотителю, а незакрашенные символы соответствуют влагопоглотителю-силикагелю. Похоже, что ни один из влагопоглотителей не дал потери активности фермента при -20°C. Для датчиков, упакованных без влагопоглотителя (0 мг влагопоглотителя/датчик), отмечалась приблизительно 10%-ая потеря внутридатчиковой активности фермента после хранения датчиков при 50°C в течение двух недель. Активность фермента снижалась до приблизительно 60% для датчиков, упакованных с молекулярным ситом (закрашенные треугольные символы), даже при относительно низких уровнях в 7 мг влагопоглотителя на датчик. В отличие от этого, активность фермента для датчиков, упакованных с силикагелем, была выше на приблизительно 25%, сохраняя активности фермента на 75-80% (незакрашенные треугольные символы). Даже при комнатной температуре тестовые датчики, хранившиеся с молекулярным ситом (закрашенные квадратные символы), показали активность фермента, которая была на приблизительно 5% ниже, чем у тестовых датчиков, хранившихся с силикагелем (незакрашенные квадратные символы).
[0052] Результаты фиг.4, скомбинированные с результатами фиг. 1-3, согласуются с тем анализом, что фермент FAD-GDH требует предельного уровня влажности для сохранения своей естественной структуры и активности. Повышение отрицательной систематической ошибки с увеличением содержания влагопоглотителя молекулярное сито для 600 мг/дл глюкозы (фиг.2A) коррелировало с приблизительно 40%-й потерей активности фермента FAD-GDH для тестовых датчиков, хранившихся с влагопоглотителем молекулярное сито (фиг.4). В отличие от этого, относительно постоянная и почти нулевая систематическая ошибка с увеличением содержания влагопоглотителя силикагеля для 600 мг/дл глюкозы (фиг.2B) коррелировала только с 20-25%-й потерей активности фермента FAD-GDH для тестовых датчиков, хранившихся с влагопоглотителем силикагелем (фиг.4).
[0053] Фиг.5 изображает графики внутридатчиковой активности фермента FAD-GDH ("% усвоения фермента") для тестовых датчиков, герметизированных в течение двух недель каждый при 50°C, для контейнеров, содержащих различные типы влагопоглотителя, и для композиций реагентов со стабилизатором фермента сорбитолом и без него. Используемыми влагопоглотителями были силикагель (SG), молекулярное сито 13x (MS-13x), узкая бутылка, содержащая молекулярное сито 4A (Bottle-MS), и два различных смешанных с полимеров влагопоглотителя - полипропиленовая пленка, покрытая молекулярными ситами (SLF/MS), и полипропиленовая пленка, покрытая силикагелем (SLF/SG). Смешанные с полимером влагопоглотители были получены от Multisorb Technologies (г. Буффало, шт. Нью-Йорк, США).
w
w
2
4
[0054] Композиции реагентов для тестовых датчиков, обозначенные "PD18-контроль" и "PD16-контроль", получали посредством нанесения и высушивания текучей среды с реагентами, которая включала воду, 80 миллимолярный (мМ) медиатор 3-(2',5'-дисульфофенилимино)-3H-фенотиазин бис-натриевую соль, 3,75 ферментных единиц FAD-GDH на микролитр, 0,2% (мас./мас.) связующего гидроксиэтиленцеллюлозы (HEC) со средневесовой молекулярной массой (M) 300000, 0,362% (мас./мас.) связующего HEC с M 90000, 112,5 мМ буферной соли NaHPO, 0,225% (мас./мас.) N-октаноил-N-метил-D-глутамина (MEGA-8) и 0,01% (мас./мас.) метилкокоилтаурата натрия (Geropon TC-42). Композицию реагентов для тестовых датчиков, обозначенную "PD18 плюс 0,4% сорбитола" получали так же, как для датчиков, обозначенных "PD18-контроль", за исключением того, что текучая среда с реагентами также содержала 0,4% (мас./мас.) сорбитола.
[0055] Тестовые датчики, хранившиеся с чистым влагопоглотителем из молекулярного сита (MS-13x) или с узкой бутылкой с влагопоглотителем (Bottle-MS), имели приблизительно 30%-ое снижение активности фермента, тогда как тестовые датчики, хранившиеся с влагопоглотителем из силикагеля (SG), имели только 15%-ое снижение. Стабилизация фермента 0,4% сорбитолом уменьшала потерю активности фермента; однако, тестовые датчики, хранившиеся с молекулярно-ситовыми влагопоглотителями, снова давали удвоенную величину инактивации фермента. Различия в усвоении фермента между тестовыми датчиками PD18-контроль и тестовыми датчиками PD16-контроль, хранившимися с чистым влагопоглотителем молекулярное сито или с влагопоглотителем силикагель, представляются находящимися в пределах экспериментальной ошибки.
[0056] Смешивание влагопоглотителя молекулярное сито с полипропиленом (SLF/MS) обеспечивало сохранение активности фермента, сравнимое с обеспечиваемым влагопоглотителем силикагелем. Таким образом, ингибирование осушающей способности молекулярных сит позволяло ферменту сохранить свою активность во время тепловой нагрузки. Осушающая способность силикагеля также была ингибирована. Снижение точности анализа может быть связано с недостаточной защитой других ингредиентов композиций реагентов от влаги во время тепловой нагрузки.
[0057] В случае биосенсорной системы, которая включает в себя множество тестовых датчиков, герметизированных в контейнере с влагопоглотителем, эта система может быть оценена путем измерения активности окислительно-восстановительного фермента в композиции реагентов тестовых датчиков, которая сохраняется после хранения тестовых датчиков в различных условиях. В одном примере множество тестовых датчиков герметизируют в контейнере, содержащем влагопоглотитель, на две недели при температуре 50°C, при этом каждый тестовый датчик включает в себя по меньшей мере два проводника, один из которых является рабочим электродом, и композицию реагентов, включающую окислительно-восстановительный фермент, размещенную на рабочем электроде или вблизи него. Тестовые датчики затем извлекают из контейнера и измеряют активность окислительно-восстановительного фермента в композиции реагентов каждого тестового датчика. В данном примере композиция реагентов каждого тестового датчика предпочтительно сохраняет по меньшей мере 75% активности окислительно-восстановительного фермента. Более предпочтительно, в данном примере композиция реагентов каждого тестового датчика предпочтительно сохраняет по меньшей мере 80% активности окислительно-восстановительного фермента, а более предпочтительно сохраняет по меньшей мере 85% активности окислительно-восстановительного фермента. Предпочтительно, в данном примере число тестовых датчиков в их множестве составляет по меньшей мере 10, а предпочтительно составляет по меньшей мере 25, по меньшей мере 50 или по меньшей мере 100.
[0058] Корреляция одного или более значений выходного тока, таких как значения выходного тока, изображенные на фиг. 1A-1C, с концентрацией аналита в образце может быть скорректирована для учета ошибок в измерении. Один подход к исправлению ошибок, связанных с биосенсорным анализом, состоит в корректировании корреляции для определения концентраций аналита в образце из значений выходного тока индексными функциями, выведенными из промежуточных значений тока из этих значений выходного тока. Индексные функции могут вводить поправку в корреляцию для определения концентраций аналита из значений выходного тока на одну или более ошибок в анализах, которые могли привести к систематической ошибке в определяемых концентрациях аналита. Индексные функции соответствуют %-ой систематической ошибке в корреляции между концентрациями аналита и значениями выходного тока из-за одной или более ошибок в анализе.
[0059] Эта %-ая систематическая ошибка анализа глюкозы может быть представлена одним или более значениями ΔS, полученными из одного или более параметров ошибки. Значения ΔS представляют отклонения наклона корреляции между концентрациями аналита и значениями выходного тока, определяемыми из одного или более параметров ошибки. Наклон корреляции соответствует изменению выходного тока для данного изменения концентрации глюкозы в образце. Индексные функции, соответствующие наклону или изменению наклона, могут быть нормализованы с целью уменьшения статистического эффекта изменений в значениях выходного тока, улучшения дифференцировки колебаний значений выходного тока, стандартизации измерений значений выходного тока, их комбинации и тому подобное. Скорректированная корреляция может применяться для определения концентраций аналита в биологических образцах из значений выходного тока и может иметь повышенную точность и/или воспроизводимость по сравнению с традиционными биосенсорами. Исправление ошибки с применением индексных функций и значений ΔS описана, например, в патентной публикации США 2009/0177406 и в Международной заявке на патент № PCT/US2009/067150, поданной 8 декабря 2009 года, озаглавленной "Комплексные индексные функции". Раскрытия данных патентных заявок, относящихся к исправлению ошибок с применением индексных функций и значений ΔS, включены сюда посредством ссылки.
корр
исх
корр
исх
[0060] Таким образом, значение выходного тока, чувствительного к концентрации глюкозы в образце, может быть преобразовано в скорректированную концентрацию глюкозы в образце с применением индексной функции, представляющей ΔS/S. В качестве альтернативы, скорректированное значение концентрации глюкозы может быть определено из нескорректированного значения концентрации глюкозы с использованием индексной функции и уравнения, такого как G=G/(1+f(индекс)), при этом G представляет собой скорректированную концентрацию глюкозы в образце, G представляет собой концентрацию аналита в образце, определенную без компенсации, а f(индекс) представляет собой индексную функцию.
3,3
3,1
3,3
3,1
4,3
3,3
4,3
p
q
[0061] Индексные функции могут включать соотношения, выведенные из выходного сигнала, такого как выходные сигналы, изображенные на фиг.1A-1C. Например, значения выходного сигнала можно сравнивать в пределах отдельного цикла импульс-затухание сигнала, например, отношение R3=i/i, где i обозначает третье значение тока, зарегистрированное для третьего затухания сигнала, а i обозначает первое значение тока, зарегистрированное для третьего затухания сигнала. В еще одном примере, значения выходного сигнала можно сравнивать между отдельными циклами импульс-затухание сигнала, например, отношение R4/3=i/i, где i обозначает третье значение тока, зарегистрированное для четвертого затухания сигнала. Индексные функции могут включать комбинации отношений, выведенных из выходного сигнала. В одном примере, индексная функция может включать простое отношение отношений, такой как Отношение 3/2=R3/R2. В еще одном примере, индексная функция может включать более усложненную комбинацию более простых индексных функций. Например, индексная функция Индекс-1 может быть представлена как Индекс-1=R4/3-Отношение3/2. В еще одном примере, индексная функция Индекс-2 может быть представлена как Индекс-2=(R4/3)-(Отношение3/2), где p и q независимо являются положительными числами.
[0062] Предпочтительно, индексная функция исправляет ошибки, связанные с колебаниями содержания гематокрита. Например, традиционные биосенсорные системы могут быть выполнены с возможностью сообщать о концентрациях глюкозы, предполагая содержание 40% (об./об.) гематокрита для образца цельной крови, независимо от фактического содержания гематокрита в образце. В данных системах любое измерение глюкозы, выполненное на образце крови, содержащем менее или более чем 40% гематокрита, будет содержать ошибку и таким образом иметь систематическую ошибку, приписываемую действию гематокрита.
ый
ый
[0063] Расчет индексной функции, которая исправляет ошибки, связанные с колебаниями содержания гематокрита, можно облегчить посредством применения тестового датчика, который дает выходной сигнал, варьирующийся с содержанием гематокрита. Для некоторых биосенсоров параметр отношения R5/4 служил в качестве показателя гематокрита в образце и использовался для корректировки измеренной концентрации аналита для учета содержания гематокрита в образце. Параметр отношения R5/4 представляет соотношение между токами, генерируемыми аналитом в ответ на 4 и 5 импульсы последовательности стробированных амперометрических импульсов на фиг. 1A-1C.
[0064] Фиг.6 изображает графики вариации параметра отношения R5/4 для тестовых датчиков, хранившихся в течение двух недель при 50°C, относительно параметра отношения R5/4 для тестовых датчиков, хранившихся в течение двух недель при -20°C, при этом тестовые датчики имели изменяющиеся уровни плотности фермента над рабочим электродом тестовых датчиков. Два типа экспериментальных точек представляют два различных анионных поверхностно-активных вещества Phospholan CS131 (нонилфенолэтоксилатфосфат) и Geropon TC-42.
[0065] При более высоких концентрациях фермента различие между параметрами отношения R5/4 для тестовых датчиков, хранившихся при 50°C, и для тестовых датчиков, хранившихся при -20°C, было меньшим. Данная тенденция была очевидной для обоих типов анионных поверхностно-активных веществ, используемых в композициях реагентов. Поскольку параметр соотношения R5/4 может использоваться в качестве переменной в индексной функции для коррекции измерений аналита, является желательным более низкое колебание этого параметра из-за факторов окружающей среды. Таким образом, повышенное сохранение активности фермента, обеспеченное менее агрессивными влагопоглотителями, может обеспечивать дополнительное преимущество снижения изменчивости факторов коррекции.
[0066] Ферментом в композициях реагентов тестовых датчиков, используемым на фиг.1-6, являлся фермент FAD-GDH. Наблюдаемые действия остаточной влаги во время хранения тестовых датчиков представляется применимым к другим ферментам, таким как алкогольдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа, β-гидроксибутиратдегидрогеназа, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, глюкозоксидаза (GOx), глюкозодегидрогеназа, формальдегиддегидрогеназа, малатдегидрогеназа и 3-гидроксистероиддегидрогеназа.
+
+
[0067] Предпочтительными ферментными системами являются кислород-независимые, таким образом по существу не окисленные кислородом. Одним таким семейством кислород-независимых ферментов является глюкозодегидрогеназа (GDH). Применяя различные коферменты или кофакторы, GDH может быть опосредована различным образом различными медиаторами. В зависимости от их связи с GDH, кофактор, такой как флавин-адениндинуклеотид (FAD), может прочно удерживаться главным ферментом, так, как в случае FAD-GDH; или кофактор, такой как пирролохинолинхинон (PQQ), может быть ковалентно связан с главным ферментом, например, с PQQ-GDH. Кофактор в каждой из этих ферментных систем может либо постоянно удерживаться главным ферментом, или кофермент и апофермент могут быть восстановлены перед тем, как ферментную систему добавляют к текучей среде с реагентами. Кофермент также может быть независимо добавлен к фрагменту главного фермента в текучей среде с реагентами, чтобы содействовать каталитической функции главного фермента, например, в случаях никотинамидадениндинуклеотида NAD/NADH или никотинамидадениндинуклеотидфосфата NADP/NADPH в комбинации с NAD-зависимой глюкозодегидрогеназой (NAD-GDH).
[0068] Ингредиенты композиций реагентов для тестовых датчиков и текучих сред с реагентами для создания композиций реагентов описаны, например, в патентной публикации США 2009/0178936 и в Международной заявке на патент № PCT/US2009/066963, поданной 7 декабря 2009, озаглавленной "Low Total Salt Reagent Compositions And Systems For Biosensors". Раскрытия этих патентных заявок, относящиеся к ингредиентам композиций реагентов и текучим средам для создания композиций реагентов, включены сюда посредством ссылки.
[0069] На активность фермента в тестовых датчиках и на аналитические характеристики тестовых датчиков, по-видимому, оказывает влияние тип влагопоглотителя, используемого в контейнере для датчиков. Влагопоглотитель, который адсорбирует самое большее 15% воды от своей массы, или который предпочтительно адсорбирует самое большее 10% или от 5% до 10% воды от своей массы, при нахождении в контакте с окружающей средой с ОВ 10%-20% при 40°C, может обеспечивать такой уровень остаточной влаги в композиции реагентов, который позволяет ферменту оставаться в своем активном состоянии. В отличие от этого, чрезмерное высушивание композиции реагентов агрессивным влагопоглотителем, таким как молекулярное сито, может привести к инактивации фермента. Менее агрессивные влагопоглотители могут уравновешивать противоположные потребности во влаге у медиатора и фермента в контейнерах для тестовых датчиков путем адсорбции воды из атмосферы только тогда, когда уровень влажности в упаковке превышает 20% ОВ. Таким образом, менее агрессивные влагопоглотители могут защищать медиатор от высокой влажности без отрицательного влияния на активность фермента.
[0070] Фиг.7 дает схематическое представление биосенсора 700, который определяет концентрацию аналита в образце биологической текучей среды с применением тестового датчика. Биосенсор 700 включает в себя измерительное устройство 702 и тестовый датчик 704, который может быть выполнен в виде любого аналитического прибора, включая настольное устройство, портативное или ручное устройство, или тому подобное. Биосенсор 700 может использоваться для определения концентраций аналита, включая концентрации глюкозы, мочевой кислоты, лактата, холестерина, билирубина и тому подобного. При том, что показана конкретная конфигурация, биосенсор 700 может иметь другие конфигурации, включая конфигурации с дополнительными конструктивными элементами.
[0071] Тестовый датчик 704 имеет основание 706, образующее резервуар 708 и канал 710 с отверстием 712. Резервуар 708 и канал 710 могут быть закрыты крышкой с вентиляционным отверстием. Резервуар 708 образует частично закрытый объем. Резервуар 708 может содержать композицию, которая содействует удержанию жидкого образца, такую как водонабухающие полимеры или пористые полимерные матрицы. В резервуар 708 и/или канал 710 могут быть помещены реагенты. Композиция реагентов на рабочем электроде 707 включает в себя композицию реагентов с низким общим содержанием солей и может включать одну или более ферментных систем, медиатор и подобные вещества. Противоэлектрод 705 может быть сформирован с использованием такой же или иной композиции реагентов, предпочтительно композиции с отсутствующей ферментной системой. Тестовый датчик 704 также может иметь интерфейс 714 с образцом, размещенный рядом с резервуаром 708. Интерфейс 714 с образцом может частично или полностью окружать резервуар 708. Тестовый датчик 704 может иметь другие конфигурации.
[0072] Интерфейс 714 с образцом имеет проводники 709, соединенные с рабочим электродом 707 и противоэлектродом 705. Электроды могут находиться по существу в одной и той же плоскости или в более чем одной плоскости. Электроды 704, 705 могут быть размещены на поверхности основания 706, которая образует резервуар 708. Электроды 704, 705 могут проходить или выступать в резервуар 708. Диэлектрический слой может частично покрывать проводники 709 и/или электроды 704, 705. Интерфейс 714 с образцом может иметь другие электроды и проводники.
[0073] Измерительное устройство 702 включает в себя электрическую схему 716, соединенную с интерфейсом 718 с датчиком и экраном 720. Электрическая схема 716 включает в себя процессор 722, соединенный с генератором 724 сигналов, необязательным датчиком 726 температуры и носителем 728 данных.
[0074] Генератор 724 сигналов подает электрический входной сигнал на интерфейс 718 с датчиком по команде процессора 722. Электрический входной сигнал может быть передан интерфейсом 718 с датчиком интерфейсу 714 с образцом для подачи электрического входного сигнала на образец биологической текучей среды. Электрический входной сигнал может быть потенциалом или током и может быть подан в виде множества импульсов, импульсных последовательностей или циклов. Генератор 724 сигналов также может регистрировать выходной сигнал от интерфейса с датчиком в качестве генератора-регистратора.
[0075] Необязательный датчик 726 температуры определяет температуру образца в резервуаре тестового датчика 704. Температуру образца можно измерить, вычислить из выходного сигнала или принять, что она является такой же или аналогичной измерению окружающей температуры или температуры устройства, реализующего биосенсорную систему. Температуру можно измерять с применением термистора, термометра, инфракрасного датчика, термоэлемента или другого термочувствительного устройства. Для определения температуры образца можно применять другие методы.
[0076] Носителем 728 данных может быть магнитная, оптическая или полупроводниковая память, другое устройство хранения и тому подобное. Носитель 728 данных может представлять собой несъемное запоминающее устройство, съемное запоминающее устройство, такое как карта памяти, запоминающее устройство с удаленным доступом и тому подобное.
[0077] Процессор 722 реализует анализ аналита и обработку данных с использованием считываемого компьютером программного кода и данных, хранящихся в носителе 728 данных. Процессор 722 может начать анализ аналита в ответ на присутствие тестового датчика 704 в интерфейсе 718 с датчиком, нанесение образца на тестовый датчик 704, в ответ на ввод пользователем и тому подобное. Процессор 722 инструктирует генератор 724 сигналов выдать электрический входной сигнал на интерфейс 718 с датчиком. Процессор 722 может принимать температуру образца от необязательного датчика 726 температуры. Процессор 722 принимает выходной сигнал от интерфейса 718 с датчиком. Выходной сигнал генерируется в ответ на окислительно-восстановительною реакцию аналита в резервуаре 708.
[0078] Процессор 722 предпочтительно измеряет выходной сигнал, чтобы получить значение тока от возбуждения, где значение начального тока является большим, чем те, которые следуют в затухании и в пределах менее чем примерно 3 секунд от введения образца в тестовый датчик 704. Более предпочтительно, процессор 722 измеряет выходной сигнал, чтобы получить значение тока в пределах менее чем примерно 3 секунд от введения образца в тестовый датчик 704, и получает первое значение тока, зарегистрированное от возбуждения, где значения тока, которые следуют за первым значением тока, непрерывно уменьшаются. Даже более предпочтительно, процессор 722 измеряет выходной сигнал, чтобы получить значение тока в пределах менее чем примерно 3 секунд от введения образца в тестовый датчик 704, чтобы получить первое значение тока, зарегистрированного от возбуждения, где значения тока, которые следуют за первым значением тока, непрерывно уменьшаются, и чтобы получить значение тока во время максимальной кинетической характеристики тестового датчика.
[0079] Корреляцию одного или более полученных значений тока с концентрацией аналита в образце устанавливают с использованием одного или более корреляционных уравнений в процессоре 722. Результаты анализа аналита могут выводиться на экран 720 и могут храниться в носителе 728 данных. Предпочтительно, результаты анализа аналита выводятся на экран 720 в пределах пяти секунд или менее от введения образца в тестовый датчик, более предпочтительно результаты выводятся на экран 720 в пределах трех секунд или менее от введения образца в тестовый датчик.
[0080] Корреляционные уравнения, относящиеся к концентрациям аналита и значениям выходного тока, могут быть представлены графически, математически, их комбинации и тому подобное. Корреляционные уравнения могут быть представлены таблицей программно-числового ряда (PNA), другой справочной таблицей и тому подобным, которая хранится в носителе 728 данных. Команды, относящиеся к реализации анализа аналита, могут обеспечиваться считываемым компьютером программным кодом, хранящимся в носителе 728 данных. Этот код может быть объектным кодом или любым другим кодом, описывающим или контролирующим описанные здесь функциональные возможности. Данные от анализа аналита могут подвергаться одной или более обработкам данных, включая определение скоростей затухания, постоянных K, соотношений и тому подобных, в процессоре 722.
[0081] Интерфейс 718 с датчиком имеет контакты, которые соединяют или обеспечивают электрическую связь с проводниками 709 в интерфейсе 714 с образцом тестового датчика 704. Интерфейс 718 с датчиком передает электрический входной сигнал от генератора 724 сигналов через контакты на проводники 709 в интерфейсе 714 с образцом. Интерфейс 718 с датчиком также передает выходной сигнал от образца через контакты процессору 722 и/или генератору 724 сигналов.
[0082] Экран 720 может быть аналоговым или цифровым. Экран может быть LCD, LED, OLED, TFT или другим экраном, приспособленным для отображения числового показания.
[0083] При использовании, образец для анализа переносят в резервуар 708 посредством введения образца в отверстие 712. Образец течет через канал 710, заполняя резервуар 708, вытесняя при этом ранее содержавшийся там воздух. Образец химически реагирует с реагентами, размещенными в канале 710 и/или резервуаре 708. Предпочтительно, образец представляет собой текучую среду, более предпочтительно, жидкость.
[0084] Тестовый датчик 704 размещен рядом с измерительным устройством 702. Рядом находятся положения, в которых интерфейс 714 с образцом находится в электрической связи с интерфейсом 718 с датчиком. Электрическая связь включает проводной или беспроводной перенос входных и/или выходных сигналов между контактами в интерфейсе 718 с датчиком и проводниками 709 в интерфейсе 714 с образцом.
[0085] Фиг.8 изображает биосенсорную систему 800, которая включает в себя контейнер 810, содержащий влагопоглотитель и множество тестовых датчиков 830. Контейнер 810 включает в себя крышку 812, которая может герметизировать (герметично закупоривать) тестовые датчики 830 в контейнере 810. Контейнер 810 может содержать влагопоглотитель 820 в отдельной упаковке в контейнере. Контейнер 810 может содержать влагопоглотитель 822 в крышке 812. Контейнер 810 может содержать влагопоглотитель 824 в стенке контейнера. Контейнер 810 может содержать влагопоглотитель 826 в основании контейнера. Контейнер 810 может быть изготовлен из различных материалов, включая пластик, металлическую фольгу и/или стекло. Количество и тип влагопоглотителя в контейнере 810 могут быть выбраны с тем, чтобы обеспечивать предварительно заданный уровень влажности в контейнере.
[0086] Хотя выше были описаны различные варианты воплощения изобретения, среднему специалисту в данной области будет ясно, что в пределах объема изобретения возможны другие варианты воплощения и реализации. Соответственно, изобретение не должно ограничиваться ничем кроме приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов.