Sensores de ensayo de múltiples regiones y potenciales, procedimientos, y sistemas.

Un sensor de ensayo (700) de analito, que comprende:

al menos dos sustratos que forman un depósito,

teniendo el depósito un área primaria (710) entre ocho regiones de análisis secundarias sustancialmente aisladas químicamente, donde no se produce sustancialmente mezcla difusiva o convectiva de reactivos entre las regiones de análisis secundarias durante el tiempo de los uno o más análisis;

cuatro electrodos de trabajo (841-844), incluyendo cada uno un primer conductor y una composición de reactivo dispuestos en regiones de análisis secundarias distintas, donde cada electrodo de trabajo (841-844) tiene al menos una composición de reactivo con un potencial redox diferente; y

cuatro contraelectrodos (731-734), incluyendo cada uno un segundo conductor y al menos una especie redox dispuestos en regiones de análisis secundarias distintas;

donde los primeros conductores de los electrodos de trabajo (841-844) están conectados eléctricamente, donde los segundos conductores de los contraelectrodos (731-734) no están conectados eléctricamente, son direccionables independientemente.

Sensores de ensayo de múltiples regiones y potenciales, procedimientos, y sistemas Antecedentes Los biosensores proporcionan un análisis de un fluido biológico, tal como sangre completa, suero, plasma, orina, saliva, fluido intersticial, o fluido intracelular. Por lo general, los biosensores tienen un dispositivo de medición que analiza una muestra que reside en un sensor de ensayo. La muestra está por lo general en forma líquida y además de ser un fluido biológico, puede ser un derivado de un fluido biológico, tal como un extracto, una dilución, un filtrado, o un precipitado reconstituido. El análisis realizado por el biosensor determina la presencia y/o la concentración de uno o más analitos, tales como alcohol, glucosa, ácido úrico, lactato, colesterol, bilirrubina, ácidos grasos libres, triglicéridos, proteínas, cetonas, fenilalanina o enzimas, en el fluido biológico. El análisis puede ser útil en el diagnóstico y el tratamiento de anomalías fisiológicas. Por ejemplo, un individuo diabético puede usar un biosensor para determinar el nivel de glucosa en sangre completa para los ajustes de la dieta y/o la medicación.

Numerosos biosensores analizan un analito individual y usan diversas técnicas para mejorar la exactitud y/o la precisión del análisis. La exactitud se puede expresar en términos de la desviación de la lectura de analito del sistema del sensor en comparación con una lectura de analito de referencia, representando los mayores valores de desviación una menor exactitud, mientras que la precisión se puede expresar en términos de la dispersión o varianza entre múltiples mediciones. Se puede usar información de calibración para mejorar la exactitud y/o la precisión del análisis y se puede leer a partir de un sensor de ensayo en el dispositivo de medición antes del análisis. El dispositivo de medición usa la información de calibración para ajustar el análisis del fluido biológico en respuesta a uno o más parámetros, tales como el tipo de fluido biológico, el analito o analitos particulares, y las variaciones de fabricación del sensor de ensayo. Los biosensores se pueden implementar usando dispositivos de medición de sobremesa, portátiles, y similares. Los dispositivos de medición portátiles pueden ser de mano y permitir la identificación y/o la cuantificación de un analito en una muestra. Algunos ejemplos de sistemas de medición portátiles incluyen los medidores Ascensia Breeze® y Elite® de Bayer HealthCare en Tarr y town, Nueva York, mientras que algunos ejemplos de sistemas de medición de sobremesa incluyen la Estación de Trabajo Electroquímica (Electrochemical Workstation) disponible en CH Instruments en Austin, Texas.

La entrada de señal eléctrica en el sensor de ensayo del dispositivo de medición puede ser un potencial o una corriente y puede ser constante, variable, o una combinación de los mismos, tal como cuando se aplica una señal de CA con una compensación de señal de CC. La señal de entrada se puede aplicar en forma de un pulso individual o en pulsos, secuencias, o ciclos múltiples. El analito o la especie medible experimenta una reacción redox cuando la señal de entrada se aplica a la muestra. La reacción redox genera una señal de salida que se pueden medir de forma constante o periódica durante una salida transitoria y/o de estado estacionario. A diferencia de la señal de salida transitoria que es cambiante, la salida de estado estacionario se observa cuando el cambio de una señal con respecto a su variable de entrada independiente (tiempo, etc.) es básicamente constante, tal como dentro de ± 10 o ± 5%.

Se pueden usar diversos procedimientos electroquímicos tales como colorimetría, amperimetría, voltimetría, o similares. A diferencia de la colorimetría, la amperimetría y la voltimetría miden generalmente la tasa a la que se oxida o reduce el analito para determinar la concentración de analito en la muestra. En la amperimetría, se aplica una señal eléctrica de potencial (tensión) constante a los conductores eléctricos del sensor de ensayo mientras que la señal de salida medida es una corriente. En la voltimetría, se aplica un potencial variable a una muestra de fluido biológico. También se pueden usar procedimientos de amperimetría con desconexión cíclica y voltimetría con desconexión cíclica que incluyen ciclos alternantes de excitación y relajación.

El "efecto de hematocrito" es un factor que puede reducir la exactitud y/o la precisión de un análisis realizado en una muestra de sangre completa. Además de agua, glucosa, proteínas, cetonas, y otras moléculas biológicas, las muestras de sangre completa contienen glóbulos rojos. El hematocrito es el volumen de muestra de sangre completa ocupado por glóbulos rojos con respecto al volumen total de la muestra de sangre completa y a menudo se expresa como un porcentaje. Cuanto mayor se desvía el porcentaje de hematocrito del % de hematocrito de la calibración del sistema para una muestra de sangre completa, mayor es la desviación (error) entre las lecturas de analito obtenidas a partir del biosensor. Por ejemplo, un sistema de biosensor convencional que tiene un conjunto de constantes de calibración (pendiente y ordenada en el origen para una muestra de sangre completa que contiene un hematocrito de un 40 %, por ejemplo) informará tres concentraciones de glucosa diferentes para muestras de sangre total que tienen concentraciones idénticas de glucosa, pero porcentajes de hematocrito de un 20 %, un 40 %, y un 60 %. De ese modo, incluso aunque las concentraciones de glucosa de la sangre completa sean las mismas, el sistema informará que la muestra de sangre completa con un hematocrito de un 20 % contiene más glucosa que la muestra de sangre completa con un hematocrito de un 40 %, y que la muestra de sangre completa con un hematocrito de un 60 % contiene menos glucosa que la muestra de sangre completa con un hematocrito de un 40 %. Dado que los biosensores convencionales se configuran generalmente para informar las concentraciones de glucosa suponiendo un contenido de hematocrito de un 40 % para la muestra de sangre completa, cualquier medición de glucosa realizada en una muestra de sangre que contiene un hematocrito menor o igual que un 40 % incluirá cierto error de desviación atribuible al efecto de hematocrito.

La desviación de hematocrito se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

Desviación de %Hct = 100 % x (Gm -Gref) /Gref, donde Gm y Gref son las lecturas de glucosa medida y de glucosa de referencia, respectivamente, para cualquier nivel de hematocrito. Cuanto mayor es el valor absoluto de la desviación de %Hct, mayor es el efecto de hematocrito.

Además del efecto de hematocrito, también pueden producirse inexactitudes de medición cuando la concentración de la especie medible no correlaciona con la concentración de analito. Por ejemplo, cuando el biosensor determina la concentración de un mediador reducido generado en respuesta a la oxidación de un analito, cualquier mediador reducido no generado por oxidación del analito conducirá a una indicación de que está presente más analito en la muestra del que es correcto debido al fondo del mediador.

Conociendo la señal de salida atribuible a los factores que no responden a la concentración del analito, se puede restar la parte falsa de la señal de salida. Los sistemas convencionales han intentado aislar las partes no responsivas de la señal de salida colocando múltiples parejas de electrodos de trabajo y contraelectrodos en un depósito de muestra común. Al modificar los reactivos usados para formar los electrodos, estos sistemas intentan separar las partes responsivas y no responsivas del analito mediante la sustracción de las dos señales de salida.

Por ejemplo, los sistemas de sensor convencionales pueden tener múltiples áreas de detección en una cámara de muestra indivisa, donde cada electrodo de trabajo se confronta con un electrodo de referencia. En otro aspecto, estos sistemas pueden tener un electrodo de referencia individual. Los sistemas de estos tipos pueden proporcionar un sistema de calibración del sensor en el ensayo con dos patrones conocidos o pueden proporcionar sistemas de electrodos distintos para la determinación de analito, interferencia, y hematocrito, por ejemplo. Una desventaja común de estos sistemas es la cámara de muestra individual, donde los sistemas de electrodo/áreas de detección adyacentes se pueden contaminar químicamente entre sí debido a la difusión y/o movimiento del líquido. Esta desventaja puede ser especialmente problemática cuando un sistema de reactivo requiere un tiempo de ensayo más prolongado que otro y/o cuando el sensor de ensayo se altera mecánicamente después del llenado con muestra.

Se conoce un biosensor... [Seguir leyendo]

1. Un sensor de ensayo (700) de analito, que comprende:

al menos dos sustratos que forman un depósito, teniendo el depósito un área primaria (710) entre ocho regiones de análisis secundarias sustancialmente aisladas químicamente, donde no se produce sustancialmente mezcla difusiva o convectiva de reactivos entre las regiones de análisis secundarias durante el tiempo de los uno o más análisis; cuatro electrodos de trabajo (841-844) , incluyendo cada uno un primer conductor y una composición de reactivo dispuestos en regiones de análisis secundarias distintas, donde cada electrodo de trabajo (841-844) tiene al menos una composición de reactivo con un potencial redox diferente; y cuatro contraelectrodos (731-734) , incluyendo cada uno un segundo conductor y al menos una especie redox dispuestos en regiones de análisis secundarias distintas; donde los primeros conductores de los electrodos de trabajo (841-844) están conectados eléctricamente, donde los segundos conductores de los contraelectrodos (731-734) no están conectados eléctricamente, son direccionables independientemente.

2. El sensor de ensayo de la reivindicación 1, donde el área primaria (710) separa esencialmente las regiones secundarias sustancialmente aisladas químicamente.

3. El sensor de ensayo de la reivindicación 2, donde las regiones de análisis secundarias están escalonadas en lados opuestos del área primaria (710) .

4. El sensor de ensayo de la reivindicación 3, donde las regiones de análisis secundarias se ramifican desde el área primaria (710) con un ángulo de 90°.

5. El sensor de ensayo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde cada región de análisis secundaria tiene un electrodo.

6. El sensor de ensayo de la reivindicación 2, donde los cuatro electrodos de trabajo (841-844) están dispuestos en regiones de análisis secundarias en un lado del área primaria (710) , y donde los cuatro contraelectrodos (731-734) están dispuestos en regiones de análisis secundarias en el otro lado del área primaria (710) .

7. El sensor de ensayo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, además caracterizado por otro conductor (790) conectado a uno de los contraelectrodos (731-734) y que se extiende en el área primaria (710) .

8. El sensor de ensayo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los contraelectrodos (731-734) están configurados para operar a potenciales diferentes separados por al menos 50 mV.

9. El sensor de ensayo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde las especies redox están seleccionadas entre el grupo que consiste en un metal frente a una molécula orgánica electroactiva y la identidad elemental de un metal.

10. El sensor de ensayo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la configuración de potencial diferente se proporciona mediante especies redox que tienen diferentes proporciones de los conjugados de un par redox.

11. El sensor de ensayo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, además caracterizado por al menos un electrodo de referencia (770) en el área primaria (710) .

12. El sensor de ensayo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la composición de reactivo incluye un sistema enzimático, un mediador, y un aglutinante; y donde cada contraelectrodo (731-734) consiste esencialmente en el segundo conductor, la al menos una especie redox, y un aglutinante.

13. El sensor de ensayo de la reivindicación 1, donde cada electrodo de trabajo (841-844) tiene dos o cuatro composiciones de reactivo que tienen potenciales redox diferentes.