Detección de capacidad en ensayo electroquímico con respuesta mejorada.

Un método de determinación de capacitancia de una celda de ensayo de biosensor electroquímico (61) de una tira de análisis (80) que tiene dos electrodos (67a,

67b) dispuestas en la celda de ensayo electroquímico y acoplada a un microcontrolador (38) a través de los respectivos conectores de tira (308), el método comprende:

depósito (1100) de una muestra de fluido en la celda de ensayo electroquímico;

aplicación (1102) de una señal oscilatoria de una determinada frecuencia (f) a la celda de ensayo electroquímico;

determinación (1104) de un ángulo de fase (Φ) entre una señal de salida y la señal oscilatoria de la celda de ensayo electroquímico; y

medición (1114) de una amplitud de la señal de salida de la celda de ensayo electroquímico;

caracterizado en que el método además comprende:

conversión (1116) de la amplitud medida en una impedancia compleja (Z) de la celda de ensayo electroquímico basado en la señal oscilatoria, el ángulo de fase y la resistencia eléctrica (RTIRA) entre la celda de ensayo y los conectores, la conversión que comprende comprobar una impedancia total (|Z|) de la celda de ensayo a partir del ángulo de fase y establecer una resistencia (RCELDA) de la celda de ensayo con la impedancia total y la resistencia entre la celda de ensayo y uno de los conectores; y

derivación (1118) de una capacitancia (CCELDA) de la celda de ensayo electroquímica basada en la impedancia compleja y la frecuencia predeterminada de la celda de ensayo electroquímica.

Antecedentes La detección de componentes en fluidos fisiológicos, por ejemplo, sangre o productos derivados de la sangre es de creciente importancia para la sociedad de hoy. Los análisis de detección de analitos encuentran uso en una variedad de aplicaciones, incluidas las pruebas de laboratorio clínico, las pruebas en casa, etc., donde los resultados de dichas pruebas juegan un papel destacado en el diagnóstico y manejo en una variedad de estados patológicos. Los analitos de interés incluyen la glucosa para el manejo de la diabetes, el colesterol y similares. En respuesta a la creciente importancia en la detección de analitos, se ha desarrollado una variedad de protocolos de detección de analitos y dispositivos para uso clínico y doméstico.

Un tipo de método utilizado en la detección de analitos es un método electroquímico. En tales métodos, una muestra líquida acuosa célula de prueba de la muestra receptora en una celda electroquímica que incluye dos electrodos, por ejemplo, un electrodo de conteo y un electrodo de trabajo. Se deja reaccionar el analito con un reactivo redox para formar una sustancia oxidable (o reducible) en una cantidad correspondiente a la concentración de analito. La cantidad de sustancia oxidable (o reducible) presente es entonces calculada electroquímicamente y relacionada con la cantidad de analito presente en la muestra inicial.

Tales sistemas son susceptibles para varios modos de ineficiencia o error. Por ejemplo, variaciones de temperatura pueden hacer variar los resultados del método. Esto es especialmente relevante cuando el método es llevado a cabo en un ambiente no controlado, como ocurre a menudo con las aplicaciones domésticas o en los países del tercer mundo. Se pueden presentar errores cuando el tamaño de la muestra es insuficiente para obtener un resultado preciso. Las tiras de análisis parcialmente llenas pueden potencialmente entregar un resultado impreciso, porque las pruebas de medida actuales son proporcionales al área del electrodo de trabajo que es humedecido con la muestra. De este modo, las tiras de análisis parcialmente llenas pueden, bajo ciertas condiciones, proporcionar una concentración de glucosa sesgada negativamente.

Para mitigar algunos de esos problemas, los investigadores biosensores han recurrido a utilizar la capacitancia de la cámara de ensayo para determinar la suficiencia del llenado de la cámara de ensayo. Se presentan y describen ejemplos en las patentes estadounidenses números 5.856.125, 6.872.298, 7.195.704 y

7.199.594. WO 03/069304 A2 revela un método para determinar capacitancia de una celda de análisis de biosensor electroquímico de una tira de análisis que tiene dos electrodos dispuestos en la celda de análisis, que comprende la aplicación de una señal oscilatoria a la celda electroquímica, medir el espectro de la señal incluyendo la magnitud y el ángulo de fase y calcular la capacitancia de la magnitud y el ángulo de fase.

Síntesis de la Divulgación Los solicitantes creen que se han ignorado los efectos de la resistencia de la tira en paralelo en la determinación en las tiras de análisis de biosensor llenas, conducente a una medición alta inexacta de la capacitancia en las tiras de análisis, especialmente cuando se encuentra menor resistencia paralela. Realizaciones ejemplares de la invención del solicitante toman en consideración este efecto y, al mismo tiempo, obvian la necesidad de determinar la resistencia en una celda de análisis electroquímica del biosensor.

En un método de acuerdo con la invención de determinar capacitancia de un biosensor electroquímico, se proporciona celda de análisis electroquímico de una tira de prueba. La tira de prueba posee dos electrodos dispuestos en la celda de análisis electroquímico acoplados a un microcontrolador a través de los conectores de tiras respectivos. El método puede lograrse mediante: el depósito de una muestra de fluido en la celda de análisis electroquímico, la aplicación de una señal oscilatoria de una frecuencia preestablecida a la celda de análisis electroquímico, la determinación de un ángulo de fase entre una señal de salida y la señal oscilatoria de la celda de análisis electroquímico, la conversión de la amplitud de medida en una impedancia compleja de la celda de análisis electroquímico basada en la señal oscilatoria, el ángulo de fase y la resistencia eléctrica entre la celda de análisis y los conectores; y la derivación de una capacitancia de la celda de análisis electroquímico basada en la impedancia compleja y en la frecuencia predeterminada de la celda de análisis electroquímico. En una variación de este aspecto, la comprobación puede, además, incluir el establecimiento de una resistencia de la celda de análisis con la impedancia total y la resistencia entre la celda de análisis y uno de los conectores. El establecimiento incluye la extracción de la impedancia compleja de la comprobación y el establecimiento, y la extracción incluye el cálculo de un nuevo ángulo de fase sin la resistencia entre la celda de análisis y los conectores. En una mayor variación, el cálculo puede incluir la transformación del nuevo ángulo de fase en una reactancia capacitiva, y la capacitancia de la celda de análisis está relacionada con la reactancia capacitiva mediante un producto del radio de la circunferencia del círculo a su diámetro y la frecuencia predeterminada. En aún otra variación, la medición puede incluir la comprobación de un primer intervalo de tiempo de muestreo para medición de una señal de salida basado en un tasa de muestreo predeterminado por ciclo de la señal de salida a la frecuencia predeterminada; y el muestreo de la señal de salida de la cámara a un segundo intervalo de tiempo de muestreo distinto del primer intervalo de tiempo de

muestreo tal que una magnitud de cada señal de salida muestreada es medida en cada sucesión del segundo intervalo de tiempo de muestreo puede basarse en un tiempo de desfas predeterminado con respecto al primer intervalo de tiempo de muestreo. En todavía otra variación, el primer intervalo de tiempo de muestreo puede incluir una duración entre cada cambio de etapa en magnitud de la señal de salida. En otra variación, el tiempo de desfase puede ser un porcentaje del primer intervalo de tiempo de muestreo y el porcentaje puede ser un rango de cerca de 5% a cerca del 30% del primer intervalo de tiempo de muestreo. En otra variación, la comprobación puede incluir el determinar una duración para una ondulación de la señal a la frecuencia predeterminada, dividir la duración sobre un número de muestras de medición para cada onda wave a fin de obtener una duración en el tiempo; y establecer el primer intervalo de tiempo de muestreo como siendo generalmente igual a la duración de tiempo. De manera alternativa, la comprobación puede incluir la evaluación de la señal de salida para determinar una duración de tiempo, y el tiempo de desfase puede incluir un porcentaje del primer intervalo de tiempo de muestreo, y el porcentaje puede incluir un rango de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% del primer intervalo de tiempo de muestreo. La siguiente descripción más detallada de varias realizaciones presentes de la invención en conjunción con los dibujos adjuntos que se describen primero brevemente.

Síntesis de la Divulgación Los dibujos que se adjuntan permiten explicar las características de la invención (en donde los números representan los mismos elementos) .

La Figura 1 ilustra un sistema de medición de analito que incluye un medidor de prueba de analito y una tira de análisis.

La Figura 2 ilustra una vista esquemática simplificada de un ejemplar de una placa del circuito para el medidor de la Figura 1.

La Figura 3A ilustra una vista en perspectiva de la tira de análisis de la Figura 1 separada en piezas.

La Figura 3B ilustra un modelo eléctrico esquemático de la cámara de análisis 61 y un diagrama fasorial del modelo de resistencia capacitiva.

La Figura 4 ilustra un esquemático simplificado de los componentes para determinar capacitancia de una tira de análisis llena.

La Figura 5A ilustra la aplicación de voltaje sobre tiempo aplicada a la tira de análisis.

La Figura 5B ilustra la amplitud de la respuesta de salida de corriente de la tira de análisis a través del 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 que se ha removido el componente de corriente continua de los datos muestreados de la Figura 6A. Las Figuras 6C y 6 D muestran el ángulo de fase entre el voltaje de corriente alterna aplicado a la tira de análisis y la salida de la corriente alterna de la tira de análisis.

La Figura... [Seguir leyendo]

1. Un método de determinación de capacitancia de una celda de ensayo de biosensor electroquímico (61) de una tira de análisis (80) que tiene dos electrodos (67a, 67b) dispuestas en la celda de ensayo electroquímico y acoplada a un microcontrolador (38) a través de los respectivos conectores de tira (308) , el método comprende:

depósito (1100) de una muestra de fluido en la celda de ensayo electroquímico; aplicación (1102) de una señal oscilatoria de una determinada frecuencia (f) a la celda de ensayo electroquímico; determinación (1104) de un ángulo de fase (Φ) entre una señal de salida y la señal oscilatoria de la celda de ensayo electroquímico; y medición (1114) de una amplitud de la señal de salida de la celda de ensayo electroquímico;

caracterizado en que el método además comprende:

conversión (1116) de la amplitud medida en una impedancia compleja (Z) de la celda de ensayo electroquímico basado en la señal oscilatoria, el ángulo de fase y la resistencia eléctrica (RTIRA) entre la celda de ensayo y los conectores, la conversión que comprende comprobar una impedancia total (|Z|) de la celda de ensayo a partir del ángulo de fase y establecer una resistencia (RCELDA) de la celda de ensayo con la impedancia total y la resistencia entre la celda de ensayo y uno de los conectores; y derivación (1118) de una capacitancia (CCELDA) de la celda de ensayo electroquímica basada en la impedancia compleja y la frecuencia predeterminada de la celda de ensayo electroquímica.

2. El método de argumento 1, en el que el establecimiento comprende el cálculo de la impedancia compleja a partir de la comprobación y del establecimiento.

3. El método de argumento 2, en el que la extracción comprende el cálculo de un nuevo ángulo de fase (ΦNUEVA) sin la resistencia entre la celda de ensayo y los conectores.

4. El método de argumento 1, en el cual la medición comprende:

comprobación de un primer intervalo de tiempo de muestreo (ST1) para medición de una señal de salida basada en una tasa de muestreo predeterminada por ciclo de la señal de salida a la frecuencia predeterminada; y muestreando la señal de salida a partir de la cámara a un intervalo de tiempo de muestreo (ST2) diferente del primer intervalo de tiempo de muestreo tal como una magnitud de cada señal de salida muestreada es medida en cada sucesión del segundo intervalo de tiempo de muestreo en lugar del primer intervalo de tiempo.

5. El método de fundamento 4, en el cual el segundo intervalo de tiempo de muestreo se basa en un desfase predeterminado con respecto al primer intervalo de tiempo de muestreo.

6. El método de fundamento 4, en el cual el primer intervalo de tiempo de muestreo comprende una duración entre cada cambio de paso en magnitud de la señal de salida.

7. El método de fundamento 4, en el cual el tiempo de desfase comprende un porcentaje del primer intervalo de tiempo de muestreo.

8. El método de fundamento 7, en el cual el porcentaje comprende un rango de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% del primer intervalo de tiempo de muestreo.

9. El método de fundamento 4, en el cual la comprobación comprende:

división de la duración sobre un número de muestras de medición para cada onda para obtener una duración de tiempo; y configuración del primer intervalo de tiempo de muestreo considerado generalmente igual a la duración de tiempo.

10. El método de fundamento 4, en el cual la comprobación comprende:

Evaluación de la señal de salida para determinar una duración de tiempo entre cada cambio de paso de la señal de salida; y configuración del primer intervalo de tiempo de muestreo considerado generalmente igual a la duración de tiempo.

11. El método de un fundamento 9 o fundamento 10, en el cual el tiempo de desfase comprende un porcentaje del primer intervalo de tiempo de muestreo.

12. El método de fundamento 11, en el cual el porcentaje comprende un rango de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% del primer intervalo de tiempo de muestreo.