Detección de capacitancia en ensayo electroquímico.

Un procedimiento de determinación de la capacitancia de una cámara de biosensor que tiene dos electrodos dispuestos en la cámara y acoplados a un microcontrolador,

comprendiendo el procedimiento:

iniciar una reacción electroquímica en la cámara del biosensor;

aplicar (702) un voltaje oscilante de una frecuencia predeterminada a la cámara;

determinar (714) un ángulo de fase entre una salida de corriente y el voltaje oscilante de la cámara; y

caracterizado por calcular una capacitancia de la cámara basándose en un producto de la salida de corriente y un seno del ángulo de fase dividido entre un producto de dos veces pi veces la frecuencia y el voltaje.

Antecedentes La detección de analitos en fluidos fisiológicos, por ejemplo, sangre o productos derivados de la sangre, es de importancia cada vez mayor para la sociedad de hoy en día. Los ensayos de detección de analitos se usan en una variedad de aplicaciones, que incluyen pruebas de laboratorio clínico, pruebas en el propio domicilio, etc., en los que los resultados de tales pruebas desempeñan una función importante en el diagnóstico y gestión en una variedad de condiciones de enfermedad. Analitos de interés incluyen glucosa para el control de diabetes, colesterol y similares. En respuesta a esta importancia creciente de la detección de analitos se han desarrollado una variedad de protocolos y dispositivos de detección de analitos para uso tanto clínico como en el propio domicilio.

Un tipo de procedimiento que se emplea para la detección de analitos es un procedimiento electroquímico. En tales procedimientos, una muestra de líquido acuoso se coloca en una cámara receptora de muestra en una celda electroquímica que incluye dos electrodos, por ejemplo, un contraelectrodo y un electrodo de trabajo. El analito se deja reaccionar con un reactivo rédox para formar una sustancia oxidable (o reducible) en una cantidad correspondiente a la concentración de analito. La cantidad de sustancia oxidable (o reducible) presente se estima entonces electroquímicamente y se relaciona con la cantidad de analito presente en la muestra inicial. El documento WO 03/069304 desvela varios procedimientos para determinar la capacitancia de biosensores.

Tales sistemas son susceptibles a diversos modos de ineficiencia y/o error. Por ejemplo, variaciones en las temperaturas pueden afectar los resultados del procedimiento. Esto es especialmente relevante cuando el procedimiento se lleva a cabo en un entorno no controlado, como es frecuentemente el caso en aplicaciones en el propio domicilio o en países del tercer mundo. Los errores también pueden producirse cuando el tamaño de muestra es insuficiente para conseguir un resultado preciso. Tiras reactivas parcialmente llenas pueden dar posiblemente un resultado impreciso debido a que las corrientes de prueba medidas son proporcionales al área del electrodo de trabajo que está humedecido con la muestra. Así, las tiras reactivas parcialmente llenas pueden proporcionar bajo ciertas condiciones una concentración de glucosa que está negativamente polarizada.

Resumen de la divulgación Los solicitantes creen que se han ignorado los efectos de la resistencia de la tira en paralelo en la determinación de tiras de prueba de biosensor llenas, conduciendo a una alta medición de la imprecisión de la capacitancia en una tira reactiva, especialmente cuando se encuentra menor resistencia en paralelo. Realizaciones a modo de ejemplo de la invención de los solicitantes tienen en cuenta este efecto y al mismo tiempo obvian la necesidad de determinar la resistencia en una cámara de prueba de biosensor.

En un aspecto se proporciona un procedimiento de determinación de la capacitancia de un biosensor. El biosensor incluye una cámara que tiene dos electrodos dispuestos en la cámara y acoplados a un microcontrolador. El procedimiento puede lograrse: iniciando una reacción electroquímica en la cámara del biosensor; aplicando un voltaje oscilante de una frecuencia predeterminada a la cámara; determinando un ángulo de fase entre una salida de corriente y el voltaje oscilante de la cámara; y calculando una capacitancia de la cámara basándose en un producto de la salida de corriente y un seno del ángulo de fase dividido entre un producto de dos veces pi veces la frecuencia y el voltaje.

En otro aspecto se proporciona un sistema de medida de analitos que incluye una tira de prueba de analitos y medidor de analitos. La tira de prueba de analitos incluye un sustrato que tiene un reactivo dispuesto sobre la misma, y al menos dos electrodos próximos al reactivo en la cámara de prueba. El medidor de analitos incluye un conector a puerto de la tira dispuesto para conectarse a los dos electrodos, una fuente de alimentación y un microcontrolador eléctricamente acoplado al conector a puerto de la tira y la fuente de alimentación. El microcontrolador está programado para: iniciar una reacción electroquímica en la cámara del biosensor; aplicar un voltaje oscilante de una frecuencia predeterminada a la cámara; determinar un ángulo de fase entre una salida de corriente y el voltaje oscilante de la cámara; y calcular una capacitancia de la cámara basándose en un producto de la salida de corriente y un seno del ángulo de fase dividido entre un producto de dos veces pi veces la frecuencia y el voltaje.

Estas y otras realizaciones, características y ventajas serán evidentes para aquellos expertos en la materia cuando se tomen con referencia a la siguiente descripción más detallada de diversas realizaciones a modo de ejemplo de la invención conjuntamente con los dibujos adjuntos que primeramente se describen brevemente.

Breve descripción de las figuras

Los dibujos adjuntos, que se incorporan en el presente documento y constituyen parte de esta memoria descriptiva, ilustran realizaciones presentemente preferidas de la invención y, junto con la descripción general facilitada

anteriormente y la descripción detallada facilitada más adelante, sirven para explicar características de la invención (en la que números similares representan elementos similares) .

La Figura 1 ilustra un sistema de medida de analitos a modo de ejemplo que incluye un medidor de analitos y tira reactiva.

La Figura 2 ilustra en vista esquemática simplificada una placa de circuito a modo de ejemplo para el medidor de la Figura 1.

La Figura 3 ilustra una vista en perspectiva en despiece ordenado de la tira reactiva de la Figura 1.

La Figura 4 ilustra un esquema simplificado de los componentes para determinar la capacitancia de una tira reactiva llena.

La Figura 5A ilustra la aplicación de voltaje con el tiempo aplicado a la tira reactiva.

La Figura 5B ilustra la respuesta de corriente medida de la tira reactiva con el tiempo.

La Figura 6A ilustra un muestreo de la salida de corriente indicada en el área 602.

La Figura 6B ilustra la salida de corriente alterna una vez el componente de corriente continua se ha eliminado de los datos muestreados de la Figura 6A. Las Figuras 6C y 6D ilustran el ángulo de fase entre el voltaje alterno aplicado a la tira reactiva y la salida de corriente alterna de la tira reactiva.

La Figura 6E ilustra una interpolación de los datos muestreados para determinar el punto de cruce de la Figura 6D para comparación con el punto de cruce de la corriente aplicada de la Figura 6C.

La Figura 7 ilustra un diagrama de flujo a modo de ejemplo del procedimiento para determinar la capacitancia en la tira reactiva a modo de ejemplo.

La Figura 8A ilustra el porcentaje de error de las realizaciones a modo de ejemplo frente a un sistema conocido y otras técnicas relacionadas de los solicitantes.

La Figura 8B ilustra la distribución de capacitancia de técnicas de medición de capacitancia respectivas con respecto al intervalo de resistencia en la tira reactiva a modo de ejemplo.

Descripción detallada de las figuras a modo de ejemplo La siguiente descripción detallada debe leerse con referencia a los dibujos, en los que elementos similares en diferentes dibujos se enumeran idénticamente. Los dibujos, que no están necesariamente a escala, representan realizaciones seleccionadas y no pretenden limitar el alcance de la invención. La descripción detallada ilustra a modo de ejemplo, no a modo de limitación, los principios de la invención. Esta descripción permitirá claramente que un experto en la materia haga y use la invención, y describe varias realizaciones, adaptaciones, variaciones, alternativas y usos de la invención, que incluyen lo que se cree presentemente que es el mejor modo de llevar a cabo la invención.

Como se usa en el presente documento, el término “aproximadamente” para cualquier valor numérico o intervalo indica una tolerancia dimensional adecuada que permite que la parte o colección de componentes funcionen para su fin previsto como se describe en el presente documento. Además, como se usa en el presente documento, los términos “paciente, ” “huésped, ” “usuario” y “sujeto” se refieren a cualquier sujeto humano o animal y no pretenden limitar los sistemas o procedimientos al uso humano, aunque el uso de la invención objeto en un paciente humano representa una realización preferida.

Los sistemas y procedimientos objeto son adecuados para su uso en la determinación de una amplia variedad de analitos en una amplia variedad de muestras,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de determinación de la capacitancia de una cámara de biosensor que tiene dos electrodos dispuestos en la cámara y acoplados a un microcontrolador, comprendiendo el procedimiento:

iniciar una reacción electroquímica en la cámara del biosensor; aplicar (702) un voltaje oscilante de una frecuencia predeterminada a la cámara; determinar (714) un ángulo de fase entre una salida de corriente y el voltaje oscilante de la cámara; y caracterizado por calcular una capacitancia de la cámara basándose en un producto de la salida de corriente y un seno del ángulo de fase dividido entre un producto de dos veces pi veces la frecuencia y el voltaje.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en que el cálculo comprende calcular la capacitancia con una ecuación de la forma: 15

en la que:

C ≈ capacitancia; iT ≈ corriente total; ∀ ≈ ángulo de fase entre la corriente total y la corriente de resistencia; f ≈ frecuencia; y

V ≈ voltaje.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en que el cálculo comprende:

muestrear una pluralidad de salidas de corriente de la cámara durante un ciclo de la frecuencia; obtener una media de salida de corriente muestreada; restar la media de cada corriente muestreada de la pluralidad de salidas de corriente; y extraer el valor de la raíz cuadrada de la media de todos los valores negativos de la resta para proporcionar la salida de corriente total.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en que el cálculo comprende:

determinar del muestreo al menos un punto de cruce de la corriente de valores negativos a positivos; e interpolar próximo a al menos un punto de cruce de la corriente para determinar un primer ángulo al que la corriente cambia de positiva a negativa o negativa a positiva.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que la interpolación de al menos un punto de cruce de la corriente comprende:

interpolar otro punto de cruce del muestreo para determinar otro ángulo al que la corriente cambia de positiva 45 a negativa o negativa a positiva; y restar del otro ángulo aproximadamente 180 grados para proporcionar un segundo ángulo.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que la resta comprende además calcular un promedio del primer y segundo ángulos.

7. El procedimiento de la reivindicación 5, en que el cálculo comprende determinar una diferencia en el ángulo entre la corriente de entrada oscilante y la corriente de salida como ángulo de fase.

8. Un sistema de medida de analitos (10) que comprende:

una tira de prueba de analitos (80) que incluye:

un sustrato que tiene un reactivo dispuesto sobre la misma; al menos dos electrodos (67a, 67b) próximos al reactivo en una cámara de prueba (61) ;

un medidor de analitos que incluye:

un conector a puerto de la tira (22) dispuesto para conectarse a los dos electrodos; una fuente de alimentación; y 65 un microcontrolador (300) eléctricamente acoplado al conector a puerto de la tira y la fuente de alimentación, estando el microcontrolador programado para:

(a) iniciar una reacción electroquímica en la cámara del biosensor; aplicar un voltaje oscilante de una frecuencia predeterminada a la cámara;

(b) determinar un ángulo de fase entre una salida de corriente y el voltaje oscilante de la cámara; y 5 caracterizado por

(c) calcular una capacitancia de la cámara basándose en un producto de la salida de corriente y un seno del ángulo de fase dividido entre un producto de dos veces pi veces la frecuencia y el voltaje.