Sistema de electrodos para medir una concentración de analito bajo condiciones in vivo.

Sistema de electrodos para medir la concentración de un analito bajo condiciones in vivo,

que comprendeun contraelectrodo (2) que presenta un conductor eléctrico (2a), un electrodo de trabajo (1) que presenta unconductor eléctrico (1a) sobre el que se aplica una capa de enzima (5) que contiene moléculas inmovilizadas deenzima para la conversión catalítica del analito, y una barrera de difusión (8) que enlentece la difusión del analitodesde el líquido corporal circundante al sistema de electrodos hasta las moléculas de enzima, caracterizado porquela capa de enzima (5) se ha diseñado en forma de múltiples campos que se disponen sobre el conductor (1a) delelectrodo de trabajo (1) separados por cierta distancia

Sistema de electrodos para medir una concentración de analito bajo condiciones in vivo.

La invención se refiere a un sistema de electrodos para medir una concentración de analito bajo condiciones in vivo que presenta las características especificadas en el preámbulo de la reivindicación 1. Un sistema de electrodos de este tipo es conocido a partir del documento nº WO2007/147475.

Los sensores con sistemas de electrodos implantables o insertables facilitan la realización de mediciones de analitos fisiológicamente significativos tales como, por ejemplo, lactato o glucosa en el tejido corporal de un paciente. Los electrodos de trabajo de los sistemas de este tipo presentan capas enzimáticas eléctricamente conductoras en las que se unen moléculas de enzima que liberan portadores de carga mediante conversión catalítica de las moléculas de analito. En el procedimiento se genera una corriente eléctrica como señal de medida, la amplitud de la cual se correlaciona con la concentración del analito.

La conductividad eléctrica de las buenas capas de enzimas debe ser tan alta como resulte posible para permitir que los portadores de carga que resultan liberados sean detectados como señal de medida de la manera más completa posible; deben ser suficientemente permeables al agua para permitir que las moléculas de analito se difundan desde el líquido corporal acuoso, habitualmente líquido intersticial o sangre, hasta el interior de la capa de enzima, y finalmente deben unirse a las moléculas de enzima contenidas en la misma de la manera más completa posible, de manera que no puedan fugarse hacia el tejido corporal circundante.

Pueden prepararse capas de enzimas adecuadas por ejemplo a partir de negro de platino, el cual puede impregnarse con solución de enzima y que muestra una buena permeabilidad al agua debido a su estructura de tipo esponjoso, o a partir de partículas eléctricamente conductoras, por ejemplo partículas de carbono o metal, y un agente ligante. Las capas de enzimas de este tipo habitualmente son frágiles. Por ello, la capa de enzima del electrodo de trabajo de los sensores conocidos cubre únicamente un área muy reducida, habitualmente sólo una fracción de un milímetro cuadrado. Un ejemplo de lo anterior es el sistema de electrodos conocido a partir de la patente US nº 4.655.880, en la que el conductor del electrodo de trabajo se extiende sólo sobre aproximadamente 200 mm. Con el fin de incrementar la densidad local de corriente, se proporciona a este conductor un recubrimiento eléctricamente aislante en el que se graban pequeños orificios de aproximadamente 10 mm antes de recubrir el conductor en toda su longitud con una pasta que contiene enzima con el fin de formar una capa de enzima.

Sin embargo, a pesar de investigación y desarrollo extensivos, los sistemas de electrodos conocidos son susceptibles a interferencias y se asocian a la desventaja de que pueden utilizarse para determinar la concentración de un analito sólo con una precisión y fiabilidad inferiores a las factibles utilizando un análisis ex vivo convencioanl.

Con el fin de incrementar la precisión de las mediciones, el documento nº US2005/0059871 A1 propone medir la concentración de analito de interés utilizando múltiples electrodos de trabajo simultáneamente y analizar estadísticamente las mediciones obtenidas de esta manera. A modo de medida adicional, se propone utilizar sensores adicionales para determinar otras concentraciones de analito o parámetros fisiologicos y someter a ensayo la verosimilitud de los resultados individuales basándose en la concentración de los diferentes analitos obtenidos de esta manera.

Sin embargo, la utilización de un gran número de electrodos de trabajo no sólo incrementa la utilización de equipos, sino que también conduce a un problema de señales de medición inconsistentes de los electrodos de trabajo individuales, de manera que no se conoce inequívocamente cuál de los diferentes valores medidos refleja con exactitud la concentración de analito en el cuerpo del paciente.

Por lo tanto, el objetivo de la invención es diseñar una manera de medir la concentraciones de analito en un cuerpo humano o animal de manera más fiable y más exacta.

Este objetivo se cumple mediante un sistema de electrodos para la medición in vivo de la concentración de un analito, que presenta las características especificadas en la reivindicación 1. Los desarrollos ventajosos de la invención son la materia de la subreivindicaciones.

La invención proporciona la capa de enzima del electrodo de trabajo en forma de múltiples campos que se disponen separados por una distancia sobre el conductor del electrodo de trabajo. Preferentemente, por lo menos dos de estos campos se encuentran separados por como mínimo 3 milímetros, preferentemente por como mínimo 5 milímetros. Por ejemplo, puede proporcionarse una serie de múltiples campos, en la que la distancia entre el primer y el último campo de la serie es superior a 5 milímetros. Los campos individuales de un electrodo de trabajo según la invención básicamente forman una serie de electrodos de trabajo que se encuentran dispuestos en serie. Entre estos campos, el conductor del electrodo de trabajo puede recubrirse con una capa de aislamiento. Mediante la disposición de los campos de la capa de enzima sobre las aberturas de una capa eléctricamente aislante, puede mejorarse la relación de señal a ruido.

La invención también permite realizar mediciones significativamente más fiables de una concentración de analito en tejido del cuerpo de un paciente. Al proporciona la capa de enzima de un electrodo de trabajo en forma de campos individuales, por ejemplo separados por una distancia de como mínimo 3 milímetros, preferentemente como mínimo 5 milímetros, puede medirse la concentración de analito en un volumen de tamaño correspondiente. Las influencias interfirientes que afectan sólo a un elemento de volumen pequeño con un diámetro de aproximadamente 0, 1 mm son, por lo tanto, insignificantes en un sistema de electrodos según la invención. Inesperadamente, una fracción importante de los problemas observados durante las mediciones in vivo utilizando sensores conocidos aparentemente se basan simplemente en el hecho de que, debido al pequeño tamaño de la capa de enzima, la concentración de analito se mide en un elemento de volumen tan pequeño que con frecuencia no resulta representativo del resto del cuerpo del paciente debido a efectos locales transitorios.

Para la expansión de la capa de enzima a una distancia lineal de unos cuantos milímetros o más, el electrodo de trabajo debe ser flexible de manera que pueda ajustar su forma a los movimientos del cuerpo. Sin embargo, las propiedades relativamente frágiles del material de las capas conductoras de enzima conocidas aparentemente provocan que resulte imposible fabricar un electrodo de trabajo flexible. Sin embargo, la medición según la invención, es decir el diseño de la capa de enzima en forma de múltiples campos que se disponen separados por cierta distancia sobre el conductor del electrodo de trabajo, permite que el electrodo de trabajo sea plegable sin que se desprenda la capa de enzima a pesar de las propiedades frágiles del material de la capa de enzima.

La causa de que las mediciones con los electrodos de trabajo convencionales, cuya área efectiva, es decir, la capa de enzima, se extiende sobre menos de 0, 2 milímetros cuadrados, sean erróneas se considera que se debe a que los movimientos del paciente puede impedir transitoriamente el intercambio de líquidos en un elemento de volumen pequeño, por ejemplo al resultar presionadas algunas células contra el electrodo de trabajo y resultar desplazado el líquido intersticial o porque los vasos capilares resultan comprimidos y, de esta manera, obstruidos. Presumiblemente ello puede conducir a que la concentración de analito en el elemento de volumen correspondiente en el entorno inmediato del electrodo de trabajo no sea representativo del resto del cuerpo del paciente. Estos elementos volumétricos, en los que se bloquea transitoriamente el intercambio de líquidos, aparentemente, sin embargo, resultan muy pequeños y habitualmente presentan un diámetro inferior a 1 mm. Es probable que la consistencia elástica y blanda del tejido corporal permita que se relajen la fuerzas en distancias muy cortas y que, por lo tanto, el intercambio de líquidos corporales resulte adversamente afectado sólo en elementos volumétricos que son de este pequeño tamaño. Al disponer por lo menos algunos de los campos que forman la capa de enzima en un sistema de electrodos según la invención distribuidos en una distancia substancial, por ejemplo separados por una distancia de como mínimo 5 mm, preferentemente... [Seguir leyendo]

1. Sistema de electrodos para medir la concentración de un analito bajo condiciones in vivo, que comprende un contraelectrodo (2) que presenta un conductor eléctrico (2a) , un electrodo de trabajo (1) que presenta un conductor eléctrico (1a) sobre el que se aplica una capa de enzima (5) que contiene moléculas inmovilizadas de enzima para la conversión catalítica del analito, y una barrera de difusión (8) que enlentece la difusión del analito desde el líquido corporal circundante al sistema de electrodos hasta las moléculas de enzima, caracterizado porque la capa de enzima (5) se ha diseñado en forma de múltiples campos que se disponen sobre el conductor (1a) del electrodo de trabajo (1) separados por cierta distancia.

2. Sistema de electrodos según la reivindicación 1, caracterizado porque entre los campos de la capa de enzima (5) el conductor (1a) del electrodo de trabajo (1) está recubierto por una capa aislante (7) .

3. Sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como mínimo dos de los campos de la capa de enzima (5) se encuentran separados por como mínimo 3 mm, preferentemente por como mínimo 5 mm.

4. Sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la distancia entre campos vecinos de la capa de enzima (5) es de como mínimo 0, 3 mm.

5. Sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada uno de los campos de la capa de enzima (5) se extiende menos de 2 mm en dos direcciones que son perpendiculares.

6. Sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la barrera a la difusión (8) esta diseñada en forma de una capa que recubre la capa de enzima (5) .

7. Sistema de electrodos según la reivindicación 6, caracterizado porque la barrera a la difusión (8) está realizada en una mezcla de por lo menos dos acrilatos diferentes.

8. Sistema de electrodos según la reivindicación 7, caracterizado porque por lo menos uno de los acrilatos es un copolímero.

9. Sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el enzima interactúa con un mediador catalítico redox contenido en la capa de enzima (5) y reduce o evita una dependencia de oxígeno de la conversión catalítica del analito.

10. Sistema de electrodos según la reivindicación 9, caracterizado porque el mediador redox catalítico convierte el peróxido de hidrógeno.

11. Sistema de electrodos según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el mediador redox catalítico lleva a cabo una transferencia directa de electrones.

12. Sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa de enzima (5) se recubre por un espaciador (9) .

13. Sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conductor (1a) del electrodo de trabajo (1) se estrecha entre los campos de la capa de enzima (5) y el conductor (2a) del contraelectrodo (2) presenta un contorno que sigue el curso del conductor (1a) del electrodo de trabajo (1) .

14. Sensor que comprende un sistema de electrodos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, un potenciostato conectado al sistema de electrodos, y un amplificador para amplificar las señales de medición del sistema de electrodos.

15. Sensor según la reivindicación 14, caracterizado porque los electrodos (1, 2, 3) del sistema de electrodos se disponen sobre un sustrato (4) que porta el potenciostato (10) o se une a una placa de circuitos que porta el potenciostato (10) .