ES2286209T3

ES2286209T3 - Determinacion de la adecuacion del volumen de muestra en biodetectores.

Info

Publication number: ES2286209T3
Application number: ES02258030T
Authority: ES
Inventors: Mahyar Z. Kermani; Maria Teodorczyk; Sherry X. Guo
Original assignee: LifeScan Inc
Current assignee: LifeScan Inc
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2007-12-01
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: DE60220288T2; EP1422523B1; ATE363069T1; DE60220288D1; EP1422523A1

Abstract

Un método para determinar el volumen de una muestra biológica que se ha transferido a y cómo dicha muestra se mantiene dentro de una célula de un biodetector electroquímico (2) que tiene al menos un par de electrodos espaciados (4, 8), que comprende: aplicar un voltaje alterno a la célula con la muestra contenida en su interior, teniendo el voltaje alterno una amplitud seleccionada y una frecuencia seleccionada para el biodetector; medir la corriente generada aplicando dicho voltaje alterno; determinar la capacitancia del biodetector a partir de dicha corriente medida; caracterizado por determinar el área superficial del biodetector en contacto con la muestra basado en dicha capacitancia determinada; y determinar el volumen de la muestra dentro del biodetector basado en dicha área superficial determinada.

Description

Determinación de la adecuación del volumen de muestra en biodetectores.

Campo de la invención

El campo de esta invención es la determinación electroquímica de analito en fluidos biológicos, particularmente la determinación electroquímica de la adecuación del volumen de la muestra de fluido biológico a ensayar para la concentración de analito.

Antecedentes de la invención

La determinación de la concentración de analito en fluidos biológicos, por ejemplo en sangre o productos derivados de la sangre tales como plasma, es de una importancia creciente para la sociedad actual. Dichos ensayos encuentran utilidad en diversas aplicaciones y ajustes, incluyendo ensayos de laboratorio clínico, ensayos domésticos, etc., donde los resultados de dichos ensayos juegan un papel fundamental en el diagnóstico y gestión de diversas patologías. Los analitos habituales de interés incluyen glucosa para la gestión de diabetes, colesterol para controlar afecciones cardiovasculares y similares. En respuesta a esta importancia creciente de la detección de la concentración de analito, se han desarrollado diversos protocolos para la detección de analito y dispositivos para uso clínico y casero.

Un tipo de método que se emplea para la detección de analitos es un método con base electroquímica. En dichos métodos, se pone una muestra líquida acuosa en una zona de reacción en una célula electroquímica constituida por al menos dos electrodos, es decir un contraelectrodo/electrodo de referencia y un electrodo de trabajo, donde los electrodos tienen una impedancia que los hace adecuados para la medida amperométrica. Se permite que el componente a analizar, es decir el analito, reaccione directamente con un electrodo, o directa o indirectamente con un agente rédox para formar una sustancia oxidable (o reducible) en una cantidad correspondiente a la concentración del analito. La cantidad de sustancia oxidable (o reducible) presente se estima después electroquímicamente y se relaciona con la cantidad de analito presente en la muestra inicial.

Habitualmente, la célula electroquímica está en forma de tira de ensayo desechable sobre la que se deposita la muestra biológica y que puede recibirse en un medidor mediante el cual se realiza la medida de la concentración de analito electroquímico. Los ejemplos de los sistemas de ensayo que emplean estos tipos de tiras de ensayo, denominados a menudo biodetectores y medidores pueden encontrarse en las Solicitudes de Patente de Estados Unidos 08/852.804, 09/314.251 y 09/068.828.

Con estos sistemas, la determinación de la concentración de un analito en una muestra biológica implica en primer lugar obtener una muestra biológica y poner esta mezcla en contacto con un área de reacción de la tira de ensayo de manera que la muestra biológica y más particularmente el analito de interés o derivado del mismo pueden reaccionar con el compuesto químico por ejemplo, el reactivo o reactivos de ensayo, asociados con el área de reacción. Para obtener una medida precisa del analito o analitos particulares de interés, debe aplicarse un volumen de muestra mínimo al área de reacción. Es habitual proporcionar una cantidad no adecuada de volumen de muestra, a menudo debido a un error del usuario o a la inexperiencia o mal juicio del paciente. Las medidas poco precisas pueden dar como resultado un mal diagnóstico o un tratamiento inapropiado, tal como la administración de una dosificación inapropiada de un fármaco, la no conformidad del paciente, etc. Esto puede dar como resultado consecuencias graves e incluso amenazantes para la vida para aquellos cuyas vidas dependen del control frecuente de un analito en su sangre, por ejemplo diabéticos.

Un enfoque para asegurar un volumen de muestra biológica adecuado es sobresaturar o usar un mayor volumen de fluido muestreado del necesario para llenar el área de reacción de la tira de ensayo. Una desventaja de usar un volumen innecesariamente grande de fluido muestreado, en particular una muestra de sangre, es la necesidad de extraer un mayor volumen de muestra de sangre del paciente. Esto requiere el uso de un volumen de muestra de sangre, que es suficientemente grande, pero que necesita el uso de una aguja de mayor diámetro y/o una penetración más profunda en la piel. Estos factores pueden aumentar la incomodidad y dolor sentido por el paciente, y pueden ser difíciles de conseguir para aquellos individuos cuya sangre capilar no se expresa fácilmente. Como este proceso de muestreo puede repetirse frecuentemente en un único día, para muchos diabéticos, por ejemplo, un aumento del dolor se convierte rápidamente en menos tolerable o totalmente intolerable.

Algunos biodetectores para la detección de analito se han desarrollado para proporcionar confirmación visual de la adecuación del volumen de muestra, sin embargo, esta característica no excluye el error potencial por parte del paciente para juzgar la adecuación del volumen de muestra, por ejemplo los diabéticos pueden experimentar un deterioro de visión. Otros ciertos biodetectores para la determinación de analito proporcionan medios independientes al usuario para determinar la adecuación del volumen de muestra. Los ejemplos de dichos biodetectores se describen en la Patentes de Estados Unidos Nº 5.628.890 y 5.650.062 y Publicación de Solicitud de Patente PCT Nº WO 99/32881 (Solicitud de Patente PCT Nº PCT/US98/27203). En particular, la publicación '881 describe un sistema de control de glucosa electroquímico que intenta determinar la adecuación de un volumen de muestra aplicada a un biodetector aplicando una señal de voltaje AC de bajo nivel (sin una compensación de voltaje CC) a una frecuencia conocida al biodetector y después medir tanto el componente real como el componente imaginario de la impedancia resultante. Estos valores de impedancia se comparan después con una tabla de consulta en la memoria del programa del microprocesador. La precisión de este método puede cuestionarse adicionalmente considerando que este sistema depende de los niveles de hematocrito en sangre y de variaciones de temperatura medioambiental.

Otra desventaja de la técnica descrita en la publicación '881 es que el ensayo de medida de analito debe abordarse si el volumen de muestra se determina que es inadecuado, es decir una situación "funciona-no funciona". Esto da como resultado la necesidad de tomar otra muestra del paciente que, como se ha mencionado anteriormente, no es conveniente y puede ser muy doloroso para el paciente, resultando probablemente en la disconformidad del paciente sobre su régimen de medicación. Adicionalmente, el ensayo debe repetirse dando como resultado tiras de ensayo residuales y aumentando el coste del procedimiento.

Por ello, continua habiendo interés en la identificación de nuevas técnicas para medir con precisión y exactitud la adecuación del volumen de la muestra usado para la determinación de la concentración del analito electroquímico. De particular interés sería el desarrollo de métodos que pueden determinar con gran precisión y exactitud la adecuación del volumen de muestra. Adicionalmente sería beneficioso desarrollar una técnica para determinar la precisión del volumen de muestra en la que una determinación de que un volumen de muestra es inadecuado no requiera abortar el ensayo de medida de concentración de analito. Idealmente, esta técnica compensaría un volumen de muestra menos que óptimo y proporcionaría una medida de concentración de analito precisa sin tener que proporcionar una nueva muestra o que realizar un nuevo ensayo.

La solicitud PCT WO0133216 describe un detector de pequeño volumen, y métodos de preparación, para determinar la concentración de un analito, tal como glucosa o lactato, en un fluido biológico, tal como sangre o suero, usando técnicas tales como colorimetría, amperometría y potenciometría. En una realización, el detector determina la concentración del analito descargando una cantidad de carga en la muestra, determinando el tiempo necesario para descargar la carga, y determinando la corriente usada para electrolizar una parte del analito usando la cantidad de carga y la cantidad de tiempo.

La patente US 4932243 describe un método para determinar el contenido de humedad de un material en el que el material se hace fluir continuamente a través de una región del detector, la temperatura espacial media del material se determina continuamente independientemente de la respuesta térmica dinámica del material. La pérdida y capacitancia del detector se determinan también continuamente, determinándose el contenido de humedad del material como respuesta a la temperatura espacial media y las determinaciones de pérdida y capacitancia independientemente de los cambios en la densidad de envasado del material según fluye continuamente a través de la región del detector.

La solicitud PCT WO9835225 describe un detector diseñado para determinar la cantidad y concentración de analito en una muestra que tiene un volumen de menos de aproximadamente 1 \mul. La cantidad de analito puede determinarse por colorimetría. Una técnica colorimétrica particular incluye la medida de la corriente entre el electrodo de trabajo y un contraelectrodo o electrodo de referencia en dos o más momentos. La carga que pasa por esta corriente hacia o desde el analito se correlaciona con la cantidad de analito en la muestra. Pueden usarse también otros métodos de detección electroquímica tales como técnicas amperométricas, voltamétrica y potenciométricas.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona métodos y sistema para medir el volumen de muestra biológica y determinar si dicho volumen es adecuado para producir una medida adecuada de al menos una característica seleccionada de la muestra biológica, tal como la concentración de un analito contenido en su interior. Ciertos de dichos métodos y sistemas proporcionan la función adicional de compensar el volumen de muestra determinado que es menor que el adecuado para proceder con un procedimiento de medida.

La presente invención se emplea con un biodetector, tal como una tira de ensayo electroquímica en la que se deposita un volumen de muestra de solución biológica, y un medidor configurado para recibir dicha tira de ensayo y para medir la concentración de analitos seleccionados dentro de la muestra biológica. La tira de ensayo electroquímica, como se describirá más ampliamente a continuación, incluye una célula electroquímica compuesta por electrodos opuestos entre los que se define una zona de reacción para recibir la muestra biológica, teniendo la zona de reacción un espesor y volumen definidos.

Cuando se aplica suficiente voltaje a la célula electroquímica, ocurre tanto la carga de doble capa como la reacción electroquímica. Como consecuencia, la carga fluye a los electrodos de una célula eléctrica. La interfaz electrodo-solución es análoga a la del capacitor. La proporción de esta carga al voltaje determina la capacitancia de la interfaz electrodo-solución. Como la carga total se debe a la carga de la doble capa y a la reacción electroquímica, dos componentes de capacitancia distintos C_{dl} y C_{s}, respectivamente contribuyen a la capacitancia total o equivalente de la célula (véase Bard, A.J. and Faulkner, L. R., Electrochemical Methods, 1980).

Los inventores han descubierto que la capacitancia equivalente de una célula electroquímica es el factor más relevante para determinar con precisión el volumen de muestra, ya que la capacitancia de célula equivalente es linealmente proporcional a la cantidad de área superficial de los electrodos de la célula en contacto con la muestra (el "área de célula cubierta"), y de esta manera es linealmente proporcional al volumen de la muestra dentro de la célula, es decir entre los electrodos. Los inventores han descubierto también que la resistencia equivalente de la célula electroquímica es adicionalmente pertinente para determinar con precisión el volumen de muestra, ya que la resistencia de célula equivalente es inversamente proporcional al área de célula cubierta y de esta manera es inversamente proporcional al volumen de muestra.

De esta manera, una característica de la presente invención es derivar dicha área de célula cubierta y el volumen de muestra correspondiente a partir de la capacitancia de célula equivalente o a partir de ambas capacitancia de célula equivalente y resistencia de célula equivalente.

Otra característica de la presente invención es controlar otros ciertos factores (por ejemplo, el espesor de la célula, la concentración de especies iónicas, etc.) que pueden interferir con la precisión de la medida de volumen de muestra de manera que el valor de la capacitancia de célula equivalente es independiente y no se ve afectado por la concentración de glucosa y niveles de hematocrito en sangre dentro de la muestra, la temperatura medioambiental, particularidades del donante de la sangre y otros componentes interferentes habituales de la sangre.

Otra característica más de la presente invención es proporcionar la función adicional de compensar por un volumen de muestra determinado que es menor que el adecuado para proceder con una medida de concentración de analito precisa.

En consecuencia, la presente invención proporciona métodos para determinar la adecuación del volumen de la muestra biológica a usar para determinar la concentración de uno o más analitos seleccionados dentro de la muestra del donante, que consigue estos objetivos y proporciona estas características.

En ciertas realizaciones de los presentes métodos, un voltaje de corriente alterna (voltaje AC) de baja amplitud y que tiene una frecuencia seleccionada se aplica a un biodetector que contiene la muestra biológica a ensayar, cargando de esta manera el biodetector. Opcionalmente, un voltaje de corriente continua (voltaje CC) puede aplicarse simultáneamente junto con el voltaje AC para aumentar la velocidad a la que se estabiliza la capacitancia del biodetector. La corriente alterna resultante generada a partir de dicha carga se mide entonces, y la capacitancia de célula equivalente del biodetector se determina después a partir de la corriente alterna resultante. La capacitancia de célula equivalente se usa después para determinar la cantidad de área superficial del biodetector en contacto con la solución de muestra, cuya área superficial se usa después para derivar el volumen de la muestra dentro del biodetector. Tras una determinación de que el volumen de muestra es adecuado para realizar una medida de concentración de analito precisa, dicha concentración de analito se mide. Por otro lado, si se determina que el volumen de muestra es inadecuado, los presentes métodos pueden incluir adicionalmente compensar dicho volumen de muestra inadecuado durante el proceso de medida de concentración de analito. La compensación de volumen inadecuado implica determinar el factor de compensación necesario que incluye, al menos en parte, determinar la proporción de capacitancia de célula equivalente del biodetector que contiene el volumen de muestra real a la capacitancia de célula del biodetector cuando todo su volumen disponible está lleno.

La presente invención incluye también sistemas para realizar los presentes métodos. Los presentes sistemas incluyen componentes electrónicos y/o circuitos que se pretende usar con y acoplar electrónicamente a un biodetector, por ejemplo una célula de medida electroquímica en forma, por ejemplo, de una tira de ensayo desechable, en la que se deposita la solución muestreada a ensayar o se extrae mediante una acción capilar. Más típicamente, dicho circuito electrónico se incorpora a un medidor u otro dispositivo automático configurado para recibir y engranarse operativamente con dicha célula electroquímica, por ejemplo una tira de ensayo desechable, y para medir una o más características físicas o químicas de una muestra biológica mantenida dentro de la célula electroquímica. Más típicamente, dichas características incluyen la concentración de uno o más analitos diana dentro de la muestra biológica. Dicho circuito electrónico puede comprender componentes electrónicos discretos, por ejemplo suministro de voltaje, y/o circuitos integrados que tienen elementos de circuito múltiple y/o dispositivos semiconductores, por ejemplo un microprocesador programado adecuadamente para ejecutar ciertas etapas o funciones de los presentes métodos basado en ciertas señales o entradas de datos recibidas desde la célula electroquímica.

En ciertas realizaciones, los sistemas de la presente invención incluyen dicho circuito electrónico y dicho dispositivo de medida automático o medidor, como se acaba de describir, en el que el circuito electrónico es completamente estructuralmente y funcionalmente integral con el dispositivo de medida automatizado.

Aunque los presentes métodos y sistemas pueden usarse para determinar el volumen de muestra de diferentes muestras biológicas tales como orina, lágrimas, saliva y similares, son particularmente adecuados para usar en la determinación del volumen de muestra de sangre o fracciones de sangre y similares. Adicionalmente, aunque los presentes sistemas y métodos para determinar el volumen de muestra en la preparación de la medida de diversas características físicas y químicas de la muestra, son particularmente útiles en la preparación de la medida de la concentración de analitos seleccionados dentro de la muestra.

Estos y otros objetos, ventajas y características de la invención resultarán evidentes para aquellas personas especialistas en la técnica tras leer los detalles de los métodos y sistemas de la presente invención que se describen más completamente a continuación.

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Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista despiezada de una tira de ensayo electroquímica convencional ejemplar para la determinación de la concentración de analito electroquímico, que puede usarse con la presente invención.

La Figura 2 es una ilustración esquemática de un circuito representativo de la impedancia de célula equivalente de la tira de ensayo de la Figura 2.

La Figura 3 es una ilustración de un diagrama de bloques de un sistema de la presente invención acoplado operativamente a un biodetector electroquímico para medir la capacitancia de célula equivalente del biodetector electroquímico cuando se aplica un voltaje al biodetector.

La Figura 4 es un gráfico que representa la relación del cambio en la capacitancia de célula equivalente (eje y) con el tiempo (eje x) de la célula electroquímica de la tira de ensayo de la Figura 1 cuando la célula está completamente llena y semi-llena, respectivamente, con una solución muestreada.

La Figura 5 es un gráfico que representa la relación del cambio en la resistencia equivalente (eje y) electroquímico con el tiempo (eje x) cuando la célula de la tira de ensayo de la Figura 1 está completamente llena y semi-llena, respectivamente, con una solución muestreada.

La Figura 6 es un histograma que representa la relación del cambio en la capacitancia de célula equivalente (eje x) de la célula electroquímica de la tira de ensayo de la Figura 1 a los 0,5 segundos después de la aplicación de la solución de muestra a la tira de ensayo (eje y), cuando la célula está completamente llena y semi-llena, respectivamente, con una solución muestreada.

La Figura 7 es un gráfico que representa la proporción de la capacitancia de célula equivalente y la resistencia de célula equivalente (eje y) con el tiempo (eje x) cuando la célula electroquímica de la tira de ensayo de la Figura 1 está completamente llena y semi-llena, respectivamente, con una solución muestreada.

La Figura 8 es un diagrama de dispersión de la proporción de capacitancia de célula equivalente y la resistencia de célula equivalente (eje y) frente a la capacitancia de célula equivalente (eje x) medida a los 0,5 segundos después de la aplicación de la muestra cuando la célula electroquímica está completamente llena y semi-llena, respectivamente, con solución muestreada.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La presente invención proporciona sistemas y métodos para determinar el volumen de una muestra biológica para propósitos de medida de una característica seleccionada de la muestra por ejemplo concentración de analito y determina si dicho volumen es adecuado para producir una medida precisa de dicha característica seleccionada. Ciertos de dichos sistemas y métodos proporcionan la función adicional de compensar dicho volumen de muestra determinado que sea menor que el adecuado para proporcionar una medida precisa de dicha característica.

Antes de que la presente invención se describa con mayor detalle, debe entenderse que esta invención no está limitada a las realizaciones particulares descritas, ya que estas pueden variar, por supuesto. Debe entenderse también que la terminología usada en este documento es con propósito de descripción únicamente de las realizaciones particulares, y no pretenden limitar, ya que el alcance de la presente invención estará limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Cuando se proporciona un intervalo de valores, se entiende que cada valor intermedio, hasta la décima de la unidad del límite inferior a menos que el contexto claramente dicte otra cosa, entre el límite superior y el inferior de este intervalo y cualquier otro valor indicado o intermedio en este intervalo indicado está incluido dentro de la invención. Los límites superior e inferior de estos intervalos más pequeños pueden incluirse independientemente en intervalos más pequeños incluidos también dentro de la invención, sometido a cualquier límite excluido específicamente en el intervalo indicado. Cuando el intervalo indicado incluye uno o ambos de los límites, los intervalos que incluyen cualquiera o ambos de aquellos límites incluidos se incluyen también en la invención.

A menos que se defina de otra manera, todos los térmicos técnicos y científicos usados en este documento tienen el mismo significado que el entendido habitualmente por un especialista en la técnica a la que pertenece esta invención. Aunque cualquier método y material similar o equivalente a los descritos en este documento puede usarse también en la práctica o ensayo de la presente invención, en este documento se describe un número limitado de métodos ejemplares y materiales.

Debe observarse que, como se usa en este documento y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "uno" y "el", "la" incluyen los referentes plurales a menos que el contexto claramente dicte otra cosa.

Todas las publicaciones mencionadas en este documento se incorporan al mismo como referencia para describir y mostrar los métodos y/o materiales relacionados con las publicaciones que se citan. Las publicaciones analizadas en este documento se proporcionan únicamente para su descripción anterior a la fecha de presentación de la presente solicitud. Nada en este documento debe entenderse como una admisión de que la presente invención no está titulada para anticiparse a la fecha de dicha publicación en virtud de la invención anterior. Adicionalmente, las fechas de publicación proporcionadas pueden diferir de las fechas de publicación reales, lo que es necesario confirmar independientemente.

Definiciones

El término "doble capa" como se usa en este documento se refiere a toda la serie de especies cargadas y dipolos orientados existentes en la interfaz entre una superficie del electrodo y una solución, por ejemplo una muestra de una solución biológica en contacto con la superficie del electrodo cuando se aplica un voltaje al electrodo.

La expresión "capacitancia de doble capa", C_{d1}, como se usa en este documento significa la capacitancia contribuida por la carga de la doble capa de la interfaz electrodo-solución.

La expresión "capacitancia faradaica" C_{s}, como se usa en este documento se refiere al componente de pseudocapacitancia debido al proceso de reacción electroquímica que ocurre sobre la superficie del electrodo.

La expresión "corriente faradaica" iF, como se usa en este documento significa la corriente o transferencia de electrones que ocurren en la superficie de un electrodo a la que se ha aplicado voltaje. La expresión "capacitancia de célula equivalente" C, cuando se usa en este documento en referencia a una célula electroquímica significa la capacitancia equivalente total a través de la célula electroquímica, que resulta cuando se ha aplicado un voltaje a la célula electroquímica. La capacitancia de célula equivalente está dominada por la capacitancia de doble capa y la capacitancia faradaica.

La expresión "resistencia de célula equivalente" R, como se usa en este documento en referencia a una célula electroquímica significa la resistencia equivalente total a través de la célula electroquímica, que resulta cuando se ha aplicado un voltaje a la célula electroquímica.

La "impedancia de célula equivalente" Z, como se usa de forma intercambiable en este documento en referencia a un circuito o componente electrónico, por ejemplo una célula electroquímica, significa la impedancia total del circuito incluyendo, aunque no necesariamente limitado, la combinación de la capacitancia de célula equivalente y la resistencia de célula equivalente, que da como resultado un voltaje que se ha aplicado a la célula electroquímica.

La expresión "corriente faradaica" iF, como se usa en este documento, significa la corriente resultante de la transferencia de electrones entre el componente de muestra de la superficie de un electrodo como resultado de la reacción electroquímica cuando se ha aplicado un voltaje.

Los términos "derivar", "determinar" y "calcular" y similares y sus derivados respectivos se usan de forma intercambiable en este documento.

La presente invención se describirá ahora en detalle. Describiendo adicionalmente la presente invención se describirán en primer lugar biodetectores electroquímicos ejemplares, que pueden utilizarse con los sistemas y que pueden emplearse mediante los métodos de la presente invención, seguido de una descripción detallada de los presentes métodos y sistemas, así como una descripción de los presentes kits que incluyen los presentes sistemas para usar en la práctica de dichos métodos.

Biodetectores Electroquímicos

Como se ha resumido anteriormente, la invención proporciona métodos y sistemas para medir el volumen de una muestra de material biológico usado para la medida de la concentración de analito y determinar si dicho volumen es adecuado para producir una medida de concentración de analito precisa. Estos métodos y sistemas se usan con un biodetector, más particularmente un biodetector basado en célula electroquímica, en el que el material biológico muestreado se deposita o transfiere. Hay diversos diseños de biodetectores basados en célula electroquímica. El más común de estos diseños empleado en el campo del control de concentración de analito incluye configuraciones de tira de ensayo, tales como las descritas en la Patente de Estados Unidos Nº 6.193.873 y en las Solicitudes de Patente de Estados Unidos con Nº de Serie 09/497.304; 09/497.269; 09/736.788 y 09/746.116. Dichas tiras de ensayo se usan con medidores configurados para medidas electroquímicas tales como aquellos descritos en las referencias de patente identificadas anteriormente.

Los biodetectores electroquímicos distintos de las tiras de ensayo pueden ser adecuados para usar con la presente invención. Por ejemplo, la célula electroquímica puede tener una configuración cilíndrica en la que un electrodo central se sitúa coaxialmente dentro de un segundo electrodo tubular. Dichas configuraciones de célula electroquímica pueden estar en forma de microagujas y, como tales, pueden ser integrales dentro de la estructura de aguja para medidas in situ (típicamente bajo la superficie de la piel) o de otra manera en comunicación física o fluida con una estructura de microaguja. Los ejemplos de dicha microaguja se describen en las Solicitudes de Patente de Estados Unidos en trámite junto con la presente con Nº de Serie 09/878.742 y 09/879.106 presentadas el 12 de junio de 2001. Para los propósitos de esta descripción, los presentes dispositivos se describirán usando células electroquímicas en configuraciones de tira de ensayo; sin embargo, aquellos especialistas en la técnica entenderán que los presentes dispositivos pueden usarse con cualquier configuración de célula electroquímica adecuada incluyendo configuraciones de microaguja.

El tipo de medida electroquímica que se realiza puede variar dependiendo de la naturaleza particular del ensayo y el medidor con el que se emplea la tira de ensayo electroquímica, por ejemplo, dependiendo de si el ensayo es colorimétrico, amperométrico o potenciométrico. La célula electroquímica medirá la carga en un ensayo colorimétrico. La corriente en un ensayo amperométrico y el potencial en un ensayo potenciométrico. Para los propósitos de esta descripción, la presente invención se describirá en el contexto de los ensayos amperométricos; sin embargo, los presentes dispositivos pueden emplearse con cualquier tipo de ensayo y medida electroquímica.

En general, en cualquier configuración, una célula electroquímica incluye al menos dos electrodos separados en una disposición enfrentados o en una disposición lado a lado en el mismo plano. En la primera disposición, los electrodos están separados por una capa espaciadora fina, que define un área o zona de reacción, o una cámara en la que una muestra biológica se deposita o se transfiere para medir la concentración de analito. En la configuración lado a lado, los electrodos están en una cámara con un espesor y volumen definidos. Están presentes en el área o cámara de reacción, es decir, recubiertos sobre uno o más de las superficies enfrentadas de los electrodos, uno o más agentes rédox seleccionados para que reaccionen químicamente con el analito o analitos diana. Dichos reactivos rédox típicamente comprenden al menos una enzima y un mediador.

Una representación de una tira de ensayo electroquímica convencional 2 adecuada para usar con la presente invención se proporciona en la vista despiezada de la Figura 1. La tira de ensayo 2 está constituida por dos electrodos 4, 8 separados por una capa espaciadora 12 que tiene una sección de corte que define la zona o área de reacción 14. En general, los electrodos 4, 8 están configurados en forma de tiras rectangulares alargadas teniendo cada una una longitud en el intervalo de aproximadamente 2 a 6 cm, normalmente de aproximadamente 3 a 4 cm, teniendo una anchura en el intervalo de aproximadamente 0,3 a 1,0 cm, normalmente de aproximadamente 0,5 a 0,7 cm, y que tienen un espesor en el intervalo de aproximadamente 0,2 a 1,2 mm, y normalmente y de 0,38 a 0,64 mm.

Las superficies de los electrodos 4, 8 que están orientadas hacia el área de reacción en la tira están formadas por un material conductor, preferiblemente un metal, donde los metales de interés incluyen paladio, oro, platino, iridio, óxido de estaño dopado con indio, acero inoxidable, carbono y similares. Las superficies exteriores 6, 10 de los electrodos 4, 8 están hechas de un soporte inerte o material de refuerzo. Puede usarse cualquier material de refuerzo inerte adecuado con los electrodos 4, 8 donde típicamente el material es un material rígido que es capaz de proporcionar soporte estructural al electrodo, y a su vez la tira de ensayo electroquímica en su conjunto. Dichos materiales adecuados incluyen plásticos, por ejemplo, PET, PETG, poliimida, policarbonato, poliestireno, silicona, cerámico, vidrio y similares. Los electrodos 4, y la tira de ensayo 2 pueden fabricarse usando cualquiera de las diversas técnicas de fabricación conocidas por los especialistas en la técnica pertinente.

Como se ha descrito anteriormente, una capa espaciadora fina 12 está situada o intercalada entre los electrodos 4, 8. El espesor de la capa espaciadora 12 generalmente varía de aproximadamente 1 a 500 \mum y normalmente de aproximadamente 50 a 150 \mum. La capa espaciadora 12 puede fabricarse a partir de cualquier material conveniente, donde los materiales adecuados representativos incluyen PET, PETG, poliimida, policarbonato y similares. Las superficies de la capa espaciadora 12 pueden estar tratadas para que sean adhesivas con los electrodos respectivos 4, 8 y de esta manera mantengan la estructura de la tira de ensayo electroquímica 2.

La capa espaciadora 12 se corta para proporcionar una zona o área de reacción 14 que tiene cualquier forma apropiada incluyendo áreas de reacción circulares, cuadradas, triangulares, rectangulares o con forma irregular. La parte superior e inferior de la zona de reacción 14 está definida por las superficies enfrentadas de los electrodos 4, 8 mientras que la capa espaciadora 12 define las paredes laterales del área de reacción 14. El volumen del área de reacción varía de al menos aproximadamente 0,1 a 10 \mul, normalmente de aproximadamente 0,2 a 5,0 \mul y más normalmente de aproximadamente 0,3 a 1,6 \mul.

Presente en el área de reacción 14 está un sistema de reactivo rédox, dicho sistema de reactivo proporciona las especies que son detectadas por el electrodo y por lo tanto se usa para derivar la concentración de analito en una muestra biológica. El sistema de reactivo rédox presente en el área de reacción típicamente incluye al menos una enzima o enzimas y un mediador. En muchas realizaciones, el miembro o miembros enzimáticos del sistema de reactivo rédox es una enzima o pluralidad de enzimas que funcionan en su conjunto para oxidar el analito de interés. En otras palabras, el componente enzimático del sistema de reactivo rédox está constituido por una única enzima oxidante de analito o un conjunto de dos o más enzimas que funcionan conjuntamente para oxidar el analito de interés. Las enzimas típicas de interés incluyen oxidoreductasas, hidrolasas, transferasas y similares; sin embargo, la enzima específica presente en el área de reacción depende del analito particular para el que la tira de ensayo electroquímica está diseñada para detectar. Cuando el analito de interés es glucosa, por ejemplo, las enzimas adecuadas incluyen glucosa oxidasa, glucosa deshidrogenasa (basada en \beta-nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) o basada en ácido 4,5-Dihidro-4,5-dioxo-1H-pirrolo[2,3-f]quinolin-2,7,9-tricarboxílico (PQQ)). Cuando el analito es colesterol, las enzimas adecuadas incluyen colesterol esterasa y colesterol oxidasa. Para otros analitos, pueden usarse enzimas que incluyen aunque sin limitación lipoproteína lipasa, glicerol quinasa, glicerol-3-fosfato oxidasa, lactato oxidasa, lactato deshidrogenasa, piruvato oxidasa, alcohol oxidasa, bilirrubina oxidasa, uricasa y similares.

El segundo componente del sistema de reactivo rédox es un componente mediador, que está constituido por uno o más agentes mediadores. En la técnica se conocen diversos agentes mediadores diferentes e incluyen: ferricianuro, etosulfato de fenazina, metosulfato de fenazina, fenilendiamina, metosulfato de 1-metoxi-fenazina, 2,6-dimetil-1,4-benzoquinona, 2,5-dicloro-1,4-benzoquinona, derivados de ferroceno, complejos de osmio bipiridilo, complejos de rutenio y similares. Y aquellas realizaciones en las que la glucosa es el analito de interés y glucosa oxidasa o glucosa deshidrogenasa son los componentes enzimáticos, el mediador de interés particular es ferricianuro. Otros reactivos que pueden estar presentes en el área de reacción incluyen agentes de tamponación, por ejemplo, citraconato, citrato fosfato, tampones "Buenos" y similares.

El sistema de reactivo rédox está generalmente presente en forma seca. Las cantidades de los diversos componentes pueden variar, donde la cantidad de componente enzimático típicamente varía de aproximadamente el 0,1 al 20% en peso.

Métodos de la presente invención

Como se ha resumido anteriormente, la presente invención incluye métodos para determinar el volumen de muestra biológica depositado o transferido a una célula electroquímica que tiene una zona o cámara de reacción con un volumen definido y determinar si dicho volumen es adecuado para producir una medida de concentración de analito precisa. Como se ha mencionado anteriormente, una característica de los presentes métodos para determinar el volumen de muestra es la determinación de la capacitancia equivalente de la célula, así como la resistencia de célula equivalente. Como tal, los presentes métodos proporcionan una medida más precisa del volumen de muestra que el conseguido mediante la técnica anterior.

Otra característica de los presentes métodos para determinar la capacitancia celular equivalente y resistencia y volumen de muestra es hacer caso omiso de ciertas características o factores de la solución muestreada o condiciones ambientales que no tienen efecto sobre la determinación de la capacitancia equivalente y/o resistencia equivalente o están por otro lado estrictamente controladas para que no tengan ningún efecto. Dichos factores están controlados o son independientes de la capacitancia equivalente incluyen aunque sin limitación la concentración de especies iónicas, hematocrito en sangre, concentración de glucosa en sangre, temperatura medioambiental, el donante de sangre, e interferencia en el detector típicamente encontradas en sangre, espesor de la célula y envejecimiento del biodetector.

Para los propósitos de entender la descripción de los presentes métodos, un modelo simplificado de un circuito de impedancia 40 de la célula electroquímica de la tira de ensayo de la Figura 1 se proporciona en la Figura 2. El circuito de impedancia 40 es representativo de los factores de impedancia de la tira de ensayo cuando contiene una muestra de solución biológica y tiene un voltaje aplicado a la misma. Cuando ambos voltajes AC y CC se aplican a la célula, el circuito de impedancia 40 comprende una capacitancia de célula equivalente (C) 42, que incluyen las capacitancias de doble capa y faradaica, y la resistencia de célula equivalente (R) 46 de la célula electroquímica.

Antes de poner en práctica los presentes métodos, primero es necesario obtener la muestra biológica a medir y poner dicha muestra dentro de la célula de la tira de ensayo. La colocación de la muestra dentro de la tira de ensayo puede conseguirse en primer lugar insertando la tira de ensayo en el medidor de ensayo y después aplicando la muestra a la tira de ensayo ("dosificación en el medidor"), o aplicando en primer lugar la muestra a la tira de ensayo y después insertando la tira de ensayo en el medidor de ensayo ("dosificación fuera del medidor"). La última secuencia a menudo se prefiere en entornos hospitalarios ya que es más probable la contaminación cruzada dentro del medidor. El medidor de medida detecta entonces que la muestra biológica se ha introducido en la célula electroquímica (como se describe en la Patente de Estados Unidos Nº 6.193.873).

Una vez que dicha muestra se detecta, la primera etapa de los presentes métodos es aplicar un voltaje alternativo (V_{AC}) de baja amplitud al biodetector. La amplitud del voltaje AC aplicado se selecciona de manera que su aplicación no da como resultado una corriente faradaica (i_{F}), es decir, la transferencia de electrones que ocurre en la superficie del electrodo como resultado de la reacción electroquímica tras la aplicación de un voltaje al electrodo. Como tal, la amplitud del voltaje AC aplicado está en el intervalo de aproximadamente 2 a 100 mV rms, típicamente en el intervalo de aproximadamente 5 a 75 mV rms, y más típicamente de aproximadamente 50 mV rms. La frecuencia (f) del voltaje AC aplicado se selecciona también para que se maximice la proporción de señal a ruido (es decir, la proporción de la capacitancia de célula equivalente medida a la variabilidad en la capacitancia de célula equivalente medida) de la célula. Como tal, una frecuencia aceptable del voltaje AC aplicado está en el intervalo de aproximadamente 50 a 10.000 Hz, típicamente en el intervalo de aproximadamente 75 a 1.000 Hz, y más típicamente es de aproximadamente 100 Hz.

Opcionalmente, puede aplicarse un voltaje CC al biodetector, simultáneamente con el voltaje AC o fracciones de segundo antes de la aplicación del voltaje AC. Este voltaje CC generalmente está en el intervalo de aproximadamente 0 a 600 mV, típicamente de aproximadamente 200 a 500 mV y más típicamente de 300 a 400 mV. El componente de voltaje CC provoca que la capacitancia equivalente de célula electroquímica se estabilice más rápidamente de lo que lo haría con un voltaje AC solo. La rápida estabilización de la capacitancia de la célula permite una determinación del volumen de muestra antes de comenzar la medida de analito, minimizando de esta manera el tiempo de ensayo global.

Después de la aplicación de los voltajes AC y CC la corriente alterna (i_{AC}) generada a partir de la carga de la célula electroquímica se mide entonces. La capacitancia de célula equivalente del biodetector puede determinarse entonces a partir de la amplitud y la fase de la corriente alterna resultante.

Para que la capacitancia de célula equivalente dependa únicamente del área superficial de la célula en contacto con la muestra biológica, la distancia de separación de carga (d_{dl}) de la capacitancia de doble carga debe controlarse estrictamente de manera que sea constante durante la determinación del volumen de la solución de muestra. El espesor del capacitor de doble capa depende del voltaje aplicado, concentraciones de las especies cargadas en la solución. Para asegurar un espesor constante de la capa de separación de carga, y asegurar de esta manera una determinación precisa del área superficial de cada electrodo en contacto con la solución de muestra y una determinación precisa del volumen de muestra, la concentración iónica del agente rédox se controla estrictamente, mientras que la concentración iónica de la muestra se controla fisiológicamente en un intervalo muy estrecho.

Como se ha mencionado anteriormente, la resistencia equivalente de la célula electroquímica es adicionalmente pertinente para determinar con precisión el volumen de muestra. De esta manera, estableciendo que la resistencia de célula equivalente (R) es inversamente proporcional al área superficial de la célula cubierta por la muestra y que la capacitancia de célula equivalente (C) es linealmente proporcional al área de célula cubierta, como se representa mediante las siguientes relaciones:

R = \rhol/A y C \propto A

donde \rho es la resistividad de la célula electroquímica, l es la longitud del electrodo de la célula y A es el área superficial conductora de la célula, existe la siguiente relación:

C/R \propto A^{2}

De esta manera, la cantidad de área superficial de la célula recubierta por la muestra biológica puede determinarse mediante la proporción de la capacitancia de célula equivalente a la resistencia de célula equivalente. Teniendo en cuenta el efecto del volumen de muestra sobre dos componentes de impedancia (capacitancia y resistencia) de la célula en lugar de sólo uno de ellos (por ejemplo, capacitancia), se establece una relación que ofrece más sensibilidad en respuesta a las variaciones en la cantidad del área superficial de célula cubierta por una muestra biológica. Más específicamente, la proporción de la capacitancia de célula a resistencia de célula proporciona una relación cuadrática en lugar de una reacción lineal con respecto al área superficial de la célula cubierta por una muestra biológica, aumentando de esta manera la sensibilidad en el cambio o cambios medidos al área de célula cubierta. Por lo tanto, la determinación del área de célula cubierta de acuerdo con este método es más precisa que cuando únicamente se considera la capacitancia de célula equivalente.

Tras una determinación del área superficial del electrodo en contacto con o cubierto por la solución de muestra, el volumen (V_{s}) de la solución de muestra dentro del biodetector, es decir, dentro de la zona de reacción de la célula electroquímica, puede determinarse después de acuerdo con la siguiente ecuación:

V_{s} = A \cdot d

donde d es la distancia entre los electrodos de célula en una configuración de electrodo enfrentado o la profundidad de la célula en una configuración de electrodo de lado a lado.

Después se realiza una determinación de si el volumen de la muestra proporcionado a la tira de ensayo es adecuado para proceder con la medida de la concentración de analito. Dicha determinación se realiza comparando el volumen de muestra calculado con el volumen total de la célula electroquímica. Como se analiza con más detalle a continuación con respecto a los sistemas de la presente invención, ciertos parámetros incluyendo, aunque sin limitación, el valor del volumen total de célula, intervalo de temperatura de operación, inserción apropiada de la tira de ensayo en el medidor, entre otros datos (tanto estáticos como dinámicos) o parámetros relacionados con la célula particular, se almacenan en la memoria de un microprocesador, por ejemplo, después de calibrar el medidor y otros componentes relacionados de los presentes sistemas.

Si se determina que el volumen de muestra es adecuado, se realiza la medida de la característica deseada, por ejemplo, una concentración de analito, cuyos resultados pueden presentarse en una unidad de visualización, descrita con más detalle a continuación con respecto a los presentes sistemas. Por otro lado, si se determina que el volumen de muestra es inadecuado, es decir, demasiado bajo, para proporcionar una medida precisa, la unidad de visualización puede configurarse para presentar un icono de volumen bajo.

Como se ha analizado anteriormente, ciertas realizaciones de los presentes métodos incluyen la función adicional de compensar un volumen de solución de muestra inadecuado para hacer una medida precisa de la característica seleccionada, por ejemplo, la concentración del analito o analitos diana, sin tener que volver a realizar las etapas de muestreo y ensayo.

Se sabe en la técnica que la concentración de un analito seleccionado, tal como glucosa, de la muestra biológica dentro de la célula es proporcional a la corriente faradaica (IF) que pasa a través de la célula electroquímica cuando se aplica un voltaje CC, que la corriente de la célula es proporcional al área superficial de la célula cubierta por la solución de muestra. Como se ha mencionado anteriormente, los inventores han determinado que dicha área superficial es proporcional a la capacitancia equivalente de la célula. De esta manera, la concentración del analito seleccionado es proporcional a la capacitancia de célula equivalente. Determinando la capacitancia de célula equivalente cuando está presente una solución de muestra y conociendo la capacitancia de la célula cuando está completamente llena con una solución biológica (determinada por un proceso de calibrado), el factor de compensación (F_{cf}) necesario para compensar un bajo volumen de muestra y proporcionar una medida precisa de la concentración de analito puede determinarse de acuerdo con la siguiente ecuación:

F_{cf} = C_{f} / C_{pf}

donde C_{f} es la capacitancia equivalente de la célula electroquímica completamente llena y C_{pf} es la capacitancia equivalente de la célula electroquímica que contiene el volumen inadecuado de muestra biológica. La medida corregida de la concentración de analito (G) se realiza entonces con el factor de compensación (F_{cf}) apropiado de acuerdo con la siguiente ecuación:

G = F_{cf} \cdot G_{pf}

donde G_{pf} es la concentración de analito calculada a partir de la célula que contiene un volumen inadecuado de muestra biológica. Pudiendo compensar un volumen de muestra inadecuadamente bajo, los presentes métodos evitan malgastar tiras de ensayo, disminuyen los costes y reducen el tiempo necesario para realizar la medida de analito.

De esta manera, resumido de forma general de acuerdo con los principios y descubrimientos anteriores, ciertos métodos de la presente invención incluyen las etapas de aplicar un voltaje AC que tiene una amplitud seleccionada y una frecuencia seleccionada para el biodetector con o sin aplicar un voltaje CC al biodetector; medir la corriente AC generada por la aplicación del voltaje o voltajes; determinar la capacitancia o tanto la capacitancia como la resistencia del biodetector a partir de la corriente AC medida; determinar el área superficial de la parte del biodetector en contacto con la muestra basado en la capacitancia determinada o basado tanto en la capacitancia determinada como en la resistencia determinada; y después determinar el volumen de la muestra dentro del biodetector basado en el área superficial determinada.

Otros de dichos métodos incluyen adicionalmente la etapa de medir una o más características físicas o químicas de la muestra biológica, tales como la concentración de uno o más analitos seleccionados, basado en una determinación de que el volumen de muestra es adecuado. Otro de dichos métodos incluye compensar un volumen inadecuado de una muestra biológica mantenida dentro del biodetector electroquímico para medir al menos una característica de la muestra biológica para medir con precisión el valor de la característica. Dicho método de compensación incluye determinar el factor de compensación necesario para compensar un volumen inadecuado de muestra si éste se determina, y compensar posteriormente por el volumen inadecuado de muestra mientras se mide, por ejemplo, la concentración de un analito seleccionado presente dentro de la muestra. La etapa de determinar el factor de compensación necesario incluye determinar la proporción de la capacitancia equivalente del biodetector cuando está completamente lleno con la muestra a la capacitancia determinada equivalente del biodetector con el volumen inadecuado de muestra. Puede accederse al valor de la capacitancia equivalente del biodetector cuando está completamente lleno dentro de dicha muestra desde un medio de almacenamiento de memoria.

Sistemas de la presente invención

La presente invención proporciona también sistemas para la realización práctica de los presentes métodos descritos anteriormente. Descrito de forma general, dicho sistema puede incluir los siguientes componentes para realizar las etapas de los métodos de la presente invención descritos anteriormente: un suministro de voltaje configurado para aplicar un voltaje a la célula electroquímica, medios para medir una corriente generada por la célula cuando se aplica el voltaje a la célula, medios para derivar la capacitancia y/o resistencia de la célula a partir de la corriente medida; medios para derivar el área superficial de la célula cubierta por la muestra biológica a partir de la capacitancia y/o resistencia de la célula; y medios para derivar el volumen de la muestra biológica a partir del área superficial de la célula. Ciertos sistemas incluyen adicionalmente medios para determinar si el volumen de muestra es adecuado para realizar una medida precisa de una o más característica seleccionadas de la muestra biológica, incluyendo, aunque sin limitación, la concentración de uno o más analitos seleccionados dentro de la muestra biológica. Ciertos de estos sistemas incluyen adicionalmente medios para compensar un volumen inadecuado de muestra independientemente de la característica seleccionada de la muestra biológica.

La Figura 3 ilustra un diagrama de bloques de un sistema ejemplar 50 de la presente invención. El sistema 50 incluye componentes electrónicos y circuitos configurados para acoplarse electrónicamente a un biodetector 70, por ejemplo, una célula de medida electroquímica en forma de una tira de ensayo desechable como se ha descrito anteriormente con respecto a la Figura 1, en la que la solución biológica muestreada a ensayar se deposita o transfiere. Más en particular, el sistema 50 incluye un suministro de voltaje 52 para suministar los voltajes de entrada AC y DC requeridos al biodetector 70. El sistema 50 incluye adicionalmente un conversor de corriente a voltaje 54, un conversor de analógico a digital 56 y un microprocesador 58, que actúan colectivamente para recibir y procesar datos desde el biodetector 70. En particular, el conversor de corriente a voltaje 54 está acoplado de forma operativa a un terminal de salida del biodetector 70 para recibir la señal de corriente de salida desde el biodetector 70 cuando se aplica un voltaje suministrando el voltaje 52 y para convertir esta señal de corriente en un señal de voltaje correspondiente. Esta señal de voltaje correspondiente se proporciona después como una entrada al conversor de analógico a digital 56 que convierte la señal de voltaje analógica a un valor digital. Este valor de voltaje digital se proporciona después como una señal de entrada al microprocesador 54 que está programado para derivar y/o determinar los factores o parámetros de interés, por ejemplo, la capacitancia de célula equivalente, la resistencia de célula equivalente, el área superficial del biodetector en contacto con el biodetector, el volumen de la muestra biológica, el factor de compensación de volumen, etc.; y controlar la temporización de cada una de estas funciones. Como se ha mencionado anteriormente, el microprocesador 54 puede incluir un medio de almacenamiento de memoria para almacenar datos o información predeterminados, preseleccionados o calibrados tales como el volumen total de la célula electroquímica, parámetros de calibrado, intervalo de temperatura de operación, información sobre el tipo de muestra, información sobre la detección de muestra y similares que son necesarios o útiles para realizar las etapas y funciones de los presentes métodos. Aunque se ha descrito un microprocesador para los propósitos de almacenar y procesar datos de acuerdo con los principios de la presente invención, los especialistas en la técnica reconocerán que otros componentes electrónicos discretos pueden configurarse colectivamente para conseguir los objetivos de la presente invención.

El presente sistema puede incluir adicionalmente un dispositivo o unidad de visualización 60 para mostrar los datos empíricos o simbólicos seleccionados, información o salidas suministradas por el dispositivo de control o microprocesador. Dichos datos, información o salidas pueden incluir, aunque sin limitación, los valores medidos o derivados de señales de salida seleccionadas y factores de impedancia, tamaño del volumen de muestra, iconos indicadores de la adecuación/inadecuación del volumen, volumen inadecuado de los factores de compensación, concentraciones de los analitos de interés, iconos indicadores de muestra biológica frente a muestra de control, resultados del cali-
brado, etc.

En muchas realizaciones, las etapas de aplicación, medida, derivación, cálculo, compensación y presentación de la señal electroquímica, como se ha descrito anteriormente, se realizan automáticamente por los presentes sistemas diseñados para trabajar con la célula electroquímica. Como tal, el circuito electrónico de los presentes sistemas puede estar estructural y funcionalmente integrado en un u otro dispositivo automatizado configurado para recibir y engranarse operativamente con una célula electroquímica, por ejemplo, una tira de ensayo desechable, y para medir una o más características físicas o químicas de una muestra biológica mantenida dentro de la célula electroquímica. Más típicamente, dichas características incluyen la concentración de uno o más analitos diana dentro de la muestra biológica. Un medidor o dispositivo representativo para la realización práctica automática de algunas de estas o similares etapas y funciones, de manera que el usuario solo tiene que aplicar una muestra biológica a la zona de reacción de una célula electroquímica y después leer la concentración final de analito resultante del dispositivo, se describe adicionalmente en la Patente de Estados Unidos Nº 6.193.873 B1.

Los especialistas en la técnica pertinente entenderán que los presentes sistemas pueden usarse con sistemas de ensayo que no comprenden biodetectores del tipo descrito anteriormente. Dichos otros sistemas incluyen, por ejemplo, una célula electroquímica que tiene al menos dos electrodos y un sistema de reactivo rédox que tiene una concentración fijada de iones, en el que los electrodos están configurados para situarse dentro de una muestra biológica o entorno que tiene una concentración fijada de iones.

Ejemplos

Se han observado los siguientes resultados en relación con la presente invención. Las Figuras 4-8 ilustran la variación en los resultados experimentales de las medidas realizadas de tiras de ensayo que tienen un volumen de muestra adecuado (es decir, las tiras de ensayo que tienen zonas de reacción que están completamente llenas con solución de muestra o material) y de tiras de ensayo que tienen menos de un volumen de muestra adecuado (es decir, tiras de ensayo que tienen zonas de reacción semi-llenas con solución de muestra o material). Más particularmente, se realizaron medidas de la capacitancia equivalente de las células electroquímicas y la resistencia de la solución de muestra durante periodos de tiempo seleccionado durante los cuales se aplicaron los voltajes apropiado a las tiras de ensayo. Los siguientes resultados experimentales se ofrecen a modo de ilustración y no a modo de limitación. Los resultados ilustrados se recogieron dosificando a las tiras con 5 donantes de sangre diferentes, intervalo de glucosa de 40-600 mg/dl, hematocrito del 20% y 70%, a temperatura ambiente.

La Figura 4 ilustra una comparación del cambio en la capacitancia de célula equivalente (eje y) con el tiempo (eje x) de tiras de ensayo 130 completamente llenas con muestras de sangre y tiras de ensayo 132 semi-llenas con muestras de sangre. El gráfico muestra que las tiras de ensayo completamente llenas 130 produjeron una capacitancia de célula equivalente dos veces mayor que la capacitancia equivalente de las tiras de ensayo semi-llenas 132.

La Figura 5 ilustra una comparación en el cambio en la resistencia de célula equivalente (eje y) con el tiempo (eje x) en tiras de ensayo 136 completamente llenas con las muestras de sangre y tiras de ensayo 134 semi-llenas con las muestras de sangre. El gráfico muestra que el mayor volumen de muestra de sangre produjo una resistencia de célula equivalente de aproximadamente la mitad que la de las tiras de ensayo llenas con el menor volumen de muestra de sangre.

La Figura 6 ilustra histogramas de la capacitancia de célula equivalente (eje x) de tiras de ensayo 140 completamente llenas con muestras de sangre y tiras de ensayo 138 semi-llenas con muestras de sangre, en los que la capacitancia de célula equivalente se mide a los 0,5 segundos después de que la muestra de sangre se aplique a la tira de ensayo. El gráfico muestra que las tiras de ensayo completamente llenas 140 produjeron una capacitancia de célula equivalente dos veces mayor que la capacitancia equivalente de las tiras de ensayo semi-llenas 138 con una reproducibilidad muy buena.

La Figura 7 ilustra una comparación del cambio en la proporción de la capacitancia de célula equivalente a la resistencia de célula equivalente (C/R) (eje y) con el tiempo (eje x) de las tiras de ensayo 142 completamente llenas con muestras de sangre y tiras de ensayo 144 semi-llenas con muestras de sangre. El gráfico muestra que las tiras de ensayo completamente llenas 142 produjeron una C/R de aproximadamente cuatro veces mayor que la C/R de las tiras de ensayo semi-llenas 144.

La Figura 8 ilustra una comparación de un diagrama de dispersión de la proporción de la capacitancia de célula equivalente a la resistencia de célula equivalente (C/R) (eje y) frente a la capacitancia de célula equivalente (eje x) de tiras de ensayo 146 completamente llenas con muestras de sangre y tiras de ensayo 148 semi-llenas con muestras de sangre, en el que la capacitancia y la resistencia se miden a los 0,5 segundos después de la aplicación de la muestra de sangre a la tira de ensayo. El gráfico muestra que la C/R produjo más sensibilidad al volumen de muestra comparado con la capacitancia de célula equivalente C.

Kits

La presente invención proporciona también kits para usar en la realización práctica de los presentes métodos. Los kits de la presente invención incluyen un sistema que incluye el circuito electrónico, como se ha descrito anteriormente, o en forma de un medidor u otro instrumento automatizado, como se ha descrito anteriormente, para determinar si el volumen de muestra aplicado a una tira de ensayo es suficientemente adecuado para proporcionar una medida precisa de la concentración de analito a realizar. En otros ciertos kits, los presentes sistemas compensan también por dicho volumen inadecuado cuando se hace una medida de la concentración de analito. Los kits pueden incluir adicionalmente instrucciones para usar los presentes sistemas de acuerdo con los presentes métodos con una célula electroquímica, en forma de tira de ensayo o micro-aguja o similares, en la determinación del volumen de una solución muestreada o material mantenido dentro de la célula electroquímica. Estas instrucciones pueden estar presentes en uno o más de los envases, una etiqueta insertada, y similares.

Resulta evidente a partir de la descripción anterior que las características de los presentes métodos y sistemas superan la mayoría de las desventajas de las técnicas de la técnica anterior para determinar el volumen de una muestra biológica depositada sobre una tira de ensayo para el análisis electroquímico de la concentración de analito, y proporcionan ciertas ventajas que incluyen, aunque sin limitación, proporcionar un medio y técnica muy precisos para preparar dicha determinación del volumen de muestra y disminuir el tiempo necesario para realizar la medida de la concentración de analitos. Adicionalmente, dicha determinación del volumen de muestra no está sometida a variaciones de la concentración de glucosa en sangre, nivel de hematocrito en sangre, el donante de la sangre, la temperatura de ensayo y la concentración de las interferencias presentes a menudo en las muestras de sangre. Otras ventajas de la invención incluyen la capacidad para compensar un volumen inadecuado de muestra y proceder con la medida de la concentración de analito sin tener que abortar el procedimiento de ensayo, minimizando residuos y costes. Como tal, la presente invención representa una contribución significativa al campo de la determinación del volumen de muestras de fluidos biológicos y medida de la concentración de analito.

La presente invención se muestra y describe en este documento en lo que se considera que son las realizaciones más prácticas y preferidas. Se reconoce, sin embargo, que pueden producirse desviaciones de las mismas, que están dentro del alcance de la invención, y que a un especialista en la técnica se le ocurrirán modificaciones obvias tras leer esta descripción.

Claims

1. Un método para determinar el volumen de una muestra biológica que se ha transferido a y cómo dicha muestra se mantiene dentro de una célula de un biodetector electroquímico (2) que tiene al menos un par de electrodos espaciados (4, 8), que comprende:

aplicar un voltaje alterno a la célula con la muestra contenida en su interior, teniendo el voltaje alterno una amplitud seleccionada y una frecuencia seleccionada para el biodetector;

medir la corriente generada aplicando dicho voltaje alterno;

determinar la capacitancia del biodetector a partir de dicha corriente medida;

caracterizado por determinar el área superficial del biodetector en contacto con la muestra basado en dicha capacitancia determinada; y

determinar el volumen de la muestra dentro del biodetector basado en dicha área superficial determinada.

2. El método de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente determinar si dicho volumen de muestra es adecuado para medir una o más características seleccionadas de dicha muestra.

3. El método de la reivindicación 2 que comprende adicionalmente medir la concentración de uno o más analitos seleccionados presentes dentro de dicha muestra después de determinar si dicho volumen de muestra es adecuado.

4. El método de la reivindicación 2 que comprende adicionalmente medir la concentración de uno o más analitos seleccionados presentes dentro de dicha muestra después de determinar si dicho volumen de muestra es inadecuado, comprendiendo dicha medida:

determinar el factor de compensación necesario para compensar dicho volumen inadecuado para medir con precisión la concentración del al menos un analito; y

compensar dicho volumen inadecuado de muestra.

5. El método de la reivindicación 4 en el que determinar el factor de compensación necesario comprende determinar la proporción de la capacitancia del biodetector cuando está completamente lleno con dicha muestra a la capacitancia del biodetector con dicho volumen inadecuado de muestra.

6. El método de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente determinar la resistencia del biodetector a partir de dicha corriente medida.

7. El método de la reivindicación 6 que comprende adicionalmente determinar el área superficial del biodetector (2) en contacto con la muestra basado en dicha capacitancia determinada y dicha resistencia determinada.

8. El método de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente aplicar un voltaje de corriente continua a dicho biodetector (2).

9. El método de la reivindicación 8 en el que dicho voltaje de corriente continua y dicho voltaje de corriente alterna se aplican simultáneamente.

10. Un sistema para determinar el volumen de una muestra biológica que se ha transferido a y cómo dicha muestra es mantiene dentro de una célula electroquímica (2) que tiene un área superficial y un volumen y al menos un par de electrodos espaciados (4, 8), que comprende:

un suministro de voltaje configurado para aplicar un voltaje a dicha célula electroquímica;

un medio para medir una corriente generada por dicha célula cuando dicho voltaje se aplica a dicha célula;

un medio para derivar la capacitancia de dicha célula a partir de dicha corriente medida;

caracterizado por medios para derivar el área superficial de dicha célula que está cubierta por dicha muestra biológica cuando una muestra se mantiene dentro de dicha célula a partir de dicha capacitancia de célula; y

medios para derivar el volumen de dicha muestra biológica a partir de dicha área superficial de la célula.

11. El sistema de la reivindicación 10 que comprende adicionalmente medios para determinar si dicho volumen de muestra es adecuado para realizar una medida precisa de la concentración de uno o más analitos seleccionados dentro de dicha muestra biológica.

12. El sistema de la reivindicación 11 que comprende adicionalmente:

medios para medir la concentración de uno o más analitos seleccionados dentro de dicha muestra biológica; y

medios para compensar dicho volumen de muestra que se determina que es inadecuado mientras se mide la concentración de uno o más analitos seleccionados dentro de dicha muestra biológica.