[发明专利]生物传感器测量设备和其方法

说明书

技术领域

本发明涉及与电化学生物传感器一起使用的电化学生物传感器测量设备和其测量方法。

背景技术

近来，对于糖尿病的诊断和预防，日益强调定期监测血糖水平的重要性。现在，为用于手持便携式测量设备而设计的带型生物传感器允许个人容易地监测血液中的葡萄糖水平。

大量以商业方式可获得的生物传感器使用电化学技术来测量血液样品中的血糖含量。电化学技术的原理基于以下反应1。

<反应1>

葡萄糖+GOx-FAD→葡萄糖酸+GOx-FADH₂

GOx-FADH₂+电子传递介质(氧化态)→GOx-FAD+电子传递介质(还原态)

在反应1中，GOx表示葡萄糖氧化酶，GOx-FAD和GOx-FADH₂分别表示与葡萄糖相关的FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)的氧化和还原态，与葡萄糖相关的FAD是葡萄糖氧化物的催化所需的辅因子。

对于电子传递介质，电化学生物传感器使用诸如二茂铁或二茂铁衍生物、醌、醌衍生物之类的有机电子传递材料、含过渡金属的有机或无机材料(六胺钌、含锇的聚合物、铁氰化钾等)、有机导电盐和紫精(viologens)。

使用生物传感器测量血糖水平的原理如下。

血液中的葡萄糖通过葡萄糖氧化酶的催化作用氧化为葡萄糖酸。此时，葡萄糖氧化酶的辅因子FAD被还原为FADH₂。还原的FADH₂将电子传递给介质，使得FADH₂返回其氧化态，并且介质被还原。还原的介质扩散至电极的表面，且通过使用对工作电极的表面施加还原态电子传递介质的氧化电势所产生的电流，测量葡萄糖的浓度水平。与基于比色法的生物传感器相比，电化学生物传感器具有以下优点：不受氧气的影响，且无需预处理就可使用甚至是浑浊的样品。

尽管这种电化学生物传感器在用于监测和控制血糖量时通常很方便，但生物传感器的精度极大地取决于生产生物传感器时各个批量生产批次之间的变化。为了消除这种变化，大多数商用生物传感器被设计为使得用户直接将在制造厂中预先确定的校准曲线信息输入到能够读取生物传感器的测量设备中。然而，此方法对用户来说不方便，且会因用户输入错误而导致不准确的结果。

为了解决此问题，已提出了以下方法：用于调整每个电极的电阻使得每个批次的制造信息被存储在传感器中发生电极接触的位置处的方法(US20060144704A1)；对电阻柜(resistor bank)进行连接的方法(WO2007011569A2)；和通过调整每个电极的长度或厚度来改变电阻以读取信息的方法(US20050279647A1)。针对电化学生物传感器提出的方法都是基于读取电学变化的技术。此外，已经提出了一种通过使用电学方法来读取标记在带上的导体的电阻率以区分生产批次信息的方法(US4714874)。

然而，以上所提出的方法的功能是准确调整电阻，并需要首先大量生产传感器、测量传感器的统计学特性以及使用对标记在传感器上的电阻进行调整的方法对所测量的信息再次进行后处理的过程。此外，在电阻被大量标记时，通过后处理来准确调整电阻的方法很不方便，因此难以在实际应用中使用。

已提出将着色标记与能够辨别颜色的光谱系统一起使用以实现比色法的方法(US3907503、US5597532、US6168957)，和能够读取条形码的方法(EP00075223B1、WO02088739A1)。使用颜色或条形码的这些方法有利于基于比色法的传感器使用光谱系统，但当应用于使用电化学测量机制的系统时，这些方法具有技术和经济方面的困难。例如，当构造用于以分光镜方法识别生产批次信息所输入的结构的设备和电路时，为了进行电连接而在测量设备中插入电化学传感器带的区域，即传感器带的连接空间的大小和结构十分有限，这导致系统构造费用的显著增加。

此外，代替在传感器带上标记生产批次信息的方法，提出了一种将信息记录在容纳传感器的容器或包装上，并允许用测量设备读取该信息的方法。然而，此方法也存在使用户出错的可能性。

对于为使用户在无需手动将在各生产批次之间有所不同的关于生物传感器的准确校准曲线信息输入测量设备中的情况下，使用一次性电化学生物传感器带来测量其血糖水平而开发的常规方法，传感器需要长期的制备时间，且还需要进行可能出现错误的后处理。

此外，使用针对光源波长的滤波器或单色仪来读取色调标记的常规设备遭遇空间限制并引起小型系统的构建问题。