Determinación del llenado parcial en tiras electroquímicas.

Un método para la detección del llenado parcial en una tira de prueba electroquímica que tiene electrodos y una muestra líquida dispuesta entre los electrodos,

el método comprende las etapas de:

(a) introducir la muestra en una tira de prueba electroquímica;

(b) aplicar una diferencia de potencial constante, Vap, entre los electrodos de la tira de prueba a la que se introdujo la muestra, realizando dicha aplicación de potencial al menos una primera vez, y opcionalmente una segunda vez;

(c) apagar el potencial aplicado en el tiempo tcambio después de la primera aplicación del potencial y antes de cualquier segunda aplicación de potencial para crear un circuito abierto que obligue a la corriente a ser cero;

(d) medir la corriente entre los electrodos, en donde la corriente medida es representativa de la corriente observada entre los electrodos justo antes del tiempo tcambio o un valor extrapolado de esta corriente a un tiempo de medir, tmed, suponiendo que el potencial aplicado no se apagó;

(e) medir un cambio de voltaje después de que el potencial aplicado se apagó, y la determinación de la capacitancia de la doble capa de la tira de prueba a partir de la corriente medida y el cambio de voltaje medido; y

(f) comparar la capacitancia de la doble capa determinada con un valor de referencia, en donde una capacitancia de la doble capa menor que el valor de referencia es una indicación de que la muestra líquida cubre una parte de los electrodos y de que la tira de prueba electroquímica está llena sólo parcialmente.

Determinación del llenado parcial en tiras electroquímicas Antecedentes de la invención Esta solicitud se refiere a un método para la detección del llenado parcial en una tira de ensayo electroquímica, y a un medidor, y a la combinación medidor-tira de prueba para la utilización en tal método.

Pequeñas tiras de prueba electroquímicas desechables se utilizan con frecuencia por los diabéticos en la supervisión de la glucosa en sangre. Tales tiras de prueba se pueden emplear además en la detección de otros productos químicos fisiológicos de interés y sustancias de abuso. Generalmente, la tira de prueba comprende al menos dos electrodos y reactivos apropiados para la prueba a realizar, y se fabrica como un elemento desechable, de un solo uso. La tira de prueba se combina con una muestra tal como sangre, saliva u orina antes o después de la inserción en un medidor reutilizable, que contiene los mecanismos para detectar y procesar una señal electroquímica de la tira de prueba en una indicación de la presencia/ausencia o cantidad del analito que se determina por la tira de prueba.

Es generalmente deseable utilizar en las tiras de prueba electroquímicas una muestra de volumen pequeño. Uno de los retos que se enfrentan con tiras de prueba de volumen pequeño es la ocurrencia de situaciones de llenado parcial, donde el volumen de muestra que se introduce en la tira es insuficiente, lo que resulta en lecturas erróneas. Se proponen diversas soluciones al problema del llenado parcial.

En muchos casos, estas soluciones al problema implican la utilización de electrodos adicionales. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 4, 929, 426 describe la utilización de un electrodo de impedancia a lo largo del cual la muestra fluye cuando se llena la cámara de análisis, mientras que las patentes de Estados Unidos 5, 582, 697, 6, 212, 417, y 6, 299, 757describen todas ellas la utilización de un tercer electrodo que se puede utilizar para la detección del llenado.La patente de los Estados Unidos 6, 743, 635 describe un enfoque de cuatro electrodos, que incluye un ánodo y un cátodo separados para la detección del llenado. La patente de los Estados Unidos 5, 997, 817 describe una tira de prueba con una ventana por la que se puede ver la muestra, y una línea "llene-hasta-aquí" para evaluar la suficiencia de la muestra.

La patente de Estados Unidos núm. 6, 856, 125 describe la medición de la capacitancia como una manera de determinar el volumen de la muestra. El aparato incluye un generador de onda sinusoidal para aplicar una señal de CA a una celda biosensora que contiene una muestra, un transformador de corriente a voltaje, un desplazador de fase, un generador de onda cuadrada, un demodulador síncrono, y un filtro de paso bajo que produce una señal proporcional a la capacitancia efectiva de la celda biosensora. Esta señal es proporcional al volumen de la muestra.

Debido a que las tiras de prueba electroquímicas son generalmente desechables y múltiples tiras pueden utilizarse por un diabético en un solo día, es deseable controlar el costo de cada elemento. Por lo tanto sería deseable tener un sistema para confirmar la suficiencia del volumen de la muestra sin aumentar significativamente el número de componentes en la tira de prueba o en el medidor, y por lo tanto el coste de fabricación de la tira reactiva y del medidor. Más aun sería deseable que dicho sistema se automatizara en el medidor de prueba, y no dependiera de una observación o juicio hecho por el usuario.

Breve descripción de la Invención La presente invención proporciona un método mejorado para determinar la suficiencia de la muestra que utiliza una medida de la carga de la doble capa o la descarga entre los electrodos para determinar la capacitancia de doble capa de la tira de prueba después de la adición de la muestra. La capacitancia de la doble capa es proporcional al área de los electrodos que se humedece por la muestra, y así proporciona una medida directa de en qué grado la cámara de muestra se llena. De acuerdo con la invención, el llenado parcial puede detectarse en una tira de ensayo electroquímica que tiene electrodos y una muestra líquida dispuesta entre los electrodos por un método que comprende las etapas expuestas en la reivindicación 1.

En una modalidad de la invención, la descarga de la doble capa se mide por (1) la aplicación de un potencial entre los electrodos, (2) el apagado del potencial aplicado entre los electrodos en un momento tcambio; (3) la supervisión de la disminución en la diferencia de potencial entre los electrodos para identificar el tiempo, tumbral, que se requiere para que el potencial disminuya hasta un valor umbral; y (4) la determinación de la cantidad de carga de la doble capa descargada durante el intervalo tcambio hasta el tumbral.

En otra modalidad de la invención, la carga de la doble capa se mide por (1) la aplicación de un primer potencial entre los electrodos, (2) el apagado del potencial aplicado entre los electrodos en un momento tcambio; (3) la supervisión de la disminución en la diferencia de potencial entre los electrodos para identificar el tiempo, tumbral, que se requiere para que el potencial disminuya hasta un valor umbral; (4) la aplicación de un segundo potencial entre los electrodos en el

tumbral, de manera que se genera un pico de corriente; (5) la determinación de la cantidad de carga de la doble capa, como se refleja por el área bajo el pico de corriente; y (6) la determinación de la capacitancia de la doble capa de la cantidad de carga de la doble capa y la corriente en el tiempo tcambio.

La invención también proporciona un medidor para su utilización en asociación con una tira de prueba electroquímica como se define en la reivindicación 16. El medidor incluye preferentemente circuitos para aplicar un potencial, supervisar la corriente, apagar el potencial, y supervisar la disminución en el potencial después de apagar el potencial. El medidor puede incluir además circuitos para la supervisión de la corriente después de la aplicación del potencial. Los procesadores en el medidor utilizan la información que se genera para determinar la capacitancia de la doble capa, y para interrumpir el ciclo de medición si el valor de la capacitancia de la doble capa es insuficiente. Adicionalmente, el medidor incluye preferentemente circuitos para la medición de la cantidad de analito, por ejemplo glucosa, presente en una muestra, y medios para comunicar la cantidad de analito, o la terminación de la prueba debido a un volumen de muestra insuficiente para el usuario.

Breve Descripción de las Figuras

La Fig. 1 muestra las reacciones de transferencia de electrones que ocurren en un detector de glucosa amperométrico convencional. La Fig. 2 muestra un gráfico teórico de la corriente en función del tiempo después de la aplicación de un potencial en una tira de prueba electroquímica para la detección de glucosa en la que la tira de prueba se orienta a electrodos de trabajo y contadores, y la separación de los electrodos es tal que se produce el reciclaje del mediador entre los electrodos. La Fig. 3 muestra un gráfico del voltaje aplicado, Vap, y la diferencia de potencial entre el electrodo, Velect, en función del tiempo. La Fig. 4 muestra un gráfico de la corriente en función del tiempo cuando un potencial se vuelve a aplicar a los electrodos después de que se alcanza tumbral. La Fig. 5 muestra un gráfico de voltaje contra tiempo, que ilustra la caída de voltaje que se produce como resultado de la resistencia del electrodo. La Fig 6 muestra una vista exterior de un medidor. La Fig. 7 muestra la conexión de una tira de prueba y los conectores en un medidor; La Fig. 8 muestra un diagrama de circuito para cambiar entre los modos amperométricos y potenciométricos. La Fig. 9 muestra un diagrama de circuito para cambiar entre los modos amperométricos y potenciométricos. La Fig. 10 muestra la relación entre la capacitancia diferencial y el potencial. La Fig. 11 muestra la capacitancia diferencial medida para las tiras llenas y parcialmente llenas. La Fig. 12 muestra la variación lote a lote de la capacitancia diferencial en función del tiempo para 50 mV. Las Figs.13A y B describen las técnicas para la determinación de la capacitancia de la doble capa de acuerdo con la invención.

Descripción Detallada de la Invención

I. Definiciones Tal como se utiliza en la especificación y las reivindicaciones, las siguientes definiciones se deben aplicar;

(a) "analito" se refiere a un material de interés que puede estar presente en una muestra. En la presente solicitud, los ejemplos utilizan glucosa como analito, pero la presente invención es independiente del tipo y de la cantidad... [Seguir leyendo]

1. Un método para la detección del llenado parcial en una tira de prueba electroquímica que tiene electrodos y una muestra líquida dispuesta entre los electrodos, el método comprende las etapas de:

(a) introducir la muestra en una tira de prueba electroquímica;

(b) aplicar una diferencia de potencial constante, Vap, entre los electrodos de la tira de prueba a la que se introdujo la muestra, realizando dicha aplicación de potencial al menos una primera vez, y opcionalmente una segunda vez;

(c) apagar el potencial aplicado en el tiempo tcambio después de la primera aplicación del potencial y antes de cualquier segunda aplicación de potencial para crear un circuito abierto que obligue a la corriente a ser cero;

(d) medir la corriente entre los electrodos, en donde la corriente medida es representativa de la corriente observada entre los electrodos justo antes del tiempo tcambio o un valor extrapolado de esta corriente a un 15 tiempo de medir, tmed, suponiendo que el potencial aplicado no se apagó;

(e) medir un cambio de voltaje después de que el potencial aplicado se apagó, y la determinación de la capacitancia de la doble capa de la tira de prueba a partir de la corriente medida y el cambio de voltaje medido; y

(f) comparar la capacitancia de la doble capa determinada con un valor de referencia, en donde una

capacitancia de la doble capa menor que el valor de referencia es una indicación de que la muestra líquida cubre una parte de los electrodos y de que la tira de prueba electroquímica está llena sólo parcialmente.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la capacitancia de la doble capa determinada es una capacitancia integral determinada de acuerdo con la fórmula:

en donde I es la corriente medida, t es el tiempo y V es el voltaje.

3. El método de la reivindicación 2, en donde ∆t se determina mediante la supervisión de la disminución en la diferencia de potencial entre los electrodos para identificar el tiempo, tumbral que se requiere por el potencial para disminuir hasta el valor umbral, Vumbral, y en donde ∆t = tumbral menos tcambio.

4. El método de la reivindicación 3, en donde la corriente que se mide es la corriente observada justo antes del 35 tiempo tcambio.

5. El método de la reivindicación 3, en donde la corriente que se mide es el valor que se extrapola.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones de la 2 a la 5, en donde ∆V es la diferencia entre Vap y 40 Vumbral.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones de la 2 a la 5, en donde una caída inmediata en el voltaje, Vcaída, se mide después del apagado del potencial, y ∆V está dado por (Vap -Vcaída) -Vumbral.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 7, en donde la corriente se mide en la etapa (d) después de una segunda aplicación del potencial aplicado de la etapa (c) .

9. El método de la reivindicación 1, en donde una capacitancia diferencial se determina de acuerdo con la fórmula:

en donde I es la corriente medida y (dV/dt) es el cambio instantáneo en el voltaje en el tiempo de medición tmed.

10. El método de la reivindicación 9, en donde la corriente medida es la corriente justo antes de tiempo tcambio. 55 11. El método de la reivindicación 9, en donde la corriente medida es el valor que se extrapola.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones de la 9 a la 11, en donde el tiempo de medición tmed se determina de manera dinámica.

13. El método de la reivindicación 12, en donde tmed es el tiempo al que el potencial medido es menor que el potencial aplicado en una cantidad predeterminada.

14. El método de una cualquiera de las reivindicaciones de la 9 a la 12, en donde una caída inmediata en el voltaje,

Vcaída, se observa después del apagado del potencial y en donde t med es el tiempo en donde el potencial observado es menor que (Vap-Vcaída) por una cantidad predeterminada.

15. El método de una cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 14, en donde la capacitancia de la doble capa medida se corrige por un término de corrección aditivo que es una función de la temperatura y de la capacidad 10 de transportar oxígeno antes de la comparación con el valor de referencia.

16. Un medidor para recibir una tira de prueba electroquímica que tiene electrodos y proporciona una determinación de un analito en una muestra aplicada a la tira de prueba electroquímica cuando se recibe en el medidor, dicho medidor comprende

(a) una carcasa que tiene una ranura para recibir una tira de prueba electroquímica;

(b) medios de comunicación para recibir una entrada de y comunicar el resultado a un usuario; y

(c) medios dispuestos para hacer una determinación de DC de la capacitancia de la doble capa de acuerdo con el método de la reivindicación 1 en una tira de prueba que contiene la muestra recibida en el medidor, y

comparar la capacitancia de la doble capa determinada con un valor de referencia, en donde una capacitancia de doble capa menor que el valor de referencia es una indicación de que la muestra líquida cubre una porción de los electrodos y de que la tira de prueba electroquímica solamente se llena parcialmente.

17. Un sistema de medición que comprende un medidor de acuerdo con la reivindicación 16, y una tira de prueba electroquímica que se dispone dentro de la carcasa.

18. El sistema de medición de la reivindicación 17, en donde la tira de prueba electroquímica es adecuada para medir la glucosa en una muestra.