專利名稱：使用兩個不同的施加的電位來降低電化學傳感器中的干擾的方法
^使用兩個不同的施加的電位 來降低電化學傳感器中的干擾的方法 本申請是申請號為200480039526.5、 申請曰為2004年10月29曰、同題專 利申請的分案申請。
背景技術：
電化學葡萄糖測試條，例如在得自LifeScan， Inc.的OneTouch lJltra 全血檢驗試劑盒中使用的那些電化學葡萄糖測試條是設計用來 測量糖尿病患者血樣中的葡萄糖濃度。葡萄糖的測量是基于黃素酶一 葡萄糖氧化酶對葡萄糖的特異性氧化。在此反應期間，該酶被還原了。 通過與介體鐵氰化物反應，該酶^L再氧化，而在該過程或反應期間， 鐵氰化物自身被還原。這些反應總結如下。
D-葡萄糖+Gox(ox)-葡糖酸+GOx(RED)
GOx(酬+ 2 Fe(CN),-> GOx(ox) + 2 Fe(CN) -
當4吏用在兩個電極之間施加的電位來進行上迷反應時，通過在電 極表面的還原介體離子(亞鐵氰化物)的電化學再氧化，可產生電流。 因此，由于在理想環境中，在上述化學反應期間產生的亞鐵氰化物的
量與置于兩個電極之間的樣本中葡萄糖的量成正比，所以產生的電流 將與樣本的葡萄糖含量成正比。氧化還原介體例如鐵氰化物是在氧化
還原酶例如葡萄糖氧化酶與電極之間交換電子的化合物。當樣本中的 葡萄糖濃度增加時，形成的還原介體的量也增加，因此，在由還原介 體的再氧化所生成的電流與葡萄糖濃度之間具有直接的關聯。特別是， 越過電界面的電子轉移導致電流的流動(2摩爾電子每摩爾被氧化的葡 萄糖)。因此，由于葡萄糖的引入而導致的電流稱為葡萄糖電流。
因為知道葡萄糖在血液中的濃度，特別是在糖尿病人的血液中的 濃度可能是非常重要的，所以已經開發出了使用上述原理以能夠在任 何時間從平常人中取樣，并且測量葡萄糖濃度的測量儀。通過測量儀 來監測產生的葡萄糖電流，并且使用預先設置的算法轉化成葡萄糖濃 度的讀數，所述算法通過簡單的數學公式將電流與葡萄糖濃度聯系起 來。 一般情況下，測量儀與一次性條帶協同工作，除了酶(葡萄糖氧
4化酶)和介體(鐵氛化物)以外，所述條帶包括樣本室和至少兩個置 于樣本室內的電極，在使用時，使用者豎起他們的手指或者其它方便 的部位來引起流血，并且把血樣引入樣本室，由此開始上述化學反應. 在電化學術語中，測量儀的功能是雙重的。首先，其提供極化電
壓(對于OneTouch Ultra*,大約是0.4V)，該極化電壓將電界面極 化，并且讓電流在碳工作電極表面流動.其次，它測量在陽極(工作 電極)與陰極(參比電極)之間的外電路中流動的電流。因此，測量 儀可以被視為簡單的電化學系統，該電化學系統以雙電極模式運轉， 實際中也可以使用笫3個、甚至是第4個電極，來幫助在測量儀中測 量葡萄糖和/或進行其它功能.
在大多數情況下，上面給出的公式被認為是對在測試條上進行的 化學反應的充分近似，并且測量儀的讀數是對血樣葡萄糖濃度的足夠 精確的表示.然而，在一些情況下以及對于一些目的，提高測量的精 確度是有利的。例如，在電極上測量的一部分電流是由于樣本中存在 的其它化學物質或化合物所產生的。當存在這樣的另外化學物質或化 合物時，它們可稱為干擾化合物，并且所導致的另外的電流可稱為干 擾電流。
電位干擾性化學物質(也就是在生理流體例如血液中發現的，在 電場存在下可產生干擾電流的化合物)包括抗壞血酸鹽、尿酸鹽和樸 熱息痛(TVlenolTM或Paracetamol).在用于測量生理流體中分析物 的濃度的電化學測重儀(例如葡萄糖測量儀)中，產生干擾電流的一 個機制涉及通過酶(例如葡萄糖氣化酶)的還原， 一種或多種干擾化 合物的氣化.在這樣的測量儀中，產生干擾電流的另一個機制涉及通 過介體(例如鐵氛化物)的還原， 一種或多種干擾化合物的氣化。在 這樣的測量儀中，產生干擾電流的另一個機制涉及在工作電極一種或 多種干擾化合物的氧化，因此，在工作電極測重的總電流是由于分析 物被氣化而產生的電流和由于千擾化合物被氣化而產生的電流的疊 加，千擾化合物的氣化可以是與酶、介體相互作用的結果或者可以在 工作電極直接發生.
一般情況下，電位千擾化合物可以在電極表面氣化和/或通過氣化 還原介體而被氧化.干擾化合物在葡萄糖測重系統中的氣化引起所測 量的氣化電流既與葡萄糖有關也與干擾化合物有關.因此，如果干擾
5化合物的濃度以與葡萄糖相同的效率氣化和/或干擾化合物濃度顯著高 于葡萄糖濃度，其可以影響測量的葡萄糖濃度.
分析物(例如葡萄糖)與千擾化合物的共氣化在以下情況下尤其
成問題干擾化合物的標準電位(即化合物被氣化時的電位)在大小 上與氣化還原介體的標準電位類似，導致由于在工作電極上干擾化合 物被氣化而產生的干擾電流占相當的比例.由于在工作電極上干擾化 合物的氣化而產生的電流可以稱為直接干擾電流。因此，降低直接干 擾電流對于分析物濃度測重的影響或將該影響最小化將是有利的。以 前降低或消除直接干擾電流的方法包括，設計能夠防止千擾化合物到 達工作電極，由此降低或消除由被消除的化合物產生的直接干擾電 流，
降低產生直接干擾電流的干擾化合物的影響的一個策略是將帶負 電荷的薄膜放置在工作電極的頂部，作為一個實例，可以將磺化氟代 聚合物例如NAFIONTM放置在工作電極上面，以排斥所有帶負電荷的 化學物質. 一般情況下，很多千擾化合物，包括抗壞血酸鹽和尿酸鹽 帶有負電荷，因此，當工作電極的表面被帶負電荷的薄膜度蓋時，這 些干擾化合物被排斥從而不被氣化，然而，由于某些干擾化合物例如 樸熱息痛不帶負電荷，并且從而可以通過帶負電荷的薄膜，所以使用 帶負電荷的薄膜將不能消除直接干擾電流.用帶負電荷的薄膜覆蓋工 作電極的另一個缺點是，常用的氣化還原介體例如鐵氛化物帶負電 荷，并且不能通過所述薄膜來與電極交換電子，在工作電極的上面使 用帶負電荷的薄膜還有一個缺點是，電位減慢了還原的介體擴散到工 作電極上，由此增加了測量時間.在工作電極的上面使用帶負電荷的 薄膜的再一個缺點是，增加了具有帶負電荷薄膜的測試條的生產復雜 性和成本.
可用于降低直接干擾電流的另一個策略是在工作電極頂部安放一 個尺寸選擇薄膜，作為一個實例，可以將100道爾頓尺寸排阻薄膜例 如乙酸纖維素薄膜放置在工作電板上，以排除分子量大于100道爾頓 的化合物，在這個實施方案中，將氣化還原酶例如葡萄糖氧化酶放置 在尺寸排阻薄膜上。在葡萄糖和氣存在下，葡萄糖氣化酶產生過氣化 氫，產生的過氣化氫的量與葡萄糖濃度成正比.應當注意，葡萄糖和 大部分氣化還原介體的分子量大于100道爾頓，并且因此不能通過尺寸選擇薄膜。然而，過氣化氫的分子量為34道爾頓，因此能夠通過 尺寸選擇薄膜， 一般情況下，大部分化合物的分子量大于100道爾頓， 因此被排阻從而不能在電極表面故氧化.因為某些干擾化合物具有較 小的分子重，因此能夠通過尺寸選擇薄膜，所以使用尺寸選擇薄膜將 不能消除直接干擾電流.在工作電極上面使用尺寸選擇薄膜的另一個 缺點，增加了具有尺寸選擇薄膜的測試條的生產復雜性和成本。
可用于降低直接干擾電流的影響的另一個策略是使用具有低氣化 還原電位的氣化還原介體，例如氣化還原電位為約-300mV至+100mV (vs飽和甘汞電極)的氧化還原介體。這使得能夠給工作電極施加較 低的電位，從而降低了干擾化合物被工作電極氣化的速度。具有較低 氧化還原電位的氣化還原介體的實例包括鋨聯吡啶絡合物、二茂鐵衍 生物和敏衍生物.然而，具有較>(氐氧化還原電位的氣化還原介體經常 難以合成，較不穂定以及比較不溶，
可用于降低干擾化合物的影響的另一個策略是，聯合使用偽電極 與工作電極.然后可將在偽電極測量的電流從在工作電極測量的電流 中減去，以補償千擾化合物的影響。如杲偽電極是棵露的(也就是沒 有被酶或介體覆蓋)，則在偽電極測量的電流將與直接干擾電流成正 比，并且將在偽電極測量的電流從在工作電極測量的電流中減去將降 低或消除在工作電極上干擾化合物的直接氣化的影響.如果偽電極用 氣化還原介體覆蓋，則在偽電極測量的電流將是直接干擾電流與由于 干擾化合物將氣化還原介體還原而導致的干擾電流的組合.周此，將 在用氣化還原介體覆蓋的偽電極測量的電流從在工作電極測量的電流 中減去將降低或消除干擾化合物的直接氣化的影響以及在工作電極上 由于干擾化合物將氧化還原介體還原而產生的干擾的影響，在某些情 況下，偽電極也可以用惰性蛋白或失活的氣化還原酶覆蓋，以模擬氣 化還原介體和酶對擴散的作用.因為測試條優選具有小的樣本室從而 使糖尿病患者無需給出大的血樣，所以相對于沒有使用額外電極來測 量分析物(例如葡萄糖)時的樣本室體積，包括使得樣本室體積增加 的額外電極可能是不利的。此外，可能難以使得在偽電極測量的電鴻 與在工作電極測量的干擾電流直接相關，最后，因為可以用與用來覆 蓋工作電極的材料(例如氣化還原介體和酶)不同的材料(例如氣化 還原介體)覆蓋偽電極，所以在多個工作電極系統中使用偽電極作為降低或消除干擾化合物影響的方法的測試條可能會增加測試條的生產 成本和復雜性.
使用多個工作電極來測量分析物，例如在OneTouch UHra^測量 系統中使用的系統的一些測試條設計是有利，這是因為使用了兩個工 作電極。在這樣的系統中，開發出降低或消除干擾化合物的影響的方 法將因此是有利的。更特別地，開發出在不使用偽電極、中間薄膜或
的影響的方法將是有利的，
發明概述
本發明涉及在分析物的測量中降低干擾化合物的影響的方法，更 具體來說，涉及在其中測試條使用兩個或多個工作電極的系統中降低 干擾化合物的影響的方法.在本發明的一個實施方案中，給第一個工 作電極施加第一個電位，給笫二個工作電極施加笫二個電位，所述第 二個電位的極性與第一個電位相同，但是其大小比第一個電位大。對 于使用還原電流來測量分析物濃度的實施方案，第二個電位的大小也 可能比第一個電位小。在一個實施方案中，第一個工作電極和第二個 工作電極可以用分析物特異性的酶試刑和氣化還原介體復蓋。選擇施 加給第一個工作電極的第一個電位，使得其足以以擴散限制方式將被 還原的氣化還原介體氣化，而選擇笫二個電位使其大小(即絕對值) 比笫一個電位大，從而使得在笫二個工作電極上發生效率更高的氧 化。在本發明的該實施方案中，在第一個工作電極測量的電流包括分 析物電流和千擾化合物電流，而在笫二個工作單位測量的電流包括分 析物超電位電流和干擾化合物超電位電流.應當注意，分析物電流和 分析物超電位電流二者是指與分析物濃度相對應的電流，并且該電流 是還原介體被氣化的結果.在本發明的一個實施方案中，在笫一個工 作電極的電流與在第二個工作電極的電流之間的關系可以通過以下公 式定義，
一^L 1 義-y
其中^是在第一個工作電極的分析物電流，W^是在笫一個工作電極
8測量的電流，^是在第二個工作電極測量的電流，AT是分析物依賴性 電壓效應因子，且F是干擾化合物依賴性電壓效應因子，在本發明方 法中使用上述公式，能夠降低由于存在干擾化合物而帶來的氧化電流 的影響，以及計算更能代表測試的樣本中分析物濃度的校正電流值。
在本發明的一個實施方案中，放置在測試條上的樣本中的葡萄糖 濃度可以如下所述進行計算將樣本放置在測試條上，所述測試條具 有笫一個工作電極和第二個工作電極以及參比電極，至少第一個工作 電極和第二個工作電極被化合物(例如酶和氣化還原介體)覆蓋，當 在第一個工作電極與參比電極之間以及第二個工作電極與參比電極之 間施加電位時，所述化合物適于促進葡萄糖的氧化以及電子從氣化的 葡萄糖轉移到第一個工作電極和第二個工作電極上。根據本發明，在 第一個工作電極與參比電極之間施加第一個電位，選擇第一個電位的
大小，使得能夠足以保證由于樣本中葡萄糖的氣化而產生的電流的大 小僅受到除施加電壓以外的因素(例如擴散)的限制.根據本發明， 在笫二個工作電極與參比電極之間施加笫二個電位，第二個電位的大 小比第一個電位大，并且在本發明的一個實施方案中，選擇笫二個電 位以增加在第二個工作電極上干擾化合物的氣化.在本發明的另一個 實施方案中，可使用以下公式來降低由于干擾化合物的存在而產生的 氧化電流對于用來計算樣本中葡萄糖濃度的電流的影響，特別是，可
使用計算的電流爿HT來推導出葡萄糖濃度，其中
其中月,c是葡萄糖電流，『7是在笫一個工作電極上測量的電流，W 是在第二個工作電極上測量的電流，」、是葡萄糖依賴性電壓效應因 子，且y是干擾化合物依賴性電壓效應因子。
附圖簡述
本發明的新特征尤其在權利要求書中給出.通過下面給出示例性 實施方案的詳細描述，可以更好地了解本發明的特征和優點，其中使
用了本發明的原理以及附圖
圖l是用于本發明的測試條實施方案的部件分解透視圖。
9圖2是用于本發明的測量儀和測試條的困解困， 圖3是表明施加的電壓與測玄的電流之間的依賴性的流體動力伏 安圖.
發明詳述
雖然本發明特別適于測量血液中的葡萄糖濃度，但是對于本領域 技術人員顯而易見的是，本發明中描述的方法可適于提高用于生理流 體中分析物的電化學測量的其它系統的選擇性.可適于使用本發明方 法來提髙選擇性的系統的實例包括用于測量生理流體中乳酸鹽、酒 精、膽固醇、氨基酸，膽堿和果糖胺的濃度的電化學傳感器.可含有 這樣的分析物的生理流體的實例包括血液、血漿、血清、尿和間隙液。 應當進一 步理解，雖然本發明方法是在其中所測量的電流是通過氣化 而產生的電化學系統中描述的，但是本發明同樣適用于其中所測量的 電流是通過還原而產生的系統.
本發明涉及提髙電化學測重系統的選擇性的方法，所迷方法特別 適用于血糖測量系統.更具體來說，本發明涉及通過部分或完全校正 直接干擾電流的影響來提高血糖測量系統的選擇性的方法.在這樣的 系統中，選擇性是該系統精確地測量生理流體樣本中葡萄糖濃度的能 力，所述生理流體包括一種或多種能產生干擾電流的化合物。因此， 選擇性的提高會降低由于存在干擾化合物(即氣化以產生干擾電流的 除葡萄糖以外的化合物)而在工作電極產生的電流，并且使得測量的 電流更能代表葡萄糖濃度，特別是，測量的電流可以是在生理流體中 通常發現的干擾化合物的氣化的功能，所述干擾化合物是例如樸熱息 痛(lykno，TM或Paracetamol),抗壞血酸、膽紅素、多巴胺、龍膽 酸、谷胱甘肽、左旋多巴、甲基多巴、妥拉磺脲、甲苯磺丁脲和尿酸.
化，或者通過在電極表面上氣化而被氣化.
在完全選擇性的系統中，將沒有通過任何干擾化合物產生的氣化 電流，并且全部氣化電流將是通過葡萄糖氣化而產生的.然而，如養 干擾化合物的氧化以及所產生的氣化電流不能避免，本發明描述了消 除干擾化合物的某些或全部影響的方法，這是通過定量確定由干擾化 合物產生的氣化電流占全部氣化電流的比例，并且將該電流重從全部 氣化電流中減去來實現的.特別是，在本發明方法中，使用包括笫一
10個工作電極和第二個工作電極的測試條，施加兩個不同電位，并且測
所占的氣化電流比例.
在本發明方法的一個實施方案中，所使用的測試條包括樣本室， 所述樣本室包含笫一個工作電極、笫二個工作電極和參比電極。第一 個工作電極、第二個工作電極和參比電極被葡萄糖氣化酶(酶)和鐵 氛化物(氣化還原介體)覆蓋.當把血樣(生理流體)被放置在樣本 室中時，葡萄糖氣化酶被血樣中的葡萄糖還原，產生葡糖酸.然后通 過鐵氛化物還原為亞鐵氛化物，葡糖酸被氣化，產生了其濃度與葡萄 糖濃度成正比的還原的氣化還原介體，可適用于本發明方法的測試條
的實例是由LifeScan, Inc. ofMilpitas， California銷售的OneTouch U!tra^測試條，其它測試條描述在國際公開WO 01/67099A1和WO 01/73124A2中。
在本發明方法的一個實施方案中，給第一個工作電極施加第一個 電位，給第二個工作電極施加第二個電位。在該實施方案中，選擇第 一個電位的大小，使得葡萄糖電流反應對于施加的電位相對不靈敏， 從而在第一個工作電極上的葡萄糖電流大小受擴散到笫一個工作電極 上的還原的氣化還原介體的量的限制。應當注意，在工作電極上葡萄 糖不是被直接氣化，而是通過使用氣化還原酶和氣化還原介體被間接 氣化。在本發明的說明書中，葡萄糖電流是指與葡萄糖濃度相關的還 原的氣化還原介體的氣化.在本發明的實施方案中，當鐵氛化物/亞鐵 氛化物是氧化還原介體，并且碳是工作電極時，第一個電位可以為約 0毫伏-約500毫伏，更優選為約385毫伏-約415毫伏，甚至更優 選為約395-405 mV,給第二個工作電極施加笫二個電位，使得第二 個電位大于第一個電位.其中所施加的電位大于氣化葡萄糖所需的電 位.在本發明的一個實施方案中，當鐵氛化物/亞鐵氛化物是氣化還原 介體，并且碳是工作電極時，第二個電位可以為約50毫伏-約1000 毫伏，更優選為約420毫伏-約1000毫伏，甚至更優選為約395-405 mV。
因為隨著電位的增加葡萄糖電流不增加或者僅最小程度地增加， 所以在第二個工作電極上的葡萄糖電流應當與在第一個工作電極上的 葡萄糖電流基本上相等，即使在笫二個工作電極上的電位大于在第一
ii個工作電極上的電位.因此，在笫二個工作電極上測量的任何附加的 電流可歸因于干擾化合物的氣化。換句話說，在第二個工作電極上的 較高電位應當引起在第二個工作電極上測量的葡萄糖超電位電流在大 小上等于或基本上等于在笫一個工作電極上的葡萄糖電流，因為笫一 個和電位和第二個電位是在限制的葡萄糖電流范圍中，該范圍的葡萄 糖電流對于施加電位的改變不敏感.然而，在實際中，其它參數可能 會影響測量的電流，例如，當給第二個工作電極施加較高的電位時，
作為1R位降或電容影響的結果，在笫二個工作電極上的總電流經常 會稍微增加。當系統中存在IR位降(既未補償的電阻)時，較髙的 施加電位引起測量的電流增加，IR位降的實例可以是第一個工作電 極、第二個工作電極、參比電極、工作電極與參比電極之間的生理流 體的標稱電阻，此外，施加較高的電位導致形成較大的離子雙層，該 離子雙層是在電極/液體界面形成的，增加在第一個工作電極或笫二個 工作電極上的離子電容和所形成的電流。
為了確定在第一個工作電極上測量的葡萄糖電流與在第二個工作 電極上測量的葡萄糖電流之間的實際關系，必須開發出合適的公式. 應當注意，在第二個工作電極上的葡萄糖電流也可以稱為葡萄糖超電 位電流，葡萄糖電流與葡萄糖超電位電流之間的正比關系可以通過以 下公式來描述。
X(jX爿/(7-^2( (公式l)
其中^;是葡萄糖依賴性電壓效應因子，^c是在第一個工作電極上的 葡萄糖電流，Ac是在第二個工作電極上的葡萄糖電流.
在本發明的 一個實施方案中，當鐵氛化物/亞鐵氛化物是氣化還原 介體，并且碳是工作電極時，對于葡萄糖，電壓效應因子可預計為約
0.95至約1.1。在本發明的該實施方案中，較高的電位對于葡萄糖氣
化電流沒有顯著影響，因為與工作電極之間，氣化還原介體(亞鐵氛 化物)具有快速的電子轉移動力學和可逆電子轉移特征，因為在一定 點之后隨著電位的增加葡萄糖電流不增加，所以可以說葡萄糖電流是 飽和的或者在擴散限制的情況中，
在上述本發明的實施方案中，葡萄糖是通過在工作電極上氣化亞鐵氛化物而間接測量的，并且亞鐵氛化物濃度與葡萄糖濃度成正比。
對于具體的電化學化合物，標準電位(E°)值是該化合物與其它化合 物交換電子的能力的度量標準.在本發明方法中，選擇在第一個工作 電極上的電位，使其大于氣化還原介體的標準電位(E。)。因為選擇 第一個電位，使去足夠大于氣化還原對的E。值，所以隨著施加電位的 增加，氣化速度不顯著增加，因此，在笫二個工作電極上施加較大的 電位將不會增加在第二個工作電極上的氣化，并且在較高電位的電極 化' ' ''、 ' '
圖3是表明施加的電壓與測量的電流之間的依賴性的流體動力伏 安圖，其中鐵氛化物/亞鐵氛化物是氧化還原介體，并且碳是工作電極. 在該圖上的每一個數據點代表至少一個實驗，其中電流是在工作電極 與參比電極之間施加電壓后5秒鐘測量的。圖3表明，在約^00 mV， 電流形成了平臺區域的開始，因為該施加的電壓足夠大于亞鐵氛化物 的E。值。因此，如圖3所示，在電位達到約400 mV時，葡萄糖電流 變得飽和，這是因為亞鐵氛化物的氣化是擴散限制的(亞鐵氛化物向 工作電極的擴散限制了測量的電流的大小，并且不受亞鐵氛化物與電 極之間的電子轉移速度的限制)。
通常，通過干擾化合物的氣化而產生的電流不會因為施加電壓的 增加而飽和，并且與通過亞鐵氛化物的氣化而產生的電流相比(亞鐵
生)，表現'出強很多的對:加電位的:賴性.干擾化合物通常具有比 氣化還原介體(即亞鐵氛化物)慢的電子轉移動力學.這種差別的原 因是以下事實，大部分干擾化合物經歷內球電子轉移途徑，而亞鐵氛 化物經歷更快的外球電子轉移途徑.典型的內球電子轉移途徑在轉移 電子之前需要發生化學反應，例如氫化物轉移，與之不同，外球電子 轉移途徑在轉移電子之前不需要化學反應，因此，內球電子轉移速度 通常比外球電子轉移慢，因為他們需要附加的化學反應步驟.將抗壞 血酸氣化成脫氬抗壞血酸是內球氣化的一個實例，其需要釋放兩個氫 化物部分.鐵氛化物氣化成亞鐵氛化物是外球電子轉移的一個實例， 因此，當在較高電位測試時，由干擾化合物產生的電流通常會增加. 在第一個工作電極上的千擾化合物電流與在第二個工作電極上的
13干擾化合物超電位電流之間的關系可通過以下公式來描述，
yx^s/ (公式2) 其中y是干擾化合物依賴性電壓故應因子，A是干擾化合物電流，且
/2是干擾化合物超電位電流，因為干擾化合物依賴性電壓效應因子F 依賴于多種因素，包括具體的干擾化合物以及工作電極所有的材料， 所以對于具體的系統、測試條、分析物和干擾化合物，具體干擾化合 物依賴性電壓效應因子的計算可能需要實驗來優化對于這些標準的電 壓效應因子，或者，在一些條件下，可以通過數學方法來推導或描述 合適的電壓效應因子，
在其中鐵氛化物/亞鐵氛化物是氣化還原介體，并且碳是工作電極 的一個本發明實施方案中，千擾化合物依賴性電壓效應因子F可以使 用關于/,和/2的Tafel公式來用數學手段描迷，
、& 乂
(公式2a)
/2-a'exp(》j (公式2b)
其中/7尸E, - E°, //2=EZ - E°， 6'是取決于具體電活性干擾化合物的常 數，E,是第一個電位，且E2是第二個電位，E。的值(具體干擾化合 物的標準電位)是不重要的，因為在A7的計算中其被抵消了。可以將 公式2、 2a、 2b合起來，并且重排，得到以下公式，
V ，、
(公式2c)
其中A rE, - E2。公式k提供了描述A77 (即第一個電位與笫二個電
位之間的差值)與干擾化合物依賴性電壓效應因子r之間的關系的數
學關系，在本發明的一個實施方案中，r可以為約i-約ioo，更優選為約1-10。在本發明的一個實施方案中，對于具體干擾化合物或干
擾化合物的組合，干擾化合物依賴性電壓效應因子jr可以通過實驗確 定。應當注意，對于干擾化合物，干擾化合物依賴性電壓效應因子y
通常大于葡萄糖的電壓效應因子Xc。如下面的章節所述，a)干擾化 合物電流/;與干擾化合物超電位電流/2之間的數學關系；以及b)葡
萄糖電流/^c與葡萄糖超電位電流為c之間的數學關系使得能夠提出
葡萄糖算法，該算法降低了干擾化合物對于葡萄糖測量的影響。
在本發明的一個實施方案中，開發出算法來計算不受千擾物影響 的校正葡萄糖電流(即zIk;和」2C),把樣本加到測試條上后，給第一 個工作電極施加第一個電位，給笫二個工作電極施加第二個電位.在 第一個工作電極，測量第一個電流，其可通過以下公式來描述，
W=^G + /, (公式3)
其中W是在第一個工作電極上的笫一個電流，換句話說，第一個電 流包括葡萄糖電流J,c與千擾化合物電流A的疊加。更具體來說，干 擾化合物電流可以是上面描述過的直接千擾電流。在第二個工作電 極，測量在笫二個電位或超電位的笫二個電流，其可通過以下公式來 描述,
W=^C7 + /2 (公式4)
其中^是在第二個工作電極上的第二個電流，爿2c是在第二個電位測 量的葡萄糖超電位電流，/,是在笫二個電位測量的干擾化合物超電位 電流，更具體來說，干擾化合物超電位電流可以是上面描述過的直接
干擾化合物電流.使用包括4個未知量(J/c、」2C、 /,和/2)的上面
描述的4個公式(公式1-4)，能夠計算不受干擾化合物影響的校正
葡萄糖電流公式。
作為推導中的笫一個步驟，可以將來自公式1的A2G和來自公
式2的12替代到公式4中，得到以下公式5.
F,^/( +馬 (公式5)接下來，把公式3乘以千擾化合物的千擾化合物依賴性電壓效應因子r，得到公式6。
<formula>formula see original document page 16</formula>(公式6)
將公式5減去公式6，得到如/^式7所示的以下形式
<formula>formula see original document page 16</formula>(公式7)
將公式7重排以求解在笫一個電位測量的校正葡萄糖電流如公式8所示。
<formula>formula see original document page 16</formula>(公式8)
通過公式8得到了校正葡萄糖電流/17(7,其消除了干擾的影響，這僅需要第一個工作電極和笫二個工作電極的輸出電流(例如W和
|^)、葡萄糖依賴性電壓效應因子；^和千擾化合物的干擾化合物依賴性電壓效應因子y。
將包含電子部件的葡萄糖測量儀與葡萄糖測試條進行電連接以從『,和w測量電流.在本發明的一個實施方案中，可以將義c和r程序化到葡萄糖測量儀內，這樣僅讀取存儲器。在本發明的另一個實施方案中，可以通過校正碼芯片將r傳遞給測量儀.校正碼芯片在其存儲器中具有一組特定的關于義c和r的值，對于很多具體的測試條，
可以對這些值進行校正，這可以解釋可能在Xc和F中發生的測試條
批量間差異.
在本發明的另一個實施方案中，只有當超過一些闊值時，公式8中的校正葡萄糖電流才可以被測量儀使用，例如，如果『2比『,大出10%或10%以上，則測重儀將使用公式8來校正榆出電流，然而，如果H^比^大出10%或10%以下，則干擾化合物濃度很低，因此測量儀可簡單地取H^與『2之間的平均電流值，來提高測量的準確度和精確度。為了代替簡單地將電流『,和『2平均，更準確的方法可以是
使用wy;^來平均w，其中考慮了葡萄糖依賴性電壓效應因子A:c;(注意，當/2很低時，根據公式1和4，ffV^;約等于J,c),只有在一些
其中樣本中存在顯著水平的干擾化合物的情況下使用公式8的策略減
輕了測量的葡萄糖電流校正過度的危險。應當注意，當K比w足夠
大時(例如大出約100%或更多)時，這是具有非常髙濃度的干擾化
合物的指示，在這樣的情況下，可能希望輸出錯誤信息而不是葡萄糖
值，因為非常高水平的干擾化合物可引起公式8準確度的打破，
下面的章節將描述可以與公式8所示本發明提出的算法一起使用 的可能的測試條實施方案.
圖1是測試條600的部件分解透視圖，其 包括布置在村底5上的6個層，這6個層是導電層50、絕緣層16、 試劑層22、粘合層60、親水層70和頂層80。測試條600可以在一系 列步驟中制造，其中使用例如篩網印制方法將導電層50、絕緣層16、 試劑層22、粘合層60布置在襯底5上.親水層70和頂層80可以從 巻材(roll stock)中取出和層壓到襯底5上，完全裝配的測試條形成 可接收血樣從而使得血樣可以分析的樣本接收室。
導電層50包括參比電極10、第一個工作電極l2、第二個工作電 極14、第一個接觸點(contact) 13、笫二個接觸點l5、參比接觸點 11和測試條檢測板17。可用于形成導電層的合適的材料是Au、 Pd、 Ir、 Pt、 Rh、不銹鋼、摻雜的氣化錫、碳等.優選地，用于導電層的 材料可以是碳墨(carbon ink)例如在US56S3918中描述的那些.
絕緣層16包括切口 (cutout) 18，其暴露了可以被液體樣本潤 濕的一部分參比電極10、笫一個工作電極12和第二個工作電極l4, 作為非限制性實例，絕緣層(16或160)可以是可購自Ercon， lnc 的Ercon E6110-116 Jet Black Insulayer Ink'
試劑層22可以布置在一部分導電層50和絕緣層16上.在一個 本發明實施方案中，試劑層22可以包括選擇性地與葡萄糖反應的化 學物質例如氣化還原酶和氣化還原介體.在該反應期間，可以產生一 定比例量的還原的氣化還原介體，可以用電化學手段對其測量，從而 可以計算葡萄糖濃度，適用于本發明的試劑制劑或墨水的實例可參見 US專利5，708，247和6，046，051;出版的國際申請WO01/67099和 WO01/73124,它們都引入本文以供參考，
粘合層60包括第一個粘合墊24、第二個粘合墊26和第三個粘合 墊28 與試劑層22相鄰的第一個祐合墊24和第二個粘合墊26的側
17邊緣分別限定了樣本接收室的壁，在一個本發明實施方案中，粘合層
可以包含水基丙烯酸共聚物壓敏粘合劑，該粘合劑可從Tape Specialties LTD in Tring, Herts, United Kingdom ( part &關m; A6435)商購獲得。
親水層70包括遠側的親水墊32和近側的親水墊34。作為非限制 性實例，親水層70可以是具有一個親水表面例如防霧涂層的聚酯， 其可從3M商購獲得，應當注意，遠側的親水膜32和近側的親水膜34 都是透明的，從而使得使用者能夠觀察填充樣本接收室的液體樣本。
頂層80包括透明部分36和不透明部分38,頂層80布置在親水 層70上并且與其粘合.作為非限制性實例，頂層40可以是聚酯。應 當注意，透明部分36與近側親水墊32基本上重疊，這使得使用者能 夠在視覺上證實樣本接收室足夠填充滿。不透明部分38幫助使用者 觀察樣本接收室內的帶色流體例如血液與頂膜的不透明區域之間的高 度對比，
圖2是表明與測試條600連接的測量儀500的簡單圖解圖。測量 儀500具有3個電接觸點，這3個電接觸點形成與第一個工作電極l2、 第二個工作電極14和參比電極10的電連接，特別是，連接器101連 接電壓源103與第一個工作電極12,連接器102連接電壓源l(M與第 二個工作電極14,共用連接器100將電壓源103和104與參比電極10 連接。當進行測試時，測量儀500中的電壓源103在第一個工作電極 12與參比電極IO之間施加第一個電位Ep電壓源1(M在第二個工作 電極14與參比電極10之間施加第二個電位E2。施加血樣，這樣笫一 個工作電極12、笫二個工作電極"和參比電極10被血液復蓋，這引 起試劑層22水合，產生其量與樣本中存在的葡萄糖和/或干擾化合物 濃度成正比的亞鐵氛化物.施加樣本后5秒鐘，測量儀500測量第一 個工作電極12和笫二個工作電極14的氣化電流.
在上述笫一個和第二個測試條實施方案中，笫一個工作電極l2 和第二個工作電極14具有相同面積，應當注意，本發明不限于具有 相同面積的測試條.對于其中面積不同的上述測試條的實施方案，必 須將每一工作電極的輸出電流對面積進行歸化.因為輸出電流與面積 成正比，所以^公式1-8中的術語可以用安培的電位(電流)或每電 位面積中的安培(即電流密度)來表示，應當認識到，對于本文中舉例說明和描述的結構，可以替代同等 結構，并且所描述的本發明實施方案不是可以在本發明中使用的唯一 結構。此外，應當理解，上述每一個結構具有功能，并且這樣的結構 可稱為實施該功能的手段.雖然已經表示和描述了本發明的優選實施 方案，但是對于本領城技術人員來說顯而易見的是，提供這樣的實施 方案僅是為了舉例說明。對于本領域技術人員來說，在不背離本發明 的情況下，可以做很多改變、變化和替代.應當理解，本文所述本發 明實施方案的多種替代方案可用于實施本發明.下面的權利要求書限 定本發明的范圍，并且在這些權利要求范圍內的方法和結構及其等同 吸收應當包括在這些權利要求范圍內。
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權利要求
1.降低電化學傳感器中的干擾的方法，所述方法包括給第一個工作電極施加第一個電位；給第二個工作電極施加第二個電位，其中所述第二個電位大于所述第一個電位的絕對值；測量在所述第一個工作電極上的第一個電流，所述第一個電流包括分析物電流和干擾化合物電流；測量在所述第二個工作電極上的第二個電流，所述第二個電流包括分析物超電位電流和干擾化合物超電位電流，其中所述分析物超電位電流與所述分析物電流具有第一個正比關系，并且其中所述干擾化合物超電位電流與所述干擾化合物電流具有第二個正比關系；和使用公式計算代表分析物濃度的校正電流值，所述公式是所述第一個電流、所述第二個電流、所述第一個正比關系和所述第二個正比例關系的函數。
2. 權利要求l的方法，其中所述公式是其中A是所述分析物電流，『,是所述第一個電流，iR是所述笫二個 電流，x是分析物電壓效應因子，且y是干擾化合物電壓效應因子，
3. 權利要求l的方法，其中所述分析物是葡萄糖.
4. 權利要求1的方法，其中對于包括碳工作電極和亞鐵氛化物 氣化還原介體的所述電化學傳感器，所述笫一個電位是約385毫伏-約415毫伏。
5. 權利要求1的方法，其中對于包括碳工作電極和亞鐵氛化物 氣化還原介體的所述電化學傳感器，所述第二個電位是約420毫伏-約1000毫伏.
6. 權利要求1的方法，其中所述干擾化合物電流是由于至少一 種選自下列的化合物的氣化而產生的樸熱息痛、抗壞血酸、膽紅素、 多巴胺、龍膽酸、谷胱甘肽、左旋多巴、甲基多巴、妥拉磺脲、甲苯 磺丁脲和尿酸。
7. 權利要求l的方法，其中所述第一個正比關系是=爿2其中X是所述分析物電壓效應因子，A是所述分析物電流，且為是 所述分析物超電位電流。
8. 權利要求l的方法，其中所述第二個正比關系是其中F是所述干擾化合物電壓效應因子，A是所述干擾化合物電流， 且A是所述干擾化合物超電位電流.
全文摘要
本發明涉及降低分析物的測量中干擾化合物的影響的方法，更具體來說，涉及降低系統中干擾化合物的影響的方法，其中測試條(600)使用兩個或更多個工作電極(12，14)。在本發明中，給第一個工作電極(12)施加第一個電位(E1)，給第二個工作電極(14)施加具有相同極性但是比第一個電位(E1)大的第二個電位(E2)。
文檔編號G01N33/66GK101493466SQ200910007080
公開日2009年7月29日 申請日期2004年10月29日 優先權日2003年10月31日
發明者O·W·H·達維斯 申請人:生命掃描蘇格蘭有限公司