ES2709991T3 - Método y aparato para el análisis de propiedades electroquímicas - Google Patents

Abstract

Un método para evaluar una muestra para la presencia de un analito seleccionado que comprende las etapas de: (a) introducir la muestra (70) dentro de un espacio entre dos electrodos (55, 60) de una celda de conducción (50); (b) aplicar un potencial o corriente entre los dos electrodos suficiente para provocar la oxidación o reducción del analito o de un mediador en un sistema redox de detección de analito, formando de este modo un gradiente de potencial químico del analito o mediador entre los dos electrodos; (c) después de establecer el gradiente, interrumpir el potencial o la corriente aplicados y obtener una señal independiente del analito que refleje la relajación del gradiente de potencial químico; (d) aplicar opcionalmente un potencial o una corriente entre los electrodos después de obtener la señal independiente del analito; (e) obtener una señal dependiente del analito durante la aplicación del potencial o la corriente en la etapa (b) o la etapa (d) o ambas, y (f) corregir la señal dependiente del analito obtenida en la etapa (e) utilizando la señal independiente del analito obtenida en la etapa (c) para obtener una señal corregida dependiente del analito indicativa de la presencia del analito seleccionado en la muestra.

Description

DESCRIPCION

Metodo y aparato para el analisis de propiedades electroqmmicas

Antecedentes de la invencion

Esta solicitud se refiere a metodos y un aparato para el analisis de propiedades electroqmmicas, y en particular a metodos y un aparato para la determinacion de analitos, por ejemplo, glucosa, a partir de muestras de pequeno volumen. Dichos sistemas electroqmmicos se conocen a partir del documento US 6251260 por ejemplo.

Los medios electroqmmicos para cuantificar o detectar un analito se han elegido a menudo debido a su simplicidad, tanto en terminos de fabricacion del dispositivo como en terminos de facilidad de utilizacion. Los sensores electroqmmicos a menudo han sido en la forma de dispositivos potenciometricos o amperometricos. Los dispositivos potenciometricos miden los efectos de las cargas en los atomos y sus posiciones; los ejemplos incluyen el chemFET (transistor de efecto de campo qmmico) y el electrodo selectivo de iones (incluyendo los electrodos de pH). Los dispositivos amperometricos funcionan segun el principio de aplicar un potencial y medir la corriente resultante, donde la magnitud de la corriente generada generalmente esta relacionada con la cantidad de analito presente; alternativamente, la carga total que pasa durante un tiempo se puede utilizar para representar la cantidad de analito en una region de la muestra. Debido a que el rango de compuestos que pueden generar corrientes electroqmmicas es mas pequeno que los que portan cargas, los dispositivos amperometricos a menudo pueden ofrecer una mayor selectividad. Por lo tanto, se ha concentrado mucho esfuerzo en sensores amperometricos en campos tan diversos como el control del medio ambiente y la medicina.

Una demanda de un numero cada vez mayor de mediciones en muestras cada vez mas pequenas con un menor coste ha hecho que los sensores amperometricos esten alcanzando un lfmite natural. Una antigua forma de analisis amperometrico consistfa en utilizar una celda de conduccion, donde el movimiento de la especie desde un electrodo al otro a traves de la muestra estaba relacionado con su concentracion. Este enfoque requena una calibracion cuidadosa de celda a celda para corregir las variaciones en el area y la separacion de los electrodos, que se expresaban como una unica constante de celda para la correccion de la lectura de celda. En formas mas recientes de analisis amperometrico, tomar lecturas rapidamente implicaba que solo la especie cercana al electrodo investigado tema un efecto en el resultado. Sin embargo, con las tendencias actuales hacia muestras cada vez mas pequenas, los efectos de la reaccion en un electrodo se perciben rapidamente como una interferencia no deseada en otro electrodo, e incluso si este efecto se puede eliminar (por ejemplo, mediante la utilizacion de un catodo de plata/cloruro de plata), el pequeno tamano de la muestra tambien implica que la pequena cantidad de corriente que pasa sera mas diffcil de medir con precision. Ademas, las lecturas de los dispositivos desechables en miniatura se vuelven inciertas debido a los lfmites de tolerancia de fabricacion. Por lo tanto, sena util y beneficioso un metodo y un aparato para realizar el analisis electroqmmico en una celda de conduccion en miniatura que fuese capaz de producir sus propios factores de correccion para la fabricacion, el medio ambiente y las variaciones de la muestra. Resumen de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo para evaluar una muestra en busca de la presencia de un analito seleccionado en la muestra en un sistema electroqmmico que utiliza un aparato del tipo de celda de conduccion. El metodo comprende las etapas de

(a) introducir la muestra dentro de un espacio entre dos electrodos de una celda de conduccion;

(b) aplicar un potencial o corriente entre los dos electrodos suficiente para provocar la oxidacion o reduccion del analito o de un mediador en un sistema redox de deteccion de analitos, formando de este modo un gradiente de potencial qmmico del analito o mediador entre los dos electrodos;

(c) despues de que el gradiente se haya establecido, interrumpir el potencial o la corriente aplicados y obtener una senal independiente del analito que refleje la relajacion del gradiente de potencial qmmico;

(d) aplicar opcionalmente un potencial o una corriente entre los electrodos despues de obtener la senal independiente del analito;

(e) obtener una senal dependiente del analito durante la aplicacion del potencial o la corriente en la etapa (b) o la etapa (d) o ambas, y

(f) corregir la senal dependiente del analito obtenida en la etapa (e) utilizando la senal independiente del analito obtenida en la etapa (c) para obtener una senal corregida dependiente del analito indicativa de la presencia del analito seleccionado en la muestra.

La utilizacion de las dos senales, la senal independiente del analito y la senal dependiente del analito, permite una medicion mejorada de la concentracion del analito sobre la utilizacion convencional de una sola senal dependiente del analito, porque la senal independiente del analito proporciona informacion acerca de factores espedficos de la prueba y del dispositivo espedfico, tales como el transporte (movilidad) del analito y/o mediador, el area eficaz de los electrodos y la separacion de electrodos (y como resultado, el volumen de la muestra), sin necesidad de valores de calibracion diferentes. Esto significa que utilizando la autocalibracion del metodo y del aparato de la invencion se puede lograr que mejore la exactitud y la precision de la medicion sin aumentar el coste.

La presente invencion tambien proporciona un aparato para utilizar en la puesta en practica del metodo de la invencion. El aparato comprende una carcasa en la que se aloja una electronica efectiva para generar y observar las senales primera y segunda. En formas de realizacion preferidas, la carcasa es de un tamano que puede ser portatil, y tiene una abertura para recibir una tira reactiva desechable de un solo uso del tipo conocido actualmente para el analisis de glucosa en sangre.

Breve descripcion de los dibujos

La Fig. 1 muestra las reacciones de un sistema de deteccion de analitos de ejemplo para el analisis de glucosa. La Fig. 2 muestra una forma de realizacion de la invencion.

La Fig. 3 ilustra el funcionamiento general de una celda de conductancia.

La Fig. 4 ilustra un metodo para realizar la autocorreccion de acuerdo con la invencion.

La Fig. 5 muestra los resultados de una simulacion por ordenador de la relacion entre la concentracion de ferricianuro y la distancia normalizada a traves de una celda electroqmmica en diferentes momentos despues de abrir el circuito de la celda.

La Fig. 6 muestra la cafda de potencial como una funcion del tiempo para varios valores de P^t.

Las Fig. 7A-C ilustran una forma de realizacion de la celda electroqmmica de un sensor electroqmmico de celda de conduccion.

La Fig. 8 muestra una celda con electrodos uno al lado del otro.

La Fig. 9 muestra una relacion de ejemplo que puede existir entre P^t y la corriente medida para diferentes concentraciones de analito.

La Fig. 10 muestra curvas de calibracion representativas para diferentes valores de Pt.

La Fig. 11 ilustra un ejemplo del tipo de error que puede surgir si el valor de P^t vana.

La Fig. 12 ilustra una relacion entre Pt y el tiempo t empleado para alcanzar una diferencia de potencial de 0,06 V. Las Fig. 13A-C ilustran escenarios para la correccion de una estimacion debida a variaciones en Pt.

Las Fig. 14A-C ilustran formas de realizacion de ejemplo en forma de diagrama de flujo de la invencion.

La Fig. 15 ilustra un esquema de una forma de realizacion de ejemplo del aparato de control del transductor.

La Fig. 16 muestra una forma de realizacion de un aparato de control del transductor.

La Fig. 17 ilustra una representacion esquematica de la senal de relajacion potenciometrica como una funcion del tiempo para diferentes valores de Pt.

La Fig. 18 ilustra de forma esquematica un ejemplo de cuantificacion de una medida de P^t a partir de los datos medidos.

La Fig. 19 ilustra de forma esquematica senales amperometricas de ejemplo para un sistema transitorio.

Las Fig. 20A-C ilustran de forma esquematica varias senales amperometricas de ejemplo que se pueden generar mediante sistemas de biosensores basados en celdas de conduccion.

Las Fig. 21A-D ilustran de forma esquematica varias disposiciones de ejemplo de electrodos, en esencia, coplanares.

La Fig. 22 muestra una vista externa de una forma de realizacion de un aparato de acuerdo con la invencion.

Descripcion detallada de la invencion

Definiciones

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "analito" se refiere a una especie qmmica o biologica que un experimento o dispositivo pretende detectar y/o medir.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "interferente" se refiere a una especie qmmica o biologica que es un agente de interferencia en el analisis del analito, que esta presente en la muestra y que contribuye al error en la deteccion o medicion.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "autocorreccion" se refiere a un proceso donde la informacion obtenida sobre un aparato durante el curso de la utilizacion de ese aparato se aplica a otras formas de informacion del aparato obtenidas durante el curso de la utilizacion de ese aparato para mejorar la precision de toda o partes de la informacion.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "celda de conduccion" se refiere a un dispositivo que comprende dos electrodos en contacto con una solucion, de manera que la conductancia de la solucion se puede calcular haciendo pasar corriente entre los electrodos.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "celda de conductividad" se refiere a una celda de conduccion. Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "factores de la muestra" se refiere a propiedades y/o factores relacionados con la solucion de muestra a partir de los cuales se registra una senal electroqmmica para medir determinadas propiedades de esa solucion de muestra. Los ejemplos incluyen, entre otros, la concentracion espedfica de analito, las concentraciones de interferentes, la viscosidad de la solucion, el dielectrico de la muestra y la carga de partfculas de la muestra.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "factores del aparato" se refiere a propiedades y/o factores relacionados con el aparato utilizado para medir la senal electroqmmica relacionada con la solucion de muestra. Los ejemplos incluyen, entre otros, la geometna de los electrodos, las dimensiones de los electrodos y las capas protectoras en el aparato, que podnan incluir mallas o recubrimientos de polfmeros.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "relajacion potenciometrica" se refiere al cambio en el potencial con el tiempo. Un ejemplo de relajacion potenciometrica incluye el cambio en el potencial entre dos electrodos cuando se ha eliminado un potencial aplicado y fluye, en esencia, corriente cero entre los electrodos. Este cambio en el potencial puede ser el resultado de cambios en los perfiles de concentracion de una especie qmmica reducida y una especie qmmica oxidada en una muestra con la que los dos electrodos estan en contacto electrolttico.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "factores ambientales" se refiere a propiedades y/o factores distintos de los "factores de la muestra" o los "factores del aparato". Los ejemplos incluyen, entre otros, la temperatura, la humedad, las vibraciones ffsicas y las ondas de radio ambientales.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "area eficaz del electrodo" se refiere al area del electrodo que esta en contacto electrolttico con la muestra. El area eficaz de los electrodos se puede variar alterando la geometna del electrodo o mediante el contacto parcial del electrodo con la muestra.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "contacto electrolttico" se refiere a tener un sistema electroqmmico constituido al menos por un electrodo utilizado de una manera que recopile informacion electroqmmica de una muestra. Los ejemplos incluyen, entre otros, un electrodo en contacto ffsico con una muestra; un electrodo separado de una muestra mediante una membrana, una pelfcula u otro material; y un electrodo separado de una muestra mediante un medio acuoso. Los ejemplos de informacion electroqmmica incluyen la corriente faradaica, la corriente no faradaica y el potencial qmmico.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "estado estacionario" se refiere a una condicion en la que alguna caractenstica especificada de una condicion tal como, entre otras, la velocidad, la periodicidad o la amplitud, exhibe solo un cambio insignificante durante un penodo de tiempo arbitrariamente largo. Esta frase tambien incluye una condicion que existe despues de que todos o casi todos los transitorios iniciales o las condiciones fluctuantes se hayan atenuado, y todas las corrientes, voltajes o campos permanezcan, en esencia, constantes, u oscilen de manera uniforme o considerablemente uniforme. Esta frase tambien incluye las condiciones que casi han alcanzado un estado estacionario. El termino "estado-estacionario" se refiere a "estado estacionario".

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "RAC" se refiere a un compuesto activo redox. Estas son sustancias que pueden participar en reacciones de oxidacion-reduccion. Los ejemplos de RAC incluyen el ferricianuro, el ferrocianuro, el ferroceno, el oxfgeno y el peroxido de hidrogeno. Se apreciara que la identificacion de una especie como un compuesto activo redox depende de la celda electroqmmica y las diferencias de potencial en la celda, de manera que un compuesto dado puede ser un RAC en una utilizacion y un activo no redox en algun otro entorno.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "NRAC" se refiere a sustancias que no son RAC.

El termino "mediador en un sistema redox de deteccion de analitos" se refiere a una fuente de senal electroqmmica que no es en sf misma un analito, sino que es un RAC. El "sistema redox de deteccion de analitos" es un sistema que permite la deteccion electroqmmica de un analito NRAC. A modo de ejemplo, un sistema redox de deteccion de analitos para la deteccion de glucosa comprende una enzima tal como la glucosa oxidasa que es capaz de oxidar la glucosa, y un mediador RAC que es capaz de reoxidar la enzima para restaurarla a la forma activa. La Fig. 1 muestra la reaccion involucrada en un sistema redox de deteccion de analitos para la deteccion de glucosa.

Segun se utiliza en la presente memoria, el termino "forma de onda de estimulo" se refiere a un voltaje o una corriente que se aplica al sistema sensor electroqmmico, que puede ser variable con el tiempo, no variable con el tiempo, ^cA y/o CC.

Segun se utiliza en la presente memoria, la frase "evaluar una muestra para detectar la presencia de un analito seleccionado” abarca tanto la deteccion cualitativa de la presencia del analito, es decir si el analito esta presente o no en cantidades detectables en la muestra, la deteccion semicuantitativa, es decir si el analito esta presente o no en una cantidad mayor que un valor umbral predeterminado, y una evaluacion cuantitativa, es decir, la determinacion de la cantidad numerica real del analito que esta presente.

El termino "senal dependiente del analito" se refiere a una senal electroqmmica observada, que puede ser en forma de una corriente o potencial cambiante cuya magnitud depende de la presencia o cantidad del analito. Una senal dependiente del analito no necesita depender unicamente de la presencia o cantidad de analito, y de hecho la senal no corregida que se describe en esta solicitud generalmente depende de otros factores ademas de la presencia y/o cantidad de analito.

El termino "senal independiente del analito" se refiere a una senal cuyas caractensticas en el dominio del tiempo dependen de factores distintos de la cantidad de analito. Se apreciara que la existencia de la senal independiente del analito depende de la presencia de analito, pero que la velocidad de cafda de la senal, es decir, las caractensticas en el dominio del tiempo, no dependen de la concentracion del analito, al menos en el rango de concentraciones encontradas en mediciones ordinarias.

Metodo de la invencion

De acuerdo con un primer aspecto de la invencion, se proporciona un metodo para evaluar una muestra en busca de la presencia de un analito seleccionado. El metodo incluye la etapa de aplicar al sistema electroqmmico un potencial o una corriente suficiente para provocar la oxidacion o reduccion del analito o de un mediador en un sistema redox de deteccion de analito. Esta aplicacion de potencial o corriente da como resultado la formacion de un gradiente de potencial qmmico del analito o mediador a traves del espacio entre los dos electrodos.

Una vez que se establece el gradiente, el potencial o la corriente aplicada se interrumpe, dejando un dispositivo en el cual el analito o mediador en las formas reducida y oxidada se distribuye en gradientes de concentracion entre los electrodos. Este gradiente establece una diferencia de potencial entre los electrodos, y en ausencia de un potencial o corriente aplicada, los gradientes y la diferencia de potencial asociada se relajan hasta un estado de equilibrio de distribucion uniforme. El curso temporal de esta relajacion se puede controlar controlando la diferencia de potencial. El curso temporal de la relajacion depende de factores tales como el area eficaz de los electrodos, la temperatura, la separacion de los electrodos, el hematocrito, pero es, en esencia, independiente de la concentracion del analito. Una vez que la cafda potencial esta controlada, opcionalmente se aplica de nuevo al sistema un potencial externo. Una senal no corregida dependiente del analito se obtiene a partir del control del sistema durante tanto la primera aplicacion de potencial, la segunda aplicacion de potencial o ambas. Se podnan utilizar ciclos adicionales de potencial de activacion y desactivacion, y las mediciones se podnan realizar con uno cualquiera o con una combinacion cualquiera de estos ciclos. La senal dependiente del analito no corregida es generalmente una senal que es capaz de proporcionar, por sf sola, una indicacion de la presencia del analito. En formas de realizacion preferidas de la invencion, se aplica el potencial y la senal dependiente del analito es una senal de corriente derivada de la evaluacion amperometrica del analito. La senal dependiente del analito tambien puede ser una diferencia de potencial que resulta de mantener una corriente deseada entre los electrodos. Por lo tanto, la senal dependiente del analito comprende un componente de senal que depende de la presencia/concentracion del analito seleccionado, y tambien puede comprender componentes que dependen de otros factores, incluidos factores de la muestra, factores ambientales y factores del aparato que no dependen de la presencia o concentracion del analito seleccionado.

Para proporcionar una evaluacion mas precisa del analito, es deseable corregir la senal original dependiente del analito para estos factores independientes del analito, y ese es el proposito de la presente invencion. Por lo tanto, la etapa final de la invencion es la correccion de la senal dependiente del analito no corregida en funcion de la cafda de potencial observada independiente del analito para formar una senal corregida dependiente del analito. Esta senal se convierte preferiblemente a continuacion en una salida facil de utilizar, por ejemplo, en la forma de una pantalla visible que indique la presencia o concentracion del analito en la muestra.

El potencial aplicado al sistema para generar el gradiente y en la etapa de aplicacion del potencial de relajacion opcional postgradiente puede ser un potencial variable con el tiempo o invariante con el tiempo. Las publicaciones PCT WO 03/060154 y W^o 03/069304, describen cada una la utilizacion de potenciales variables en el tiempo para generar una senal dependiente del analito.

La Fig. 2 ilustra una forma de realizacion de la invencion, en la que se realizan correcciones para las variaciones de medicion que pueden surgir en un sensor electroqmmico de celda de conductancia a partir de fuentes distintas a la concentracion del analito. Todas las flechas representan un conjunto de canales de comunicacion, a menos que se indique lo contrario, y pueden incluir, entre otros, la transmision electrica por medio de conductores ffsicos, la transmision inalambrica y multiples canales de comunicacion.

Segun se muestra en la Fig. 2, un aparato de control del transductor (TCA) 5 aplica una senal de forma de onda de estfmulo 10 a una celda electroqmmica 50. La celda electroqmmica 50 se basa en una celda de conduccion y esta compuesta por al menos dos electrodos, indicados por el electrodo A 55 y el electrodo B 60. La muestra 70 esta en contacto electrolftico con al menos el electrodo A 55 y el electrodo B 60 y esta compuesta de compuestos activos redox 65 y compuestos activos no redox 80. El TCA 5 tiene medios de funcionamiento como potenciostato y como galvanostato y puede cambiar entre los dos modos segun sea necesario. En el funcionamiento como potenciostato, se aplica un potencial y se genera una corriente. El potencial se determina en funcion de las propiedades redox del analito o mediador a oxidar/reducir en los electrodos. En el funcionamiento como galvanostato, se aplica una corriente y se genera un potencial.

La senal de forma de onda de estfmulo 10 hace que se genere una senal electroqmmica 75 en cada uno de los electrodos, indicados por el electrodo A 55 y el electrodo B 60 por al menos uno de los RAC 65 y/o al menos uno de los NRAC 80 en la muestra 70. La senal 10 puede ser una senal de corriente o una senal de potencial. La senal 10 puede ser, en esencia, cero amperios, en esencia, no cero amperios, en esencia, cero voltios y/o, en esencia, no cero voltios. Esta senal de respuesta 75 se detecta y se mide mediante el aparato de control del transductor 5. La senal 75 puede ser una senal de corriente o una senal de potencial.

Para facilitar el procesamiento digital de la senal de forma de onda de estimulo 10 y la senal de respuesta 75, se puede utilizar un convertidor analogico a digital (ADC) 15 para convertir las senales analogicas en una senal digital. Para filtrar se puede utilizar un filtro antiplegamiento junto con el ADC y la senal se filtra antes de digitalizarse. Un experto en la tecnica reconocera la posibilidad de que un filtro de este tipo pueda ser parte del propio ADC.

Un aparato de calculo 25 recibe la senal digitalizada desde el ADC 15 para su procesamiento. El aparato de calculo se programa para ejecutar un proceso de correccion 30, e incluye el almacenamiento de datos 35, por ejemplo, en la forma de un disco de almacenamiento de datos, disco optico o memoria grabable que puede almacenar tanto comandos de programa y datos de referencia como resultados.

El proceso de correccion 30 utiliza funciones y/o ecuaciones almacenadas en el almacenamiento de datos 35 para modificar la senal para corregir las variaciones en la senal que pueden surgir de fuentes distintas a la concentracion del analito y calcular las cantidades derivadas utiles. Un ejemplo de una cantidad derivada util es la concentracion del analito deseado en la muestra. El proceso de correccion 30 tambien puede hacer uso de los datos de calibracion que puedan estar contenidos en el almacenamiento de datos 35.

Las cantidades derivadas se envfan a continuacion a una salida 45 de una manera util. Ejemplos de una manera util de salida son tener la concentracion del analito mostrada al usuario en una pantalla visual o tener la concentracion del analito transmitida y almacenada en medios electronicos. En el caso de una determinacion puramente cualitativa, la salida util puede ser en la forma de una pantalla binaria, tal como una condicion Sf/No, rojo/verde, encendido/apagado en una pantalla iluminada o una senal audible.

En una forma de realizacion de la invencion, se aplica un potencial entre los electrodos de la celda, y se mide la corriente generada como resultado de este potencial aplicado como la senal dependiente del analito. El potencial se puede aplicar hasta que se alcance una corriente de estado estacionario, y a continuacion se mide la corriente. Alternativamente, la corriente se puede medir en un transitorio de corriente, antes de que se alcance el estado estacionario.

Cuando se toma la medicion en el metodo de la invencion, se situa una muestra entre dos electrodos y consta de una especie electroqmmicamente activa tanto en las formas oxidada como reducida. Una de estas formas se encuentra en una concentracion relacionada con la cantidad de un analito de interes. La otra forma esta en exceso. Se aplica una diferencia de potencial entre los electrodos que provoca la oxidacion de la forma reducida en un electrodo y la reduccion de la forma oxidada en el otro. Esto genera

(i) una diferencia en los potenciales qmmicos en los entornos de la solucion cerca de los dos electrodos; y

(ii) una corriente electrica en el circuito que conecta los dos electrodos.

La diferencia en los potenciales qmmicos crea un gradiente de concentracion de ambas formas de la especie electroqmmicamente activa que fomenta la difusion. Al mantener una diferencia constante en los potenciales qmmicos, la difusion puede alcanzar un estado estacionario y la corriente electrica puede alcanzar un nivel constante.

Eliminar la comunicacion electrica entre los dos electrodos evita el mantenimiento de los gradientes de concentracion, los cuales comienzan a debilitarse debido a la difusion. El debilitamiento de los gradientes de concentracion da como resultado cambios en los potenciales qmmicos cerca de cada electrodo. Los cambios se pueden controlar midiendo la diferencia de potencial entre los dos electrodos. La magnitud de la corriente electrica medida que fluyo entre los dos electrodos en la aplicacion de un potencial constante se encuentra que depende, en esencia, de la concentracion del analito y depende, en esencia, de la movilidad de la especie electroqmmicamente activa. Los cambios en el potencial entre los electrodos despues de aislarlos electricamente se encuentra que dependen, en esencia, de la movilidad, pero no dependen, en esencia, de la concentracion del analito. Una medida de la concentracion del analito que sea, en esencia, independiente de la movilidad se puede obtener de una combinacion adecuada de estas dos.

Se puede generar una diferencia de potencial qmmico adecuada mediante la aplicacion de un potencial constante o un potencial que puede variar sin desestabilizar, en esencia, el potencial qmmico, tanto para mantener una corriente estacionaria (por ejemplo, cronopotenciometna) como para estimular otros aspectos del sistema (por ejemplo, espectroscopia de impedancia de ca).

Se puede generar una perturbacion adecuada de los potenciales qmmicos mediante la aplicacion de un potencial electrico de manera que el cambio en los potenciales qmmicos se pueda controlar mediante el aislamiento electrico posterior de los electrodos, sin llegar nunca a un estado estacionario de la corriente electrica. En este caso, se mide una corriente transitoria que depende, en esencia, de la concentracion del analito y de la movilidad de la especie electroqmmicamente activa. Los cambios en el potencial entre los electrodos despues de aislarlos electricamente se encuentra nuevamente que dependen, en esencia, de la movilidad, pero no son, en esencia, dependientes de la concentracion del analito. Una medida de la concentracion del analito que sea, en esencia, independiente de la movilidad se puede, por lo tanto, obtener nuevamente mediante una combinacion adecuada de estas dos. Si bien la forma de la interdependencia puede variar del caso del estado estacionario, se mantiene la capacidad de eliminar la dependencia de la movilidad.

En otra forma de realizacion de la invencion, se aplica una corriente entre los electrodos de la celda, y la diferencia de potencial generada como resultado de este potencial aplicado se mide como la senal dependiente del analito. La corriente se puede aplicar hasta que se alcance un potencial de estado estacionario, y a continuacion se mide la diferencia de potencial. Alternativamente, la diferencia de potencial se puede medir en un transitorio de potencial, antes de que se alcance el estado estacionario.

En estas formas de realizacion de ejemplo, el diseno de la celda electroqmmica, las formas de onda de estimulo y los procesos de analisis de senales se disenan para mejorar la medicion realizada por un sistema sensor de celda de conductancia para reducir los errores de las variaciones distintas a la concentracion del analito deseado.

La utilizacion de una celda de conductancia para medir la concentracion y las propiedades de transporte de sustancias qmmicas se habfa descrito previamente (MacInnes, 1939). En el caso particular de una especie cargada, tal como un ion, hay normalmente cuatro factores que contribuyen a las propiedades de transporte de la especie (Crow, 1998): gradientes de concentracion, gradientes de potencial, gradientes de temperatura, conveccion (por ejemplo, por agitacion mecanica). Para el caso de un sistema sensor electroqmmico, generalmente se asume que los gradientes de concentracion y los gradientes de potencial son los factores que contribuyen significativamente a las propiedades de transporte. Ademas, Schmidt-Weinmar (1967) indica que los efectos de conveccion se pueden eliminar de manera eficaz de los sistemas de celdas de conductancia colocando los electrodos separados una distancia menor de 200 micrones, y preferiblemente menor de 150 micrones.

La Fig. 3 ilustra un principio general de una celda de conductancia convencional. La figura hace referencia a un sistema espedfico que emplea un par redox ferricianuro/ferrocianuro. Se hace referencia a este par como un ejemplo no limitativo, y no pretende ser una indicacion de que este par sea el unico que se puede emplear. Se colocan dos electrodos 100 y 105 con una configuracion, en esencia, paralela en contacto electrolttico con una muestra que contiene la especie de interes. La geometna de la celda de conduccion no limita la invencion. Los principios de funcionamiento son validos con muchas otras geometnas, incluyendo las configuraciones orientadas no en paralelo, diferentes areas para cada electrodo y configuraciones coplanares. En este ejemplo, los compuestos activos redox (RAC) son ferricianuro 125 y ferrocianuro 120, que forman un par redox. Una fuente de potencial 110 impone una diferencia de potencial entre los dos electrodos. En este ejemplo, el electrodo de catodo 100 actua como el catodo, donde se produce una reaccion de reduccion para convertir el ferricianuro 125 en ferrocianuro 120; y el electrodo de anodo 105 actua como el anodo donde se produce una reaccion de oxidacion para convertir el ferrocianuro 120 en ferricianuro 125. En este proceso, se transfiere un electron 115 desde el anodo 105 al catodo 100 por cada molecula que reacciona en un electrodo dado. Las flechas 135 y 130 representan un proceso de transporte, tal como la difusion, que contribuye al transporte de especies en la muestra.

En algunas formas de realizacion de la invencion, las especies analtticas medidas se pueden producir, consumir y/o alterar mediante otras reacciones qmmicas. La Fig. 1 ilustra un ejemplo de esto en un biosensor ligado a enzimas en el que un sustrato, tal como la glucosa 500, reacciona con una enzima, tal como la glucosa oxidasa, para convertir la enzima de un estado oxidado, GODox 510 a un estado reducido, GODred 515. El ferricianuro 525, por ejemplo, puede reaccionar con la enzima reducida GODred 515 para convertirla en su forma oxidada GODox 510, siendo reducido en el proceso a ferrocianuro 520. Por lo tanto, la cantidad de ferricianuro y ferrocianuro, en este ejemplo, se puede modificar por otros procesos que puedan ocurrir en la muestra tanto antes, durante como despues de la medicion. La determinacion de la concentracion de ferrocianuro, en este ejemplo, se puede relacionar con la concentracion de glucosa.

Las celdas de conduccion, tal como la que se ilustra en la Fig. 3, se pueden utilizar para determinar la concentracion y las propiedades de transporte del analito o la especie RAC a traves del medio de muestra (MacInnes, 1939). Dichas celdas se pueden utilizar aplicando tanto un potencial de CC como un potencial de CA entre los electrodos. Se han utilizado potenciales de CA para minimizar los productos de reaccion electroqmmica en cada electrodo; sin embargo, dependiendo de las necesidades de la aplicacion, se podna utilizar cualquier metodo para determinar las propiedades de transporte del analito.

Para determinar las propiedades de transporte de una celda de conductancia, se mide la corriente que fluye a traves de la celda en respuesta a un voltaje. La resistencia de la celda se calcula tomando la relacion del voltaje aplicado a la corriente resultante. La conductividad, ^k , de la muestra se puede calcular mediante:

donde h es la distancia entre los electrodos, R es la resistencia y A es el area de cada electrodo, que se supone que es igual. La constante de celda de una celda de conductancia, Kceida, se define por la cantidad:

Por lo tanto, si se conoce la constante de celda para una celda de conductancia, entonces se puede determinar la conductividad de una muestra desconocida midiendo la resistencia a traves de la celda de la siguiente manera:

Dado que la conductividad de la muestra es una funcion de la concentracion y las propiedades de transporte del analito, la tecnica anterior ha establecido por lo tanto un metodo para determinar las propiedades de transporte, tales como el coeficiente de difusion y la movilidad de un analito debido a los gradientes de concentracion y los gradientes de potencial, respectivamente, que puedan existir en un sensor electroqmmico de celda de conductancia. La forma en que la conductividad se relaciona con factores tales como las propiedades de transporte y la concentracion depende de la naturaleza espedfica de la configuracion experimental.

Para que este metodo tenga exito, la constante de celda debe ser conocida. El metodo convencional para hacer esto es calibrar la celda utilizando una muestra de conductividad conocida para determinar la constante de celda y a continuacion utilizar la misma celda para medir la conductividad de una muestra desconocida (MacInnes, 1939). Tambien se conocen variaciones de este metodo. Las mediciones de conductancia se han utilizado de manera rutinaria para determinar tanto las concentraciones como las propiedades de transporte en las muestras. Por ejemplo, en la purificacion de agua, la concentracion de especies ionicas se ha determinado mediante mediciones de conductancia. En otro ejemplo, las propiedades de difusion de un analito se han utilizado para determinar el nivel de materia particulada en una muestra. En particular, se pueden utilizar mediciones de conductancia para determinar el nivel de hematocrito en muestras de sangre. Un ejemplo de cuando esto se vuelve particularmente importante es en los sensores electroqmmicos de glucosa en sangre; la lectura del sensor se puede ver afectada significativamente por el nivel de hematocrito o la viscosidad de la muestra de sangre, ya que las propiedades de transporte, tales como la difusion y/o la migracion, se ven afectadas.

Por ejemplo, la materia particulada como el hematocrito y otros factores, tales como el contenido de protemas, quilomicrones y plaquetas, pueden afectar a las propiedades de transporte de muchas de las especies qrnmicas involucradas en la realizacion de mediciones de glucosa en sangre. Por lo tanto, se ha mostrado mucho interes en la cuantificacion de los efectos que tienen las propiedades de transporte en la determinacion de las concentraciones de analito, tales como la glucosa, que se calculan mediante instrumentos analtticos. Muchos factores pueden afectar el transporte, incluyendo, entre otros, la migracion debida a un campo electrico, la difusion debida a un gradiente de concentracion y la conveccion debida al movimiento de la muestra o la temperatura; y que se puede utilizar un enfoque analogo para corregir las variaciones de transporte que resultan de estos factores. Los efectos de la conveccion se pueden minimizar, y eliminar eficazmente, al tener los electrodos en un sistema de celdas de conduccion separados menos de 200 micras, y mas preferiblemente, menos de 150 micras (Schmidt-Weinmar, 1967).

La Fig. 3 ilustra una forma de realizacion de ejemplo de una celda que se puede utilizar para la medicion. En este caso, el analito objetivo es el ferrocianuro 120, que en este ejemplo se considera una especie minoritaria. El ferricianuro 130 en este ejemplo se considera que esta en exceso, siendo de este modo una especie mayoritaria. La aplicacion de un potencial electrico suficientemente grande entre los electrodos 100 y 105 en contacto con la muestra cambiara el potencial qmmico de la solucion cercana, ya que la concentracion de las especies minoritarias en una de ellos cae muy cerca de cero, mientras que su concentracion en el otro electrodo aproximadamente se dobla. En un ejemplo, si el electrodo A 105 esta a un potencial suficientemente mas alto que el electrodo C, entonces ocurre un proceso de oxidacion en el electrodo A 105 y ocurre un proceso de reduccion en el electrodo C 100. Un experto en la tecnica reconocera que el potencial aplicado tambien puede afectar la distribucion de especies ionicas y que esto se puede expresar de forma mas completa mediante el potencial electroqmmico, que incluye los efectos de esto. Por lo tanto, el patron subyacente de comportamiento descrito aqm en terminos del potencial qmmico es por lo tanto solo para fines ilustrativos y no se debe tomar como una convencion. Otras expresiones de fuerzas de equilibrio en las especies distintas de las descritas espedficamente en la presente memoria estan dentro del alcance de la presente invencion. Los ejemplos de dichas fuerzas incluyen una fuerza termodinamica tal como la de un gradiente de concentracion descrito en Atkins (1999) y la fuerza debida al movimiento del medio como en la conveccion.

En un ejemplo de un metodo para extraer la constante de celda, Kceida, mediante la aplicacion de un voltaje a la celda y a continuacion eliminando la comunicacion electrica, extraido a partir de un modelo de circuito equivalente, la cantidad de carga almacenada en la celda de conduccion mediante la creacion de gradientes de concentracion se puede expresar como:

Carga almacenada = nF * [ferrocianuro] * (volumen de celda)

Por lo tanto, se produce una capacitancia al cargar al voltaje aplicado Vapp.

Capacitancia = (carga almacenada) / Vapp

Capacitancia = nF * [ferrocianuro] * (volumen de celda) / Vapp

Al eliminar la comunicacion electrica entre los electrodos se deja que la carga almacenada se descargue solo a traves de la resistencia R de la celda. En este modelo de circuito equivalente, se puede entonces determinar la constante de tiempo de esta descarga mediante metodos estandar a partir de la variacion de potencial entre electrodos a lo largo del tiempo, donde:

Constante de tiempo = R * Capacitancia

Puesto que la conductividad,

k ^{= K ce id a} /R = ^y * [ferrocianuro]

donde ^y es una constante de proporcionalidad, esto implica

^{R -K c e id a} / (Y * [ferrocianuro])

por lo tanto, la

Constante de tiempo = nF * (volumen de celda) * Kceida / (Y * Vapp)

que es una medida de Kceida independiente de la concentracion.

Otro ejemplo de forma de realizacion desde la perspectiva de las movilidades de iones considera un gradiente de potencial a lo largo de la distancia entre los dos electrodos que se crearan mediante la aplicacion de un voltaje a la celda. El movimiento de especies a lo largo de este gradiente se ha descrito en la tecnica anterior para la corriente en una celda de conduccion (Maclnnes, 1939). El movimiento de ferrocianuro en un sistema de este tipo se ha descrito en terminos de su movilidad, U, en respuesta a un campo electrico, E . Esta ecuacion aparece como:

donde Is es la corriente de estado estacionario, (3 es una constante de proporcionalidad, s es la velocidad de deriva y

E es el campo electrico. La relacion de h a A se calculo normalmente en una etapa de calibracion utilizando una norma conocida para proporcionar la constante de celda, Kceida. (Atkins, 1999). La velocidad de deriva se da como un numero negativo en este ejemplo, ya que la corriente se considera transportada por iones negativos; por lo tanto, la velocidad de deriva de los iones cargados negativamente sera en la direccion opuesta al campo electrico aplicado. Otras ecuaciones son posibles para I^s, dependiendo de la naturaleza del aparato. En este ejemplo, hay una serie de variables que pueden distorsionar la informacion de concentracion extrafda de la corriente electroqmmica. En mediciones practicas, la constante de celda puede variar de celda a celda ya que las variaciones de fabricacion pueden alterar los factores geometricos que afectan a la constante de celda. Ademas, cuando se analizan muestras reales, tales como sangre entera para la determinacion de glucosa, las propiedades de transporte de los analitos, tales como la velocidad de deriva, pueden variar mucho entre muestras. Por ejemplo, se sabe que el nivel de hematocrito afecta el movimiento de especies qmmicas en sangre. Por lo tanto, las variaciones de la senal debidas a factores distintos de la concentracion, tales como las variaciones de la constante de celda y la velocidad de deriva, pueden alterar significativamente la concentracion de glucosa estimada a partir de un sistema sensor electroqmmico.

La dificultad, por lo tanto, es ser capaz de cuantificar el error introducido por variaciones distintas de la concentracion del analito, tales como las variaciones en la geometna de la celda y en las propiedades de transporte, para corregir las estimaciones de la concentracion del analito. Un metodo y un aparato para realizar una autocorreccion de este tipo sedan utiles. Las formas de realizacion de esta invencion describen un aparato y un metodo innovadores para determinar y corregir las fuentes ambientales de variacion de la medicion, es decir, fuentes distintas de la concentracion, sin un conocimiento a priori del area del electrodo, la separacion de los electrodos, la velocidad de deriva o la movilidad.

Un metodo y un aparato analogos se pueden utilizar para el movimiento de especies provocado por un gradiente de concentracion. En esta forma de realizacion de ejemplo, un gradiente de concentracion a lo largo de la distancia entre los dos electrodos se creara por las reacciones electroqmmicas y el movimiento de especies a lo largo de este gradiente que se puede describir por la ley de difusion de Fick:

donde D es un coeficiente de difusion, dc/dx es el gradiente de concentracion a lo largo de un eje particular y Flujo es la cantidad de sustancia que se mueve a traves de un area unidad perpendicular a este eje en un tiempo unidad. En un ejemplo donde el flujo alcanza un estado estacionario y donde los electrodos son paralelos, las estructuras planas con la muestra entre ellas dan un area mojada, A, en cada electrodo y donde los electrodos se separan por una distancia, h, entonces el flujo para una concentracion inicial de portadores minoritarios, C, sera:

Si n electrones son intercambiados por molecula de portador minoritario consumido electroqmmicamente en un electrodo o generado electroqmmicamente en el otro entonces la corriente, de estado estacionario, I^s, generada por el movimiento del portador minoritario se puede proporcionar mediante:

donde F es la constante de Faraday. Por lo tanto, el movimiento de un ion en terminos de su movilidad U bajo la

fuerza de un campo electrico E es equivalente a su movimiento en terminos de su coeficiente de difusion (con un

ajuste adecuado de unidades) y, por lo tanto, el termino nFD se puede expresar como p E u (Atkins, 1999). Por lo tanto, la invencion tambien se puede aplicar a un sistema en terminos de su difusion.

De acuerdo con una forma de realizacion de la invencion, la estimacion de la concentracion del analito se puede mejorar mediante la determinacion y correccion de los errores introducidos por variaciones desconocidas en los factores del aparato, tales como la geometna de la celda, y factores de la muestra, tales como la composicion de la muestra. Un reto importante en los sensores qmmicos es determinar la concentracion del analito objetivo con precision, ya que las variaciones en el entorno de medicion, tales como la separacion de los electrodos o la viscosidad, pueden afectar la estimacion de la concentracion del analito. Un aparato y un metodo que sea sensible a los efectos de dichas variaciones pero que sea, en esencia, independiente de la concentracion del analito se podna utilizar para estimar y corregir estas fuentes de variacion.

De acuerdo con una forma de realizacion, el error en la estimacion de la concentracion del analito que surge de diferentes areas eficaces de los electrodos se puede reducir utilizando un aparato y un metodo que sean sensibles a los efectos de variar las areas de los electrodos, pero que sean independientes de, o menos dependientes de, la concentracion del analito. Esto se podna utilizar para determinar el area del electrodo y, por lo tanto, permitir que se aplique una correccion a la estimacion de la concentracion que explique esta variacion.

De acuerdo con una forma de realizacion, el error en la estimacion de la concentracion del analito que surge a partir de diferentes propiedades de transporte de analitos en muestras se puede reducir utilizando un aparato y un metodo que sean sensibles a estas propiedades, pero sean independientes de, o menos dependientes de, la concentracion del analito. Esto se podna utilizar para determinar las movilidades de los analitos en las muestras y por lo tanto permitir que se aplique una correccion a la estimacion de la concentracion del analito que corrige estas.

Las formas de realizacion de la invencion se refieren a la determinacion de determinados parametros del sistema de medicion que pueden afectar a la senal medida y, por lo tanto, a la concentracion estimada. En una forma de realizacion, los parametros geometricos de la celda y las propiedades de transporte de la muestra se consideran como factores de la muestra y factores del aparato representativos, distintos de la propia concentracion del analito, que pueden afectar a la senal medida. Los efectos de un componente de la constante de celda, h, y la velocidad de deriva, s, se pueden combinar en un parametro de transporte eficaz (Pt) y se puede considerar por separado del termino del area del electrodo. En particular, Pt puede proporcionar mediante:

Un experto en la tecnica reconocera que se puede proporcionar una expresion analoga para un sistema bajo la influencia de un gradiente de concentracion que se describe mejor en terminos de un coeficiente de difusion. En este caso, Pt se puede proporcionar de la siguiente manera:

El area eficaz de electrodo, A, se puede encontrar mediante un metodo segun se describe en la solicitud de patente WO 03/069304. Por lo tanto, un metodo para determinar Pt permite una caracterizacion completa de las condiciones de medicion y permite una estimacion mas precisa de la concentracion. En una forma de realizacion preferida, Pt se determina, en esencia, independientemente del area del electrodo y, en esencia, independientemente de la concentracion del analito. Sin embargo, esto no es un requisito y no limita el alcance de la invencion. Una forma de realizacion de la invencion describe un metodo y un aparato que permiten tanto que los factores del aparato, tales como las propiedades geometricas de la celda, como los factores de la muestra, tales como las propiedades de transporte de la muestra, se encuentren simultaneamente, lo que permite una autocorreccion mas completa de las variaciones en la senal medida que surgen de factores ambientales, factores de la muestra y factores del aparato. La tecnica anterior en la utilizacion de celdas de conduccion normalmente ha requerido que cada celda de conduccion sea calibrada en una etapa separada de este tipo y no proporciona un medio para la autocorreccion de las variaciones en la senal medida que surgen de factores ambientales, factores de la muestra y factores del aparato. La Fig. 4 ilustra un metodo para realizar la autocorreccion de dichas variaciones para aumentar la precision de la concentracion del analito estimada. Este diagrama es una forma de realizacion ilustrativa y no limita la invencion. Un experto en la tecnica reconocera la posibilidad de que estas etapas no tengan necesariamente que ejecutarse en el orden establecido. Se aplica una muestra a la celda (etapa 200), a continuacion, se aplica una senal de potencial a la celda (etapa 205). Esta senal de potencial debe ser de tal manera que se produzca un proceso de reduccion y/u oxidacion en al menos uno de los electrodos en la celda. Un experto en la tecnica reconocera que la senal de potencial no se necesita aplicar necesariamente despues de que la muestra se aplique a la celda, sino que la muestra se puede aplicar a la celda despues de que se aplique la senal. Se determina una corriente de estado estacionario a partir de la celda (etapa 2l0). Esta corriente no necesariamente tiene que ser una corriente invariable con el tiempo, ya que las corrientes variables con el tiempo tambien se pueden clasificar como de estado estacionario si las caractensticas que describen la senal se aproximan a un valor estacionario.

Una vez que se ha determinado esta corriente de estado estacionario, entonces se abre el circuito de la celda (etapa 215) y se determina el potencial transitorio entre los dos electrodos (etapa 220). Un experto en la tecnica reconocera la posibilidad de que otros metodos mantengan una corriente electronica, en esencia, cero entre los electrodos que no esten en circuito abierto en la celda. Un ejemplo de otro metodo incluye la utilizacion de un interruptor de alta impedancia, tal como un transistor. La forma de realizacion de ejemplo de abrir el circuito de la celda (etapa 215) es un ejemplo y no limita la invencion. Los factores de correccion para las variaciones ambientales, por ejemplo, las que surgen de las variaciones en la velocidad de deriva, la movilidad, el coeficiente de difusion y/o de la constante de celda, se puede determinar (etapa 225) en funcion de la informacion de la corriente de estado estacionario antes de que se haya abierto el circuito de la celda y del potencial transitorio despues de que se haya abierto el circuito de la celda. Los factores de correccion se pueden utilizar a continuacion para corregir la senal de estado estacionario medida para las variaciones provocadas por las fuentes ambientales (etapa 230) y la estimacion de la concentracion corregida se puede calcular y producir de forma util (etapa 235). Un experto en la tecnica reconocera la posibilidad de que la correccion de las fuentes de variaciones ambientales no tenga que ser una etapa distinta separada, sino que se puede integrar con el calculo de la concentracion. Un experto en la tecnica tambien reconocera que la informacion de otros parametros de la muestra que no sean la concentracion del analito tambien se puede obtener a partir de los factores de correccion como informacion valiosa e independiente. Ejemplos de dichos parametros incluyen el hematocrito, la temperatura y la viscosidad.

En una forma de realizacion, despues de que se determina I^s, se abre el circuito, y se determina el potencial transitorio entre los electrodos. Una forma de realizacion de realizar esto es hacer que el aparato de medicion y control cambie desde un modo de funcionamiento potenciostatico, donde se aplica un potencial y se determina una corriente, a un modo de funcionamiento galvanostatico, donde se mantiene una corriente establecida (en este caso, casi 0 amperios) y se determina un potencial. Un experto en la tecnica reconocera que son posibles otras formas de realizacion, distintas de la de abrir el circuito de la celda, para lograr, en esencia, cero amperios. Un ejemplo es utilizar un interruptor de alta impedancia, tal como un transistor, para restringir la corriente que fluye en el circuito a, en esencia, cero amperios. El ejemplo de abrir el circuito de la celda es una forma de realizacion de ejemplo y no limita la invencion.

Una vez que se ha establecido una corriente de estado estacionario, habra un gradiente de concentracion entre los dos electrodos. Un factor que esta relacionado con P^t se puede determinar midiendo la velocidad de relajacion de los potenciales de electrodo despues de eliminar un voltaje impuesto entre los electrodos. En ausencia de un voltaje impuesto, la distribucion de especies en estado estacionario, por ejemplo, tal como un gradiente de concentracion, sera inestable y la especie electroactiva se movera en un intento de restaurar un perfil de concentracion de moleculas mas estacionario en toda la muestra. Las diferentes concentraciones relativas de iones ferrocianuro y iones ferricianuro en cada electrodo daran diferentes potenciales qmmicos, y estos potenciales qmmicos cambiaran con el tiempo a medida que estas concentraciones se equilibren. Por lo tanto, esta informacion se puede controlar utilizando metodos potenciometricos, y el cambio medido en el potencial con el tiempo se puede relacionar con Pt. Ejemplos de metodos para determinar una medida de Pt incluyen:

1. El tiempo desde el punto de eliminacion del voltaje impuesto para que el potencial alcance un valor particular 2. El potencial en un punto particular en el tiempo despues de la eliminacion del voltaje impuesto

3. Una medida de la velocidad de cafda del potencial despues de la eliminacion del voltaje impuesto, tal como:

• La pendiente de la grafica del potencial en funcion del tiempo durante un penodo de tiempo particular • La pendiente de la grafica del logaritmo del potencial en funcion del tiempo durante un penodo de tiempo particular

• La pendiente de la grafica de 1/V2 en funcion del tiempo durante un penodo de tiempo particular, donde V es el potencial

Se pueden utilizar otras cantidades para determinar una medida de P^t a partir del control del cambio de potencial con el tiempo.

En el ejemplo de un sensor de celda de conductancia, la relajacion del perfil de concentracion despues de la eliminacion de la diferencia de potencial impuesto se puede describir mediante las siguientes relaciones (Atkins, 1999):

dx

J - sc

Si el sensor de celda de conductancia se cambia de funcionamiento amperometrico en el que se aplica un potencial a funcionamiento potenciostatico en el que el potencial impuesto se elimina - y, en este ejemplo, se mantiene una corriente, en esencia, cero - y se mide el potencial en el tiempo t = 0, entonces en la etapa de relajacion inicial (es decir, en t = 0 ) el gradiente de concentracion se puede proporcionar de la siguiente manera, y P^t se puede calcular:

En contraste a controlar corrientes (vease, por ejemplo, las patentes de EE.UU.: US5942102, US6179979, US6284125), controlar los potenciales qmmicos en el electrodo permitira, por lo tanto, una medicion que es independiente del area del electrodo. Cuando el gradiente de concentracion en estado estacionario se relaja bajo condiciones potenciometricas (es decir, no hay transferencia electroqmmica de carga de un electrodo a otro por medio de una corriente electronica), el perfil de concentracion cambia, y en la Fig. 5 se muestra un modelo de esto simulado por ordenador.

Los resultados de simulacion mostrados en la Fig. 5 modelan la celda ilustrada en la Fig. 5, donde el electrodo de anodo 105 se situa en x = 0 en la Fig. 5 y el electrodo de catodo 100 se situa en x = 1 en la Fig. 5. La distancia entre los electrodos se ha normalizado a 1 unidad. Se puede observar que el perfil de concentracion de ferrocianuro evoluciona con el tiempo. Existe un perfil de concentracion de estado estacionario cuando se alcanza una corriente de estado estacionario y antes de que se abra el circuito, dado por 300. El circuito se abre en t = 0 segundos y el perfil de concentracion se muestra en los siguientes tiempos: t = 0,2 s 305, t = 0,4 s 310, t = 0,6 s 315, t = 0,8 s 320 y t = 1,0 s 325. La diferencia de potencial qmmico entre las especies en lo que era el anodo (electrodo de anodo 105) y el catodo (electrodo de catodo 100) se puede describir mediante:

donde p es el potencial qmmico del par ferrocianuro/ferricianuro, a (especie) es la actividad de esa especie, y los subrndices se refieren a la posicion en la celda. La actividad de la especie esta relacionada con la concentracion, pero es una forma mas ideal que explica las desviaciones en cantidades termodinamicas de aquellas predichas puramente por concentracion; sin embargo, utilizando concentraciones, la diferencia de potencial en los electrodos se puede aproximar mediante:

donde [ferrocianuro]electrodo es la concentracion de ferrocianuro en el electrodo apropiado, y se supone que la [ferricianuro] esta en un gran exceso en toda la muestra y, por lo tanto, se puede estimar que permanece, en esencia, constante en toda la muestra y en los diversos momentos de interes. La evolucion de este voltaje con el tiempo se ha modelado y se presenta en la Fig. 6 para varios valores de Pt. En esta figura, el potencial se determina a medida que se relaja despues de que el circuito se haya abierto en el tiempo t = 0 para los siguientes valores de Pt: Pt = 28,7 s 420; Pt = 19,2 s 415; Pt = 11,6 s 410; Pt = 5,9 s 405; Pt = 3,8 s 400. Hay un efecto claro de Pt en la constante de tiempo de la relajacion; un experto en la tecnica tendra claro que pueden existir otras relaciones dependiendo de los factores del aparato, los factores de la muestra y/o los factores ambientales, tales como la configuracion de la celda y el metodo de medicion.

Las mediciones de potenciometna por lo tanto se pueden utilizar para determinar P^t a partir de la variacion entre el potencial y el tiempo medidos; la evolucion de la relajacion del potencial es, en esencia, independiente de la concentracion del analito y del area del electrodo, pero es una funcion de P^t, proporcionando de este modo un metodo necesario para determinar un factor de correccion para la variacion de Pt. Quedara claro para un experto en la tecnica que hay una variedad de metodos para utilizar esta variacion de potencial para cuantificar el efecto de P^t. Los ejemplos de dichos metodos incluyen determinar una pendiente de la relajacion del potencial durante un intervalo de tiempo, determinar el tiempo que lleva alcanzar un valor de potencial particular y/o determinar una constante de tiempo para la velocidad de cafda para la relajacion de potencial.

La Fig. 6 ilustra una forma de realizacion de ejemplo para la determinacion de una medida de Pt. En este ejemplo, el tiempo necesario para alcanzar una diferencia de potencial de 0,06 V despues de cambiar a funcionamiento potenciometrico se mide para diferentes valores de Pt. Esta claro que el tiempo necesario para alcanzar una diferencia de potencial dada despues de la relajacion potenciometrica de la celda de conduccion puede ser una medida de P^t y por lo tanto, las formas de realizacion de la invencion proporcionan un medio para determinar una medida de P^t. Cuando se determina un valor para el area eficaz de los electrodos, entonces las variaciones en los factores de la muestra, los factores del aparato y los factores ambientales (que incluyen factores tales como los efectos de la geometna de celda y del transporte de analito) los cuales pueden contribuir a variaciones en el area eficaz de los electrodos y/o variaciones en P^t se pueden corregir para determinar una estimacion mas precisa de la concentracion del analito. Por ejemplo, en el documento WO 03/069304 se ha descrito un metodo para determinar un area eficaz de electrodo y tambien se describio anteriormente. Este metodo implica la aplicacion de una onda sinusoidal de pequena amplitud a los electrodos y relacionar la corriente sinusoidal resultante con el area del electrodo por medio de un conjunto de ecuaciones construidas apropiadamente. Cuando una muestra se mide con un sensor electroqmmico de celda de conductancia, Is se puede medir y determinar directamente, Pt se puede determinar mediante el metodo y el aparato de las formas de realizacion de la invencion, A se puede determinar mediante los metodos descritos anteriormente, y otras constantes se pueden calcular a priori, dando de este modo una estimacion mas precisa de la concentracion.

Las Fig. 7A-C ilustran una forma de realizacion de la celda electroqmmica de un sensor electroqmmico de celda de conduccion. La Fig. 7A muestra un dibujo esquematico tridimensional compuesto para un aparato de este tipo; La Fig. 7B muestra un dibujo esquematico de una vista lateral; y la Fig. 7C muestra un dibujo esquematico de algunos de los componentes que constituyen el aparato separado de una construccion compuesta. Esta forma de realizacion de ejemplo comprende una celda de conduccion con electrodos, en esencia, paralelos (1320 y 1325) separados por un volumen 1340 que puede contener una muestra y define, en esencia, una camara de muestras. Este volumen 1340 se denomina en la presente memoria "camara de muestras". Cada uno de los electrodos (1320 y 1325) se soporta por un material, en esencia, no conductor (1300 y 1305). Cada uno de los electrodos (1320 y 1325) tiene conexiones electricas proporcionadas por trayectorias, en esencia, conductoras (1335 y 1330) que tambien se soportan por un material, en esencia, no conductor (1300 y 1305). El grosor de los electrodos (1320 y 1325) puede ser, en esencia, igual, en esencia, menor o, en esencia, mayor que el grosor de los cables (1330 y 1335). Los dos electrodos se mantienen separados por material, en esencia, no conductor (1325 y 1310). El volumen donde se coloca la muestra (1340) se puede definir parcialmente por los electrodos (1320 y 1325) y/o definir parcialmente por el material, en esencia, no conductor (1320 y 1315).

En una forma de realizacion de ejemplo, dos lados enfrentados y, en esencia, paralelos, de la camara de muestras 1340 se definen, en esencia, mediante el area abarcada por dos electrodos (1320 y 1325), segun se ilustra en el esquema de las Fig. 7A-C. El aparato de las Fig. 7A-C ilustra una forma de realizacion de ejemplo de la celda electroqmmica 50 ilustrada en la Fig. 2. Un experto en la tecnica reconocera que son posibles otras formas de realizacion. Por ejemplo, los electrodos no tienen que ser, en esencia, paralelos entre sf. En otro ejemplo, los electrodos pueden estar en el mismo plano, y se ilustra en la Fig. 8. En esta forma de realizacion de ejemplo, los electrodos 2005 y 2020 se encuentran en el mismo plano en un sustrato, en esencia, no conductor 2000. Los conectores electronicos 2010 y 2015 proporcionan un medio de acoplamiento electronico entre los electrodos (2005 y 2020) y el TCA. Por lo tanto, existen muchas configuraciones geometricas diferentes que se pueden utilizar para un sensor de celda de conductancia. El ejemplo descrito en este documento es una forma de realizacion de ejemplo y no limita la invencion.

En el aparato de las Fig. 7A-C, los dos electrodos (1320 y 1325) pueden funcionar, tanto como electrodo A 55 como electrodo B 60. La muestra 70 se situa, en esencia, en la camara de muestras 1340. El contacto electrico con el aparato de control del transductor 5 se logra por medio de las trayectorias, en esencia, conductoras (1335 y 1330) que se pueden acoplar electronicamente al aparato de control del transductor 5 para proporcionar una trayectoria electronica, en esencia, conductora desde el aparato de control del transductor 5 a los electrodos (1320 y 1325). Una forma de realizacion de ejemplo del acoplamiento electronico de la celda electroqmmica de la Fig. 13 al aparato de control del transductor 5 es proporcionar un medio para contactar, en esencia, una region de cada uno de los cables, en esencia, conductores (1330 y 1335) a una parte del TCA 5. Un ejemplo de ejemplo de un medio de este tipo es para hacer contactar, en esencia, esa region de cada uno de los cables, en esencia, conductores que esta mas alejada de la region en contacto con los electrodos (1320 y 1325). En la ilustracion esquematica de ejemplo en la Fig. 7A-C, esto se ilustra por esa parte de los cables, en esencia, conductores (1330 y 1335) que se extiende mas alla del material, en esencia, no conductor 1310. Un experto en la tecnica reconocera la posibilidad de otros medios para acoplar electronicamente la celda electroqmmica 50 ilustrada en las Fig. 7A-C al aparato de control del transductor 5.

En un ejemplo de una forma de realizacion de ejemplo, el aparato de las Fig. 7A-C se puede utilizar de acuerdo con el proceso ilustrado en la Fig. 3. En una forma de realizacion, uno de los electrodos 1320 en la celda es el electrodo de catodo 100 y el otro electrodo 1325 es el electrodo de anodo 105. En otra forma de realizacion, uno de los electrodos 1325 en la celda es el electrodo de catodo 100 y el otro electrodo 1320 es el electrodo de anodo 105. El ferricianuro 125 y el ferrocianuro 120 se situan, en esencia, en la camara de muestras 1340. La fuente de voltaje 110 la proporciona el aparato de control del transductor 5 y la corriente 115 se desplaza a lo largo de una trayectoria, en esencia, conductora que en parte esta compuesta por cables, en esencia, conductores (1330 y 1335). Los procesos de transporte (130 y 135) ocurren, en esencia, dentro de la camara de muestras 1340.

Aparato de la Invencion

Un aspecto adicional de la presente invencion proporciona un aparato para utilizar en la practica del metodo de la invencion. Por lo tanto, la invencion proporciona un aparato para determinar la presencia de un analito en una muestra dispuesta en una celda electroqmmica, comprendiendo dicha celda electroqmmica dos electrodos entre los cuales se coloca la muestra para su analisis, comprendiendo dicho aparato:

(a) una carcasa que tiene un espacio para recibir la celda electroqmmica;

(b) medios para aplicar un potencial o una corriente entre los dos electrodos de la celda electroqmmica cuando se recibe dentro de la carcasa (por ejemplo, un potenciostato o un galvanostato);

(c) medios para medir la oxidacion o reduccion de un analito o un mediador en un sistema de deteccion de analitos que se produce dentro de la celda electroqmmica cuando se aplica el potencial o la corriente (por ejemplo, un circuito para medir/observar una corriente o una diferencia de potencial entre los electrodos);

(d) medios para desconectar el potencial o la corriente despues de un penodo de tiempo durante el cual se establece un gradiente de potencial qmmico entre los dos electrodos (por ejemplo, un interruptor que abra el circuito en la celda, o un interruptor de alta impedancia);

(e) medios para controlar la cafda del gradiente de potencial qmmico despues de que se desconecte el potencial o la corriente (por ejemplo, un circuito para observar la diferencia de potencial entre los electrodos);

(f) medios de procesamiento de datos programados para combinar la oxidacion o reduccion medida con la cafda controlada para producir una indicacion de la presencia del analito en la muestra (por ejemplo, un procesador de datos con programacion adjunta que realice las etapas descritas en esta solicitud); y

(g) medios de salida para transmitir la indicacion de la presencia del analito en la muestra a un usuario.

El aparato se puede suministrar por separado, pero generalmente se utiliza en combinacion con una celda electroqmmica en forma de una tira reactiva de una sola utilizacion. El aparato tiene una ranura para recibir la tira reactiva, y los elementos apropiados de generacion y procesamiento de senales para aplicar el potencial y la corriente y para controlar la corriente o potencial resultantes y la cafda del gradiente de potencial qmmico, y para convertir la informacion resultante en una indicacion de los resultados de la evaluacion. La tira reactiva puede ser cualquier tira reactiva apropiada para la deteccion del analito seleccionado en particular. En formas de realizacion preferidas, la tira tiene electrodos enfrentados y una separacion entre los electrodos que es lo suficientemente corta como para que el gradiente de especies oxidadas y reducidas se extienda a lo largo de al menos el 10%, mas preferiblemente mas del 80 %, hasta el 100% de la distancia entre los electrodos. En general, esta sera una distancia de 20 a 400 micrones. Se puede incorporar una pantalla como parte del medidor, por ejemplo, en forma de una pantalla LCD, una pantalla LED o un medidor de bobina movil. La pantalla tambien puede estar separada del medidor y conectada con un enlace de comunicaciones alambrico o inalambrico al medidor.

La Fig. 22 muestra una vista externa de una forma de realizacion del aparato de la invencion. La carcasa 3000 se puede fabricar de cualquier material adecuado, pero lo mas comun es que se fabrique de un plastico resistente al impacto. La carcasa 3000 tiene una abertura 3005 para recibir una tira reactiva que comprende electrodos y conectores para hacer contacto electrico entre la tira reactiva y el aparato. Una pantalla 3010 proporciona salida en una forma legible por el usuario. Opcionalmente, el aparato puede incluir un boton de inicio 3015, aunque tambien se puede utilizar la deteccion de una tira reactiva insertada para iniciar el aparato para que procese una prueba de analito.

Los siguientes ejemplos ilustran formas de realizacion de ejemplo del metodo y del aparato de la invencion.

Ejemplo 1: correccion de las variaciones en P^t: se describe un ejemplo de la utilizacion de P^t para aumentar la precision de las mediciones del sensor electroqmmico. La Fig. 9 muestra una relacion de ejemplo que puede existir entre Pt y la corriente medida para diferentes concentraciones de analito. Los datos en la Fig. 9 se simularon de acuerdo con un sensor electroqmmico de celda de conduccion segun se ilustra mediante los dibujos de ejemplo en la Fig. 3 y en las Fig. 7A-C. La Fig. 9 ilustra la variacion en la corriente (dada en amperios) para diferentes valores de P^t para un sensor compuesto por cada electrodo que tiene un area superficial efectiva de 1 cm2. Los puntos de datos se muestran en la Fig. 9 para la corriente de estado estacionario que se genera con la aplicacion de una diferencia de voltaje de 0,4 V entre los dos electrodos para una muestra compuesta de 2 mM de ferrocianuro 1400 y 1 mM de ferrocianuro 1405. Es evidente que la corriente medida depende tanto de la concentracion del analito como del valor de Pt. Por lo tanto, las variaciones en el valor de Pt pueden provocar variaciones en la senal que pueden introducir errores en la medicion de la concentracion del analito.

La Fig. 10 ilustra este problema mejor mostrando curvas de calibracion representativas para diferentes valores de P^t. En esta figura, la concentracion se da en el eje x en mM, y la corriente de estado estacionario medida se da en el eje y en amperios. Los puntos de datos 1500 corresponden a un valor Pt de 44,3 s; los puntos de datos 1505 corresponden a un valor Pt de 20,6 s; los puntos de datos 1510 corresponden a un valor Pt de 6,58 s. De nuevo, se ilustra el error en la estimacion del analito que puede surgir de las variaciones en P^t. Si una curva de calibracion particular se toma como la curva de calibracion de referencia, entonces esto asume implfcitamente que un valor particular de Pt se asocia con la medicion. Sin embargo, si el valor de Pt vana cuando se mide una muestra desconocida, entonces la estimacion resultante en la concentracion del analito puede ser erronea.

La Fig. 11 ilustra un ejemplo del tipo de error que puede surgir si el valor de Pt vana. En este ejemplo, la curva de calibracion comprende los puntos de datos 1505 de la Fig. 10; esta curva de calibracion se determino para un sistema con un valor de P^t igual a 20,6 s. Una ecuacion para describir esta curva de calibracion es:

I = (4,673E -6)[ferrocianuro]

[ferrocianuro] = ■4,673 -E - 6

donde I es la corriente medida, y [ferrocianuro] es la concentracion de ferrocianuro en la muestra. Por lo tanto, se puede utilizar una medicion de la corriente para estimar la concentracion del analito, en este ejemplo, el ferrocianuro, en una muestra utilizando la ecuacion anterior.

La Fig. 11 ilustra el error que puede ocurrir al estimar la concentracion del analito si el valor de Pt para la medicion fuera diferente del valor de Pt que se utilizo al determinar la curva de calibracion. Las mediciones de corriente se determinan a partir de un sistema con una concentracion de ferrocianuro de 2 mM para diferentes valores de Pt. Como el valor de Pt vario, la corriente medida vario. Dado que la ecuacion de estimacion se determina a partir de una curva de calibracion que se determino a partir de un sistema que tiene un valor particular de Pt, si las mediciones se realizan con un sistema que tiene un valor diferente de Pt, la ecuacion de estimacion resultante producira una estimacion inexacta. La Fig. 11 ilustra el error en la estimacion del analito que puede ocurrir para diferentes valores de Pt. El eje y del grafico en la Fig. 11 es el porcentaje de error en la estimacion de la concentracion de ferrocianuro segun lo determinado de la siguiente manera:

Imedida es la corriente medida; [ferrocianuro]real es la concentracion real de ferrocianuro en la muestra (2 mM, segun se indico anteriormente); [ferrocianuro]estimado es la concentracion estimada de ferrocianuro segun se determina mediante una ecuacion que describe los datos de calibracion 1505. La Fig. 16 ilustra un ejemplo del error en la estimacion de la concentracion del analito que puede ocurrir si el valor de Pt cambia del valor que se utilizo al determinar los datos de calibracion. Los puntos de datos representan el error en porcentaje en la estimacion de la concentracion del analito para diferentes valores de Pt. Para referencia, se debe observar que se utilizo un valor de P^t igual a 20,6 s al determinar los datos de calibracion 1505. Por lo tanto, hay un error en porcentaje, en esencia, cero en los datos de la Fig. 11 cuando Pt es igual a 20,6 s.

Tambien es destacable observar que como Pt aumenta, la velocidad de cambio del error disminuye. Del mismo modo, cuando Pt disminuye, la velocidad de cambio del error aumenta. Un ejemplo de una situacion que puede dar lugar a valores pequenos de P^t es cuando la distancia entre los dos electrodos en un sensor de celda de conduccion disminuye. Por ejemplo, la distancia entre los electrodos 1320 y 1325 en las Fig. 7A-C se puede reducir disminuyendo el grosor del material, en esencia, no conductor 1310 y 1315. Al disminuir esta distancia, el volumen de la camara de muestras 1340 tambien disminuye. Por lo tanto, la influencia de P^t en una estimacion de analito aumenta a medida que disminuye el volumen de la camara de muestras, destacando aun mas la utilidad e importancia de poder corregir con precision las variaciones en Pt en pequenos volumenes de muestra.

Un ejemplo de la utilizacion de P^t para corregir una estimacion de analito para los errores provocados por las variaciones a Pt incluye determinar una relacion entre Pt y el tiempo t necesario para la relajacion potenciometrica para alcanzar una diferencia de potencial particular. En este ejemplo, se aplico una diferencia de potencial de CC de 400 mV a los electrodos para el sistema simulado de la Fig. 3. Una vez que se establecio una corriente de estado estacionario, la diferencia de potencial se elimino abriendo el circuito del sistema, garantizando de este modo que, en esencia, la corriente electronica no fluyo en el circuito, y el potencial entre los electrodos se controlo a lo largo del tiempo.

La simulacion se ejecuto para diferentes valores de P^t, y se determino la relajacion de la diferencia de potencial a lo largo del tiempo para cada uno de estos diferentes valores de P^t. La evolucion de este potencial a lo largo del tiempo se ha modelado y se presenta en la Fig. 5 para varios valores de Pt. En esta figura, el potencial se determina a medida que se relaja despues de que el circuito se haya abierto en el tiempo t = 0 para los siguientes valores de P^t = 28,7 s 420; P^t = 19,2 s 415; P^t = 11,6 s 410; P^t = 5,9 s 405; P^t = 3,8 s 400.

La velocidad de relajacion del potencial entre los dos electrodos es, en esencia, independiente de la concentracion del analito. Por lo tanto, la utilidad de esta tecnica es que se puede utilizar para controlar las propiedades del sistema que dan lugar al valor de PT mientras que no es influido, en esencia, por la concentracion del analito. Esto esta en marcado contraste con los metodos de la tecnica anterior que se basan en el control de las corrientes de relajacion, que estan, en esencia, influenciadas por la concentracion del analito (patentes de EE. UU.: US5942102, US6179979, US6284125).

Ademas, controlar la diferencia de potencial entre los electrodos es una medida que es, en esencia, independiente del area de los electrodos. Esto tiene el beneficio util de eliminar otra fuente de variacion de la medicion de potencial. Esto contrasta con los metodos que se basan en el control de las corrientes de relajacion, ya que el valor de la corriente medida depende del area eficaz de los electrodos.

Un ejemplo de forma de realizacion para la extraccion de una medida de P^t es determinar el tiempo transcurrido desde el inicio de la relajacion potenciometrica hasta que se alcanza un valor particular del potencial. Esto representa una metrica para cuantificar una medida de la velocidad de relajacion, o la constante de tiempo para la velocidad de cafda, del potencial despues de abrir el circuito del sistema electroqmmico. Un experto en la tecnica reconocera que se pueden utilizar otras metricas, tales como el potencial en un punto particular en el tiempo, la pendiente de la grafica del potencial en funcion del tiempo durante un penodo particular de tiempo, la pendiente de la grafica del logaritmo de potencial en funcion del tiempo durante un penodo de tiempo particular, y la pendiente de la grafica de 1/V2 en funcion del tiempo durante un penodo de tiempo particular, donde V es el potencial. La Fig. 12 ilustra una relacion entre Pt y el tiempo t trascurrido para alcanzar una diferencia de potencial de 0,06 V, donde t = 0 es el tiempo en el que el sistema esta en circuito abierto. En este ejemplo, los datos mostrados en la Fig. 6 se analizaron determinando el tiempo en que el potencial de relajacion alcanzo un valor, en esencia, igual a 0,06 V. Por lo tanto, cada valor de Pt da como resultado un potencial de cafda diferente y corresponde a un momento diferente en el que el potencial alcanzo un valor que es, en esencia, igual a 0,06 V. La Fig. 12, por lo tanto, ilustra la relacion que existe entre Pt y una medida de Pt - en este ejemplo, el tiempo que se tarda en alcanzar 0,06 V y, por lo tanto, permite que se establezca una relacion matematica para determinar P^t a partir de una cantidad medible de los datos de relajacion potenciometrica. En este ejemplo, se observa la siguiente relacion entre Pt y el tiempo para alcanzar el potencial designado:

Pt= mt

m = 56,057

Pueden existir otras relaciones y dichas relaciones pueden depender de la configuracion de medicion, que incluye la geometna de la celda electroqmmica.

Puesto que esta medicion de relajacion potenciometrica es, en esencia, independiente de la concentracion del analito, se puede utilizar para estimar una medida de P^t que no este, en esencia, afectada por la concentracion del analito. Esta medida de Pt se puede utilizar a continuacion para ajustar los errores en la estimacion del analito que pueden surgir de las variaciones en el valor de P^t. En este ejemplo, se determino una curva de calibracion para un sistema con Pt = 20,6 s. Segun se describio anteriormente, una ecuacion para estimar la concentracion de un analito se puede proporcionar mediante:

En terminos de la movilidad de la especie de analito. Un experto en la tecnica reconocera que son posibles otras formas, dependiendo de la naturaleza del sistema. En un ejemplo descrito anteriormente, la concentracion de un analito se puede dar en terminos de sus propiedades de difusion de la siguiente manera:

En la practica, una curva de calibracion se determina empmcamente ya que a menudo es mas conveniente determinar una constante de proporcionalidad por experimentacion que determinar todos los componentes relevantes de forma independiente. Por ejemplo, tomando el sistema descrito en terminos de movilidad del analito segun se describio anteriormente, una ecuacion para describir los datos de calibracion 1505 en la Fig. 10 es:

La constante de proporcionalidad A incorpora los efectos de los parametros relevantes en la estimacion de la concentracion. Dado que estos datos 1505 se adquirieron en un sistema con un valor de Pt igual a 20,6 s, la constante A se puede expresar para incorporar de forma explfcita el valor de Pt, segun se indico anteriormente. Esto permite que se realice a continuacion un ajuste util para las variaciones en P^t que pueden introducir errores en la estimacion del analito.

Un ejemplo de correccion de errores en las estimaciones de la concentracion del analito que pueden surgir de las variaciones en Pt es ajustar la descripcion de la curva de calibracion para tener en cuenta las variaciones en Pt. De manera mas general, la constante de proporcionalidad de una curva de calibracion A se puede dar en relacion con el valor de Pt que estaba asociado con los datos de calibracion, indicados por PTcalibracion. En este ejemplo, el valor de A se puede ajustar mediante la cantidad f fTcalibraci6n) tal que:

^ T m e d id o

donde PTmedido es el valor de Pt asociado con la senal de corriente medida Imedida. Esto permite entonces ajustar un parametro A, que, en parte, define una curva de calibracion, en respuesta a las variaciones en Pt cuando se mide una muestra. Por lo tanto, obteniendo una medida de P^t que sea, en esencia, independiente de Imedida y la concentracion del analito, la curva de calibracion que se utiliza para estimar la concentracion del analito se puede ajustar para reducir un error en la estimacion de la concentracion del analito. Las formas de realizacion de la invencion proporcionan un metodo para determinar Pt que es, en esencia, independiente de la concentracion del analito y la corriente medida. Una forma de realizacion del metodo para ajustar una variacion en P^t es utilizar formas de realizacion de esta invencion para determinar una medida de Pt y ajustar un parametro que defina en parte una curva de calibracion. Una forma de realizacion de ejemplo de este metodo es multiplicar el factor de calibracion A por el factor de correccion (PTcalibraci6n) y a continuacion utilizar este valor ajustado de A en la estimacion de la ^ T m e d id o

concentracion del analito. Las siguientes ecuaciones ilustran esta forma de realizacion de ejemplo. A partir de los datos de calibracion 1505 en la Fig. 10, se determina una ecuacion que modela, en esencia, estos datos. Una forma de realizacion de ejemplo para determinar una ecuacion de este tipo es utilizar tecnicas de regresion lineal bien conocidas para encontrar una ecuacion lineal que describa mejor estos datos 1505. Un ejemplo de una ecuacion de este tipo se proporciona de la siguiente manera:

Otras relaciones son posibles y pueden depender de la naturaleza del sistema sensor electroqmmico, de los factores ambientales, los factores del aparato y/o los factores de la muestra.

Otro ejemplo de correccion de errores en la estimacion de la concentracion del analito que pueden surgir de las variaciones en P^t es ajustar la corriente medida para tener en cuenta las variaciones en P^t. Un analisis similar de la ecuacion de la curva de calibracion muestra que la corriente medida Ismedida se puede ajustar mediante un factor de se puede ajustar mediante un factor de ( ^medid!™) de la siguiente manera:

Otro ejemplo de correccion de errores en la estimacion de la concentracion del analito que pueden surgir de las variaciones en Pt es ajustar la concentracion estimada de analito para tener en cuenta las variaciones en Pt. Un analisis similar de la ecuacion de la curva de calibracion muestra que la concentracion estimada Cestimada se puede ajustar mediante un factor de (■ ^{PTcalibracion} I de la siguiente manera:

Se pueden hacer otros ajustes para corregir las variaciones en P^t y que la forma del ajuste dependa de los factores del aparato, los factores ambientales y/o los factores de la muestra que son relevantes para el sistema de medicion.

La Fig. 10 ilustra una diferencia en las curvas de calibracion que pueden resultar de diferentes valores de Pt. Los puntos de datos 1510 fueron de un sistema con P^t = 6,58 s; los puntos de datos 1505 fueron de un sistema con P^t = 20,6; los puntos de datos 1500 fueron de un sistema con Pt = 44,3 s. Esta claro que a medida que cambia el valor de Pt, cambia la respuesta del sensor, segun se refleja por las diferentes curvas de calibracion. Por lo tanto, si un sistema sensor se desarrollo y calibro con un valor particular de P^t, el valor de P^t cuando se utilizo el sensor debena ser, en esencia, el mismo para mantener, en esencia, la misma lectura del sensor. Sin embargo, si el valor de P^t fue diferente cuando se utilizo el sensor, entonces la medicion puede ser imprecisa. Los ejemplos de por que el valor de Pt puede ser diferente en el momento de utilizar un sensor incluyen las variaciones de fabricacion en la distancia entre los electrodos de la celda de conduccion y las variaciones en la movilidad efectiva de la especie en la muestra.

La Fig. 11 ilustra un ejemplo del tipo de error que puede surgir de las variaciones en P^t. En este ejemplo, el sistema de la Fig. 2 implementado con los procesos de la Fig. 3 se simula con Pt = 20,6 s. El error en la estimacion de la concentracion del analito se expresa como un porcentaje del valor obtenido con Pt = 20,6 s. Por lo tanto, a medida que Pt disminuye por debajo de 20,6 s, la concentracion estimada del analito aumenta a una velocidad rapida, lo que da como resultado una estimacion falsamente alta; a medida que P^t aumenta por encima de 20,6 s, la concentracion estimada disminuye, lo que da como resultado una estimacion falsamente baja. Es importante tener en cuenta que, con pequenos valores de P^t, la estimacion de la concentracion del analito es mucho mas sensible a las variaciones en Pt que con valores mayores de Pt. En volumenes pequenos, donde la separacion entre los electrodos es pequena, la capacidad de corregir las variaciones en Pt es, por lo tanto, de mayor valor y utilidad incluso. Del mismo modo, en los sistemas que comprenden especies con altas movilidades y/o alta difusion, esto tambien puede dar como resultado pequenos valores de P^t, que ilustran de nuevo la utilidad y el valor de la invencion en la correccion de las variaciones en Pt.

Las Fig. 13A-C ilustran escenarios para la correccion de una estimacion debido a variaciones en Pt. En estos ejemplos, se utiliza una concentracion del analito de 3 mM con un sistema calibrado con Pt = 20,6 s. En las Fig. 13A, 13B, y 13C, los puntos de datos 1700 muestran como la concentracion estimada de analito puede variar cuando las mediciones se realizan con sensores con diferentes valores de Pt. Segun se esperaba, cuando el valor del sensor es, en esencia, de 20,6 s, entonces la concentracion estimada es, en esencia, cercana al valor correcto de 3 mM. La Fig. 13A ilustra el efecto de corregir la concentracion estimada final del analito teniendo en cuenta la variacion en Pt. Los puntos de datos 1705 son la concentracion estimada del analito despues de que se utilizo un proceso de correccion que ajusta los valores de concentracion estimados en los puntos de datos 1700 en funcion del valor de Pt para esa medicion del sensor. La Fig. 13B ilustra el efecto de la correccion de la concentracion del analito final estimada mediante el ajuste de la curva de calibracion para tener en cuenta la variacion en Pt. Los puntos de datos 1710 son la concentracion del analito estimada despues de que se utilizo un proceso de correccion que ajusta la curva de calibracion que se utiliza para estimar los valores de concentracion en los puntos de datos 1700 en funcion del valor de Pt para esa medida del sensor. La Fig. 13C ilustra el efecto de la correccion de la concentracion del analito final estimada mediante el ajuste de la senal de corriente medida para tener en cuenta la variacion en Pt. Los puntos de datos 1715 son la concentracion del analito estimada despues de que se utilizo un proceso de correccion que ajusta la senal amperometrica medida que se utiliza para estimar los valores de concentracion en los puntos de datos 1700 en funcion del valor de P^t para esa medicion del sensor. Por lo tanto, es evidente que las formas de realizacion de la invencion son utiles en la reduccion de errores en la estimacion de la concentracion del analito que pueden surgir de las variaciones en P^t.

Las Fig. 14A-C ilustran en forma de diagrama de flujo formas de realizacion de ejemplo de la invencion. Segun se describio en este documento, existen diferentes formas de realizacion que se pueden utilizar para el metodo de la invencion. Las Fig. 14A-C proporcionan detalles adicionales a las etapas de la Fig. 4 ilustrando formas de realizacion de ejemplo de la etapa 225, la etapa 230 y la etapa 235 de la Fig. 4.

La Fig. 14A ilustra una forma de realizacion de ejemplo en la que se realiza un ajuste a la estimacion final del analito, segun se ilustro con el ejemplo de la Fig. 13A. En esta forma de realizacion, se determina el potencial transitorio (etapa 220). A continuacion, se cuantifica una medida de Pt (etapa 1805). La medida de Pt se compara con los datos de calibracion para determinar un valor eficaz de Pt (etapa 1810). El valor eficaz de Pt se utiliza para ajustar la estimacion del analito para tener en cuenta las variaciones en Pt (etapa 1815). La concentracion del analito ajustada se produce de una forma util (etapa 1820).

La Fig. 14B ilustra una forma de realizacion de ejemplo en la que se realiza un ajuste a una medida del componente de senal faradaica, segun se ilustro en el ejemplo de la Fig. 13B. En esta forma de realizacion, se determina el potencial transitorio (etapa 220). A continuacion, se cuantifica una medida de P^t (etapa 1805). La medida de P^t se compara con los datos de calibracion para determinar un valor eficaz de Pt (etapa 1810). El valor eficaz de Pt se utiliza para ajustar la medida del componente de senal faradaica para tener en cuenta las variaciones en P^t (etapa 1825). La medida ajustada del componente de senal faradaica se utiliza con los datos de calibracion faradaica para estimar la concentracion del analito (etapa 1830). La estimacion de la concentracion del analito se produce de una forma util (etapa 1820).

La Fig. 14C ilustra una forma de realizacion de ejemplo en la que se realiza un ajuste a los datos de calibracion, segun se ilustro en el ejemplo de la Fig. 13C. En esta forma de realizacion, se determina el potencial transitorio (etapa 220). A continuacion, se cuantifica una medida de Pt (etapa 1805). La medida de Pt se compara con los datos de calibracion para determinar un valor eficaz de Pt (etapa 1810). El valor eficaz de Pt se utiliza para ajustar los datos de calibracion faradaica para tener en cuenta las variaciones en P^t (etapa 1835). Los datos de calibracion faradaica ajustados se utilizan con la medida del componente de senal faradaica para estimar la concentracion del analito (etapa 1840). La estimacion de la concentracion del analito se produce de forma util (etapa 1820).

Ejemplo 2: Ejemplo de biosensor enzimatico

En otra forma de realizacion de ejemplo, el sensor electroqmmico de celda de conduccion funciona como un biosensor. En este caso, un conjunto de reacciones qmmicas produce un analito para ser detectado por el sensor electroqmmico de celda de conduccion. Una forma de realizacion de esto se ilustra en la Fig. 1 en la que una enzima glucosa oxidasa cataliza una reaccion con glucosa. En este ejemplo, la glucosa 500 reacciona con la forma oxidada de la glucosa oxidasa, GODox 510, convirtiendo de este modo la enzima en su forma reducida GODred 515 y produciendo gluconolactona 505. La GODred 515 puede reaccionar con ferricianuro, Fe(CN)63-525 para ser devuelta a su estado oxidado GODox 510 y producir ferrocianuro, Fe(CN)64-520. Por lo tanto, la concentracion de glucosa se puede estimar determinando la concentracion de ferrocianuro mediante el metodo y el aparato de las formas de realizacion de la invencion.

La corriente medida se puede relacionar con la concentracion de glucosa mediante una ecuacion de la curva de calibracion. Un ejemplo de una ecuacion de este tipo es:

donde Cfs^ada es la concentracion de glucosa estimada, ^ l^ ™ ci6n es una constante de proporcionalidad, e Ismedida es la corriente medida. Un ejemplo de un factor de correccion que se puede utilizar para corregir variaciones en Pt es seguir el proceso descrito anteriormente para un sensor electroqmmico de celda de conduccion y desarrollar una ecuacion de correccion analoga con la cual el valor medido de Pt se utilice para ajustar la curva de calibracion, la corriente medida o la estimacion de la concentracion de la siguiente manera:

Donde PT1g cal^licb°rsacio an es el valor de P^t obtenido al determinar una curva de calibracion para un biosensor de celda de conduccion utilizado para estimar las concentraciones de glucosa, p1 s m i eud“id soa es el valor de P^t obtenido al medir la glucosa en un biosensor de celda de ^ I i ^ a y Cc50“ d0 es la concentracion de glucosa corregida.

Ejemplo 3: Ejemplo de formas de realizacion de un aparato de control del transductor

Se describe una forma de realizacion de ejemplo del aparato de control del transductor 5 en la Fig. 2. La Fig. 15 ilustra un esquema para una forma de realizacion de ejemplo del aparato de control del transductor 5. Dos electrodos 2100 y 2105 se acoplan al TCS 5 mediante trayectorias 2110 y 2115, en esencia, conductoras. Una unidad de aplicacion de estfmulos 2150 puede aplicar una diferencia de potencial entre las trayectorias 2110 y 2130, en esencia, conductoras. La unidad de aplicacion de estfmulos 2150 puede variar la diferencia de potencial en el tiempo. Una unidad de cuantificacion de corriente 2120 controla la corriente que fluye a lo largo del cable 2110. Un experto en la tecnica reconocera que la corriente que fluye a lo largo del cable 2110 es, en esencia, la misma que la corriente que fluye a lo largo de los cables 2115 y 2130. La unidad de cuantificacion de corriente 2120 se puede conectar al cable 2115 o 2130 en lugar de al cable 2110.Esta forma de realizacion no limita la invencion. Una unidad de interruptor 2135 permite la capacidad de conectar o desconectar electricamente el cable 2130 al cable 2115. Esta unidad de interruptor permite al TCA 5 forzar que el flujo de corriente sea, en esencia, cero amperios. Un experto en la tecnica reconocera que son posibles otros metodos para forzar que el flujo de corriente sea, en esencia, cero amperios, tales como cambiar a un elemento de circuito de alta impedancia. Los ejemplos de una unidad de interruptor 2135 incluyen un interruptor de estado solido tal como un interruptor MOSFET (por ejemplo, el chip AD417 de Analog Devices); un interruptor electromecanico; y un interruptor mecanico.

La unidad de conmutacion 2135 se puede conectar de una manera que permita poner en cortocircuito y/o en circuito abierto el cable 2110 en su lugar. Un experto en la tecnica reconocera que existen diferentes opciones de colocacion y de funcionamiento para cambiar entre un modo de funcionamiento donde el flujo de corriente no este impedido, en esencia, a otro modo de funcionamiento donde el flujo de corriente este, en esencia, impedido. Una unidad de cuantificacion de potencial 2125 controla la diferencia de potencial entre el cable 2115 y el cable 2110. Esta diferencia de potencial esta relacionada con la diferencia de potencial entre los electrodos 2105 y 2100. En una forma de realizacion preferida, el potencial en el cable 2115 es, en esencia, igual al potencial en el electrodo 2105 y el potencial en el cable 2110 es, en esencia, igual al potencial en el electrodo 2100.

Cuando el TCA 5 funciona en modo amperometrico, el interruptor 2135 esta en modo de funcionamiento en circuito cerrado, la unidad de aplicacion de estfmulos 2150 aplica una diferencia de potencial y la corriente resultante se controla mediante la unidad de cuantificacion de corriente 2120 y el potencial se controla mediante la unidad de cuantificacion de potencial 2125. Cuando el sistema cambia a un modo de funcionamiento potenciometrico, el interruptor 2135 cambia a un modo de funcionamiento de circuito abierto o alta impedancia, la unidad de cuantificacion de corriente 2120 controla el flujo de corriente, que se espera que sea, en esencia, cero amperios, y la unidad de cuantificacion de potencial controla la diferencia de potencial, que se espera que siga una cafda de relajacion con el tiempo.

Una forma de realizacion de ejemplo mas espedfica para el TCA 5 se ilustra en la Fig. 16. El elemento del circuito 2220 representa una trayectoria, en esencia, conductora hacia un potencial de referencia, tal como la masa. Todas las lmeas solidas gruesas representan, en esencia, trayectorias electricas ("conductores"). El potencial de estimulo se aplica entre el cable 2215 y el cable de masa 2220. Cuando la unidad de conmutacion 2230 se encuentra en modo de circuito cerrado, el cable 2225 y el cable 2250 tienen, en esencia, el mismo potencial y el amplificador 2200 mantiene, en esencia, el mismo potencial en el cable 2250 que el presente en el cable 2215. Un ejemplo de un amplificador 2200 de este tipo es un amplificador operacional ("amplificador op"). El cable 2250 se conecta al electrodo 2240. Un segundo amplificador 2205 mantiene una conexion al cable de masa 2220 y otra conexion por medio del cable 2265 al electrodo 2245. Una resistencia de retrolimentacion 2255 conecta el cable 2265 al cable 2260. La diferencia de potencial que existe entre el cable 2260 y el cable de masa 2220 se relaciona con la corriente que fluye a traves de la celda electroqmmica. Otro amplificador controla la diferencia entre el cable 2250 y el cable 2265 y, por lo tanto, controla, en esencia, el mismo potencial que existe entre el electrodo 2240 y el electrodo 2245. Un ejemplo de un amplificador 2210 de este tipo es un amplificador diferencial. Otro ejemplo es un amplificador de instrumentacion. La diferencia de potencial entre el cable 2270 y el cable de masa 2220 esta relacionada con la diferencia de potencial entre el cable 2250 y el cable 2265. Cuando la unidad de conmutacion 2230 funciona en circuito abierto, el amplificador 2200 asegura que, en esencia, fluye corriente cero a lo largo del cable 2250 y el electrodo 2240. Por lo tanto, el potencial en el cable 2260 es, en esencia, el mismo que el potencial en el cable de masa 2220. El potencial entre los electrodos 2240 y 2245 se controla mediante el amplificador 2210 y se manifiesta por una diferencia de potencial entre el cable 2270 y el cable de masa 2220.

Ejemplo 4 Otra metrica para cuantificar P^t

Segun se menciono anteriormente, otra forma de realizacion de ejemplo para la extraccion de una medida de Pt es determinar una medida de la velocidad de relajacion de la senal potenciometrica mediante la determinacion de una pendiente de 1/V2 en funcion del tiempo durante un penodo particular de tiempo, segun se ilustra mediante un esquema en la Fig. 17. La Fig. 17 ilustra una representacion esquematica de la senal de relajacion potenciometrica como una funcion del tiempo para diferentes valores de P^t. En este ejemplo, la relajacion potenciometrica se inicio en un tiempo t = 0 mediante, por ejemplo en esencia, un circuito abierto de la celda electroqmmica. El eje y representa la funcion de 1/V2, donde V es el potencial medido, durante un penodo de tiempo desde t¹ hasta t². Las trazas de datos 2400, 2405, 2410, y 2415 representan las senales de relajacion a partir de mediciones con diferentes valores de Pt. En este ejemplo, el valor de Pt asociado con los datos 2400 es menor que el valor de Pt asociado con los datos 2405, que a su vez es menor que el valor de P^t asociado con los datos 2410, que a su vez es menor que el valor de Pt asociado con los datos 2415. En este ejemplo, esta claro que hay una relacion, en esencia, lineal entre 1/V2 y el tiempo. Por lo tanto, se puede obtener una medida de la velocidad de relajacion determinando una pendiente de estos datos en un penodo de tiempo, por ejemplo, entre el instante t¹ y el instante t². Una pendiente se puede calcular mediante medios bien establecidos en algebra lineal, incluyendo, entre otros, un metodo de mrnimos cuadrados.

La Fig. 18 ilustra en forma esquematica un ejemplo de cuantificacion de una medida de Pt a partir de los datos medidos. Se puede construir una curva de calibracion que relacione Pt con una medida de Pt. El ejemplo ilustrado por el esquema de la Fig. 18 muestra que una cierta funcion de la pendiente de 1/V2 en funcion del tiempo -representada como f(pendiente) en el eje y - se puede utilizar como una medida de Pt. Una forma de realizacion de ejemplo de una funcion de este tipo es:

donde pendiente es la pendiente de la grafica de 1/V2 en funcion del tiempo durante una parte de tiempo. En la Fig. 18, el punto 2500 corresponde a la traza de datos 2400 en la Fig. 17; el punto 2505 corresponde a la traza de datos 2405 en la Fig. 17; el punto 2510 corresponde a la traza de datos 2410 en la Fig. 17; el punto 2515 corresponde a la traza de datos 2415 en la Fig. 17. Por lo tanto, se puede calcular una medida de Pt a partir de los datos potenciometricos medidos. Una vez que la medida de P^t se determina, este valor se puede utilizar segun se describio anteriormente para ajustar diversas cantidades para obtener una estimacion mas precisa de la concentracion del analito.

Ejemplo 5: Realizacion de correccion con sistema transitorio.

La invencion tambien se puede utilizar en situaciones donde el sistema no ha alcanzado el estado estacionario; un estado de este tipo tambien se conoce comunmente como un estado transitorio. Los ejemplos de un sistema en estado transitorio incluyen, entre otros, una senal de respuesta cuyas caractensticas vanan con el tiempo, un perfil de concentracion en una muestra que vana, en esencia, con el tiempo y una reaccion qmmica que no ha alcanzado el equilibrio.

Una diferencia entre un sistema en estado estacionario y un sistema transitorio es que se espera que las senales generadas por un sistema en estado estacionario contengan informacion significativa acerca de un termino de distancia relacionado con la distancia de separacion entre los electrodos y/o informacion sobre un termino de transporte relacionado con las propiedades de transporte de la muestra (por ejemplo, un coeficiente de difusion efectivo o un termino de movilidad). Por ejemplo, segun se describio anteriormente P^t se puede describir en parte mediante un termino de separacion de electrodos efectivo h, asf como otros terminos relacionados con las propiedades de transporte de la muestra, tales como un termino de difusion D, una velocidad de deriva s y/o un termino de movilidad U. No se espera que las senales generadas por un sistema transitorio contengan informacion significativa sobre un termino de distancia relacionado con una distancia de separacion entre electrodos, pero se espera que contengan informacion relacionada con las propiedades de transporte de la muestra. Sin embargo, incluso en sistemas transitorios, puede haber informacion significativa relacionada con un termino de distancia eficaz, aunque ese termino de distancia puede no estar directamente relacionado con una distancia de separacion geometrica entre dos electrodos.

En un sistema de estado estacionario, hay una transferencia considerable de informacion qmmica desde un electrodo a otro a traves de la muestra mediante los gradientes de concentracion de especies qmmicas en la vecindad de un electrodo perturbado por los procesos que ocurren en otro electrodo. Un ejemplo de esto es cuando los productos de reaccion de un electrodo alcanzan el otro electrodo. En un sistema transitorio, no existe transferencia considerable de informacion qmmica a traves de la muestra de un electrodo a otro. Por ejemplo, los productos de reaccion de un electrodo pueden no haber alcanzado, en esencia, el otro electrodo, por lo que se espera que haya poca informacion en la senal acerca de una medida de la distancia entre los electrodos. Sin embargo, se espera que haya informacion sobre el transporte de analito en la muestra, por ejemplo, un termino de transporte relacionado con un termino de difusion, un termino de movilidad o un termino de longitud de la trayectoria eficaz. Un ejemplo de un termino de longitud de trayectoria de este tipo es un termino de distancia eficaz relacionado con el transporte de analito en una muestra que comprende sustancias tales como globulos rojos u otros cuerpos. Los cuerpos en una muestra pueden afectar el transporte del analito en una muestra, y por lo tanto, una capacidad de corregir dichas variaciones relacionadas con el transporte en sistemas transitorios sena util y beneficiosa para aumentar la exactitud y/o la precision de un sistema sensor.

La Fig. 19 ilustra de forma esquematica ejemplos de senales amperometricas para un sistema transitorio. En este ejemplo, se muestran tres trazas de corriente que corresponden a diferentes concentraciones de glucosa. La traza 2900 es la concentracion mas baja, la traza 2905 es la concentracion intermedia y la traza 2910 es la concentracion mas alta. Las senales se dividen en seis regiones en el tiempo segun se muestra. En este ejemplo, la muestra se introdujo dentro de la camara de muestras en t = 0, momento en el cual el potencial se incremento a un nivel suficiente para generar una corriente, en esencia, limitada por difusion. El aumento en la corriente desde t = 0 a t = t1 se puede atribuir predominantemente a la carga de doble capa capacitiva. La disminucion de la corriente desde t1 a t2 se puede atribuir predominantemente a la estabilizacion de la doble capa. El aumento en la corriente entre t2 y t3 se puede atribuir predominantemente al aumento del mediador reducido, ferrocianuro en este ejemplo, a partir del progreso de la reaccion qmmica con un analito en la muestra (en este ejemplo, la reaccion qmmica es la reaccion enzimatica con glucosa). La corriente alcanza un maximo local aproximadamente en el tiempo t3, momento en el cual el progreso de la reaccion enzimatica se equilibra mediante la difusion que gobierna el transporte de la especie electroactiva procesada, el mediador en este ejemplo, a los electrodos, dando como resultado una cafda en la corriente despues del tiempo t3. La corriente descendente en algunos casos continua disminuyendo si hay un perfil de difusion semi-infinito claro durante el curso de la medicion.

Dado que la senal de corriente continua cayendo, se puede decir que este sistema se encuentra en un estado transitorio. La senal transitoria se puede analizar y cuantificar para determinar una medida de la concentracion del analito, y no es necesaria una corriente de estado estacionario para utilizar la invencion. Un ejemplo del tipo de analisis que se puede realizar con una corriente transitoria esta relacionado con la ecuacion de Cottrell. Por supuesto, la ecuacion de Cottrell se aplica a un conjunto particular de condiciones de medicion y se pueden utilizar otras ecuaciones para describir un sistema dependiendo de las condiciones de medicion. Una ecuacion de ejemplo que se puede utilizar es calcular una rafz cuadrada de una pendiente de 1/I2 durante una parte de tiempo como una medida de la concentracion de glucosa. En el ejemplo esquematico de la Fig. 19, una parte de tiempo despues de la corriente es, en esencia, independiente de la reaccion enzimatica (por ejemplo, despues de un pico en la corriente aproximadamente en el instante t3), tal como el tiempo entre t4 y t5 se puede utilizar para dicha cuantificacion. En este ejemplo, se puede utilizar una ecuacion basada en la ecuacion de Cottrell para describir la corriente de un sistema transitorio de la siguiente manera:

donde to es un tiempo de referencia, y los otros sfmbolos conservan sus significados habituales. La pendiente, dada por a, y D se puede utilizar para determinar una medida de concentracion, C. Por lo tanto, es posible cuantificar la concentracion para un sistema que tenga un valor conocido para D, determinando la pendiente a, por ejemplo, mediante una ecuacion de estimacion tal como:

Surge un problema si la muestra, el aparato y/o los factores ambientales vanan y provocan un cambio desconocido en el valor aparente de D. En un caso de este tipo, la estimacion de la concentracion, C, variana posteriormente de manera desconocida, dando como resultado una menor exactitud y/o precision.

Con un sistema transitorio de este tipo, el aparato se puede conmutar al modo potenciometrico para controlar una relajacion potenciometrica para determinar una medida de las variaciones en el transporte y/o la longitud de la trayectoria relacionadas con propiedades del sistema. En este ejemplo, se utilizaria una relajacion potenciometrica para determinar una medida efectiva de D, que se utilizaria para estimar la concentracion. Por lo tanto, el metodo y el aparato de la invencion no requieren un sistema de estado estacionario o estado casi estacionario; en cambio, el metodo y el aparato de la invencion se pueden utilizar con un sistema transitorio.

Un factor que puede influir en la naturaleza transitoria o de estado estacionario del sistema es la geometna de la celda electroqmmica. Un ejemplo de un factor geometrico de este tipo es la distancia efectiva entre los electrodos. Cuanto menor sea la distancia efectiva, menor sera el tiempo que tarda el sistema en alcanzar un estado estacionario. En este ejemplo, el estado estacionario se puede definir como cuando la senal amperometrica alcanza un valor casi estacionario. Cuanto mayor sea la distancia efectiva entre los electrodos, mas tiempo generalmente se tarda en alcanzar un estado estacionario. Por lo tanto, si el sistema esta en modo de estado estacionario o transitorio cuando se cambia el funcionamiento desde amperometrico a potenciometrico puede depender tanto de la distancia efectiva entre los electrodos como del momento en que cambia el modo de funcionamiento. Por ejemplo, si la separacion efectiva es lo suficientemente grande para que el estado estacionario no se logre, en esencia, dentro de un penodo de tiempo dado, entonces el modo de funcionamiento se puede cambiar al modo potenciometrico mientras esta en el estado transitorio. Un beneficio util de utilizar el metodo y el aparato de la invencion con un sistema transitorio es que se puede realizar una medicion en menos tiempo. Al igual que en la medicion de estado estacionario en el Ejemplo 4, para las mediciones transitorias hay, en esencia, una relacion lineal entre 1/V2 y el tiempo. Por lo tanto, se puede obtener una medida de la velocidad de relajacion determinando una pendiente de estos datos en un penodo de tiempo, por ejemplo, entre el instante ti y el instante t². Una pendiente se puede calcular por medios bien establecidos en algebra lineal, incluyendo, entre otros, un metodo de mmimos cuadrados. Pueden existir otras relaciones para diferentes geometnas de electrodos.

Las Fig. 20A-C ilustran en forma esquematica varios ejemplos de senales amperometricas que se pueden generar mediante sistemas de biosensores basados en celdas de conduccion. La Fig. 20A ilustra un escenario de ejemplo donde la distancia de separacion eficaz entre los electrodos es lo suficientemente grande como para permitir que al menos una parte de la senal de respuesta siga una forma transitoria que se puede describir por una relajacion relacionada con la ecuacion de Cottrell. Esta figura es similar al ejemplo ilustrado en la Fig. 19, excepto que se muestra que la senal se desvfa de una relajacion, en esencia, semi-infinita que se puede relacionar, en esencia, con una relajacion de tipo Cottrell (entre t4 y t5), pasa por una region de transicion (entre t5 y t6) y, finalmente, alcanza un valor, en esencia, de estado estacionario (despues de t6). Por lo tanto, se pueden utilizar varias ecuaciones y/o expresiones para describir la respuesta de senal durante estas diferentes regiones. La Fig. 20B ilustra un escenario de ejemplo donde la distancia de separacion eficaz entre los electrodos es lo suficientemente grande para permitir una relajacion del gradiente de difusion (entre t3 y t4) pero lo suficientemente pequena para alcanzar un valor de corriente, en esencia, de estado estacionario (despues de t4) sin experimentar significativamente una relajacion, en esencia, semi-infinita (por ejemplo, de tipo Cottrell). La Fig. 20C ilustra un escenario de ejemplo donde la distancia de separacion eficaz entre los electrodos es lo suficientemente pequena de manera para que se alcance una corriente, en esencia, de estado estacionario (despues de t4) sin experimentar una relajacion de la difusion significativa. Estas figuras son formas de realizacion de ejemplo de senales que se pueden generar por biosensores basados en enzimas y no limitan la invencion. Un experto en la tecnica reconocera que son posibles otras respuestas de senal y que la forma de la senal depende de muchos factores, que incluyen, entre otros, factores del aparato, factores de la muestra y factores ambientales.

Otro factor geometrico que puede influir en la naturaleza transitoria o de estado estacionario del sistema es la orientacion de los electrodos. Una orientacion tradicional para celdas de conduccion ha sido para celdas compuestas de dos electrodos, en esencia, paralelos enfrentados entre sf, generalmente con aproximadamente la misma area, segun se ilustra mediante el ejemplo de las Fig. 7A-C. La razon principal de una geometna de este tipo ha sido que esta es una orientacion conveniente del electrodo para determinar la constante de celda Kceida. Sin embargo, el metodo y el aparato de la invencion permiten que se utilicen otras geometnas en un funcionamiento de celda de conduccion. Los ejemplos incluyen celdas compuestas de, en esencia, electrodos coplanares y/o electrodos, en esencia, concentricos (cuyos ejemplos se muestran en las Fig. 21A-D).

Las Fig. 21A-D ilustran de forma esquematica varias disposiciones de ejemplo de electrodos, en esencia, coplanares. En estas ilustraciones de ejemplo, las disposiciones se componen de un sustrato, en esencia, no conductor 2000, al menos dos electrodos de 2005 y 2020, y al menos dos conductores, en esencia, conductores 2010 y 2015. Los conductores, en esencia, conductores (2010 y 2015) no tienen que ser de material diferente de los electrodos (2005 y 2020). Estas ilustraciones se proporcionan como formas de realizacion de ejemplo y no limitan la invencion. Un experto en la tecnica reconocera que son posibles otras formas de realizacion, incluyendo, entre otras, diferentes formas, diferentes orientaciones y/o diferentes alineaciones de electrodos.

Otros factores que pueden influir en la naturaleza transitoria o de estado estacionario del sistema son propiedades de la muestra, por ejemplo, la difusion, la movilidad, la longitud de la trayectoria y/o el nivel de hematocrito. Las propiedades de la muestra en sf pueden alterar la velocidad de transporte de las especies, alterando de este modo el tiempo necesario para lograr, en esencia, un sistema de estado estacionario.

Por lo tanto, la invencion proporciona un metodo y un aparato para determinar una medida de P^t que no requiere que el sistema este, en esencia, en estado estacionario, sino que se puede implementar en un sistema transitorio. Esto tiene el beneficio util de reducir, en esencia, el tiempo de medicion, ya que un usuario no tiene que esperar hasta que se haya alcanzado, en esencia, un estado estacionario. Otro beneficio util es que se pueden utilizar diferentes geometnas de celda, que incluyen, por ejemplo, disposiciones de electrodos orientados en paralelo, coplanares y/o concentricos, ya que dichas geometnas pueden no alcanzar rapida y facilmente, en esencia, un estado estacionario. Ademas, dado que la invencion tambien se puede utilizar con sistemas transitorios, no existe ningun requisito de que los electrodos deban estar lo suficientemente cerca entre sf para lograr un funcionamiento, en esencia, de estado estacionario. Se sabe que las celdas electroqmmicas fabricadas en estas escalas mas grandes son mas faciles y, por lo tanto, menos costosas de fabricar.

Referencias citadas

Schmidt-Weinmar, von HG "Ueber die Polarization einer symmetrischen Redoxzelle mit kleinem Elektrodenabstand: Eine Methode zur Bestimmung der lonenbeweglichkeit". Berichte der Bunsengesellschaft. Vol. 71, No. 1. 1967.

Brett, CMA y AMO Brett. "Electrochemistry: Principles, Methods, and Applications", 1a ed. Oxford University Press, 1993.

Maclnnes, DA "The Principles of Electrochemistry". Reinhold Publishing Corp. Nueva York. 1939.

Crow, DR "Principles and Applications of Electrochemistry". 4a ed. Stanley Thornes Publishers. Cheltenham, Reino Unido. 1998.

Atkins, P. "Physical Chemistry". 6a ed. Freeman. Nueva York. 1999.

Lathi, BP "Linear Systems and Signals", Berkeley-Cambridge Press, Carmichael, CA 1992.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para evaluar una muestra para la presencia de un analito seleccionado que comprende las etapas de: (a) introducir la muestra (70) dentro de un espacio entre dos electrodos (55, 60) de una celda de conduccion (50); (b) aplicar un potencial o corriente entre los dos electrodos suficiente para provocar la oxidacion o reduccion del analito o de un mediador en un sistema redox de deteccion de analito, formando de este modo un gradiente de potencial qmmico del analito o mediador entre los dos electrodos;

(c) despues de establecer el gradiente, interrumpir el potencial o la corriente aplicados y obtener una senal independiente del analito que refleje la relajacion del gradiente de potencial qmmico;

(d) aplicar opcionalmente un potencial o una corriente entre los electrodos despues de obtener la senal independiente del analito;

(e) obtener una senal dependiente del analito durante la aplicacion del potencial o la corriente en la etapa (b) o la etapa (d) o ambas, y

(f) corregir la senal dependiente del analito obtenida en la etapa (e) utilizando la senal independiente del analito obtenida en la etapa (c) para obtener una senal corregida dependiente del analito indicativa de la presencia del analito seleccionado en la muestra.

2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde se aplica un potencial entre los electrodos en la etapa (b), y la corriente generada como resultado de este potencial aplicado se mide como la senal dependiente del analito.

3. El metodo de la reivindicacion 2, en donde el potencial se aplica hasta que se alcanza una condicion de estado estacionario, y a continuacion se mide la corriente.

4. El metodo de la reivindicacion 2, en donde la corriente se mide antes de que se alcance una condicion de estado estacionario.

5. El metodo de la reivindicacion 1, en donde se mantiene una corriente entre los electrodos en la etapa (b), y el potencial generado como resultado de esta corriente se mide como la senal dependiente del analito.

6. El metodo de la reivindicacion 5, en donde la corriente se mantiene hasta que se alcanza una condicion de estado estacionario, y a continuacion se mide el potencial.

7. El metodo de la reivindicacion 5, en donde el potencial se mide antes de que se alcance una condicion de estado estacionario.

8. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el gradiente de potencial qmmico antes de la relajacion se extiende a traves de al menos el 10% de la distancia entre los electrodos.

9. El metodo de la reivindicacion 8, en donde el gradiente de potencial qmmico antes de la relajacion se extiende a traves de al menos el 80% de la distancia entre los electrodos.

10. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la muestra es una muestra de sangre y el analito seleccionado es glucosa.

11. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde los electrodos son parte de una tira reactiva desechable de un solo uso.

12. Un aparato para determinar la presencia de un analito en una muestra dispuesta en una celda electroqmmica (50), comprendiendo dicha celda electroqmmica dos electrodos (55, 60) entre los cuales se coloca la muestra (70) para su analisis, comprendiendo dicho aparato:

(a) una carcasa (3000) que tiene un espacio (3005) para recibir la celda electroqmmica;

(b) medios para aplicar un potencial o una corriente entre los dos electrodos de la celda electroqmmica cuando se recibe dentro de la carcasa;

(c) medios para medir la oxidacion o reduccion de un analito o un mediador en un sistema de deteccion de analitos que ocurre dentro de la celda electroqmmica cuando se aplica el potencial o la corriente;

(d) medios para desconectar el potencial o la corriente despues de un penodo de tiempo durante el cual se establece un gradiente de potencial qmmico entre los dos electrodos;

(e) medios para controlar un cambio independiente del analito en el gradiente de potencial qmmico despues de que se desconecte el potencial o la corriente;

(f) medios de procesamiento de datos programados para combinar la oxidacion o reduccion medida con el cambio independiente del analito controlado para producir una indicacion de la presencia del analito en la muestra; y (g) medios de salida (3010) para transmitir la indicacion de la presencia del analito en la muestra a un usuario.

13. El aparato de la reivindicacion 12, que comprende ademas una celda electroqmmica dispuesta dentro de la carcasa.

14. El aparato de la reivindicacion 13, en donde la celda electroqmmica es una tira reactiva desechable de un solo uso.

15. El aparato de la reivindicacion 14, en donde la tira reactiva desechable contiene un sistema redox de deteccion de analito que comprende una enzima que es capaz de oxidar el analito y un mediador activo redox.

16. El aparato de la reivindicacion 15, en donde el analito es glucosa y la enzima es glucosa oxidasa.

17. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en donde la carcasa es de un tamano que se puede sostener en una mano humana.