Sensor electroquímico.

Un sensor (34) de ensayo electroquímico para detectar la concentración de un analito en una muestra de ensayode fluido,

comprendiendo el sensor de ensayo:

una base (36) no conductora que proporciona una ruta del flujo para la muestra de ensayo de fluido,incluyendo la base (36) un contraelectrodo (40), un electrodo (39) de trabajo y un sub-elemento (40a) sobreuna superficie superior del mismo, acoplándose el contraelectrodo (39) y el electrodo (40) de trabajo paraestar en comunicación eléctrica con un detector de corriente eléctrica;

una capa (44) de reacción sobre al menos la superficie del electrodo (39) de trabajo, comprendiendo la capa(44) de reacción una enzima y mediador que reacciona con el analito para hacer que se transfieranelectrones entre el analito y el electrodo de trabajo y

una cubierta (46) acoplada con la base (36) no conductora y que forma un espacio capilar con una aberturapara la introducción de la muestra de ensayo de fluido a la misma, formado el espacio una ruta de flujo parala muestra de ensayo de fluido,

en el que una porción principal del contraelectrodo está colocada aguas abajo de al menos una porción delelectrodo de trabajo con respecto a la abertura y el sub-elemento del contraelectrodo (40a) es colocadoaguas arriba del electrodo (39) de trabajo con respecto a la abertura, de manera que cuando tiene lugarcomunicación eléctrica entre sólo el sub-elemento (40a) y el electrodo (39) de trabajo hay insuficiente flujo decorriente eléctrica a través de un detector para constituir una determinación válida de la concentración deanalito en la muestra de ensayo de fluido

caracterizado porque el contraelectrodo comprende un material eléctricamente conductor, el sub-elemento(40a) comprende un material electroactivo que es suficientemente positivo para permitir que tenga lugar laoxidación en la superficie del electrodo (39) de trabajo bajo un potencial aplicado.

Sensor electroquímico

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a un biosensor electroquímico que se puede usar para la determinación de analitos tales como glucosa en sangre. Biosensores electroquímicos del tipo en consideración se desvelan en las Patentes de EE.UU. Nos. 5.120.420 y 5.798.031. Estos dispositivos tienen una base aislante en la que se imprimen electrodos de carbono y después se cubren con una capa de reactivo que comprende un material hidrófilo en combinación con una oxidorreductasa específica para el analito. Estos dispositivos implican típicamente una base y una cubierta que están separadas por una pieza con forma de U en general como un elemento espaciador o, en el caso de la patente 5.798.031, usan una cubierta grabada en relieve, a fin de que cuando la base y la cubierta se acoplen se cree un espacio capilar que contenga los electrodos y la capa de reactivo. Un polímero hidrófilo, por ej., carboximetilcelulosa o poli (óxido de etileno) se usa para facilitar la extracción del fluido de ensayo acuoso al espacio capilar.

En cada una de las realizaciones, se imprimen por estarcido el electrodo de trabajo y el contraelectrodo sobre la base a fin de que pueda fluir una corriente creada de manera electroquímica cuando estos electrodos se conectan de manera eléctrica y se crea entre ellos un potencial. Al tocar la abertura en el extremo del sensor una gota del fluido de ensayo, tal como sangre, resulta que el fluido sea introducido en el espacio capilar, de forma que cubra la capa de reacción en la superficie del electrodo. Una reacción enzimática entre la oxidorreductasa y el analito crea un flujo de electrones que son transportados al electrodo de trabajo mediante un mediador tal como ferricianuro y fluyen por el electrodo de trabajo a un medidor que mide la magnitud del flujo. El contraelectrodo sirve un doble fin. Primero, proporciona un potencial fijado contra el que se controla el electrodo de trabajo. Segundo, para un sistema de dos electrodos, tal como el representado en los dibujos, el contraelectrodo se usa para completar el circuito eléctrico. De este modo, cada electrón que se transfiere al electrodo de trabajo es devuelto al fluido de ensayo en el lado del contraelectrodo de la celda. El software del dispositivo está programado para correlacionar la magnitud de este flujo con la concentración de analito en la muestra de ensayo. Para que fluya esta corriente, se forma un circuito completo cubriendo ambos electrodos con la muestra de ensayo de fluido conductor y aplicando un potencial entre los mismos.

Un problema que a veces se asocia con este tipo de sensor tiene lugar cuando se aplica una cantidad insuficiente de sangre a la abertura, a fin de que el electrodo de trabajo y el contraelectrodo no estén completamente cubiertos con la muestra. Esto da como resultado que una corriente incompleta fluya a través de los electrodos y, puesto que la cantidad de analito detectada es directamente proporcional a la corriente que fluye por el medidor de detección, el fallo en cubrir completamente los electrodos del sensor puede dar como resultado una lectura artificialmente baja de la concentración de analito en la muestra. Una técnica que trata este problema de llenado se discute en la Patente de EE.UU. 5.628.890 que implica un mecanismo para evitar que se detecte cualquier respuesta cuando el volumen de muestra sea demasiado bajo para proporcionar una lectura precisa.

En la Patente de EE.UU. Nº 6.531.040 se desvela un sensor electroquímico del tipo descrito anteriormente en que un sub-elemento pequeño del electrodo no de trabajo se coloca aguas arriba del electrodo de trabajo, a fin de que cuando haya un flujo insuficiente de corriente eléctrica a través del detector para constituir un ensayo válido para la concentración de analito en la muestra de ensayo de fluido, el detector preprogramado produzca la emisión de una señal de error para alertar al usuario del dispositivo de que se debería ignorar el resultado del ensayo. Esto se puede conseguir debido a que se genera un perfil de corriente modificado en el caso en que el espacio capilar del sensor esté con bajo nivel de carga. Sin embargo, en este dispositivo, la corriente de disparo soportada por el subelemento de carbono recto requiere algún tiempo para alcanzar el potencial necesario aumentando de ese modo la duración del ensayo.

Sumario de la invención La presente invención según la reivindicación 1 es una mejora de un sensor electroquímico para determinar la concentración de un analito en una muestra de ensayo de fluido, por ej., glucosa en sangre. El sensor comprende:

1) una base no conductora que proporciona una ruta del flujo para la muestra de ensayo del fluido y tiene un contraelectrodo y un electrodo de trabajo en su superficie superior que están en comunicación eléctrica con un detector de corriente eléctrica;

2) una capa de reacción sobre al menos la superficie superior del electrodo de trabajo que comprende una enzima y un mediador que reacciona con el analito para hacer que los electrones se transfieran entre el

analito y el electrodo de trabajo y

3) una cubierta que cuando se acopla con la base forma un espacio capilar con una abertura para la introducción de muestra de ensayo de fluido en que el electrodo de trabajo y el contraelectrodo se sitúan dentro del espacio capilar a fin de que la porción principal del contraelectrodo esté colocada aguas abajo de la abertura del electrodo de trabajo', estando un sub-elemento del contraelectrodo aguas arriba del electrodo de trabajo, a fin de que cuando tenga lugar comunicación eléctrica entre sólo el sub-elemento del contraelectrodo y el electrodo de trabajo, haya un flujo insuficiente de corriente eléctrica a través del detector para constituir un ensayo válido.

La mejora al sensor implica el uso de un sub-elemento del contraelectrodo que comprende un material electroactivo. El material electroactivo es suficientemente (electro) positivo para permitir que tenga lugar oxidación en el electrodo de trabajo bajo el potencial aplicado y está presente en una cantidad que es insuficiente para mantener el flujo de corriente eléctrica a través del detector para constituir una determinación válida de concentración de analito.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 representa una vista en despiece ordenado del sensor de la presente invención.

La Fig. 2 es una representación gráfica de la funcionalidad de un sensor fabricado según la presente invención y uno fabricado según técnicas estándar.

Descripción de la invención La construcción del sensor electroquímico a que se refiere la presente invención se ilustra por la Fig. 1. Haciendo referencia a la Fig. 1, el sensor de la presente invención se fabrica mediante varios pases de impresión usando tintas de diversas composiciones. El sensor 34 se puede hacer de base 36 aislante sobre la que se imprime en secuencia (típicamente por técnicas de impresión por estarcido) y subunidad 40a de contraelectrodo, un patrón conductor eléctrico que consiste en las sondas (38) conductoras y el sub-elemento 40A de contraelectrodo.

En el dibujo, este sub-elemento 40a es una unidad discreta, pero podía formar una traza continua para las sondas

(38) conductoras. Después se produce el patrón del electrodo para el que 39 es el electrodo de trabajo y 40 es el contraelectrodo. Los electrodos se cubren con un patrón 42 aislante (dieléctrico) con una ranura 41 para exponer el sub-elemento a la capa 44 de reacción. La función de la capa de reacción es convertir la glucosa u otro analito en la muestra de ensayo de fluido, estequiométricamente en una especie química que es medible de manera electroquímica en términos de un patrón de electrodo producido por los componentes del patrón de electrodo. La capa de reacción contiene típicamente una enzima que reacciona con el analito para producir electrones móviles y un aceptor de electrones (mediador) tal como ferricianuro para transportar los electrones móviles a la superficie del electrodo de trabajo. La enzima en la capa de reacción se puede combinar con un polímero hidrófilo tal como carboximetilcelulosa o poli (óxido de etileno) . Las dos partes, 39 y 40, de la impresión del electrodo proporcionan el electrodo de trabajo 39 y el contraelectrodo 40 necesarios para la determinación electroquímica del analito que es el punto decisivo de la presente invención. El electrodo de trabajo y el contraelectrodo se configuran de una manera tal que la porción principal del contraelectrodo se coloca aguas abajo (en términos de la dirección del flujo de fluido a lo largo de la ruta del fluido) desde la porción delantera del electrodo 39 de trabajo. Esta configuración ofrece la... [Seguir leyendo]

1. Un sensor (34) de ensayo electroquímico para detectar la concentración de un analito en una muestra de ensayo de fluido, comprendiendo el sensor de ensayo:

una base (36) no conductora que proporciona una ruta del flujo para la muestra de ensayo de fluido, incluyendo la base (36) un contraelectrodo (40) , un electrodo (39) de trabajo y un sub-elemento (40a) sobre una superficie superior del mismo, acoplándose el contraelectrodo (39) y el electrodo (40) de trabajo para estar en comunicación eléctrica con un detector de corriente eléctrica;

una capa (44) de reacción sobre al menos la superficie del electrodo (39) de trabajo, comprendiendo la capa (44) de reacción una enzima y mediador que reacciona con el analito para hacer que se transfieran electrones entre el analito y el electrodo de trabajo y

una cubierta (46) acoplada con la base (36) no conductora y que forma un espacio capilar con una abertura para la introducción de la muestra de ensayo de fluido a la misma, formado el espacio una ruta de flujo para la muestra de ensayo de fluido,

en el que una porción principal del contraelectrodo está colocada aguas abajo de al menos una porción del electrodo de trabajo con respecto a la abertura y el sub-elemento del contraelectrodo (40a) es colocado aguas arriba del electrodo (39) de trabajo con respecto a la abertura, de manera que cuando tiene lugar comunicación eléctrica entre sólo el sub-elemento (40a) y el electrodo (39) de trabajo hay insuficiente flujo de corriente eléctrica a través de un detector para constituir una determinación válida de la concentración de analito en la muestra de ensayo de fluido caracterizado porque el contraelectrodo comprende un material eléctricamente conductor, el sub-elemento (40a) comprende un material electroactivo que es suficientemente positivo para permitir que tenga lugar la oxidación en la superficie del electrodo (39) de trabajo bajo un potencial aplicado.

2. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que el contraelectrodo (40) comprende carbono.

3. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, que comprende además una capa (42) aislante, exponiendo la capa aislante una porción del sub-elemento (40a) a la capa (44) de reacción.

4. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que el mediador es ferricianuro.

5. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que la capa (44) de reacción comprende además poli (óxido de etileno) .

6. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que la enzima es glucosa oxidasa.

7. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que el material electroactivo es un óxido de Ag, Cu, Mn, Pb, Hg, Ni, Co, Bi, Re o Te.

8. El sensor de ensayo según la reivindicación 7, en el que el material electroactivo es AgO.

9. El sensor según la reivindicación 1, en el que se ha depositado plata en la superficie del sub-elemento (40a) y se oxida en el sitio para formar óxido de plata.

10. El sensor según la reivindicación 1, en el que el material electroactivo es un haluro metálico.

11. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que la cubierta (46) presenta una porción cóncava, formando la porción cóncava el espacio capilar cuando es acoplada la cubierta (46) con la base (36) no conductora.

12. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que una porción principal del contraelectrodo (40) está colocada aguas abajo respecto a la abertura y al menos una porción del electrodo (39) de trabajo.

13. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que el área del sub-elemento (40a) es menor que el área del electrodo (39) de trabajo.

14. El sensor de ensayo según la reivindicación 1, en el que el sub-elemento (40a) está desconectado físicamente del contraelectrodo (40) .