СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ КРОВЬЮ И КОНТРОЛЬНЫМ РАСТВОРОМ, СОДЕРЖАЩИМИ ОДИНАКОВОЕ АНАЛИЗИРУЕМОЕ ВЕЩЕСТВО
METHOD FOR REVEALING DIFFERENCES BETWEEN BLOOD AND REFERENCE SOLUTION, CONTAINING SAME ANALYSED SUBSTANCE

Предпосылки изобретения
Это изобретение, в целом, относится к измерению анализируемого вещества в биологических жидкостях, таких как пробы цельной крови, с использованием оптических приборов. Такие приборы в основном тестируются с использованием растворов, которые имитируют обычную биологическую пробу и содержат известное количество анализируемого вещества. В настоящем изобретении речь идет об определении пробы как пробного раствора, который обычно называют контрольным раствором. Более подробно, данное изобретение относится к предотвращению включения оптическими приборами в их сохраняемую память данных измерений анализируемых веществ в контрольных растворах; то есть, чтобы избежать ошибок, которые могут возникнуть, когда сохраняемая память неточно представляет содержимое измеренных ранее проб, а включает результаты, полученные с контрольными растворами.
Количественное определение анализируемого вещества в биологических жидкостях имеет важное значение при диагностике и лечении болезней, например, при измерении уровня глюкозы в биологических жидкостях, что важно для больных диабетом. Настоящее изобретение будет описано в сфере применения для измерения уровня глюкозы в пробах крови. Однако настоящее изобретение может применяться и для других веществ, анализируемых в оптических приборах.
Как электрохимические, так и оптические методы используются для измерения уровня глюкозы в крови. Настоящее изобретение относится к оптическим измерениям. Изменения цвета, появившиеся в результате химических реакций с глюкозой в крови, могут быть измерены оптически разными типами приборов, использующими диффузное отражение, пропускание, поглощение, диффузное пропускание, полное пропускание, и другими. Например, диффузное отражение используется в методах, описанных в патентах США 5611999 и 6181417. Свет от светоизлучаемых диодов (СИД) направляется на основу, находившуюся в контакте с кровью и проявившую реакцию, которую можно измерить оптически. Отраженный свет направлен на фотодетектор, где измеряется количество полученного света и устанавливается соотношение с уровнем глюкозы в пробе крови. В приведенных ниже примерах использовалось поглощение света.
Разные типы химических реакций использовались для того чтобы вызвать изменение, которое могут зарегистрировать оптические приборы. К ним относится реакция глюкозы с глюкозооксидазой или глюкозодегидрогиназой для того чтобы проявить цвета, которые укажут на уровень глюкозы в исследуемой пробе. См. патент США №4689309. Настоящее изобретение не ограничивается типом химической реакции, которая используется для определения уровня глюкозы в крови при условии, что реакция на глюкозу в пробе определяется оптическими приборами.
Для обеспечения точных измерений используются контрольные растворы, содержащие известные уровни глюкозы, с целью проверки правильности работы прибора. Состав контрольных растворов был темой целого ряда патентов и публикаций. Показательными являются патенты США №№3920580; 4572899; 4729959; 5028542; и 5605837; WO 93/21928; WO 95/13535; и WO 95/13536. Хотя использовались контрольные растворы, содержащие сыворотку крови, в более современных патентах старались заменить контрольные растворы, сделанные на основе сыворотки, бессывороточными растворами, так как бессывороточные растворы являются более плотными и устойчивыми по сравнению с теми, которые содержат сыворотку. Для того чтобы правильно измерить уровень глюкозы, контрольный раствор по качеству должен быть похожим на кровь. Ясно, что перед использованием состав должен быть неизменяемым на протяжении длительного периода хранения. Более того, состав должен способствовать реакции глюкозы с реагентами, производящими цвет, способом, похожим на тот, как реагирует глюкоза, содержащаяся в пробе крови. Кроме этого, состав не должен реагировать на свет, освещающий пробу, таким образом, чтобы препятствовать считыванию показаний цвета, проявивщегося в результате реакции глюкозы на реагенты. Таким образом, улучшение состава контрольного раствора представляет особый интересе в данной области техники.
Хотя некоторые контрольные растворы не добавляют цвет, другие включают добавки-красители для того, чтобы быть более похожими на кровь. Например, патент США №3920580 предлагает добавлять красный краситель, а патент США №5605837 включает суспензию черных частиц.
Проблема, возникающая в некоторых приборах, связана с необходимостью выявления различия между измерениями, сделанными с пробами крови, и измерениями, проведенными с контрольными растворами, которые часто используются для проверки правильности работы тестового прибора. Если контрольный раствор по составу подобран таким, чтобы реагировать подобно реакции пробы цельной крови, то прибор не отличит, что тестируется контрольный раствор, а не проба крови. Это значит, что уровень глюкозы определяется независимо от остальной части пробы для того, чтобы контрольный раствор давал правильный результат. Однако зачастую такие приборы записывают уровень глюкозы и сохраняют эти данные, так как данные о предыдущих уровнях глюкозы могут быть использованы при лечении больных диабетом. Очевидно, что уровень глюкозы в контрольных растворах не должен учитываться, за исключением тех случаев, когда эти данные могут быть идентифицированы и отделены от измерений уровня глюкозы в пробах крови. Конечно же, это может сделать пользователь вручную, но по неосторожности могут быть искажены собранные данные об уровне глюкозы. Предпочтительно, чтобы пользователь не отвечал за сортировку измерений уровня глюкозы, полученных для контрольного раствора и пробы крови.
В патенте США №5723284 рассматривается электрохимическое измерение уровня глюкозы в крови. Патент №5723284 предлагает модификацию контрольных растворов таким образом, чтобы измерительный прибор распознавал, что измерение проводится в контрольном растворе, и предпринимал соответствующие действия для предотвращения включения этих результатов в результаты пробы крови. Настоящее изобретение включает средства для распознавания наличия контрольного раствора в приборах, используемых для измерения уровня глюкозы или других анализируемых веществ оптическими средствами, как это подробнее описано ниже.
Сущность изобретения
Изобретение выявляет различие между анализируемыми веществами в биологических жидкостях, в частности, глюкозой в цельной и лизированой крови и анализируемым веществом в контрольных растворах, используемых для тестирования работы оптического прибора. Контрольный раствор имеет маркировку, например, вещество, которое не присутствует в нормальной биологической пробе, но распознается оптическим прибором как идентифицирующее контрольный раствор. В одном примере оптический прибор содержит светоизлучающий диод (СИД), излучающий свет с длиной волны в пределах от приблизительно 600 до приблизительно 800 нм, соответствующий типичной длине волны, поглощаемой идентифицирующим веществом. Желательно, чтобы маркировочное вещество было красителем или принадлежало к группе водорастворимых красителей или красителей, которые можно превратить в водорастворимые после добавки поверхностно-активных веществ или подобных веществ. В основном, максимальное поглощение красителя находится в пределах узкого спектра, который можно легко идентифицировать как связанный с контрольным раствором.
Одним аспектом настоящего изобретения является способ выявления различия между измерениями уровня глюкозы, сделанными в пробах крови и контрольных растворах. Маркировочное вещество добавляется к контрольному раствору, который распознается оптическим прибором как контрольный раствор, а не как проба крови.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ измерения уровня глюкозы в пробе крови оптическим прибором, в котором контрольный раствор используется для проверки работы оптического прибора и содержит вещество, которое служит маркировкой и выявляется оптическим прибором как идентификатор присутствия контрольного раствора.
Еще одним аспектом изобретения является оптический прибор для измерения уровня глюкозы в цельной крови, лизированой крови, плазме или сыворотке при реакции глюкозы с тестовой полоской. Прибор включает в себя свет, излучаемый светоизлучаемыми диодами на длине волны, характерной для вещества, которое маркирует контрольные растворы, используемые для проверки работы оптического прибора. Светоизлучаемый диод, используемый для выявления маркировочного вещества, излучает свет с длиной волны, поглощаемой маркировкой, которая отличается от длины волны светоизлучаемого диода, используемого для определения уровня глюкозы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения оптический прибор накапливает данные измерений уровня глюкозы проб цельной крови, исключая в то же время данные измерений уровня глюкозы в контрольных растворах.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 изображены спектры поглощения продукта формазана соли тетразолия WST-4 и красителя индоцианина зеленого в соответствии с одним примером.
На Фиг.2 изображены спектры поглощения лизированой цельной крови, продукта формазана соли тетразолия WST-4 и красителя индоцианина зеленого в соответствии с одним примером.
Осуществление изобретения
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ГЛЮКОЗЫ ОПТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
Оптические методы, применяемые для определения уровня глюкозы, можно широко подразделить на те, которые используют глюкозооксидазы, и те, которые используют глюкозодегидрогиназы. Хотя способы похожи, в них используются разные ферменты, медиаторы и индикаторы.
При использовании глюкозооксидаз проходит процесс окисления глюкозы в пробе (например, крови) в глюконовую кислоту с выделением перекиси водорода. Считается, что перекись водорода окисляет индикатор (например, в присутствии пероксидазы) для получения измеряемой оптическим методом реакции (например, цвета, который указывает на уровень глюкозы в пробе). В некоторых недавних патентах было предложено сначала превратить глюкозу в глюконовую кислоту, а потом в глюконолактон, а в других было предложено сначала образовать глюконолактон с последующим его гидролизом в глюконовую кислоту. Независимо от того, какая очередность процесса правильна, в сухих тестовых полосках широко используются ферменты глюкозооксидазы для измерения уровня глюкозы в крови.
При использовании ферментов дегидрогиназы глюкозы включается кофактор (например, NAD или PQQ), индикатор и медиатор, такой как фермент диафоразы или его аналог. Кофактор восстанавливается в присутствии фермента, и глюкоза окисляется в глюконовую кислоту или глюконолактон, как это было описано выше. После этого восстановленный кофактор окисляется ферментом диафоразы или его аналогом. В этом процессе индикатор, такой как соль тетразолия, восстанавливается с целью получения цветной производной, которую можно измерить и сопоставить с уровнем глюкозы в тестируемой пробе.
В настоящем изобретении можно использовать любой способ, так как изобретение направлено на применение контрольного раствора, с помощью которого проверяется правильность работы оптического прибора, для того чтобы обеспечить точные и надежные измерения уровня глюкозы в цельной крови.
Способы, описанные выше, часто используются вместе с сухими тестовыми полосками, содержащими реагенты, которые реагируют на глюкозу в биологической пробе или контрольном растворе с целью получения цвета, который может взаимодействовать с уровнем глюкозы, присутствующей в пробе. Хотя проявившийся цвет может дать полуколичественное измерение уровня глюкозы, содержащейся в пробе, например, сравнивая цвет на цветовой диаграмме с уровнем глюкозы, более точные результаты можно получить при воздействии источника света на окрашенную тестовую полоску, измеряя интенсивность цвета используемым индикатором и сопоставляя результаты с уровнем глюкозы в пробе.
Контрольные растворы - это, в основном, составы, основанные на воде, имеющие разные компоненты, имитирующие родственную биологическую пробу. Для измерения глюкозы в крови включается полимер или полимеры для того, чтобы придать раствору физические характеристики цельной крови. Примеры включают, но не ограничиваются, полиэтилен оксид, полигидроксиэтил, метакрилат и поливинил пирролидон. В основном, раствор состоит из приблизительно 5-30% (мас./об.) полимера. Второй компонент - это глюкоза в заданном количестве, часто в объеме от приблизительно 30 до приблизительно 500 мг/дл. Для сохранения соответствующей степени кислотности добавляют буферный раствор в объеме от приблизительно 5 до приблизительно 8. Примеры включают, но не ограничиваются, лимонную кислоту/цитрат натрия, фосфорную кислоту, натрий Гепес и фосфорнокислый натрий. Наконец, в соответствии с изобретением, раствор будет содержать маркировочное вещество, которое вызывает характерную реакцию, когда на него воздействует свет светоизлучающего диода, имеющий длину волны в диапазоне максимального поглощения маркировочным веществом. Маркировочное вещество вызовет реакцию в диапазоне, отличающемся от того, который используется для определения уровня глюкозы в контрольном растворе. Желательно, чтобы маркировочное вещество, используемое для идентификации контрольного раствора и его отличия от пробы крови, было красителем или принадлежало к группе водорастворимых красителей, или красителей, которые можно превратить в водорастворимые после добавки поверхностно-активных веществ.
В одном варианте осуществления изобретения к контрольному раствору добавляют краситель индоцианин зеленый. Как следует из нижеперечисленных примеров, этот краситель поглощает свет с длиной волны приблизительно 780 нм, делая возможным выявить присутствие красителя и, таким образом, присутствие контрольного раствора.
В нижеперечисленных примерах краситель, реагирующий на свет, достигающий пика в области 700-820 нм, используется для подачи сигнала о том, что измеряется контрольный раствор. Как будет видно, общепринятый индикатор, используемый для определения присутствия глюкозы, реагирует при достижении пика в диапазоне от приблизительно 500 до приблизительно 650 нм. Разделение пиков достаточно как для определения присутствия контрольного раствора, так и для измерения уровня содержащейся глюкозы.
При измерении глюкозы в цельной крови, используя оптическую реакцию индикатора, присутствие красных кровяных клеток может помешать выявлению реакции индикатора. В контрольных растворах не присутствует кровь, поэтому необходимо только, чтобы компоненты контрольного раствора не мешали выявлению индикатора для определения уровня глюкозы и добавленного маркировочного вещества, указывающего на присутствие контрольного раствора.
ПРИМЕР №1
Краситель индоцианин зеленый (Sigma Aldrich) растворили в забуференном фосфатом соляном растворе. Спектр поглощения этого раствора был измерен спектрофотометром с диодной матрицей видимого УФ-части спектра, прибором модели 8453 компании Хьюлетт-Пакард, а результаты были изложены на Фиг.1. Как видно на Фиг.1, максимальное поглощение было выявлено при приблизительно 780 нм.
Коммерчески доступная тетразолиевая соль WST-4 (Dojindo) была растворена в 100 миллимолярах буфера фосфата калия с рН, равным приблизительно 7,5. WST-4 был восстановлен до эквивалента красителя формазана при добавлении аскорбиновой кислоты, таким образом, имитируя получение окрашенного индикатора в тестах на уровень глюкозы. Было проведено измерение раствора, а результаты представлены на Фиг.1 для сравнения со спектром поглощения красителя индоцианина зеленого. Пиковое поглощение формазана при приблизительно 550-600 нм и явным образом отличается от поглощения красителя.
ПРИМЕР №2
Цельная кровь была лизирована гипотоническим раствором воды, а потом разбавлена в забуференном фосфатом солевом растворе. Поглощение лизированной крови было измерено подобно тому, как в примере 1, а результаты представлены на Фиг.2 вместе с двумя графиками поглощения согласно фиг.1. Максимальное поглощение лизированной крови происходило при приблизительно 400 нм, длина волны четко отличается от длины волны формазана и индоцианина зеленого. Можно сделать заключение, что если кровь лизируется как часть теста на уровень глюкозы, она не будет мешать маркировочному красителю, который указывает на присутствие контрольного раствора.
Альтернативный вариант осуществления А
Контрольный раствор для тестирования работы оптического прибора, адаптированный для измерения концентрации глюкозы в крови в соответствии с оптической реакцией индикатора, включает маркировочное вещество, выявленное оптическим прибором как идентификатор присутствия контрольного раствора.
Альтернативный вариант осуществления В
Контрольный раствор по альтернативному варианту осуществления А, в котором маркировочное вещество имеет характерную реакцию на возбуждение светоизлучающим диодом в оптическом приборе, которая отличается от реакции индикатора.
Альтернативный вариант осуществления С
Контрольный раствор по альтернативному варианту осуществления А, в котором маркировочное вещество имеет пиковое поглощение света, которое отличается от поглощения индикатора.
Альтернативный вариант осуществления D
Контрольный раствор по альтернативному варианту осуществления С, в котором маркировочное вещество является индоцианином зеленым.
Альтернативный вариант осуществления Е
Контрольный раствор по альтернативному варианту осуществления D, в котором маркировочное вещество отличается от индикатора соли тетразолия.
Альтернативный процесс F
Способ выявления различия между измерениями оптическим прибором уровня глюкозы в крови и глюкозы в контрольном растворе, используемом для проверки работы оптического прибора, содержащий этап добавки маркировочного вещества, выявляемого оптическим прибором, к контрольному раствору.
Альтернативный процесс G
Способ согласно альтернативному процессу F, в котором маркировочное вещество имеет характерную реакцию на возбуждение светоизлучающим диодом в оптическом приборе, которая отличается от реакции индикатора.
Альтернативный процесс Н
Способ согласно альтернативному процессу F, в котором маркировочное вещество имеет пиковое поглощение света, которое отличается от уровня поглощения индикатором.
Альтернативный процесс I
Способ согласно альтернативному процессу F, в котором маркировочное вещество является индоцианином зеленым.
Альтернативный процесс J
Способ согласно альтернативному процессу I, в котором маркировочное вещество отличается от индикатора соли тетразолия.
Альтернативный процесс К
Способ измерения уровня глюкозы в крови оптическим прибором, включающий этапы тестирования работы измерительного прибора, путем добавления контрольного раствора, в котором содержится известный уровень глюкозы, на тестовую полоску, приспособленную для реакции с глюкозой и получения оптической реакции индикатора, и измерения этой реакции; причем контрольный раствор содержит маркировочное вещество, выявляемое оптическим прибором и отличающееся от реакции индикатора.
Альтернативный процесс L
Способ согласно альтернативному процессу К, в котором маркировочное вещество имеет характерную реакцию на возбуждение светоизлучающим диодом в оптическом приборе, которая отличается от реакции индикатора.
Альтернативный процесс М
Способ согласно альтернативному процессу К, в котором маркировочное вещество имеет пиковое поглощение света, которое отличается от уровня поглощения света индикатором.
Альтернативный процесс N
Способ согласно альтернативному процессу М, в котором маркировочное вещество является индоцианином зеленым.
Альтернативный процесс О
Способ согласно альтернативному процессу N, в котором маркировочное вещество отличается от индикатора соли тетразолия.
Альтернативный вариант осуществления Р
Оптический прибор для сопоставления содержания глюкозы в пробах крови и оптической реакцией, полученной в результате контакта пробы с тестовой полоской, выполненной для получения оптической реакции при взаимодействии с пробой крови, содержащий светоизлучаюший диод, для возбуждения реакции в маркировочном веществе, находящемся в контрольном растворе, который используется для выявления отличия контрольного раствора от проб крови.
Альтернативный вариант осуществления О
Оптический прибор согласно альтернатирному варианту осуществления Р, в котором оптический прибор накапливает данные об измерениях уровня глюкозы и исключает такие измерения, сделанные в контрольных растворах.
Альтернативный вариант осуществления R
Оптический прибор согласно альтернативному варианту осуществления Р, в котором маркировочное вещество имеет пиковое поглощение света, которое отличается от пикового поглощения света индикатором, используемым для измерения уровня глюкозы.
Альтернативный вариант осуществления S
Оптический прибор согласно альтернативному варианту осуществления R, в котором маркировочное вещество является индоцианином зеленым.
Альтернативный процесс Т
Способ выявления различия между контрольными растворами и биологическими пробами в оптических приборах, используемых для измерения анализируемых веществ в этих биологических пробах, включающий этапы добавления к контрольным растворам вещества, которое маркирует контрольный раствор, и позволяет оптическим приборам идентифицировать контрольные растворы и отличить контрольные растворы от биологических проб.
Альтернативный процесс U
Способ согласно альтернативному процессу Т, в котором маркировочное вещество является красителем, адаптированным для растворения в контрольном растворе, причем краситель поглощает свет на длине волны, отличающейся от длины волны, характерной для анализируемого вещества.
Хотя в изобретение могут быть внесены различные изменения или использованы альтернативные формы в соответствии с ним, конкретные варианты осуществления изобретения показаны на примерах чертежей и подробно здесь описаны. Следует понимать, однако, что изобретение не должно ограничиваться конкретными раскрытыми формами. Изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, которые включены в объем настоящего изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения.