Biosensor con curva de dosis-respuesta predeterminada y método de fabricación.

Método de fabricación de biosensores electroquímicos del mismo modelo,

que comprende:

(a) producir un primer biosensor que presenta un primer patrón eléctrico con una primera área efectiva,

(b) determinar una curva de dosis-respuesta del primer biosensor,

(c) utilizar la curva de dosis-respuesta determinada para el primer biosensor con el fin de determinar unasegunda área efectiva para un segundo patrón eléctrico de un segundo biosensor, siendo la segunda áreaefectiva diferente de la primera área efectiva, y

(d) formar el segundo biosensor, obteniendo la segunda área efectiva durante la formación inicial del segundopatrón eléctrico en el segundo sustrato, en el que el segundo biosensor presenta una curva de dosis-respuestaque se encuentra dentro de un intervalo predeterminado deseado, y en el que las alteraciones del segundopatrón eléctrico tras la formación inicial resultan innecesarias

Biosensor con curva de dosis-respuesta predeterminada y método de fabricación La presente invención se refiere a biosensores para la utilización en la medición de la concentración de analitos en líquidos biológicos, y más particularmente a variaciones en las curvas de dosis-respuesta de dichos biosensores que se producen durante la producción.

La medición de la concentración de sustancias en líquidos biológicos es importante para el diagnóstico y tratamiento de muchas condiciones médicas. Por ejemplo, la medición de la glucosa en los líquidos corporales, tales como la sangre, resulta crucial para el tratamiento efectivo de la diabetes. Se conocen múltiples métodos para determinar la concentración de analitos en una muestra de sangre y generalmente se clasifican en dos categorías: métodos ópticos y métodos electroquímicos.

Los métodos ópticos generalmente implican espectroscopía para observar el desplazamiento del espectro en el líquido causado por la concentración del analito, típicamente conjuntamente con un reactivo que produce un color conocido en combinación con el analito.

Los métodos electroquímicos generalmente se basan en la correlación entre una corriente (amperometría) , un potencial (potenciometría) o una carga acumulada (culombimetría) y la concentración del analito, típicamente conjuntamente con un reactivo que produce portadores de carga en combinación con el analito. Ver, por ejemplo, la patente US nº 4.233.029, de Columbus; la patente US nº 4.225.410, de Pace; la patente US nº 4.323.536, de Columbus; la patente US nº 4.008.448, de Muggli; la patente US nº 4.654.197, de Lilja et al.; la patente US nº 5.108.564, de Szuminsky et al.; la patente US nº 5.120.420, de Nankai et al.; la patente US nº 5.128.015, de Szuminsky et al.; la patente US nº 5.243.516, de White; la patente US nº 5.437.999, de Diebold et al.; la patente US nº 5.288.636, de Pollmann et al.; la patente US nº 5.628.890, de Carter et al.; la patente US nº 5.682.884, de Hill et al.; la patente US nº 5.727.548, de Hill et al.; la patente US nº 5.997.817, de Crismore et al.; la patente US nº 6.004.441, de Fujiwara et al.; la patente US nº 4.919.770, de Priedel et al.; y la patente US nº 6.054.039, de Shieh.

Los biosensores electroquímicos para llevar a cabo ensayos típicamente se proporcionan en forma de una tira de ensayo desechable que presenta un reactivo sobre la misma y que reacciona químicamente con el analito de interés en el líquido biológico. La tira de ensayo está emparejada con un medidor de ensayo de manera que el medidor de ensayo puede medir la reacción entre el analito y el reactivo para determinar y mostrar la concentración del analito al usuario.

La respuesta de un biosensor electroquímico a un cambio de potencial está regido básicamente por la ecuación de en la que:

n - número de electrones por molécula de analito F - constante de Faraday

A - área del electrodo de trabajo

D - coeficiente de difusión t - tiempo tras la aplicación del cambio de potencial

C - concentración del analito Puede apreciarse a partir de la Ecuación (1) que un cambio del coeficiente de difusión D conducirá a un cambio en la respuesta a dosis del sensor.

En muchos sensores electroquímicos, se utilizan películas químicas secas, típicamente que recubren el electrodo de trabajo o los electrodos de trabajo y contraelectrodo. Dichas películas secas contienen enzimas que ayudan al intercambio de electrones entre el analito y un mediador. Tiene lugar un proceso químico cuando una muestra liquida, tal como sangre que contiene el analito de interés, hidrata la película. Durante este proceso, la película se hincha, las moléculas de analito se difunden hacia el interior de la película y, con ayuda de los enzimas específicos de analito presentes en la película, se intercambian uno o más electrones con las moléculas mediadoras. En presencia de un potencial eléctrico aplicado o controlado específicamente, las moléculas de mediador difunden hasta la superficie del electrodo y resultan reducidas u oxidadas. A continuación, se mide la corriente resultante y después se correlaciona utilizando técnicas conocidas (por ejemplo amperometría, culombimetría, potenciometría y voltimetría) con una cantidad, concentración u otra característica deseada del analito.

Lo que se proporciona como un simple coeficiente de difusión D en la Ecuación (1) de hecho (a) cambia con el tiempo debido a, por ejemplo, el hinchado del reactivo, (b) es una suma de múltiples procesos de difusión (por ejemplo el analito se difunde desde la muestra de líquido al interior de la película hasta el enzima, el mediador se difunde desde el centro de reacción hasta los electrodos, etc.) , y (c) puede requerir un ajuste para considerar la cinética de las reacciones enzimáticas.

A título ilustrativo, puede utilizarse la ecuación de dosis-respuesta lineal simple siguiente (Ecuación (2) ) :

en la que:

kBC, k son coeficientes específicos del sistema IBC es la corriente de un blanco independiente del analito It es la corriente medida en el tiempo t

En términos de densidades de corriente, introduciendo el área A del electrodo de trabajo:

en la que: jBC - densidad de corriente del blanco independiente del analito jt -densidad de corriente en el tiempo t En el caso de una corriente del blanco muy pequeña, la Ecuación (3) puede simplificarse como:

La concentración de analito C puede estimarse con imprecisión a partir de una cantidad 1C, lo que resulta de un cambio 1k que a su vez est

á causado por, por ejemplo, variaciones de la composición o el grosor de la película química que se producen como parte de un proceso de producción continuo. Este problema de estimación imprecisa de la concentración de analito puede apreciarse en la Ecuación (5) , a continuación:

Debido a que las variaciones de composición y grosor de la película química utilizada en estos biosensores resultan ser contribuyentes importantes a la imprecisión de la estimación de la concentración de analito, estos parámetros típicamente se controlan muy bien durante el procedimiento de producción de un biosensor electroquímico. Sin embargo, en los procedimientos de fabricación típicos, sólo pueden producirse lotes de tamaño limitado basándose en, por ejemplo, lotes de tamaño limitado de materias primas que se utilizan para producir el producto biosensor final. En muchos casos, un nuevo lote de biosensores podría presentar una k significativamente diferente y, de esta manera, podría resultar una variación de lote a lote tal como se cuantifica en la Ecuación (5) . Además, las tendencias a largo plazo tales como el desgaste de los componentes del aparato o cambios en la composición de materias primas también pueden conducir a un cambio de k, resultando nuevamente en una pendiente incorrecta de la curva de dosis-respuesta.

Un método estándar conocido de la técnica para incluir las variaciones del coeficiente k específico del sistema es proporcionar un coeficiente específico de lote 1-1m que compensa el cambio inducido por 1k. Lo anterior se representa en las Ecuaciones (6) y (7) , a continuación:

en la que: Con frecuencia, se proporcionan parejas de coeficientes específicos de lote, un primer coeficiente que describe la pendiente, similar a 1-1m, y un segundo coeficiente que describe el corte con el eje de una curva lineal de dosisrespuesta. Pueden guardarse varios coeficientes o parejas de coeficientes específicos de lote en el instrumento de medición que se utiliza con el biosensor, permitiendo la selección por parte del usuario o automáticamente basándose en información contenida en el biosensor. Este enfoque presenta la desventaja de requerir que el medidor disponga de suficiente memoria para almacenar varios coeficientes de corrección y en algunos también se basa indeseablemente en que el usuario seleccione la información de lote correcta. Es conocido que los usuarios de estos dispositivos pueden no llevar a cabo dichas etapas requeridas.

Alternativamente, otra práctica común conocida de la técnica implica descargar dicha corrección o información de calibración en el medidor de ensayo desde una llave electrónica de memoria de sólo lectura (llave ROM) que se inserta en una ranura del medidor de ensayo. Ver, por ejemplo, la patente US nº 5.366.609. Sin embargo, debido a que dichos datos de calibración podrían ser exactos sólo para un lote de producción particular de tiras de ensayo, habitualmente se le pide al usuario que confirme que el número de lote de la tira de ensayo actualmente en uso se corresponde con el número de lote para el que se ha programado la llave ROM. Este método requiere... [Seguir leyendo]

1. Método de fabricación de biosensores electroquímicos del mismo modelo, que comprende:

(a) producir un primer biosensor que presenta un primer patrón eléctrico con una primera área efectiva,

(b) determinar una curva de dosis-respuesta del primer biosensor,

(c) utilizar la curva de dosis-respuesta determinada para el primer biosensor con el fin de determinar una segunda área efectiva para un segundo patrón eléctrico de un segundo biosensor, siendo la segunda área efectiva diferente de la primera área efectiva, y

(d) formar el segundo biosensor, obteniendo la segunda área efectiva durante la formación inicial del segundo patrón eléctrico en el segundo sustrato, en el que el segundo biosensor presenta una curva de dosis-respuesta que se encuentra dentro de un intervalo predeterminado deseado, y en el que las alteraciones del segundo patrón eléctrico tras la formación inicial resultan innecesarias.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa (a) comprende formar un primer electrodo de trabajo del primer biosensor con una primera anchura y la etapa (d) comprender formar un segundo electrodo de trabajo del segundo biosensor con una segunda anchura que es diferente de la primera anchura.

3. Método según la reivindicación 2, en el que la etapa (a) comprende formar el primer electrodo de trabajo y un primer contraelectrodo con un hueco entre los mismos, y la etapa (d) comprende mantener el mismo tamaño de hueco en el segundo biosensor.

4. Método según la reivindicación 2, en el que la etapa (a) comprende formar un primer electrodo de trabajo y un primer contraelectrodo con un primer hueco entre ellos y la etapa (d) comprender formar un segundo electrodo de trabajo y un segundo contraelectrodo con un segundo hueco entre ellos, siendo el segundo hueco de tamaño diferente al primer hueco.

5. Método según la reivindicación 1, en el que:

el primer biosensor comprende una pluralidad de primeros biosensores, la curva de dosis-respuesta determinada en la etapa (b) comprende una curva de dosis-respuesta media de la pluralidad de primeros biosensores, y el segundo biosensor comprende una pluralidad de segundos biosensores.

6. Método según la reivindicación 5, que comprende además:

determinar una curva de dosis-respuesta media de la pluralidad de segundos biosensores, determinar una tercera área efectiva de un tercer patrón eléctrico para una pluralidad de terceros biosensores, siendo la tercera área efectiva diferente de la segunda área efectiva, y formar la pluralidad de terceros biosensores con los terceros patrones eléctricos que presentan la tercera área efectiva, en la que los terceros biosensores presentan una curva de dosis-respuesta que se encuentra dentro del intervalo predeterminado deseado.

7. Método según la reivindicación 6, en el que la primera y tercera áreas efectivas son iguales.