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Kontrolllösung und Verfahren um die Leistung einer elektrochemischen Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Analyten im Blut zu testen - Dokument DE69718092T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69718092T2 09.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0800086
Titel Kontrolllösung und Verfahren um die Leistung einer elektrochemischen Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Analyten im Blut zu testen
Anmelder Bayer Corp., Pittsburgh, Pa., US
Erfinder Ye, Ling, No. 2B, Indiana 46545, US
Vertreter Köhler, F., Dipl.-Biol. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 40723 Hilden
DE-Aktenzeichen 69718092
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.03.1997
EP-Aktenzeichen 971046487
EP-Offenlegungsdatum 08.10.1997
EP date of grant 02.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.10.2003
IPC-Hauptklasse G01N 33/96
IPC-Nebenklasse C12Q 1/00   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Das Gebiet der klinischen Chemie befasst sich mit dem Nachweis und der Quantifizierung verschiedener Substanzen in Körperflüssigkeiten. In einem wichtigen Aspekt dieses Gebietes wird die Konzentration natürlich vorkommender Substanzen, wie von Cholesterin oder Glucose, im Blut einer Person bestimmt. Eine der am häufigsten in der klinischen Chemie eingesetzten Analyse-Vorrichtungen für eine Blutprobe ist der Teststreifen. Bei Kontaktieren des Teststreifens mit der Blutprobe reagieren bestimmte Reagenzien, mit denen der Teststreifen beaufschlagt ist, mit dem zu bestimmenden Analyt, um ein nachweisbares Signal zu ergeben. Das Signal kann eine Farbänderung wie im Fall eines kolorimetrischen Sensors oder eine Stromänderung bei Anwendung eines elektrochemischen Systems sein, um die Menge an Elektronen zu messen, die sich aus der Reaktion zwischen dem Analyt und dem Reagens-System ergibt und proportional zur Konzentration des Analyt in der getesteten Blutprobe ist. Diese Systeme, in denen ein Enzym im Reagens-System angewandt wird, können als Biosensoren bezeichnet werden, da sie auf der Wechselwirkung des Enzyms (eines biologischen Materials) mit dem Analyt beruhen, um die nachweisbare Reaktion zu ergeben. Ist beispielsweise Glucose der Analyt, wird die Reaktion mit Glucose-Oxidase und Sauerstoff durch die Gleichung (A) dargestellt:

In einem kolorimetrischen Assay verursacht das freigesetzte Wasserstoffperoxid, in der Gegenwart von Peroxidase, eine Farbänderung in einem Redox-Indikator, wobei die Farbänderung proportional zum Gehalt von Glucose in der Testflüssigkeit ist. Während kolorimetrische Tests halbquantitativ durch die Verwendung von Farbkarten zum Vergleichen der Farbänderung des Redox-Indikators mit der Farbänderung, die mit Testflüssigkeiten bekannter Glucose-Konzentration erhalten werden, und sogar noch höher quantitativ durch Ablesung des Ergebnisses mit einem spektrofotometrischen Gerät durchgeführt werden können, sind die Ergebnisse im allgemeinen weder so genau noch so rasch erhätlich, wie diejenigen, die bei Anwendung eines Biosensors erhalten werden können, der auf einer elektrochemischen Reaktion zur Bestimmung der Konzentration des Analyt beruht. Neben seiner größeren Genauigkeit erzeugt ein elektrochemischer Biosensor ein elektrisches Signal, das direkt gemessen werden kann, wodurch ein vereinfachter Geräteentwurf leichter ermöglicht wird. Bezüglich der obigen Gleichung (A), kann eine geeignete Elektrode die Bildung von H&sub2;O&sub2; durch ihre Elektrooxidation an der Oberfläche der Elektrode gemäß Gleichung (B) messen:

H&sub2;O&sub2; → O&sub2; + 2H&spplus; + 2e&supmin; (B)

Der an der Elektrode gemessene Oxidationsstrom ist direkt proportional zur Konzentration von Glucose in der Blutprobe, die getestet wird.

In der anfänglichen Stufe der durch die Gleichung (A) dargestellten Reaktion wird durch die in der Testprobe vorhandene Glucose das oxidierte Flavinadenindinucleotid-(FAD)-Zentrum des Enzyms in seine reduzierte Form (FADH&sub2;) überführt. Weil diese Redox-Zentren durch die glycosylierte Protein-Schale des Enzyms im wesentlichen elektrich isoliert sind, läuft kein direkter Elektronentransfer zur Oberfläche einer herkömmlichen Elektrode in einem messbaren Grad in der Abwesenheit einer inakzeptabel hohen Zellspannung ab. Eine Verbesserung dieses Systems beinhaltet die Anwendung einer nicht-physiologischen Redox-Kupplung zwischen der Elektrode und dem Enzym, um die Elektronen zwischen dem (FADH&sub2;) und der Elektrode pendeln zu lassen, was durch das folgende Schema dargestellt wird, worin der Redox-Kuppler, der in typischer Weise als ein Mediator bezeichnet wird, mit M dargestellt ist:

Glucose + GO(FAD) → Gluconolacton + GO(FADH&sub2;)

GO(FADH&sub2;) + 2Mox → GO(FAD) + 2Mred + 2H&spplus;

2Mred → 2Mox + 2e&supmin; (an der Elektrode)

In diesem System stellt GO(FAD) die oxidierte Form von Glucose- Oxidase dar, und GO(FADH&sub2;) zeigt seine reduzierte Form an. Die mediierende Species Mox/Mred pendelt Elektronen vom reduzierten Enzym zur Elektrode, wodurch das Enzym oxidiert wird, um seine in situ-Regeneration zu verursachen.

Viele Verbindungen eignen sich als Mediatoren wegen ihrer Fähigkeit, Elektronen aus dem reduzierten Enzym aufzunehmen und sie an die Elektrode zu überführen. Unter den Mediatoren, von denen bekannt ist, dass sie sich als Elektronentransfer-Mittel in analytischen Bestimmungen eignen, sind die in US 4.746.607 offenbarten substituierten Benzo- und Naphthochinone, die in EP 0 354 441 spezifisch offenbarten N-Oxide, Nitroso-Verbindungen, Hydroxylamine und Oxine, die in EP 0 330 517 offenbarten Flavine, Phenazine, Phenothiazine, Indophenole, substituierten 1,4-Benzochinone und Indamine und die in US 3,791,988 beschriebenen Phenazinium/Phenoxazinium- Salze zu nennen. Eine zusammenfassende Übersicht elektrochemischer Mediatoren biologischer Redox-Systeme ist in Analytica Clinica Acta 140 (1982), S. 1-18, zu finden.

Unter den noch besser geeigneten Mediatoren ist Hexacyanoferrat zu nennen, das auch als Ferricyanid bekannt ist, das von Schläpfer et al in Clinica Chimica Acta, 57, (1974), S. 283-289, diskutiert wird. In US 4,929,545 ist die Verwendung einer löslichen Ferricyanid-Verbindung in Kombination mit einer löslichen Eisen(III)-Verbindung in einer Zusammensetzung zur enzymatischen Bestimmung eines Analyt in einer Probe offenbart. Bei Ersatz von Ferricyanid für Sauerstoff in Gleichung (A) ergibt sich:

GO

Glucose + 2Fe&sub6;³&spplus;(CN)b³&supmin; → Gluconolacton + 2Fe²&spplus;(CN)&sub6;&sup4;&supmin;,

da das Ferricyanid zum Ferrocyanid durch seine Aufnahme von Elektronen aus dem Glucose-Oxidase-Enzym reduziert wird.

Ein weiterer Weg, diese Reaktion darzustellen, ist die Aufstellung des folgenden Satzes von Gleichungen (C):

Glucose + GO(FAD) → Gluconolacton + GO(FADH&sub2;)

GO(FADH&sub2;) + 2Fe(CN)&sub6;³&supmin; → GO(FAD) + 2Fe(CN)&sub6;&sup4;&supmin; + 2H&spplus;

2Fe(CN)&sub6;&sup4;&supmin; → 2Fe(CN)&sub6;³&supmin; + 2e&supmin; (an der Elektrode) (C)

Die freigesetzten Elektronen sind direkt äquivalent zur Glucose-Menge in der Blutprobe und können dazu durch Messung des Stroms in Beziehung gesetzt werden, der durch das fluide Medium bei Anlegen eines Potenzials daran erzeugt wird.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ist ein notwendiges Attribut eines Mediators die Fähigkeit, im oxidierten Zustand unter den Bedingungen zu bleiben, die an der Elektrodenoberfläche vor der Anwendung des elektrochemischen Sensors vorliegen. Jede Reduktion des Mediators erhöht den Hintergrund-Strom, der bei der Ablesung des Sensors resultiert, der verfälscht wird. Diese Mediatoren neigen dazu, im Zeitablauf reduziert zu werden, insbesondere unter Belastungsbedingungen, wodurch die Nützlichkeit der Sensoren verringert wird, um weiter angewandt werden zu können. Diese Reduktion des Mediators kann durch das Anlegen eines positiven Potentialpulses an die Elektrode, die den Mediator trägt, umgekehrt werden, um zumindest einen Teil zurück in seine oxidierte Form zu überführen. Das Anlegen dieses Pulses an die Elektrode, nachfolgend bezeichnet als "burn-off" (Abbrand), ergibt einen Strom zwischen den Elektroden, welcher gemessen werden kann. Nachdem der burn-off-Puls (Abbrenn-Puls) über eine vorbestimmte Zeitdauer gehalten worden ist, gewöhnlich einige s lang, wird das System abgeschaltet, um einen offenen Stromkreis eine festgesetzte Verzögerungsdauer lang zu ergeben, worauf die Analyt-Konzentration durch Anlegen eines zweiten Potenzials zwischen den Elektroden und Messung des entstandenen Stroms bestimmt wird, um den Ablese-Strom zu ergeben. Das dynamische Stromprofil, d. h. die Änderung des Stroms im Zeitablauf, ist charakteristisch für das Erfassungssystem und die Probe, die getestet wird. Das Verhältnis von Ablese-Strom zu Brenn-Strom (R/B) ergibt einen Weg, die Charakteristika des dynamischen Stromprofils auszudrücken.

Es ist notwendig, dass klinische Analysen des oben beschriebenen Typs genau sind. Anwender-Vergleichs-Lösungen können herangezogen werden, um diese Genauigkeit durch Bestimmung zu verfizieren, ob das Test-Messgerät und/oder die Sensoren der Erfassungsvorrichtung sauber und ordnungsgemäß arbeiten. Eine Anwender-Vergleichs-Lösung wird bezüglich Qualitätsvergleichszwecken getestet und nicht zur Eichung verwendet, bestehende handelsübliche Vergleichs-Lösungen schließen die in WO 93/21928- A offenbarten ein, die Wasser, eine vorbestimmte Menge an Glucose, Xanthan, Phosphat als Reaktionsgeschwindigkeitsregulator und fixierte rote Blutzellen vom Mensch oder Rind enthalten.

In WO 95/13535 ist ein nicht-Serum-basiertes Vergleichs-Reagens offenbart, enthaltend Wasser, eine vorbestimmte Menge an Glucose und einen Dihydroxyalkohol mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Dipropylenglycol.

In WO 95/13536 ist ein Serum-freies Vergleichs-Reagens zur Glucose- Bestimmung offenbart, welches eine Mischung einer vorbestimmten Menge von Glucose, Wasser, ein Tonmineral, einen Puffer, ein Konservierungsmittel, ein oberflächenaktives Mittel und eine gefärbte oder Farb-bildende Verbindung umfasst.

Obwohl die bestehenden handelsüblichen Vergleichs-Lösungen dem Zweck dienen, zu überprüfen, ob das Glucose-Messsystem sauber und ordnungsgemäß arbeitet, kann das Messgerät nicht bestimmen, ob die getestete Probe eine Vergleichs-Lösung oder eine wahre Blutprobe ist. Dies kann ein Problem beim Anwender von Messgeräten erzeugen, die eine Auto-Speicherfunktion aufweisen, worin die Testergebnisse automatisch in einer Speicher-Einheit gespeichert werden, so dass das Blutglucose-Profil über eine Zeitdauer aus dem Daten-Speicher heruntergeladen, analysiert und für medizinische Zwecke verwendet werden kann. Da das System zwischen der Vergleichs-Lösung und Blut nicht zu unterscheiden vermag, werden beide Werte im Speicher-System aufgezeichnet, und es werden, falls diese nicht entfernt werden, die Ergebnisse aus der Vergleichs-Lösung das im Speicher enthaltene Glucose- Profil verfälschen. Dieses Problem kann abgeschwächt werden, indem das Messgerät mit einem Mechanismus bereitgestellt wird, wobei die mit der Vergleichs-Lösung erhaltenen Ergebnisse aus dem Speicher bei Beendigung des Tests gelöscht werden können. Einige im Handel erhältliche Glucose- Messgeräte stellen ein von Hand betätigtes Lösch-Protokoll bereit. Allerdings ist diese von Hand betätigte Lösch-Technik nicht fehlersicher, wegen der Möglichkeit, dass der Anwender es vergisst oder vernachlässigt, die Vergleichsdaten aus dem Speicher zu entfernen.

Es wäre wünschenswert, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vergleichs-Lösung und ein Verfahren zum Test einer amperometrischen Erfassungsvorrichtung bereitzustellen und anzugeben, welche es für die Erfassungsvorrichtung automatisch ermöglichen, nachzuweisen, dass eine Vergleichs-Lösung eher als Blut getestet wird.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein solches Verfahren zur Verfügung zu stellen, in welchem die Erfassungsvorrichtung ein Speicher-System aufweist, welches automatisch die Daten ausschließt, die mit der Vergleichs-Lösung aus der Speicher-Einheit für Blutdaten erzeugt werden.

Diese Aufgaben werden durch die Formulierung bzw. Zubereitung einer Vergleichs-Lösung gelöst, welche Stromprofile der Abbrenn- und der Ablese- Zeitdauer erzeugt, die von denjenigen unterscheidbar sind, die aus einer Blutprobe erzeugt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine wässrige Vergleichs- Lösung zum Test des Leistungsvermögens einer elektrochemischen Erfassungsvorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Analyt einer Blutprobe. Die Vorrichtung umfasst eine Arbeits- und eine Bezugselektrode. Die Arbeitselektrode weist auf ihrer Oberfläche eine Zusammensetzung auf, die ein für den Analyt spezifisches Enzym und einen Mediator umfasst, der eine in Reaktion auf eine Reaktion zwischen dem Analyt und dem Enzym reduzierte Species ist. Die Konzentration des Analyt wird als Funktion des Stroms ermittelt, der durch die Arbeitselektrode fließt. Während des Betriebs der Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Analyt in Blut wird ein dynamisches Stromprofil erzeugt, das durch ein Messgerät in elektrischem Anschluss an die Erfassungsvorrichtung gemessen wird.

Zum Test des ordnungsgemäßen Funktionierens des Messgeräts und der Erfassungsvorrichtung kann eine Vergleichs-Lösung, die eine bekannte Menge an Analyt enthält, verwendet werden. Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Verwendung einer Vergleichs-Lösung, die entworfen ist, um ein dynamisches Stromprofil zu ergeben, das sich deutlich von demjenigen unterscheidet, das mit Blut erhalten würde. Die Vergleichs-Lösung umfasst ein organisches Lösungsmittel und ein oxidierendes Mittel. Wird das Messgerät an ein Speicher-System angeschlossen, das jede separate Analyse aufzeichnet, kann das Speicher-System entworfen sein, um nur diejenigen Ablesungswerte aufzunehmen, die dem dynamischen Stromprofil entsprechen, das durch eine Blutprobe erzeugt wird, und um diejenigen Ablesungswerte auszuschließen, die mit der Vergleichs-Lösung erzeugt werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass das Speicher-System durch den Einschluß von Ablesungswerten verzerrt wird, die mit der Vergleichs-Lösung erhalten werden, die für den Analyt-Gehalt im Blut des Anwenders der Analyt- Messvorrichtung keine Anzeige darstellt.

Ebenfalls eingeschlossen in den Umfang der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Test des Leistungsvermögens der elektrochemischen Erfassungsvorrichtung unter der oben beschriebenen Verwendung einer Vergleichs-Lösung.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vergleichs-Lösung, die ein dynamisches Stromprofil erzeugt, das als unterschiedlich von demjenigen von Blut vom Mikroprozessor einer Messvorrichtung erkannt und daher vom Speicher-System ausgeschlossen werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird jede von zwei technischen Verfahrensweisen angewandt, mit welcher das von der Vergleichs-Lösung erzeugte dynamische Stromprofil verändert werden kann. Die erste technische Verfahrensweise beruht darauf, dass in die wässrige Vergleichs-Lösung ein organisches Lösungsmittel eingebracht wird, das ein schwaches Lösungsmittel für den Redox-Mediator ist, wobei die Auflösungsgeschwindigkeit des Mediators abgesenkt wird, d. h., die Konzentration des Mediators in der Test-Lösung wird in der frühen Stufe des Tests (in der Brenn-Periode) abgesenkt, wodurch der Brenn-Strom relativ zum Ablese-Strom bei einer gegebenen Analyt-Konzentration abgesenkt wird, was ein dynamisches Stromprofil ergibt, das sich von demjenigen unterscheidet, das von einer reinen wässrigen Testprobe wie Blut erzeugt wird. Die zweite technische Verfahrensweise beruht darauf, dass der Brenn-Strom durch Einbringung eines oxidierenden Mittels in einer angemessenen Konzentration in die Vergleichs- Lösung herabgesetzt wird. Wird eine ein oxidierendes Mittel enthaltende Vergleichs-Lösung getestet, wird der reduzierte Mediator, bei Auflösung, sofort durch das oxidierende Mittel oxidiert. In anderen Worten, schließt das oxidierende Mittel die Elektronen kurz, die aus dem reduzierten Mediator zur Oberfläche der Elektrode fließen, was zu einem Absinken beim Brenn-Strom führt. Bei entsprechender Konzentration erschöpft sich das oxidierende Mittel während der Brennperiode, und der Ablese-Strom wird signifikant beeinflusst. Dies führt wiederum zu einem dynamischen Stromprofil, das sich von demjenigen unterscheidet, das durch eine Testprobe erzeugt wird, die frei vom oxidierenden Mittel ist.

Die Charakteristika des dynamischen Stromprofils können in bestimmter Weise ausgedrückt werden, und die entsprechenden Kriterienfunktionen können in den Mikroprozessor für das Messgerät eingesetzt werden, um unterschiedliche Stromprofile und somit unterschiedliche Proben, Vergleiche oder Blut zu erkennen. Beispielsweise kann die Änderungsgeschwindigkeit beim Brenn-Strom herangezogen werden, um die Charakteristik der Form des dynamischen Brenn-Stromprofils auszudrücken. Wird eine Blutprobe getestet, wird das chemische Reagens des Sensors schnell rehydratisiert, und der Brenn-Strom bringt einen schnellen monotonen Verfall nach wenigen Sekunden in den Test, so dass die Änderungsgeschwindigkeit im Brenn-Strom hoch ist und dieser ein negatives Vorzeichen aufweist. Ist die Testprobe allerdings eine Vergleichs-Lösung, die entweder ein organisches Lösungsmittel oder ein oxidierendes Mittel enthält, wird nicht nur der Brenn-Strom abgesenkt, sondern es verändert sich auch die Änderungsgeschwindigkeit beim Brenn- Strom, um einen langsamen Anstieg zu zeigen, d. h., die Änderungsgeschwindigkeit im Brenn-Strom ist niedrig und dieser weist ein positives Vorzeichen für eine Vergleichs-Lösung auf. Daher kann die Änderungsgeschwindigkeit im Brenn-Strom als eine Kriteriumfunktion eingesetzt werden: Ist die Änderungsgeschwindigkeit im Brenn-Stom hoch und weist dieser ein negatives Vorzeichen auf, ist die getestete Probe Blut; ist die Änderungsgeschwindigkeit im Brenn-Strom niedrig und weist dieser ein positives Vorzeichen auf, ist die getestete Probe eine Vergleichs- Lösung. Alternativ dazu, ist es möglich, das Verhältnis des Ablese- zum Brenn-Strom (R/B) heranzuziehen, um die Differenz in den dynamischen Stromprofilen für eine Blutprobe und eine Vergleichs-Lösung auszudrücken. Wie oben diskutiert, wird der Brenn-Strom durch die Zugabe eines organischen Lösungsmittels oder eines oxidierenden Mittels zur Vergleichs- Lösung abgesenkt, wogegen der Ablese-Strom nicht signifikant beeinflusst wird; demzufolge ist das R/B-Verhältnis für eine Vergleichs-Lösung größer als für eine Blutprobe. Eine R/B-Funktion kann als das Kriterium eingesetzt werden: Ist R/B größer als ein bestimmter Wert, ist das Testmaterial die Vergleichs-Lösung; ist R/B kleiner als dieser Wert, ist das Testmaterial die Blutprobe.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das dynamische Stromprofil des Sensors durch Anlegen eines Anfangspotenzials an die Elektroden der Erfassungsvorrichtung ermittelt, um zumindest einen Teil des Mediators zu oxidieren, der reduziert worden ist, und es wird der Strom gemessen, der zwischen den Elektroden fließt, um einen Brenn-Strom zu ergeben. An diesem Punkt wird das System auf einen offenen Stromkreis umgeschaltet, d. h., das an die Elektroden angelegte Potenzial wird beendet, und der Ausstoß-Widerstand des elektronischen Stromkreises auf den zwei Elektroden des Sensors ist unendlich hoch für eine festgelegte Verzögerungsperiode, worauf die Konzentration des Analyt durch Anlegen eines zweiten Potenzials zwischen den Elektroden bestimmt und der Strom gemessen werden, der zwischen ihnen fließt, um einen Ablese-Strom zu ergeben. Die Charakteristik des dynamischen Stromprofils kann durch das Verhältnis des Ablese- zum Brenn-Strom ausgedrückt werden.

Die Vergleichs-Lösung ist eine Wasser-basierte Zusammensetzung, die vier Grundelemente enthält, diese sind:

a) ein polymeres Material, das die fluiden mechanischen Eigenschaften von Blut vortäuscht, d. h. die Viskosität und das Diffusionsverhalten von Elektrolyten in Blut zeigt und ergibt. Geeignete Polymere schließen Polyethylenoxid, Polyhydroxyethylmethacrylat und Polyvinylpyrrolidon ein. In typischer Weise enthält die Vergleichs-Lösung 12 bis 20% (G/V) eines oder mehrerer dieser polymeren Bestandteile.

Der zweite Grundbestandteil ist eine vorbestimmte Menge des Analyt. Die Konzentration des Analyt ist nicht kritisch, solange sie in die Konzentrationsgrenzen fällt, die das Analysegerät nachzuweisen vermag. Verschiedene Analyte können vom Typ des betreffenden Analysegeräts gemessen werden, z. B. Cholesterin, Alkohol, Glutamat, Lactat und Glucose, vorausgesetzt, dass die entsprechenden Enzyme auf die Arbeitselektrode aufgebracht werden. Im Fall einer Erfassungsvorrichtung für die Bestimmung von Glucose, worin das Enzym Glucose-Oxidase ist, beträgt die Konzentration von Glucose in der Vergleichs-Lösung in typischer Weise 30 bis 400 mg/dL.

Die Vergleichs-Lösung wird auf einen pH-Wert im Bereich von 4,8 bis 7,5 zur optimalen und reproduzierbaren Leistung des Sensors gepuffert. Der besondere Puffer, der angewandt wird, ist nicht kritisch; bevorzugte Puffer schließen Zitronensäure/Natriumzitrat, Phosphorsäure oder Natriumphosphat in hinreichender Menge ein, um den pH-Wert der Vergleichs-Lösung im gewünschten Bereich zu halten.

Schließlich wird in die Vergleichs-Lösung ein Material eingeschlossen, das den Sensor in einer Weise beeinflusst, die ihn dazu veranlasst, ein dynamisches Stromprofil zu ergeben, das sich deutlich von demjenigen von Blut unterscheidet, ohne das Sensor-Enzym wesentlich zu beeinflussen. Ein Weg, um die Charakteristik des dynamischen Stromprofils auszudrücken, beruht darauf, dass das Verhältnis des Ablese- zum Brenn- Strom (R/B) herangezogen wird. Durch Programmieren des Analysegerät- Mikroprozessors, um nur diejenigen Ergebnisse aufzunehmen, deren R/B- Verhältnisse mit einem vorab festgelegten Bereich übereinstimmen, werden diejenigen Tests, die ein R/B-Verhältnis ausserhalb dieses Bereichs ergeben, automatisch ausgeschlossen. Das dynamische Stromprofil eines Tests unter Anwendung des vorher beschriebenen Sensors wird am einfachsten durch Zugabe eines Bestandteils zur Vergleichs-Lösung verändert, welcher die Funktion des Mediators beeinflusst. Beispielsweise kann Ethylenglycol zur Vergleichs-Lösung gegeben werden, um zu verursachen, dass die Lösung den Mediator langsamer auflöst, als dies der Fall wäre, falls die Vergleichs- Lösung vollständig ein wässrig basiertes System wäre. Ist Ferricyanid der Mediator, verlangsamt somit die Zugabe von 15 bis 50% (G/V) Ethylenglycol die Auflösung des Mediators hinreichend, um eine Vergleichs-Lösung mit einem dynamischen Stromprofil (und somit einem R/B-Verhältnis), das sich hinreichend von demjenigen unterscheidet, das mit Blut erhalten wird, für den Mikroprozessor zu ergeben, um jene als nicht-Blutprobe zu erkennen und nicht in den Speicher eintreten zu lassen. Die Verlangsamung der Auflösungsgeschwindigkeit des Mediators verursacht einen Anstieg beim R/B- Verhältnis, da der Brenn-Strom in einem viel größeren Ausmaß als der Ablese-Strom abgesenkt wird. Beispiele weiterer Additive, die der Vergleichs-Lösung zugefügt werden können, um die Auflösungsgeschwindigkeit des Mediators zu verlangsamen, schließen N-Methylpyrrolidon und n-Propanol ein. Alle Additive für die Vergleichs-Lösung müssen natürlich mit dem im Reagens vorhandenen Enzym kompatibel sein.

Additive können zur Vergleichs-Lösung gegeben werden, um ihr dynamisches Stromprofil durch Mittel zu verhindern, die sich von der Verlangsamung der Auflösungsgeschwindigkeit des Mediators unterscheiden. Es kann nämlich ein oxidierendes Mittel zugegeben werden, um den Mediator teilweise zu oxidieren. Dies beeinflusst das dynamische Stromprofil durch Absenken des Brenn-Stroms wegen des Kurzschlusses der Elektronen, die aus dem reduzierten Mediator zur Elektrode fließen. Geeignete oxidierende Mittel schließen Kaliumpermanganat, Kaliuimperchromat, Kaliumdichromat, Natriumperchlorat und Natriumperjodat ein. Durch Auswahl einer geeigneten Konzentration des oxidierenden Mittels erschöpft es sich während der Brennperiode, und der Ablese-Strom wird nicht signifikant beeinflusst. Somit wird das R/B-Verhältnis für den Vergleich erhöht.

Das Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung wird nun noch weiter durch das folgende Beispiel erläutert:

Beispiel I A. (Formulierung der Vergleichs-Lösung)

Der Vergleichs-Vorrat, enthaltend alles, außer Glucose, für die Vergleichs-Lösung, wurde in zwei Hauptstufen hergestellt:

i) Es wird der PVP-Vorrat (Polyvinylpyrrolidon-Lösung in Zitrat- Puffer) hergestellt. Die Zusammensetzung des PVP-Vorrats ist in Tabelle 1 angegeben:

Tabelle 1

Bestandteil Menge g/L

PVP 220

Natriumborhydrid 0,969

Zitronensäure 9,83

Natriumzitrat 28,00

Natriumbenzoat 2,00

DI-Wasser auf 1 L

Das PVP wurde sehr langsam zu Wasser unter kräftigem Rühren bis zur Auflösung gegeben. Natriumborhydrid wurde dann langsam unter schwachem Rühren zugefügt, um die oxidierenden Verunreinigungen zu reduzieren, die möglicherweise aus dem Polymerisationsverfahren mitgeschleppt wurden. Bei Beendigung der Reaktion wurde Zitronensäure zugegeben, um den pH-Wert abzusenken, um jegliches unreagierte Borhydrid zu zersetzen. Schließlich wurde Natrumzitrat zugefügt, um den pH-Wert auf das gewünschte Niveau von 5,0 einzustellen.

ii) Es wird Ethylenglycol und roter Farbstoff zum PVP-Vorrat gegeben. Der Vergleichs-Vorrat wurde durch Vermsichen von 75 Teilen (bezogen auf Volumen) PVP-Vorrat mit 25 Teilen Ethylenglycol hergestellt. FD&C Red Dye #40 wird auf eine Konzentration von 0,4 g pro L Vergleichs- Vorrat zugefügt, um der Vergleichs-Lösung eine tiefrote Farbe zu geben, die Blut im Aussehen vortäuscht. Glucose wurde der Vergleichs-Lösung mit 3 Gehaltsmengen zugefügt:

Niedrig: 97 mg/dL

Normal: 152 mg/dL

Hoch: 371 mg/dL

B. (Test mit einer Blutprobe und mit einer Vergleichs-Lösung)

Mit dem angeschalteten Messgerät und einem Sensor in der Erfassungsposition, d. h., die Kontakt-Unterlagen auf den Elektroden des Sensors sind in Kontakt mit dem elektronischen Stromkreis des Messgeräts, wurde an die Elektroden ein Potenzial von 0,4 Volt angelegt. Die Probe (Blut oder Vergleichs-Lösung) wurde am Sensor aufgebracht, dessen Arbeitselektrode Glucose-Oxidase und Ferricyanid aufwies, welche, in der Gegenwart von Glucose, in die vorher beschriebene elektrochemische Reaktion eintreten, um Elektronen zu ergeben. Bei Benetzung durch die Probe weist das Messgerät einen Strom-Spike nach und startet den Zeitverlauf für den Test, der 30 s dauert, deren erste 10 s die Brennperiode sind. Bei der 10ten Sekunde des Tests wurde der Brenn-Strom aufgezeichnet (iBrenn)/und das an die Elektroden angelegte Potenzial endete, wobei ein offener Stromkreis zwischen den Elektronen zurückbleibt. Die offene Stromkreis-Bedingung, bezeichnet als "die Warteperiode", wurde 10 s lang aufrechterhalten, um die Reaktion zwischen der Glucose und dem Reagens ablaufen zu lassen. Bei der 20ten Sekunde des Tests wurde ein Potenzial von 0,4 Volt erneut an die Elektroden angelegt, um die 10 s lange Ableseperiode zu starten. Bei der 30ten Sekunde des Tests wurde der Ablese-Strom (iAblese) aufgezeichnet, und das an die Elektroden angelegte Potenzial endete. Dies beendete den Test. In Fig. 1 sind die Stromprofile für Blut (WB) und für Vergleichs- Testverfahren dargestellt. Die aufgetragenen Ströme waren:

WB iBrenn = 1586 (nA) iAblese = 1127 (nA)

Vergleich iBrenn = 865 (nA) iAblese = 955 (nA)

C. (Nachweis einer Vergleichsprobe mit dem Messgerät)

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass sich das mit der Vergleichs-Lösung erhaltene dynamische Stromprofil von dem mit Blut erhaltenen deutlich unterscheidet. Der Brenn-Strom zeigt einen monotonen langsamen Anstieg im Zeitablauf für den Vergleich, wogegen der Brenn-Strom für die Blutprobe, außer ganz am Beginn des Tests, einen schnellen Abfall im Zeitablauf zeigt. Unter Anwendung des Verhältnisses des Ablese- zum Brenn-Strom kann man die Differnz bei den Stromprofilen quantifizieren. Bei Beendigung des Tests berechnet der Mikroprozessor im Messgerät den Glucose-Wert gemäß Gleichung (1):

G = (iAblese - 370,73)/9,33 mg/dL (1)

und berechnet das Verhältnis des Ablese- zum Brenn-Strom gemäß Gleichung (2):

R/B = iAblse/iBrenn (2)

Die Kriteriumsfunktion des Verhältnisses des Ablese- zum Brenn-Strom, die im Mikroprozessor gespeichert ist, lautet:

falls G ≤ 150 und falls R/B > 0,75 + 0,001 · G,

dann gilt: die Probe ist die Vergleichs-Lösung, Ausschluß der Daten aus der Speicher-Einheit für Blut, worin "falls ... dann" eine Logik- Funktion ist, die den Mikroprozessor befähigt, eine Wahl gemäß dem Ergebnis des durch diese Logik-Funktion festgelegten Vergleichs zu treffen.

Ansonsten gilt: Die Probe ist Blut, Eingabe der Daten in die Speicher-Einheit für Blut.

Ansonsten:

falls G > 150 und falls R/B > 0,8625 + 0,00025 · G,

dann gilt: die Probe ist Vergleichs-Lösung, Ausschluß der Daten aus der Speicher-Einheit für Blut.

Ansonsten gilt: die Probe ist Blut, Eingabe der Daten in die Speicher-Einheit für Blut.

Die G- und R/B-Werte aus den durch Fig. 1 dargestellten Tests sind:

WB: G = (1127 - 370,73)/9,33 = 81 mg/dL

R/B = 1127/1586 = 0,711 < 0,75 + 0,001 · 81 = 0,831 Vergleich:

G = (955 - 370,73)/9,33 = 63 mg/dL

R/B = 955/865 = 1,104 > 0,75 + 0,001 · 63 = 0,813

Bei Überprüfung der aus den Blut- und den Vergleichs-Tests erhaltenen Daten gegen die Kriteriumsfunktion werden die Proben als Blut bzw. Vergleich durch den Mikroprozessor bestimmt, und der Messwert für die Vergleichs-Lösung wird aus der Speicher-Einheit für Blut ausgeschlossen.


Anspruch[de]

1. Wässrige Vergleichs-Lösung zum Test des Leistungsvermögens einer elektrochemischen Erfassungsvorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Analyt in einer Blutprobe, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Arbeits- und eine Bezugselektrode enthält, wobei die Arbeitselektrode auf ihrer Oberfläche eine Zusammensetzung aufweist, die ein für den Analyt spezifisches Enzym und einen Mediator umfasst, welcher eine in Reaktion auf eine Reaktion zwischen dem Analyt und dem Enzym reduzierte Species ist, und worin die Konzentration des Analyt in der flüsigen Testprobe als Funktion des gemessenen Stroms bestimmt wird, welcher durch die Arbeitselektrode fließt, wobei die Vergleichs-Lösung umfasst:

a) ein polymeres Material, das die fluiden mechanischen Eigenschaften von Blut vortäuscht;

b) eine vorbestimmte Menge des Analyt;

c) ein Puffersystem mit der Befähigung, den pH-Wert der Lösung in einem Bereich von ca. 4,8 bis ca. 7,5 zu halten; und

d) ein organisches Lösungsmittel und/oder ein oxidierendes Mittel.

2. Vergleichs-Lösung gemäß Anspruch 1, worin das polymere Material, das die fluiden dynamischen Eigenschaften von Blut vortäuscht, Polyethylenoxid, Polyhydroxyethylmethacrylat und Polyvinylpyrrolidon ist.

3. Vergleichs-Lösung gemäß Anspruch 1, worin das Puffersystem aus Zitronensäure/Natriumzitrat, Phosphorsäure oder Natriumphosphat zusammengesetzt ist.

4. Vergleichs-Lösung gemäß Anspruch 1, worin das Material, das den Sensor beeinflusst, den Mediator beeinflusst.

5. Vergleichs-Lösung gemäß Anspruch 4, worin das Material, das den Mediator beeinflusst, um ein Stromprofil zu verursachen, das sich von dem von Blut unterscheidet, ein organisches Lösungsmittel ist, das zu einer langsamereren Auflösung und/oder Diffusion des Mediators bei Anwendung der Vergleichs-Lösung am Sensor als im Fall mit Blut führt.

6. Vergleichs-Lösung gemäß Anspruch 4, worin der Mediator ein Ferricyanid und das Lösungsmittel Eethylenglycol, N-Methylpyrrolidon oder n-Propanol sind.

7. Vergleichs-Lösung gemäß Anspruch 5, worin das Material, das ein Stromprofil verursacht, das sich von dem von Blut unterscheidet, ein oxidierendes Mittel ist.

8. Vergleichs-Lösung gemäß Anspruch 7, worin das oxidierende Mittel Kaliumpermanganat, Kaliumperchromat, Kaliumdichromat, Kaliumperchlorat oder Natriumperchlorat oder Natiumperjodat ist.

9. Verfahren zum Test des Leistungsvermögens einer elektrochemischen Erfassungsvorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Analyt in einer Blutprobe, wobei die Vorrichtung ein Messgerät und elektrochemische Erfassungsmittel umfasst, worin das Verfahren die Stufen umfasst, in denen man:

a) die elektrochemische Erfassungsvorrichtung mit einem Erfassungsmittel bereitstellt, das eine Arbeits- und eine Bezugselektrode einschließt, wobei die Arbeitselektrode auf ihrer Oberfläche eine Zusammensetzung aufweist, die ein für den Analyt spezifisches Enzym und einen teilweise reduzierten Mediator umfasst, welcher eine in Reaktion auf eine Reaktion zwischen dem Analyt und dem Enzym reduzierte Species ist,

b) man die Vergleichslösung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zwischen die Arbeits- und Bezugselektrode des Erfassungsmittels bringt, wobei die Vergleichs-Lösung befähigt ist, diese Elektroden elektrisch zu verbinden und eine bekannte Konzentration des Analyts enthält und ein dynamisches Stromprofil ergibt, das sich deutlich von demjenigen unterscheidet, das sich mit einer Blutprobe unter ähnlichen Bedingungen ergibt,

c) man ein Potenzial zwischen den Elektroden anlegt, um zumindest einen Teil des Mediators zurück in seine oxidierte Form zu bringen, um einen messbaren Brenn-Strom zu ergeben, welcher gemessen wird,

d) man das an die Elektroden angelegte Potenzial beendet, um einen offenen Stromkreis für eine festgelegte Verzugsperiode zu ergeben,

e) man eine zweite Spannung zwischen den Elektroden anlegt und den Strom und den Ablese-Strom misst, und man

f) das dynamische Stromprofil der Vergleichs-Lösung als das Verhältnis von Ablese- zu Brenn-Strom ermittelt, wobei sich das dynamische Stromprofil deutlich von dem dynamischen Stromprofil unterscheidet, welches mit einer Blutprobe erhalten würde.







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