ES2327741T3

ES2327741T3 - Un metodo para reducir interferencias en un sensor electroquimico usando dos potenciales aplicados diferentes.

Info

Publication number: ES2327741T3
Application number: ES04791625T
Authority: ES
Inventors: Oliver William Hardwicke Davies
Original assignee: LifeScan Scotland Ltd
Current assignee: LifeScan Scotland Ltd
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2009-11-03
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: US7653492B2; EP1678490B1; EP1678489A1; CA2543797C; CA2551058C; PL1678490T3; AU2004288013A1; KR101179998B1; DK1678490T3; IL175325A0; ATE354796T1; US20050114062A1; AU2004288004A1; US20050139489A1; KR101092350B1; EP1678492A1; ATE460661T1; JP2007514927A; JP2007514931A; US20050139469A1

Abstract

Un método para reducir interferencias en un sensor electroquímico que comprende: aplicar un primer potencial a un primer electrodo de trabajo (12) cubierto con un reactivo (22); aplicar un segundo potencial a un segundo electrodo de trabajo (14) también cubierto con dicho reactivo (22); en el que dicho segundo potencial es mayor que el valor absoluto de dicho primer potencial; medir una primera corriente, en dicho primer electrodo de trabajo (12), que comprende una corriente de analito y una corriente de compuesto interferente; medir una segunda corriente, en dicho segundo electrodo de trabajo (14), que comprende una corriente de sobrepotencial de analito y una corriente de sobrepotencial de compuesto interferente, en el que dicha corriente de sobrepotencial de analito tiene una primera relación directamente proporcional a dicha corriente de analito y en el que dicha corriente de sobrepotencial de compuesto interferente tiene una segunda relación directamente proporcional a dicha corriente de compuesto interferente; y calcular un valor de corriente corregido que es representativo de una concentración de analito usando una ecuación que es una función de dicha primera corriente, dicha segunda corriente, dicha primera relación directamente proporcional y dicha segunda relación directamente proporcional, en el que dicho analito es glucosa, dicho primer potencial está entre 385 milivoltios y 415 milivoltios para dicho sensor electroquímico que comprende un electrodo de trabajo de carbono y un mediador redox de ferrocianuro y dicho segundo potencial está entre 420 milivoltios y 1000 milivoltios para dicho sensor electroquímico que comprende un electrodo de trabajo de carbono y un mediador redox de ferrocianuro.

Description

Un método para reducir interferencias en un sensor electroquímico usando dos potenciales aplicados diferentes.

Antecedentes de la invención

Las tiras de ensayo de glucosa electroquímicas, tales como las usadas en el kit de ensayo de sangre completa OneTouch® Ultra®, que está disponible en LifeScan, Inc., están diseñadas para medir la concentración de glucosa en una muestra de sangre de pacientes con diabetes. La medición de glucosa se basa en la oxidación específica de glucosa por la flavo-enzima glucosa oxidasa. Durante esta reacción, la enzima se reduce. La enzima se re-oxida por reacción con el mediador ferricianuro, que se reduce él mismo durante el curso de la reacción. Estas reacciones se resumen a continuación.

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Cuando la reacción que se ha expuesto anteriormente se realiza con un potencial aplicado entre dos electrodos, se puede crear una corriente eléctrica por la re-oxidación electroquímica del ión mediador reducido (ferrocianuro) en la superficie del electrodo. Por tanto, ya que, en un entorno ideal, la cantidad de ferrocianuro creado durante la reacción química que se ha descrito anteriormente es directamente proporcional a la cantidad de glucosa en la muestra colocada entre los electrodos, la corriente generada sería proporcional al contenido de glucosa de la muestra. Un mediador redox, tal como ferricianuro, es un compuesto que intercambia electrones entre una enzima redox tal como glucosa oxidasa y un electrodo. Cuando la concentración de glucosa en la muestra aumenta, la cantidad de mediador reducido formado también aumenta, por tanto, existe una relación directa entre la corriente resultante de la re-oxidación del mediador reducido y la concentración de glucosa. En particular, la transferencia de electrones a través de la interfaz eléctrica da como resultado un flujo de corriente (2 moles de electrones por cada mol de glucosa que se oxida). La corriente que se produce por la introducción de glucosa, por lo tanto, se puede denominar la corriente de glucosa.

Debido a que puede ser muy importante conocer la concentración de glucosa en sangre, particularmente en personas con Diabetes, se han desarrollado medidores que usan los principios que se han expuesto anteriormente para permitir que la persona promedio muestre y ensaye su sangre para determinar la concentración de glucosa en cualquier momento dado. La Corriente de Glucosa generada se controla por el medidor y se convierte en una lectura de concentración de glucosa usando un algoritmo preajustado que relaciona la corriente con la concentración de glucosa mediante una fórmula matemática simple. En general, los medidores trabajan junto con una tira desechable que incluye una cámara de muestra y al menos dos electrodos dispuestos dentro de la cámara de muestra además de la enzima (por ejemplo, glucosa oxidasa) y mediador (por ejemplo, ferricianuro). Durante el uso, el usuario pincha su dedo u otro sitio práctico para inducir el sangrado e introduce una muestra de sangre en la cámara de muestra, iniciando de este modo la reacción química que se ha expuesto anteriormente.

En términos electroquímicos, la función del medidor es doble. En primer lugar, proporciona una tensión de polarización (aproximadamente 0,4 V en el caso de OneTouch® Ultra®) que polariza la interfaz eléctrica y permite el flujo de corriente en la superficie del electrodo de trabajo de carbono. En segundo lugar, mide la corriente que fluye en el circuito externo entre el ánodo (electrodo de trabajo) y el cátodo (electrodo de referencia). Por lo tanto, se puede considerar que el medidor es un sistema electroquímico simple que funciona en un modo de dos electrodos, aunque, en la práctica, se puede usar un tercer e incluso un cuarto electrodo para facilitar la medición de glucosa y/o realizar otras funciones en el medidor.

En la mayoría de las situaciones, se considera que la ecuación que se ha expuesto anteriormente es una aproximación suficiente a la reacción química que tiene lugar en la tira de glucosa y la lectura del medidor, una representación lo suficientemente precisa del contenido de glucosa de la muestra de sangre. Sin embargo, en determinadas circunstancias y para determinados propósitos, puede ser ventajoso mejorar la precisión de la medición. Por ejemplo, cuando una parte de la corriente medida en el electrodo se produce por la presencia de otros agentes químicos o compuestos en la muestra. Cuando están presentes tales agentes químicos o compuestos adicionales, se pueden denominar compuestos interferentes y la corriente adicional resultante se puede denominar Corrientes Interferentes.

Los agentes químicos potencialmente interferentes (es decir, compuestos encontrados en líquidos fisiológicos tales como sangre, que pueden generar Corrientes Interferentes en presencia de un campo eléctrico) incluyen ascorbato, urato y acetaminofeno (Tylenol^{TM} o Paracetamol). Un mecanismo para generar Corrientes Interferentes en un medidor electroquímico para medir la concentración de un analito en un líquido fisiológico (por ejemplo, un medidor de glucosa) implica la oxidación de uno o más compuestos interferentes por reducción de la enzima (por ejemplo, glucosa oxidasa). Un mecanismo adicional para generar Corrientes Interferentes en un medidor de este tipo implica la oxidación de uno o más compuestos interferentes por reducción del mediador (por ejemplo, ferricianuro). Un mecanismo adicional para generar Corrientes Interferentes en un medidor de este tipo implica la oxidación de uno o más compuestos interferentes en el electrodo de trabajo. Por tanto, la corriente total medida en el electrodo de trabajo es la superposición de la corriente generada por oxidación del analito y la corriente generada por oxidación de compuestos interferentes. La oxidación de compuestos interferentes puede ser el resultado de la interacción con la enzima, el mediador o puede tener lugar directamente en el electrodo de trabajo.

En general, los compuestos potencialmente interferentes se pueden oxidar en la superficie del electrodo y/o por un mediador redox. Esta oxidación del compuesto interferente en un sistema de medición de glucosa provoca que la corriente de oxidación medida sea dependiente tanto de la glucosa como del compuesto interferente. Por lo tanto, si la concentración de compuesto interferente se oxida tan eficazmente como la glucosa y/o la concentración de compuesto interferente es significativamente elevada con respecto a la concentración de glucosa, puede afectar a la concentración de glucosa medida.

La co-oxidación del analito (por ejemplo, glucosa) con compuestos interferentes es especialmente problemática cuando el potencial estándar (es decir, el potencial al que se oxida un compuesto) del compuesto interferente es similar en la magnitud al potencial estándar del mediador redox, dando como resultado que se genere una parte significativa de la Corriente de Interferencia por oxidación de los compuestos interferentes en el electrodo de trabajo. La corriente eléctrica que se produce por la oxidación de compuestos interferentes en el electrodo de trabajo se puede denominar corriente de interferencia directa. Por lo tanto, sería ventajoso reducir o minimizar el efecto de la corriente de interferencia directa sobre la medición de la concentración de analito. Los métodos previos para reducir o eliminar la corriente de interferencia directa incluyen diseñar tiras de ensayo que eviten que los compuestos interferentes alcancen el electrodo de trabajo, reduciendo o eliminando de este modo la corriente de interferencia directa que se puede atribuir a los compuestos excluidos.

Una estrategia para reducir los efectos de compuestos interferentes que generan una corriente de interferencia Directa es poner una membrana cargada negativamente sobre la parte superior del electrodo de trabajo. Como ejemplo, un fluoropolímero sulfonatado tal como NAFION^{TM} se puede poner sobre el electrodo de trabajo para repeler todos los agentes químicos cargados negativamente. En general, muchos compuestos interferentes, que incluyen ascorbato y urato, tienen una carga negativa y, por tanto, están excluidos de oxidarse en el electrodo de trabajo cuando la superficie del electrodo de trabajo está cubierta por una membrana cargada negativamente. Sin embargo, debido a que algunos compuestos interferentes, tales como acetaminofeno, no están cargados negativamente, y por tanto, pueden pasar a través de la membrana cargada negativamente, el uso de una membrana cargada negativamente no eliminará la corriente de interferencia Directa. Otra desventaja de cubrir el electrodo de trabajo con una membrana cargada negativamente es que los mediadores redox usados de forma común, tales como ferricianuro, están cargados negativamente y no pueden pasar a través de la membrana para intercambiar electrones con el electrodo. Una desventaja adicional del uso de una membrana cargada negativamente sobre el electrodo de trabajo es el potencial de ralentizar la difusión del mediador reducido al electrodo de trabajo, aumentando de este modo el tiempo de ensayo. Una desventaja adicional del uso de una membrana cargada negativamente sobre el electrodo de trabajo es la complejidad aumentada y el gasto para fabricar las tiras de ensayo con una membrana cargada negativamente.

Otra estrategia que se puede usar para disminuir los efectos de Corrientes Interferentes Directas es colocar una membrana selectiva por tamaño sobre la parte superior del electrodo de trabajo. Como ejemplo, se puede poner una membrana de exclusión por tamaño de 100 Dalton tal como acetato de celulosa sobre el electrodo de trabajo para excluir compuestos que tienen un peso molecular superior a 100 Dalton. En esta realización, la enzima redox tal como glucosa oxidasa se coloca sobre la membrana de exclusión por tamaño. La glucosa oxidasa genera peróxido de hidrógeno, en presencia de glucosa y oxígeno, en una cantidad proporcional a la concentración de glucosa. Se debe señalar que la glucosa y la mayor parte de los mediadores redox tienen un peso molecular superior a 100 Dalton y, por tanto, no pueden pasar a través de la membrana selectiva por tamaño. Sin embargo, el peróxido de hidrógeno tiene un peso molecular de 34 Dalton y, por tanto, puede pasar a través de la membrana selectiva por tamaño. En general, la mayoría de los compuestos interferentes tienen un peso molecular superior a 100 Dalton y, por tanto, están excluidos de oxidarse en la superficie del electrodo. Ya que algunos compuestos interferentes tienen pesos moleculares menores y, por tanto, pueden pasar a través de la membrana selectiva por tamaño, el uso de una membrana selectiva por tamaño no eliminará la corriente de interferencia Directa. Una desventaja adicional del uso de una membrana selectiva por tamaño sobre el electrodo de trabajo es la complejidad aumentada y el gasto de fabricación de las tiras de ensayo con una membrana selectiva por tamaño.

Otra estrategia que se puede usar para disminuir los efectos de la corriente de interferencia Directa es el uso de un mediador redox con un potencial redox bajo, por ejemplo, un potencial redox entre aproximadamente -300 mV y + 100 mV (frente a un electrodo de calomelano saturado). Esto permite que el potencial aplicado al electrodo de trabajo sea relativamente bajo, lo que, a su vez, disminuye la velocidad a la que se oxidan los compuestos interferentes por el electrodo de trabajo. Los ejemplos de mediadores redox que tienen un potencial redox relativamente bajo incluyen complejos de bipiridil osmio, derivados de ferroceno y derivados de quinona. Sin embargo, los mediadores redox que tienen un potencial relativamente bajo con frecuencia son difíciles de sintetizar, relativamente inestables y relativamente insolubles.

Otra estrategia que se puede usar para disminuir los efectos de compuestos interferentes es el uso de un electrodo de simulación junto con el electrodo de trabajo. La corriente medida en el electrodo de simulación se puede restar después de la corriente medida en el electrodo de trabajo para compensar el efecto de los compuestos interferentes. Si el electrodo de simulación está desnudo (es decir, no cubierto por una enzima o un mediador), entonces la corriente medida en el electrodo de simulación será proporcional a la corriente de interferencia Directa y la resta de la corriente medida en el electrodo de simulación de la corriente medida en el electrodo de trabajo reducirá o eliminará el efecto de la oxidación directa de compuestos interferentes en el electrodo de trabajo. Si el electrodo de simulación está cubierto con un mediador redox, entonces la corriente medida en el electrodo de simulación será una combinación de corriente de interferencia Directa y la corriente de interferencia que se produce por la reducción del mediador redox por un compuesto interferente. Por tanto, la resta de la corriente medida en el electrodo de simulación cubierto con un mediador redox de la corriente medida en el electrodo de trabajo reducirá o eliminará el efecto de la oxidación directa de compuestos interferentes y el efecto de interferencia que se produce por la reducción del mediador redox por un compuesto interferente en el electrodo de trabajo. En algunos casos, el electrodo de simulación también puede estar recubierto con una proteína inerte o enzima redox desactivada para simular el efecto del mediador redox y la enzima sobre la difusión. Debido a que es preferible que las tiras de ensayo tengan una cámara de muestra pequeña, de tal forma que las personas con diabetes no tengan que extraer una gran muestra de sangre, puede no ser ventajoso incluir un electrodo adicional que aumente de forma incremental el volumen de la cámara de muestra cuando el electrodo adicional no se usa para medir el analito (por ejemplo, glucosa). Además, puede ser difícil correlacionar directamente la corriente medida en el electrodo de simulación con corrientes de interferencia en el electrodo de trabajo. Finalmente, ya que el electrodo de simulación pueden estar recubierto con un material o materiales (por ejemplo, mediador redox) que difieren de los materiales usados para cubrir el electrodo de trabajo (por ejemplo, mediador redox y enzima), las tiras de ensayo que usan electrodos de simulación como un método para reducir o eliminar el efecto de compuestos interferentes en un sistema de múltiples electrodos de trabajos pueden aumentar el coste y la complejidad de la fabricación de la tira de ensayo.

Determinados diseños de tira de ensayo que utilizan múltiples electrodos de trabajo para medir el analito, tales como el sistema usado en el sistema de medición de glucosa OneTouch® Ultra®, son ventajosas debido al uso de dos electrodos de trabajo. En tales sistemas, por lo tanto, sería ventajoso desarrollar un método para reducir o eliminar el efecto de compuestos interferentes. Más particularmente, sería ventajoso desarrollar un método para reducir o eliminar el efecto de compuestos interferentes sin utilizar un electrodo de simulación, una membrana intermedia o un mediador redox con un potencial redox bajo. La Patente de Estados Unidos 4.655.880 describe un aparato sensor para detectar glucosa. El aparato incluye un par de sistemas de electrodo de funcionamiento de potenciostato, en los que un electrodo de trabajo está cubierto con glucosa oxidasa y el otro no. Para una tensión dada, la diferencia de corriente es directamente proporcional a la concentración de glucosa.

Sumario de la invención

Un método para reducir interferencias en un sensor electroquímico para medir la concentración de un analito en un líquido fisiológico, que comprende: aplicar un primer potencial a un primer electrodo de trabajo; aplicar un segundo potencial a un segundo electrodo de trabajo, en el que dicho segundo potencial es mayor que el valor absoluto de dicho primer potencial; medir una primera corriente, en dicho primer electrodo de trabajo, que comprende una corriente de analito y una corriente de compuesto interferente; medir una segunda corriente, en dicho segundo electrodo de trabajo, que comprende una corriente de sobrepotencial de analito y una corriente de sobrepotencial de compuesto interferente, en el que dicha corriente de sobrepotencial de analito tiene una primera relación directamente proporcional a dicha corriente de analito y en el que dicha corriente de sobrepotencial de compuesto interferente tiene una segunda relación directamente proporcional a dicha corriente de compuesto interferente; y calcular un valor de corriente corregido que representa una concentración de analito usando una ecuación que es una función de dicha primera corriente, dicha segunda corriente, dicha primera relación directamente proporcional y dicha segunda relación directamente proporcional, como se define en la reivindicación 1.

La concentración de glucosa en una muestra puesta en una tira de ensayo se puede calcular poniendo la muestra en una tira de ensayo que tiene un primer electrodo de trabajo y un segundo electrodo de trabajo y un electrodo de referencia, estando recubiertos al menos el primer electrodo de trabajo y el segundo electrodo de trabajo con compuestos químicos (por ejemplo, una enzima y un mediador redox) adaptados para facilitar la oxidación de glucosa y la transferencia de electrones desde la glucosa oxidada al primer electrodo de trabajo y al segundo electrodo de trabajo cuando se aplica un potencial entre el primer electrodo de trabajo y el electrodo de referencia, y el segundo electrodo de trabajo y el electrodo de referencia. De acuerdo con la presente invención se aplica un primer potencial entre el primer electrodo de trabajo y el electrodo de referencia, seleccionándose el primer potencial para tener una magnitud suficiente para garantizar que la magnitud de la corriente generada por la oxidación de la glucosa en la muestra se limite solamente por factores diferentes a la tensión aplicada (por ejemplo, difusión). De acuerdo con la presente invención, se aplica un segundo potencial entre el segundo electrodo de trabajo y el electrodo de referencia, siendo el segundo potencial mayor en magnitud que el primer potencial y, en una realización de la presente invención, seleccionándose el segundo potencial para aumentar la oxidación de compuestos interferentes en el segundo electrodo de trabajo. En una realización adicional de la presente invención, se puede usar la siguiente ecuación para reducir el efecto de la corriente de oxidación que se produce por la presencia de compuestos interferentes sobre la corriente usada para calcular la concentración de glucosa en la muestra. En particular, la concentración de glucosa se puede obtener usando una corriente calculada A_{1G}, en la que:

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en la que A_{1G} es una corriente de glucosa, W_{1} es la corriente medida en el primer electrodo de trabajo, W_{2} es la corriente medida en el segundo electrodo de trabajo, X_{G} es un factor de efecto de tensión dependiente de glucosa e Y es un factor de efecto de tensión dependiente del compuesto de interferencia.

Breve descripción de los dibujos

Las características novedosas de la invención se exponen de forma particular en las reivindicaciones adjuntas. Se obtendrá una mejor comprensión de las características y ventajas de la presente invención con referencia a la siguiente descripción detallada que expone realizaciones ilustrativas, en las que se utilizan los principios de la invención, y los dibujos adjuntos, de los cuales:

La Figura 1 es una vista en perspectiva despiezada de una realización de tira de ensayo para el uso en la presente invención.

La Figura 2 es una vista esquemática de un medidor y una tira para el uso en la presente invención.

La Figura 3 es un voltamograma hidrodinámico que ilustra la dependencia de la tensión aplicada con la corriente medida.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un método para mejorar la selectividad de un sistema de medición electroquímico que está particularmente adaptado para el uso en un sistema de medición de glucosa en sangre. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método para mejorar la selectividad de un sistema de medición de glucosa en sangre corrigiendo parcialmente o completamente el efecto de la corriente de interferencia directa, siendo la selectividad en tales sistemas una medida de la capacidad del sistema de medir de forma precisa la concentración de glucosa en una muestra de líquido fisiológico que incluye uno o más compuestos que crean una corriente interferente. La mejora de la selectividad, por tanto, reduce la corriente generada en el electrodo de trabajo mediante la presencia de compuestos interferentes (es decir, compuestos diferentes a la glucosa que se oxidan para generar una corriente interferente) y hace que la corriente medida sea más representativa de la concentración de glucosa. En particular, la corriente medida puede ser una función de la oxidación de compuestos interferentes encontrados de forma común en líquidos fisiológicos tales como, por ejemplo, acetaminofeno (Tylenol^{TM} o Paracetamol), ácido ascórbico, bilirrubina, dopamina, ácido gentísico, glutatión, levodopa, metildopa, tolazimida, tolbutamida y ácido úrico. Tales compuestos interferentes se pueden oxidar, por ejemplo, reaccionando químicamente con el mediador redox u oxidándose en la superficie del electrodo.

En un sistema perfectamente selectivo, no habría corriente de oxidación generada por ningún compuesto interferente y toda la corriente de oxidación se generaría por la oxidación de glucosa. Sin embargo, si la oxidación de compuestos interferentes y corriente de oxidación resultante no se pueden evitar, la presente invención describe un método para eliminar algo o todo del efecto de compuestos interferentes cuantificando la proporción de la corriente de oxidación global generada por los compuestos interferentes y restando esa cantidad de la corriente de oxidación total. En particular, en un método de acuerdo con la presente invención, que usa una tira de ensayo que incluye un primer electrodo de trabajo y un segundo electrodo de trabajo, se aplican dos potenciales diferentes y la corriente de oxidación generada en cada uno de los electrodos de trabajo se mide y se usa para estimar las proporciones de corriente de oxidación respectivas tanto para la glucosa como para los compuestos interferentes.

Se usa una tira de ensayo que incluye una cámara de muestra que contiene un primer electrodo de trabajo, un segundo electrodo de trabajo y un electrodo de referencia. El primer electrodo de trabajo, el segundo electrodo de trabajo y el electrodo de referencia están cubiertos por glucosa oxidasa (la enzima) y un Ferricianuro (el mediador redox). Cuando se pone una muestra de sangre (el líquido fisiológico) en la cámara de la muestra, la glucosa oxidasa se reduce por glucosa en la muestra de sangre generando ácido glucónico. Después, el ácido glucónico se oxida por reducción del Ferricianuro a Ferrocianuro, produciendo un mediador redox reducido con una concentración proporcional a la concentración de glucosa. Un ejemplo de una tira de ensayo que puede ser adecuada para el uso en un método de acuerdo con la presente invención es la tira de ensayo OneTouch® Ultra® comercializada por LifeScan, Inc., de Milpitas, California. Se describen otras tiras adecuadas en la publicación internacional WO 01/67099A1 y WO 01/73124A2.

Se aplica un primer potencial a un primer electrodo de trabajo y se aplica un segundo potencial al segundo electrodo de trabajo. El primer potencial se selecciona para estar en un intervalo en el que la respuesta de la corriente de glucosa sea relativamente insensible al potencial aplicado y, por tanto, la magnitud de la corriente de glucosa en el primer electrodo de trabajo se limita por la cantidad de mediador redox reducido que difunde al primer electrodo de trabajo. Se debe señalar que la glucosa no se oxida directamente en un electrodo de trabajo, pero, a su vez, se oxida indirectamente mediante el uso de una enzima redox y un mediador redox. En la descripción de la presente invención, la corriente de glucosa se refiere a una oxidación de mediador redox reducido que se correlaciona con la concentración de glucosa. El primer potencial varía de 385 milivoltios a 415 milivoltios y más preferiblemente de aproximadamente 395 a 405 mV. Se aplica un segundo potencial a un segundo electrodo de trabajo de tal forma que el segundo potencial es mayor que el primer potencial. Cuando el potencial aplicado es mayor que el potencial necesario para oxidar la glucosa, el segundo potencial varía de 420 milivoltios a 1000 milivoltios. El mediador redox es ferri/ferrocianuro y el electrodo de trabajo es carbono.

Debido a que la corriente de glucosa no aumenta o aumenta sólo mínimamente con potencial creciente, la corriente de glucosa en el segundo electrodo de trabajo debe ser sustancialmente igual a la corriente de glucosa en el primer electrodo de trabajo, incluso aunque el potencial en el segundo electrodo de trabajo sea mayor que el potencial en el primer electrodo. Por tanto, cualquier corriente adicional medida en el segundo electrodo de trabajo se puede atribuir a la oxidación de compuestos interferentes. En otras palabras, el mayor potencial en el segundo electrodo de trabajo debe provocar una corriente de sobrepotencial de glucosa a medir en el segundo electrodo de trabajo que es igual o sustancialmente igual en magnitud a la corriente de glucosa en el primer electrodo de trabajo, debido a que el primer potencial y el segundo potencial están en un intervalo de corriente de glucosa limitante que es insensible a cambios en el potencial aplicado. Sin embargo, en la práctica, otros parámetros pueden tener un efecto sobre la corriente medida, por ejemplo, cuando se aplica un potencial mayor al segundo electrodo de trabajo, con frecuencia hay un ligero aumento de la corriente global en el segundo electrodo de trabajo como resultado de una caída de tensión IR o efectos capacitivos. Cuando una caída de tensión IR (es decir, resistencia no compensada) está presente en el sistema, un potencial aplicado mayor provoca un aumento en la magnitud de la corriente medida. Pueden ser ejemplos de caídas de tensión IR la resistencia nominal del primer electrodo de trabajo, segundo electrodo de trabajo, el electrodo de referencia, el líquido fisiológico entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia. Adicionalmente, la aplicación de un mayor potencial da como resultado la formación de una capa doble iónica mayor que se forma en la interfaz de electrodo/líquido, aumentando la capacitancia iónica y la corriente resultante en el primer electrodo de trabajo o el segundo electrodo de trabajo.

Para determinar la relación real entre la corriente de glucosa medida en el primer electrodo de trabajo y el segundo electrodo de trabajo, es necesario desarrollar una ecuación adecuada. Se debe señalar que la corriente de glucosa en el segundo electrodo de trabajo también se puede denominar corriente de sobrepotencial de glucosa. Una relación directamente proporcional entre la corriente de glucosa y la corriente de sobrepotencial de glucosa se puede describir mediante la siguiente ecuación.

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en la que X_{G} es un factor de efecto de tensión dependiente de glucosa, A_{1G} es la corriente de glucosa en el primer electrodo de trabajo y A_{2G} es la corriente de glucosa en el segundo electrodo de trabajo.

Se puede esperar que el factor de efecto de tensión X_{G} para glucosa esté entre aproximadamente 0,95 y aproximadamente 1,1. Los potenciales mayores no tienen un efecto significativo sobre la corriente de oxidación de glucosa debido a que el mediador redox (ferrocianuro) tiene cinéticas de transferencia de electrones rápidas y características de transferencia de electrones reversibles con el electrodo de trabajo. Debido a que la corriente de glucosa no aumenta con potencial creciente después de un determinado punto, se puede decir que la corriente de glucosa se satura o está en un régimen limitado de difusión.

La glucosa se mide indirectamente oxidando ferrocianuro en el electrodo de trabajo y cuando la concentración de ferrocianuro es directamente proporcional a la concentración de glucosa. El valor de potencial estándar (Eº) para un compuesto electroquímico particular es una medida de la capacidad de ese compuesto de intercambiar electrones con otros compuestos químicos. En el método de acuerdo con la presente invención, el potencial en el primer electrodo de trabajo se selecciona para ser mayor que el potencial estándar (Eº) del mediador redox. Debido a que el primer potencial se selecciona de tal forma que sea suficientemente mayor que el valor de Eº del par redox, la velocidad de oxidación no aumenta sustancialmente cuando aumenta el potencial aplicado. Por tanto, la aplicación de un mayor potencial en el segundo electrodo de trabajo no aumentará la oxidación en el segundo electrodo de trabajo y cualquier corriente aumentada medida en el electrodo de mayor potencial tiene que deberse a otros factores, tales como, por ejemplo, oxidación de compuestos interferentes.

La Figura 3 es un voltamograma hidrodinámico que ilustra la dependencia de tensión aplicada con la corriente medida donde ferri/ferrocianuro es el mediador redox y carbono es el electrodo de trabajo. Cada punto de datos en el gráfico representa al menos un experimento en el que se mide una corriente 5 segundos después de aplicar una tensión a través de un electrodo de trabajo y un electrodo de referencia. La Figura 3 muestra que la corriente forma una aparición de una región de meseta a aproximadamente 400 mV debido a que la tensión aplicada es suficientemente mayor a la del valor de Eº de ferrocianuro. Por tanto, como se ilustra en la Figura 3, cuando el potencial alcanza aproximadamente 400 mV, la corriente de glucosa se satura debido a que la oxidación de ferrocianuro tiene difusión limitada (es decir, la difusión de ferrocianuro al electrodo de trabajo limita la magnitud de la corriente medida y no está limitada por la velocidad de transferencia de electrones entre ferrocianuro y el electrodo).

En general, la corriente generada por la oxidación de compuestos interferentes no se satura por aumentos en la tensión aplicada y muestra una dependencia mucho más fuerte del potencial aplicado que la corriente generada por la oxidación de ferrocianuro (habiéndose generado el ferrocianuro por la interacción de glucosa con la enzima y la enzima con ferrocianuro. Típicamente, los compuestos interferentes tienen cinéticas de transferencia de electrones más lentas que los mediadores redox (es decir, ferrocianuro). Esta diferencia se atribuye al hecho de que la mayoría de los compuestos interferentes experimentan una ruta de transferencia de electrones de esfera interna a diferencia de la ruta de transferencia de electrones de esfera externa más rápida de ferrocianuro. Una transferencia de electrones de esfera interna típica requiere que tenga lugar una reacción química, tal como una transferencia de hidruro, antes de transferir un electrón. Por el contrario, una transferencia de electrones de esfera externa no requiere una reacción química antes de transferir un electrón. Por lo tanto, las velocidades de transferencia de electrones de esfera interna son típicamente más lentas que las transferencias de electrones de esfera externa debido a que requieren una etapa de reacción química adicional. La oxidación de ascorbato a deshidroascorbato es un ejemplo de una oxidación de esfera interna que requiere la liberación de dos restos de hidruro. La oxidación de ferrocianuro a ferricianuro es un ejemplo de una transferencia de electrones de esfera externa. Por lo tanto, la corriente generada por compuestos interferentes aumenta generalmente cuando se ensaya a un potencial mayor.

Una relación entre una corriente de compuesto interferente en el primer electrodo de trabajo y una corriente de sobrepotencial de compuesto interferente en el segundo electrodo de trabajo se puede describir mediante la siguiente ecuación,

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en la que Y es un factor de efecto de tensión dependiente de compuesto interferente, I_{1} es la corriente de compuesto interferente e I_{2} es la corriente de sobrepotencial de compuesto interferente. Debido a que el factor de efecto de tensión de compuesto interferente Y depende de varios factores, que incluyen el compuesto o los compuestos interferentes particulares de interés y el material usado para los electrodos de trabajo, el cálculo de un factor de efecto de tensión dependiente de compuesto interferente particular para un sistema particular, tira de ensayo, analito y compuesto o compuestos interferentes pueden requerir experimentación para optimizar el factor de efecto de tensión para esos criterios. Alternativamente, en determinadas circunstancias, se pueden derivar o describir matemáticamente factores de efecto de tensión apropiados. El factor de efecto de tensión dependiente de compuesto interferente Y se podría describir matemáticamente usando la ecuación de Tafel para I_{1} e I_{2},

2

en la que \eta_{1} = E_{1} - Eº, \eta_{2} = E_{2} - Eº, b' es una constante que depende del compuesto interferente electroactivo específico, E_{1} es el primer potencial y E_{2} es el segundo potencial. El valor de Eº (el potencial estándar de un compuesto interferente específico) no es importante debido a que se anula en el cálculo de \Delta\eta. Las ecuaciones 2, 2a, 2b se pueden combinar y redisponer para conseguir la siguiente ecuación,

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en la que \Delta\eta = E_{1} - E_{2}. La ecuación 2c proporciona una relación matemática que describe la relación entre \Delta\eta (es decir, la diferencia entre el primer potencial y el segundo potencial) y el factor de efecto de tensión dependiente de compuesto interferente Y. En una realización de la presente invención, Y puede variar de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 y más preferiblemente, entre aproximadamente 1 y 10. En una realización de esta invención, el factor de efecto de tensión dependiente de compuesto interferente Y se puede determinar experimentalmente para un compuesto interferente específico o combinación de compuestos interferentes. Se debe señalar que el factor de efecto de tensión dependiente de compuesto interferente Y para compuestos interferentes habitualmente es mayor que el factor de efecto de tensión X_{G} para glucosa. Como describirán las siguientes secciones, la relación matemática de: a) la corriente de compuesto interferente I_{1} y la corriente de sobrepotencial de compuesto interferente I_{2}; y b) la corriente de glucosa A_{1G} y la corriente de sobrepotencial de glucosa A_{2G} permitirán proponer un algoritmo de glucosa que reducirá los efectos de compuestos interferentes para medir glucosa.

En una realización de la presente invención se desarrolló un algoritmo para calcular una corriente de glucosa corregida (es decir, A_{1G} y A_{2G}) que es independiente de interferencias. Después de dosificar una muestra sobre una tira de ensayo, se aplica un primer potencial al primer electrodo de trabajo y se aplica un segundo potencial al segundo electrodo de trabajo. En el primer electrodo de trabajo se mide una primera corriente que se puede describir mediante la siguiente ecuación,

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en la que W_{1} es la primera corriente en el primer electrodo de trabajo. En otras palabras, la primera corriente incluye una superposición de la corriente de glucosa A_{1G} y la corriente de compuesto interferente I_{1}. Más específicamente, la corriente de compuesto interferente puede ser una corriente interferente directa que se ha descrito anteriormente en este documento. En el segundo electrodo de trabajo se mide una segunda corriente en el segundo potencial o sobrepotencial que se puede describir mediante la siguiente ecuación,

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en la que W_{2} es la segunda corriente en el segundo electrodo de trabajo, A_{2G} es la corriente de sobrepotencial de glucosa medida en el segundo potencial e I_{2} es la corriente de sobrepotencial de compuesto interferente medida en el segundo potencial. Más específicamente, la corriente de sobrepotencial de compuesto interferente puede ser una Corriente de compuesto Interferente Directa que se ha descrito anteriormente en este documento. Mediante el uso de las 4 ecuaciones que se han descrito previamente (ec 1 a 4) que contienen 4 incógnitas (A_{1G}, A_{2G}, I_{1} e I_{2}), ahora es posible calcular una ecuación de corriente de glucosa corregida que es independiente de compuestos interferentes.

Como la primera etapa en la derivación, A_{2G} de la ec 1 e I_{2} de la ec 2 se pueden sustituir en la ec 4 para dar la siguiente ec 5.

104

A continuación, la ec 3 se multiplica por el factor de efecto de tensión dependiente de compuesto interferente Y para compuestos interferentes para dar la ec 6.

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Ahora, la ec 5 se puede restar de la ec 6 para dar la siguiente forma mostrada en la ec 7

106

Ahora, la ec 7 se puede redisponer para resolver la corriente de glucosa corregida A_{1G} medida en el primer potencial como se muestra en la ec 8.

4

La ec 8 da como resultado una corriente de glucosa corregida A_{1G} que elimina los efectos de interferencias que requiere solamente la salida de corriente del primer electrodo de trabajo y segundo electrodo de trabajo (por ejemplo, W_{1} y W_{2}), los factores de efecto de tensión dependiente de glucosa X_{G}, y el factor de efecto de tensión dependiente del compuesto interferente Y para compuestos interferentes.

Un medidor de glucosa que contiene electrónicos se conecta eléctricamente con una tira de ensayo de glucosa para medir la corriente de W_{1} y W_{2}. En una realización de la presente invención, X_{G} e Y se pueden programar en el medidor de glucosa como memoria de sólo lectura. En otra realización de la presente invención, Y se puede transferir al medidor por un chip de codificación de calibrado. El chip de codificación de calibrado tendría en su memoria un conjunto particular de valores para X_{G} e Y que se calibrarían para un lote particular de tiras de ensayo. Esto representaría variaciones de lote a lote de tira de ensayo que pueden tener lugar en X_{G} e Y.

En otra realización de la presente invención, la corriente de glucosa corregida en la ec 8 se puede usar por el medidor solamente cuando se supera un determinado umbral. Por ejemplo, si W_{2} es aproximadamente el 10% o superior a W_{1}, entonces el medidor usaría la ec 8 para corregir la salida de corriente. Sin embargo, si W_{2} es aproximadamente el 10% o menor de W_{1}, la concentración de compuesto interferente es baja y, por tanto, el medidor puede adoptar de forma simple un valor de corriente promedio entre W_{1} y W_{2} para mejorar la exactitud y precisión de la medición. En lugar de simplemente promediar la corriente de W_{1} y W_{2}, una estrategia más exacta puede ser promediar W_{1} con \frac{W_{2}}{X_{G}} cuando el factor de efecto de tensión dependiente de glucosa X_{G} se tiene en cuenta (obsérvese que \frac{W_{2}}{X_{G}} igual a aproximadamente A_{1G} de acuerdo con la ec 1 y 4 cuando es I_{2} es baja). La estrategia del uso de la ec 8 solamente en determinadas situaciones en las que es probable que haya un nivel significativo de interferencias en la muestra mitiga el riesgo de sobre-corregir la corriente de glucosa medida. Se debe señalar que cuando W_{2} es suficientemente mayor que W_{1} en una gran cantidad (por ejemplo, aproximadamente el 100% o más), esto es un indicador de que tiene una concentración extraordinariamente alta de interferencias. En un caso de este tipo, puede ser deseable que salga un mensaje de error en vez de un valor de glucosa debido a que un nivel muy alto de compuestos interferentes puede provocar un fallo de la exactitud de la ec 8.

Las siguientes secciones describirán una posible realización de tira de ensayo que se puede usar con el algoritmo propuesto de la presente invención como se muestra en la ec 8. La Figura 1 es una vista en perspectiva despiezada de la tira de ensayo 600, que incluye seis capas dispuestas sobre un sustrato de base 5. Estas seis capas son una capa conductora 50, una capa de aislamiento 16, una capa de reactivo 22, una capa adhesiva 60, una capa hidrófila 70 y una capa superior 80. La tira de ensayo 600 se puede fabricar en una serie de etapas en las que la capa conductora 50, la capa de aislamiento 16, la capa de reactivo 22, la capa adhesiva 60 se depositan sobre el sustrato de base 5 usando, por ejemplo, un proceso de serigrafía. La capa hidrófila 70 y la capa superior 80 se pueden depositar de una reserva de rodillo y laminar sobre el sustrato de base 5. La tira de ensayo completamente ensamblada forma una cámara de recepción de muestra que puede aceptar una muestra de sangre de tal forma que se puede analizar.

La capa conductora 50 incluye el electrodo de referencia 10, el primer electrodo de trabajo 12, el segundo electrodo de trabajo 14, un primer contacto 13, un segundo contacto 15, un contacto de referencia 11 y una barra de detección de tira 17. Los materiales adecuados que se pueden usar para la capa conductora son Au, Pd, Ir, Pt, Rh, acero inoxidable, óxido de estaño dopado, carbono y similares. Preferiblemente, el material para la capa conductora puede ser una tinta de carbono tal como la descrita en el documento US5653918.

La capa de aislamiento 16 incluye un recorte 18 que expone una parte del electrodo de referencia 10, el primer electrodo de trabajo 12 y el segundo electrodo de trabajo 14 que se pueden humectar con una muestra líquida. Como un ejemplo no limitante, la capa de aislamiento (16 ó 160) puede ser Tinta Ercon E6110-116 Jet Black Insulayer que se pueden adquirir en Ercon, Inc.

La capa de reactivo 22 se puede disponer sobre una parte de capa conductora 50 y capa de aislamiento 16. En una realización de la presente invención, la capa de reactivo 22 puede incluir agentes químicos tales como una enzima redox y un mediador redox que reaccionan selectivamente con glucosa. Durante esta reacción, una cantidad proporcional de un mediador redox reducido se puede generar que después se puede medir electroquímicamente de tal forma que se puede calcular una concentración de glucosa. Los ejemplos de formulaciones de reactivo o tintas adecuadas para el uso en la presente invención se pueden encontrar en las Patentes de Estados Unidos 5.708.247 y 6.046.051; las solicitudes internacionales publicadas WO01/67099 y WO01/73124.

La capa adhesiva 60 incluye un primer relleno adhesivo 24, un segundo relleno adhesivo 26 y un tercer relleno adhesivo 28. Los bordes laterales del primer relleno adhesivo 24 y del segundo relleno adhesivo 26 localizados de forma adyacente a la capa de reactivo 22 definen cada uno una pared de una cámara de recepción de muestra. En una realización de la presente invención, la capa adhesiva puede comprender un adhesivo sensible a presión de copolímero acrílico basado en agua que está disponible en el mercado en Tape Specialties LTD en Tring, Herts, Reino Unido (part#A6435).

La capa hidrófila 70 incluye un relleno hidrófilo distal 32 y un relleno hidrófilo proximal 34. Como ejemplo no limitante, la capa hidrófila 70 puede ser un poliéster que tiene una superficie hidrófila tal como un recubrimiento anti-vaho que está disponible en el mercado en 3M. Se debe señalar que tanto la película hidrófila distal 32 como la película hidrófila proximal 34 son visiblemente transparentes, permitiendo que un usuario observe una muestra líquida que llena la cámara de recepción de muestra.

La capa superior 80 incluye una parte transparente 36 y una parte opaca 38. La capa superior 80 se dispone sobre y se adhiriere a la capa hidrófila 70. Como ejemplo no limitante, la capa superior 40 puede ser un poliéster. Se debe señalar que la parte transparente 36 se solapa sustancialmente al relleno hidrófilo proximal 32 que permite que un usuario confirme visualmente que la cámara de recepción de muestra está suficientemente llena. La parte opaca 38 ayuda al usuario a observar un alto grado de contraste entre un líquido coloreado tal como, por ejemplo, sangre dentro de la cámara de recepción de muestra y la sección opaca de la película superior.

La Figura 2 es un esquema simplificado que muestra un medidor 500 que se pone en contacto con una tira de ensayo 600. El medidor 500 tiene tres contactos eléctricos que forman una conexión eléctrica con el primer electrodo de trabajo 12, el segundo electrodo de trabajo 14 y electrodo de referencia 10. En particular, el conector 101 conecta la fuente de tensión 103 al primer electrodo de trabajo 12, el conector 102 conecta la fuente de tensión 104 al segundo electrodo de trabajo 14 y un conector común 100 conecta la fuente de tensión 103 y 104 al electrodo de referencia 10. Cuando se realiza un ensayo, la fuente de tensión 103 en el medidor 500 aplica un primer potencial E_{1} entre el primer electrodo de trabajo 12 y el electrodo de referencia 10 y la fuente de tensión 104 aplica un segundo potencial E_{2} entre el segundo electrodo de trabajo 14 y el electrodo de referencia 10. Se aplica una muestra de sangre, de tal forma que el primer electrodo de trabajo 12, el segundo electrodo de trabajo 14 y el electrodo de referencia 10 están cubiertos con sangre. Esto provoca que la capa de reactivo 12 se hidrate, lo que genera ferrocianuro en una cantidad proporcional a la concentración de glucosa y/o compuesto interferente presente en la muestra. Después de aproximadamente 5 segundos desde la aplicación de la muestra, el medidor 500 mide una corriente de oxidación tanto para el primer electrodo de trabajo 12 como para el segundo electrodo de trabajo 14.

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En la primera y segunda realización de tira de ensayo que se han descrito previamente, el primer electrodo de trabajo 12 y el segundo electrodo de trabajo 14 tienen la misma área. Se debe señalar que la presente invención no está limitada a tiras de ensayo que tienen áreas iguales. Para realizaciones alternativas a las tiras de ensayo que se han descrito anteriormente en las que las áreas son diferentes, la salida de corriente para cada electrodo de trabajo se tiene que normalizar para el área. Debido a que la salida de corriente es directamente proporcional al área, los términos en la Ecuación 1 a Ecuación 8 tienen que estar en unidades de amperios (corriente) o en amperios por área unitaria (es decir, densidad de corriente).

Claims

1. Un método para reducir interferencias en un sensor electroquímico que comprende:

: aplicar un primer potencial a un primer electrodo de trabajo (12) cubierto con un reactivo (22);

: aplicar un segundo potencial a un segundo electrodo de trabajo (14) también cubierto con dicho reactivo (22); en el que

: dicho segundo potencial es mayor que el valor absoluto de dicho primer potencial;

: medir una primera corriente, en dicho primer electrodo de trabajo (12), que comprende una corriente de analito y una corriente de compuesto interferente;

: medir una segunda corriente, en dicho segundo electrodo de trabajo (14), que comprende una corriente de sobrepotencial de analito y una corriente de sobrepotencial de compuesto interferente, en el que dicha corriente de sobrepotencial de analito tiene una primera relación directamente proporcional a dicha corriente de analito y en el que dicha corriente de sobrepotencial de compuesto interferente tiene una segunda relación directamente proporcional a dicha corriente de compuesto interferente; y

: calcular un valor de corriente corregido que es representativo de una concentración de analito usando una ecuación que es una función de dicha primera corriente, dicha segunda corriente, dicha primera relación directamente proporcional y dicha segunda relación directamente proporcional,

: en el que dicho analito es glucosa,

: dicho primer potencial está entre 385 milivoltios y 415 milivoltios para dicho sensor electroquímico que comprende un electrodo de trabajo de carbono y un mediador redox de ferrocianuro y

: dicho segundo potencial está entre 420 milivoltios y 1000 milivoltios para dicho sensor electroquímico que comprende un electrodo de trabajo de carbono y un mediador redox de ferrocianuro.

2. El método de la reivindicación 1, en el que dicha ecuación es:

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en la que A_{1} es dicha corriente de analito, W_{1} es dicha primera corriente, W_{2} es dicha segunda corriente, X es un factor de efecto de tensión de analito e Y es un factor de efecto de tensión de compuesto interferente.

3. El método de la reivindicación 1, en el que dicha corriente de compuesto interferente se produce por la oxidación de al menos un agente químico seleccionado del grupo que consiste en acetoaminofeno, ácido ascórbico, bilirrubina, dopamina, ácido gentísico, glutatión, levodopa, metildopa, tolazimida, tolbutamida y ácido úrico.

4. El método de la reivindicación 1, en el que dicha primera relación directamente proporcional es

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en la que X es dicho factor de efecto de tensión de analito, A_{1} es dicha corriente de analito y A_{2} es dicha corriente de sobrepotencial de analito.

5. El método de la reivindicación 1, en el que dicha segunda relación directamente proporcional es

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en la que Y es dicho factor de efecto de tensión de compuesto interferente, Y_{1} es dicha corriente de compuesto interferente e I_{2} es dicha corriente de sobrepotencial de compuesto interferente.