专利名称：使用电容辨别对照样品与测试流体的系统和方法
使用电容辨别对照样品与测试流体的系统和方法领域
本文提供的系统和方法涉及医疗测试领域，特别是检测在样品(例如，生理学流体，包括血液)内分析物的存在情况和/或浓度。背景
在当今社会，在生理学流体(例如，血液或血液衍生的产品，例如血浆)中分析物浓度测定日益重要。这样的测定可用于多种应用和情境，包括临床实验室测试、家庭测试等，其中这种测试的结果在诊断和控制多种疾病病况中起到重要的作用。目的分析物包括用于糖尿病控制的葡萄糖、用于监测心血管病况的胆固醇等。用于分析物浓度测定的测定法的常见方法基于电化学。在这样的方法中，将水性液体样品放置在由至少两个电极(即，工作电极和对电极)组成的电化学电池中的样品反应室中，其中电极具有使得它们适于电流或电量测量的阻抗。让待分析的组分与试剂反应，以形成可氧化的(或可还原的)物质，其量与分析物浓度成比例。随后通过电化学估计存在的可氧化的(或可还原的)物质的量，并与样品中的分析物浓度关联。自动化装置(例如，电化学测试仪表(test meter))通常用于测定样品中的分析物的浓度。许多测试仪表有利地允许分析物浓度(并且通常多个分析物浓度)储存在仪表的存储器(memory)中。该特征给使用者提供可回顾在某一时间段内分析物浓度水平的能力，通常作为以前收集的分析物水平的平均，其中根据与仪表关联的算法实施这种求平均。然而，为了确保系统适当地起作用，使用者偶尔使用对照流体代替血液样品来实施测试。这样的对照流体(也称为对照溶液)通常为具有已知浓度的葡萄糖的水溶液。使用者可使用对照溶液实施测试，并将显示的结果与已知的浓度比较，以确定是否系统适当地起作用。然而，一旦实施对照溶液测试，对照流体的葡萄糖浓度就储存在仪表的存储器中。因此，当使用者寻求回顾以前的测 试和/或以前测试结果的平均浓度时，结果可能趋向于对照流体分析物水平的浓度。因此，期望能够在测试期间区分对照溶液与样品流体。一种选择为手动标出(flag)流体作为对照或测试流体。然而，优选自动化标出，由于这样使使用者相互作用最小化并提闻易用性。因此，持续感兴趣的是开发新的方法和装置，用于测定样品中的分析物浓度。特别感兴趣的是开发包括能自动化标出样品作为对照流体或测试流体和相应地储存或排除测量的方法和装置。特别感兴趣的是开发适于与基于电化学的分析物浓度测定的测定法一起使用的方法。概述
本文提供了区分水性非血液样品(例如，对照溶液)与血液样品的系统和方法的各方面。在一个这样的方面，所述方法包括使用其中施用电位并测量电流的电化学电池。本文还描述了用于区分血液样品与非血液样品的电化学方法和系统。在一种实施方案中，公开了一种用于区分血液样品与非血液样品的方法。所述方法包括将样品引入具有第一和第二电极的电化学电池中，并且在第一电极与第二电极之间施用第一测试电位。随后测量所得到的第一电流瞬态(current transient)。在第一电极与第二电极之间施用第二测试电位，并随后测量第二电流瞬态。还可测量电容，如以下更详细讨论的。所述方法还可包括在第一电极与第二电极之间施用第三测试电位，并测量第三电流瞬态。基于第一电流瞬态，计算与样品中的氧化还原物类的量相关的第一参考值。此夕卜，基于在第二和第三电流瞬态期间测量的电流值，计算与反应动力学相关的第二参考值。第二参考值可为化学反应的完成百分比的函数。例如，第二参考值可为基于来自第二电流瞬态的至少一个电流值和来自第三电流瞬态的至少一个电流值计算的残余的反应指数(residual reaction index)。在一方面,基于第二电流值与第三电流值的比率计算残余的反应指数。第一和第二参考值可随后用于确定样品是非血液样品还是血液样品。非血液样品可包括对照溶液或一些其它样品例如饮料(例如，运动饮料例如Gatorade )。在一方面，计算与测量的电容相关的电容指数。当引入样品时，电容指数例如可与电化学电池的测量的电 容成比例。在一些实施方案中，电容指数可与相同类型的电化学电池的测量的电容和平均电容成比例。例如，电容指数可为相同类型的电化学电池的平均电容与测量的电容的比率。在一些实施方案中，通过用第一参考值乘以电容指数，可计算第三参考值。第三参考值可随后与第二参考值组合使用，以确定样品是非血液样品还是血液样品O在另一方面，所述方法可实施测量样品中的分析物的浓度的步骤。如果发现样品为血液样品，则可储存测得的浓度。相反，如果发现样品为非血液样品，则可标出测得的浓度、单独储存和/或丢弃。在一种实施方案中，可使用不等式来确定样品是非血液样品还是血液样品。例如，代表凭经验得到的辨别线(discrimination line)的等式可用于评价第二和第三参考值。在另一方面，在施用第一测试电位的步骤之前将开路电位施用于电化学电池。此外，在施用第一测试电位的步骤之后，可施用开路电位。本文进一步描述了一种用于区分血液样品与非血液样品的系统。在一种实施方案中，所述系统可包括测试条(test strip)和测试仪表。测试条包括用于与测试仪表和电化学电池匹配的电接触。测试仪表包括处理器，将其配置为从测试条接受电流数据，和含有辨别标准的数据存储，使得基于第一参考值和第二参考值，血液样品可与非血液样品区分。在一些实施方案中，可计算与测量的电容相关的电容指数。当引入样品时，电容指数例如可与电化学电池的测量的电容成比例。在一些实施方案中，电容指数可与相同类型的电化学电池的测量的电容和平均电容成比例。例如，电容指数可包括相同类型的电化学电池的平均电容与测量的电容的比率。在一些实施方案中，通过用第一参考值乘以电容指数，可计算第三参考值。第三参考值可随后与第二参考值组合使用，以确定样品是非血液样品还是血液样品。将代表血液样品的数据与代表非血液样品的数据分开的辨别标准可得自第二参考值和第三参考值。例如，辨别标准可包括凭经验得到的辨别线。所述系统还可包括基本上缺乏氧化还原物类的非血液样品(例如，对照溶液)。本文再进一步描述了一种用于计算辨别标准的方法。可将辨别标准编程到测试仪表中，用于区分血液样品与非血液样品。在一种实施方案中，所述方法包括对于多个水性非血液样品，计算第一参考值和第二参考值，基于第一参考值计算第三参考值，所述第三参考值与电容指数成比例，和对于多个非血液样品，基于第二参考值和第三参考值来计算辨别标准。例如，电容指数可为相同类型的电化学电池的平均电容与电化学电池的测量的电容的比率。对于另一个实例，第一参考值代表抗氧化剂浓度，而第二参考值代表反应动力学。在一方面，提供了一种用于区分血液样品与水性非血液样品的方法。所述方法包括(a)将样品引入电化学电池中，其中所述电池可包括(i)处于间隔开的关系的两个电极和(ii)试剂。所述方法还可包括以下步骤:(b)在电极之间施用具有第一极性的第一测试电位，并测量电池电流；(C)测量电化学电池的电容；(d)将在第一测试电位期间测量的至少两个电流值求总和，以产生第一参考值，所述第一参考值与在测试液体中氧化还原物类的浓度成比例；(e)计算与测量的电容相关的电容指数；和(f)使用所述电容指数和第一参考值以区分血液样品与水性非血液样品。所述方法还可包括计算与反应动力学相关的第二参考值和使用所述电容指数、第一参考值和第二参考值以区分血液样品与水性非血液样品的步骤。例如，所述第二参考值可为化学反应的完成百分比的函数，其也可称为残余的反应指数。在一些示例性实施方案中，电容指数可计算作为相同类型的电化学电池的平均电容与测量的电容的比率。所述方法还可包括通过用第一参考值乘以电容指数计算第三参考值的步骤。第三参考值可随后与第二参考值组合使用，以确定样品是非血液样品还是血液样品。在一些实施方案中，水性非血液样品可为对照溶液。以上提及的各种参考值可以各种方式测定和/或计算。例如，第一参考值可与样品中的氧化还原物类的浓度成比例，第一参考值可基于来自第一电流瞬态的至少一个电流值计算，和/或第一参考值可基于在第一电流瞬态期间测量的电流值的总和计算。在其中第一参考值可基于在第一电流瞬态期间测量的电流值的总和计算的实施方案中，总和可用
等式表示，所述等式为= 其中t为时间，iSUffl为在从时间η到时间M的时间间隔
&Λ
期间电流值的总和。从η到M的时间间隔可变化。例如，在一种实施方案中，时间间隔可为在约0.05秒-约1.0秒范围的时间。
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在其它实施方案中，还可采用各种方式计算或测定第二参考值。例如，第二参考值可基于来自第二电流瞬态的至少一个电流值和来自第三电流瞬态的至少一个电流值，或者第二参考值可基于在大致第二电流瞬态结束时的第二电流值和在大致第三电流瞬态开始时的第三电流值。在其它实施方案中，第二参考值可基于第二电流值与第三电流值的比率，
其中所述比率可用等式表示，所述等式为比率,其中i2为第二电流值，而i3为第三电流
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值。例如，在一种实施方案中，第二电流值可在约3.8秒时测量，第三电流值可在约4.15秒时测量。在所述方法的各种实施方案中，可利用系统的各种组件的各种取向和/或构型。例如，在一种实施方案中，第一电极和第二电极可具有相对的面排列，其中试剂层可在第一电极上布置而不是在第二电极上布置。在另一实施方案，第一电极和第二电极可与试剂层具有共平面的排列，该试剂层在第一电极上布置而不是在第二电极上布置。所述方法的各种实施方案还可包括各种另外的或任选的步骤。例如，在一种实施方案中，所述方法可包括测量分析物的浓度的步骤，其中，例如，如果发现样品为对照溶液，则将与对照样品关联的分析物浓度标出。此外，在一种实施方案中，以上确定的步骤还可包括使用不等式，以确定样品是对照溶液还是血液样品。在另一实施方案，以上确定的步骤还可包括比较第三参考值与预定的阈值，和比较第二参考值与预定的阈值函数(例如，为第一参考值的函数的等式)，以确定样品是对照溶液还是血液样品。在各种实施方案中，以上提及的辨别标准可得自各种来源。例如，在一种实施方案中，辨别标准可得自代表样品中的氧化还原浓度的第一参考值乘以电容指数，和代表样品与试剂的反应速率的第二参考值。在一些实施方案中，计算与测量的电容相关的电容指数。当引入样品时，电容指数例如可与电化学电池的测量的电容成比例。在一些实施方案中，电容指数可与相同类型的电化学电池的测量的电容和平均电容成比例。例如，电容指数可为已知电容(例如，相同类型的电化学电池的平均电容)与测量的电容的比率。在另一实施方案，辨别标准可包括凭经验得到的辨别线。附图简述
在所附权利要求书中特别阐述本公开内容的各种特征。参考以下阐述说明性、非限制性实施方案的详细说明和附图，可更好地理解这些特征，其中:
图1A为一种示例性测试条的透视 图1B为图1A的测试条的分解透视 图1C为图1A的测试条的远侧部分的透视 图2为图1A的测试条的底平面 图3为图1A的测试条的侧平面 图4A为图1A的测试条的顶平面 图4B为与图4A的箭头4B·-4B —致的测试条的远侧部分的部分侧视 图5为显示与测试条接触垫(contact pads)电接口连接的测试仪表的简化的示意图； 图6显示测试电压波形，其中测试仪表施加多个测试电压达规定的时间间隔；
图7显示使用图6的测试电压波形产生的测试电流瞬态；
图8A说明测试电压波形，其中与图6相比，测试仪表在相对的极性处施加多个测试电压达规定的时间间隔；
图8B说明使用图8A的测试电压产生的测试电流瞬态；
图9为对于多个血液样品(菱形)和对照溶液样品(正方形)，显示干扰物指数和残余的反应指数之间的关系的 图10为对于多个血液样品(菱形)和对照溶液样品(正方形)，在X-轴上显示干扰物指数乘以电容指数，在Y-轴上显示残余的反应指数的图。详述
现在将描述某些示例性实施方案以提供对本文公开的系统和方法的结构、功能、制造和使用的原则的总体理解。在附图中说明这些实施方案的一个或多个实例。本领域技术人员将理解，本文具体描述并且在附图中说明的系统和方法为非限制性示例性实施方案，并且本公开内容的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施方案说明或描述的特征可与其它实施方案的特征组合。这些修改和变化旨在包括在本公开内容的范围内。对于任何数值或范围，本文使用的术语“约”或“近似”表明允许组分的部分或集合如本文描述的预期目的起作用的合适的容许。目前公开的系统和方法适用于在各种各样的样品中测定各种各样的分析物，特别是适用于在全血或其衍生物中测定分析物，其中特别感兴趣的分析物为葡萄糖。在一方面，本公开内容提供了用于确定施用于测试条的样品是水性非血液样品(例如，对照溶液)还是血液样品的方法的各种实施方案。在一个这样的实施方案，至少两种特性用于区分血液样品与非血液样品。本说明书将集中于区分血液样品与对照溶液。然而，本文提供的系统和方法同样适用于区分血液样品与多种非血液样品(例如，饮料，包括运动饮料，例如Gatorade )中的任一种。原则上，本文提供的方法可与具有间隔开的第一和第二电极和试剂层的任何类型的电化学电池一起使用。例如，电化学电池可为测试条形式。在一方面，测试条包括两个通过薄间隔物层分隔的相对的电极，其中这些组件限定其中放置试剂层的样品反应室或区域。申请人注意到其它类型的测试条，包括，例如，具有共平面电极的测试条也可与本文描述的方法一起使用。图1A-4B显不适于与本文描述的方法一起使用的一种不例性测试条62的各种视图。如所示的，测试条62可包括从近端80到远端82延伸的伸长主体，并且具有侧向边缘56、58。主体59的近侧部分可包括具有多个电极164、166和试剂72的样品反应室61，而测试条主体59的远侧部分可包括配置用于与测试仪表电连通的部件(feature)。在使用中，生理学流体或对照溶液可递送至样品反应室61，用于电化学分析。在说明性实施方案中，测试条62可包括第一电极层66和第二电极层64,之间安置间隔物层60。第一电极层66可提供第一电极166和用于使第一电极166与第一电接触67电连接的第一连接轨道(first connection track) 76。类似地,第二电极层64可提供第二电极164和用于使第二电极164与第二电接触63电连接的第二连接轨道78。在一种实施方案中,样品反应室61由第一电极166、第二电极164和间隔物60限定,如图1A-4B所不。具体地,第一电极166和第二电极164分别限定样品反应室61的底部和顶部。间隔物60的切断区域(cutout area) 68可限定样品反应室61的侧壁。在一方面，样品反应室61还可包 括多个提供样品入口和/或出口的端口 70。例如，端口中的一个可提供流体样品入口，而其它端口可用作出口。样品反应室61可具有小体积。例如，体积可在约0.1微升-约5微升范围，优选约0.2微升-约3微升，更优选约0.3微升-约I微升。如本领域技术人认识到的，样品反应室61可具有各种其它这样的体积。为了提供小样品体积，切断68可具有约0.01 cm2-约0.2 cm2范围的面积,优选约0.02 cm2-约0.15 cm2,更优选约0.03 cm2-约0.08 cm2。类似地，本领域技术人员将认识到，体积切断68可具有各种其它这样的面积。此外，第一电极166和第二电极164可间隔约I微米-约500微米范围，优选在约10微米-约400微米范围，更优选在约40微米-约200微米范围。在其它实施方案中，这样的范围可在各种其它值范围内变化。电极的紧密间隔(close spacing)还可允许发生氧化还原循环，其中在第一电极166处产生的氧化的介质(mediator)可扩散至第二电极164被还原，随后扩散返回至第一电极166被再次氧化。在测试条主体59的远端,第一电接触67可用于与测试仪表建立电连接。第二电接触63可通过U-型凹口 65由测试仪表接近，如图2中说明的。申请人注意到，测试条62可包括多个配置用于与测试仪表电连接的备选电接触。例如，美国专利号6，379，513公开了电化学电池连接手段，其全部通过引用结合到本文中来。
在一种实施方案中，第一电极层66和/或第二电极层64可为由多种材料例如金、钯、碳、银、钼、氧化锡、铱、铟和它们的组合(例如，掺杂铟的氧化锡)形成的传导性材料。此夕卜，通过各种过程(例如，溅射、无电电镀或丝网印刷过程)，通过在绝缘片(未显示)上布置传导性材料，可形成电极。在一种不例性实施方案中，第二电极层64可为派射的金电极，第一电极层66可为溅射的钯电极。可用作间隔层60的合适材料包括各种绝缘材料，例如，塑料(例如，PET、PETG、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯)、硅、陶瓷、玻璃、粘合剂和它们的组合。使用过程(例如狭缝涂布、由管的末端分配、喷墨和丝网印刷)，可在样品反应室61内布置试剂层72。这样的过程例如描述于以下美国专利号6，749，887 ;6，869，411 ；6，676，995 ;和6，830，934，这些参考文献各自通过引用而全文结合到本文中。在一种实施方案中，试剂层72可包括至少一种介质和酶，并且可在第一电极166上沉积。各种介质和/或酶在本公开内容的精神和范围内。例如，合适的介质包括铁氰化物、二茂铁、二茂铁衍生物、锇联吡啶基络合物和醌衍生物。合适的酶的实例包括葡萄糖氧化酶、基于吡咯并喹啉醌(PQQ)辅因子的葡萄糖脱氢酶(GDH)、基于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(MD)辅因子的⑶H和基于FAD的⑶H [E.C.1.1.99.10]。适于制备试剂层72的一种示例性试剂制剂描述于题为“Method of Manufacturing a Sterilized and Calibrated Biosensor-BasedMedical Device (制造灭菌和校准的基于生物传感器的医疗装置的方法)”的待审的美国申请号10/242，951，作为美国公布的专利申请号2004/0120848公布，其通过引用而全文结合到本文中来。第一电极166或第二电极164可用作工作电极，其氧化或还原限制量的介质，取决于测试仪表的施用的测试电位的极性。例如，如果电流限制物类为还原介质，其可在第一电极166处氧化，只要关于第二电极164施用足够的正电位即可。在这样的情况下，第一电极166执行工作电极的功能，而第二电极164执行对/参考电极的功能。应注意到，除非另外说明，否则对于测试条62，通过测试仪表100施用的所有电位在下文中关于第二电极164陈述。类似地，如果关于第二电极164施用足够的负电位，则还原的介质可在第二电极164处氧化。在这样的情况下，第二电极164可执行工作电极的功能，而第一电极166可执行对/参考电极的功能。在目前公开的方法的一种实施方案中，第一步骤可包括将一定量的目的流体样品引入测试条62中，该测试条62包括第一电极166、第二电极164和试剂层72。流体样品可为全血或其衍生物或级分，或对照溶液。流体样品(例如，血液)可经由端口 70投料至样品反应室61。在一方面，端口 70和/或样品反应室61可经配置，使得毛细管作用引起流体样品填充样品反应室61。图5提供与第一电接触67和第二电接触63接口连接的测试仪表100的简化的示意图，第一电接触67和第二电接触63分别与测试条62的第一电极166和第二电极164电连通。测试仪表100可配置为分别经由第一电接触67和第二电接触63与第一电极166和第二电极164电连接(如图2和5所示)。如本领域技术人员认识到的，多种测试仪表可与本文描述的方法一起使用。然而，在一种实施方案中，测试仪表包括至少一种处理器，将其配置用于执行能在血液与对照样品之间辨别的计算，以及配置用于数据分类和/或存储。微处理器可为混合信号微处理器(MSP)形式，例如，Texas Instrument MSP 430。T1-MSP430可配置为还执行一部分恒电位器功能和电流测量功能。此外，MSP 430还可包括易失性存储器和非易失性存储器。在另一实施方案，许多电子组件可与施用特定的集成电路形式的微控制器集成。如图5中说明的，电接触67可包括两个叉状物(prong) 67a、67b。在一种示例性实施方案中，测试仪表100与叉状物67a、67b单独连接，使得当测试仪表100与测试条62界面接合时，完成电路。测试仪表100可测量叉状物67a、67b之间的电阻或电连续性，以确定测试条62是否与测试仪表100电连接。申请人注意到，测试仪表100可使用多个传感器和电路，以确定测试条62何时相对于测试仪表100适当安置。在一种实施方案中，测试仪表100可在第一电接触67与第二电接触63之间施用测试电位和/或电流。一旦测试仪表100识别已插入条62，测试仪表100开启，并启动流体检测模式。在一种实施方案中，流体检测模式引起测试仪表100在第一电极166与第二电极164之间施用I微安的恒定电流。由于测试条62开始时是干燥的，测试仪表100测量到最大电压，其受限于测试仪表100内的硬件。然而，一旦使用者在入口 70上引入流体样品，这引起样品反应室61被填充。当流体样品桥接在第一电极166与第二电极164之间的间隙时，测试仪表100将测量到测量的电压下降(例如，描述于美国专利号6，193，873，其通过引用而全文结合到本文中)，其低于预定的阈值，引起测试仪表100自动启动葡萄糖测试。应注意到，当仅一小部分样品反应室61被填充时，测得的电压可降低低于预定的阈值。自动化识别已施用流体的方法不必然表明样品反应室61已被完全填充，而是可仅证实在样品反应室61中存在一些量的流体。一旦测试仪表100确定流体已施用于测试条62,可能仍需要短的但非零的时间量允许流体完全填充样品反应室61。在一种实施方案中，一旦测试仪表100已确定流体已引入(例如，投料)到测试条62上，通过向测试条62施用多个测试电位达规定的间隔，测试仪表100可执行葡萄糖测试，如图6说明的。葡萄糖测试时间 间隔Te代表执行葡萄糖测试的时间量(但是不必所有的计算与葡萄糖测试关联)，其中葡萄糖测试时间间隔Te可包括第一测试电位E1达第一测试电位时间间隔T1、第二测试电位E2达第二测试电位时间间隔T2和第三测试电位E3达第三测试电位时间间隔T3。此外，如图6中说明的，第二测试电位时间间隔T2可包括恒定的直流电流(DC)测试电压分量和叠加的交流(AC)或振荡测试电压分量。叠加的交流测试电压分量可施用由Tmp指示的时间间隔。在图6中所示的时间间隔仅为实例，并且可在本文更充分描述的范围内。葡萄糖测试时间间隔Te可例如在约I秒-约5秒范围。如以上讨论的，第一电极166或第二电极164可用作工作电极，其氧化或还原限制量的介质，取决于测试仪表的施用的测试电位的极性。应注意到，除非另外说明，否则测试仪表100所施用的所有电位将在下文中关于第二电极164陈述。然而，申请人注意到，通过测试仪表100施用的测试电位还可关于第一电极166陈述，在这种情况下，以下讨论的测试电位和测量的电流的极性反转。在第一、第二和第三测试电位时间间隔期间测量的多个测试电流值可在约I次测量/近似I纳秒-约I次测量/近似100毫秒频率范围下实施。申请人注意到，选择名称“第一”、“第二”和“第三”是为了方便，并且不必然反映其中施用测试电位的顺序。例如，一种实施方案可具有其中可在施用第一和第二测试电压之前施用第三测试电压的电位波形。虽然描述了使用以连续方式的三个测试电压的实施方案，但是申请人注意到，葡萄糖测试可包括不同数量的开路和测试电压。申请人还注意到，葡萄糖测试时间间隔可包括任何数量的开路电位时间间隔。例如，在一个或多个测试电位时间间隔之前和/或之后，葡萄糖测试时间间隔可包括仅两个测试电位时间间隔和/或开路电位时间间隔。在另一示例性实施方案，葡萄糖测试可包括开路达第一时间间隔、第二测试电压达第二时间间隔和第三测试电压达第三时间间隔。如图6所示，测试仪表100可施用第一测试电位E1 (例如,约-20 mV，如图6中说明的)达第一测试电位时间间隔T1 (例如，在约O-约I秒范围)。例如，在图6中，第一测试电位时间间隔T1可从零(O)秒开始，并且可在距零(O)秒起始点的约0.1秒-约3秒，约0.2秒-约2秒，或约0.3秒-约I秒范围的时间段后结束。第一测试电位时间间隔T1可足够长，使得样品反应室61可完全填充样品，并且使得试剂层72可至少部分溶解或成溶剂化物。在一种实施方案中,测试仪表100可在电极之间施用第一测试电位E1达某一持续时间，该持续时间介于当仪表可检测到条正填充样品时和施用第二测试电位E2之前。在一方面，测试电位E1小。例如,第一测试电位的量值可在约1-约100 mV范围,优选在约5mV-约50 mV范围，最优选在约10 mV-约30 mV范围。申请人注意到，第一测试电位的极性可表示为正或负值。例如，第一测试电位可关于第二电极164表示为负测试电位，或关于第一电极166表示为正测试电位。与施用较大的电位差比较，较小的电位扰乱还原的介质浓度梯度至较小的程度，但是仍足以得到样品中的可氧化物质的测量。测试电位E1可施用一部分的时间(该时间为介于检测到填充和当施用第二测试电位E2时)，或者可施用全部该时间段。如果使用测试电位E1达一部分的时间，则开路可施用剩余部分的时间。只要施用小电位E1的总时间段足以得到表明在样品中存在的可氧化物质的存在情况和/或量的电流测量，则可施用任何数量的开路和小电压电位施用的组合，它们的顺序和施用次数在该实施方案中不是关键的。在一个优选的实施方案中，小电位E1施用在当检测到填充和当施用第二测试电位E2之间的基本上整个时间段。在第一时间间隔T1期间，测试仪表100测量所得到的第一电流瞬态，其可称为ia(t)。电流瞬态代表在特定的测试电位`时间间隔期间，由测试仪表测量的多个电流值。第一电流瞬态可为在第一测试电位时间间隔内的电流值的积分，或者在第一测试电位时间间隔期间测量的平均或单一电流值乘以第一测试电位时间间隔的时间间隔。在一些实施方案中，第一电流瞬态可包括在第一测试电位时间间隔期间的各种时间间隔期间内测量的电流值。在一种实施方案中，第一电流瞬态八(t)可测量达约0.05秒-约1.0秒范围的时间。在其它实施方案中，第一电流瞬态八可测量达其它期望的时间范围，例如在约0.1秒-约0.5秒范围或在约0.1秒-约0.2秒范围的时间。如以下讨论的，一部分或所有的第一电流瞬态可用于本文描述的方法，以确定是对照溶液还是血液样品施用于测试条62。第一瞬态电流(transient current)的量值受样品中可容易氧化的物质的存在情况的影响。血液通�：腥菀自诘诙缂�164处氧化的内源和外源化合物。相反，对照溶液可配制，使得其不含可氧化的化合物。然而，血液样品组成可变化，并且高粘度血液样品的第一电流瞬态的量值将通常小于低粘度样品(在一些情况下，甚至小于对照溶液样品)。另外，不完全填充将引起第一电极166和第二电极164的有效面积降低，进而可引起第一电流瞬态降低。因此，由于在血液样品中的变化，样品中可氧化物质的存在情况本身不总是足够的辨别因素。—旦第一时间间隔T1时间已逝去,测试仪表100可在第一电极166与第二电极164之间施用第二测试电位& (例如，约-300 mV，如图6中说明的)达第二测试电位时间间隔T2 (例如，约3秒，如图6中说明的)。第二测试电位E2可为足够负的介质氧化还原电位的值，使得在第二电极164处出现限制氧化电流。例如，当使用铁氰化物和/或亚铁氰化物作为介质时，第二测试电位E2可在约-600 mV至约零mV范围，优选在约-600 mV至约-100mV范围，更优选为约-300 mV。同样，在图6中表示为tMP的时间间隔也可持续某一时间范围，但是，在一种示例性实施方案中，持续时间为约20毫秒。在一种示例性实施方案中，在施用第二测试电压V2后约0.3秒-约0.32秒后，施用叠加的交流测试电压分量，并且诱导两个正弦波循环，其频率为约109 Hz，幅度为约+/-50 mV。在第二测试电位时间间隔T2期间，测试仪表100可测量第二电流瞬态厶“」。第二测试电位时间间隔T2可足够长，以基于限制氧化电流的量值，监测在样品反应室61中产生还原的介质(例如,亚铁氰化物)的速率。通过在试剂层72中的一系列化学反应，可产生还原的介质。 在第二测试电位时间间隔T2期间，限制量的还原介质在第二电极164处氧化，非限制量的氧化的介质在第一电极166处还原，以在第一电极166与第二电极164之间形成浓度梯度。如将描述的，第二测试电位时间间隔T2应足够长，使得在第二电极164处可产生足够量的铁氰化物。在第二电极164处可能需要足够量的铁氰化物，使得可测量用于在第三测试电位E3期间在第一电极166处氧化亚铁氰化物的限制性电流。第二测试电位时间间隔T2可在约O秒-约60秒范围，优选在约I秒-约10秒范围，最优选在约2秒-约5秒范围。图7显示在第二测试电位时间间隔T2开始时相对小的峰值ipb，接着在第二测试电位时间间隔期间(例如，在约I秒-约4秒范围)逐步提高氧化电流的绝对值。由于在约I秒时初始耗尽还原的介质，出现小的峰值。逐步提高氧化电流归因于通过试剂层72产生亚铁氰化物，接着其扩散至第二电极164。在第二电位时间间隔T2已逝去后，测试仪表100可在第一电极166与第二电极164之间施用第三测试电位^ (例如，约+300，如图6中说明的)达第三测试电位时间间隔T3(例如，在约4-约5秒范围，如图6中说明的)。在第三测试电位时间间隔T3期间，测试仪表100可测量第三电流瞬态，其可称为ic(t)。第三测试电位E3可为足够正的介质氧化还原电位的值，使得在第一电极166处测量限制氧化电流。例如，当使用铁氰化物和/或亚铁氰化物作为介质时，第三测试电位E3的量值可在约零mV-约600 mV范围，优选在约100mV-约600 mV范围，更优选为约300 mV。第二测试电位时间间隔T2和第三测试电位时间间隔T3可各自在约0.1秒-约4秒范围。对于示于图6的实施方案，第二测试电位时间间隔T2为约3秒，而第三测试电位时间间隔T3为约I秒。如以上提及的，开路电位时间段可允许在第二测试电位E2与第三测试电位E3之间逝去。或者，在施用第二测试电位&之后可施用第三测试电位E3。注意到一部分第一、第二或第三电流瞬态通�？沙莆绯氐缌骰虻缌髦�。第三测试电位时间间隔T3可足够长，以基于氧化电流的量值监测在第一电极166附近的还原介质(例如，亚铁氰化物)的扩散。在第三测试电位时间间隔T3期间，限制量的还原介质在第一电极166处被氧化，而非限制量的氧化介质在第二电极164处被还原。第三测试电位时间间隔T3可在约0.1秒-约5秒范围，优选在约0.3秒-约3秒范围，最优选在约0.5秒-约2秒范围。图7显示在第三测试电位时间间隔T3开始时相对大的峰值ip。，接着降低至稳态电流。在一种实施方案中，第一测试电位E1和第二测试电位E2均具有第一极性,而第三测试电位E3具有第二极性，该第二极性与第一极性是相对的。然而，申请人注意到，可选择第一、第二和第三测试电位的极性，取决于其中测定分析物浓度的方式和/或取决于其中区分测试样品与对照溶液的方式。电容测丨量
在一些实施方案中，可测量电容。电容测量可测量由在电极-液体界面处形成离子层得到的基本上离子的双层电容。某一量值的电容可用于确定样品是对照溶液还是血液样品。例如，当对照溶液在反应室内时，测量的电容的量值可大于当血液样品在反应室中时测量的电容的量值。如以下更详细讨论的，测量的电容可用于各种方法，以区分对照溶液与血液样品。例如，这样的方法可使用测量的电容与当血液样品负载于相同类型的电化学电池中时测量的已知的平均电容的比率。通过非限制性实例的方式，用于在测试条上实施电容测量的方法和机理可参见美国专利号7，195，704和7，199，594，各自通过引用而全文结合到本文中。在测量电容的一种示例性方法中，将具有恒定分量和振荡分量的测试电压施用于测试条。在这样的情况下，所得到的测试电流可经数学处理，如以下进一步详细描述的，以确定电容值。通常，当在具有充分-限定的区域(S卩，在电容测量期间不变化的区域)的工作电极处出现限制性测试电流时，可实施在电化学测试条中最准确和精确的电容测量。当在电极与间隔物之间存在紧密密封时，可出现不随着时间变化的充分-限定的电极区域。由于葡萄糖氧化或电化学衰减，当电流不快速变化时，测试电流相对恒定。或者，当信号的提高(由于葡萄糖氧化而出现的)被信号的降低(伴随电化学衰减)有效平衡的任何时间段也可为用于测量电容的适当的时间间隔。
如果样品在间隔物60与第一电极166之间渗漏，在加入样品之后，第一电极166的面积可潜在地随着时间而变化。在测试条的一种实施方案中，试剂层72可具有大于切断区域68的面积，其引起一部分试剂层72在间隔物60与第一电极层66之间。在某些情况下，在间隔物60与第一电极层66之间介入一部分试剂层72可允许在测试期间润湿的电极面积提高。结果是，在测试期间可出现渗漏，引起第一电极的面积随着时间提高，进而可使电容测量失真。相比之下，与第一电极166比较，由于在第二电极164与间隔物60之间不存在试剂层，第二电极164的面积随着时间可更稳定。因此，样品不太可能在间隔物60与第二电极164之间渗漏。由于在测试期间面积不变化，在第二电极164处使用限制性测试电流的电容测量可因此更精确。如以上讨论的并且示于图6，一旦在测试条中检测到液体，在电极之间可施用第一测试电位E1 (例如，约-20 mV，如图7中说明的)达约I秒，以监测液体的填充行为和区分对照溶液与血液。在等式I中，测试电流使用约0.05-约I秒。该第一测试电位E1可相对低，使得在电池中亚铁氰化物的分布尽可能少地被在第一和第二电极处出现的电化学反应扰乱。
在第一测试电位E1之后，可施用具有较大的绝对量值的第二测试电位E2 (例如，约-300 mV，如图6中说明的)，使得在第二电极164处可测量限制性电流。第二测试电位E2可包括AC电压分量和DC电压分量。AC电压分量可在施用第二测试电位E2后在预定量的时间施用，并且进一步，可为正弦波，其频率为约109赫兹,幅度为约+/-50毫伏。在一个优选的实施方案中，在施用第二测试电位E2之后，预定量的时间可在约0.3秒-约0.4秒范围。或者，预定量的时间可为其中作为时间函数的测试电流瞬态具有约O的斜率的时间。在另一实施方案，预定量的时间可为峰值电流值(例如，ipb)衰减约50%所需的时间。关于DC电压分量，其可在第一测试电位开始时施用。DC电压分量可具有关于第二电极足以在第二电极处引起限制性测试电流(例如，约-300 mV)的量值。与图4B —致，试剂层72在第一电极166上涂布，而不是在第二电极164上涂布，与绝对峰值电流ip。的量值相比，其引起绝对峰值电流ipb的量值相对低。试剂层72可配置为在分析物存在下产生还原的介质，并且最接近第一电极的还原的介质的量可有助于相对高的绝对峰值电流ip。。在一种实施方案中，当将样品引入到测试条中时，至少试剂层72的酶部分可配置为基本上不从第一电极扩散至第二电极。在ipb后的测试电流倾向于在大致1.3秒时降至平坦区，并且随后当在第一电极166处产生还原的介质时，电流再次提高，该第一电极166可涂布试剂层72，扩散至第二电极164，该第二电极164不涂布试剂层72。在一种实施方案中，电容测量可在测试电流值的相对平坦区处实施，其可在约1.3秒-约1.4秒时实施。通常，如果在I秒前测量电容，则电容测量可干扰相对低的第一测试电位E1，第一测试电位E1可用于测量第一电流瞬态ia (t)。例如，在-20 mV恒定电压分量之上叠加的+/- 50 mV左右的振荡电压分量可引起测量的测试电流的显著扰动。不仅振荡电压分量干扰第一测试电位E1，而且还可显著扰动在约1.1秒时测量的测试电流，进而可干扰血糖测量，包括，例如，确定抗氧化剂的校正因素。在大量测试和实验之后，意外地，最终确定，在约1.3秒-约1.4秒时测量电容导致准确和精确的测量值，其不干扰对照溶液/血液辨别测试或血糖算法。在第二测试电位E2之后，可施用第三测试电位E3 (例如，约+300 mV，如图6中说明的)，引起在第一电极16·6处测量测试电流,该第一电极166可涂布试剂层72。在第一电极上存在试剂层可允许液体在间隔物层与电极层之间渗透，其可引起电极面积提高。如图6中说明的，在一种示例性实施方案中，在时间间隔teap期间，可施用109 HzAC测试电压(+-50 mV，峰对峰)达2个循环。第一循环可用作调节脉冲，第二循环可用于确定电容。可如下得到电容估计:在一部分交流电流(AC)波内对测试电流求总和，减去直流电流(DC)补偿，并使用AC测试电压幅度和AC频率使结果归一化。该计算提供条的电容的度量，当条样品室填充样品时，所述条受条样品室的支配。在一种实施方案中，可如下测量电容:在其中输入AC电压交叉DC补偿(即，当输入电压的AC分量为零(零交叉点))的时间点的任一侧上，对在四分之一 AC波内的测试电流求总和。以下更详细地描述这如何转化为电容的度量的推导。等式I可显示在时间间隔tcap期间测试电流量值作为时间的函数:
匁式 IiCt) = +sl
其中术语ijst代表由恒定的测试电压分量引起的测试电流。通常，认为DC电流分量随着时间线性变化(由于产生亚铁氰化物的正在进行的葡萄糖反应)，因此，用恒定的i。表示，其为在时间零(零交叉点)时的DC电流，并且DC电流的斜率s随着时间t变化。AC电流分量用Isin(οη+Φ)表示，其中I为电流波的幅度，ω为其频率，Φ为其相对于输入电压波的相移。术语ω还可表示为2 Jif，其中f为AC波的频率，以赫兹计。术语I还可如等式2所示来表示:
权利要求
1.一种用于区分血液样品与水性非血液样品的方法，所述方法包括: (a)当将样品引入到电化学电池中时,在第一电极与第二电极之间施用第一测试电位，并测量第一电流瞬态； (b)在第一电极与第二电极之间施用第二测试电位，所述第二测试电位足以在第二电极处氧化还原的介质，并测量第二电流瞬态； (C)测量电化学电池的电容； (d)在第一电极与第二电极之间施用第三测试电位，所述第三测试电位足以在第一电极处氧化还原的介质，并测量第三电流瞬态； (e)基于第一电流瞬态计算第一参考值； (f)基于第二和第二电流瞬态计算第二参考值； (g)基于至少所测量的电容计算电容指数； (h)基于所述第一参考 值和所述电容指数计算第三参考值；和 (i)基于所述第二和第三参考值确定样品是血液样品还是水性非血液样品。
2.权利要求1的方法，其中所述电容指数与所述电化学电池的测量的电容成比例。
3.权利要求2的方法，其中所述电容指数为相同类型的电化学电池的平均电容与电化学电池的测量的电容的比率。
4.权利要求1的方法，其中基于来自所述第一电流瞬态的至少一个电流值计算所述第一参考值。
5.权利要求1的方法，其中基于在第一电流瞬态期间测量的电流值的总和计算所述第一参考值。
6.权利要求5的方法，其中所述总和用等式表示，所述等式为L猶=Σ_ ’其巾t为时间，is 为在从时间η到时间M的时间间隔期间电流值的总和。
7.权利要求1的方法，其中所述第二参考值基于化学反应的完成百分比。
8.权利要求1的方法，其中所述第二参考值基于来自所述第二电流瞬态的至少一个电流值和来自所述第三电流瞬态的至少一个电流值。
9.权利要求1的方法，其中所述第二参考值基于大致在所述第二电流瞬态结束时的第二电流值和大致在所述第三电流瞬态开始时的第三电流值。
10.权利要求9的方法，其中所述第二参考值基于所述第二电流值与所述第三电流值的比率。
11.权利要求1的方法，所述方法还包括测量分析物的浓度的步骤。
12.权利要求11的方法，其中如果发现样品为水性非血液样品，则将与水性非血液样品关联的分析物浓度标出。
13.权利要求1的方法，其中步骤(i)还包括使用两个不等式，以确定样品是水性非血液样品还是血液样品。
14.权利要求1的方法，其中步骤(i)还包括: 比较所述第二参考值与预定的阈值等式；和 比较所述第三参考值与预定的阈值，以确定样品是水性非血液样品还是血液样品。
15.权利要求14的方法，其中所述预定的阈值等式为第三参考值的函数。
16.权利要求1的方法，其中所述水性非血液样品包含对照样品。
17.一种用于区分血液样品与水性非血液样品的系统，所述系统包含: (a)测试条，其包括用于与测试仪表和电化学电池匹配的电接触，所述电化学电池包含: (i)处于间隔开的关系的第一电极和第二电极；和 ( )试剂；和 (b)测试仪表，其包括适于从所述测试条接受电流数据的处理器和含有辨别标准的数据存储，使得基于第一参考值、第二参考值和电容指数，血液样品可与水性非血液样品区分。
18.权利要求17的系统，其中所述辨别标准得自代表抗氧化剂浓度的第一参考值和代表反应动力学的第二参考值。
19.权利要求1 7的系统，其中所述辨别标准包括凭经验得到的辨别线。
20.权利要求17的系统，其中所述电容指数包含相同类型的电化学电池的平均电容与电化学电池的测量的电容的比率。
21.权利要求17的系统，其中所述水性非血液样品为对照溶液。
22.一种用于计算辨别标准的方法，将所述辨别标准编程到测试仪表中，用于区分血液样品与水性非血液样品，所述方法包括: (a)对于多个水性非血液样品，计算第一参考值和第二参考值， (b)基于所述第一参考值计算第三参考值，所述第三参考值与电容指数成比例；和 (b)对于多个水性非血液样品，基于所述第二参考值和所述第三参考值来计算辨别标准。
23.权利要求22的方法，其中所述第一参考值代表抗氧化剂浓度，并且第二参考值代表反应动力学。
24.权利要求22的方法，其中所述电容指数包含当引入样品时，相同类型的电化学电池的平均电容与电化学电池的测量的电容的比率。
25.权利要求22的方法，其中所述多个水性非血液样品包含多个对照溶液。
26.一种用于区分血液样品与水性非血液样品的方法，所述方法包括: (a)将样品引入电化学电池中，所述电化学电池包含: (i)处于间隔开的关系的两个电极；和 ( )试剂； (b)在电极之间施用具有第一极性的第一测试电位，并测量电池电流； (c)测量所述电化学电池的电容； (d)将在第一测试电位期间测量的至少两个电流值求总和，以产生第一参考值； (e)计算与测量的电容相关的电容指数； (f)使用所述电容指数和所述第一参考值以区分血液样品与水性非血液样品。
27.权利要求26的方法，所述方法还包括计算与反应动力学相关的第二参考值；和使用所述电容指数、所述第一参考值和所述第二参考值以区分血液样品与水性非血液样品。
28.权利要求26的方法，其中所述水性非血液样品包含对照溶液。
29.权利要求26的方法，其 中所述电容指数包含相同类型的电化学电池的平均电容与电化学电池的测量的电容的比率。
全文摘要
本文提供了用于区分水性非血液样品(例如，对照溶液)与血液样品的方法。在一方面，所述方法包括使用测试条，其中通过与电化学测试条电连接的仪表测量多个电流瞬态和电容。基于样品的特性(例如，存在的干扰物的量、反应动力学和/或电容)，电流瞬态用于确定样品是血液样品还是水性非血液样品。所述方法还可包括基于这些特性来计算辨别标准。本文还提供了用于区分血液样品与水性非血液样品的系统的各方面。
文档编号G01N27/327GK103250050SQ201180057658
公开日2013年8月14日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者R.C.沙特利耶, A.M.霍奇斯 申请人:西拉格国际有限责任公司
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