DE69811914T2

DE69811914T2 - Elektrochemischer sensor für kleine volumen

Info

Publication number: DE69811914T2
Application number: DE69811914T
Authority: DE
Inventors: R. Chambers; J. Hughes
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: EP1009850A1; ES2193552T3; ATE233823T1; AR015167A1; BR9812016A; JP2001516040A; CA2302448A1; AU743692B2; CA2302448C; AU9129998A; WO1999013101A1; EP1009850B1; DE69811914D1; CO4810351A1; US6129823A

Description

Erfindungsgebiet

Die Erfindung betrifft elektrochemische Sensoren, biomedizinische Untersuchungen und Blutuntersuchungen.

Hintergrund der Erfindung

Elektrochemische Assays zum Bestimmen der Konzentration von Enzymen oder ihren Substraten in komplexen Flüssigkeitsmischungen wurden entwickelt. Es wurden z. B. elektrochemische Sensorstreifen für die Erfassung von Blutglucosepegel entwickelt. Elektrochemische Sensorstreifen schließen allgemein ein elektrochemisches Element ein, in dem es eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode gibt. Das Potential der Arbeitselektrode wird in Bezug auf das der Bezugselektrode für gewöhnlich auf einem konstanten Wert gehalten.
Elektrochemische Sensorstreifen werden auch in der chemischen Industrie und Nahrungsmittelindustrie verwendet, um komplexe Mischungen zu untersuchen. Elektrochemische Sensoren sind in biomedizinischen Forschungen, wo sie als invasive Proben funktionieren, und für externe Untersuchungen (d. h. Prüfen des von einer Nadel und Spritze oder einer Lanzette erhaltenen Bluts) von Nutzen.
Gewöhnliche elektrochemische Sensoren für eine Blutuntersuchung messen die Menge des Analyten in einer Blutprobe, indem eine Arbeitselektrode, die von einer Schicht überzogen wird, die ein Enzym und einen Redox-Mediator enthält, und eine Bezugselektrode verwendet werden. Wenn die Elektroden eine flüssige Probe berühren, die eine Spezies enthält, für die das Enzym katalytisch aktiv ist, überführt der Redox-Mediator Elektronen in die katalysierte Reaktion. Wenn an den Elektroden eine Spannung angelegt wird, entsteht aus der Reduktion oder Oxidation des Redox-Mediators an den Elektroden ein Reaktionsstrom. Der Reaktionsstrom ist proportional zur Konzentration des Substrats. Einige Sensoren schließen eine Blindelektrode ein, die mit einer Schicht beschichtet ist, die den Redox-Mediator enthält und die das Enzym nicht enthält, was die Genauigkeit und Präzision der Messungen verbessert.
Dünnschichtige elektrochemische Sensoren, die Elektroden aufweisen, die in einem abgedeckten Bereich des Sensors eingeschlossen sind, verfügen über ein Lüftungssystem, um bei der Verlagerung durch die Probe Luft aus dem eingeschlossenen Elektrodenabschnitt freizugeben. In einem zweimaschigen Elektrodenaufbau saugt sich die Probe an die Primärschicht und die verdrängte Luft wird aus der zweiten Maschenschicht entlüftet. S. z. B. US-Patent Nr. 5.628.890.
Das Reduzieren des gesamten Probenvolumens, das erforderlich ist, um eine präzise und genaue Analytenkonzentration- Ablesung durch einen elektrochemischen Sensor zu erzeugen, würde den Bequemlichkeit des Benutzers verbessern. Das Vermindern des Probenvolumens ist insbesonderen in einer Blutuntersuchung wünschenswert, da sich Schmerzen, Übelkeit und die benötigte Zeit zum Stoppen der Blutung allgemein erhöhen, wenn die Blutprobengröße wächst. Obwohl die Proben-Größenreduzierung wünschenswert ist, schränken verschiedene Bedingungen ernsthaft die Art und Weise ein, auf die dies vollbracht wird. Die Bedingungen schließen Folgendes ein: Die Probenmenge muss ausreichen, um den gesamten Elektrodenabschnitt abzudecken. Die Verkleinerung des Elektrodenabschnitts ändert den Elektroden-Reaktionsstrom, wodurch ein Elektrodenstreifen mit, einem gegebenen Messgerät unkompatibel gemacht wird. Wenn die Proben nicht direkt an einem elektrochemischen Element angelegt wird, schließt das benötigte Gesamtvolumen das Volumen ein, das erforderlich ist, um einen Probenladeabschnitt und eine Strecke zu den Elektroden sowie den Elektrodenabschnitt abzudecken. Der Probenladeabschnitt muss selbst für Diabetiker mit schlechter Sicht leicht sichtbar sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung weist einen Elektrodenstreifen zur Verwendung in einem elektrochemischen Sensor auf, um einen Analyten in einer wässrigen Probe zu messen. Aus verschiedenen Gründen kann es erwünscht sein, eine Probe an einer Stelle auf einem Elektrodenstreifen aufzutragen und die gesamte oder einen Teil der Probe an eine andere Stelle an einem Elektrodenabschnitt zu transportieren. Diese Anordnung erfordert, dass ein Teil der Probe eine Fortbewegungsstrecke vom Probenladeabschnitt zu dem Elektrodenabschnitt, d. h. ein Proben-Totvolumen, auffüllt. Die Erfindung weist einen Elektrodenstreifen mit einem verkleinerten Proben-Totvolumen auf. Dies erlaubt eine Analytenmessung an einer Probe, die so klein wie 2,0 bis 2,5 uL ist. Der Elektrodenstreifen schließt einen Elektrodenträger und eine Elektrodenanordnung auf dem Träger ein. Die Elektrodenanordnung schließt eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode ein. Die Arbeitselektrode verfügt über ein stromaufwärts und ein stromabwärts befindliches Ende, und die Bezugselektrode grenzt am stromabwärts befindlichen Ende der Arbeitselektrode an. Wahlweise schließt die Elektrodenanordnung auch eine Blindelektrode ein.
Eine oder mehrere hydrophilen Maschenschichten liegen auf dem Probenladeabschnitt und der Elektrodenanordnung, wobei der Probenladeabschnitt am stromaufwärts befindlichen Ende der Arbeitselektrode angrenzt. Eine Deckschicht bestimmt einen oberen Grenzbereich eines Zellvolumens, das die Elektrodenanordnung umschließt. Die Deckschicht hat eine Öffnung, die sich über dem Probenladeabschnitt befindet, wobei sich kein Abschnitt der Öffnung über der Elektrodenanordnung befindet. Ein dielektrischer Überzug imprägniert die Außenrandbereiche der Maschenschichten, wodurch ein okkludierter Bereich der Maschenschichten gebildet wird. Der okkludierte Bereich liegt über einem Abschnitt des Probenladeabschnitts und bestimmt auch die Seitenränder des Zellvolumens. Der okkludierte Bereich liegt über keinem Bereich der Elektrodenanordnung. Die Maschenschichten ziehen die Probe über einen Probenflusskanal aus dem Probenladeabschnitt in den Bereich unmittelbar oberhalb der Elektroden, wodurch die Probe die Elektroden berührt.
Der Elektrodenstreifen schließt eine oder mehrere hydrophilen Maschenschichten ein. Vorzugsweise haben die Maschenschichten eine Gesamtdicke von zwischen 40 und 200 um. Die Maschenschichten können aus einem inhärent hydrophilen Maschenmaterial oder einem mit einem Tensid beschichteten Maschen material hergestellt sein. Vorzugsweise ist das Maschenmaterial ein gewebtes Nylon, das mit einem Tensid wie beispielsweise FC 170C FLUORAD überzogen ist. Vorzugsweise umfassen die Maschenschichten ein gewebtes Maschenmaterial, das eine offene Fläche von etwa 40 bis 45%, eine Maschenzahl von etwa 95 bis 115 Fasern pro Zentimeter, einen Faserndurchmesser von etwa 20 bis 40 um und eine Dicke von etwa 40 bis 60 um hat.
Vorzugsweise ist die Deckschicht im wesentlichen gegenüber wässrigen Flüssigkeiten undurchlässig. Eine geeignete Deckschicht ist eine Polyestermembran.
Für gewöhnlich ist der Elektrodenstreifen zwischen 4, 5 und 6,5 mm breit. Normalerweise ist die Öffnung 2,5 und 3,5 mm breit und zwischen 2,5 und 3,5 mm lang. Für einen Elektrodenstreifen und eine Öffnung dieser Ausmaße ist die Probenstreckenlänge (d. h. der Abstand vom stromaufwärts befindlichen Ende des nichtokkludierten Bereichs der Masche zum stromabwärts befindlichen Ende des nicht-okkludierten Bereichs) vorzugsweise zwischen 6 mm und 10 mm. Noch bevorzugter liegt die Probenstreckenlänge zwischen 7 mm und 9 mm.
Der dielektrische Überzug ist vorzugsweise ein hydrophobes Material wie beispielsweise POLYPLAST oder SERICARD . Der dielektrische Überzug bildet einen okkludierten Bereich in den Maschenschichten. Der okkludierte Bereich bildet einen Probenflusskanal im Probenladeabschnitt. Vorzugsweise ist der Probenflusskanal zwischen 4 mm und 0,5 mm breit. Die Breite kann gleichmäßig oder nicht gleichmäßig sein. Vorzugsweise weitet sich der Probenflusskanal in Richtung der Elektrodenanordnung aus; der Probenflusskanal ist z. B. V-förmig. Vorzugsweise stellt der Probenflusskanal zwischen 10 und 50% des Maschenschichtabschnitts innerhalb der Öffnung dar.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Mittel zum Kennzeichnen des Zielabschnitts der Elektrode durch die Bereitstellung einer Kontrastfarbe im Probenladeabschnitt. Die Isolierschicht kann gefärbt werden, um mit der Deckschicht, mit dem Elektrodenträger oder mit beiden in Kontrast zu stehen. Dies sorgt für eine Kontrastfarbe am Zielabschnitt, wo die Probe am Streifen angelegt wird, die dem Benutzer bei der richtigen Auftragung der Probe am Streifen behilflich ist.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform und aus den Ansprüchen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht eines Elektrodenstreifens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des zusammengesetzten Streifens der Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Graph, der die Daten aus Tests zusammenfasst, in denen ein herkömmlicher Elektrodenstreifen mit einem Elektrodenstreifen verglichen wird, der ein reduziertes Totvolumen hat. Die Bezugs-Glucosekonzentration (mM) befindet sich auf der X-Achse. Die kalibrierte Reaktion (mM) ist auf der Y-Achse.
Die Fig. 4A-4F sind Draufsichten von Öffnungen und Probenladeabschnitten der Elektrodenstreifen geringen Volumens.
Die Fig. 4A-4F veranschaulichen Beispiele von Probenflusskanalmustern oder geometrien gemäß der Erfindung.
Die Fig. 5A und 5B sind Draufsichten einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 5A ist die Deckschicht vorhanden. In Fig. 5B wurde die Deckschicht entfernt.

Beschreibung der Bevorzugten Ausführungsformen

Die Probenmenge muss groß genug sein, um den gesamten Elektrodenabschnitt einschließlich der Arbeitselektrode, Bezugselektrode und, wenn vorhanden, der Blindelektrode abzudecken. Die unvollständige Abdeckung des gesamten Elektrodenabschnitts kann fehlerhafte Messungen verursachen.
Der Arbeitselektrodenabschnitt und der Blindelektrodenabschnitt müssen mit den elektrischen Stromerfordernissen des Messsystems kompatibel sein, mit dem der Elektrodenstreifen verwendet wird. Die von den Elektroden erzeugte und vom Messgerät gemessene Stromreaktion ist direkt proportional zum Abschnitt der Arbeits- und Blindelektroden. Änderungen im Reaktionsstrom, die durch Änderungen im Elektrodenabschnitt bewirkt werden, werden die Elektrode mit den Kalibrierungsparametern in einem zuvor kompatiblen Messsystem unkompatibel machen.
Dünnschichtige Sensoren, die Elektroden in einem abgedeckten Abschnitt eines Elektrodenstreifens haben, benötigen einen Probenladeabschnitt, von dem die Probe zum Elektrodenabschnitt wandert. Dies verlangt ein Volumenerfordernis, das größer ist als das Volumen, das zum Abdecken des Elektrodenabschnitts alleine benötigt wird. Der Gesamtvolumenbedarf gleicht solchermaßen dem Volumen, das nötig ist, um den Elektrodenabschnitt plus den Probenladeabschnitt plus den Probenflusskanalbereich dazwischen abzudecken.
Die richtige Probenauftragung ist für den genauen und zuverlässigen Betrieb eines elektrochemischen Sensorsystems unbedingt erforderlich. Daher muss der Probenladeabschnitt eine Größe und Farbe haben, die ihn für den Benutzer, einschließlich einen diabetischen Benutzer, der häufig eine schwache Sicht hat, leicht sichtbar macht. Die Größe des Anwendungsbereichs beeinflusst in bedeutendem Maße das Probentotvolumen.
Die Dicke der Probenschicht zwischen der Elektrodenoberfläche und der Elektrodenstreifen-Deckschicht wird von der Dicke der im Streifenaufbau verwendeten Maschenschichten bestimmt. Die elektrochemische Assayreaktion kann in einem dünneren Abschnitt der Probenschicht als dem beim Transport der Probe an den Elektrodenabschnitt durch das Ansaugen in der Masche erforderlichen auftreten. Daher ist mit den Maschenschichten eine weitere Totvolumenbedingung verknüpft.
Durch die sromabwärtige Anordnung der Bezugselektrode von der Arbeitselektrode wird keine Schaltung aufgebaut, bis die Arbeitselektrode vollständig von der Probe abgedeckt wird und die Probe die Bezugselektrode erreicht hat. Folglich wird keine Reaktion erfasst, wenn die Probe auf unangemessene Art und Weise die Arbeitselektrode abdeckt. Die Maschenschicht und der dielektrische Überzug können zur Bewegung der Probe in Richtung der Arbeitselektrode und Bezugselektrode auf eine gleichmäßige Art und Weise beitragen. Die Elektrodenanordnung kann verhindern, dass die Probe die Bezugselektrode erreicht, bis die Arbeitselektrode im wesentlichen oder vollständig abgedeckt ist.
Eine Ausführungsform des Elektrodenstreifens wird in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Nimmt man auf die Fig. 1 und 2 Bezug, ist der Elektrodenträger 1 ein verlängerter Kunststoffstreifen aus PVC, Polycarbonat oder Polyester. Er trägt drei aufgedruckte Spuren einer elektrisch leitenden Kohlenstofftinte 2. Die aufgedruckten Spuren bestimmen die Stellen der Bezugselektrode 4, der Arbeitselektrode 5, der Blindelektrode 5a und der elektrischen Kontakte 3. Die Kontakte 3 sind für das Einfügen in ein kompatibles Messgerät da. Die verlängerten Abschnitte der leitenden Spuren werden jeweils von Silber/Silberchloridpartikelspuren 6a, 6b, 6c überlagert. Die Elemente 6b und 4 bilden zusammen die Bezugselektrode.
Der Arbeitselektroden-Arbeitsabschnitt 8 wird aus einer Tinte gebildet, die ein Enzym, einen Mediator und einen Füllstoff einschließt. Die Tinte des Arbeitsabschnitts bildet einen Brei mit der Probe. Der Arbeitsabschnitt 8a der Blindelektrode wird aus einer Tinte gebildet, die ein Gemisch aus einem Mediator und einem Füllstoff, ohne Enzym, einschließt. Die jeweiligen Tinten werden an den Stellen 5 und 5a der Kohlenstoffspuren 2 als diskrete Abschnitte festgelegter Länge aufgetragen. Alternativ dazu kann die Elektrodenschicht 8 ein Substrat enthalten, das katalytisch mit einem zu untersuchenden Enzym in Reaktion tritt. Das leitende Material in einer bevorzugten Ausführungsform schließt partikelförmigen Kohlenstoff ein, der über den darauf adsorbierten Redox-Mediator verfügt.
Eine Elektroden-Drucktinte schließt einen Füllstoff, z. B. Kohlenstoff, und einen adsorbierten Redox-Mediator ein. Die Tinte für die Arbeitselektrode schließt auch ein Enzym oder ein Substrat ein. Wenn der zu untersuchende Analyt Blutglucose ist, ist das Enzym vorzugsweise Glucose-oxidase und der Redox- Mediator vorzugsweise ein Ferrocenderivat.
Die Tinte kann mittels Siebdruck gedruckt sein. Die Tinte kann einen Enzymstabilisator, ein Überzug-bildendes Polymer, einen Füllstoff (z. B. Kohlenstoff), einen Redox-Mediator (z. B. Ferrocen oder ein Ferrocenderivat), einen Puffer, und ein Enzym oder Substrat einschließen. Die auf eine Blindelektrode gedruckte Tinte lackiert das Enzym oder das Substrat.
Eine mit einem Tensid beschichtete Maschenschicht 10 liegt über der Elektrodenanordnung. Die Maschenschicht schützt die gedruckten Komponenten vor einer physischen Beschädigung und erleichtert das Nässen der Elektroden durch die wässrige Probe. Vorzugsweise erstreckt sich die Maschenschicht über die gesamte Probenstrecke zwischen und einschließlich dem Probenauftragungsabschnitt und der Elektrodenanordnung. Die Masche kann aus einem fein gewebten Nylon gemacht sein. Alternativ dazu kann irgendein gewebtes oder ungewebtes Material verwendet werden. Vorzugsweise ist das Textil nicht dicker als 70 um. Vorzugsweise hat die Masche prozentual eine offene Fläche von etwa 40 bis 45%, eine Maschenzahl von etwa 95 bis 115 pro cm, einen Faserdurchmesser von etwa 20 bis 40 um und eine Dicke von etwa 40 bis 60 um. Eine besonders geeignete Masche ist die NY64 HC-Masche, die von Sefar (ehemals ZBF), CH-8803, Ruschlikon, Schweiz, erhältlich ist.
Wenn das Maschenmaterial hydrophob ist (z. B. Nylon oder Polyester), wird es mit einem Tensid beschichtet. Wenn eine hydrophile Masche verwendet wird, kann die Tensidschicht weggelassen werden. Die Hydrophilie der Masche erlaubt der Probe, sich an der Maschenschicht bis zu den Elektroden anzusaugen. Die Ansaugeeigenschaften der Masche können gesteuert werden, indem die Art oder die Menge des Tensids auf dem Maschenmaterial geändert wird. Verschiedene Tenside sind für die Beschichtung des Maschenmaterials geeignet. Ein bevorzugtes Tensid ist FC 170C FlUORAD Fluoreszenz-Tensid (3M, St. Paul, MN). FLUORAD ist eine Lösung aus einem fluoroaliphatischen Oxyethylen-Addukt, niedrigen Polyethylenglycol, 1,4-dioxan und Wasser.
Die bevorzugte Tensidladung wird von der Maschenart und dem verwendeten Tensid und der zu untersuchenden Probe abhängen. Sie kann durch die Beobachtung des Probenflusses in der Masche mit verschiedenen Tensidgraden empirisch bestimmt werden. Wenn zwei Maschenschichten verwendet werden, ist die zweite (obere) Maschenschicht vorzugsweise hydrophil, jedoch nicht hydrophiler als die erste (untere) Maschenschicht. Entsprechend kann die erste Maschenschicht eine größere Tensidladung haben als die zweite Maschenschicht. Mit Bezug auf die erste Maschenschicht liegt die geeignete. Tensidladung für die meisten Anwendungen bei etwa 15-20 ug/mg der Masche (d. h. etwa 1,0 Prozent Gewicht/Volumen). Mit Bezug auf die zweite Maschenschicht liegt die richtige Tensidladung für die meisten Anwendugne bei etwa 1-10 ug/mg der Masche.
Die Maschenschicht 10 wird durch einen dielektrischen Überzug 11 an Ort und Stelle gehalten, der den Rand der Maschenschicht imprägniert. Der dielektrische Überzug kann durch Siebdruck auf getragen werden. Der dielektrische Überzug 11 deckt keinen Bereich der Elektrodenanordnung ab. Vorzugsweise ist der dielektrische Überzug hydrophob, so dass sie wirkungsvoll die Probe eingrenzt. Ein bevorzugter hydrophober dielektrischer Überzug ist POLYPLAST (Sericol Ltd., Broadstairs, Kent, UK). Ein bevorzugterer hydrophober dielektrischer Überzug ist SERICARD (Sericol).
Die oberste Schicht auf dem Elektrodenstreifen ist eine Deckmembran 13, die im wesentlichen undurchlässig ist. Eine bevorzugte Deckschicht ist ein flexibles Polyesterband.
Die Deckschicht bestimmt eine obere Grenzfläche des elektrochemischen Zellvolumens, und solchermaßen bestimmt die Deckschicht die maximale Tiefe der wässrigen Probe. Die Deckschicht legt die obere Grenzfläche des Zellvolumens bei einer vorbestimmten Höhe fest, die von der Dicke der Maschenschichten abhängt. Die Zellhöhe und solchermaßen die maximale Probentiefe wird gewählt, um einen ausreichend hohen Lösungswiderstand zu gewährleisten.
Die Deckschicht hat eine Öffnung 14 für den Probenzugriff auf die darunter liegenden Maschenschichten. Die Öffnung 14 befindet sich über dem Probenladeabschnitt, der am stromaufwärts befindlichen Ende der Arbeitselektrode angrenzt. Die Öffnung kann jeder geeigneten Größe sein, sofern sie groß genug ist, um zu erlauben, dass ein ausreichendes Probenvolumen durch die Maschenschicht dringt. Sie sollte nicht so groß sein, um irgendeinen Abschnitt der Elektrodenanordnung abzudecken. Die Öffnung kann durch irgendein geeignetes Verfahren, z. B. Stanzen, ausgebildet werden.
In der Fig. 1 bildet die dielektrische Schicht 11 einen V- förmigen Probenflusskanal 30. Der dielektrische Überzug 11 umgibt die Probenstrecke (Probenflusskanal plus Elektrodenabschnitt) 12, und dies reduziert geometrisch das gesamte Volumen der Proben, das am Streifen auf getragen werden muss. Die V-Form des Flusskanals 30 unterstützt das Leiten der Probe in Richtung der Elektroden. Der dielektrische Überzug 11 kann eine Farbe haben, die mit der Farbe der Deckschicht 13, mit der Farbe des Elektrodenträgers 1, oder mit beiden in Kontrast steht. Der Farbkontrast verbessert die Sicht auf die Öffnung 14, wodurch die richtige Auftragung einer Probe auf den Elektrodenstreifen erleichtert wird.
Die Deckschicht 13 wird mithilfe eines geeigneten Klebers am Streifen peripher befestigt. Die Deckschicht 13 wird nicht im Abschnitt der Elektrodenanordnung oder des Probenflusskanals befestigt. Vorzugsweise wird die Deckschicht 13 mithilfe eines Heißschmelzklebers aufgedruckt. Der Heißschmelzkleber hat für gewöhnlich ein Beschichtungsgewicht von zwischen 10 und 50 g/m², vorzugsweise von 20 bis 30 g/m². Druckempfindliche Kleber oder andere geeignete Kleber können ebenfalls verwendet werden. Wenn ein hitzempfindlicher dielektrischer Überzug, z. B. SERICARD , verwendet wird, sollte das Heißverschweißen auf eine Art und Weise durchgeführt werden, dass es der dielektrische Überzug nicht beschädigt.
Ein Kleber wird aufgetragen, so dass der dielektrische Überzug 11 teilweise an die Deckschicht 13, Maschenschicht 10 und den Elektrodenträger 1 abgedichtet wird. Die Schichten werden am Elektrodenträger angeklebt, indem in diskreten Abschnitten an beiden Seiten und an jedem Ende des Elektrodenstreifens Druck und Hitze angelegt wird. Die Hitze und der Druck werden nicht am mittleren Abschnitt des Streifens angelegt, der die Elektrodenanordnung enthält. Vorzugsweise wird ein Abschnitt der Deckschicht nicht mit dem dielektrischen Überzug abgedichtet. Wenn eine Probe auf den Zielabschnitt der Elektrode an der Öffnung 14 aufgetragen wird, dringt die Probe unter der Deckschicht 13 durch die mit einem Tensid beschichtete Maschenschicht 10 in Richtung der Elektroden 4, 5 und 5a.
Wahlweise kann die obere Oberfläche der Deckschicht mit einer Silikonschicht oder einen anderen hydrophoben Schicht beschichtet werden. Dies hilft dabei, die auf getragene Probe auf die hydrophile Maschenschicht am Probenladeabschnitt zu treiben, womit die Auftragung kleiner Mengen erleichtert wird.
In der Verwendung wird ein Sensorstreifen der Erfindung mithilfe der Elektrodenkontakte 3 mit einer Messvorrichtung (die nicht gezeigt ist) verbunden. Eine Probe wird über die Öffnung 14 am Probenladeabschnitt aufgetragen. Die Probe bewegt sich den Probenflusskanal 12 entlang. Die Probenbewegung wird in ausreichendem Maße von der Maschenschicht 10 aufgehalten, so dass die Probe vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Front bildet. Luft wird durch den oberen Abschnitt der Maschenschicht 10 an und durch die Öffnung 14 verdrängt. Die Probe deckt vollständig die Arbeitselektrode 5 ab, bevor sie die Bezugselektrode 4 erreicht. Das Ankommen der Probenfront an der Bezugselektrode vervollständigt die Schaltung und bewirkt eine Reaktion, die von der Messvorrichtung erfasst wird.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird über der ersten Masche eine zweite Maschenschicht verwendet. Die zweite Maschenschicht kann weiterhin den Strom der Probe regeln, wenn sie sich vom Auftragungspunkt in Richtung der Elektroden bewegt. Die zweite Maschenschicht kann mit einem Tensid überzogen werden. Vorzugsweise ist die zweite Maschenschicht hydrophil, aber nicht hydrophiler als die erste Maschenschicht. Falls nötig, kann die erste Maschenschicht eine größere Tensidladung haben als die zweite Maschenschicht.
Vorzugsweise ist die zweite Maschenschicht gewebt, so dass sie ein gleichmäßiges, sich wiederholendes Muster von Maschenfasern zeigt, die senkrecht zur und parallel mit der Längsachse des Elektrodenstreifens liegen. Die zweite Maschenschicht ist vorzugsweise im wesentlichen dicker als die erste Masche, mit Maschenfasern größeren Durchmessers und größeren Öffnungen. Die zweite Maschenschicht kann etwa 100 bis 1000 um dick sein, wobei eine Dicke von 100 bis 150 um bevorzugt wird. Die zweite Masche hat vorzugsweise prozentmäßig eine offene Fläche von etwa 50 bis 55%, eine Maschenzahl von etwa 45 bis 55 Fasern pro cm und einen Faserndurchmesser von etwa 55 bis 65 um. Eine geeignete Masche zur Verwendung als eine zweite Maschenschicht ist die NY151 HC- Masche (Sefar, Ruschlikon, Schweiz). Nimmt man auf die Fig. 4A-4F Bezug, kann das Muster oder die Geometrie des Probenflusskanals 30 variieren. Der Probenflusskanal 30 wird durch die Imprägnierung eines hydrophoben dielektrischen Überzugs 11 in allen vorhandenen Maschenschichten gebildet. Die Öffnung 14 erlaubt den Zugang der Probe auf den Probenflusskanal 30, der die Probe an die Elektroden 4, 5 und 5a leitet. In den in den Fig. 4A-4F gezeigten Ausführungsformen der Erfindung ist die Öffnung 14 2,35 mm breit mal 3,35 mm lang, und die Gesamtfläche unter der Öffnung 14 ist 6,7 mm². In den Fig. 4A-4F sind die nicht-okkludierten Flächen innerhalb der Öffnungen wie folgt: Fig. 4A 1,28 mm²; Fig. 4B 2,73 mm²; Fig. 4C 0,76 mm²; Fig. 4D 2,05 mm²; Fig. 4E 1,61 mm²; und Fig. 4F 0,67 mm².
Die Fig. 5A und 5B stellen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. In der Fig. 5A legt eine ovalförmige Öffnung 14 in der Deckschicht 13 einen Probenflusskanal 30 und einen Abschnitt des dielektrischen Überzugs 11 frei, die den Probenflusskanal 30 bildet. In der Fig. 5B wurde die Deckschicht entfernt, um die Maschenschicht 10 und die Elektroden 4, 5, 5a zu zeigen.
Die folgenden Beispiele sind als die Erfindung darstellend und nicht einschränkend vorgesehen.

Beispiele

Elektrodenstreifen kleinen Volumens wurden mit einer einzigen Maschenschicht (NY151, offene Fläche 37%, Maschenzahl 41/cm, Dicke 150 um) aufgebaut, die mit einer einzigen Schicht eines dielektrischen Überzugs (Sericard ) niedergehalten wurde. Eine andere Reihe an Elektrodenstreifen wurde mit zwei Maschenschichten aufgebaut. Der dielektrische Überzug bildete einen Probenflusskanal im wesentlichen wie in der Fig. 1 gezeigt.
Venöse Blutproben wurden erhalten und in aliquote Teile aufgeteilt. Eine bekannte Glucosemenge wurde zu jedem aliquoten Teil gegeben, um eine Reihe von Vollblutproben mit Glukosekonzentrationsbereichen zwischen 90 mg/dl (5 mM) und 820 mg/dl (45 mM) herzustellen. Ein kleines Volumen (3-5 ul) aus jedem aliquoten Teil wurde auf die Probenladeabschnitte der oben beschriebenen Streifen und zum Vergleich auf Kontrollstreifen aufgetragen. Die Kontrollstreifen hatten zwei Maschenschichten und keinen Probenflusskanal, der durch den einen Teil des Maschenschichtabschnitts okkludierenden dielektrischen Überzug gebildet wird. Die Reaktionen der Streifen auf die Glucose in den Proben wurde mittels Verwendung eines kompatiblen Messsystems gemessen. Die gemessenen stationäre Reaktionen sowohl für die Probe als auch für die Kontroll-Elektroden wurden auf den Glucosepegel hin ausgewertet. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die Elektrodenstreifen kleinen Volumens gaben eine lineare Glucosereaktion ab, die im wesentlichen dieselbe wie die der Elektrodenstreifen aus dem Stand der Technik war. Weder die Reduzierung der Probendicke durch die Verwendung einer einzigen Maschenschicht, noch die Verwendung eines Probenflusskanals beeinflusste materiell die Reaktion. TABELLE 1
Die wie oben hergestellt Elektrodenstreifen kleinen Volumens wurden geprüft, indem kapillares Blut (zwischen 5 und 10 ul) aus den Fingern von über fünfzig Diabethispatienten verwendet wurde, die sich mit einen Bereich an Blutglucosewerten zwischen 4 und 27 mM (70 und 500 mg/dl) präsentierten. Die von den Elektroden abgegebenen kalibrierten, stationären Reaktionen, die gemessen wurden, indem ein passendes Messgerät (Medisense QID ) verwendet wurde, wurden mit denen eines Bezugs-Vollblutwertes von einem Standard-Labor-Bezugsanalysegerät (Yellow Springs, Inc.) verglichen. Die Ergebnisse werden in der Fig. 3 dargestellt. Eine lineare Reaktion aus den Streifen kleinen Volumens wurde in diesem Glucosebereich erhalten. Die Reaktionsveränderlichkeit war gering, wie durch den kleinen Anteil an Streuung um die lineare Regressionslinie herum gezeigt wird.
Reaktionen der Elektrodenstreifen kleinen Volumens und der Kontrollstreifen wurden verglichen, indem Blutprobenmengen von 10, 5, 4, 3 und 2 ul verwendet wurden. Zehn Wiederholproben wurden an jeder Art von Elektrodenstreifen bei jedem Volumen auf getragen. Die Elektrodenreaktion und die Anzahl der Elektroden, die eine Messreaktion gaben, wurden für jedes Volumen an Proben gemessen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 und 3 zusammengefasst. TABELLE 2 TABELLE 3 Anzahl der Streifen, die eine Messreaktion geben
Die Elektrodenstreifen kleinen Volumens fuhren damit fort, selbst bei 2,0 ul eine Reaktion zu geben, wohingegen die Kontrollstreifen es nicht taten. Dies zeigte, dass das reduzierte Totvolumen der Elektrodenstreifen dieser Erfindung einem größeren Teil der Probe erlaubte, zum Elektrodenabschnitt zu wandern und die Arbeits- und Bezugselektrode abzudecken. Proben, die zu klein waren, um vollständig den Arbeitselektrodenabschnitt abzudecken, gaben keine Reaktion ab.
Andere Ausführungsformen liegen innerhalb der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Ein verlängerter Elektrodenstreifen zur Durchführung einer elektrochemischen Messung eines Analyten im Vollblut oder in einer wässrigen Lösung, der Elektroden zum Durchführen der Messung umfasst,

worin die Elektroden von einer Maschenschicht bedeckt sind, die sich um eine Strecke über die Elektroden hinaus an der Länge der Streifen entlang erstreckt, wobei die Masche von einer gegenüber Flüssigkeiten undurchlässigen Schicht bedeckt wird, in der es eine Öffnung gibt, die nicht über den Elektroden liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine partielle Okklusion der Masche unter der Öffnung liegt, wobei die partielle Okklusion das Gesamtvolumen des Blutes oder der wässrigen Probe reduziert, die nötig ist, um die Messung durchzuführen.

2. Der verlängerte Streifen nach Anspruch 1, worin mindestens 50% der Maschenfläche, die unter der Öffnung liegt, okkludiert ist.

3. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 2, worin eine Vollblutprobe von 2, 5 Mikrolitern ein ausreichendes Volumen an Probe bereitstellt, um die Elektroden zu erreichen und eine Messung zu veranlassen.

4. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem elektrochemischen Sensor für die Messung eines Analyten in einer wässrigen Probe, der umfasst:

einen Elektrodenträger,

eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode, die eine Elektrodenanordnung auf dem Träger bilden, worin die Arbeitselektrode über ein stromaufwärts und ein stromabwärts befindliches Ende verfügt, und wobei die Bezugselektrode am stromabwärts befindlichen Ende der Arbeitselektrode angrenzt;

eine hydrophile Maschenschicht, die über einem Probenladeabschnitt und der Elektrodenanordnung liegt, wobei der Proben ladeabschnitt am stromaufwärts befindlichen Ende der Arbeitselektrode angrenzt;

eine Deckschicht, die eine obere Grenzfläche eines Zellvolumens bestimmt, das die Elektrodenanordnung umgibt;

eine Öffnung in der Deckschicht, wobei die Öffnung über dem Probenladeabschnitt befindlich ist und eine Größe hat, die genügt, um zu erlauben, dass ein ausreichendes Volumen an Probe durch die Maschenschicht dringt, wobei kein Abschnitt der Öffnung über der Elektrodenanordnung angeordnet ist;

ein dielektrischer Überzug, der in peripheren Bereichen der Maschenschicht imprägniert ist, wodurch ein okkludierter Bereich der Maschenschicht gebildet wird und Seitengrenzflächen des Zellvolumens bestimmt werden, wobei der okkludierte Bereich über keinem Abschnitt der Elektrodenanordnung liegt;

worin die Maschenschicht die wässrigen Lösung aus dem Probenladeabschnitt auf die Elektrodenanordnung zieht, worin die wässrige Lösung die Arbeitselektrode und die Bezugselektrode kontakiert,

dadurch gekennzeichnet, dass der okkludierte Bereich über einem Abschnitt des Probenladeabschnitts liegt, der unter der Öffnung liegt.

5. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin die Elektrodenanordnung weiterhin eine Blindelektrode umfasst.

6. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, der eine Maschenschicht umfasst.

7. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, der zwei oder mehrere Maschenschichten umfasst.

8. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin die Gesamtdicke der Maschenschicht zwischen 40 und 200 um ist.

9. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin die Maschenschicht ein inhärent hydrophiles Maschenmaterial umfasst.

10. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin die hydrophile Maschenschicht ein Maschenmaterial umfasst, das mit einem Tensid beschichtet ist.

11. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 10, worin das Tensid eine Lösung aus einem fluoroaliphatischen Oxyethylen- Addukt, niedrigen Polyethylenglycolen, 1,4-dioxan und Wasser ist.

12. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 11, worin das Maschenmaterial gewebtes Nylon ist.

13. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin die Maschenschicht ein gewebtes Maschenmaterial umfasst, das eine offene Fläche von etwa 40 bis 45%, eine Maschenzahl von etwa 95 bis 115 Fasern pro Zentimeter, einen Faserndurchmesser von etwa 20 bis 40 um und eine Dicke von etwa 40 bis 60 um hat.

14. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin die Deckschicht im wesentlichen für wässrige Lösung undurchlässig ist.

15. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 14, worin die Deckschicht im wesentlichen aus einer Polyestermembran besteht.

16. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin der Elektrodenstreifen zwischen 4,5 und 6,5 mm breit ist.

17. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 16, worin die Öffnung eine Breite zwischen 2,5 und 3,5 mm und eine Länge zwischen 2,5 und 3,5 mm hat.

18. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin der dielektrische Überzug hydrophob ist.

19. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin der okkludierte Bereich einen V-förmigen Probenflusskanal im Proben ladeabschnitt bildet, worin sich der V-förmige Flusskanal in Richtung der Elektrodenanordnung erweitert.

20. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 19, worin der V- förmige Probenflusskanal zwischen 10 und 50% der Maschenschichtfläche innerhalb der Öffnung darstellt.

21. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin der dielektrische Überzug eine Farbe hat, die mit der Farbe der Deckschicht in Kontrast steht.

22. Der Elektrodenstreifen nach Anspruch 4, worin der dielektrische Überzug eine Färbe hat, die mit der Farbe des Deckelektrodenträgers in Kontrast steht.