ES2249413T3 - Medicion de sustancias en liquidos. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para confirmar la suficiencia volumétrica de un líquido de muestra aplicado a un dispositivo medidor electroquímico sobre una tira de prueba, que comprende las etapas de: proporcionar un dispositivo medidor para medir la concentración de una sustancia en un líquido de muestra, comprendiendo dicho dispositivo una primera parte sensora activa (6(b)) para generar portadores de carga eléctrica en proporción a la concentración de dicha sustancia en el líquido de muestra, una segunda parte sensora activa (8(b)) también para generar portadores de carga eléctrica en proporción a la concentración de dicha sustancia en el líquido de muestra, y una parte sensora de referencia (4(b)) que es común a ambas partes sensoras activas primera y segunda, en el cual dichas partes sensoras activas primera y segunda y dicha parte sensora de referencia están situadas sobre una tira de prueba desechable; aplicar el líquido de muestra a dicho dispositivo medidor; medir en cada parte sensora activa una corriente eléctrica proporcional a la concentración de dicha sustancia en el líquido de muestra; comparar la corriente eléctrica procedente de cada una de las partes sensoras activas para establecer un parámetro de diferencia; y cuando el parámetro de diferencia sea superior a un umbral predeterminado, establecer una condición de error para indicar una falta de suficiente volumen de muestra.

Description

Medición de sustancias en líquidos.

Para los diabéticos, los dispositivos para medir los niveles de glucosa en la sangre tienen un valor incalculable, especialmente los dispositivos que pueden ser usados por los propios pacientes, ya que así pueden vigilar sus propios niveles de glucosa y tomar una dosis apropiada de insulina. Por lo tanto es muy importante la precisión de tales dispositivos, ya que una lectura inadecuada podría conducir a la administración de un nivel erróneo de insulina, lo cual podría ser muy perjudicial.

También sucede que en todos los sistemas prácticos de medida de glucosa en sangre al menos una parte del dispositivo, es decir, la parte que se pone en contacto con la muestra de sangre, es desechable. Esto significa que es particularmente importante que pueda minimizarse el coste, particularmente de la parte desechable, ya que generalmente el usuario necesitará con regularidad grandes cantidades de la misma.

Actualmente los dispositivos conocidos para medir la glucosa utilizan un procedimiento de medida electroquímico en lugar de los antiguos procedimientos colorimétricos. El principio general es la medición de una corriente eléctrica entre dos partes sensoras respectivamente denominadas parte sensora activa y de referencia. La parte sensora activa comprende un electrodo sobre el cual se ha depositado una capa de reactivo de enzima que comprende una enzima y un compuesto mediador de transferencia de electrones. Cuando se aplica un potencial a través de las partes sensoras se genera una corriente debido a la transferencia de electrones, a través de la enzima, entre la sustancia que se está midiendo y la superficie del electrodo. La corriente generada es proporcional tanto al área de la parte sensora como a la concentración de glucosa en la muestra de sangre. Dado que supuestamente el área de la parte sensora activa es conocida, la corriente eléctrica será proporcional a la concentración de glucosa.

Está reconocido en la técnica que si la parte sensora activa no está totalmente cubierta con la sangre se obtienen resultados imprecisos, ya que se reduce el área efectiva. Se han propuesto diversos modos de afrontar este problema, dos de los cuales están descritos en los documentos US 5628890 y US 5582697. Estos dos procedimientos se basan en un flujo unidireccional de sangre a través de la superficie de la tira de prueba, y ambos inician la medida de prueba detectando la presencia del líquido de muestra en un electrodo o parte sensora situada aguas abajo de la parte sensora activa.

La Patente Internacional WO9958709 describe una tira de prueba desechable, perfeccionada, que tiene tres o más electrodos. La tira está diseñada de manera que puedan mantenerse diferentes potenciales eléctricos, entre un pseudo contraelectrodo o electrodo de referencia común y cada uno de los otros electrodos, con la aplicación de un potencial común mediante un medidor amperimétrico. Esta posibilidad se consigue proporcionando a la tira de prueba diferentes resistencias de circuito para cada uno de estos otros electrodos.

La Patente Europea EP0537761 proporciona un biosensor que comprende un substrato aislante de la electricidad, un sistema principal de electrodos formado sobre el substrato y que tiene un electrodo activo y un contraelectrodo, una capa de reacción en contacto con el sistema principal de electrodos o en las cercanías del mismo y que contiene una oxidorreductasa, y un subsistema de electrodos de referencia situado con un intervalo respecto al sistema principal de electrodos y que tiene un electrodo activo y un contraelectrodo.

Finalmente, la Patente Estadounidense US5628890 describe una tira de electrodos que incluye un soporte de electrodos, un contraelectrodo o electrodo de referencia dispuesto sobre el soporte, un electrodo activo situado sobre el soporte y separado del contraelectrodo o electrodo de referencia, una capa de recubrimiento que define un espacio cerrado sobre los electrodos activo y de referencia y que tiene una abertura para que una muestra penetre en el espacio cerrado, y una pluralidad de capas de rejilla interpuestas en el espacio cerrado entre la capa de recubrimiento y el soporte, teniendo la capa de recubrimiento una abertura para aplicación de la muestra separada de dichos electrodos, y estando dicho electrodo de referencia separado de dicho electrodo activo y situado en una posición al lado opuesto de dicha abertura. El electrodo activo incluye una enzima capaz de catalizar una reacción consistente en un substrato para la enzima o un substrato catalíticamente reactivo con una enzima y un mediador capaz de transferir los electrones transferidos entre la reacción catalizada por la enzima y el electrodo activo para crear una corriente representativa de la actividad de la enzima y representativa del compuesto.

Naturalmente, el problema de que exista insuficiente líquido de muestra, y por lo tanto la parte sensora activa no esté completamente cubierta, puede reducirse disminuyendo el tamaño de la parte sensora activa. Sin embargo, un área pequeña en la parte sensora activa tiende a producir una mayor variabilidad de los resultados calibrados.

Los presentes inventores han comprobado que además de por un cubrimiento incompleto de la parte sensora activa, los resultados imprecisos también pueden producirse por defectos ocasionales en la fabricación de las tiras de prueba para tales dispositivos, así como por los daños accidentales provocados a la parte sensora activa, por ejemplo, por un usuario. Por lo que saben los inventores, la única manera práctica de afrontar este problema ha sido hasta el momento asegurar que el proceso de impresión utilizado para fabricar las tiras de prueba sea lo más preciso posible y disponer de un control de calidad adecuado.

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Es un objeto de la presente invención mitigar los citados inconvenientes, al menos parcialmente, con el procedimiento definido en la reivindicación 1.

Se verá que, según la invención, la corriente dependiente de la concentración de la sustancia se mide dos veces eficazmente y se comparan las dos medidas de manera que cada una pueda servir de comprobación para la otra.

Se considera que la invención es particularmente beneficiosa en el contexto de los ensayos electroquímicos en los que la sustancia cuya concentración se desea comprobar, por ejemplo glucosa en sangre, reacciona con un elemento de las partes sensoras activas, por ejemplo un reactivo de enzima, para generar portadores de cargas eléctricas y así producir la corriente eléctrica proporcional a la concentración de la sustancia en el líquido.

Se apreciará pues que, según la invención, el procedimiento según se define en la reivindicación 1 compara la corriente que pasa por las dos partes sensoras activas, como consecuencia de la generación de portadores de cargas eléctricas, y da una indicación de error si las dos corrientes son demasiado diferentes, es decir, si la corriente en una parte sensora difiere demasiado de la que podría esperarse considerando la corriente en la otra. Por consiguiente, este procedimiento detecta si una de las partes sensoras no está adecuadamente cubierta por el líquido de muestra.

Vista de otro modo, la invención proporciona un procedimiento mediante el cual, para un área total dada de la parte sensora activa, y por lo tanto un volumen mínimo dado de la muestra, puede obtenerse la detección de un llenado inadecuado dividiendo en dos el área de la parte sensora activa.

Los expertos en la técnica apreciarán que, efectivamente, lo que se proporciona es un procedimiento que incluye una autoprueba para uso propio. Esto es particularmente beneficioso en el contexto de un dispositivo en el que las partes sensoras estén situadas en un elemento de prueba separado, ya que este puede ser típicamente una tira de prueba, por ejemplo para medir los niveles de glucosa en sangre, fabricada a granel. Tales tiras serán utilizadas típicamente por una persona tumbada, que no necesariamente las tratará con suficiente cuidado. Así pues, el elemento de prueba desmontable comprende una tira de prueba desechable.

Las dos partes sensoras activas se disponen sobre el elemento de prueba según sea conveniente. El elemento de prueba puede estar dispuesto para que el líquido de muestra pueda fluir libremente sobre las partes sensoras activas. Sin embargo, más preferiblemente, el líquido de muestra es obligado a fluir a través de las partes sensoras activas sustancialmente en una sola dirección.

Es particularmente preferible que las dos partes sensoras activas estén dispuestas aguas abajo la una de la otra. Esto permite asegurar que una de las partes sensoras estará siempre completamente cubierta cuando la otra empiece a cubrirse, evitando así la posibilidad, aunque sea remota, de que no haya suficiente líquido de muestra para cubrir ambas partes sensoras, e incluso de que cada parte sensora esté parcialmente cubierta en una misma magnitud. Se apreciará, sin embargo, que aunque se considere aceptable el pequeño riesgo mencionado, las disposiciones según la invención permiten una flexibilidad en la colocación de las partes sensoras mucho mayor que los dispositivos conocidos, proporcionando a la vez una protección ante el uso de un volumen inadecuado de liquido de muestra, u otro uso incorrecto del producto, o daños al mismo. Más preferiblemente, ambas partes sensoras activas se sitúan aguas abajo de la parte sensora de referencia.

Las corrientes generadas por las dos partes sensoras activas pueden no ser directamente comparables, debido por ejemplo a que las partes sensoras no son similares, en cuyo caso se dispone preferiblemente el dispositivo medidor para que aplique una ponderación adecuada a las medidas devueltas por una o ambas partes sensoras activas para normalizarlas. El parámetro de diferencia podría ser entonces, por ejemplo, la simple diferencia aritmética entre los valores normalizados de las corrientes. No obstante, ambas partes sensoras comprenden preferiblemente el mismo material activo y, alternativamente, aunque mejor adicionalmente, ambas partes sensoras activas tienen el mismo área. Así pues es más preferible que las dos partes sensoras activas sean sustancialmente idénticas. Esto permite que el parámetro de diferencia incluya fácilmente una comparación directa entre las respectivas corrientes que pasan por las partes sensoras para determinar si una medición de la concentración de la sustancia puede ser fiable.

El umbral utilizado para determinar una medida imprecisa puede elegirse según sea adecuado. Típicamente el umbral será elegido empíricamente, ya que el valor adecuado dependerá de la variabilidad inherente del proceso de fabricación, de la precisión deseada para los resultados, etc. En cierto modo tiene que existir un equilibrio entre la precisión que puede obtenerse fijando un umbral bajo y la proporción de mediciones que deben ser desechadas por ser demasiado imprecisas. Por lo tanto, el umbral deberá fijarse ventajosamente a un nivel en el que, por ejemplo, no se haga un daño apreciable a un paciente que dependa de los resultados para administrarse insulina.

El parámetro de diferencia puede ser un valor absoluto, por ejemplo la diferencia entre las corrientes medidas en cada parte sensora, aunque preferiblemente es adimensional, por ejemplo un porcentaje de una u otra de las corrientes medidas.

Preferiblemente las corrientes se miden después de un tiempo predeterminado, aunque ello no es imprescindible.

El valor real de la corriente utilizado para calcular la concentración de la sustancia puede ser el de una única parte sensora activa, pero es preferible una combinación de las mismas, por ejemplo la suma o la media de las dos. Esto tiene la ventaja de que se utiliza al máximo el área activa eficaz, lo cual ayuda a aumentar la precisión de los resultados obtenidos.

A continuación se describirá una realización preferida de la invención, a título de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra un elemento base para una tira de prueba según la invención;

La Figura 2 muestra una disposición general de las pistas de carbono aplicadas sobre el elemento base;

La Figura 3 muestra la capa de aislante aplicada sobre la tira;

La Figura 4 muestra la capa de reactivo de enzima;

La Figura 5 muestra una capa de adhesivo;

La Figura 6 muestra una capa de película hidrófila;

La Figura 7 muestra la capa de recubrimiento de la tira;

La Figura 8 es un gráfico de los resultados obtenidos sin utilizar un procedimiento según la invención; y

La Figura 9 es un gráfico similar a la Figura 8 obtenido utilizando un procedimiento según la invención.

Pasando a la Figura 1, se muestra una tira oblonga 2 de película de poliéster que forma la base de una tira de prueba para medir la concentración glucosa en una muestra de sangre. El elemento de base 2 está representado aislado, aunque en la práctica, al final de la fabricación, se corta un conjunto de tales tiras a partir de una hoja maestra grande.

La Figura 2 muestra la plantilla de tinta de carbono que, en este ejemplo, se aplica sobre el elemento de base mediante impresión por serigrafía, aunque podría usarse cualquier procedimiento de deposición adecuado conocido en la técnica. La capa de carbono comprende cuatro áreas distintas que están eléctricamente aisladas entre si. La primera pista 4 forma, en el extremo distal de la misma, un electrodo 4b para una parte sensora contraria o de referencia. La pista 4 se extiende longitudinalmente formando un terminal de conexión 4a en su extremo proximal. Las pistas segunda y tercera 6a, 8a forman en sus extremos distales unos electrodos 6b, 8b para dos partes sensoras activas y unos correspondientes terminales de conexión 6, 8 en sus extremos proximales. La cuarta área de carbono es simplemente un puente de conexión 10 que se provee para cerrar el circuito en un dispositivo adecuado de medición con el fin de que este se encienda cuando la tira de prueba esté correctamente introducida.

La Figura 3 muestra la tercera capa, que también se aplica mediante impresión por serigrafía. Se trata de una máscara 12, insoluble al agua, que define una ventana sobre los electrodos 4b, 6b, 8b y controla así el tamaño del carbono expuesto, y por lo tanto el lugar en donde la capa 14 de reactivo de enzima (Figura 4) se pondrá en contacto con los electrodos de carbono. El tamaño y la forma de la ventana se fijan de tal modo que los dos electrodos 6b, 8b tengan un parche de enzima, de exactamente el mismo área, impreso sobre los mismos. Esto significa que, para un determinado potencial, cada parte sensora activa dejará pasar teóricamente la misma cantidad de corriente eléctrica en presencia de una muestra de sangre.

Se imprime una capa de enzima, que en esta realización es una capa 14 de reactivo de oxidasa de glucosa (Figura 4), sobre la máscara 12, y por lo tanto sobre los electrodos 4b, 6b, 8b a través de la ventana de la máscara, para formar respectivamente la parte sensora contraria o de referencia y las dos partes sensoras activas. A continuación se imprime sobre la tira una capa de adhesivo de 150 \mum con la plantilla que se muestra en la Figura 5. Por mayor claridad, esta plantilla está ampliada con respecto a las figuras anteriores. Tres áreas de adhesivo independientes 16a, 16b, 16c definen entre si una cámara 18 de muestra.

Sobre el extremo distal de la tira se laminan dos secciones de película hidrófila 20 (Figura 6) y se sujetan mediante el adhesivo 16. La primera sección de película tiene el efecto de convertir la cámara 18 de muestra en un delgado canal que por acción capilar arrastra el líquido hacia si y a lo largo del mismo. La capa final aparece en la Figura 7 y consiste en una cinta protectora 22 de plástico que tiene una parte transparente 24 en el extremo distal. Esto permite al usuario saber instantáneamente si una tira está usada y también ayuda a efectuar una comprobación visual grosera de si se ha aplicado suficiente sangre.

A continuación se describirá el uso de la tira. La tira de prueba se introduce en un dispositivo medidor. La parte de puente 10 completa un circuito del dispositivo y enciende automáticamente el dispositivo. El dispositivo tiene además unos contactos para conectarse a los terminales 4a, 6a, 8a de la tira. El dispositivo aplica un potencial de 400 mV entre la parte sensora contraria o de referencia y cada una de las dos partes sensoras activas a través de los terminales anteriormente mencionados.

A continuación se coloca una gota de sangre sobre el extremo distal de la tira. La acción capilar arrastra la sangre a lo largo de la cámara 18 de muestra y sobre la parte sensora contraria o de referencia y las dos partes sensoras activas.

Pasado un tiempo predeterminado se mide la corriente que pasa por cada parte sensora activa y se comparan las dos medidas. Si difieren en más del 10% se muestra un mensaje de error en el dispositivo medidor, y debe repetirse la prueba. Sin embargo, si están dentro del 10% la una de la otra, se suman las dos corrientes en el dispositivo y se convierten en un nivel de glucosa que se muestra en un visor de cristal líquido.

Se realizó un experimento comparativo utilizando una tira, fabricada según se ha indicado, con objeto de ejemplarizar los beneficios alcanzables según la invención. Durante el experimento se aplicaron sobre tales tiras unas gotas de sangre cuyo volumen fue incrementándose desde 1 a 2 micro litros, a escalones de 0,2 micro litros, y con una concentración de glucosa constante, repitiéndose cada volumen 8 veces. Se midió y se registró la corriente existente en cada parte sensora activa. Los resultados están reflejados en la Tabla 1 adjunta a esta descripción.

En la primera parte de la prueba se sumaron simplemente las dos corrientes para simular una sola parte sensora activa que tuviera las áreas combinadas. Estos resultados están dibujados en la Figura 8.

En la segunda mitad de la prueba, se compararon primero las corrientes. Sólo si diferían en menos del 10% se sumaban la una a la otra y se daban como resultado válido. Los valores que diferían en más del 10% eran desechados. Los resultados de esta segunda parte están dibujados en la Figura 9.

Se aprecia inmediatamente que el segundo juego de resultados es significativamente más preciso, es decir, presenta una variación mucho menor. Además, puesto que en la práctica las dos partes sensoras activas sólo darán resultados mutuamente consistentes si ambas están totalmente cubiertas, el segundo juego de resultados es también significativamente más preciso que el primero, ya que puede suponerse sin riesgo que los resultados sólo se dan realmente cuando ambas partes sensoras activas están totalmente cubiertas.

Se apreciará por lo tanto que la presente invención permite la detección y el rechazo de aquellas pruebas que hayan tenido insuficiente sangre aplicada sobre la tira de prueba, es decir, aquellas en las que se haya usado incorrectamente la tira de prueba.

Los expertos en la técnica apreciarán que dentro del alcance de la invención son posibles muchas variaciones sobre lo anteriormente descrito. Por ejemplo, la invención puede ser utilizada para medir el nivel de cualquier sustancia en cualquier líquido, no sólo glucosa en sangre. Además, la cifra de 10% de diferencia usada en la realización anteriormente descrita es puramente ejemplar, y puede usarse cualquier cifra adecuada.

TABLA 1

Volumen \muL	Sensor activo 1 \muA	Sensor activo 2 \muA	% Diferencia	Con detección	Sin Detección
				de error	de error
1	7,07	0,00	-706800		7,07
1	6,94	5,98	-16,2175732		12,92
1	5,53	0,01	-92050		5,54
1	6,99	7,09	1,42393909	14,09	14,09
1	7,34	7,02	-4,59016393	14,35	14,35
1	7,16	6,79	-5,49742078	13,94	13,94
1	7,01	3,47	-102,13441		10,48
1	7,07	5,69	-24,2578605		12,77
1,2	7,18	4,54	-58,2286847		11,72
1,2	7,00	6,78	-3,35055351	13,78	13,78
1,2	7,09	1,79	-297,032475		8,88
1,2	6,31	0,00	-157550		6,31
1,2	6,78	6,79	0,11788977	13,56	13,56

TABLA 1 (continuación)

Volumen \muL	Sensor activo 1 \muA	Sensor activo 2 \muA	% Diferencia	Con detección	Sin Detección
				de error	de error
1,2	6,95	6,59	-5,4029443	13,53	13,53
1,2	6,62	6,28	-5,36795158	12,89	12,89
1,2	7,23	3,78	-91,2721502		11,01
1,4	7,16	6,90	-3,76811594	14,06	14,06
1,4	7,14	6,94	-2,88184438	14,08	14,08
1,4	7,17	7,02	-2,13675214	14,19	14,19
1,4	7,02	6,01	-1,5918958	13,93	13,93
1,4	6,95	6,91	-0,5788712	13,86	13,86
1,4	6,93	6,88	-0,72674419	13,81	13,81
1,4	7,09	6,92	-2,4566474	14,01	14,01
1,4	7,25	7,40	2,02702703	14,65	14,65
1,6	7,808	6,59	-18,4825493		14,40
1,6	6,774	6,589	-2,80770982	13,36	13,36
1,6	6,928	6,904	-0,34762457	13,83	13,83
1,6	6,892	6,453	-6,80303735	13,35	13,35
1,6	7,087	7,314	3,10363686	14,40	14,40
1,6	7,257	6,947	-4,46235785	14,20	14,20
1,6	6,501	6,306	-3,09229305	12,81	12,81
1,6	6,811	6,755	-0,82901554	13,57	13,57
1,8	7,145	6,536	-9,31762546	13,68	13,68
1,8	7,021	6,612	-6,18572293	13,63	13,63
1,8	6,917	6,828	-1,30345636	13,75	13,75
1,8	6,971	6,78	-2,81710914	13,75	13,75
1,8	7,016	6,941	-1,08053595	13,96	13,96
1,8	6,977	7,179	2,81376236	14,16	14,16
1,8	6,946	6,794	-2,23726828	13,74	13,74
1,8	7,203	7,183	-0,27843519	14,39	14,39
2	7,145	6,536	-9,31762546	13,68	13,68
2	7,021	6,621	-6,18572293	13,63	13,63
2	6,917	6,828	-1,30345636	13,75	13,75

TABLA 1 (continuación)

Volumen \muL	Sensor activo 1 \muA	Sensor activo 2 \muA	% Diferencia	Con detección	Sin Detección
				de error	de error
2	6,971	6,78	-2,81710914	13,75	13,75
2	7,016	6,941	-1,08053595	13,96	13,96
2	6,977	7,179	2,81376236	14,16	14,16
2	6,946	6,794	-2,23726818	13,74	13,74
2	7,203	7,183	-0,27843519	14,39	14,39

Claims (3)

1. Un procedimiento para confirmar la suficiencia volumétrica de un líquido de muestra aplicado a un dispositivo medidor electroquímico sobre una tira de prueba, que comprende las etapas de:

proporcionar un dispositivo medidor para medir la concentración de una sustancia en un líquido de muestra, comprendiendo dicho dispositivo una primera parte sensora activa (6(b)) para generar portadores de carga eléctrica en proporción a la concentración de dicha sustancia en el líquido de muestra, una segunda parte sensora activa (8(b)) también para generar portadores de carga eléctrica en proporción a la concentración de dicha sustancia en el líquido de muestra, y una parte sensora de referencia (4(b)) que es común a ambas partes sensoras activas primera y segunda, en el cual dichas partes sensoras activas primera y segunda y dicha parte sensora de referencia están situadas sobre una tira de prueba desechable;

aplicar el líquido de muestra a dicho dispositivo medidor;

medir en cada parte sensora activa una corriente eléctrica proporcional a la concentración de dicha sustancia en el líquido de muestra;

comparar la corriente eléctrica procedente de cada una de las partes sensoras activas para establecer un parámetro de diferencia; y

cuando el parámetro de diferencia sea superior a un umbral predeterminado, establecer una condición de error para indicar una falta de suficiente volumen de muestra.

2. El procedimiento según se reivindica en la reivindicación 1, que comprende medir la corriente en cada parte sensora activa pasado un tiempo predeterminado después de la aplicación de la muestra.

3. El procedimiento según se reivindica en la reivindicación 2, en el cual la sustancia a medir es glucosa, y cada una de las partes sensoras activas genera portadores de carga eléctrica en proporción a la concentración de glucosa en el líquido de muestra.