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专利名称：用于分析物测量的开路延迟装置、系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于分析物测量的开路延iK^置、系统和方法。
背景技术：
测试仪可使用用于测量诸如血液的生理性液体中的分析物的观赋条。例 如，糖尿病人可4顿电化学测试仪和电化学测试条测量血糖。在血糖测量期间， 观赋仪可在预定时期使用平衡延迟(poise delay)或开路预定的时间。在平衡延 迟或开路期间，观赋仪没有将测试电流或测试电压施加至顿赋条上。可将一个 或多个开关连接至U测试仪的观赋条接触其中之一上以建立开路，如美国专利号 No.5,565,085中所示和描述的那样。

发明内容
M使用在lt际例描述的实施例的各种技术特征，已获得各种装置、系 统及方法来改进测量精确度。相信这些技术特征迄今未被认识到且在常规系统 中不可得到。特别地，在一个实施例中，提供用于确定样品中分析物浓度的系 统。该系统包括测试条连接器、参考电压电路、运算放大器及处理器。连接器 具有配置为连接至U测试条的第一电极的第一线及配置为连接至U测试条的第二电 极的第二线。该参考电压电路提供输出电压并且运算放大器被连接到参考电压 电路以提供基本等于施加到第一线的测试电压的预定分数的参考电压。运算放 大器具有配置用于与第一线连接或断开状态中一种的输出端。处理电路连接到 运算放大器的输出端及第一线，从而在输出端和第一线之间处于断开状态期间， 处理电路保持与第一线连接。在另一个实施例中，提供一种用于分析物测量的电路。该电路包括测试 条连接器、运算放大器及开关。该测试条连接器具有配置为连接到测试条的第 一电极的第一线及配置为连接测试条的第二电极到地的第二线。运算放大器具 有连接到参考电压电路的第一输入端及连接到第一线并通过反馈电阻器连接到 运算放大器输出端的第二输入端。该开关布置在运算放大器的输出端和第二输 入端之间以在开关的关闭状态下将输出端连接到第一线，并在开关打开状态下
将输出端从第一线上断开。在替换实施例中，提供一种用于分析物观糧的电路。该电路包括测试条 连接器及运算放大器。该测试条连接器具有配置为连接到测试条的第一电极的 第一线及配置为将测试条的第二电极接地的第二线。运算放大器具有连接到参 考电压电路的第一输入端及连接到第一线并通过反馈电阻器连接至U运算放大器 的输出端的第二输入端。该运算放大器还包括配置为将运算放大器置于关闭模 式的关闭电路。在另一实施例中，用电路提供一种测量电化学测定池(electrochemical
cell)的电化学反应的方法。该电化学测定池包括第一及第二电极。该电路具有 连接到电压源的第一输入端、连接到第一电极的第二输入端及耦合到电路输出 端的反�。�该电路输出端连接到处理器。该方法可通过以下步骤完成施加测 试电压到第一电极并将第二电极接地；将第一电极从电路输出端解耦同时允许 从第一电极到处理器的电连通；以及耦合第一电，形畅输出端以没有未经补偿 的压附也测量在电化学测定池中产生的观!l试电流。
ffiil参考下面首先简要描述的附图与本发明更具体的描述，对本领域技
术人员来说这些及其他实施例、特征及优点将变得显而易见。


在此引入并组成说明书一部分的附图，说明了本发明的伏选实施例，并 与上述一般性说明及下面的详细说明一起说明本发明的特征(其中相同的数字 ftt相同的元件)，其中图1为插入至棚赋仪中的测试条的简化前视亂
图2为观赋{ 测试条的原理框图；图3示出传 接口电路的简化图，其中开关的第一侧连接到A/D转换
器及反馈电阻器，且开关的第二侧连接到运算放大器的输出端；图4示出了使用具有关闭控制电路的运算放大器的传 接口电路的简化图。图5示出了诸如用于图4中使用的运算放大器的简化关闭控制电路。
具体实施例方式应当fflil参考附图阅读下面具体描述，其中不同图中的相同元件用相同 的数字指示。无需按依比例确定的附图描述了选定的示例实施例，并且附图并
非为了限定本发明的范围。具体描M31举例的方式而非通过限定的方式描述 了本发明的原理。该描述将清楚地使本领域技术人员能制造和使用本发明，并 且描述了一些本发明的实施例、改变、变形、备皿使用，包括现被认为是实 施本发明的最佳方式。如在此使用，用于任何数值或范围的术语"约"或"大约"表示适当的
尺寸公差，其允许部件的一部分或集合行使其在此描述的预期目的的功能。另
外，如在此{顿的，尽管本发明用于人类患者4该了ite实施例，术语"患者"、 "主体"及"受縫"4 任何人或动物受綠而非为了限定系统或方法用于人 类舰。图1为插入至鹏赋仪200中的测试条100的简化平面视图。测试仪及测 试条的范例可以为商用的OneTouch Ultra⑧血糖(lS: OneTouch Ultra⑧血糖测 试条(Milpitas, California 95035)。可适合于作为依照本发明的图示实施例使用 的测试条及测试仪的描述可在国际公开No.WO/2004040285A2及提交的美国专 利申请系列号No.11/252,296 (2005年10月17日提交，代理人巻号 no.DDI-5114USNP)中找到，所述文献在此全文引入作为参考。
测试仪200可包括排出按钮201、可I1M示器202、壳204、以及条带端 口连接器208，如图1所示。条带端口连接器208可配置为当执行测试时接纳测 试条100。条带端口连接器208还可简单地称为连接器。测试条100可包括样品 接收腔92、远端3、样品入口90。血液样品94可应用于样品入口 90以装满样 品接收腔92，如图1所示，从而可执行分析物测量。测试仪200同样包括配置 为确定样品是否己装满样品接收腔92的合适的电路。图2示出测试仪200及测试条100的原理框图。测试仪200可包括条带 端口连接器208、传^^口电路106、 A/D转换器107 (即模-数转换器)，处 理器212、存储单元210及可视显示器202。处理器212可包括A/D转换器107 作为集成功能单元。例如，诸如可从德州仪器商业获得的MSP 430的混合信号 微处理器可合并A/D转换器的功能。测试条100可包括工作电极12、参考电极10、工作接角鹏13及参考接 触垫ll。测试条100还可包括远端3及近端4。工作接触垫13和参考接触垫11 可布置在近端4并分别具有与工作电极12和参考电极10的电连接。工作电极 12和参考电极10可布置在远端3，也可布置在样品接收腔92内。条带端口连接器208可配置以接纳测试条100的近端4以形成与工作电 极12和参考电极10的电连接。条带端口连接器208可包括工作连接器103和 参考i^接器101，它们都配置为与工作接触垫13及参考接触垫11电连接。工作 连接器103及参考连接器101可由适合于承载电流的电传导材料制成。在一个 实施例中，电导材料可包括镀金的铜铍合金或^^的 铜。
传感器接口电路106可配置为在第一工作电极12和参考电极10之间施 加测试电压(如V)并且还测量所得到的测试电流(如，作为时间t的函数i(t))。 当传繊接口电路106施加测试电压时，其可被称为恒电位仪。传 接口电 路106可配置为ffl31将观赋电流转换为成比例的电压值(如I/V转换器)而测量 由施加测试电压而得到的测试电流的幅度，该电压值随后传递到A/D转换器 107。处理器212可配置为控制并操作用测试仪200和测试条100进行的生理 性液体的测量。更特别地，处理器212可操作地链接从而控制传^l^口电路 106、 A/D转换器107、可MM示器202、运算放大器关闭电路600及存储单元 210的功能。 A/D转换器107可用于将来自传感^l妾口电路106的模拟电压值转化为 与测量的观赋电流成比例的数字值。A/D转换器107可与传感離口电路106 及处理器212连通。存储单元210可以为本领域技术人员所知的任何合适的存储单元，其包
括，例如，固态非易失性存储单元或基于光盘的存储单元。在一个实施例中， 存储单元210可包括易失性存储部分及非易失性存储部分。存储单元210可配 置为包含软# 旨令以使用观赋仪200和测试条100执行血糖领糧。存储单元210 可配置为与处理器212^ffi。可MM示器202例如可以是本领域技术人员所知的任何合适的显示屏， 其包括液晶显示(LCD)屏。合适的显示屏非限定地包括配置为显示指南图像， 包括静态的基于图形的图像(具有^/或不具有相关文本)及动画的基于图形的 图像(具有A/或不具有相关文本)。可竿1M示器202可用于显示用户界面以提示 用户如何操作测试仪200。可MM示器202可同样用于执行与测试仪200的操作 相关的其他功能，诸如如图1所示的显示日期、时间及血糖浓度值。集,测 试仪200中的用于指导用户如何进行测量的指南的一个范例可在已提交的申请
系列号No.60/842,584 (2006年9月5日提交，代理人巻号no.DDI-5135USNP)
中找到，所述文献在此全文引入作为参考。在一个实施例中，葡萄糖的电化学测量可包括预定时间间隔的开路。在 开路期间，还原介质(如氰亚铁酸盐)可通过样品接收腔92内的酶作用物(如 葡萄糖)及酶(如葡萄糖氧化酶)的反应产生。与分析物浓度成比例地产生还 原介质后，可施加测试电压执行测量。下面将描述可在第一预定时间间隔应用 开路及在第二预定时间间隔施加观赋电压的传SI^口电路106的实施例。
图3示出传 接口电路106的实施例，其使用不具有低电阻但不会导 f^经补偿的压降的开关Sl。传皿接口电路106包括运算放大器300、反馈 电阻器Rf、第一分压电阻器R1、第二分压电阻器R2及参考电压源VREF。运 算放大器300可包括输出端304、倒相输入端302、第一供电引脚309、第二供 电弓,310及非倒相输入端301 。应当注意至U传皿接口电路106可同样称为跨 阻抗放大器，其包括连接至储如电阻器和参考电压源的其他电子元件的运算放 大器。可选地，如图3所示，可与反馈电阻器Rf并联地放置电容器用以滤出噪 声°非倒相输入端301可连接到参考电极10及参考电压源VREF。分压器 可4OT第一分压电阻器Rl及第二分压电阻器R2将参考电压源VREF分压为参 考电压电路的输出电压。参考电压源VREF和分压器的组合还可称为参考电压 电路。如图3所示，参考电极10可通过第二线接地。如图3所示，反馈电阻器Rf可连接到倒相输入端302及开关Sl的第一 侧Sla。如图3所示第一侧Sla可同样连接到A/D转换器107。如图3所示，开 关Sl的第二侧Slb可连接到输出端304。开关Sl可操作J43i接到处理器212 以控制何时开始打开或关闭程序。因而，当开关S1关闭时，沿着第一线的测试 电流通路不经过开关S1，从而有效地阻止未经补偿的压降。第一线可以为从工 作电极12 3!31反馈电阻器Rf流到A/D转换器107的电流通路。没有未经韦M尝 的电阻，沿着第一线施加的观赋电压可基本等价于输出电压。跨阻抗放大器的 输出电压Vo从反馈电阻器Rf和开关Sl的第一侧Sla之间的连接获得以阻止由 于开关电阻引起的测试电流测量中的不精确。还应当注意到，只要开关S1的电 阻足够小以防止饱和，该电阻不会影响使用跨阻抗放大器的电流到电压功能性 的测试电流测量的精确度。开关Sl可具有能潜在地弓l起出现在工作电极12和参考电极10之间的 未经补偿的压降的有限电阻Rs。例如，如果开关Sl沿着第一线放置，贝陏效 施加的测试电压将为Vefl^V-i(t)Rs。 i(t)Rs项4 未经补偿的压降。当Veff由于 相对高的电阻Rs或相对高的电流i(t)或它们的组合而变得足够低时(例如《介 质的氧化还原电压)，所得到的测试电流可给出不精确的葡萄糖浓度。
图4示出传S^口电路106的另一实施例，其能建立开路而不会导致 未经补偿的压降。不使用开关S1，传 接口电路106可使用运算放大器500 而建立开路，运算放大器500具有和关闭控制电路一起构造在运算放大器内的 关闭引脚508，其相似控制电路的例子在图5中以关闭电路600示出。类似于运 算放大器300，运算放大器500可包括倒相输入端502、非倒相输入端501、第 一供电引脚509、第二供电引脚510及输出端504。可启动关闭电路600 (如通 ,接关闭引脚508到处理器212的逻辑低)以关断运算放大器500从而在工 作电极12和参考电极10之间建立开路。另外，关闭电路600可被失效(例如 MMi^接关闭弓l脚508到处理器212的逻辑高)以接Mit算放大器500从而在 工作电极12和参考电极10之间施加测试电压。这种运算放大器的实例可从德 州仪器获得如关闭模型为OPA847的宽频带、超低噪声、电压反馈运算放大器。 在运算放大器中使用关闭电路(诸如图5中所示)允许在没有诸如图3所示的 开关S1的开关的分析物测量电路(或系统)中建立开路，并且该开路不会导致 在施加测试电压时出现未经补偿的压降。参考图5，如果关闭引脚508未被连接，运算放大器以没有任何关闭功 能的方式工作。在引脚508连接至腿辑低时，向Rc电阻器提供到Ql的基极电 流。如果将关闭引脚508拉到低电平(3!31处理器212)，附加电流被拉过电阻 器Ra从而接通二极管。任何更多的被拉过关闭引脚508的电流导致Q1的， 极基极电压大约为OV，其关闭Q1的集电极电流并通常在200纳秒内关断放大 器。取决于外部电阻器，关闭时间可由于较长的节点放电而长于200纳秒。
申请人相信他们已经发现了一些问题，这些问题是本领職1顿插入在 已知装置的电极和跨阻抗放大器之间的电流传导路径中任意点的开关过程中没 有认识到的问题。例如，可在工作电极和参考电极之间引发(develop)伽伐尼 (galvanic)电位，当测试仪施加开路时该伽伐尼电位在电源电压的范围之外， 其可导致开路损坏。这种损坏能够发生是因为在关闭模式下运算放大器芯片内的保护二极管不具有真正高的阻抗节点。损坏的传感器接口电路106可应用标
称电压或电流代替开路。为了运算放大器(300或500)正常地工作，应当施加 合适的电源电压至U第一供电引脚(309， 509)(如+3伏)及第二供电引脚(310， 510)(如接地或0伏)。为方便起见可选择具有0伏和+3伏限制的电源电压，因 为可4OT两个一次性碱电池(如两个AA电池)的组合或锂电池没有附加电路 地粒。对于典型的葡萄糖测试条，相对于参考电极的伽伐尼电位会可能产生在 测试条上，该伽伐尼电位在开路时间间隔内在电源电压的限定(+3伏及0伏) 外从而导致保护二极管防止真正开路的应用。然而，由于典型的葡萄糖测试条 使用惰性导电电极及铁氰化物介质，伽伐尼电位可能变为大于+3伏或小于0伏 是不太可能的。伽伐尼电位可以是由关于工作电极和参考电极存在的化学物种 的浓度差和/或化学物种的鄉产生的电压，该电压可4顿能船寺方程估算。用 以产生伽伐尼电位的普遍公知的装置的一个实施例可以为电池。
在一个实施例中，传 接口电路106可配置为提供对负伽^M电位的 发展坚固开路，其M31^ffl具有-3伏和+3伏界限的电源电压以扩大可在条带上 发展的可能电位的开路操作范围而实现。应当注意到，由于需要使用4个碱电 池或更昂贵电子元件，具有-3伏和+3伏界限的电源电压可能比具有0伏和+3 伏界限的电源电压更不便实现。申请人:也已发现了在一些情况下，仅选择任何具有关闭电路的运算放大 器用于分析物电路可能不适合其预计的在测试仪中的使用，因为这样的运算器 可能被要求符合至少一个被认为先前未被承认的运算参数。特别地，申请人发 现各种具有关闭控制电路的运算放大器当关闭控制电路被启动时具有泄漏电 流。这种泄漏电流在测试仪企图应用开路时可导致标称电压或电流施加到工作 电极和参考电极之间。如果泄漏电流在开路期间足够大，则会产生不精确的分 析物浓度。因而，为了应用基本上没有被泄露电流污染的开路，可要求具有关 闭控制电路的运算放大器具有低泄漏电流。尽管泄漏电流不是具有关闭控制电 路的运算放大器的典型设计规范，申请人发现德州仪器(Dallas, Texas)的运算 放大器OPA2334和TLV2763适合于作为实施例使用。当启动关闭电路600以 用于电化学葡萄糖领赋仪中时，可选择具有小于约一毫微安的泄漏电流的运算 放大器500。同样发现运算放大器的关闭控制电路相对于固态开关具有相对慢的用 于启动和失效的响应时间。相比于要求毫微秒等级的固态开关，关闭控制电路 典型的响应时间要求微秒等级。因而，关闭控制电路可以比固态开关的响应时 间慢大约1000倍。然而，申请人已发现在j顿关闭控制电路以建立开路时，关 闭控制电路的慢响应时间不会影响典型葡萄糖测试条测量的精确度。
在电化学测试测试条100的方法实施例中，测试仪200可探测布置在工 作电极12和参考电极10上的生理样品的存在。用于探测生理样品存在的实例 可在美国专利号No. 6,193,873; 5,266,179;及5,366,609中找到，所述文献在此 全文引入作为参考。探测至性理样品的存在后，开关S1可置于打开状态以在第 一预定时间间隔在工作电极12和参考电极10之间提供开路。在测试过程中， 运算放大器300可由具有0伏和+3伏界限的电源电压供电。接着，开关S1可 关闭从而可在第二预定时间间隔在工作电极12和参考电极10之间施力鹏赋电 压。可在第二预定时间间隔期间测量所得到的测试电流值的幅度并且所得到的 观ij试电流值可与分析物浓度值相关。在电化学测试测试条100的另一方法实施例中，测试仪200可探测布置 在工作电极12和参考电极10上的生理样品的存在。探测到生理样品的存在后， 可启动关闭电路600以关断运算放大器500从而在第一预定时间间隔在工作电 极12和参考电极10之间提供开路。在测试过程中，运算放大器500可由具有0 伏和+3伏界限的电源电压供电。接着，关闭电路600可被失效以接Mit算放大 器500从而可在第二预定时间间隔在工作电极12和参考电极10之间施加测试 电压。可在第二预定时间间隔期间测量所得到的测试电流值的幅度并且所得到 的测量电流值可与分析物浓度值相关。尽管在这里已示出并描述了本发明优选的实施例，显然对于本领域技术 人员来说这些实施例仅仅是作为范例给出的。本领域技术人员现将对本发明进 行的不同变形、改 替换而不会脱离本发明。应当认识到对在此描述的本发 明实施例的不同替换可用以实践本发明。下面权利要求欲限定本发明的范围并 且欲覆盖这些权利要求范围内的方法以及它们的等价物。
权利要求
1.一种确定样品中分析物浓度的系统，该系统包括测试条连接器，其具有配置为连接到测试条第一电极的第一线及配置为连接到测试条第二电极的第二线；参考电压电路，其提供输出电压；运算放大器，其连接到参考电压电路以提供与输出电压基本相等的测试电压到第一线，运算放大器具有配置用于与第一线连接或断开中一种的输出端；及处理电路，其连接到运算放大器的输出端及第一线，从而在输出端及第一线之间的断开状态期间，处理电路保持与第一线连接。
2. 权利要求1的系统，进一步包括开关，飾置在输出端和第一线之间， 从而当连接器耦合至U工作电极和参考电极时，开关在关闭状态下的标称电阻不 会在工作电极和参考电极之间产生未经补偿的压降。
3. 权利要求1的系统，其中运算放大器包括连接到M电路的关闭逻辑电路。
4. 一种用于分析物观懂的电路，该电路包括观赋条连接器，其具有配置为连接到测试条第一 电极的第一线及配置 为将测试条第二电极接地的第二线；运算放大器，其具有连接到参考电压电路的第一输入端及连接至l傑一 线并经过反馈电阻器连接至隨算放大器输出端的第二输A^;及开关，其布置在运算放大器的输出端和第二输入端之间以在开关的关 闭状态下将输出端连接至l傑一线，并在开关打开状态下将输出端从第一线 上断开。
5. 权利要求4的电路，其中参考电压电路包括参考电压源及分压器。
6. 权利要求5的电路，其中运算放大器的输出端及第一线连接到滤波器。
7. 权利要求6的电路，其中滤波器包括电容器。
8. —种用于分析物测量的电路，该电路包括测试条连接器，其具有配置为连接到测i式条第一电极的第一线及配置 为将测试条第二电极接地的第二线； 运算放大器，其具有连接到参考电压电路的第一输入端及连接到第一 线并经过反馈电阻器连接到运算放大器输出端的第二输入端，运算放大器 还包括配置为将运算放大器置于关闭模式的关闭电路。
9. 权利要求8的电路，其中运算放大器包括具有当启动关闭电路时小于大 约一毫微安的泄漏电流的运算放大器。
10. 权利要求8的电路，其中参考电压电路包括参考电压源和分压器。
11. 权利要求10的电路，其中运算放大器的输出端及第一线连接到滤波器。
12. 权利要求ll的电路，其中滤波器包括电容器。
13. —种用电路测量电化学测定池的电化学反应的方法，该电化学测定池具 有第一及第二电极，该电路包括连接到电压源的第一输入端、连接到第一电极 的第二输入端及耦合到电路输出端的反馈，且该电路的输出端连接到处理器，该方法包括施力鹏赋电压到第一电极并将第二电极接地；将第一 电极从电路输出端解耦同时允许从第一 电极到处理器的电连 通；以及耦合第一电极到输出端以在没有未经补偿的压降下测S^生在电化学 测定池中的测试电流。
14. 权利要求13的方法，其中解耦合包括启动运算放大器的关闭控制电路 从而可在第一预定时间间隔在工作电极和参考电极之间建立开路。
15. 权利要求14的方法，其中耦合包括使运算放大器的关闭控制电路失效 从而可在第二预定时间间隔在工作电极和参考电极之间施加测试电压。
16. 权利要求15的方法，还包括在第二预定时间间隔期间观糧测试电流值的幅度；及 将测试电流值与分析物浓度相关。
17. 权利要求16的方法，其中测量包括将测试电流的幅度转换为成比例的 电压值。
18. 权利要求17的方法还包括检测布置在工作电极和参考电极上的生理样 品的存在的初始步骤。
19. 权利要求13的方法，其中施加包括提供大约0伏和大约+3伏的电压给 运算放大器。
20.权利要求13的方法，其中施加包括提供大约-3伏和大约+3伏的电压给 运算放大器。
全文摘要
本发明涉及用于分析物测量的开路延迟装置、系统和方法。本发明提供的系统包括测试条、参考电压电路、连接到参考电压电路的运算放大器以提供与施加于第一线的测试电压基本相等的预定分数参考电压，运算放大器具有配置用于与第一线连接或断开之一的输出端，以及连接到运算放大器的输出端及第一线的处理电路，从而在输出端和第一线的断开状态期间，处理电路保持与第一线连通。本发明提供测量电化学测定池的电化学反应的方法，包括施加测试电压到第一电极且将第二电极接地；将第一电极从电路输出端上解耦同时允许从第一电极到处理器的电连通；及耦合第一电极到输出端以在没有未经补偿的压降下测量产生在电化学测定池中的测试电流。
文档编号G01N35/00GK101358985SQ20081021544
公开日2009年2月4日 申请日期2008年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者E·多彻蒂, J·麦金努尔蒂, M·Z·克尔马尼 申请人:生命扫描有限公司