Электрохимические датчики с полем носителя - RU2587501C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к способам и системам для определения концентрации аналита в образце.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обнаружение аналитов в физиологических жидкостях, например крови или продуктах крови, приобретает все большее значение в современном обществе. Анализы на обнаружение аналитов используются в самых разнообразных целях, в том числе при клинических лабораторных исследованиях, анализе физиологических жидкостей в домашних условиях и т.п., когда результаты такого исследования играют значимую роль в диагностике и лечении различных заболеваний. К примерам таких аналитов относятся глюкоза при лечении диабета, холестерин и т.п. В ответ на растущую значимость определения аналитов разработаны различные протоколы обнаружения аналитов и приборы для применения как в клинических, так и в домашних условиях.

Одним из типов способов, применяющихся для обнаружения аналитов, является электрохимический способ. В таких способах водный жидкий образец помещают в камеру для приема образца в электрохимической ячейке, в которой располагаются два электрода, например рабочий электрод и противоэлектрод. Раствор, содержащий аналит, оставляют для реагирования с окислительно-восстановительным реагентом для образования окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, соответствующем концентрации аналита. Затем количество окисляемого (или восстанавливаемого) вещества определяют электрохимическим способом и соотносят с концентрацией аналита в исходном образце.

Электрохимическая ячейка обычно размещена на тест-полоске, которая выполнена с возможностью электрического соединения ячейки с прибором для измерения концентрации аналита. Хотя используемые в настоящее время тест-полоски достаточно эффективны, размер тест-полосок может непосредственно сказываться на себестоимости их изготовления. Хотя было бы желательно изготавливать тест-полоски с размером, облегчающим манипуляции с ними, увеличение размера полосок приводит к увеличению себестоимости их изготовления, поскольку увеличивается количество материала, используемое для формирования полоски. Кроме того, увеличение размеров тест-полосок обычно приводит к уменьшению количества полосок в одной производственной партии, что дополнительно повышает себестоимость их изготовления.

Соответственно, имеется потребность в разработке улучшенных электрохимических сенсорных устройств и способов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении по существу описаны электрохимические сенсорные устройства и способы. В одном варианте осуществления описано электрохимическое сенсорное устройство, которое включает в себя носитель, имеющий первую и вторую электропроводящие области, которые электрически изолированы друг от друга. Носитель также может включать в себя проходящее через него отверстие. Устройство также включает в себя электрохимический модуль, установленный между верхней и нижней частями носителя таким образом, что по меньшей мере часть электрохимического модуля проходит через отверстие. Электрохимический модуль включает в себя электрохимическую полость с первым электродом в электрической связи с первой проводящей областью носителя, вторым электродом в электрической связи со второй проводящей областью носителя и камерой для приема образца, которая включает в себя слой реагента.

Хотя носитель может иметь различные конфигурации, в одном варианте осуществления носитель имеет верхнюю часть, несущую первую проводящую область, и нижнюю часть, несущую вторую проводящую область, обращенную к первой проводящей области. Для образования верхней и нижней частей носитель может быть согнут вдоль линии сгиба. Отверстие может располагаться в любом месте носителя, но в одном примере осуществления отверстие проходит по линии сгиба и через первую и вторую проводящие области. Дополнительно отверстие может располагаться на дистальном конце носителя, а на проксимальном конце носителя могут иметься первый и второй контакты, выполненные с возможностью установления соединения между первым и вторым электродами и отдельным прибором для измерения концентрации аналита. Носитель также может включать в себя адгезив, расположенный между верхней и нижней частями носителя. Адгезив может быть выполнен с возможностью поддержания верхней и нижней частей на фиксированном расстоянии друг от друга и необязательно с возможностью облегчения удержания электрохимического модуля на своем месте на носителе.

Электрохимический модуль также может иметь различные конфигурации. В одном варианте осуществления электрохимический модуль имеет максимальную длину и максимальную ширину, которые меньше максимальной длины и максимальной ширины носителя. В другом варианте осуществления электрохимический модуль может иметь противоположные концы, зафиксированные между верхней и нижней частями носителя, а камера для приема образца может располагаться между противоположными концами и на расстоянии от носителя. Отверстие для приема образца может размещаться в средней части электрохимического модуля таким образом, что отверстие будет расположено наружу от отверстия в носителе. В одном примере осуществления электрохимический модуль включает в себя верхнюю изолирующую подложку, несущую первый электрод, нижнюю изолирующую подложку, несущую второй электрод, и разделитель, расположенный между первым и вторым электродами и поддерживающий первый и второй электроды в разнесенном друг от друга положении. Верхняя и нижняя изолирующие подложки могут быть смещены относительно друг друга таким образом, что часть первого электрода на верхней изолирующей подложке находится в контакте с первой проводящей областью носителя, а часть второго электрода на нижней изолирующей подложке находится в контакте со второй проводящей областью носителя. В других аспектах электрохимический модуль может иметь непрямоугольную форму и может иметь центральную часть, проходящую вдоль центральной оси и содержащую электрохимическую полость, и противоположные концевые части, выходящие под углом из центральной части таким образом, что каждая концевая часть имеет центральную ось, которая проходит под углом относительно центральной оси центральной части.

В другом варианте осуществления описано электрохимическое сенсорное устройство, которое включает в себя носитель, имеющий первую проводящую область и вторую проводящую область, которая электрически изолирована от первой проводящей области, а также выполненное сквозь носитель отверстие. Устройство также включает в себя электрохимический модуль, установленный на носителе таким образом, что по меньшей мере часть электрохимического модуля доступна через отверстие в носителе. Электрохимический модуль может иметь первую изолирующую подложку, несущую первый электрод в связи с первой проводящей областью носителя, и вторую изолирующую подложку, несущую второй электрод в связи со второй проводящей областью носителя. Первый и второй электроды могут быть обращены друг к другу и располагаться на расстоянии друг от друга. В альтернативном варианте осуществления электрохимический модуль может иметь одну изолирующую подложку, несущую одновременно и первый, и второй электроды, расположенные рядом друг с другом в одной плоскости. Электроды могут быть дополнительно смещены относительно друг друга. Модуль также может включать в себя электрохимическую полость для приема жидкого образца. Электрохимическая полость может быть образована поверх первого и второго электродов или между ними. Модуль дополнительно включает в себя реагент, расположенный внутри электрохимической полости и на по меньшей мере одном из первого и второго электродов для реагирования с аналитом жидкого образца, принятого в электрохимическую полость.

В одном варианте осуществления носитель имеет максимальную длину и максимальную ширину, которые больше максимальной длины и максимальной ширины электрохимического модуля. Хотя носитель может иметь различные конфигурации, в некоторых аспектах носитель может быть согнут вдоль линии сгиба для образования верхней части, несущей первую проводящую область, и нижней части, несущей вторую проводящую область. Первая и вторая проводящие области на носителе могут быть электрически изолированы друг от друга вдоль линии сгиба и необязательно между линией сгиба и электрохимическим модулем. Отверстие в носителе может располагаться в различных местоположениях, например вдоль периметра носителя, и более конкретно - вдоль линии сгиба. Носитель также может включать в себя адгезив, расположенный между верхней и нижней частями носителя и выполненный с возможностью поддержания верхней и нижней частей на фиксированном расстоянии друг от друга. Адгезив может быть необязательно выполнен с возможностью облегчения удержания электрохимического модуля на своем месте на носителе.

В других аспектах электрохимический модуль может располагаться на дистальном конце носителя, а на проксимальном конце носителя могут находиться первый и второй контакты, выполненные с возможностью установления электрического соединения между первым и вторым электродами и прибором для измерения концентрации аналита. Электрохимический модуль также может включать в себя противоположные концы, установленные на носителе, и среднюю часть, расположенную между противоположными концами и на расстоянии от носителя. В одном варианте осуществления электрохимический модуль имеет центральную часть, проходящую вдоль центральной оси и содержащую электрохимическую полость, и противоположные концевые части, имеющие центральные оси, которые проходят под углом относительно центральной оси центральной части.

В другом варианте осуществления описано электрохимическое сенсорное устройство, которое включает в себя электрохимический модуль, имеющий электрохимическую полость с первым и вторым электродами, и камеру для приема образца, имеющую слой реагента, выполненный с возможностью реагирования с аналитом жидкого образца, принятого в электрохимическую полость. Устройство также включает в себя носитель, имеющий верхнюю изолирующую подложку с первой проводящей областью и нижнюю изолирующую подложку со второй проводящей областью. Через дистальный конец верхней и нижней изолирующих подложек проходит дистальный вырез, и по меньшей мере часть электрохимического модуля доступна в дистальном вырезе таким образом, что первый электрод находится в электрической связи с первой проводящей областью и второй электрод находится в электрической связи со второй проводящей областью. Через проксимальный конец нижней изолирующей подложки проходит проксимальный вырез, открывая контактную область на первой проводящей области верхней изолирующей подложки таким образом, что первая контактная область и вторая контактная область на нижней изолирующей подложке оказываются открытыми и позволяют обеспечить возможностью электрического соединения с прибором для измерения концентрации аналита для установления соединения между первым и вторым электродами и прибором для измерения концентрации аналита.

В другом варианте осуществления описан электрохимический модуль, имеющий первую изолирующую подложку, несущую первый электрод, и вторую изолирующую подложку, несущую второй электрод. Каждая из первой и второй изолирующих подложек может иметь противоположные боковые стенки, проходящие между первым и вторым терминальными концами, и ось, проходящую между первым и вторым терминальными концами, и первая и вторая изолирующие подложки могут быть смещены относительно друг друга таким образом, что первый терминальный конец первой изолирующей подложки выступает на расстояние за первый терминальный конец второй изолирующей подложки для открытия первого электрода, а второй терминальный конец второй изолирующей подложки выступает на расстояние за второй терминальный конец первой изолирующей подложки для открытия второго электрода. Каждая из первой и второй изолирующих подложек могут иметь ширину, простирающуюся между первым и вторым терминальными концами, которая по меньшей мере вдвое превышает длину, простирающуюся между противоположными боковыми стенками. Модуль также может включать в себя по меньшей мере один разделитель, расположенный между первой и второй изолирующими подложками и поддерживающий первый и второй электроды в разнесенном друг от друга положении, а также электрохимическую полость, образованную между первым и вторым электродами и выполненную с возможностью приема жидкого образца. Электрохимическая полость может включать в себя реагент, выполненный с возможностью реагирования с аналитом жидкого образца, принятого в электрохимическую полость. В одном варианте осуществления указанный по меньшей мере один разделитель может включать в себя первый разделитель, размещенный рядом с первым терминальным концом второй изолирующей подложки, и второй разделитель, размещенный рядом со вторым терминальным концом первой изолирующей подложки.

В другом варианте осуществления описана лента носителя, имеющая носитель с проходящей продольно линией сгиба, которая образует верхнюю часть, имеющую первую проводящую область, и нижнюю часть, имеющую вторую проводящую область, электрически изолированную от первой проводящей области, а также множество отверстий, расположенных на расстоянии друг от друга и размещенных вдоль линии сгиба. Лента носителя также включает в себя множество электрохимических модулей, причем каждый модуль установлен в одном из множества отверстий, и каждый электрохимический модуль имеет первый электрод, находящийся в связи с первой проводящей областью носителя, второй электрод, изолированный от первого электрода и находящийся в связи со второй проводящей областью носителя, и доступную через отверстие в носителе электрохимическую полость для приема жидкого образца.

В другом варианте осуществления описан способ изготовления электрохимического сенсорного устройства, который включает в себя размещение противоположных концов электрохимического модуля на носителе таким образом, что образованная в электрохимическом модуле электрохимическая полость располагается в образованном в носителе отверстии, и сгибание носителя для фиксации противоположных концов электрохимического модуля между верхней и нижней частями носителя. Электрохимический модуль может включать в себя первую изолирующую подложку, несущую первый электрод, который находится в электрическом контакте с первой электропроводящей областью на носителе, и вторую изолирующую подложку, несущую второй электрод, который находится в электрическом контакте со второй электропроводящей областью на носителе. Способ также может включать в себя перед размещением образование первой и второй электропроводящих областей на носителе таким образом, что первая и вторая электропроводящие области будут электрически изолированы друг от друга. При сгибании носителя первая электропроводящая область может оказаться на верхней части носителя и вторая электропроводящая область может оказаться на нижней части носителя. Способ также может включать в себя перед сгибанием размещение на носителе разделителя таким образом, что при согнутом носителе разделитель поддерживает верхнюю и нижнюю части на расстоянии друг от друга.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее раскрытие станет более понятным на примере следующего подробного описания в сочетании с сопроводительными иллюстрациями.

На ФИГ. 1А представлен вид сверху носителя в несогнутой конфигурации.

На ФИГ. 1B представлен вид сверху носителя, показанного на ФИГ. 1А, с нанесенными на него адгезивом и электрохимическим модулем (ЭХМ).

На ФИГ. 1C представлен вид сверху носителя, показанного на ФИГ. 1А, с другим вариантом осуществления нанесенного на него адгезива и ЭХМ.

На ФИГ. 1D представлен вид в перспективе носителя и ЭХМ, показанных на ФИГ. 1B и изображенных в согнутой конфигурации для образования узла тест-полоски.

На ФИГ. 2А представлен вид сбоку ЭХМ, показанного на ФИГ. 1B.

На ФИГ. 2B представлен вид с пространственным разделением компонентов ЭХМ, показанного на ФИГ. 2А.

На ФИГ. 3А представлен вид в перспективе ленты носителя, изображенной в несогнутой конфигурации и имеющей нанесенный на нее адгезив, причем лента носителя образует множество носителей для образования множества узлов тест-полоски.

На ФИГ. 3B представлен увеличенный вид в перспективе части ленты носителя и адгезива, показанных на ФИГ. 3А.

На ФИГ. 3C представлен вид в перспективе ленты носителя и адгезива, показанных на ФИГ. 3А, с ЭХМ, размещенным в каждом отверстии ленты носителя.

На ФИГ. 3D представлен вид в перспективе ленты носителя, адгезива и ЭХМ, показанных на ФИГ. 3B, изображенных в частично согнутой конфигурации.

На ФИГ. 4А представлен вид сверху другого варианта осуществления ЭХМ.

На ФИГ. 4B представлен вид сверху ЭХМ с ФИГ. 4А, установленного на носитель, изображенный в согнутой конфигурации, с образованием другого варианта осуществления узла тест-полоски.

На ФИГ. 5 представлен вид сверху ленты узлов тест-полоски, показывающий множество узлов тест-полоски с конфигурацией, изображенной на ФИГ. 4B.

На ФИГ. 6 представлен вид сверху еще одного варианта осуществления узла тест-полоски с множеством ЭХМ.

На ФИГ. 7 представлен вид сверху одного варианта осуществления прибора для измерения концентрации аналита.

На ФИГ. 8 представлен вид сбоку полоски электрохимических модулей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Для более полного понимания конструкции, принципов работы, изготовления и использования приборов, систем и способов, описанных в настоящем документе, ниже приведено описание некоторых примеров осуществления настоящего изобретения. Один или более примеров таких вариантов осуществления представлены на сопроводительных чертежах. Специалистам в данной области будет понятно, что конкретные приборы и способы, описанные в настоящем документе и проиллюстрированные на сопроводительных чертежах, не являются ограничивающими примерами осуществления, а также что объем настоящего изобретения определяется только формулой изобретения. Особенности, проиллюстрированные или описанные применительно к одному примеру осуществления, могут сочетаться с особенностями других вариантов осуществления. Предполагается, что объем изобретения охватывает все такие модификации и изменения.

В настоящем изобретении по существу описано электрохимическое сенсорное устройство, имеющее носитель, который поддерживает электрохимический модуль и который обеспечивает связь между электродами на электрохимическом модуле и на приборе для измерения концентрации аналита. Особенное преимущество представленного носителя заключается в том, что он позволяет изготовить электрохимический модуль относительно небольшого размера при большой площади поверхности для удобства манипуляций. Небольшой размер электрохимического модуля позволяет снизить себестоимость его изготовления, поскольку для образования электродов требуется меньше материала. Носитель также обеспечивает гибкость конструкции, позволяя варьировать расположение одного или более электрохимических модулей, а также позволяя изготавливать множество сенсорных устройств в виде блока.

ФИГ. 1А-1D представляют один пример осуществления электрохимического сенсорного устройства, также называемого в настоящем документе узлом тест-полоски. Как показано на фигурах, узел тест-полоски 10 по существу включает в себя носитель 20, показанный на ФИГ. 1А, и электрохимический модуль 30, который установлен на носитель 20, как показано на ФИГ. 1B-1D. В целом носитель 20 имеет размеры, превышающие размер модуля 30, так что носитель 20 выполняет поддерживающую функцию для облегчения манипуляций с модулем 30. Специалист в данной области определит, что узел тест-полоски 10 может иметь различные конфигурации, отличные от представленных на фигурах, и может включать в себя любую комбинацию элементов, раскрытых в настоящем документе и известных в данной области техники. Кроме того, каждый узел тест-полоски может включать в себя любое количество электрохимических модулей в различных местоположениях на носителе для измерения одного и того же и/или разных аналитов в жидком образце.

Носитель

Как указано выше, на ФИГ. 1А представлен один вариант осуществления носителя 20. Носитель 20 может иметь различные конфигурации, но обычно принимает форму одной или более жестких или полужестких подложек, имеющих достаточную структурную прочность для поддержания электрохимического модуля 30 и для обеспечения возможности манипуляций с узлом тест-полоски, и соединения его с прибором для измерения концентрации аналита, как будет более подробно описано ниже. Носитель может быть изготовлен из различных материалов, включая пластик или картон. В одном примере осуществления предпочтительными являются материалы, которые не оставляют или относительно слабо оставляют волокна. Материал подложки обычно является электрически непроводящим. Материал носителя также может иметь любой коэффициент теплового расширения, включая низкий коэффициент теплового расширения, поскольку изменения объема материала в процессе использования никак не сказываются на характеристиках устройства. Кроме того, материалы носителя могут быть инертными и/или электрохимически нефункциональными, чтобы практически не подвергаться коррозии со временем и не реагировать химически с материалом ЭХМ. Наносимый на носитель проводящий материал должен быть устойчив к коррозии, чтобы его электропроводность не изменялась в процессе хранения узлов полосок.

Носитель 20 может иметь различную форму. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1А, носитель 20 имеет по существу удлиненную прямоугольную форму с длиной L_c, превышающей ширину W_c, размеры которой будут более подробно описаны ниже. Носитель 20 включает в себя первый и второй терминальные концы 21a, 21b и первую и вторую противоположные боковые стенки 21c, 21d, проходящие между первым и вторым терминальными концами 21a, 21b. Носитель 20 может быть образован из отдельных верхней и нижней частей, или, как показано на фигурах, носитель 20 может быть выполнен с возможностью сгибания вдоль линии сгиба 22 для образования обращенных друг к другу верхней и нижней частей 20t, 20b. Специалист в данной области определит, что используемые в настоящем документе термины «верх» и «низ» призваны служить лишь в качестве ориентиров для целей описания и что реальные положения частей носителя будут определяться ориентацией носителя. Верхняя и нижняя части 20t, 20b носителя 20 могут обеспечить возможность установки и фиксации между ними электрохимического модуля, например модуля 30. Линия сгиба 22 может располагаться в разных местах. В представленном на фигуре варианте осуществления линия сгиба 22 смещена относительно средней линии носителя 20, чтобы позволить одной из верхней и нижней частей 20t, 20b носителя, например нижней части 20b на ФИГ. 1А, проходить на расстояние за пределы терминального конца другой части носителя 20, например верхней части 20t на ФИГ. 1А. Такая конфигурация облегчает соединение с прибором для измерения концентрации аналита, как будет более подробно описано ниже. Носитель 20 может также необязательно включать в себя одну или более дополнительных линий сгиба, которые могут облегчить размещение верхней и нижней частей 20t, 20b на расстоянии друг от друга, как также будет более подробно описано ниже. Непроводящая подложка носителя может быть надсечена по предполагаемой линии сгиба для облегчения сгибания. При использовании для выполнения надсечки острого лезвия могут получиться острые края, и в этом случае может оказаться предпочтительным прочертить в подложке канавку с использованием тупоконечного инструмента. Это раздвинет материал подложки в гладкие «группы» по обе стороны канавки таким образом, что после сгиба у носителя не будет острых краев.

Как дополнительно показано на ФИГ. 1А, носитель 20 также может включать в себя по меньшей мере одно проходящее через него отверстие для обеспечения доступа к электрохимическому модулю, как будет более подробно описано ниже. Количество отверстий и местоположения каждого отверстия можно варьировать в зависимости от предполагаемого назначения устройства, например, будет ли на носителе один или несколько модулей. В показанном на фигуре варианте осуществления в носителе 20 имеется единственное отверстие 24, расположенное симметрично относительно линии сгиба 22. Такая конфигурация позволит поместить отверстие 24 вдоль периметра носителя 20 после сгиба носителя 20, как показано на ФИГ. 1D. Хотя на фигуре это не показано, в альтернативном варианте осуществления отверстие 24 может быть расположено вдоль любого края (например, вдоль одного из терминальных концов 21a, 21b и/или противоположных боковых стенок 21c, 21d) носителя 20, при этом соответствующие отверстия проходят через каждую из верхней и нижней частей 20t, 20b. В других вариантах осуществления отверстие может проходить через среднюю часть верхней и нижней частей 20t, 20b носителя 20 на расстоянии от периметра или внешнего края носителя 20.

Носитель 20 также включает в себя один или более электропроводящих слоев для облегчения связи между электродами на описанном ниже электрохимическом модуле и прибором для измерения концентрации аналита. Один или более электропроводящих слоев могут быть изготовлены из любого проводящего материала, включая недорогие материалы, такие как алюминий, углерод, графен, графит, серебряная краска, оксид олова, оксид индия, медь, никель, хром и их сплавы, а также их комбинации. Однако необязательно можно использовать проводящие благородные металлы, такие как палладий, платина, золото или оксид индия и олова. Один или более электропроводящих слоев можно нанести на весь носитель или на его часть, однако конкретные места нанесения одного или более электропроводящих слоев должны быть выбраны с возможностью обеспечения электрического соединения электрохимического модуля с прибором для измерения концентрации аналита. В одном примере осуществления электропроводящий слой наносят на всю поверхность или значительную часть поверхности обращенной внутрь стороны (т.е. поверхности, показанной на ФИГ. 1А) носителя 20 (на фигуре не показано). В результате каждая из верхней и нижней частей 20t, 20b носителя 20 включает в себя нанесенный на нее электропроводящий слой. Носитель 20 также может включать в себя одну или более линий электрической изоляции, например упоминаемые в настоящем документе «разрывы», образованные в электропроводящем слое для разделения слоя на первый электропроводящий слой и второй электропроводящий слой, изолированный от первого электропроводящего слоя. Один или несколько разрывов могут быть образованы с использованием различных известных специалистам способов, таких как лазерное травление. Если электропроводящий слой образован путем нанесения краски, то разрыв может представлять собой незалитую краской область между верхней и нижней частями 20t, 20b носителя. Один или несколько разрывов могут размещаться в разных местах. Например, один или несколько разрывов могут проходить вдоль линии сгиба 22 таким образом, что верхняя часть 20t включает в себя первый электропроводящий слой, который электрически изолирован от второго электропроводящего слоя на нижней части 20b. Таким образом, при сгибании носителя 20, как показано на ФИГ. 1D, первый электропроводящий слой (на фигуре не показан) окажется на обращенной внутрь стороне верхней части 20t носителя 20, а второй электропроводящий слой (на фигуре не показан) окажется на обращенной внутрь стороне нижней части 20b носителя 20 таким образом, что первый и второй электропроводящие слои обращены друг к другу. Как показано на ФИГ. 1А, электропроводящий слой включает в себя первый разрыв, образованный вдоль линии сгиба 22, и второй разрыв 26, расположенный на расстоянии от первого разрыва (линия сгиба 22). Разрывы могут располагаться в различных местоположениях относительно линии сгиба 22, включая расположение на одной и той же или на противоположных сторонах от линии сгиба 22. Специалист в данной области определит, что носитель 20 может быть изготовлен таким образом, чтобы получить отдельные электропроводящие слои, а не образовывать единственный слой с одним или более разрывами. Отдельные слои могут быть образованы из одинаковых или из разных материалов.

В другом варианте осуществления электропроводящие слои могут быть выполнены с возможностью блокирования «автозапуска» анализа при загрязнении одной или обеих боковых стенок 21c, 21d тест-полоски, например солевым раствором, таким как пот с пальцев пользователя. Например, электропроводящие слои могут быть образованы путем нанесения электропроводящей краски (например, углеродной, серебряной, графеновой и т.п.), и материал может не доходить до боковых стенок 21c, 21d на расстояние (например, 1 мм). Такая конфигурация предотвращает контакт между электропроводящим материалом и пальцами пользователя при взятии тест-полоски в руки.

Электропроводящие слои также могут быть выполнены с возможностью поддержания функции автоматического определения измерительным прибором типа полоски (например, для измерения в жидком образце различных аналитов, таких глюкоза, лактат, холестерин, гемоглобин и т.п.). Например, два узких слоя с высокой проводимостью (например, нанесенных серебряной краской) могут проходить от язычков 12a, 12b в направлении к электрохимической полости, с зазором, имеющимся между данными двумя узкими слоями с высокой проводимостью. Два узких слоя с высокой проводимостью можно соединить слоем из материала с меньшей проводимостью (например, нанесенного углеродной краской). При измерении сопротивления между язычками 12a, 12b величина сопротивления будет в основном определяться свойствами слоя материала с меньшей проводимостью. Изменяя толщину, ширину и т.п. слоя материала с меньшей проводимостью, можно обеспечить возможность поддержания функции автоматического определения измерительным прибором типа полоски.

Чтобы сохранить электрическое разделение между первой и второй электропроводящими областями при согнутом носителе 20, носитель 20 может дополнительно включать в себя слой разделителя, который может представлять собой слой адгезива. Слой разделителя может обеспечивать расстояние между верхней и нижней частями 20t, 20b носителя 20, тем самым предотвращая электрический контакт между первым и вторым электропроводящими слоями, нанесенными на верхнюю и нижнюю части 20t, 20b. Слой разделителя может также выполнять функцию двухстороннего адгезивного слоя для склеивания вместе верхней и нижней частей 20t, 20b, а также для закрепления на носителе электрохимического модуля 30. Слой разделителя может быть образован из различных материалов, включая материалы с адгезивными свойствами, или слой разделителя может включать в себя отдельный адгезив, используемый для соединения разделителя с носителем и необязательно с электрохимическим модулем. Неограничивающие примеры способов, которыми адгезивы можно использовать в составе различных узлов тест-полоски настоящего раскрытия, приведены в заявке на патент США с серийным № 12/570,268, авторы Chatelier et al. под названием «Адгезивные композиции для использования в иммуносенсорах», поданной 30 сентября 2009 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку путем ссылки.

Слой разделителя может иметь различные размеры и форму и может располагаться на различных частях носителя 20. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1B, слой разделителя 28 располагается с одной стороны от линии сгиба 22 и покрывает значительную часть обращенной внутрь стороны нижней части 20b носителя 20. Слой разделителя 28 может заканчиваться у или непосредственно перед отверстием 24, так чтобы слой разделителя 28 не выходил в отверстие 24 и не касался электрохимического модуля при сгибе носителя 20. Однако завершение разделителя у отверстия 24 может облегчить получение герметичного соединения вокруг края носителя, смежного с отверстием 24. Слой разделителя 28 может также заканчиваться на расстоянии от второго терминального конца 21b носителя 20 таким образом, что при сгибе носителя, как показано на ФИГ. 1D, открытая часть обращенной внутрь стороны нижней части 20b оказывается полностью свободной от адгезивного материала.

В другом варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1C, слой разделителя 29 аналогичным образом размещен так, чтобы покрывать значительную часть обращенной внутрь стороны нижней части 20b. Однако в этом варианте осуществления слой разделителя 29 включает в себя дополнительную часть расширения 29a, которая проходит в направлении к или доходит до линии сгиба 22 со стороны только одной из боковых стенок, например первой боковой стенки 21c. Другими словами, дополнительная часть расширения 29a проходит только вдоль одной из сторон отверстия 24. Дополнительная часть расширения 29a слоя разделителя 29, таким образом, оказывается расположенной между электрохимическим модулем, например модулем 30, и носителем 20 для закрепления электрохимического модуля 30 на носителе 20 при сгибе носителя. Дополнительную часть расширения 29a предпочтительно размещают в контакте с внешней поверхностью, например нижней внешней поверхностью, электрохимического модуля 30, избегая контакта с обращенными внутрь сторонами, как будет описано ниже. Слой разделителя 29 также может необязательно включать в себя отдельную часть 29b, которую размещают на одной из сторон отверстия 24 напротив дополнительной части расширения 29a и которую также размещают на противоположной стороне от линии сгиба 22. Поэтому данная отдельная часть 29b окажется в контакте с противоположной внешней поверхностью, например верхней внешней поверхностью, электрохимического модуля 30, как будет описано ниже. Специалист в данной области определит, что слой разделителя может располагаться в разных местоположениях.

В других аспектах слой разделителя 29 может быть выполнен с возможностью иметь размер и форму, которые бы снижали загрязнение режущих/высекающих инструментов адгезивом. Например, край адгезива можно отодвинуть на небольшое расстояние (например, 0,5 мм) от отверстия 24 для защиты используемого для формирования отверстия высекающего инструмента от контакта с адгезивом. Кроме того, если адгезив наносят путем печати, край адгезива можно отодвинуть на небольшое расстояние (например, 0,5 мм) от боковых стенок 21c, 21d для защиты режущего инструмента от контакта с адгезивом на этапе разделения (т.е. когда заготовки с множеством полосок нарезаются на отдельные полоски).

Носитель 20 также может включать в себя электрические контакты для соединения с прибором для измерения концентрации аналита. Электрические контакты могут располагаться в любом месте носителя 20. В показанном на фигуре варианте осуществления второй терминальный конец 21b носителя 20 включает в себя первый и второй контакты 12, 14, выполненные с возможностью установления соединения между первым и вторым электродами, соответственно, модуля 30 (как описано ниже) и прибором для измерения концентрации аналита. Как лучше всего видно на ФИГ. 1D, первый контакт 12 имеет форму первого и второго язычков 12a, 12b, расположенных на терминальном конце 21b нижней части 20b носителя 20. При сгибании носителя язычки 12a, 12b оказываются выступающими на расстояние за край терминального конца 21a верхней части 20t носителя 20, как показано на ФИГ. 1D. Язычки 12a, 12b могут быть образованы высеченной или U-образной прорезью 16, заходящей во второй терминальный конец 21b нижней части 20b носителя 20 по существу в его средней части. Прорезь 16 также эффективно открывает первый электропроводящий слой на обращенной внутрь стороне верхней части 20t носителя 20, тем самым образуя второй контакт 14 (показанный пунктиром на ФИГ. 1D) для соединения первого электропроводящего слоя с прибором для измерения концентрации аналита. Специалист в данной области определит, что электрические контакты могут иметь различные конфигурации, отличные от показанных на фигуре. Например, в патенте США № 6,379,513, содержание которого полностью включено в настоящий документ путем ссылки, раскрыт другой вариант осуществления средства подключения электрохимической ячейки.

Конфигурация электрических контактов может позволить измерительному прибору обнаруживать тест-полоску по снижению сопротивления между контактами измерительного прибора, подключаемыми к язычкам 12a, 12b носителя, как показано на ФИГ. 1D. В качестве дополнительного конструктивного элемента язычок 14 на ФИГ. 1D можно выполнить с шириной, позволяющей двум дополнительным контактам измерительного прибора электрически подключаться к язычку 14. Это позволит обеспечить достаточно хороший электрический контакт измерительного прибора с язычком 14 перед выдачей пользователю приглашения ввести жидкий образец в полость 42 электрохимического модуля 30. Такая конфигурация может предотвратить возникновение ошибки «ожидание образца», иногда возникающей для систем, которые не обеспечивают достаточно хороший электрический контакт перед запуском процедуры электрохимического теста. В другом варианте осуществления, в котором ширина язычка 14 не настолько велика, чтобы обеспечить соединение с двумя контактами измерительного прибора, электрический контакт между измерительным прибором и язычком 14 можно контролировать, проводя измерение «сухой емкости» перед введением жидкого образца в электрохимическую полость 42. Результат измерения емкости должен оказаться в пределах ожидаемого для сухой полоски диапазона, прежде чем пользователю будет предложено внести жидкий образец в полость 42 электрохимического модуля 30.

Носитель можно выполнить с возможностью подключения к различным приборам для измерения концентрации аналита, имеющим разные конфигурации. В целом измерительный прибор может включать в себя процессор, который может включать в себя одно или более устройств управления, изготовленных с возможностью выполнения вычислений и способных вычислить поправочный коэффициент по результатам измерения или расчета по меньшей мере одного параметра, а также выполненных с возможностью сортировки и/или хранения данных. Микропроцессор может представлять собой процессор смешанных сигналов (MSP), такой как, например, член семейства MSP 430 компании Texas Instruments. Кроме того, микропроцессор может включать в себя память энергозависимого и энергонезависимого типов. В другом варианте осуществления с микропроцессором может быть интегрировано множество электронных компонентов в виде специализированной интегральной схемы.

Размеры носителя могут значительно различаться в зависимости от конфигурации прибора для измерения концентрации аналита, а также количества и конфигурации одного или нескольких электрохимических модулей в узле тест-полоски. В варианте осуществления, показанном на ФИГ. 1А, и в качестве неограничивающего примера, носитель 20 может иметь ширину W_c, которая на величину в диапазоне приблизительно от 0 мм до 4 мм превышает ширину электрохимического модуля. Например, ширина W_c носителя 20 может принимать значение в диапазоне приблизительно от 5 мм до 50 мм. Также в качестве неограничивающего примера носитель 20 может иметь длину L_c в несогнутой конфигурации, которая принимает значение в диапазоне приблизительно от 20 мм до 200 мм и более предпочтительно принимает значение в диапазоне от 30 мм до 50 мм. Размеры одного или нескольких отверстий в носителе 20 также могут варьироваться, но в одном примере осуществления отверстие 24 имеет по существу овальную или прямоугольную конфигурацию с шириной W_o, измеряемой в направлении, проходящем между противоположными боковыми стенками 21c, 21d, которая принимает значение в диапазоне приблизительно от 3 мм до 49 мм. Длина L_o (в несогнутой конфигурации) отверстия может на величину в диапазоне приблизительно от 0 до 6 мм превышать удвоенную длину электрохимического модуля (коэффициент два требуется для учета сгибания ленты носителя). Например, длина L_o отверстия может принимать значение в диапазоне приблизительно от 3 до 30 мм. При сгибании носителя 20, как показано на ФИГ. 1D, отверстие 24 будет иметь глубину D_o при измерении внутрь от линии сгиба 22, равную половине длины L_o. Специалист в данной области определит, что используемый в настоящем документе термин «приблизительно» применительно к любым числовым значениям или диапазонам указывает на приемлемый допуск на размер, который позволяет элементу или совокупности компонентов выполнять функцию, предусмотренную для них в настоящем изобретении.

Электрохимический модуль

Электрохимический модуль (ЭХМ) также может иметь различные конфигурации, и в нем могут использоваться различные известные специалистам датчики электрохимической ячейки. В одном варианте осуществления модуль может включать в себя множество электродов и слой реагента и может быть выполнен с возможностью приема жидкого образца и реагирования с присутствующим в нем аналитом. Множество электродов могут быть выполнены в любой подходящей конфигурации, такой как электроды, смежные друг с другом и расположенные в одной плоскости, или электроды, обращенные друг к другу и расположенные на противоположных сторонах напротив друг друга. Модуль может быть установлен на носитель, такой как носитель 20, таким образом, что носитель будет поддерживать модуль и облегчать манипуляции с ним. Как указано выше, носитель также может обеспечивать электрическое соединение модуля с прибором для измерения концентрации аналита.

Хотя модуль может иметь различные конфигурации, в варианте осуществления, показанном на ФИГ. 2А-2B, электрохимический модуль 30 по существу включает в себя первый изолирующий слой 32, несущий первый электрод 36, второй изолирующий слой 34, несущий второй электрод 38, обращенный к первому электроду 36 на первом изолирующем слое 32, и один или более разделителей 40a, 40b, поддерживающих первый и второй электроды 36, 38 на расстоянии друг от друга для образования между ними полости, или камеры, 42 для приема жидкого аналита. Для упрощения описания первый изолирующий слой 32 в настоящем документе также называется верхним изолирующим слоем, а второй изолирующий слой 34 также называется нижним изолирующим слоем. Термины «верхний» и «нижний» используются лишь для описания показанной на фигурах ориентации и не призваны ограничить расположение слоев в конкретной ориентации. Показанный на фигурах электрохимический модуль 30 также может включать в себя реагент 44, нанесенный на один из первого и второго электродов, например на второй электрод 38, и размещенный между разделителями 40a, 40b и внутри камеры 42 для реагирования с аналитом. Специалист в данной области определит, что электрохимический модуль 30 может иметь различные конфигурации, включая и другие конфигурации электродов, такие как компланарные электроды.

Первый и второй изолирующие слои 32, 34 каждый могут иметь различные формы и размеры, и конкретная конфигурация изолирующих слоев 32, 34 может варьироваться в зависимости от конкретной конфигурации носителя 20. В показанном на фигуре варианте осуществления первый и второй изолирующие слои 32, 34 каждый имеют по существу прямоугольную форму. Изолирующие слои 32, 34 могут быть изготовлены из различных материалов, но в одном примере осуществления изолирующие слои 32, 34 изготавливают из материала с малым коэффициентом теплового расширения таким образом, что изолирующие слои 32, 34 не оказывают отрицательного влияния на объем реакционной камеры 42, как будет подробно описано ниже. В одном примере осуществления по меньшей мере один из изолирующих слоев, например первый слой 32, может быть изготовлен из прозрачного материала для обеспечения возможности наблюдения за затеканием жидкости в реакционную камеру. Подходящие материалы включают в себя, в качестве неограничивающего примера, полимерные (такие как ПЭТФ, ПЭТГ, полиимид, поликарбонат, полистирол), керамические, стеклянные и адгезивные материалы.

Как указано выше, каждый изолирующий слой 32, 34 может нести электрод 36, 38. Как показано на ФИГ. 2А, на обращенной внутрь стороне первого изолирующего слоя 32 располагается первый электрод 36, а на противоположной ей обращенной внутрь стороне второго изолирующего слоя 34 располагается второй электрод 38. Электроды 36, 38 могут быть изготовлены из слоя электропроводящего материала, такого как золото, палладий, углерод, серебро, платина, оксид олова, иридий, индий, а также их комбинации (например, допированного индием оксида олова). Также можно использовать углерод в форме графена. Электропроводящий материал может быть нанесен на изолирующие слои 32, 34 с использованием различных процессов, таких как напыление, химическое осаждение, тепловое напыление и трафаретная печать. В одном примере осуществления не несущий реагента электрод, например первый электрод 36, представляет собой электрод с золотым напылением, а содержащий реагент 44 электрод, например второй электрод 38, представляет собой электрод с палладиевым напылением. Как более подробно описано ниже, при использовании один из электродов может выполнять функцию рабочего электрода, а второй электрод может выполнять функцию противоэлектрода/контрольного электрода.

При сборке электрохимического модуля 30 первый и второй изолирующие слои 32, 34 и, таким образом, первый и второй электроды 36, 38 могут удерживаться вместе на расстоянии друг от друга с помощью одного или более разделителей. Как показано на ФИГ. 2B, электрохимический модуль 30 включает в себя первый и второй разделители 40a, 40b, также называемые адгезивами. Показанные на фигурах разделители 40a, 40b каждый имеют по существу прямоугольную конфигурацию с длиной L_s, которая может быть по существу равна длине L_i изолирующих слоев 32, 34, и шириной W_s, значительно меньшей ширины W_i изолирующих слоев 32, 34. Однако форма и размеры, а также количество разделителей 40a, 40b могут варьироваться в широких диапазонах. Как показано на фигурах, первый разделитель 40a располагается рядом с первым терминальным концом 34a второго/нижнего изолирующего слоя 34, а второй разделитель 40b располагается рядом со средней частью второго/нижнего изолирующего слоя 34 таким образом, что между первым и вторым разделителями 40a, 40b образуется пространство или зазор. Второй терминальный конец 32b первого/верхнего изолирующего слоя 32 может быть размещен по существу параллельно краю второго разделителя 40b, наиболее удаленного от первого разделителя 40a, таким образом, что первый терминальный конец 32a первого/верхнего изолирующего слоя 32 проходит на расстояние за пределы первого терминального конца 34a второго/нижнего изолирующего слоя 34. В результате второй терминальный конец 34b второго/нижнего изолирующего слоя 34 будет выступать на расстояние D_i за пределы второго терминального конца 32b первого/верхнего изолирующего слоя 32, как показано на ФИГ. 2А. Первый и второй изолирующие слои 32, 34 могут быть, таким образом, смещены относительно друг друга, тем самым открывая обращенную внутрь часть первого и второго электродов 36, 38. Специалист в данной области определит, что конкретная конфигурация, включая форму, ориентацию и местоположение одного или нескольких разделителей и изолирующих слоев относительно друг друга могут варьироваться.

Как указано выше, разделители 40a, 40b и электроды 36, 38 образуют между собой пространство, или зазор, также называемый окном, который образует электрохимическую полость, или реакционную камеру, 42 для приема жидкого образца. В частности, первый и второй электроды 36, 38 образуют верхнюю и нижнюю части реакционной камеры 42, а разделители 40a, 40b образуют боковые стороны реакционной камеры 42. Зазор между разделителями 40a, 40b приводит к тому, что в противоположных боковых стенках модуля 30 образуются отверстия или входные каналы, проходящие до реакционной камеры 42. Таким образом, жидкий образец может быть введен через боковые отверстия.

Как дополнительно показано на ФИГ. 2A, реакционная камера 42 также может включать в себя реагент 44, нанесенный на по меньшей мере один из электродов, например второй электрод 38. В альтернативном варианте осуществления слой реагента может быть нанесен на множество сторон реакционной камеры 42. Реагент 44 может быть изготовлен из различных материалов, включая различные медиаторы и/или ферменты. Подходящие медиаторы включают в себя, в качестве неограничивающего примера, феррицианид, ферроцен, производные ферроцена, осмий-бипиридильные комплексы и производные хинонов. Подходящие ферменты включают в себя, в качестве неограничивающего примера, глюкозооксидазу, глюкозодегидрогеназу (GDH) на основе пирролохинолинхинонового кофактора (PQQ), GDH на основе никотинамидадениндинуклеотидного кофактора и GDH на основе FAD-кофактора [E.C.1.1.99.10]. Один пример состава реагента, который походит для получения реагента 44, описан в находящемся на рассмотрении патенте США № 7,291,256 под названием «Способ изготовления стерилизованного и калибрированного медицинского прибора на основе биосенсора», содержание которого полностью включено в настоящий документ путем ссылки. Реагент 44 может быть изготовлен с использованием различных процессов, таких как щелевое нанесение, нанесение из конца трубки, струйная печать и трафаретная печать. Такие процессы описаны, например, в перечисленных ниже патентах США, содержание которых полностью включено в настоящий документ путем ссылки: 6,749,887; 6,869,441; 6,676,995 и 6,830,934. Хотя это не описано подробно, специалист в данной области определит, что различные раскрытые в настоящем документе электрохимические модули также могут содержать буферный раствор, смачивающий агент и/или стабилизатор для биохимического компонента.

Размеры электрохимического модуля 30 и его компонентов могут варьироваться. Например, в одном варианте осуществления первый и второй изолирующие слои 32, 34 могут каждый иметь по существу одинаковый размер с длиной L_i и шириной W_i, которые меньше длины L_c и ширины W_c носителя 20. В качестве неограничивающего примера изолирующие слои 32, 34 могут каждый иметь ширину W_i, равную по меньшей мере удвоенной длине L_i. Например, ширина W_i может принимать значение в диапазоне приблизительно от 3 мм до 48 мм и более предпочтительно принимать значение в диапазоне приблизительно от 6 мм до 10 мм, а длина L_i может принимать значение в диапазоне приблизительно от 0,5 мм до 20 мм и более предпочтительно принимать значение в диапазоне от 1 мм до 4 мм. Расстояние D_e между верхним электродом 36 и нижним электродом 38, а также размеры разделителей 40a, 40b могут также варьироваться в зависимости от требуемых размеров реакционной камеры 42. В одном примере осуществления реакционная камера 42 имеет небольшой объем. Например, объем может принимать значение в диапазоне от приблизительно 0,1 микролитра до приблизительно 5 микролитров, предпочтительно от приблизительно 0,2 микролитра до приблизительно 3 микролитров, более предпочтительно от приблизительно 0,3 микролитра до приблизительно 0,4 микролитра. Для получения малого объема зазор между разделителями 40a, 40b может иметь площадь в диапазоне от приблизительно 0,005 см² до приблизительно 0,2 см², предпочтительно от приблизительно 0,0075 см² до приблизительно 0,15 см² и более предпочтительно от приблизительно 0,01 см² до приблизительно 0,08 см², а толщина разделителей 40a, 40b (т.е. высота H_s) может принимать значение в диапазоне приблизительно от 1 микрона до 500 микрон, более предпочтительно приблизительно от 10 микрон до 400 микрон, более предпочтительно приблизительно от 40 микрон до 200 микрон и еще более предпочтительно приблизительно от 50 микрон до 150 микрон. Как определят специалисты в данной области, объем реакционной камеры 42, площадь зазора между разделителями 40a, 40b и расстояние между электродами 36, 38 могут варьироваться.

Узел тест-полоски

Для изготовления узла тест-полоски с носителем и электрохимическим модулем могут использоваться различные способы. Возвращаясь к ФИГ. 1А-1D, в одном варианте осуществления одиночный узел тест-полоски 10 может быть изготовлен путем обеспечения носителя, например носителя 20, и помещения слоя разделителя 28 или 29 и электрохимического модуля 30 на носитель 20. Электрохимический модуль 30 предпочтительно устанавливают на носитель 20 таким образом, чтобы позволить носителю 20 выполнять функцию поддерживающего элемента при манипуляциях с устройством, одновременно обеспечивая простой доступ в реакционную камеру 42. Хотя конкретное местоположение модуля 30 относительно носителя 20 может варьироваться в зависимости от конфигурации модуля 30, количества модулей 30, установленных на носитель 20, и конфигурации носителя 20, в показанном на фигуре варианте осуществления модуль 30 устанавливают на носитель 20 таким образом, что модуль 30 оказывается доступен в отверстии 24 и размещен вдоль или рядом с одной из сторон линии сгиба 22. Противоположные терминальные концы модуля 30, таким образом, находятся в контакте с носителем 20, тогда как центральная, или средняя, часть модуля 30 не контактирует с носителем 20 и располагается на расстоянии от него. Слой разделителя 28 или 29 можно аналогичным образом расположить в разных местоположениях носителя 20. Как описано выше, слой разделителя 28 или 29 может выполнять функцию адгезива для закрепления модуля 30 между верхней и нижней частями 20t, 20b носителя 20, тем самым предотвращая перемещение модуля 30 относительно носителя 20. Хотя на ФИГ. 1B разделитель 28 показан расположенным от модуля 30 на расстоянии таким образом, что разделитель 28 не касается модуля 30 даже при согнутом носителе 20, разделитель может иметь другие конфигурации, такие как конфигурация, показанная на ФИГ. 1C, в которой разделитель 29 имеет части 29a, 29b, выступающие над по меньшей мере частями терминальных концов модуля 30 для непосредственного закрепления модуля 30 на носителе 20.

После размещения модуля 30 и разделителя 28 или 29 на носителе 20 носитель 20 может быть согнут вдоль линии сгиба 22, как показано на ФИГ. 1D, тем самым склеивая верхнюю и нижнюю части 20t, 20b друг с другом и тем самым фиксируя электрохимический модуль 30 между верхней и нижней частями 20t, 20b. В согнутом состоянии носитель 20 имеет проксимальный конец 20p с первым и вторым электрическими контактами 12, 14 и дистальный конец 20d с размещенным на нем модулем 30. Модуль 30 может быть размещен рядом с или вдоль терминального дистального края, или периметра, носителя 20 таким образом, что одна сторона входящего в реакционную камеру 42 отверстия располагается вдоль периметра для обеспечения возможности бокового приема жидкого образца в реакционную камеру 42. Другая сторона модуля 30, например проксимальная сторона, располагается на расстоянии от внутреннего края отверстия 24 для создания зазора. Зазор между носителем и модулем позволяет жидкому образцу затечь в реакционную камеру 42 без затекания в носитель 20, например между верхней и нижней частями 20t, 20b. Используемый в настоящем документе термин «проксимальный» означает, что описываемая структура располагается ближе к испытательному измерительному прибору, а термин «дистальный» означает, что описываемая структура располагается дальше от испытательного измерительного прибора.

После полной сборки, как показано на ФИГ. 1D, обращенная внутрь поверхность верхнего электрода 36 оказывается в прямом контакте и электрически соединяется с обращенной внутрь поверхностью нижней части 20b носителя 20, а обращенная внутрь поверхность нижнего электрода 38 оказывается в прямом контакте и электрически соединяется с обращенной внутрь поверхностью верхней части 20t носителя 20. Электрическое соединение обеспечивается конфигурацией со смещением изолирующих слоев 32, 34 и электродов 36, 38, как показано на ФИГ. 2A. В частности, на ФИГ. 2B показано, что электрическое соединение обеспечивается на первом терминальном конце 32a первого/верхнего изолирующего слоя 32, который проходит на расстояние за пределы первого терминального конца 34a второго/нижнего изолирующего слоя 34, и на втором терминальном конце 34b второго/нижнего изолирующего слоя 34, который проходит на расстояние за пределы второго терминального конца 32b первого/верхнего изолирующего слоя 32. Первый электрод 36 изолирован от контакта с верхней частью 20t носителя 20 первым изолирующим слоем 32, а второй электрод 38 изолирован от контакта с нижней частью 20b носителя вторым изолирующим слоем 34. Таким образом, первый электрод 36 связан с прибором для измерения концентрации аналита через нижнюю часть 20b носителя и через первый электрический контакт 12, например язычки 12a и 12b, а второй электрод 38 связан с прибором для измерения концентрации аналита через верхнюю часть 20t носителя и через второй электрический контакт 14. Слой разделителя обеспечивает электрическое разделение между верхней и нижней частями 20t, 20b носителя 20.

Размеры в собранном виде ЭХМ и узла тест-полоски могут варьироваться, но в одном примере осуществления ЭХМ имеет ширину приблизительно 10 мм и длину (измеряемую в проксимально-дистальном направлении) приблизительно 2 мм, а носитель или узел тест-полоски имеет ширину приблизительно 12 мм и длину (измеряемую в проксимально-дистальном направлении) приблизительно 40 мм. Таким образом, размеры носителя значительно превышают размеры ЭХМ.

Пример процесса изготовления

В одном примере осуществления узел тест-полоски может быть изготовлен путем нанесения слоя электропроводящей углеродной краски на ленту шириной 76 мм из глянцевого картона, ПЭТФ или пропилена соответствующей жесткости. Толщина наносимого слоя должна быть достаточной для снижения поверхностного сопротивления таким образом, что общее сопротивление соединительной дорожки окажется менее 200 Ом. Электропроводящий слоя на носителе может быть разрезан в направлении вдоль ленты лазером или механическим резцом на расстоянии 40 мм от одного из краев таким образом, что лента окажется разделенной на две электрически изолированные друг от друга функциональные области, например верхнюю часть 20t и нижнюю часть 20b. Для ленты носителя с множеством узлов тест-полоски, например с многопанельным узлом тест-полоски, лента также может быть разрезана в направлении поперек ленты с шагом 20 мм для разделения узлов тест-полоски. На ленту может быть ламинирован покрытый отделяемой пленкой разделитель или адгезивный слой, например разделитель 128, как показано на ФИГ. 3C, таким образом, что один из его краев располагается на расстоянии 4 мм от терминального конца нижней части 20b ленты носителя и другой конец располагается на расстоянии приблизительно 5 мм выше центральной линии ленты носителя. Возвращаясь к ФИГ. 3C, отметим, что центральная линия может соответствовать месту линии сгиба 122. В ленте носителя могут быть прорезаны отверстия 124 диаметром 8 мм в направлении вдоль ленты вдоль прорезанной линии с шагом 12 мм (между центрами) и пазы в нижнем (проксимальном) конце. Для многопанельного узла тест-полоски отверстия могут быть выполнены в середине каждого участка длиной 20 мм. Полоска двухстороннего адгезивного разделителя шириной 34 мм (высотой приблизительно 95±2 микрона с отделяемыми пленками толщиной 50 микрон) может быть надсечена, и ненужные части могут быть удалены таким образом, чтобы получить четыре повторяющихся мотива, частично показанные на ФИГ. 8, которые состоят из (1) полости шириной 1,2 мм (помеченной «a» на ФИГ. 8) в центе, из которой на последующем этапе будет образована электрохимическая полость, и (2) разделителя шириной 2,4 мм из участка адгезивного разделителя (помеченного «b» на ФИГ. 8) на каждой из сторон, из которых на последующем этапе будут образованы стенки электрохимической полости. Термин «надсекать» может использоваться для описания частичного прорезания в многослойной структуре. Например, многослойная структура, включающая в себя слой Au-ПЭТФ, адгезивный слой разделителя и слой Pd-ПЭТФ, может быть надсечена таким образом, чтобы прорезать только слой Au-ПЭТФ или Pd-ПЭТФ. Оставшийся разделитель образует не содержащую реагента полость (по 2 мм с каждой стороны, помеченную «c» на ФИГ. 8), которая на последующем этапе откроет доступ к выступающим электродам. На полосу из наполненного частицами сульфата бария ПЭТФ шириной 32 мм напыляют слой палладия толщиной 60 нм, затем на 20 секунд приводят его в контакт с 0,3 мМ водного раствора MESA и остатки жидкости удаляют воздушным ножом. На палладиевый электрод наносят четыре полоски реагента (одинакового или разного) с шагом 8 мм (между центрами). На палладиевый электрод наклеивают двухсторонний адгезивный разделитель таким образом, чтобы каждая полость шириной 1,2 мм накладывалась на полоску реагента. На полосу из прозрачного ПЭТФ шириной 32 мм напыляют слой золота толщиной 30 нм, затем на 20 секунд приводят его в контакт с 0,3 мМ водного раствора MESA и остатки жидкости удаляют воздушным ножом. Трехслойную структуру палладий-разделитель-золото надсекают через слой электрода только с двух направлений, как показано стрелками на ФИГ. 8, таким образом, что либо палладий, либо золото заходит за край слоя разделителя и второго слоя электрода. Различные дорожки трехслойной структуры могут быть разделены с образованием четырех электрохимических модулей, два из которых показаны на ФИГ. 8 и помечены A и B, а остальные два показаны лишь частично. Полная ширина каждого из модулей будет составлять 2 мм (секция c, верхний электрод) +2,4 мм (секция b, трехслойная структура) +1,2 мм (секция a, полость плюс реагент) +2,4 мм (секция b, трехслойная структура) +2 мм (секция c, нижний электрод), что дает полную ширину 10 мм. Это превышает полную длину 32 мм, разделенную на 4 (приблизительно 8 мм), из-за отдельных открытых областей верхних и нижних электродов. Каждый модуль из трехслойной структуры разрезают на датчики длиной 2 мм и помещают на носитель, как описано выше. Один из способов добиться этого состоит во введении переднего края трехслойной структуры в паз на барабане и отсечении датчика шириной 2 мм. Затем барабан поворачивают так, что передний край ленты из трехслойной структуры входит в другой паз, и отсекают следующий датчик шириной 2 мм, и т.д. Лента носителя может перемещаться мимо противоположного края барабана и принимать каждый датчик шириной 2 мм таким образом, что соответствующий край электрохимической полости будет совпадать с центром отверстия в носителе. Для узла тест-полоски на несколько аналитов дорожки будут располагаться вдоль носителя в порядке 1-2-3-4, 1-2-3-4 и т.д., причем для каждого реагента будет использоваться отдельный вращающийся барабан. Поскольку каждый маленький ЭХМ имеет ширину 10 мм и каждый носитель имеет ширину 12 мм, между каждым краем ЭХМ и носителя остается достаточный зазор, чтобы исключить повреждение ЭХМ разрезающим автоматом на последнем этапе «разделения» модулей. Носитель сгибают по линии, прорезанной лазером в направлении ленты, приклеивают к двухстороннему адгезивному разделителю, необязательно наносят на него логотип производителя и другую необходимую информацию и затем нарезают требуемым образом. Процесс сгибания можно либо вести непрерывно при обработке ленты, либо можно нарезать ленту на отдельные карты и затем сгибать уже карты. Для узла тест-полоски на несколько аналитов на одну карту можно отрезать набор из четырех ЭХМ. В случае одинаковых реагентов и необходимости получения среднего значения каждая карта может содержать два или четыре ЭХМ. В альтернативном варианте осуществления ленту можно обрабатывать для простейшего использования с одиночными одинаковыми датчиками.

Другие варианта осуществления

Хотя на ФИГ. 1D показан один вариант осуществления узла тест-полоски 10, на ФИГ. 3А-4 представлены различные другие варианты осуществления узлов тест-полоски. Специалист в данной области определит, что, хотя это отдельно не обсуждается, представленные на ФИГ. 3A-4 узлы тест-полоски могут включать в себя любую комбинацию элементов, описанных выше при обсуждении ФИГ. 1А-1D и/или других известных специалистам элементов.

В одном варианте осуществления можно изготовить ленту носителя, имеющую множество узлов тест-полоски. Такая конфигурация позволяет вести массовое производство множества узлов тест-полоски. Каждый узел тест-полоски можно просто отрезать или иным образом отделить от ленты носителя перед использованием. Например, лента носителя может включать в себя надрезанные области между каждым узлом тест-полоски для облегчения отделения узла тест-полоски без необходимости использования ножниц или иных режущих устройств. В альтернативном варианте осуществления прибор для измерения концентрации аналита может иметь множество выводов, выполненных с возможностью установки ленты носителя, имеющей множество электрохимических модулей. Такая конфигурация может позволить одновременно тестировать множество аналитов. Такая конфигурация может позволить, в других вариантах осуществления, проводить множество параллельных измерений одного аналита, таким образом позволяя прибору отбрасывать недостоверные значения и выводить на дисплей средние значения. Это позволит обеспечить надежную оценку концентрации аналита и может повысить как точность, так и прецизионность измерения.

Хотя лента носителя может иметь различные конфигурации, на ФИГ. 3А представлен один вариант осуществления ленты носителя 100, имеющей по существу удлиненную прямоугольную конфигурацию. Лента носителя 100 может иметь длину L_w, равную длине L_c носителя 20, описанную при обсуждении ФИГ. 1А, однако ширина W_w ленты носителя 100 может быть целым кратным ширины W_c носителя 20, описанной при обсуждении ФИГ. 1А. В частности, ширина W_w ленты носителя 100 предпочтительно соответствует ширине W_c носителя по ФИГ. 1А, умноженной на число носителей, которое будет содержать лента носителя 100. Например, если лента носителя 100 выполнена с возможностью предоставления десяти (10) носителей, и тем самым десяти узлов тест-полоски, то ширина W_w ленты носителя 100 будет равна приблизительно десятикратной (10) ширине W_c одного носителя. Специалист в данной области определит, что конкретные размеры ленты носителя 100 могут варьироваться.

Как дополнительно показано на ФИГ. 3А и 3B, лента носителя 100 может включать в себя множество выполненных в ней отверстий 124, причем каждое отверстие 124 имеет конфигурацию, аналогичную конфигурации отверстий 24, описанную ранее при обсуждении ФИГ. 1А. Как показано на фигуре, отверстия 124 могут размещаться на расстоянии друг от друга и быть центрированы продольно вдоль предполагаемой линии сгиба 122 на ленте носителя 100. Лента носителя 100 также может включать в себя адгезив или разделитель 128, расположенный в различных частях ленты носителя 100. В показанном на фигуре варианте осуществления разделитель 128 располагается с одной стороны от предполагаемой линии сгиба 122. Разделитель 128 может включать в себя часть 128a, выступающую с одной из сторон каждого отверстия 124 для контакта с нижней поверхностью установленного в нем электрохимического модуля, например модуля 130. Разделитель 128 также может включать в себя отдельную вторую часть 128b, размещенную на противоположной стороне каждого из отверстий 124 и с противоположной стороны от линии сгиба 122 таким образом, что вторая часть 128b разделителя 128 контактирует с верхней поверхностью электрохимического модуля 130. При сгибе ленты 100 разделитель 128 соединит верхнюю и нижнюю части ленты носителя 100 друг с другом, при этом удерживая верхнюю и нижнюю части 100t, 100b на расстоянии друг от друга. Части разделителя 128, выступающие вдоль каждой из сторон отверстий 124, приклеятся и закрепят каждый электрохимический модуль 130 к ленте носителя 100, тем самым удерживая модули 130 в зафиксированном положении относительно ленты носителя 100.

На ФИГ. 3C представлена лента носителя 100, показанная на ФИГ. 3А и 3B, на которой в каждом отверстии 124 ленты установлен электрохимический модуль 130. Каждый модуль 130 на ленте 100 может иметь описанную выше конфигурацию. В других вариантах осуществления модули 130 на ленте носителя 100 могут отличаться друг от друга, например, чтобы позволить тестирование разных аналитов. Специалист в данной области определит, что конфигурации ленты носителя 100 и установленных на ней модулей 130, а также местоположение каждого модуля 130 на ленте носителя 100 могут значительно различаться в зависимости от предполагаемого применения.

На ФИГ. 4А представлен другой вариант осуществления электрохимического модуля 230, а на ФИГ. 4B показан электрохимический модуль 230, установленный на носитель 220 с образованием узла тест-полоски 200. В этом варианте осуществления электрохимический модуль 230 имеет криволинейную или изогнутую конфигурацию для размещения электрохимической ячейки или реакционной камеры 242 на большем расстоянии от внутреннего края отверстия 224 в носителе 220. В частности, электрохимический модуль 230 имеет конфигурацию, аналогичную описанной выше при обсуждении ФИГ. 2A и 2B, однако модуль 230 включает в себя загнутые или угловые концевые части. Как показано на фигуре, часть модуля 230, содержащая реакционную камеру 242, например средняя часть 230a, проходит вдоль центральной оси L₁, а две терминальные концевые части 230b, 230c каждая проходят вдоль осей L₂, L₃, которые проходят под углом α относительно центральной оси L₁ средней части 230a. Центральная ось L₁ может также проходить перпендикулярно к направлению течения образца в реакционную камеру 242. Угол α между каждой концевой частью 230b, 230c и средней частью 230a может варьироваться. Например, в показанном на фигуре варианте осуществления угол α представляет собой острый угол и, более конкретно, составляет более 0 градусов и менее 90 градусов. Например, угол α может составлять приблизительно 45 градусов. Каждая терминальная концевая часть 230b, 230c предпочтительно ориентирована так, чтобы отходить от центральной оси L₁ средней части 230a в одном и том же направлении. Такая конфигурация позволяет установить терминальные концевые части 230b, 230c на носитель 220 на противоположных сторонах отверстия 242, как показано на ФИГ. 4B, при этом размещая среднюю часть 230a на расстоянии от внутреннего края отверстия 224. Расстояние d может варьироваться в зависимости от длины концевых частей 230b, 230c, но в одном примере осуществления электрохимический модуль 230 выполнен таким образом, что самый дистальный край 230d модуля 230 расположен дистально к самому дистальному краю 220d носителя 220. В результате расстояние d между проксимальным краем модуля 230 и проксимальным внутренним краем носителя 220 у отверстия 224 увеличивается, что предотвращает вытекание жидкости из реакционной камеры 242 в носитель 220.

На ФИГ. 5 представлено множество электрохимических модулей 230 с конфигурацией, показанной для модуля на ФИГ. 4A, установленных на ленту носителя 300, аналогичную ленте носителя 100, описанную выше при обсуждении ФИГ. 3D. Специалист в данной области определит, что лента и модули могут иметь различные конфигурации и могут включать в себя любую комбинацию элементов, описанных в настоящем документе и/или известную специалистам.

На ФИГ. 6 показан другой вариант осуществления узла тест-полоски 400, показанный в полностью собранном виде в согнутой конфигурации. В этом варианте осуществления узел 400 включает в себя множество электрохимических модулей 430a, 430b, 430c, установленных в различные местоположения на одном носителе 420. В частности, носитель 420 имеет конфигурацию, аналогичную конфигурации носителя 20, показанного на ФИГ. 1А, однако, помимо дистального отверстия 424b, носитель 420 включает в себя расположенные напротив друг друга первое и второе боковые отверстия 424a, 424c, проходящие через каждую из верхней и нижней частей носителя 420. Это позволяет установить на носитель 420 три электрохимических модуля 430a, 430b, 430c между верхней и нижней частями носителя 420. Каждый модуль 430a, 430b, 430c может быть размещен таким образом, чтобы они выступали в отверстиях 424a, 424b, 424c, как показано на фигуре. Каждый модуль 430a, 430b, 430c может быть выполнен с возможностью измерения одного и того же аналита в жидком образце или измерения разных аналитов. В носителе может быть образовано множество линий электрической изоляции, или «разрывов», 426 для электрической изоляции каждого модуля 430a, 430b, 430c, что позволит носителю 420 обеспечить раздельные электрические соединения между каждым из модулей 430a, 430b, 430c и различными электрическими контактами на приборе для измерения концентрации аналита. Специалист в данной области определит, что каждый модуль может иметь различные конфигурации, включая конфигурацию, аналогичную варианту осуществления, показанному на ФИГ. 4А, и что модули можно установить в различные местоположения на носителе 420 или на ленте носителя. Электрические контакты для соединения с прибором для измерения концентрации аналита также могут иметь различные конфигурации.

Применение

Узлы тест-полоски, описанные в настоящем документе, можно использовать для определения широкого диапазона аналитов в широком диапазоне образцов, в частности их можно использовать для определения аналитов в цельной крови, плазме, сыворотке, интерстициальной жидкости или их производных. В качестве неограничивающего примера электрохимические модули могут быть выполнены в виде датчика на глюкозу, датчика на лактат, выполненного на основе лактатдегидрогеназы, лактатдегидрогеназного датчика, который включает в себя лактат (для сигнализации о повреждении ткани), датчика на кетоновые тела, выполненного на основе β-гидроксибутиратдегидрогеназы, датчика на холестерин, выполненного на основе холестериноксидазы, датчика на гемоглобин, который включает в себя цитолитический агент, такой как деоксихолат, и иммунодатчика, содержащего антитело и/или антиген.

При использовании узел тест-полоски может быть установлен в прибор для измерения концентрации аналита, такой как измерительный прибор. Необязательно можно обеспечить звуковое подтверждение установленного соединения. Для образования замкнутой цепи испытательный измерительный прибор подключится к первому и второму электрическим контактам на узле тест-полоски. На ФИГ. 1D показан пример такого подключения, в котором контакты 12a и 12b могут использоваться для опознавания установки полоски в измерительный прибор. Испытательный измерительный прибор может измерять сопротивление или непрерывность электроцепи между электрическими контактами на узле тест-полоски, чтобы установить наличие электрического соединения тест-полоски с испытательным измерительным прибором. Испытательный измерительный прибор может использовать различные датчики и схемы определения правильности расположения тест-полоски относительно испытательного измерительного прибора. В одном варианте осуществления размещенная в измерительном приборе электрическая схема может прикладывать испытательное напряжение и/или ток между первым электрическим контактом и вторым электрическим контактом. Как только испытательный измерительный прибор распознает вставленный узел тест-полоски, испытательный измерительный прибор включается и переходит в режим обнаружения жидкости. В одном варианте осуществления при переходе в режим обнаружения жидкости измерительный прибор пропускает постоянный ток величиной приблизительно 1 микроампер между первым электродом и вторым электродом. На ФИГ. 1D показан пример такого соединения, в котором протекание тока между контактами 14 и 12 можно использовать для обнаружения жидкости в полоске. Поскольку исходно узел тест-полоски был сухим, испытательный измерительный прибор получает при измерении максимальное значение напряжения, которое ограничивается аппаратным устройством испытательного измерительного прибора. Жидкий образец, такой как образец физиологической жидкости или контрольного раствора, можно ввести в реакционную камеру образца 42 для выполнения электрохимического анализа через отверстие до заполнения реакционной камеры образца жидким образцом. После того как жидкий образец заполнит зазор между первым и вторым электродами, испытательный измерительный прибор зафиксирует снижение измеряемого напряжения (например, как описано в патенте США № 6,193,873, содержание которого полностью включено в настоящий документ путем ссылки) ниже заданного порогового значения, что приведет к автоматическому запуску процедуры анализа аналита, например измерения концентрации глюкозы, испытательным измерительным прибором.

Следует отметить, что измеряемое напряжение может опуститься ниже установленного порогового значения при заполнении только части реакционной камеры образца. Способ автоматического определения поступления жидкости необязательно должен указывать на полное заполнение реакционной камеры образца, но может лишь подтверждать наличие некоторого количества жидкости в реакционной камере образца. После того как испытательный измерительный прибор определит поступление жидкости на узел тест-полоски, может потребоваться небольшое, но ненулевое время для полного заполнения реакционной камеры образца жидкостью. На этом этапе измерительный прибор может приложить требуемую последовательность электрических потенциалов, измерить зависимость электрического тока от времени и использовать заданный алгоритм для вычисления концентрации аналита в тестируемой жидкости.

В качестве неограничивающего примера на ФИГ. 7 показан один вариант осуществления прибора для измерения концентрации аналита, например устройства контроля диабета (DMU) 500. Устройство DMU 500 по существу включает в себя корпус 502, кнопки интерфейса пользователя 504, дисплей 506 и отверстие порта тест-полоски 508. Кнопки интерфейса пользователя 504 могут быть выполнены с возможностью ввода данных, навигации в меню и выполнения команд. Данные могут включать в себя различные представления концентрации аналита и/или информацию, относящуюся к повседневному образу жизни пациента. Относящаяся к повседневному образу жизни информация может включать в себя данные о приеме пищи, приеме лекарств, проведении контрольных осмотров состояния здоровья, а также общем состоянии здоровья и уровне физической нагрузки пациента. Устройство DMU также можно комбинировать с прибором введения инсулина, дополнительным прибором для анализа аналита и/или прибором для введения лекарственных средств. Устройство DMU можно соединить с компьютером или сервером с использованием кабеля или подходящей технологии беспроводной связи, такой как, например, GSM, CDMA, BlueTooth, WiFi и т.п. Специалист в данной области определит, что прибор для измерения концентрации аналита может иметь различные конфигурации и что могут использоваться различные известные специалистам приборы. В качестве неограничивающего примера один пример осуществления прибора для измерения концентрации аналита раскрыт в публикации патента США № 2009/0084687 под названием «Системы и способы отличия контрольного раствора от физиологического образца», содержание которой полностью включено в настоящий документ путем ссылки.

Специалист в данной области сможет оценить особенности и преимущества настоящего изобретения на основе описания вариантов осуществления настоящего изобретения, изложенных выше. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается представленными на фигурах и описанными вариантами осуществления, за исключением случаев, которые оговариваются в прилагаемой формуле изобретения. Все публикации и материалы, цитируемые в настоящем документе, полностью включены в настоящий документ путем ссылки.

Реферат

Использование: для определения концентрации аналита в образце. Сущность изобретения заключается в том, что электрохимическое сенсорное устройство содержит носитель, имеющий первую и вторую электропроводящие области, которые электрически изолированы друг от друга, причем носитель включает проходящее через него отверстие; и электрохимический модуль, установленный на носителе таким образом, что по меньшей мере часть электрохимического модуля проходит через отверстие, причем электрохимический модуль имеет электрохимическую полость с первым электродом в электрической связи с первой проводящей областью носителя, вторым электродом в электрической связи со второй проводящей областью носителя и камерой для приема образца, которая включает в себя слой реагента. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения размеров тест-полосок. 6 н. и 28 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула