Métodos para determinar una concentración de analitos usando algoritmos de procesamiento de señales.

Un método para determinar una concentración de glucosa usando una tira de test que tenga un electrodo de trabajo y un electrodo de referencia,

el método incluye:

aplicar una tensión de test entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia;

medir una pluralidad de corrientes de test cuando se aplique a la tira de test una muestra de sangre que contenga glucosa;

calcular un valor de correlación de glucosa (Y) usando una ecuación que es **Fórmula**

donde tF1 es un punto de inicio de un primer intervalo de tiempo predeterminado, tL1 es un punto de fin de un primer intervalo de tiempo predeterminado, tF2 es un punto de inicio de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, tL2 es un punto de fin de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, I(t) es una corriente como función del hematocrito h, glucosa G y tiempo t,

q(t) es una función de corrección del tiempo t, donde los puntos temporales de inicio y de fin de los intervalos de tiempo se determinan y optimizan para reducir los efectos del hematocrito; y

calcular la concentración de glucosa en base al valor de correlación de glucosa (Y).

Métodos para determinar una concentración de analitos usando algoritmos de procesamiento de señales

1. Prioridad

Esta solicitud reivindica los beneficios de la prioridad bajo 35 U.S.C. nº 119 a partir de la aplicación provisional S.N. 60/850, 107, presentada el 5 de octubre de 2006, facultada «MÉTODOS PARA DETERMINAR UNA CONCENTRACIÓN DE ANALITOS USANDO ALGORITMOS DE PROCESAMIENTO DE SEÑAL».

2. Descripción de técnicas relacionadas

Las tiras de test de glucosa electroquímico, como las usadas en el kit de test de la sangre entera OneTouch® Ultra®, de LifeScan, Inc., diseñadas para medir la concentración de glucosa en una muestra de sangre a partir de pacientes con diabetes. La medición de glucosa se basa en la oxidación específica de glucosa por medio de la enzima glucosa oxidasa (GO) . Las reacciones que se pueden producir en una tira de test de glucosa se resumen en las siguientes ecuaciones 1 y 2

Glucosa + GO (ox) → Ácido Glucónico + GO (red) Eq. 1

GO (red) + 2 Fe (CN) 63-GO (OX) + 2 Fe (CN) 64-Eq. 2

Tal y como se ilustra en la Ecuación 1, la glucosa se oxida a ácido glucónico por la forma oxidada de oxidasa de glucosa (GO (OX) ) . Debe tenerse en cuenta que también podría hacerse referencia a GO (OX) como «enzima oxidada». Durante la reacción de la Ecuación 1, la enzima oxidada GO (OX) se convierte a su estado reducido, que se denota como GO (red) (por ejemplo, «enzima reducida») . A continuación, la enzima reducida GO (red) se vuelve a oxidar a GO (ox) por medio de reacción con Fe (CN) 63- (denominado mediador oxidado o ferricianida) como se ilustra en la Ecuación 2. Durante la regeneración de GO (red) de vuelta a su estado oxidado, GO (ox) , Fe (CN) 63-se reduce a Fe (CN) 64- (denominado mediador reducido o ferrocianida) .

Cuando las reacciones establecidas antes se llevan a cabo con una tensión de test aplicada entre dos electrodos, podría crearse una corriente de test por la re-oxidación electromecánica del mediador reducido en la superficie del electrodo. Así, en un ambiente ideal, la cantidad de ferrocianida creada durante la reacción química descrita antes es directamente proporcional a la cantidad de glucosa de la muestra posicionada entre los electrodos y la corriente de test generada sería proporcional al contenido de glucosa de la muestra. Un mediador, como ferricianida, es un compuesto que acepta electrones a partir de una enzima como oxidasa de glucosa y a continuación dona los electrones a un electrodo. Al aumentar la concentración de glucosa de la muestra, la cantidad de mediador reducido que se forma también aumenta; de esa forma, existe una relación directa entre la corriente del test, como resultado de la re-oxidación del mediador reducido y la concentración de glucosa. En concreto, la transferencia de electrones a través de la interfaz eléctrica tiene como resultado el flujo de una corriente de test (2 moles de electrones para cada mol de glucosa que se oxida) . La corriente de test resultante de la introducción de glucosa podría, por lo tanto, denominarse corriente de glucosa.

Debido a que puede ser muy importante conocer la concentración de glucosa en sangre, especialmente en personas con diabetes, se han desarrollado marcadores de test usando los principios anteriormente establecidos para permitir que una persona media pueda tomar muestras y hacer una prueba de su sangre para determinar su nivel de glucosa en cualquier momento. Los marcadores de test detectan la corriente de glucosa y los convierte a una lectura de concentración de glucosa usando un algoritmo que relaciona la corriente de test a una concentración de glucosa por medio de una fórmula matemática simple. En general, el marcador de test trabaja en conjunto con una tira de test desechable que incluye una cámara que recibe la muestra y por lo menos dos electrodos dispuestos en el interior de la cámara de recepción de la muestra además de la enzima (por ejemplo, oxidasa de glucosa) y el mediador (por ejemplo, ferricianida) . El usuario se pincha el dedo u otro lugar adecuado para inducir el sangrado e introduce una muestra de sangre a la cámara de recepción de muestras, iniciando la reacción química establecida antes.

En términos electroquímicos, la función del marcador es doble. En primer lugar, proporciona una tensión de polarización (aproximadamente 400 mV en el caso de OneTouch® Ultra®) que polariza la interfaz eléctrica y permite el flujo de corriente en la superficie del electrodo que funciona por carbono. En segundo lugar, mide la corriente que fluye en el circuito externo entre el ánodo (electrodo activo) y el cátodo (electrodo de referencia) . El marcador de test podría, por lo tanto, considerarse un simple sistema electromecánico que funciona en un modo de dos electrodos aunque, en la práctica, el tercer y cuarto electrodo podría usarse para facilitar la medición de glucosa y/o llevar a cabo otras funciones en el marcador de test.

En la mayor parte de las situaciones, la ecuación establecida antes se considera una aproximación suficiente de la reacción química que tiene lugar en la tira de test y el marcador de test produciendo una representación lo suficientemente exacta del contenido de glucosa de la muestra de sangre. De todas formas, en ciertas circunstancias y para determinados propósitos, podría ser positivo mejorar la exactitud de la medición. Por

ejemplo, las muestras de sangre que tienen un nivel alto de hematocrito o nivel bajo de hematocrito podrían provocar que una medición de glucosa sea inexacta.

Un nivel de hematocrito representa un porcentaje del volumen ocupado por los glóbulos rojos. En general, una muestra de hematocrito alto en sangre es más viscosa (hasta aproximadamente 10 centipoise a 70 % de hematocrito que una muestra con hematocrito bajo (aproximadamente 3 centipoise a 20 % de hematocrito) . Además, una muestra de sangre con hematocrito alto tiene un contenido de oxígeno más alto que la sangre con hematocrito bajo debido al aumento concomitante de hemoglobina, que es un portador para el oxígeno. Así, el nivel de hematocrito puede influir tanto el contenido de viscosidad como de oxígeno. Como se describirá más adelante, tanto el contenido de viscosidad como de oxígeno podrían modificar la magnitud de la corriente de glucosa y a su vez provocar que la concentración de glucosa sea inexacta.

Una muestra de alto nivel de viscosidad (por ejemplo, muestra de sangre con hematocrito alto) puede provocar que la corriente de test disminuya por varios factores, como una disminución en 1) la tasa de disolución de la enzima y/o mediador, 2) la tasa de reacción de la enzima y 3) la difusión de un mediador reducido hacia el electrodo de trabajo. Una disminución de la corriente que no se basa en una disminución de la concentración de la glucosa podría provocar que se mida una concentración de glucosa inexacta.

Una tasa de disolución más lenta de la capa de reactivo puede ralentizar la reacción enzimática de la forma que se ilustra en las Ecuaciones 1 y 2 porque la enzima oxidada GO (ox) debe disolverse antes de poder reaccionar con la glucosa. De forma similar, la ferricianida (Fe (CN) 63-) debe disolverse antes de poder reaccionar con la enzima reducida GO (red) . Si la enzima GO (ox) oxidada no disuelta no puede oxidar la glucosa, entonces la enzima reducida GO (red) no puede producir el mediador reducido Fe (CN) 64-necesario para generar la corriente del test.

Además, la enzima oxidada GO (ox) reaccionará con glucosa y el medidor oxidado Fe (CN) 53-más lentamente si está en una muestra de alta viscosidad en oposición a una muestra de baja viscosidad. La tasa de reacción más lenta con muestras de alta viscosidad se adscribe a una disminución general de la difusión de la masa. Tanto la enzima oxidada GO (ox) como la glucosa deben colisionar e interactuar entre sí para que la reacción se produzca, tal y como se ilustra en la Ecuación 1. La capacidad de la enzima oxidada GO (ox) y la glucosa de colisionar e interaccionar entre sí se ralentiza cuando se encuentran en una muestra viscosa.

Además, el mediador reducido Fe (CN) 64-se difundirá al electrodo de trabajo más lentamente cuando se disuelva en una muestra de alto nivel de viscosidad. Debido a que la corriente de test normalmente se ve limitada por la difusión del mediador reducido Fe (CN) 64-al electrodo de trabajo, una muestra de alto nivel de viscosidad también atenuaría la corriente de test. En resumen, hay varios factores que provocarían que la corriente de test disminuyese cuando la muestra tenga un aumento de la viscosidad.

Un alto contenido de oxígeno podría también provocar una disminución de la corriente de test. La enzima reducida (GO (red)... [Seguir leyendo]

1. Un método para determinar una concentración de glucosa usando una tira de test que tenga un electrodo de trabajo y un electrodo de referencia, el método incluye:

aplicar una tensión de test entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia; medir una pluralidad de corrientes de test cuando se aplique a la tira de test una muestra de sangre que contenga glucosa; calcular un valor de correlación de glucosa (Y) usando una ecuación que es

donde tF1 es un punto de inicio de un primer intervalo de tiempo predeterminado, tL1 es un punto de fin de un primer intervalo de tiempo predeterminado, tF2 es un punto de inicio de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, tL2 es un punto de fin de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, I (t) es una corriente como función del hematocrito h, glucosa G y tiempo t, q (t) es una función de corrección del tiempo t, donde los puntos temporales de inicio y de fin de los intervalos de tiempo se determinan y optimizan para reducir los efectos del hematocrito; y calcular la concentración de glucosa en base al valor de correlación de glucosa (Y) .

2. El método de la Reivindicación 1, donde:

q (t) sea igual a un primer factor de corrección entre tF1 y tL1; y q (t) sea igual a un segundo factor de corrección entre tF2 y tL2;

3. El método de la Reivindicación 2, donde el segundo factor de corrección incluya aproximadamente lo mismo que el primer factor de corrección multiplicado por -1.

4. El método de la Reivindicación 1, donde q (t) es +1 para el primer intervalo de tiempo predeterminado y -1 para el segundo intervalo de tiempo predeterminado.

5. Un método para determinar una concentración de glucosa usando una tira de test que tenga un electrodo de trabajo y un electrodo de referencia, el método incluye:

Aplicar una tensión de test entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia; Medir una pluraidad de corrientes de test durante un intervalo de tiempo de test tras aplicar una muestra de sangre que contenga glucosa a la tira de test; Calcular un valor de correlación de glucosa (Y) usando una ecuación que es:

donde tF1 es un punto de inicio de un primer intervalo de tiempo predeterminado, tL1 es un punto de fin de un primer intervalo predeterminado de tiempo, tF2 es un punto de inicio de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, tL2 es un punto de fin de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, I (t) es una corriente como función de un hematocrito h, glucosa G y tiempo t, q (t) es una función de corrección del tiempo t, donde los puntos temporales de inicio y de fin de los intervalos de tiempo se condicionan y optimizan para reducir los efectos del hematocrito; y calcular de la concentración de glucosa en base al valor de correlación de la glucosa (Y) .

6. El método de la Reivindicación 5, donde el método también incluya el paso de calcular el punto de fin y el punto de inicio del primer intervalo de tiempo predeterminado, el segundo intervalo de tiempo predeterminado y el tercer intervalo de tiempo predeterminado (tF1, tL1, tF2, tL2, tF3 y tL3) usando una función de minimización del error S, donde la función de minimización del error S se basa en una función de sensibilidad del entorno a (t) , función de sensibilidad de la glucosa b (t) y función de sensibilidad del hematocrito c (t) .

7. El método de la reivindicación 6, donde la función de minimización del error S es

8. El método de la Reivindicación 5, donde una suma de la duración del primer intervalo de tiempo predeterminado y del tercer intervalo de tiempo predeterminado no es igual al segundo intervalo de tiempo predeterminado.

9. El método de la Reivindicación 5, donde una suma de la duración del primer intervalo de tiempo predeterminado y del tercer intervalo de tiempo predeterminado es igual al segundo intervalo de tiempo predeterminado.

10. El método de la Reivindicación 5, donde el valor de correlación de glucosa (Y) se calcula durante el intervalo de tiempo del test, donde un microprocesador del marcador de test puede calcular la concentración de glucosa más rápidamente que si el marcador calcula el valor de correlación de glucosa (Y) tras el intervalo de tiempo del test.

11. El método de la Reivindicación 5 incluyendo además:

determinar un tiempo de pico máximo a partir del conjunto de corrientes de test;

determinar un punto de fin de un primer intervalo de tiempo predeterminado multiplicando el tiempo de pico máximo por un factor de calibración.

12. El método de la Reivindicación 11, donde el factor de calibración esté en un rango entre 0, 5 y aproximadamente menos de uno.

13. El método de la Reivindicación 5, que incluya también la impresión de la formulación en el electrodo de trabajo por medio de una pantalla que fije un grupo de hilos entrelazados, el grupo de hilos entrelazados define un conjunto de espacios rectangulares abiertos para permitir que la formulación los atraviese. El grupo de hilos entrelazados tiene un espaciado entre los hilos y un diámetro de los hilos, donde el espaciado entre hilos está en un rango entre aproximadamente 90 hilos por centímetro y aproximadamente 120 hilos por centímetro y el diámetro de los hilos podría estar en un rango entre aproximadamente 30 micrones y aproximadamente 50 micrones.

14. Un sistema para determinar una concentración de glucosa, que incluye:

un marcador de test y

una tira de test que incluye un electrodo de trabajo y un electrodo de referencia en el que la tira de test se configura de forma que esté insertado en el marcador de test de forma que el marcador de test aplique una tensión de test entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia y determina un grupo de corrientes de test durante un intervalo de tiempo tras la aplicación de una muestra de sangre que contenga glucosa a la tira de test para determinar una concentración de glucosa basa en un valor de correlación de la glucosa (Y) , donde el valor de correlación de la glucosa (Y) se define por una ecuación que es donde tF1 es un punto de inicio de un primer intervalo de tiempo predeterminado, tL1 es un punto de fin de un primer intervalo de tiempo predeterminado, tF2 es un punto de inicio de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, tL2 es un punto de fin de un segundo intervalo de tiempo predeterminado, tF3 es un punto de inicio de un tercer intervalo de tiempo predeterminado, tL3 es un punto de fin de un tercer intervalo de tiempo predeterminado, I (t) es una corriente como función del hematocrito h, glucosa G y tiempo t, q (t) es una función de corrección del tiempo t, donde el punto de inicio y de fin de los intervalos de tiempo se determinan y optimizan por el sistema para reducir los efectos del hematocrito.