Способ детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре - RU2702132C1
Код документа: RU2702132C1
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре, а также к связанному с ним способу подтверждения правильности работы и/или калибровки биосенсора. Способы, предлагаемые в настоящем изобретении, могут использоваться, главным образом, с целью длительного мониторирования концентрации аналита в какой-либо физиологической жидкости, в частности для длительного мониторирования уровня глюкозы в крови или концентрации одного или более аналитов других типов в физиологической жидкости. Изобретение может применяться для выполнения медицинских процедур как на дому, так и в лечебных заведениях, например в больницах. Наряду с этим, возможны и другие применения изобретения.
Уровень техники
Мониторирование определенных функций организма, в частности контроль концентрации одного или более аналитов, играет важную роль в профилактике и лечении различных болезней. Приведенное ниже описание изобретения посвящено, не ограничивая другие возможности его применения, мониторированию содержания глюкозы в интерстициальной жидкости. Наряду с этим, изобретение может применяться и к аналитам других типов. Мониторирование содержания глюкозы в крови может выполняться, помимо использования оптических измерений, с помощью электрохимических биосенсоров. Примеры электрохимических биосенсоров для измерения содержания глюкозы, в частности в крови или других физиологических жидкостях, известны из публикаций US 5413690 A, US 5762770 A, US 5798031 A, US 6129823 А и US 2005/0013731 А1.
Наряду с "точечными" измерениями, в ходе которых у пациентов, то есть людей или животных, целенаправленно берут пробу какой-либо физиологической жидкости и исследуют ее в отношении концентрации аналита, все большее применение находят непрерывные измерения. Например, в качестве еще одного недавно разработанного важного метода управления диабетом и мониторирования и контроля связанного с ним состояния утвердилось непрерывное измерение содержания глюкозы в интерстициальной ткани, называемое также непрерывным мониторированием гликемии (НМГ). В ходе последнего размещают непосредственно в месте измерения (как правило, в интерстициальной ткани) активный участок сенсора и обеспечивают возможность, например, превращения глюкозы в электрически заряженную субстанцию посредством какого-либо фермента, в частности глюкозооксидазы, обычно обозначаемой аббревиатурой GOD (от англ. glucose oxidase). Полученный в результате регистрируемый электрический заряд соотносится с концентрацией глюкозы и может быть использован в качестве измеряемой переменной. Примеры таких систем чрескожного измерения описаны в публикациях US 6360888 В1 и US 2008/0242962 А1.
Существующие системы непрерывного мониторирования в большинстве случаев предусматривают чрескожное или подкожное введение. В соответствии с этим, под кожей пациента размещают весь биосенсор или по меньшей мере его измерительный участок. Что касается части системы, осуществляющей анализ и управление и называемой также патч-устройством (устройством, крепящемся на пластыре), то она обычно располагается снаружи тела пациента. При этом биосенсор обычно устанавливают с помощью инструмента для введения, который в качестве примера описан в публикации US 6360888 В1. Известны и другие типы инструментов для введения. Кроме того, обычно существует необходимость в управляющем устройстве, которое может располагаться вне ткани организма и должно поддерживать связь с биосенсором. Эту связь обычно обеспечивают посредством по меньшей мере одного электрического контакта, предусмотренного между биосенсором и управляющим устройством и могущего быть как неразъемным, так и разъемным. Могут быть также применены и другие общеизвестные методы обеспечения электрического соединения, например посредством подходящих пружинных контактов.
В системах непрерывного мониторирования гликемии концентрация аналита (глюкозы) может определяться путем использования электрохимического сенсора, содержащего электрохимическую ячейку, имеющую по меньшей мере один рабочий электрод и один противоэлектрод. Рабочий электрод в этом случае может включать слой реагента, содержащего активный окислительно-восстановительный фермент с кофактором, обеспечивающим поддержку окисления аналита в физиологической жидкости. Физиологическая жидкость может, однако, также содержать другие активные вещества с окислительно-восстановительными свойствами, которые могут окисляться аналогичным образом и, следовательно, порождать другие электроны, регистрируемые как дополнительный ток, называемый также фоновым, или нулевым, током. Эти дополнительные активные вещества с окислительно-восстановительными свойствами, или редокс-активные вещества (от англ. redox - "окисление-восстановление"), могущие присутствовать в физиологической жидкости и, следовательно, способные влиять описанным образом на результат измерения, обычно называют мешающими компонентами. С одной стороны, мешающие компоненты первого типа могут вести себя как редокс-медиаторы и в качестве таковых непосредственно окисляться на рабочем электроде, образуя тем самым дополнительный ток. С другой стороны, мешающие компоненты второго типа могут вступать в реакцию с промежуточным продуктом, таким как перекись водорода (Н2О2), присутствующая в случае вступления в реакцию глюкозы, вследствие чего концентрация этого промежуточного продукта в физиологической жидкости может уменьшаться, что выразится в снижении чувствительности амперометрического измерительного устройства.
Присутствие одного или более мешающих компонентов в физиологической жидкости может быть причиной возникновения погрешностей неизвестной величины, связанных с дополнительным током в сенсоре глюкозы. Например, у биосенсоров некоторых типов большие погрешности измерения могут, в частности, возникать в начале последовательности измерения. Аналогичные последствия могут иметь место в течение всей работы биосенсоров с заводской калибровкой, у которых фоновый ток имеет, как правило, фиксированное значение. Поэтому изменение фонового тока может легко привести к возникновению погрешности измерения.
К настоящему времени разработан ряд технических решений, которые могли бы снизить влияние на биосенсор мешающих компонентов, содержащихся в физиологической жидкости.
Во-первых, была предложена мембрана для мешающих компонентов, то есть мембрана, селективная к аналиту и одновременно с этим обеспечивающая барьерный эффект в отношении мешающего компонента. Так, мембрана для мешающих компонентов может быть способна отличить аналит от мешающего компонента таким образом, что, в предпочтительном варианте, только аналит может войти в контакт с биосенсором или по меньшей мере с измерительным элементом последнего, служащим для определения аналита. Поскольку большинство мембран для мешающих компонентов содержат анионные группы, предназначенные для обеспечения электростатического отталкивания мешающих анионных компонентов, обычно не представляется возможным полностью подавить влияние всех мешающих компонентов.
Во-вторых, можно использовать редокс-медиатор с низким рабочим потенциалом. В этом случае значение электрического потенциала, при котором возможно окисление этого редокс-медиатора, может быть ниже значения электрического потенциала, при котором может начаться процесс окисления известных мешающих компонентов в физиологической жидкости. Однако подобная модификация обычно требует изменения концепции работы биосенсора и поэтому в целом не применима к существующим биосенсорам. Кроме того, существует лишь незначительное число редокс-медиаторов, которые, с одной стороны, обладают такими свойствами как долгосрочная стабильность, нетоксичность и нерастворимость и, с другой стороны, демонстрируют требуемый низкий рабочий потенциал.
Разработан также ряд альтернативных технических решений, позволяющих определить влияние на биосенсор мешающих компонентов, содержащихся в физиологической жидкости.
Во-первых, выдвинуты идеи, относящиеся к способу экспериментального определения зависимости тока в биосенсоре от приложенного электрического потенциала с целью получения возможности сделать вывод о присутствии и, предпочтительно, о количестве мешающего компонента. Однако известные способы демонстрируют неоднозначные результаты и, как правило, не применимы в случае присутствия нескольких мешающих компонентов.
Во-вторых, может представлять интерес создание электрода для мешающих компонентов, в частности дополнительного рабочего электрода, не содержащего фермента. В результате этого только мешающие компоненты, то есть другие редокс-активные вещества, содержащиеся в физиологической жидкости, получают возможность вступать в реакцию с этим дополнительным рабочим электродом. С этой целью дополнительный рабочий электрод может предпочтительно иметь такое же исполнение и функционировать при том же рабочем потенциале, что и первый рабочий электрод. Однако это техническое решение предполагает изготовление и функционирование дополнительного рабочего электрода совместно со вспомогательными схемными компонентами, такими как бипотенциостат и один или более релейных контуров.
В публикации US 7896809 В2 описаны системы и способы, относящиеся к сенсору для непрерывного мониторирования аналита, такого как глюкоза. В одной из таких систем используются первый и второй рабочие электроды, предназначенные для измерения сигналов, связанных с аналитом или другими веществами, причем каждый из этих электродов содержит зону блокирования мешающих компонентов.
В публикации US 7653492 В2 описан способ уменьшения вклада мешающих компонентов в физиологической жидкости в процессе измерения содержания аналита с помощью электрохимического сенсора. В частности, данный способ применим к электрохимическим сенсорам, которые содержат подложку, первый и второй рабочие электроды и электрод сравнения и у которых либо первый и второй рабочие электроды, либо только второй из них содержат зоны, лишенные фермента. В этом изобретении описан алгоритм, позволяющий математически скорректировать вклад мешающих компонентов с помощью тест-полосок, представленных в ряде вариантов осуществления изобретения.
В публикации US 6121009 А описан гибкий электрод малого диаметра, предназначенный для подкожного амперометрического мониторирования глюкозы in vivo. Электрод выполнен с возможностью одноточечной калибровки in vivo, то есть нулевой концентрации глюкозы соответствует нулевой выходной ток даже в случае присутствия в сыворотке или крови других электрически активных компонентов. Электрод содержит предпочтительно три или четыре слоя, последовательно осажденных в углублении, предусмотренном на кончике золотой проволоки с полиамидной изоляцией. Первый слой, служащий для преобразования концентрации глюкозы в величину тока, покрыт электроизолирующим и ограничивающим поток глюкозы слоем (вторым слоем), на который в некоторых вариантах осуществления изобретения наносится пленка (третий слой) на основе иммобилизованной пероксидазы хрена, препятствующая влиянию мешающих компонентов. Наружный (четвертый) слой является биосовместимым.
В публикации US 2014/0158552 А1 описан способ измерения содержания какого-либо компонента в крови, с помощью которого можно измерить с высокой точностью и достоверностью количества клеточных элементов крови и какого-либо мешающего вещества, а количество компонента может быть уточнено, исходя из этих количеств клеточных элементов крови и мешающего вещества. В сенсоре, предназначенном для измерения содержания компонента крови, первый рабочий электрод измеряет ток, протекающий во время окислительно-восстановительной реакции компонента крови, второй рабочий электрод измеряет количество клеточных элементов крови, а третий рабочий электрод измеряет количество мешающего вещества. Затем количество компонента крови, подлежащее измерению, корректируется с учетом результатов измерений. Подобным образом можно выполнить прецизионно точное измерение количества компонента в крови.
Постановка задачи
Исходя из вышеизложенного, задача настоящего изобретения заключается в создании способа детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре, а также связанного с ним способа подтверждения правильности работы и/или калибровки биосенсора, чтобы по меньшей мере частично устранить недостатки известных устройств и способов данного типа и по меньшей мере частично разрешить вышеуказанные проблемы.
В частности, необходимо, чтобы эти способы позволяли получить, простым и эффективным образом, информацию о присутствии мешающих компонентов в физиологической жидкости и, предпочтительно, о степени их влияния на измеряемый ток. В частности, требуется простым и эффективным образом определять фоновый ток.
Кроме того, необходимо, чтобы способы, предлагаемые в настоящем изобретении, были реализуемы на основе структуры электроники стандартных биосенсоров и, в частности, применимы в существующих биосенсорных системах.
Краткое изложение сущности изобретения
Вышеупомянутая задача решается с помощью способа детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре и способа подтверждения правильности работы и/или калибровки биосенсора, обладающих признаками, указанными в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые могут быть реализованы в отдельности или в любой произвольной комбинации, представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В контексте настоящего описания слова "имеет", "содержит" и "включает" и любые их произвольные грамматические варианты используются в неисключительном смысле. Это означает, что данные слова относятся как к ситуации, в которой объект, описываемый в данном контексте, не обладает иными признаками, кроме признаков, вводимых этими словами, так и к ситуации, в которой присутствуют один или более других признаков. Например, выражения "А имеет В", "А содержит В" и "А включает В" могут относиться как к ситуации, в которой в А нет других элементов, кроме В (то есть к ситуации, в которой А состоит только и исключительно из В), так и к ситуации, в которой в объекте А присутствуют, кроме В, один или более других элементов, таких как элемент С, элементы С и D и другие элементы.
Кроме того, следует отметить, что выражения "по меньшей мере один", "один или более" и аналогичные им означают наличие одного или более признаков или элементов и обычно используются только при первом упоминании соответствующего признака или элемента. При упоминании соответствующего признака или элемента в нижеследующем описании выражения "по меньшей мере один" и "один или более" в большинстве случаев не повторяются, независимо от того, идет ли речь о наличии одного или более соответствующих признаков или элементов.
Кроме того, в нижеследующем описании слова и выражения "предпочтительно", "более предпочтительно", "в частности", "в еще более частном случае", "конкретно", "более конкретно " и аналогичные им используются в сочетании с дополнительными признаками, не ограничивая альтернативные возможности. Это означает, что признаки, вводимые этими словами и выражениями, являются дополнительными и никоим образом не ограничивают объем изобретения. Как будет ясно специалисту, изобретение может быть реализовано с использованием альтернативных признаков. Аналогичным образом, признаки, вводимые выражением "в одном из вариантов осуществления изобретения " или другими подобными выражениями, подразумеваются как дополнительные признаки без каких-либо ограничений в отношении альтернативных вариантов осуществления изобретения, объема изобретения и возможности комбинирования признаков, введенных подобным образом, с другими дополнительными или основными признаками изобретения.
Первым объектом настоящего изобретения является способ детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре. В этом способе биосенсор содержит первый электрод, второй электрод и третий электрод, причем первый и второй электроды покрыты мембраной, первый электрод содержит фермент или покрыт слоем фермента, а третий электрод может быть также покрыт мембраной, что, однако, не является обязательным. В контексте настоящего описания первый, второй и третий электроды могут также называться следующим образом:
- первый электрод - рабочим электродом,
- второй электрод - электродом сравнения,
- третий электрод - вспомогательным электродом или противоэлектродом.
Могут, однако, использоваться и другие названия.
Далее, согласно изобретению, первый, второй и третий электроды соединены посредством потенциостата, причем в нормальном рабочем режиме к первому и второму электродам посредством потенциостата прикладывается разность электрических потенциалов таким образом, что на первом электроде обеспечиваются условия для протекания окислительных процессов, а на третьем электроде обеспечиваются условия для протекания восстановительных процессов. Данный способ включает следующие шаги:
а) переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента, в котором разность электрических потенциалов изменяется в течение ограниченного периода времени таким образом, что на третьем электроде обеспечиваются условия для протекания окислительных процессов,
б) измерение вольтамперной характеристики третьего электрода,
в) определение вклада мешающего компонента в биосенсоре путем оценки вольтамперной характеристики третьего электрода.
Эти шаги предпочтительно выполняются в указанном порядке, начиная с шага а). Тем не менее, некоторые или все указанные шаги, в частности шаги б) и в), могут также выполняться, по меньшей мере частично, параллельно друг другу в течение определенного периода времени. Кроме того, указанные шаги в целом могут быть также повторены несколько раз с целью результирующего определения вклада мешающего компонента в биосенсоре, например по истечении заданного времени или как следствие какого-либо заданного события. Наряду с этим, способ предусматривает возможность выполнения дополнительных шагов независимо от того, указаны они в настоящем описании или нет.
В общеупотребительном смысле термин "биосенсор" относится к произвольному устройству, выполненному с возможностью проведения по меньшей мере одного медицинского анализа. Предназначенный для этого биосенсор может представлять собой произвольное устройство, выполненное с возможностью решения по меньшей мере одной диагностической задачи, а именно содержащее по меньшей мере один сенсор аналита для проведения по меньшей мере одного медицинского анализа. Говоря конкретнее, биосенсор может содержать структуру из двух или более компонентов, способных взаимодействовать друг с другом, например для решения одной или более диагностических задач, таких как выполнение медицинского анализа. Более конкретно, эти два или более компонента могут быть способны выполнить по меньшей мере одно детектирование по меньшей мере одного аналита в физиологической жидкости и/или предназначены для содействия по меньшей мере одному детектированию по меньшей мере одного аналита в физиологической жидкости. Вообще говоря, биосенсор может также представлять собой часть по меньшей мере одного из следующего: сенсорного узла, сенсорной системы, сенсорного набора или сенсорного устройства. Кроме того, биосенсор может быть выполнен с возможностью соединения с аналитическим устройством, например с блоком электроники.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения биосенсор может представлять собой полностью или частично имплантируемый биосенсор, который может быть, в частности, выполнен с возможностью детектирования аналита в физиологической жидкости подкожной ткани, в частности в интерстициальной жидкости. В контексте настоящего описания термины "имплантируемый биосенсор" и "чрескожный биосенсор" относятся к произвольному биосенсору, выполненному с возможностью его полного или частичного размещения в ткани организма пациента или пользователя. Для этого в биосенсоре может быть предусмотрена вводимая часть. Термин "вводимая часть" в контексте настоящего описания относится в целом к части или детали какого-либо элемента, выполненной с возможностью введения в произвольную ткань организма. Поверхность биосенсора предпочтительно является полностью или частично биосовместимой, то есть не оказывающей вредного влияния на пользователя, пациента или ткань организма по меньшей мере во время использования биосенсора. С этой целью биосовместимая поверхность может быть предусмотрена на вводимой части биосенсора. Например, может быть предусмотрено полное или частичное покрытие биосенсора, в особенности его вводимой части, по меньшей мере одной биосовместимой (например, полимерной или гелевой) мембраной, которая, с одной стороны, является проницаемой для физиологической жидкости или, по меньшей мере, для содержащегося в ней аналита и, с другой стороны, задерживает содержащиеся в сенсоре вещества, такие как один или более аналитических реагентов, препятствуя их миграции в ткань организма. Прочие части или детали биосенсора могут находиться вне ткани организма.
В контексте настоящего описания термины "пациент" и "пользователь" могут относиться к людям или животным вне зависимости от того, здоровы ли они или страдают одним или более заболеваниями. Например, пациентами или пользователями могут быть люди или животные, страдающие диабетом. Однако, в качестве дополнения или альтернативы, изобретение применимо также к пользователям, пациентам и заболеваниям иного рода.
В контексте настоящего описания термин "физиологическая жидкость" в общем случае относится к текучей среде, в частности жидкости, которая обычно присутствует в организме или ткани организма пользователя или пациента и/или вырабатывается организмом пользователя или пациента. Физиологическая жидкость может предпочтительно выбираться из группы, состоящей из крови и интерстициальной жидкости. Однако могут использоваться, в качестве дополнения или альтернативы, один или несколько других видов физиологических жидкостей, такие как слюна, слезная жидкость, моча и т.д. Во время детектирования по меньшей мере одного аналита физиологическая жидкость может присутствовать в организме или ткани организма. Поэтому биосенсор может быть выполнен, в частности, с возможностью детектирования по меньшей мере одного аналита в ткани организма.
В контексте настоящего описания термин "аналит" относится к произвольному элементу, компоненту или соединению, который присутствует в физиологической жидкости и присутствие и/или концентрация которого может представлять интерес для пользователя, пациента или медицинского персонала, например врача. В частности, аналит может представлять собой или содержать по меньшей мере одно произвольное химическое вещество или химическое соединение, участвующее в метаболизме в организме пользователя или пациента, например по меньшей мере один метаболит. Например, по меньшей мере один аналит может быть выбран из группы, состоящей из глюкозы, холестерина, триглицеридов, лактата. Однако могут использоваться и/или определяться, в качестве дополнения или альтернативы, и другие типы аналитов и/или любые их комбинации. Детектирование по меньшей мере одного конкретного аналита может, в частности, осуществляться с использованием аналит-специфических реагентов. Нижеследующее описание посвящено - не внося ограничений в отношении других возможных применений изобретения, -конкретному случаю мониторирования глюкозы в интерстициальной жидкости.
Наряду с аналитом, физиологическая жидкость может содержать другие вещества, присутствие которых в этой среде может влиять на процесс детектирования в ней аналита. Этот вид дополнительных веществ в физиологической жидкости обычно называют "мешающими веществами" или "мешающими компонентами". Различают эндогенные и экзогенные мешающие компоненты. В то время как эндогенные мешающие компоненты представляют собой дополнительные вещества, обычно рассматриваемые как вырабатывающиеся естественным образом в организме, экзогенные мешающие компоненты относятся к дополнительным веществам, которые, как правило, появляются в организме лишь в результате попадания извне в физиологическую жидкость. В частности, эндогенные мешающие компоненты могут включать мочевую кислоту или цистеин, тогда как экзогенные мешающие компоненты могут, в частности, включать лекарственные вещества, такие как аскорбиновая кислота, ацетилсалициловая кислота, парацетамол или ацетаминофен. Кроме того, в зависимости от обстоятельств, одно или более из следующих веществ могут считаться мешающими компонентами: соединения, содержащие электроактивные кислотные, аминовые или сульфгидрильные группы, мочевина, пероксиды, аминокислоты, прекурсоры или продукты деструкции аминокислоты, оксид азота (NO), NO-доноры, NO-прекурсоры, билирубин, креатинин, допамин, эфедрин, ибупрофен, L-дигидроксифенилаланин, метилдигидроксифенилаланин, салицилат, тетрациклин, толазамид, толбутамид, электроактивные соединения, образующиеся в процессе клеточного метаболизма и/или заживления ран, и электроактивные соединения, которые могут возникать при изменениях рН в организме. В качестве одного из мешающих компонентов могут, однако, действовать и вещества других видов, не упомянутые выше.
В контексте настоящего описания термин "измерение" относится к процессу генерирования по меньшей мере одного сигнала, в частности по меньшей мере одного измерительного сигнала, характеризующего результат измерения. По меньшей мере один сигнал может, в частности, представлять собой или содержать по меньшей мере один электрический сигнал, например по меньшей мере один сигнал напряжения и/или по меньшей мере один сигнал тока. По меньшей мере один сигнал может представлять собой или содержать по меньшей мере один аналоговый сигнал и/или по меньшей мере один цифровой сигнал. Для получения возможности регистрации требуемого измерительного сигнала может оказаться необходимым (особенно в электрических системах) подать предварительно заданный сигнал в конкретное устройство. Например, для измерения сигнала тока может потребоваться подача в устройство сигнала напряжения, и наоборот.
В контексте настоящего описания термин "определение" относится к процессу получения по меньшей мере одного репрезентативного результата, например ряда репрезентативных результатов, что может быть, в частности, осуществлено путем оценки по меньшей мере одного измерительного сигнала, причем термин "оценка" может относиться к применению методов отображения по меньшей мере одного измерительного сигнала и вывода на основании этого по меньшей мере одного репрезентативного результата. В частности, вольтамперная характеристика электрода может быть получена, во-первых, путем приложения напряжения между электродом, для которого снимается характеристика, и электродом сравнения, например с помощью потенциостата, и путем последующего или одновременного измерения сигнала тока, генерируемого в результате этого, и, во вторых, путем отображения регистрируемых значений сигнала тока в зависимости от соответствующего значения приложенного напряжения.
В контексте настоящего описания термин "детектирование" относится к процессу установления факта присутствия и/или определения количества и/или концентрации по меньшей мере одного вещества в физиологической жидкости, такого как аналит или мешающий компонент. Таким образом, детектирование может представлять собой или включать качественное определение, устанавливающее факт присутствия или отсутствия по меньшей мере одного вещества, и/или может представлять собой или включать количественное определение, посредством которого можно получить количество и/или концентрацию по меньшей мере одного вещества.
В контексте настоящего описания термин "мониторирование" относится к процессу непрерывного получения данных и извлечения из них требуемой информации без взаимодействия с пользователем. С этой целью генерируется и оценивается ряд измерительных сигналов, из которых извлекается требуемая информация. Этот ряд измерительных сигналов может регистрироваться в пределах фиксированных или переменных интервалов времени или, в качестве альтернативы или дополнения, при наступлении по меньшей мере одного предварительно заданного события. В частности, биосенсор, предлагаемый в изобретении, может быть выполнен со специальной возможностью непрерывного мониторирования одного или более аналитов, в частности глюкозы, с целью управления диабетом и мониторирования и контроля связанного с ним состояния.
Биосенсор, предлагаемый в изобретении, представляет собой электрохимический сенсор. В контексте настоящего описания термин "электрохимический сенсор" относится к сенсору, выполненному с возможностью осуществления по меньшей мере одного электрохимического измерения, в частности ряда, или серии, электрохимических измерений с целью детектирования по меньшей мере одного вещества, содержащегося в физиологической жидкости. Термин "электрохимический сенсор" в первую очередь относится к регистрации свойств вещества, детектируемых электрохимическим методом, например посредством электрохимической реакции детектирования. Так, например, электрохимическая реакция детектирования может быть зарегистрирована путем приложения и сравнения одного или более электродных потенциалов. Говоря более конкретно, электрохимический сенсор может быть выполнен с возможностью генерирования по меньшей мере одного электрического сигнала, который может прямо или опосредованно указывать на наличие и/или степень выраженности электрохимической реакции детектирования и может представлять собой по меньшей мере один сигнал тока и/или по меньшей мере один сигнал напряжения. Измерение может быть качественным и/или количественным. Возможны также и другие варианты осуществления изобретения.
Предназначенный для указанной цели и используемый в настоящем изобретении электрохимический сенсор конструктивно оформлен в виде электрохимической ячейки и содержит поэтому по меньшей мере одну пару электродов. Термин "электрод" обычно используют применительно к структуре тестового элемента, выполненного с возможностью вхождения в контакт с физиологической жидкостью, происходящего напрямую или посредством по меньшей мере одной полупроницаемой мембраны или одного соответствующего слоя. В настоящем изобретении электрод покрыт мембраной. Каждый электрод может быть выполнен таким образом, что электрохимическая реакция может протекать по меньшей мере на одной поверхности этого электрода. В частности, электроды могут иметь такое исполнение, что окислительные и/или восстановительные процессы могут протекать на определенных поверхностях этих электродов. Термин "окислительный процесс" обычно относится к первой химической или биохимической реакции, во время которой электрон отрывается от первой субстанции, такой как атом, ион или молекула, в результате чего происходит ее окисление. Другую химическую или биохимическую реакцию, при которой другая субстанция может принять оторвавшийся электрон, обычно называют восстановительным процессом. Совместно упомянутые первая и вторая реакции могут также называться окислительно-восстановительной реакцией, или редокс-реакцией. Результатом этого является возникновение электрического тока, в целом связанного с движением электрических зарядов. Кроме того, на конкретные условия протекания редокс-реакции может оказывать влияние приложенный электрический потенциал.
Согласно изобретению, первый электрод также содержит фермент или, в альтернативном варианте, покрыт слоем фермента, причем фермент или слой фермента выступает здесь в качестве тестового химиката, в то время как на втором и третьем электродах он отсутствует. Под термином "тестовый химикат" обычно понимаются произвольные вещества или композиции веществ, способные изменять по меньшей мере одно регистрируемое свойство в присутствии по меньшей мере одного аналита, причем регистрируемое свойство в данном случае представляет собой упомянутое выше свойство, детектируемое электрохимическим методом. Более конкретно, по меньшей мере один тестовый химикат может обладать высокой селективностью и изменять свойство лишь в случае присутствия аналита в пробе физиологической жидкости, входящей в контакт с тестовым элементом, тогда как в случае отсутствия аналита никаких изменений не происходит. В более предпочтительном варианте осуществления изобретения для обеспечения возможности количественного определения аналита степень изменения по меньшей мере одного свойства может зависеть от концентрации аналита в физиологической жидкости.
Тестовый химикат, упоминаемый в настоящем описании, может содержать один или более ферментов, таких как глюкозооксидаза (GOD) и/или глюкозодегидрогеназа - GDH (от англ. glucose dehydrogenase), предпочтительно представляющих собой фермент, который - сам по себе и/или в сочетании с другими компонентами вещества, участвующего в детектировании, - обеспечивает протекание окислительного или восстановительного процесса в присутствии по меньшей мере одного определяемого аналита. В качестве дополнения или альтернативы, тестовый химикат может содержать один или более вспомогательных компонентов, таких как один или более коферментов и/или один или более редокс-медиаторов, упоминавшихся выше. Кроме того, тестовый химикат может содержать один или более красителей, которые могут изменять, предпочтительно при взаимодействии с одним или более ферментов, свой цвет в присутствии по меньшей мере одного определяемого аналита.
Как уже упоминалось выше, на условия протекания редокс-реакции, могущей происходить в биосенсоре, может оказывать влияние приложенный электрический потенциал. Поэтому фактическое наличие редокс-реакции в данном случае можно обнаружить путем сравнения одного или более электродных потенциалов, в частности разности электрических потенциалов между первым и вторым электродами. С этой целью первый, второй и третий электроды биосенсора соединяются посредством потенциостата. В контексте настоящего описания термин "потенциостат" относится к электронному устройству, выполненному с возможностью регулирования и/или измерения разности электрических потенциалов между первым и вторым электродами в электрохимической ячейке. Для этого потенциостат имеет исполнение, позволяющее подавать ток в электрохимическую ячейку по третьему электроду, который по этой причине также называют вспомогательным электродом или противоэлектродом. Данная конструкция потенциостата позволяет регулировать разность электрических потенциалов между первым и вторым электродами внутри электрохимической ячейки и, в качестве альтернативы или дополнения, измерять ток, протекающий между первым и третьим электродами. Таким образом, наряду с другими преимуществами, потенциостат позволяет измерять напряжение практически бестоковым образом, что можно трактовать как весьма высокое входное сопротивление устройства, которое может достигать значений в гигаомном диапазоне. Кроме того, потенциостат можно аналогичным образом использовать для измерения тока, причем без падения напряжения из-за активного регулирования тока, выполняемого этим устройством.
С учетом вышесказанного, потенциостат используется в настоящем изобретении для измерения вольтамперной характеристики третьего электрода в соответствии с шагом б), что можно предпочтительно осуществить, во-первых, путем приложения напряжения между первым и вторым электродами и предпочтительно одновременного измерения тока, возникающего вследствие этого между первым и третьим электродами, и, во-вторых, путем отображения регистрируемых значений сигнала тока в зависимости от соответствующих значений приложенного напряжения.
В качестве альтернативы или дополнения, измерение вольтамперной характеристики третьего электрода может осуществляться гальваностатическим методом. Для этого используется гальваностат, причем термин "гальваностат" в данном контексте используется, как и обычно, для обозначения регулирующего и измерительного устройства, способного поддерживать постоянный ток в электрохимической ячейке, в частности вследствие очень высокого внутреннего сопротивления. Благодаря этому можно аналогичным образом получить вольтамперную характеристику третьего электрода, подавая посредством гальваностата заданный ток от первого электрода к третьему электроду и измеряя, предпочтительно одновременно, разность электрических потенциалов между первым и вторым электродами.
Далее, в процессе осуществления способа, предлагаемого в изобретении, разность электрических потенциалов, приложенная к электрохимической ячейке, подвергается заданному изменению. В результате происходит переключение между двумя рабочими режимами, называемыми в настоящем описании нормальным рабочим режимом и режимом детектирования мешающего компонента. В соответствии с этим, в нормальном рабочем режиме разность электрических потенциалов прикладывается между первым и вторым электродами. При этом разность электрических потенциалов между первым и вторым электродами внутри электрохимической ячейки регулируется таким образом, что окислительные процессы протекают на поверхности первого электрода, тогда как восстановительные процессы протекают на поверхности третьего электрода. Термин "нормальный рабочий режим" здесь используется потому, что этот тип рабочего режима связан с основным назначением биосенсора, состоящем в установлении факта присутствия и/или определении количества и/или концентрации по меньшей мере одного аналита в физиологической жидкости.
В отличие от этого, режим детектирования мешающего компонента используется в биосенсоре для детектирования вклада мешающего компонента. В соответствии с этим, способ, предлагаемый в изобретении, включает процесс переключения с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента на шаге а). В контексте настоящего описания термин "переключение" относится к процессу перехода от действия одного типа к действию другого типа с сохранением при этом возможности возврата к действию первого типа. Как будет более подробно описано ниже, переход от действия одного типа к действию другого типа может происходить мгновенно, в частности по истечении ограниченного периода времени, или непрерывно, в частности на протяжении ограниченного периода времени. Термин "ограниченный период времени" обычно относится к временному интервалу, который длится от начального момента до конечного момента. При этом "начальный момент" означает момент времени, в который начинается действие другого типа, а "конечный момент" относится к моменту времени завершения действия другого типа. Например, биосенсор может работать в нормальном рабочем режиме для детектирования аналита в физиологической жидкости. Затем биосенсор может переключиться (по истечении фиксированного или переменного интервала времени либо в результате наступления по меньшей мере одного заданного события) на режим детектирования мешающего компонента для определения вклада последнего. Однако по истечении ограниченного периода времени биосенсор возвращается в нормальный рабочий режим, возобновляя работу в соответствии со своим основным назначением - детектированием аналита в физиологической жидкости.
Для детектирования вклада мешающего компонента осуществляется изменение на шаге а) разности электрических потенциалов между первым электродом и вторым электродом в течение ограниченного периода времени. Термин "изменение" обычно относится к изменению какого-либо свойства от первого значения до по меньшей мере одного другого значения, например фиксированного другого значения или диапазона других значений. Согласно изобретению, в режиме детектирования мешающего компонента разность электрических потенциалов между первым электродом и вторым электродом изменяется таким образом, что окислительные процессы протекают теперь на поверхности третьего электрода. При этом восстановительные процессы протекают теперь на поверхности первого электрода, однако точное место протекания восстановительных процессов может зависеть от конструктивного исполнения электродов, их емкости и способа изменения разности электрических потенциалов между первым и вторым электродами. Вне зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения, окислительные и восстановительные процессы могут протекать таким образом, что электрическая цепь внутри электродной структуры будет в любом случае замкнута, о чем может свидетельствовать, в частности, отрицательный ток, проходящий через первый электрод. Как более подробно описано ниже, приложение по меньшей мере одного скачка потенциала может выразиться в отрицательном токе заряжения. Поэтому отрицательный скачок потенциала может привести к возникновению тока заряжения на первом электроде, в то время как восстановительные процессы могут уже протекать на третьем электроде. Таким образом, электрический потенциал между первым и третьим электродами может теперь иметь обратную полярность по сравнению с нормальным рабочим режимом, но при этом электрический потенциал может быть активно возвращен к прежней полярности либо, в качестве альтернативы или дополнения, может быть подвержен релаксационному процессу для восстановления прежней полярности в течение ограниченного периода времени или вскоре после этого.
Поэтому в режиме детектирования мешающего компонента такая конструкция биосенсора может не обеспечивать измерения любой переменной, связанной с аналитом, но может быть способна измерять переменные, связанные с присутствием и/или количеством и/или концентрацией мешающего компонента в физиологической жидкости. Тем не менее, как уже упоминалось выше, по истечении ограниченного периода времени биосенсор возвращается в нормальный рабочий режим, например в результате возврата в исходное состояние и/или релаксационного процесса, в результате чего восстанавливается нормальная полярность электрического потенциала между первым и вторым электродами, так что биосенсор снова приобретает способность измерять переменные, связанные с аналитом.
Переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента на шаге а) может быть в общем случае осуществлено путем изменения со временем электрической разности потенциалов между первым и вторым электродами.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента можно выполнить путем получения по меньшей мере одного скачка электрической разности потенциалов между первым и вторым электродами. Для этого предпочтительно используется потенциостат. Могут быть, однако, предусмотрены и другие способы. В контексте настоящего описания термин "скачок потенциала" может относиться к мгновенному воздействию на первый электрод дополнительного электрического потенциала, могущего иметь форму электрического импульса. При этом высоту скачка потенциала можно выбирать с целью определения диапазона тока, протекающего в результате применения данной процедуры. В этом случае знак и величина дополнительного электрического потенциала могут быть такими, что после приложения скачка потенциала полярность первого электрода может меняться на обратную относительно второго электрода по меньшей мере до активного возврата к прежней полярности и/или до завершения релаксационного процесса.
Как уже упоминалось выше, отрицательный скачок потенциала может привести к возникновению состояния с отрицательным током заряжения на первом электроде, который по завершении процесса заряжения может вернуться в состояние с положительным током, соответствующее обычному процессу функционирования биосенсора. Как следствие, наблюдаемое значение тока на первом электроде может смещаться в пределах диапазона отрицательного тока вплоть до возврата, в зависимости от концентрации аналита, в диапазон положительного тока. Аналогичным образом, наблюдаемое значение тока на третьем электроде может смещаться в пределах диапазона положительного тока вплоть до возврата, в зависимости от концентрации аналита, в диапазон отрицательного тока. Таким образом, ток на противоэлектроде генерируется в зависимости от присутствия и концентрации окисляемого вещества, которое может быть представлено аналитом и/или мешающим компонентом. Таким предпочтительным путем может быть получена вольтамперная характеристика третьего электрода. Кроме того, таким путем может быть получен переход тока через ноль, что будет более подробно описано ниже.
В результате этой процедуры биосенсор приобретает способность детектирования переменных, связанных с мешающим компонентом в физиологической жидкости, в частности измерения вольтамперной характеристики третьего электрода на шаге б). Вслед за приложением скачка потенциала разбалансированный в результате этого первый электрод может возвратиться в нормальный рабочий режим в течение ограниченного периода времени, в частности посредством вышеупомянутого релаксационного процесса. Постоянная времени RC, могущая выступать в качестве характеристики этого частного эффекта, зависит от конструктивных особенностей первого электрода, таких как толщина мембраны. В течение ограниченного периода времени могут быть выполнены измерения тока между первым и третьим электродами и напряжения на третьем электроде, причем ограниченный период времени может включать период измерения, такой как временной интервал, могущий длиться от 0,5 секунды до 20 секунд, предпочтительно от 1 секунды до 10 секунд, что может, однако, зависеть от емкости соответствующего электрода.
В одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента может выполняться путем скачкообразного или плавного изменения разности электрических потенциалов в течение ограниченного периода времени. Для этого тоже предпочтительно используется потенциостат. Могут быть, однако, предусмотрены и другие способы. В контексте настоящего описания термин "скачкообразное изменение" может, в частности, относиться к изменению электрического потенциала путем установки ряда возрастающих заданных амплитуд, каждая из которых может быть постоянной на протяжении ограниченного периода времени, такого как период времени с постоянной длительностью, а термин "плавное изменение" может, в особенности, относиться к непрерывному изменению электрического потенциала, амплитуда которого может изменяться в пределах заданного диапазона. Таким образом, разность электрических потенциалов может предпочтительно отображаться разверткой потенциала, которая может начинаться в начальной точке со значения разности электрических потенциалов в нормальном рабочем режиме и завершаться в конечной точке измененным значением. Например, разность электрических потенциалов может непрерывно изменяться между начальной и конечной точками на участке крутого подъема. Возможны, однако, и другие типы изменения разности электрических потенциалов со временем. В процессе изменения электрического потенциала по ходу развертки последнего можно измерять, в течение ограниченного периода времени, как ток между первым и третьим электродами, так и напряжение на третьем электроде, причем ограниченный период времени может включать временной интервал, могущий длиться от 1 минуты до 30 минут, предпочтительно от 5 до 15 минут.
Вследствие этого, получение развертки (сканирование) потенциала может потребовать много времени, в частности по сравнению с предпочтительными временными интервалами, предусмотренными для измерения и следующими за сканированием потенциала, как описано выше. Представление такого вида может быть описано на основании типичной методики, сущность которой заключается в предпочтительном выполнении сканирования потенциала таким образом, чтобы до фактической регистрации значения измерения в каждом случае могло быть достигнуто стационарное состояние биосенсора. Кроме того, в процессе применения сканирования потенциала целесообразно обеспечить максимально возможное поддержание баланса в отношении редокс-реакции.
Далее, на шаге в) определяют вклад мешающего компонента в биосенсоре путем оценки вольтамперной характеристики третьего электрода. В контексте настоящего описания термин "вклад" относится к измеряемому эффекту, возникающему вследствие присутствия в физиологической жидкости мешающего компонента, предпочтительно детектируемого по вольтамперной характеристике третьего электрода. В частности, мешающие компоненты, которые представляют собой или содержат редокс-активные вещества, окисляющиеся по типу редокс-активных веществ, связанных с аналитом, могут вследствие этого отдавать электроны, детектируемые в качестве дополнительного тока. Поскольку этот дополнительный ток может быть получен даже в отсутствие аналита, его можно также назвать фоновым или нулевым током. Как уже упоминалось выше, мешающие компоненты первого типа могут содержать дополнительные редокс-активные вещества, ведущие себя как редокс-медиаторы и в качестве таковых непосредственно окисляющиеся на рабочем электроде, образуя тем самым дополнительный ток. В качестве альтернативы или дополнения, мешающие компоненты второго типа могут вступать в реакцию с промежуточным продуктом, таким как перекись водорода (Н2О2), присутствующая в случае вступления в реакцию глюкозы, вследствие чего концентрация этого промежуточного продукта в физиологической жидкости может уменьшиться. Следствием этого может стать снижение чувствительности потенциостата.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения оценка вольтамперной характеристики третьего электрода на шаге в) может быть выполнена, в частности, как описано ниже с целью определения типа и/или величины вклада мешающего компонента в биосенсоре.
Во-первых, с этой целью предпочтительно определяется положение перехода тока через ноль, который может присутствовать на вольтамперной характеристике третьего электрода. В контексте настоящего описания термин "переход тока через ноль" относится к по меньшей мере одному регистрируемому значению напряжения на вольтамперной характеристике, при котором ток принимает нулевое значение или, более конкретно, при котором имеет место переход через ось нулевого значения тока на вольтамперной характеристике, в результате которого значение тока меняется с отрицательного на положительное или, наоборот, с положительного на отрицательное. В частности, таким путем может быть установлено присутствие или отсутствие мешающего компонента конкретного типа, способного оказывать влияние на положение перехода тока через ноль.
Например, в случае, когда окислительные и восстановительные процессы протекают в водосодержащей фазе, например когда типичная физиологическая жидкость не содержит аналита, а третий электрод изготовлен из золота, зафиксированный переход тока через ноль может иметь место при напряжении, приблизительно равном 550 мВ, что обычно является признаком окисления водной составляющей в водосодержащей фазе на золотом электроде. Для третьих электродов других типов переход тока через ноль может, однако, наблюдаться при других значениях напряжения. В отличие от этого, присутствие глюкозы в качестве аналита в водосодержащей фазе может быть обнаружено по зарегистрированному окислению перекиси водорода (Н2О2) на первом электроде при напряжении приблизительно 275 мВ, могущему происходить в результате вступления в реакцию фермента глюкозооксидазы (GOD), причем окисление другого аналита может происходить при другом значении напряжения. Следует отметить, что реакции этого типа не могут протекать на третьем электроде, не содержащем фермента, из-за пространственного отделения этого электрода от первого электрода в электродной структуре биосенсора. Кроме того, в случае, когда наряду с глюкозой в водосодержащей фазе присутствует какой-то конкретный мешающий компонент, это присутствие может быть обнаружено по окислению этого мешающего компонента на первом электроде при напряжении, значение которого ниже значения напряжения, при котором возможно окисление аналита, воды и материала электрода. Следовательно, переход тока через ноль, возникающий на вольтамперной характеристике третьего электрода, может предпочтительно находиться ниже напряжения, при котором происходит окисление аналита на первом электроде. Как будет показано ниже на приведенных чертежах, значение, полученное из смещения положения перехода тока через ноль на вольтамперной характеристике относительно значения напряжения, принятого по умолчанию, может быть использовано в качестве критерия для определения типа мешающего компонента, присутствующего в электрохимической ячейке.
Далее, на вольтамперной характеристике третьего электрода может, кроме вышеупомянутого, присутствовать по меньшей мере одно плато тока. В контексте настоящего описания термин "плато тока" может относиться к конкретному режиму протекания тока, который отображается на вольтамперной характеристике и в котором ток может достигать постоянного значения или уровня в пределах ограниченного диапазона напряжения, причем термин "постоянное значение" может относиться к изменению тока, которое может быть ограничено в ограниченном токовом диапазоне, например от нижнего порогового значения до верхнего порогового значения. Отсюда можно также определить, в качестве альтернативы или дополнения, значение тока для по меньшей мере одного плато тока, присутствующего на вольтамперной характеристике третьего электрода. Как можно было наблюдать на ряде проб, значение тока в области типичного плато тока, возникающего на вольтамперной характеристике третьего электрода, может составлять от 0,1 до 20 нА, в частности от 0,5 до 10 нА. Таким образом, путем оценки значения тока в области по меньшей мере одного плато тока можно определить количество мешающего компонента, могущего присутствовать в электрохимической ячейке.
Кроме того, в случае, когда по меньшей мере один другой мешающий компонент может вносить вклад в биосенсоре, на вольтамперной характеристик третьего электрода может дополнительно присутствовать по меньшей мере один переход между двумя разными плато тока при по меньшей мере одном специфичном напряжении. Тем самым можно, соответственно, определить тип этого по меньшей мере одного мешающего компонента путем оценки по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного специфичного напряжения, при котором может наблюдаться этот по меньшей мере один переход напряжения между двумя разными специфичными плато тока.
Как уже упоминалось выше, в контексте настоящего описания биосенсор может представлять собой полностью или, в альтернативном варианте, частично имплантируемый биосенсор. В частности, биосенсор может быть выполнен с возможностью непрерывного мониторирования аналита в физиологической жидкости, предпочтительно путем непрерывного измерения аналита в подкожной ткани, в частности в интерстициальной жидкости, такой как кровь. Могут быть, однако, реализованы и другие типы биосенсоров, а также варианты применения этих биосенсоров.
Как уже упоминалось выше, аналит может предпочтительно содержать глюкозу, а фермент может представлять собой глюкозооксидазу (GOD). В альтернативном варианте могут также использоваться ферменты других типов, такие как глюкозодегидрогеназа (GDH). В контексте настоящего описания первый электрод в биосенсоре, служащий в качестве рабочего электрода, может быть выполнен с возможностью обеспечения протекания окислительных процессов. Аналогичным образом, третий электрод, служащий в качестве противоэлектрода, может быть выполнен с возможностью обеспечения протекания восстановительных процессов. Наконец, второй электрод служит в качестве электрода сравнения. Таким образом, уровень содержания глюкозы, например концентрацию глюкозы в физиологической жидкости, можно определить с помощью окислительных процессов, протекающих на рабочем электроде. Поэтому переключение с нормального режима работы на режим детектирования мешающего компонента на шаге а) может включать приложение дополнительного отрицательного потенциала к рабочему электроду, в частности с помощью потенциостата. Здесь следует особо отметить, что дополнительный отрицательный потенциал, прикладываемый к рабочему электроду, может быть получен из отрицательного скачка потенциала, включающего отдельное высокое отрицательное значение, или из развертки потенциала, включающей скачкообразное или плавное изменение значения отрицательного потенциала в сторону возрастания.
Далее, мешающий компонент, вклад которого может быть определен в соответствии с предлагаемым изобретением, может быть как эндогенным, так и экзогенным, и может оказывать влияние на уровень аналита. Как будет более подробно показано ниже на чертежах, настоящий способ может быть, в частности, применим для детектирования вклада эндогенного мешающего компонента, представленного мочевой кислотой. Возможны и другие примеры, представленные в списке мешающих компонентов, приведенном выше.
Здесь следует особо отметить, что некоторые мешающие компоненты, присутствующие в физиологической жидкости, могут не поддаваться детектированию предлагаемым способом, поскольку вносимый ими вклад не оказывает регистрируемого влияния на вольтамперную характеристику третьего электрода. Например, выяснилось, что эндогенное вещество цистеин не является потенциальным мешающим компонентом в концентрации, в которой он присутствовал в физиологической жидкости в процессе исследования. Более подробно об этом говорится в приведенном ниже описании со ссылками на чертежи.
Далее, настоящий способ может быть, в частности, применим для детектирования вклада экзогенных мешающих компонентов, могущих, в частности, представлять собой фармацевтические соединения, такие как лекарственные и/или наркотические вещества или продукты их метаболизма. В качестве особенно предпочтительного примера использования настоящего способа можно упомянуть возможность детектирования с его помощью вклада таких фармацевтических веществ как аскорбиновая кислота и/или ацетилсалициловая кислота и/или парацетамол. Другие возможные примеры указаны в списке мешающих компонентов, приведенном выше.
Кроме того, поскольку из вышесказанного следует, что настоящий способ применим не только к детектированию присутствия или отсутствия одного или более фармацевтических веществ, но и к определению их количества и/или концентрации, этот способ можно также применить с целью детектирования и/или мониторирования количества и/или концентрации определенных фармацевтических веществ, могущих оказывать влияние на уровень аналита в физиологической жидкости, в частности на уровень содержания глюкозы в крови. Следовательно, эта дополнительная возможность может быть использована для более полного анализа крови в процессе управления диабетом и мониторирования и контроля связанного с ним состояния пациента.
Другим объектом изобретения является способ калибровки биосенсора. Этот способ включает шаги реализации описанного выше и/или ниже способа детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре. В этом смысле способ включает, в качестве по меньшей мере одного калибровочного измерения, реализацию способа детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре для по меньшей мере одного заданного параметра содержания, такого как тип и концентрация, по меньшей мере одного мешающего компонента и сохранение, предпочтительно в качестве последующей операции, вольтамперной характеристики третьего электрода или по меньшей мере одного полученного из нее характеристического значения вместе с соответствующим вкладом мешающего компонента, в частности для дальнейшего сравнения. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве по меньшей мере одного характеристического значения определяют значения напряжения при нулевом токе на вольтамперной характеристике третьего электрода. Как альтернативу или дополнение, в качестве по меньшей мере одного характеристического значения определяют значения тока для токового плато на вольтамперной характеристике третьего электрода. При этом для оценки нулевого тока, используемого с целью коррекции фонового тока для калибровки биосенсора, предпочтительно служат одно или более значений, определяемых для токовых плато, или, в частности, значение, определяемое для суммы токовых плато при электрическом потенциале, сравнимом с электрическим потенциалом первого электрода.
В ходе по меньшей мере одного калибровочного измерения может быть получена общая зависимость между по меньшей мере одним параметром содержания мешающего компонента и вольтамперной характеристикой третьего электрода или по меньшей мере одним полученным из нее характеристическим значением. Указанная общая зависимость может быть, например, представлена в форме одной или более калибровочных кривых. В этом контексте под общей зависимостью следует понимать правило, установленное для некоторой совокупности разных значений параметров содержания мешающего компонента и описывающее, как эти значения параметров содержания мешающего компонента могут влиять на вольтамперную характеристику. Правило может быть установлено для непрерывного диапазона значений концентрации мешающего компонента или, в иных случаях, для дискретного диапазона этих значений, например для некоторого количества значений концентрации мешающего компонента, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Соответственно, общая зависимость может, например, включать точечное присваивание множества значений концентрации мешающего компонента, каждое из которых отображает соответствующий случай влияния на вольтамперную характеристику. Правило может также включать, в качестве альтернативы или дополнения, закон в форме аналитической функции, которая может быть также названа калибровочной кривой или калибровочной функцией и аналитически описывает влияние параметра содержания мешающего компонента на вольтамперную характеристику.
Калибровочное измерение может быть, например, выполнено путем детектирования с получением в каждом случае по меньшей мере одной вольтамперной характеристики для группы тестовых, или калибровочных, образцов с известным содержанием мешающего компонента. Например, можно приготовить тестовые образцы, содержащие известный мешающий компонент в определенной концентрации. В каждом случае этим тестовым образцам можно сопоставить по меньшей мере одну вольтамперную характеристику или полученное из нее характеристическое значение. Таким путем можно определить количество пар значений, каждая из которых включает содержание мешающего компонента и связанное с ним характеристическое значение. Вышеупомянутая общая зависимость может описываться самими этими парами значений либо может быть выведена из последних, например с помощью аппроксимации. В некоторых случаях общая зависимость может описываться прямой, наклон и точки пересечения которой с координатными осями можно определить из этих пар значений, используя соответствующую аппроксимацию. Эту прямую можно затем использовать в качестве калибровочной кривой. Могут использоваться калибровочные кривые и более сложного вида, например экспоненциальные функции и/или полиномы, очень хорошо описывающие взаимосвязь между парами значений.
Общая зависимость (а более конкретно - калибровочная кривая или калибровочная функция) может быть сохранена, в частности, в по меньшей мере одном запоминающем устройстве для хранения данных, например в энергозависимом и/или энергонезависимом запоминающем устройстве, которое может быть соединено с по меньшей мере одним вычислительным блоком, например в форме устройства обработки данных. Этот вычислительный блок может быть выполнен с возможностью полной или частичной реализации шагов способов, предлагаемых в изобретении. Калибровочное измерение может быть также проведено в вычислительном блоке или, в альтернативном варианте, независимо от него.
Еще одним объектом изобретения является способ подтверждения правильности работы биосенсора, который аналогичен, с учетом необходимых изменений, описанному выше способу калибровки биосенсора. В контексте настоящего описания способ подтверждения правильности работы биосенсора может быть, в частности, использован для обеспечения безотказной работы биосенсора. В общеупотребительном смысле термин "безотказная работа" относится к рабочему режиму биосенсора, в котором в случае какого-либо отказа биосенсора последний может, тем не менее, реагировать таким образом, что сохраняет способность выдачи по меньшей мере одного достоверного характеристического значения, в частности во время проведения непрерывного мониторирования гликемии. В качестве альтернативы или дополнения, способ подтверждения правильности работы биосенсора можно также использовать для восполнения значений измерения в случае, когда по какой-либо причине значения измерения тока не могут быть получены посредством биосенсора, но все еще требуются для выполнения непрерывного мониторирования гликемии. В этом случае можно аналогичным образом использовать описанную выше общую зависимость между по меньшей мере одним параметром содержания мешающего компонента и вольтамперной характеристикой третьего электрода или по меньшей мере одно полученное из нее характеристическое значение.
Способы, предлагаемые в изобретении, обладают рядом преимуществ по сравнению с известным уровнем техники. Вместо использования неэффективных технических решений по снижению влияния мешающих компонентов осуществляется активное детектирование влияния, которое могут оказывать на биосенсор мешающие компоненты, присутствующие в физиологической жидкости. Благодаря этому предлагаемые способы установления зависимости между током и электрическим потенциалом в биосенсоре позволяют однозначно исключить из рассмотрения факт присутствия и, предпочтительно, количество мешающего компонента и являются в целом применимыми в случае присутствия более чем одного типа компонентов. Кроме того, нет необходимости как в дополнительных рабочих электродах, например в электродах, не содержащих реагентов, так и во вспомогательных схемных компонентах, таких как бипотенциостат и один или более релейных контуров. Следовательно, предлагаемые способы могут быть реализованы в электронной структуре стандартных биосенсоров и могут, в частности, применяться в уже существующих биосенсорных системах.
Для обобщения вышесказанного ниже приведены возможные варианты осуществления настоящего изобретения. Возможны, однако, и другие варианты осуществления изобретения.
Вариант 1. Способ детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре, содержащем первый электрод, второй электрод и третий электрод, причем первый и второй электроды покрыты мембраной, причем первый электрод содержит фермент или покрыт слоем фермента, причем первый, второй и третий электроды соединены посредством потенциостата, причем в нормальном рабочем режиме между первым и вторым электродами посредством потенциостата прикладывается разность электрических потенциалов таким образом, что на первом электроде обеспечиваются условия для протекания окислительных процессов, а на третьем электроде обеспечиваются условия для протекания восстановительных процессов, причем способ включает следующие шаги:
а) переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента, в котором разность электрических потенциалов между первым и вторым электродами изменяется в течение ограниченного периода времени таким образом, что на третьем электроде обеспечиваются условия для протекания окислительных процессов,
б) измерение вольтамперной характеристики третьего электрода,
в) определение вклада мешающего компонента в биосенсоре путем оценки вольтамперной характеристики третьего электрода.
Вариант 2. Способ по предыдущему варианту, в котором переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента на шаге а) включает изменение со временем электрической разности потенциалов в течение ограниченного периода времени с помощью потенциостата.
Вариант 3. Способ по предыдущему варианту, в котором непрерывное изменение разности электрических потенциалов включает скачкообразное или плавное изменение разности электрических потенциалов в пределах заданного диапазона потенциала.
Вариант 4. Способ по предыдущему варианту, в котором непрерывное изменение разности электрических потенциалов включает скачкообразное или плавное изменение разности электрических потенциалов вдоль потенциальной кривой с заданной крутизной подъема между начальной и конечной точками заданного диапазона потенциала.
Вариант 5. Способ по одному из трех предыдущих вариантов, в котором измерение вольтамперной характеристики третьего электрода на шаге б) включает измерение тока между первым и третьим электродами и измерение напряжения на третьем электроде в течение ограниченного периода времени.
Вариант 6. Способ по предыдущему варианту, в котором ограниченный период времени длится от 1 минуты до 30 минут.
Вариант 7. Способ по предыдущему варианту, в котором ограниченный период времени длится от 5 до 15 минут.
Вариант 8. Способ по одному из предыдущих вариантов, в котором переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента на шаге а) включает приложение по меньшей мере одного скачка электрической разности потенциалов между первым и вторым электродами с помощью потенциостата.
Вариант 9. Способ по предыдущему варианту, в котором измерение вольтамперной характеристики третьего электрода на шаге б) включает измерение тока между первым и третьим электродами и измерение напряжения на третьем электроде в течение периода измерения, следующего за приложением скачка потенциала.
Вариант 10. Способ по предыдущему варианту, в котором период измерения, следующий за приложением скачка потенциала, длится от 0,5 секунды до 20 секунд.
Вариант 11. Способ по предыдущему варианту, в котором период измерения, следующий за приложением скачка потенциала, длится от 1 секунды до 10 секунд.
Вариант 12. Способ по одному из предыдущих вариантов, в котором положение перехода тока через ноль, возникающего на вольтамперной характеристике третьего электрода, определяют при потенциале первого электрода.
Вариант 13. Способ по предыдущему варианту, в котором тип мешающего компонента определяют путем оценки положения перехода тока через ноль при потенциале первого электрода.
Вариант 14. Способ по предыдущему варианту, в котором аналит характеризуется положением перехода тока через ноль, принятым по умолчанию в отсутствие мешающего компонента данного типа, причем значение напряжения, соответствующее этому положению, принятому по умолчанию, отличается от значения напряжения, соответствующего положению перехода тока через ноль для мешающего компонента данного типа.
Вариант 15. Способ по предыдущему варианту, в котором значение, полученное из смещения положения перехода тока через ноль на вольтамперной характеристике относительно положения, принятого по умолчанию, используют в качестве критерия для определения типа мешающего компонента.
Вариант 16. Способ по одному из предыдущих вариантов, в котором значение тока для по меньшей мере одного плато тока, присутствующего на вольтамперной характеристике третьего электрода, определяют при потенциале первого электрода.
Вариант 17. Способ по предыдущему варианту, в котором количество мешающего компонента определяют путем оценки значения тока в области плато тока при потенциале первого электрода.
Вариант 18. Способ по одному из двух предыдущих вариантов, в котором в случае, когда по меньшей мере один другой мешающий компонент вносит вклад в биосенсоре, по меньшей мере одно положение по меньшей мере одного перехода напряжения между двумя разными плато тока, присутствующими на вольтамперной характеристике третьего электрода, определяют при потенциале первого электрода.
Вариант 19. Способ по предыдущему варианту, в котором тип по меньшей одного другого мешающего компонента определяют путем оценки по меньшей мере одного положения по меньшей мере одного перехода напряжения между двумя разными плато тока при потенциале первого электрода и/или путем оценки при потенциале первого электрода значения, полученного для суммы плато тока при электрическом потенциале, сравнимом с электрическим потенциалом первого электрода.
Вариант 20. Способ по одному из предыдущих вариантов, в котором биосенсор представляет собой полностью или частично имплантируемый биосенсор.
Вариант 21. Способ по предыдущему варианту, в котором биосенсор представляет собой биосенсор, предназначенный для непрерывного мониторирования аналита.
Вариант 22. Способ по предыдущему варианту, в котором биосенсор представляет собой биосенсор, предназначенный для непрерывного измерения аналита в подкожной ткани.
Вариант 23. Способ по предыдущему варианту, в котором биосенсор представляет собой биосенсор, предназначенный для непрерывного измерения аналита в физиологической жидкости.
Вариант 24. Способ по предыдущему варианту, в котором биосенсор представляет собой биосенсор, предназначенный для непрерывного измерения аналита в интерстициальной жидкости.
Вариант 25. Способ по предыдущему варианту, в котором биосенсор представляет собой биосенсор, предназначенный для непрерывного измерения аналита в крови.
Вариант 26. Способ по одному из пяти предыдущих вариантов, в котором аналит содержит глюкозу.
Вариант 27. Способ по предыдущему варианту, в котором фермент представляет собой глюкозооксидазу.
Вариант 28. Способ по одному из девяти предыдущих вариантов, в котором мешающий компонент представляет собой эндогенный или экзогенный мешающий компонент, способный влиять на уровень аналита.
Вариант 29. Способ по предыдущему варианту, в котором эндогенный мешающий компонент представляет собой мочевую кислоту.
Вариант 30. Способ по одному из двух предыдущих вариантов, в котором экзогенный мешающий компонент представляет собой фармацевтическое соединение или продукт его метаболизма.
Вариант 31. Способ по предыдущему варианту, в котором экзогенный мешающий компонент представляет собой одно из следующего: аскорбиновую кислоту, ацетилсалициловую кислоту, парацетамол или ацетаминофен.
Вариант 32. Способ подтверждения правильности работы и/или калибровки биосенсора, включающий шаги осуществления способа по одному из предыдущих вариантов для по меньшей мере одного заданного параметра содержания по меньшей мере одного мешающего компонента и сохранение по меньшей мере одной вольтамперной характеристики третьего электрода или по меньшей мере одного полученного из нее характеристического значения вместе с соответствующим параметром содержания мешающего компонента.
Вариант 33. Способ по предыдущему варианту, в котором значения напряжения при нулевом токе и - в случае, когда по меньшей мере один другой мешающий компонент вносит вклад в биосенсоре, - по меньшей мере еще одно значение напряжения по меньшей мере одного перехода напряжения между двумя разными плато тока, присутствующими на вольтамперной характеристике третьего электрода, определяют в качестве по меньшей мере одного характеристического значения.
Вариант 34. Способ по одному из двух предыдущих вариантов, в котором значения тока для плато тока на вольтамперной характеристике третьего электрода и/или значение, полученное для суммы плато тока при электрическом потенциале, сравнимом с электрическим потенциалом первого электрода, дополнительно определяют в качестве по меньшей мере одного характеристического значения.
Вариант 35. Способ по одному из трех предыдущих вариантов, в котором зависимость между по меньшей мере одним параметром содержания мешающего компонента и вольтамперной характеристикой третьего электрода или по меньшей мере одно полученное из нее характеристическое значение определяют и сохраняют в качестве по меньшей мере одной калибровочной функции.
Вариант 36. Способ по предыдущему варианту, в котором по меньшей мере одну калибровочную функцию сохраняют в по меньшей мере одном запоминающем устройстве для хранения данных, соединенном с по меньшей мере одним вычислительным блоком, выполненным с возможностью полной или частичной реализации шагов способов по одному из предыдущих пунктов.
Краткое описание чертежей
Прочие подробности изобретения указаны в нижеследующем описании предпочтительных вариантов его осуществления. Отличительные признаки этих вариантов осуществления изобретения могут быть реализованы как в отдельности, так и в любой комбинации. Изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Варианты осуществления изобретения схематически представлены на чертежах. Одинаковые ссылочные номера на чертежах относятся к идентичным или функционально схожим элементам либо к элементам, соответствующим друг другу по своим функциям. На чертежах показано:
на фиг. 1 - вольтамперные характеристики первого и третьего электродов, полученные на образце сравнения, не содержащем мешающего компонента (фиг. 1А), в ходе измерений, где скачкообразное изменение разности электрических потенциалов между первым и вторым электродами достигалось с помощью потенциостата (фиг. 1Б-1Г),
на фиг. 2 - вольтамперные характеристики первого и третьего электродов, полученные на образце сравнения, не содержащем мешающего компонента, и на образце, содержащем мочевую кислоту в качестве мешающего компонента, в ходе измерений, где плавное изменение разности электрических потенциалов между первым и вторым электродами достигалось с помощью потенциостата,
на фиг. 3 - вольтамперные характеристики первого и третьего электродов, полученные на образце, содержащем мочевую кислоту в качестве мешающего компонента, в ходе измерений, где получение скачка электрической разности потенциалов достигалось с помощью потенциостата,
на фиг. 4 - последовательность отрицательных и положительных скачков потенциала, приложенных к образцу сравнения, не содержащему мешающего компонента, показанная на диаграммах, отображающих зависимость от времени тока на первом электроде (фиг. 4А) и напряжения на третьем электроде (фиг. 4Б),
на фиг. 5 - вольтамперная характеристика третьего электрода, измеренная на образце, не содержащем мешающего компонента, с последующим приложением скачков потенциала с помощью потенциостата,
на фиг. 6 - вольтамперная характеристика третьего электрода, измеренная на образце, содержащем эндогенный мешающий компонент (цистеин), с последующим приложением скачков потенциала с помощью потенциостата,
на фиг. 7 - вольтамперная характеристика третьего электрода, измеренная на образце, содержащем экзогенный мешающий компонент (аскорбиновую кислоту), с приложением скачка потенциала с помощью потенциостата,
на фиг. 8 - вольтамперная характеристика третьего электрода, измеренная на образце, содержащем другой эндогенный мешающий компонент (мочевую кислоту из первого источника), с приложением скачка потенциала с помощью потенциостата,
на фиг. 9 - вольтамперная характеристика третьего электрода, измеренная на другом образце, содержащем другой эндогенный мешающий компонент (мочевую кислоту из второго источника), с приложением скачка потенциала с помощью потенциостата,
на фиг. 10 - зависимость от времени тока на первом электроде, который был впоследствии подвергнут воздействию разных образцов, не содержащих мешающего компонента или содержащих мешающие компоненты разных типов.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1А представлены вольтамперные характеристики 110 первого электрода 112 и третьего электрода 114 в биосенсоре, содержащем электрохимическую ячейку, скомпонованную из первого электрода 112, второго электрода и третьего электрода 114. Каждая вольтамперная характеристика 110 была измерена на образце 116 сравнения, то есть образце, полученном искусственным образом и не содержащем ни аналита, такого как глюкоза, ни мешающего компонента. Вольтамперные характеристики 110 были получены путем применения режима детектирования мешающего компонента, в котором, в отличие от нормального рабочего режима, на первом электроде 112 обеспечиваются условия для протекания восстановительных процессов, а на третьем электроде 114 обеспечиваются условия для протекания окислительных процессов. Для перехода в режим детектирования мешающего компонента была получена развертка 118 потенциала с помощью потенциостата, что означает скачкообразное изменение в течение ограниченного периода времени электрической разности потенциалов между первым электродом 112 и вторым электродом.
На фиг. 1А показано, что на вольтамперной характеристике 110 третьего электрода 114 имеется переход тока через ноль, наблюдаемый в положении 120, которое соответствует задаваемому по умолчанию с помощью потенциостата относительно электрода RE сравнения значению напряжения, равному приблизительно 550 мВ. Этот наблюдаемый в положении 120 переход тока через ноль может быть связан с типичным случаем, когда окислительные и восстановительные процессы внутри электрохимической ячейки биосенсора протекают в водосодержащей фазе и зафиксированный переход тока через ноль имеет место при данном напряжении по умолчанию, что обычно является признаком окисления водной составляющей в водосодержащей фазе. Таким образом, вольтамперная характеристика 110 третьего электрода 114, показанная на фиг. 1, свидетельствует об отсутствии в образце 116 сравнения мешающего компонента - по крайней мере, такого мешающего компонента, который может обнаруживать процесс окисления, возникающий при напряжении ниже значения по умолчанию.
На фиг. 1Б-1Г представлены исходные данные, собранные для получения диаграммы, показанной на фиг. 1А. Соответствующие данные, иллюстрирующие получение развертки 118 потенциала, представлены на следующих чертежах:
- на фиг. 1Б показана зависимость от времени в секундах (с) разности потенциалов в вольтах (V) между первым электродом (рабочим электродом WE) 112 и вторым электродом (электродом сравнения RE),
- на фиг. 1В показана зависимость от времени в секундах (с) тока I в наноамперах (нА), протекающего через третий электрод (противоэлектрод) 114,
- на фиг. 1Г показана зависимость от времени в секундах (с) разности потенциалов в вольтах (V) между первым электродом (рабочим электродом WE) 112 и третьим электродом (противоэлектродом, СЕ) 114.
На фиг. 2 представлены вольтамперные характеристики 110 первого электрода 112 и третьего электрода 114, каждая из которых измерена на образце 116 сравнения, не содержащем мешающего компонента, и на образце 122, содержащем мочевую кислоту в качестве эндогенного мешающего компонента. Как следует из фиг. 2, на вольтамперной характеристике 110 третьего электрода 114 для образца 116 сравнения переход тока через ноль можно наблюдать в том же положении 120, что и на фиг. 1, а для образца 122, содержащего мочевую кислоту в качестве эндогенного мешающего компонента, - в смещенном положении 124, определяющем смещение 126 перехода тока через ноль. Смещение 126 перехода тока через ноль между положениями 120, 124 можно объяснить присутствием эндогенного мешающего компонента (мочевой кислоты) в образце 122, который может более легко окисляться по сравнению с водной составляющей в обоих образцах 116, 122. Для получения развертки 118 потенциала в режиме детектирования мешающего компонента и в этом случае использовался потенциостат.
На фиг. 3 представлены вольтамперные характеристики 110 первого электрода 112 и третьего электрода 114, каждая из которых опять была измерена на образце 122, содержащем мочевую кислоту в качестве эндогенного мешающего компонента. В отличие от фиг. 2, в этом случае к электрической разности потенциалов между первым электродом 112 и вторым электродом с помощью потенциостата был приложен скачок 128 потенциала для перехода в режим детектирования мешающего компонента. На вольтамперной характеристике 110 третьего электрода 114 здесь тоже имеется переход тока через ноль в смещенном положении 124 для образца 122, содержащего мочевую кислоту в качестве эндогенного мешающего компонента.
Следовательно, показанный на фиг. 3 переход в режим детектирования мешающего компонента путем применения скачка 128 потенциала в целом приводит к тем же результатам, что и применение развертки 118 потенциала на фиг. 2. Можно отметить, однако, что скачок 128 потенциала способен обеспечить такие же результаты в течение значительно меньшего периода времени, составляющего от 0,5 секунды до 20 секунд (сравните с периодом от 1 минуты до 30 минут, обычно требуемого в случае применения развертки 118 потенциала с целью поддержания стационарного состояния электрохимической ячейки в биосенсоре перед каждой регистрацией фактического значения измерения).
На фиг. 4 представлена последовательность отрицательных и положительных скачков 128 потенциала, приложенных к электрохимической ячейке в биосенсоре с целью выполнения измерений на образце 116 сравнения, содержащего 10 мМ глюкозы в качестве аналита и не содержащего мешающего компонента. На фиг. 4А показана диаграмма, отображающая зависимость от времени тока 130 на первом электроде 112, тогда как на фиг. 4Б показана другая диаграмма, отображающая зависимость от времени напряжения 132 на третьем электроде 114.
На каждом из следующих чертежей (фиг. 5-9) показана вольтамперная характеристика ПО третьего электрода 114, полученная в результате приложения одного или более скачков 128, 128', 128'' потенциала к электрохимической ячейке в биосенсоре. Здесь использовались следующие образцы:
- фиг. 5: образец 134, содержащий 10 мМ глюкозы, то есть не содержащий мешающего компонента, что выражается в положении 136 перехода тока через ноль приблизительно при 275 мВ,
- фиг. 6: образец 138, содержащий 10 мМ глюкозы и эндогенный мешающий компонент (цистеин) в низкой концентрации, что выражается в том же положении 136 перехода тока через ноль приблизительно при 275 мВ,
- фиг. 7: образец 140, содержащий 10 мМ глюкозы и экзогенный мешающий компонент (аскорбиновую кислоту), что выражается в смещенном положении 142 перехода тока через ноль приблизительно при -50 мВ,
- фиг. 8: образец 144, содержащий 10 мМ глюкозы и другой эндогенный мешающий компонент (мочевую кислоту из первого источника), что выражается в другом смещенном положении 146 перехода тока через ноль приблизительно при 70-100 мВ,
- фиг. 9: другой образец 148, содержащий 10 мМ глюкозы и другой эндогенный мешающий компонент (мочевую кислоту из второго источника), что выражается, однако, в том же смещенном положении 146 перехода тока через ноль приблизительно при 70-100 мВ.
Наконец, на фиг. 10 представлена зависимость от времени тока 130 на первом электроде 112, который был впоследствии подвергнут воздействию разных образцов 150-160, не содержащих мешающего компонента или содержащих мешающие компоненты разных типов. С этой целью были, в частности, использованы следующие образцы 150-160:
- образец 150, содержащий 10 мМ глюкозы в качестве аналита, то есть не содержащий мешающего компонента,
- образец 152, содержащий эндогенный мешающий компонент (цистеин) в низкой концентрации,
- образец 154, содержащий экзогенный мешающий компонент (аскорбиновую кислоту),
- образец 156, содержащий другой эндогенный мешающий компонент (мочевую кислоту из первого источника),
- образец 158, содержащий другой экзогенный мешающий компонент (салицилат),
- образец 160, содержащий другой эндогенный мешающий компонент (мочевую кислоту из второго источника).
Ссылочные обозначения
110 Вольтамперная характеристика
112 Первый электрод
114 Третий электрод
116 Образец сравнения
118 Развертка потенциала
120 Положение перехода тока через ноль
122 Образец, содержащий эндогенный мешающий компонент (мочевую кислоту)
124 Смещенное положение перехода тока через ноль
126 Смещение
128 Скачок потенциала
130 Зависимость тока от времени
132 Зависимость напряжения от времени
134 Образец, содержащий 10 мМ глюкозы
136 Положение перехода тока через ноль
138 Образец, содержащий 10 мМ глюкозы + цистеин
140 Образец, содержащий 10 мМ глюкозы + аскорбиновую кислоту
142 Другое смещенное положение перехода тока через ноль
144 Образец, содержащий 10 мМ глюкозы + мочевую кислоту из первого источника
146 Другое смещенное положение перехода тока через ноль
148 Образец, содержащий 10 мМ глюкозы + мочевую кислоту из второго источника
150 Образец, содержащий 10 мМ глюкозы
152 Образец, содержащий цистеин
154 Образец, содержащий аскорбиновую кислоту
156 Образец, содержащий мочевую кислоту из первого источника
158 Образец, содержащий салицилат
160 Образец, содержащий мочевую кислоту из второго источника
Реферат
Способ детектирования вклада мешающего компонента в биосенсоре, который содержит первый электрод, второй электрод и третий электрод, причем первый электрод и второй электрод покрыты мембраной, первый электрод содержит фермент или покрыт слоем фермента. Кроме того, первый электрод, второй электрод и третий электрод соединены посредством потенциостата, при этом в нормальном рабочем режиме между первым электродом и вторым электродом посредством потенциостата прикладывается разность электрических потенциалов таким образом, что на первом электроде обеспечиваются условия для протекания окислительных процессов, а на третьем электроде обеспечиваются условия для протекания восстановительных процессов. Способ включает следующие шаги: а) переключение с нормального рабочего режима на режим детектирования мешающего компонента, в котором разность электрических потенциалов между первым электродом и вторым электродом изменяется в течение ограниченного периода времени таким образом, что на третьем электроде обеспечиваются условия для протекания окислительных процессов; б) измерение вольтамперной характеристики третьего электрода; в) определение вклада мешающего компонента в биосенсоре путем оценки вольтамперной характеристики третьего электрода. Способ позволяет однозначно исключить из рассмотрения факт присутствия и, предпочтительно, количество мешающего компонента и является в целом применимым в случае присутствия компонентов более чем одного типа. Не требуются ни дополнительные рабочие электроды, ни вспомогательные схемные компоненты. Способ может быть реализован в электронной структуре стандартных биосенсоров и, следовательно, может применяться в уже существующих биосенсорных системах. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.
Формула
Документы, цитированные в отчёте о поиске
Устройство и способ для определения концентрации восстановленной формы или окисленной формы окислительно-восстановительного вещества в жидкой пробе
