KR101861993B1

KR101861993B1 - 커패시턴스를 사용하여 대조 시료와 시험 유체를 식별하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101861993B1
Application number: KR1020137010604A
Authority: KR
Inventors: 로날드 씨. 샤틀리에; 알래스테어 엠. 호지스
Original assignee: 시락 게엠베하 인터내셔날
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CA2811851A1; EP2622336B1; JP5837602B2; EP3537139B1; RU2621153C2; CN103250050A; EP3537139A1; US8617370B2; US20140151245A1; CA2811851C; KR20130122738A; AU2011309764B2; CN103250050B; US10151724B2; US20140151243A1; US9575027B2; RU2013119959A; US20140151244A1; WO2012042373A1; EP2622336A1

Abstract

수성 비-혈액 시료(예를 들면, 대조 용액)와 혈액 시료를 구별하기 위한 방법이 본 명세서에서 제공된다. 하나의 측면에서, 당해 방법은 테스트 스트립(test strip)을 사용함을 포함하고, 여기서, 전기화학 테스트 스트립에 전기 접속된 미터(meter)에 의해 다수의 과도 전류들 및 커패시턴스를 측정한다. 상기 과도 전류들은 시료의 특성들(예를 들면, 존재하는 간섭물질의 양, 반응 동력학 및/또는 커패시턴스)에 기초하여, 상기 시료가 혈액 시료인지 수성 비-혈액 시료인지를 결정하는 데 사용된다. 당해 방법은 또한 이들 특성에 기초하여 식별 기준을 산출함을 포함할 수 있다. 혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하기 위한 시스템의 각종 측면들도 본 명세서에서 제공된다.

Description

커패시턴스를 사용하여 대조 시료와 시험 유체를 식별하는 시스템 및 방법 {SYSTEMS AND METHODS OF DISCRIMINATING BETWEEN A CONTROL SAMPLE AND A TEST FLUID USING CAPACITANCE}

본 명세서에서 제공되는 시스템 및 방법은 의학 시험 분야, 특히 시료(예를 들면, 혈액을 포함하는 생리학적 유체들) 내의 분석물(들)의 존재 및/또는 농도의 검출에 관한 것이다.

생리학적 유체들(예를 들면, 혈액 또는 혈장과 같은 혈액에서 유래된 생성물들) 내의 분석물 농도 측정은 현대 사회에서 점점 중요해지고 있다. 이러한 검사는 임상 실험실 시험, 자가 시험 등을 포함하는 각종 적용분야 및 환경에서의 용도를 발견하며, 이러한 시험의 결과들은 각종 질환 상태의 진단과 관리에서 중요한 역할을 한다. 관심 분석물들에는 당뇨병 관리를 위한 글루코스, 심혈관 상태를 모니터링하기 위한 콜레스테롤 등이 포함된다.

분석물 농도 측정 검사를 위한 통상의 방법은 전기화학에 기초한다. 이러한 방법들에서, 수성 액체 시료는 적어도 2개의 전극, 즉, 작업 전극 및 상대 전극으로 구성된 전기화학 셀(electrochemical cell) 내의 시료 반응 챔버 내에 위치되고, 여기서, 상기 전극들은 이들이 전류 측정 또는 전기량 측정(coulometric measurement)에 적합하도록 하는 임피던스를 갖는다. 분석하고자 하는 성분은 시약과 반응하여 산화 가능(또는 환원 가능) 물질을 상기 분석물 농도에 비례하는 양으로 형성하게 된다. 이후, 존재하는 산화 가능(또는 환원 가능) 물질의 양을 전기화학적으로 추산하고, 시료 내의 분석물 농도와 연관시킨다.

자동화 장치, 예를 들면 전기화학 테스트 미터(electrochemical test meter)는 통상적으로 시료 내의 분석물 농도를 측정하는 데 사용된다. 다수의 테스트 미터들은 유리하게는, 분석물 농도, 일반적으로는 복수 개의 분석물 농도들을 당해 미터의 메모리에 저장하는 것이 가능하다. 이러한 특징(feature)은, 사용자가 일정 시간에 걸친 분석물 농도 수준들을 종종 미리 수집된 분석물 수준들의 평균으로서 검토할 수 있는 능력을 제공하며, 여기서, 이러한 평균 산정은 당해 미터와 연관된 알고리즘에 따라 수행된다. 그러나, 당해 시스템이 제대로 기능하고 있음을 보장하기 위해, 사용자는 때때로 혈액 시료 대신에 대조 유체를 사용하여 시험을 수행할 것이다. 이러한 대조 유체(대조 용액이라고도 명명함)는 일반적으로 기지 농도의 글루코스를 갖는 수성 용액이다. 사용자는 대조 용액을 사용하여 시험을 수행하고, 표시된 결과들을 상기 기지 농도와 비교하여 당해 시스템이 제대로 기능하고 있음을 알아낼 수 있다. 그러나, 대조 용액 시험을 수행하고 나면, 대조 유체의 글루코스 농도가 당해 미터의 메모리에 저장된다. 따라서, 사용자가 선행 시험들을 및/또는 선행 시험 결과들의 평균 농도를 검토하고자 할 때, 대조 유체 분석물 수준의 농도에 의해서 결과가 왜곡될 수 있다.

따라서, 시험 과정에서 대조 용액과 시료 유체를 구별할 수 있는 것이 바람직하다. 한 가지 선택 대상은, 유체를 대조 유체 또는 시험 유체로서 수동으로 플래깅(flagging)하는 것이다. 그러나, 자동화 플래깅이 바람직한데, 그 이유는, 이것이 사용자 상호작용을 최소화하고 사용상의 용이성을 높이기 때문이다.

이와 같이, 시료 내의 분석물 농도 측정에서의 용도를 위한 신규한 방법 및 장치의 개발이 계속 관심을 모으고 있다. 특히, 시료를 대조 유체로서 또는 시험 유체로서 자동으로 플래깅하고 이에 따라 측정값들을 저장하거나 제외시키는 능력을 포함하는 방법 및 장치의 개발이 관심 대상이다. 특히, 전기화학 기반의 분석물 농도 측정 검사와 함께 사용하기에 적합한 방법의 개발이 관심대상이다.

수성 비-혈액 시료(예를 들면, 대조 용액)와 혈액 시료를 구별하기 위한 시스템 및 방법의 각종 측면들이 본 명세서에서 제공된다. 하나의 측면에서, 당해 방법들은 전위를 인가하여 전류를 측정하는 전기화학 셀을 사용함을 포함한다. 추가로, 혈액 시료와 비-혈액 시료를 구별하기 위한 전기화학적 방법 및 시스템이 본 명세서에서 기술된다.

하나의 양태에서, 혈액 시료와 비-혈액 시료를 구별하기 위한 방법이 기재된다. 당해 방법은, 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 전기화학 셀에 시료를 도입하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 제1 시험 전위를 인가함을 포함한다. 이후, 수득된 제1 과도 전류를 측정한다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 제2 시험 전위를 인가한 다음, 제2 과도 전류를 측정한다. 아래에서 더욱 상세히 논의하겠지만, 커패시턴스를 측정할 수도 있다. 또한, 당해 방법은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 제3 시험 전위를 인가하여, 제3 과도 전류를 측정함을 포함할 수 있다.

상기 제1 과도 전류에 기초하여, 상기 시료 내의 산화환원 화학종들의 양과 관련된 제1 참조 값을 산출한다. 또한, 상기 제2 과도 전류 및 제3 과도 전류 과정에서 측정된 전류 값들에 기초하여, 반응 동력학(reaction kinetics)과 관련된 제2 참조 값을 산출한다. 상기 제2 참조 값은 화학 반응의 완료율의 함수일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 참조 값은 상기 제2 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값과 상기 제3 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값에 기초하여 산출된 잔여 반응 지수(residual reaction index)일 수 있다. 하나의 측면에서, 상기 잔여 반응 지수는 제2 전류 값과 제3 전류 값의 비에 기초하여 산출된다. 이후, 상기 제1 참조 값과 상기 제2 참조 값을 사용하여 당해 시료가 비-혈액 시료인지 혈액 시료인지를 결정할 수 있다. 상기 비-혈액 시료에는 대조 용액 또는 음료(예를 들면, Gatorade®와 같은 스포츠 드링크)와 같은 몇몇 기타 시료가 포함될 수 있다.

하나의 측면에서, 측정된 커패시턴스와 관련된 커패시턴스 지수(capacitance index)를 산출한다. 상기 커패시턴스 지수는, 예를 들면, 시료 도입시의 전기화학 셀의 측정된 커패시턴스에 비례할 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 커패시턴스 지수는 상기 측정된 커패시턴스 및 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스에 비례할 수 있다. 예를 들면, 상기 커패시턴스 지수는 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 상기 측정된 커패시턴스의 비일 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 제1 참조 값에 상기 커패시턴스 지수를 곱하여 제3 참조 값을 산출할 수 있다. 이후, 상기 제3 참조 값을 상기 제2 참조 값과 병용하여, 시료가 비-혈액 시료인지 혈액 시료인지를 결정할 수 있다.

또 다른 측면에서, 당해 방법은 시료 내의 분석물의 농도를 측정하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 시료가 혈액 시료인 것으로 밝혀지는 경우, 측정된 농도는 저장될 수 있다. 반대로, 상기 시료가 비-혈액 시료인 것으로 밝혀지는 경우, 측정된 농도는 플래깅되고/되거나, 별도로 저장되고/되거나, 폐기될 수 있다.

하나의 양태에서, 시료가 비-혈액 시료인지 혈액 시료인지를 결정하기 위해 부등식(inequality)을 사용할 수 있다. 예를 들면, 실험에 의해 유래된 식별선(discrimination line)을 나타내는 등식을 사용하여 상기 제2 참조 값 및 상기 제3 참조 값을 평가할 수 있다.

또 다른 측면에서, 상기 제1 시험 전위를 인가하는 단계 이전에 상기 전기화학 셀에 개방-회로 전위를 인가한다. 또한, 상기 제1 시험 전위를 인가하는 단계 이후에 개방-회로 전위를 인가할 수 있다.

추가로, 혈액 시료와 비-혈액 시료를 구별하기 위한 시스템이 본 명세서에서 기술된다. 하나의 양태에서, 상기 시스템은 테스트 스트립(test strip) 및 테스트 미터(test meter)를 포함할 수 있다. 상기 테스트 스트립은 상기 테스트 미터 및 전기화학 셀의 결합(mating)을 위한 전기 접촉부들을 포함한다. 상기 테스트 미터는 상기 테스트 스트립으로부터의 전류 데이터를 수용하도록 구성된 프로세서, 및 제1 참조 값과 제2 참조 값을 기초로 혈액 시료를 비-혈액 시료로부터 구별해낼 수 있도록 하는 식별 기준을 함유하는 데이터 저장부를 포함한다. 몇몇 양태에서, 측정된 커패시턴스와 관련된 커패시턴스 지수를 산출할 수 있다. 상기 커패시턴스 지수는, 예를 들면 시료 도입시의 상기 전기화학 셀의 측정된 커패시턴스에 비례할 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 커패시턴스 지수는 상기 측정된 커패시턴스 및 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스에 비례할 수 있다. 예를 들어, 상기 커패시턴스 지수는, 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 상기 측정된 커패시턴스의 비일 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 제1 참조 값에 상기 커패시턴스 지수를 곱하여 제3 참조 값을 산출할 수 있다. 이후, 상기 제3 참조 값을 상기 제2 참조 값과 병용하여, 시료가 비-혈액 시료인지 혈액 시료인지를 결정할 수 있다. 혈액 시료를 나타내는 데이터를 비-혈액 시료로부터 분리시키는 식별 기준은 상기 제2 참조 값과 상기 제3 참조 값으로부터 유래될 수 있다. 예를 들어, 상기 식별 기준은 실험에 의해 유래된 식별선을 포함할 수 있다. 당해 시스템은 산화환원 화학종들이 실질적으로 없는 비-혈액 시료(예를 들면, 대조 용액)를 추가로 포함할 수 있다. 추가로, 본 명세서에서는 식별 기준을 산출하는 방법도 기술된다. 상기 식별 기준은 혈액 시료와 비-혈액 시료를 구별하도록 테스트 미터에 프로그래밍될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 방법은 복수 개의 수성 비-혈액 시료들에 대한 제1 참조 값 및 제2 참조 값을 산출하고, 상기 제1 참조 값에 기초하여 제3 참조 값을 산출하고(상기 제3 참조 값은 커패시턴스 지수에 비례한다), 상기 복수 개의 비-혈액 시료들에 대한 상기 제2 참조 값과 상기 제3 참조 값에 기초하여 식별 기준을 산출함을 포함한다. 예를 들면, 상기 커패시턴스 지수는 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 상기 전기화학 셀의 측정된 커패시턴스의 비일 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 제1 참조 값은 산화방지제 농도를 나타내고 상기 제2 참조 값은 반응 동력학을 나타낸다.

하나의 측면에서, 혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 (a) 전기화학 셀에 시료를 도입함을 포함하고, 여기서, 상기 셀은 (i) 서로 떨어져 있는 2개의 전극 및 (ii) 시약을 포함할 수 있다. 상기 방법은 (b) 제1 극성을 갖는 제1 시험 전위를 상기 전극들 사이에 인가하여, 셀 전류를 측정하고; (c) 상기 전기화학 셀의 커패시턴스를 측정하고; (d) 상기 제1 시험 전위 동안 측정된 적어도 2개의 전류 값들을 합산하여 제1 참조 값을 생성하고(상기 제1 참조 값은 시험 액체 내의 산화환원 화학종들의 농도에 비례한다); (e) 상기 측정된 커패시턴스에 관련된 커패시턴스 지수를 산출하고; (f) 상기 커패시턴스 지수와 상기 제1 참조 값을 사용하여 혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은, 반응 동력학과 관련된 제2 참조 값을 산출하고, 상기 커패시턴스 지수, 상기 제1 참조 값 및 상기 제2 참조 값을 사용하여 혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 참조 값은 잔여 반응 지수라고도 명명될 수 있는, 화학 반응의 완료율의 함수일 수 있다. 몇몇 예시적 양태에서, 상기 커패시턴스 지수는 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 상기 측정된 커패시턴스의 비로서 산출될 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 제1 참조 값에 상기 커패시턴스 지수를 곱하여 제3 참조 값을 산출하는 단계도 포함할 수 있다. 이후, 상기 제3 참조 값을 상기 제2 참조 값과 병용하여, 시료가 비-혈액 시료인지 혈액 시료인지를 결정할 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 수성 비-혈액 시료는 대조 용액일 수 있다.

상기 언급된 각종 참조 값들은 각종 방식들로 측정 및/또는 산출될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 참조 값은 시료 내의 산화환원 화학종들의 농도에 비례할 수 있고/있거나, 상기 제1 참조 값은 상기 제1 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값에 기초하여 산출될 수 있고/있거나, 상기 제1 참조 값은 상기 제1 과도 전류 동안에 측정된 전류 값들의 합산에 기초하여 산출될 수 있다. 상기 제1 참조 값이 상기 제1 과도 전류 동안에 측정된 전류 값들의 합산에 기초하여 산출될 수 있는 양태에서, 상기 합산은 등식

로 나타낼 수 있고, 여기서, t는 시간이고, i_sum는 시간 n으로부터 시간 M까지의 시간 간격 동안의 전류 값들의 합산이다. 상기 시간 n으로부터 시간 M까지의 시간 간격은 가변적일 수 있다. 예를 들면, 하나의 양태에서, 상기 시간 간격은 약 0.05초 내지 약 1.0초 범위의 시간일 수 있다.

기타 양태들에서, 상기 제2 참조 값도 각종 방식들로 측정 및/또는 산출될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 참조 값은 상기 제2 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값 및 상기 제3 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값에 기초할 수 있거나, 상기 제2 참조 값은 상기 제2 과도 전류 종결 무렵의 제2 전류 값 및 상기 제3 과도 전류 시작 무렵의 제3 전류 값에 기초할 수 있다. 기타 양태들에서, 상기 제2 참조 값은 상기 제2 전류 값과 상기 제3 전류 값의 비에 기초할 수 있고, 여기서, 상기 비는 등식 비

로 나타낼 수 있고, 여기서, i₂는 제2 전류 값이고 i₃은 제2 전류 값이다. 예를 들면, 하나의 양태에서, 상기 제2 전류 값은 약 3.8초로 측정될 수 있고, 상기 제3 전류 값은 약 4.15초로 측정될 수 있다.

당해 방법의 각종 양태들에서, 시스템의 각종 부재들의 각종 배향들 및/또는 구성(configuration)들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 양태에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 대향면 배열을 가질 수 있고, 여기서, 시약 층은 상기 제1 전극 위에 배치되고 상기 제2 전극 위에는 배치되지 않을 수 있다. 또 다른 양태에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 동일 평면 배열을 가질 수 있고, 시약 층은 상기 제1 전극 위에 배치되고 상기 제2 전극 위에는 배치되지 않을 수 있다.

당해 방법의 각종 양태들은 또한 각종 추가의 또는 임의의 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나의 양태에서, 당해 방법은 분석물의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있는데, 여기서, 예를 들어 시료가 대조 용액인 것으로 밝혀지는 경우, 상기 대조 시료와 연관된 분석물 농도가 플래깅된다. 추가로, 하나의 양태에서, 상기 확인된 단계는, 상기 시료가 대조 용액인지 혈액 시료인지를 결정하기 위해 부등식을 사용함을 추가로 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 상기 확인된 단계는, 상기 제3 참조 값을 사전 결정된 임계값(pre-determined threshold value)에 비교하고, 상기 제2 참조 값을 사전 결정된 임계함수(pre-determined threshold function)(예를 들면, 상기 제1 참조 값의 함수인 등식)에 비교하여, 상기 시료가 대조 용액인지 혈액 시료인지를 결정함을 추가로 포함할 수 있다.

각종 양태들에서, 상기 언급된 식별 기준은 각종 소스들로부터 유래될 수 있다. 예를 들면, 하나의 양태에서, 상기 식별 기준은, 커패시턴스 지수를 곱한, 시료 내의 산화환원 농도를 나타내는 제1 참조 값과, 시료와 시약의 반응 속도를 나타내는 제2 참조 값으로부터 유래될 수 있다. 몇몇 양태에서, 측정된 커패시턴스와 관련된 커패시턴스 지수를 산출한다. 상기 커패시턴스 지수는, 예를 들면 시료 도입시의 전기화학 셀의 측정된 커패시턴스에 비례할 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 커패시턴스 지수는 상기 측정된 커패시턴스 및 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스에 비례할 수 있다. 예를 들면, 상기 커패시턴스 지수는 측정된 커패시턴스에 대한 공지된 커패시턴스(예를 들면, 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스)의 비일 수 있다. 또 다른 양태에서, 상기 식별 기준은 실험에 의해 유래된 식별선을 포함할 수 있다.

본 기재내용의 각종 특징들은 첨부된 특허청구범위에서 구체적으로 설명된다. 이러한 특징들은 예시적이고 비제한적인 양태들을 기술하는 하기 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조로 더 잘 이해될 수 있다.
도 1a는 예시적 테스트 스트립의 투시도이고;
도 1b는 도 1a의 테스트 스트립의 분해 투시도이고;
도 1c는 도 1a의 테스트 스트립의 원위부의 투시도이고;
도 2는 도 1a의 테스트 스트립의 하면도이고;
도 3은 도 1a의 테스트 스트립의 측면도이고;
도 4a는 도 1a의 테스트 스트립의 상면도이고;
도 4b는 도 4a의 화살표 4B-4B와 일치하는 당해 테스트 스트립의 원위부의 부분 측면도이고;
도 5는 테스트 스트립 접촉 패드들과 전기적으로 인터페이싱(interfacing)하는 테스트 미터를 도시한 개략도이고;
도 6은 당해 테스트 미터가 규정된 시간 간격 동안 복수 개의 시험 전압을 인가시킨 시험 전압 파형을 도시한 것이고;
도 7은 도 6의 시험 전압 파형과 함께 발생한 시험 과도 전류를 도시한 것이고;
도 8a는 도 6과 비교하여, 당해 테스트 미터가 규정된 시간 간격 동안 반대되는 극성으로 복수 개의 시험 전압을 인가시킨 시험 전압 파형을 예시한 것이고;
도 8b는 도 8a의 시험 전압과 함께 발생한 시험 과도 전류를 예시한 것이고;
도 9는 복수 개의 혈액 시료들(마름모형) 및 대조 용액 시료들(사각형)에 대한 간섭 지수(interferent index)와 잔여 반응 지수의 상관관계를 도시한 차트이고;
도 10은 복수 개의 혈액 시료들(마름모형) 및 대조 용액 시료들(사각형)에 대해, 커패시턴스 지수를 곱한 간섭 지수를 X축에 도시하고 잔여 반응 지수를 Y축에 도시한 차트이다.

이제, 본 명세서에 기재된 시스템들 및 방법들의 구조 원리, 기능, 제조 및 용도의 전체적 이해를 제공하기 위해 특정한 예시적 양태들에 대해 기술할 것이다. 이들 양태의 하나 이상의 예가 첨부된 도면들에서 예시된다. 본 명세서에 기술되고 첨부 도면들에 예시된 당해 시스템들 및 방법들은 비제한적인 예시적 양태들이며, 본 기재내용의 범위는 특허청구범위에 의해서만 한정된다는 것을 당해 기술분야의 숙련가들이라면 이해할 것이다. 하나의 예시적 양태와 관련되어 예시되거나 기술된 피쳐들(features)은 기타 양태들의 피쳐들과 조합될 수 있다. 이러한 변형 및 변화들은 본 기재내용의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 임의의 수치 또는 범위에 대해 본 명세서에서 사용된 용어 "약" 또는 "대략"은 부재들의 일부 또는 그룹이 본 명세서에 기술된 바와 같은 이의 의도된 목적을 위해 기능하도록 하는 적합한 허용범위를 나타낸다.

본 명세서에 기재된 시스템들 및 방법들은 광범위한 시료들 내의 광범위한 분석물의 측정에 사용하기에 적합하고, 전혈 또는 이의 유도체 내의 분석물들의 측정에 사용하기에 특히 적합하며, 여기서 특히 흥미로운 분석물은 글루코스이다. 하나의 측면에서, 본 기재내용은 테스트 스트립에 적용된 시료가 수성 비-혈액 시료(예를 들면, 대조 용액)인지 혈액 시료인지를 결정하기 위한 방법의 각종 양태들을 제공한다. 이러한 하나의 양태에서, 혈액 시료와 비-혈액 시료를 구별하기 위해 적어도 2개의 특성들이 사용된다. 본 설명은 혈액 시료와 대조 용액을 구별하는 데에 초점을 둘 것이다. 그러나, 본 명세서에 제공된 시스템들 및 방법들은 각종 비-혈액 시료들(예를 들면, Gatorade®와 같은 스포츠 드링크를 포함하는 음료) 중의 임의의 것으로부터 혈액 시료를 구별해내는 데 동등하게 적용 가능하다.

본 명세서에 제공된 방법들은, 원칙적으로, 떨어져 있는 제1 전극과 제2 전극 및 시약 층을 갖는 임의의 타입의 전기화학 셀과 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 전기화학 셀은 테스트 스트립의 형태일 수 있다. 하나의 측면에서, 상기 테스트 스트립은 얇은 스페이서 층에 의해 분리된 2개의 대향 전극들을 포함하고, 여기서, 이들 부재는 시약 층이 위치된 시료 반응 챔버 또는 대역을 한정한다. 본 출원인들은, 예를 들면 동일 평면상의 전극들을 갖는 테스트 스트립을 포함하는 기타 타입들의 테스트 스트립들도 본 명세서에 기술된 방법들과 함께 사용될 수 있음을 알고 있다.

도 1a 내지 4b는 본 명세서에 기술된 방법들과 함께 사용하기에 적합한 예시적 테스트 스트립(62)의 각종 도면들을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 테스트 스트립(62)은, 근위 말단(80)으로부터 원위 말단(82)으로 연장되고 측면 가장자리들(56, 58)을 갖는 장방형 본체를 포함할 수 있다. 상기 본체(59)의 근위부는 복수 개의 전극(164, 166) 및 시약(72)을 갖는 시료 반응 챔버(61)를 포함할 수 있는 반면, 테스트 스트립 본체(59)의 원위부는 테스트 미터와의 전기 소통(electrical communication)을 위해 구성된 피쳐들을 포함할 수 있다. 사용할 때, 생리학적 유체 또는 대조 용액을 전기화학적 분석을 위해 시료 반응 챔버(61)에 공급할 수 있다.

상기 예시적 양태에서, 테스트 스트립(62)은 제1 전극 층(66) 및 제2 전극 층(64)을 포함할 수 있고, 이들 사이에 스페이서 층(60)이 위치할 수 있다. 제1 전극 층(66)은 제1 전극(166) 및 상기 제1 전극(166)을 제1 전기 접촉부(67)에 전기 접속시키기 위한 제1 접속 트랙(connection track)(76)을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 제2 전극 층(64)은 제2 전극(164) 및 상기 제2 전극(164)을 제2 전기 접촉부(63)에 전기 접속시키기 위한 제2 접속 트랙(78)을 제공할 수 있다.

하나의 양태에서, 시료 반응 챔버(61)는 도 1a 내지 4b에 도시된 바와 같이 제1 전극(166), 제2 전극(164) 및 스페이서(60)에 의해 한정된다. 상세하게, 제1 전극(166) 및 제2 전극(164)은 각각 시료 반응 챔버(61)의 하부 및 상부를 한정한다. 스페이서(60)의 컷아웃 면적(cutout area)(68)은 시료 반응 챔버(61)의 측벽들을 한정할 수 있다. 하나의 측면에서, 시료 반응 챔버(61)는 시료 주입구(inlet) 및/또는 배출구(vent)를 제공하는 다수의 포트(70)들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 포트들 중의 하나는 유체 시료 도입구(ingress)를 제공할 수 있고, 다른 포트는 배출구로서 작용할 수 있다.

상기 시료 반응 챔버(61)는 적은 용적을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 용적은 약 0.1㎕ 내지 약 5㎕, 바람직하게는 약 0.2㎕ 내지 약 3㎕, 더욱 바람직하게는 약 0.3㎕ 내지 약 1㎕ 범위일 수 있다. 당해 기술분야의 숙련가들이 이해하겠지만, 시료 반응 챔버(61)는 각종 기타 용적들을 가질 수 있다. 적은 시료 용적을 제공하기 위해, 상기 컷아웃(68)은 약 0.01㎠ 내지 약 0.2㎠, 바람직하게는 약 0.02㎠ 내지 약 0.15㎠, 더욱 바람직하게는 약 0.03㎠ 내지 약 0.08㎠ 범위의 면적을 가질 수 있다. 마찬가지로, 상기 컷아웃(68) 용적은 각종 기타 면적들을 가질 수 있음을 당해 기술분야의 숙련가들이라면 이해할 것이다. 또한, 제1 전극(166) 및 제2 전극(164)은 약 1㎛ 내지 약 500㎛ 범위, 바람직하게는 약 10㎛ 내지 약 400㎛ 범위, 더욱 바람직하게는 약 40㎛ 내지 약 200㎛ 범위로 떨어져 있을 수 있다. 기타 양태들에서, 이러한 범위는 각종 기타 값들의 범위 내에서 가변적일 수 있다. 상기 전극들의 가까운 간격이 또한 산화환원 주기를 발생시킬 수 있으며, 여기서, 제1 전극(166)에 의해 발생한 산화된 매개체는 제2 전극(164)으로 확산되어 환원된 다음, 제1 전극(166)으로 역 확산되어 다시 산화될 수 있다.

상기 테스트 스트립 본체(59)의 원위 말단에서, 제1 전기 접촉부(67)는 테스트 미터에 대한 전기 접속을 확립하는 데 사용될 수 있다. 제2 전기 접촉부(63)는 도 2에 예시된 바와 같은 U자형 노치(65)를 통해 상기 테스트 미터에 접근될 수 있다. 본 출원인들은 상기 테스트 스트립(62)이 테스트 미터에 대한 전기 접속을 위해 구성된 각종 대안적인 전기 접촉부들을 포함할 수 있음을 알고 있다. 예를 들어, 전문이 본 명세서에 참조로 인용되는 미국 특허 제6,379,513호에는 전기화학 셀 접속 수단이 기재되어 있다.

하나의 양태에서, 제1 전극 층(66) 및/또는 제2 전극 층(64)은 금, 팔라듐, 탄소, 은, 백금, 산화주석, 이리듐, 인듐 및 이들의 배합물(예를 들면, 인듐 도핑된 산화주석)과 같은 재료들로부터 형성된 전도성 재료일 수 있다. 또한, 상기 전극들은 예를 들면 스퍼터링, 무전해 도금 또는 스크린 인쇄 공정과 같은 각종 공정들에 의해 절연 시트(도시하지 않음) 위에 전도성 재료를 배치시킴으로써 형성될 수 있다. 하나의 예시적 양태에서, 상기 제2 전극 층(64)은 스퍼터링된 금 전극일 수 있고, 상기 제1 전극 층(66)은 스퍼터링된 팔라듐 전극일 수 있다. 상기 스페이서 층(60)으로서 사용될 수 있는 적합한 재료에는, 예를 들면 플라스틱(예를 들면, PET, PETG, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌), 실리콘, 세라믹, 유리, 접착제 및 이들의 배합물과 같은 각종 절연 재료들이 포함된다.

시약 층(72)은 피복, 관 말단으로부터의 분배, 잉크 제팅 및 스크린 인쇄와 같은 공정을 사용하여 시료 반응 챔버(61) 내부에 배치될 수 있다. 이러한 공정들은 예를 들면 각각의 전문이 본 명세서에 참조로 인용되는 미국 특허 제6,749,887호, 제6,869,411호, 제6,676,995호 및 제6,830,934호에 기술되어 있다. 하나의 양태에서, 상기 시약 층(72)은 적어도 매개체 및 효소를 포함할 수 있고, 제1 전극(166) 위에 배치될 수 있다. 각종 매개체 및/또는 효소가 본 기재내용의 취지 및 범주 내에 있다. 예를 들면, 적합한 매개체에는 페리시아나이드, 페로센, 페로센 유도체, 오스뮴 바이피리딜 착물 및 퀴논 유도체가 포함된다. 적합한 효소의 예에는 글루코스 옥시다제, 피롤로퀴놀린 퀴논(PQQ) 보조-인자 기반의 글루코스 데하이드로게나제(GDH), 니코닌아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NAD) 보조-인자 기반의 GDH, 및 FAD계 GDH[E.C.I.1.99.10]가 포함된다. 상기 시약 층(72)을 제조하는 데 적합한 하나의 예시적 시약 제형은, 전문이 본 명세서에 참조로 인용되고 미국 특허 출원 공보 제2004/0120848호로서 공개되고 발명의 명칭이 "살균되고 교정된 바이오센서계 의료 장비의 제조 방법(Method of Manufacturing a Sterilized and Calibrated Biosensor-Based Medical Device)"인 계류 중인 미국 출원 제10/242,951호에 기술되어 있다.

상기 제1 전극(166) 또는 상기 제2 전극(164)은 상기 테스트 미터의 인가된 시험 전위의 극성에 따라서 제한적인 양의 매개체를 산화시키거나 환원시키는 작업 전극으로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 전류 제한 화학종이 환원된 매개체인 경우, 제2 전극(164)에 대해 충분한 양성 전위가 인가되기만 하면, 이것은 제1 전극(166)에서 산화될 수 있다. 이러한 상황에서, 제1 전극(166)은 작업 전극의 기능을 수행하고 제2 전극(164)은 상대/참조 전극의 기능을 수행한다. 테스트 스트립(62)에 대해 별도로 언급되지 않는 한, 이하, 테스트 미터(100)에 의해 인가된 모든 전위는 제2 전극(164)에 관해 언급될 것이라는 것에 주목해야 한다.

마찬가지로, 제2 전극(164)에 대해 충분한 음성 전위를 인가하는 경우, 상기 환원된 매개체는 제2 전극(164)에서 산화될 수 있다. 이러한 상황에서, 제2 전극(164)은 작업 전극의 기능을 수행할 수 있고 제1 전극(166)은 상대/참조 전극의 기능을 수행할 수 있다.

본 명세서에 기재된 방법의 양태에서 제1 단계는 제1 전극(166), 제2 전극(164) 및 시약 층(72)을 포함하는 테스트 스트립(62)에 일정량의 관심 유체 시료를 도입함을 포함할 수 있다. 상기 유체 시료는 전혈 또는 이의 유도체 또는 분획물, 또는 대조 용액일 수 있다. 상기 유체 시료(예를 들면, 혈액)는 포트(70)를 통해 시료 반응 챔버(61) 내에 투입될 수 있다. 하나의 측면에서, 포트(70) 및/또는 시료 반응 챔버(61)는, 모세관 작용에 의해 상기 유체 시료가 시료 반응 챔버(61)에 충전되도록 구성될 수 있다.

도 5는 테스트 스트립(62)의 제1 전극(166) 및 제2 전극(164)과 각각 전기 소통하는, 제1 전기 접촉부(67) 및 제2 전기 접촉부(63)와 인터페이싱하는 테스트 미터(100)의 개략도를 제공한다. 상기 테스트 미터(100)는, (도 2 및 5에 도시된 바와 같이) 각각 제1 전기 접촉부(67) 및 제2 전기 접촉부(63)를 통해 제1 전극(166) 및 제2 전극(164)에 전기 접속되도록 구성될 수 있다. 당해 기술분야의 숙련가들이 이해하겠지만, 각종 테스트 미터들이 본 명세서에 기술된 방법과 함께 사용될 수 있다. 그러나, 하나의 양태에서, 상기 테스트 미터는, 혈액과 대조 시료를 식별할 수 있는 산출을 수행하도록 구성될 뿐만 아니라 데이터 정렬 및/또는 저장을 위해 구성되는 프로세서를 적어도 포함한다. 당해 마이크로프로세서는 혼합 신호 마이크로프로세서(MSP: mixed signal microprocessor)의 형태, 예를 들면 Texas Instrument MSP 430일 수 있다. 상기 TI-MSP 430은 또한 정전위 기능 및 전류 측정 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 MSP 430은 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 당해 전자 부재들 중 다수는 마이크로컨트롤러와 함께 주문형 집적 회로의 형태로 집적될 수 있다.

도 5에 예시된 바와 같이, 전기 접촉부(67)는 2개의 프롱(prong)(67a, 67b)을 포함할 수 있다. 하나의 예시적 양태에서, 테스트 미터(100)는 상기 프롱들(67a, 67b)과 개별적으로 접속하여, 테스트 미터(100)가 테스트 스트립(62)과 인터페이싱할 때 회로가 완성된다. 테스트 미터(100)는 테스트 스트립(62)이 테스트 미터(100)에 전기 접속되었는가는 결정하기 위해, 프롱들(67a, 67b) 사이의 저항 또는 전기 연속성을 측정할 수 있다. 본 출원인들은 상기 테스트 미터(100)는 테스트 스트립(62)이 당해 테스트 미터(100)에 대해 적절히 위치되었는가를 결정하기 위해 각종 센서 및 회로를 사용할 수 있음을 알고 있다.

하나의 양태에서, 테스트 미터(100)는 제1 전기 접촉부(67)와 제2 전기 접촉부(63) 사이에 시험 전위 및/또는 전류를 인가할 수 있다. 테스트 미터(100)가 스트립(62)이 삽입된 것을 인지하게 되면, 테스트 미터(100)가 켜지고 유체 검출 모드를 개시한다. 하나의 양태에서, 상기 유체 검출 모드는 테스트 미터(100)가 제1 전극(166)과 제2 전극(164) 사이에 1㎂의 정전류를 인가하도록 한다. 테스트 스트립(62)은 초기에 건조되어 있기 때문에, 테스트 미터(100)는 테스트 미터(100) 내부의 하드웨어에 의해 제한되는 최대 전압을 측정한다. 그러나, 사용자가 주입구(70) 위에 유체 시료를 도입하게 되면, 시료 반응 챔버(61)가 충전된다. 상기 유체 시료가 제1 전극(166)과 제2 전극(164) 사이의 간극을 메울 때, 테스트 미터(100)는, (예를 들면, 전문이 본 명세서에 참조로 인용되는 미국 특허 제6,193,873호에 기술된 바와 같이) 테스트 미터(100)가 글루코스 시험을 자동으로 개시하도록 하는 사전 결정된 임계값 이하인 측정 전압의 감소를 측정할 것이다.

상기 측정 전압은 시료 반응 챔버(61)의 일부만이 충전되었을 때 사전 결정된 임계값 이하로 감소할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 유체가 가해진 것을 자동으로 인지하는 방법은 반드시 시료 반응 챔버(61)가 완전히 충전되었다는 것을 표시하지는 않으며, 시료 반응 챔버(61) 내의 약간의 양의 유체의 존재를 확인할 수 있을 뿐이다. 테스트 미터(100)가 테스트 스트립(62)에 유체가 가해졌음을 결정하게 되면, 시료 반응 챔버(61)에 유체가 완전히 충전되도록 하기 위해 짧은, 그러나 0이 아닌 시간이 여전히 요구될 수 있다.

하나의 양태에서, 테스트 미터(100)가 테스트 스트립(62)에 유체가 도입(예를 들면, 투입)되었다는 것을 결정하게 되면, 상기 테스트 미터(100)는 도 6에 예시된 바와 같은 규정된 간격 동안 상기 테스트 스트립(62)에 복수 개의 시험 전위들을 인가시킴으로써 글루코스 시험을 수행할 수 있다. 글루코스 시험 시간 간격(T_G)은 당해 글루코스 시험(그러나 반드시 당해 글루코스 시험과 연관된 모든 산출은 아님)을 수행하는 시간의 양을 나타내고, 여기서, 상기 글루코스 시험 시간 간격(T_G)은 제1 시험 전위 시간 간격(T₁)에 대한 제1 시험 전위(E₁), 제2 시험 전위 시간 간격(T₂)에 대한 제2 시험 전위(E₂), 및 제3 시험 전위 시간 간격(T₃)에 대한 제3 시험 전위(E₃)를 포함할 수 있다. 추가로, 도 6에 예시된 바와 같이, 상기 제2 시험 전위 시간 간격(T₂)은 고정(constant) 직류(DC) 시험 전압 성분 및 중첩된 교류(AC) 또는 진동 시험 전압 성분을 포함할 수 있다. 상기 중첩된 교류 시험 전압 성분은 T_cap로 표시된 시간 간격 동안 인가될 수 있다. 도 6에 도시된 시간 간격들은 예일 뿐이며 본 명세서에 더욱 충분히 기술된 바와 같은 범위일 수 있다. 글루코스 시험 시간 간격(T_G)은 예를 들면 약 1초 내지 약 5초 범위일 수 있다.

상기 논의된 바와 같이, 제1 전극(166) 또는 제2 전극(164)은 상기 테스트 미터의 인가된 시험 전위의 극성에 따라 제한적인 양의 매개체를 산화시키거나 환원시키는 작업 전극으로서 기능할 수 있다. 별도로 언급되지 않는 한, 이하, 테스트 미터(100)에 의해 인가된 모든 전위들은 제2 전극(164)에 관해 언급될 것이라는 것에 주목해야 한다. 그러나, 본 출원인들은, 테스트 미터(100)에 의해 인가된 시험 전위들은 제1 전극(166)에 관해 언급될 수도 있고, 이 경우 상기 시험 전위들 및 하기 논의되는 측정 전류들의 극성은 반대가 될 것임을 알고 있다.

상기 제1, 제2 및 제3 시험 전위 시간 간격 동안 측정된 복수 개의 시험 전류 값들은 대략 1나노초당 약 1회 측정 내지 대략 100밀리초당 약 1회 측정 범위의 빈도수로 수행될 수 있다. 본 출원인들은 명칭 "제1" "제2" 및 "제3"은 편의상 선택된 것이며 반드시 시험 전위들이 인가되는 순서를 반영하는 것은 아니라는 것을 알고 있다. 예를 들어, 하나의 양태는 제1 및 제2 시험 전압이 인가되기 전에 제3 시험 전압이 인가될 수 있는 경우에 전위 파형을 가질 수 있다. 3개의 시험 전압이 연속으로 사용되는 양태가 기술되어 있지만, 본 출원인들은 당해 글루코스 시험이 상이한 갯수의 개방-회로 및 시험 전압을 포함할 수 있음을 알고 있다. 본 출원인들은 또한 상기 글루코스 시험 시간 간격이 임의 갯수의 개방-회로 전위 시간 간격을 가질 수 있다는 것도 알고 있다. 예를 들면, 상기 글루코스 시험 시간 간격은 하나 이상의 시험 전위 시간 간격 이전에 및/또는 이후에 오직 2개의 시험 전위 시간 간격 및/또는 개방 회로 전위 시간 간격을 가질 수 있다. 또 다른 예시적 양태에서, 당해 글루코스 시험은 제1 시간 간격 동안 개방-회로를, 제2 시간 간격 동안 제2 시험 전압을, 그리고 제3 시간 간격 동안 제3 시험 전압을 포함할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 테스트 미터(100)는 제1 시험 전위 시간 간격(T₁)(예를 들면, 약 0초 내지 약 1초 범위) 동안 제1 시험 전위(E₁)(예를 들면, 도 6에 예시된 바와 같이 약 -20mV)를 인가할 수 있다. 예를 들면, 도 6에서 제1 시험 전위 시간 간격(T₁)은 영(0)초에서 출발할 수 있고, 영(0)초의 개시점에서 약 0.1초 내지 약 3초, 약 0.2초 내지 약 2초, 또는 약 0.3초 내지 약 1초 범위의 시간 후에 종료될 수 있다. 제1 시험 전위 시간 간격(T₁)은, 시료 반응 챔버(61)가 시료에 의해 완전히 충전될 수 있도록 그리고 시약 층(72)이 적어도 부분적으로 용해 또는 용매화될 수 있도록, 충분히 길 수 있다.

하나의 양태에서, 테스트 미터(100)는, 당해 미터가 스트립에 시료가 충전되고 있음을 검출할 수 있을 때로부터 제2 시험 전위(E₂)가 인가되기 전까지의 기간 동안, 제1 시험 전위(E₁)를 상기 전극들 사이에 인가할 수 있다. 하나의 측면에서, 상기 시험 전위(E₁)는 작다. 예를 들면, 상기 제1 시험 전위의 크기는 약 1mV 내지 약 100mV 범위, 바람직하게는 약 5mV 내지 약 50mV 범위, 가장 바람직하게는 약 10mV 내지 약 30mV 범위일 수 있다. 본 출원인들은 상기 제1 시험 전위의 극성이 양의 값 또는 음의 값으로 표시될 수 있음을 알고 있다. 예를 들어, 상기 제1 시험 전위는 제2 전극(164)에 대한 음성 시험 전위로서, 또는 제1 전극(166)에 대한 양성 시험 전위로서 표시될 수 있다. 더 작은 전위는, 더 큰 전위차가 인가된 경우에 비해, 환원된 매개체 농도 구배를 더 적은 정도로 교란시키지만, 여전히 시료 내의 산화 가능 물질의 측정치를 수득하기에 충분하다. 상기 시험 전위(E₁)는 충전이 검측된 때로부터 제2 시험 전위(E₂)가 해당 시간 전체에 걸쳐 인가되거나 인가될 수 있을 때까지의 시간 동안 인가될 수 있다. 시험 전위(E₁)를 상기 시간 중 일부 동안 사용하는 경우에는 나머지 시간 동안 개방-회로를 인가할 수 있다. 임의의 갯수의 개방-회로 및 작은 전압 전위 인가, 이들의 인가 순서 및 인가 시간의 조합은 본 양태에서 중요하지 않으며, 상기 작은 전위(E₁)가 인가되는 총 기간이 시료 내에 존재하는 산화 가능 물질의 존재 및/또는 양을 나타내는 전류 측정값을 수득하는 데 충분하기만 하다면 적용될 수 있다. 바람직한 양태에서, 상기 작은 전위(E₁)는 실질적으로 충전이 검측된 때로부터 제2 시험 전위(E₂)를 인가할 때까지의 전체 기간 동안 인가된다.

제1 시간 간격(T₁) 동안, 테스트 미터(100)는 수득된 제1 과도 전류를 측정하고, 이것을 i_a(t)라 명명할 수 있다. 과도 전류는 특정한 시험 전위 시간 간격 동안에 테스트 미터에 의해 측정된 복수 개의 전류 값들을 나타낸다. 상기 제1 과도 전류는 제1 시험 전위 시간 간격에 걸친 전류 값들의 적분, 또는 제1 시험 전위 시간 간격 동안 측정된 평균 또는 단일 전류 값에 제1 시험 전위 시간 간격의 시간 간격을 곱한 값일 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 제1 과도 전류는 제1 시험 전위 시간 간격 동안의 각종 시간 간격들에 걸쳐 측정된 전류 값들을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 제1 과도 전류 i_a(t)는 약 0.05초 내지 약 1.0초 범위의 시간 동안 측정될 수 있다. 기타 양태들에서, 상기 제1 과도 전류 i_a(t)는 기타의 목적하는 시간 범위들, 예를 들면, 약 0.1초 내지 약 0.5초 범위 또는 약 0.1초 내지 약 0.2초 범위 동안 측정될 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 상기 제1 과도 전류의 일부 또는 전부는, 본 명세서에 기술된 방법에서, 테스트 스트립(62)에 대조 용액이 가해졌는지 혈액 시료가 가해졌는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 상기 제1 과도 전류의 크기는 시료 내의 용이하게 산화 가능한 물질의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다. 혈액은 일반적으로 제2 전극(164)에서 용이하게 산화되는 내생성 및 외생성 화합물들을 함유한다. 반면, 대조 용액은 산화 가능한 화합물들을 함유하지 않도록 제형화될 수 있다. 그러나, 혈액 시료 조성물은 다양할 수 있으며, 고점도 혈액 시료에 대한 제1 과도 전류의 크기는 통상적으로 저점도 시료에 비해 더 작을 것이다(몇몇 경우에는 심지어 대조 용액 시료보다 더 작다). 또한, 불완전한 충전은 제1 전극(166) 및 제2 전극(164)의 유효 면적을 감소시키게 될 것이고, 이것은 결국 제1 과도 전류를 감소시키게 될 것이다. 이와 같이, 시료 내의 산화 가능 물질의 존재 자체는 혈액 시료에서의 가변성 때문에 항상 충분한 식별 인자인 것은 아니다.

제1 시간 간격(T₁) 시간이 경과하게 되면, 테스트 미터(100)는 제2 시험 전위 시간 간격(T₂)(예를 들면, 도 6에 예시된 바와 같이 약 3초) 동안 제1 전극(166)과 제2 전극(164) 사이에 제2 시험 전위(E₂)(예를 들면, 도 6에 예시된 바와 같이 약 -300mV)를 인가할 수 있다. 상기 제2 시험 전위(E₂)는 제한적인 산화 전류가 제2 전극(164)에서 발생하도록 하는 매개체 산화환원 전위의 충분한 음성값일 수 있다. 예를 들어, 상기 매개체로서 페리시아나이드 및/또는 페로시아나이드를 사용하는 경우, 제2 시험 전위(E₂)는 약 -600mV 내지 약 0mV 범위, 바람직하게는 약 -600mV 내지 약 -100mV 범위, 더욱 바람직하게는 약 -300mV일 수 있다. 마찬가지로, 도 6에서와 같이 t_cap으로 지시된 시간 간격은 또한 일정 범위의 시간에 걸쳐 지속될 수 있지만, 하나의 예시적 양태에서 이것은 약 20밀리초의 기간을 가질 수 있다. 하나의 예시적 양태에서, 중첩된 교류 시험 전압 성분은 제2 시험 전압(V₂)을 인가한 후 약 0.3초 내지 약 0.32초 후에 인가되고, 약 109Hz의 주파수 및 약 +/-50mV의 진폭을 갖는 2개 주기의 사인파를 유도한다. 상기 제2 시험 전위 시간 간격(T₂) 동안, 테스트 미터(100)는 제2 과도 전류 i_b(t)를 측정할 수 있다.

제2 시험 전위 시간 간격(T₂)은, 제한적 산화 전류의 크기를 기준으로 시료 반응 챔버(61) 내의 환원된 매개체(예를 들면, 페로시아나이드)의 발생 속도를 모니터링하기에 충분히 길 수 있다. 상기 환원된 매개체는 시약 층(72)에서의 일련의 화학 반응들에 의해 발생할 수 있다. 제2 시험 전위 시간 간격(T₂) 동안, 제한적인 양의 환원된 매개체가 제2 전극(164)에서 산화되고, 비제한적인 양의 산화된 매개체가 제1 전극(166)에서 환원되어 제1 전극(166)과 제2 전극(164) 사이의 농도 구배를 형성한다. 설명하겠지만, 제2 시험 전위 시간 간격(T₂)은 충분량의 페리시아나이드가 제2 전극(164)에서 발생할 수 있도록 충분히 길어야 한다. 제3 시험 전위(E₃) 동안 제1 전극(166)에서 페로시아나이드를 산화시키기 위해 제한적 전류가 측정될 수 있도록, 충분량의 페리시아나이드가 제2 전극(164)에서 요구될 수 있다. 제2 시험 전위 시간 간격(T₂)은 약 0초 내지 약 60초 범위, 바람직하게는 약 1초 내지 약 10초 범위, 가장 바람직하게는 약 2초 내지 약 5초 범위일 수 있다.

도 7은 제2 시험 전위 시간 간격(T₂)의 시작시의 비교적 작은 피크(i_pb)에 이어, 제2 시험 전위 시간 간격(예를 들면 약 1초 내지 약 4초 범위) 동안의 산화 전류의 절대 값의 점진적 증가를 나타낸다. 상기 작은 피크는 약 1초에서의 환원된 매개체의 초기 결핍으로 인해 발생한다. 상기 산화 전류의 점진적 증가는 시약 층(72)에 의한 페로시아나이드의 발생 및 이어지는 제2 전극(164)으로의 이의 확산에 기인한다.

제2 전위 시간 간격(T₂)이 경과한 후, 테스트 미터(100)는 제3 시험 전위 시간 간격(T₃)(예를 들면, 도 6에 예시된 바와 같이 약 4초 내지 약 5초 범위) 동안 제1 전극(166)과 제2 전극(164) 사이에 제3 시험 전위(E₃)(예를 들면, 도 6에 예시된 바와 같이 약 +300)를 인가할 수 있다. 제3 시험 전위 시간 간격(T₃) 동안, 테스트 미터(100)는 제3 과도 전류를 측정할 수 있고, 이것을 i_c(t)라 명명할 수 있다. 제3 시험 전위(E₃)는 제한적인 산화 전류가 제1 전극(166)에서 측정되도록 하는 매개체 산화환원 전위의 충분한 양성값일 수 있다. 예를 들어, 상기 매개체로서 페리시아나이드 및/또는 페로시아나이드를 사용하는 경우, 제3 시험 전위(E₃)의 크기는 약 0mV 내지 약 600mV 범위, 바람직하게는 약 100mV 내지 약 600mV 범위, 더욱 바람직하게는 약 300mV일 수 있다.

제2 시험 전위 시간 간격(T₂) 및 제3 시험 전위 시간 간격(T₃)은 각각 약 0.1초 내지 약 4초 범위일 수 있다. 도 6에 도시된 양태의 경우, 제2 시험 전위 시간 간격(T₂)은 약 3초이고, 제3 시험 전위 시간 간격(T₃)은 약 1초였다. 상기 언급된 바와 같이, 개방 회로 전위 기간은 제2 시험 전위(E₂)와 제3 시험 전위(E₃) 사이에서 경과하도록 허용될 수 있다. 또는, 제3 시험 전위(E₃)는 제2 시험 전위(E₂)를 인가한 후에 인가될 수도 있다. 상기 제1, 제2 또는 제3 과도 전류 중 일부는 일반적으로 셀 전류 또는 전류 값이라 명명될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

제3 시험 전위 시간 간격(T₃)은 산화 전류의 크기를 기준으로 제1 전극(166)에 가까운 환원된 매개체(예를 들면, 페로시아나이드)의 확산을 모니터링하기 위해, 충분히 길 수 있다. 제3 시험 전위 시간 간격(T₃) 동안, 제한적인 양의 환원된 매개체가 제1 전극(166)에서 산화되고, 비제한적인 양의 산화된 매개체가 제2 전극(164)에서 환원된다. 제3 시험 전위 시간 간격(T₃)은 약 0.1초 내지 약 5초 범위, 바람직하게는 약 0.3초 내지 약 3초 범위, 가장 바람직하게는 약 0.5초 내지 약 2초 범위일 수 있다.

도 7은 제3 시험 전위 시간 간격(T₃) 시작시의 비교적 큰 피크(i_pc)에 이어, 정상-상태 전류까지의 감소를 나타낸다. 하나의 양태에서, 제1 시험 전위(E₁) 및 제2 시험 전위(E₂)는 둘 다 제1 극성을 갖고, 제3 시험 전위(E₃)는 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 갖는다. 그러나, 본 출원인들은 상기 제1, 제2 및 제3 시험 전위의 극성은 분석물 농도를 측정하는 방식에 따라 및/또는 시험 시료 및 대조 용액을 구별하는 방식에 따라 선택될 수 있음을 알고 있다.

커패시턴스 측정

몇몇 양태에서, 커패시턴스가 측정될 수 있다. 상기 커패시턴스 측정은 필수적으로, 전극-액체 계면에서의 이온 층들의 형성으로 인한 이온 2중 층 커패시턴스를 측정할 수 있다. 상기 커패시턴스의 크기는 시료가 대조 용액인지 혈액 시료인지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 대조 용액이 반응 챔버 내에 있는 경우, 측정된 커패시턴스의 크기는 혈액 시료가 반응 챔버 내에 있는 경우에 측정된 커패시턴스의 크기보다 더 클 수 있다. 아래에서 더욱 상세히 논의하겠지만, 측정된 커패시턴스는 대조 용액과 혈액 시료를 구별하기 위한 각종 방법들에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 이러한 방법들은, 동일 타입의 전기화학 셀들에 혈액 시료들을 부하시킨 경우에 측정된 공지된 평균 커패시턴스에 대한 측정된 커패시턴스의 비를 사용할 수 있다.

비제한적 예로서, 테스트 스트립에서의 커패시턴스 측정을 수행하기 위한 방법 및 메커니즘은 각각 전문이 본 명세서에 참조로 인용되는 미국 특허 제7,195,704호 및 제7,199,594호에서 찾을 수 있다. 커패시턴스를 측정하기 위한 하나의 예시적 방법에서, 고정 성분(constant component) 및 진동 성분(oscillating component)을 갖는 시험 전압을 테스트 스트립에 인가한다. 이러한 경우, 수득된 시험 전류를 아래에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이 수학적으로 처리하여 커패시턴스 값을 결정할 수 있다.

일반적으로, 잘 한정된 면적(즉, 커패시턴스 측정 중에 변하지 않는 면적)을 갖는 작업 전극에서 제한적 시험 전류가 발생하는 경우에, 전기화학 테스트 스트립에서의 가장 정확하고 정밀한 커패시턴스 측정이 수행될 수 있다. 시간에 따라 변하지 않는 잘 한정된 전극 면적은 전극과 스페이서 사이에 단단한 밀봉이 존재할 때 발생할 수 있다. 상기 시험 전류는 당해 전류가 글루코스 산화 또는 전기화학적 부식으로 인해 빠르게 변하고 있지 않을 때 비교적 일정하다. 또는, 글루코스 산화로 인해 나타나는 신호 증가가, 전기화학적 부식을 수반하는 신호 감소에 의해 효과적으로 균형을 이루고 있는 임의의 기간 또한 커패시턴스를 측정하기에 적합한 시간 간격일 수 있다.

시료가 스페이서(60)와 제1 전극(166) 사이에 침투하는 경우, 제1 전극(166)의 면적이 시료 투입 후 시간에 따라 잠재적으로 변할 수 있다. 테스트 스트립의 양태에서, 시약 층(72)은 컷아웃 면적(68)보다 더 큰 면적을 가져 시약 층(72)의 일부가 스페이서(60)와 제1 전극 층(66) 사이에 있게 될 수 있다. 특정 환경하에, 시약 층(72)의 일부가 스페이서(60)와 제1 전극 층(66) 사이에 개재되는 것은 시험 중에 습윤된 전극 면적을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 시험 중에 누출이 발생하여 시간에 따라 제1 전극의 면적이 증가할 수 있고, 이로 인해 커패시턴스 측정이 왜곡될 수 있다.

대조적으로, 제2 전극(164)의 면적은 제2 전극(164)과 스페이서(60) 사이에 시약 층이 존재하지 않기 때문에 제1 전극(166)에 비해 시간에 따라 더 안정할 수 있다. 따라서, 시료가 스페이서(60)와 제2 전극(164) 사이에 침투할 가능성이 더 적다. 따라서, 제2 전극(164)에서의 제한적 시험 전류를 사용하는 커패시턴스 측정은 시험 중에 면적이 변하지 않기 때문에 더욱 정밀할 수 있다.

위에서 논의되고 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 테스트 스트립 내에서 액체가 검출되면, 상기 액체의 충전 거동을 모니터링하고 대조 용액과 혈액을 구별하기 위해 제1 시험 전위(E₁)(예를 들면, 도 7에 예시된 바와 같이 약 -20mV)를 약 1초 동안 전극들 사이에 인가할 수 있다. 등식 1에서, 상기 시험 전류는 약 0.05초로부터 약 1초까지 사용된다. 상기 제1 시험 전위(E₁)는 제1 및 제2 전극에서 발생하는 전기화학 반응들에 의해 셀 내의 페로시아나이드의 분포가 가능한 한 적게 교란되도록 하기 위해, 비교적 낮을 수 있다.

상기 제1 시험 전위(E₁) 후, 더 높은 절대 크기를 갖는 제2 시험 전위(E₂)(예를 들면, 도 6에 예시된 바와 같이 약 -300mV)를 인가하여, 전극(164)에서 제한적 전류가 측정될 수 있도록 할 수 있다. 상기 제2 시험 전위(E₂)는 AC 전압 성분 및 DC 전압 성분을 포함할 수 있다. 상기 AC 전압 성분은 상기 제2 시험 전위(E₂)의 인가 후 소정량의 시간에서 인가될 수 있고, 추가로, 약 109Hz의 주파수 및 약 +/-50mV의 진폭을 갖는 사인파일 수 있다. 바람직한 양태에서, 상기 소정량의 시간은 상기 제2 시험 전위(E₂) 인가 후 약 0.3초 내지 약 0.4초 범위일 수 있다. 또는, 상기 소정량의 시간은 시간 함수로서의 시험 과도 전류가 약 0의 기울기를 가질 때의 시간일 수도 있다. 또 다른 양태에서, 상기 소정량의 시간은 피크 전류 값(예를 들면, i_pb)을 약 50% 감쇠시키는 데 필요한 시간일 수 있다. 상기 DC 전압 성분에 대해, 이것은 상기 제1 시험 전위의 시작시에 인가될 수 있다. 상기 DC 전압 성분은 상기 제2 전극에서 제한적 시험 전류를 발생시키기에 충분한 크기, 예를 들면 상기 제2 전극에 대해 약 -300mV를 가질 수 있다.

도 4b와 일관되게, 시약 층(72)은 제2 전극(164) 위가 아닌 제1 전극(166) 위에 피복되어 있는데, 이것은 절대 피크 전류 i_pb의 크기를 절대 피크 전류 i_pc의 크기에 비해 상대적으로 낮게 한다. 시약 층(72)은 분석물의 존재시 환원된 매개체가 발생하도록 구성될 수 있고, 제1 전극에 근접한 상기 환원된 매개체의 양은 상대적으로 높은 절대 피크 전류 i_pc의 원인이 될 수 있다. 하나의 양태에서, 적어도 시약 층(72)의 효소 부분은 당해 테스트 스트립에 시료가 도입될 때 제1 전극으로부터 제2 전극으로 거의 확산되지 않도록 구성될 수 있다.

i_pb 후의 시험 전류는 대략 1.3초에서 평탄한 영역으로 안정되는 경향이 있고, 이후 상기 전류는, 시약 층(72)으로 피복될 수 있는 제1 전극(166)에서 발생한 환원된 매개체가 시약 층(72)으로 피복되지 않은 제2 전극(164)으로 확산될 때에 다시 증가한다. 하나의 양태에서, 커패시턴스 측정은 상기 시험 전류 값의 비교적 평탄한 영역에서 수행될 수 있고, 이것은 약 1.3초 내지 약 1.4초에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 상기 커패시턴스가 1초 전에 측정되는 경우, 상기 커패시턴스 측정은 제1 과도 전류 i_α(t)를 측정하는 데 사용될 수 있는 비교적 낮은 제1 시험 전위(E₁)를 방해할 수 있다. 예를 들어, -20mV 고정 전압 성분 위에 중첩된 +/-50mV 정도의 진동 전압 성분은 상기 측정된 시험 전류의 현저한 교란을 유발할 수 있다. 상기 진동 전압 성분은 제1 시험 전위(E₁)를 방해할 뿐 아니라, 약 1.1초에서 측정된 시험 전류를 현저하게 교란시킬 수 있는데, 이것은 다시, 예를 들어 산화방지제에 대한 보정 인자의 측정을 포함하는 혈액 글루코스 측정을 방해할 수 있다. 수많은 시험과 실험을 거친 후에, 놀랍게도, 약 1.3초 내지 약 1.4초에서의 커패시턴스 측정은 대조 용액/혈액 식별 시험 또는 혈액 글루코스 알고리즘을 방해하지 않는 정확하고 정밀한 측정을 유도하는 것으로 최종적으로 밝혀졌다.

상기 제2 시험 전위(E₂) 후, 제3 시험 전위(E₃)(예를 들면, 도 6에 예시된 바와 같이 약 +300mV)를 인가하여, 시약 층(72)으로 피복될 수 있는 제1 전극(166)에서 시험 전류가 측정되도록 할 수 있다. 상기 제1 전극 위의 시약 층의 존재는 상기 스페이서 층과 상기 전극 층 사이에서의 액체의 침투를 허용할 수 있고, 이것은 전극 면적의 증가를 유발할 수 있다.

도 6에 예시된 바와 같이, 예시적 양태에서, 109Hz AC 시험 전압(±50mV 피크-대-피크)이 시간 간격 t_cap 동안 2주기로 인가될 수 있다. 첫 번째 주기는 컨디셔닝 펄스(conditioning pulse)로서 사용될 수 있고, 두 번째 주기는 커패시턴스 측정에 사용될 수 있다. 커패시턴스 추정값은 상기 교류(AC) 파의 일부에 대해 시험 전류를 합산하고, 직류(DC) 오프셋을 빼고, 상기 결과를 AC 시험 전압 진폭 및 AC 주파수를 사용하여 정규화시킴으로써 수득할 수 있다. 이러한 산출은 시료로 충전된 스트립 시료 챔버에 의해 지배되는 스트립의 커패시턴스 측정을 제공한다.

하나의 양태에서, 상기 커패시턴스는, 입력 AC 전압이 DC 오프셋을 교차할 때, 즉, 입력 전압의 AC 성분이 0일 때(영 교차점(zero crossing point))의 시점의 양쪽에서 AC 파의 ¼에 대해 시험 전류를 합산함으로써 측정할 수 있다. 이것이 어떻게 커패시턴스의 측정으로 해석되는가에 대한 도출은 아래에 더욱 상세히 기술된다. 등식 1은 상기 시험 전류 크기를 시간 간격 t_cap 동안의 시간 함수로서 나타낼 수 있다:

등식 1:

여기서, 용어 i₀ + st는 고정 시험 전압 성분에 의해 유발된 시험 전류를 나타낸다. 일반적으로, DC 전류 성분은 (페로시아나이드를 발생시키는 진행 중인 글루코스 반응으로 인해) 시간에 따라 선형으로 변화하는 것으로 간주되고, 이에 따라, 0시간에서의 DC 전류(영 교차점)인 상수 i₀, 및 시간 t에 따른 DC 전류 변화의 기울기인 s로 나타내어진다. AC 전류 성분은 Isin(ωt + φ)로 나타내어지고, 여기서, I는 전류파의 진폭이고, ω는 이의 주파수이고, φ는 입력 전압파에 대한 이의 상 이동이다. 용어 ω는 2πf로도 표현될 수 있는데, 여기서, f는 AC파의 주파수(단위: Hz)이다. 용어 I은 또한 등식 2에 기재된 바와 같이 표현될 수 있다:

등식 2:

여기서, V는 인가된 전압 신호의 진폭이고, │Z│는 복소 임피던스의 크기이다. 용어 │Z│는 또한 등식 22에 기재된 바와 같이 표현될 수 있다:

등식 3:

여기서, R은 임피던스의 실수부(real part)이고, C는 커패시턴스이다.

등식 1을 영 교차점 이전의 ¼ 파장으로부터 영 교차점 이후의 ¼ 파장까지 적분하여 등식 4를 수득할 수 있다:

등식 4:

이것은 등식 5로 단순화될 수 있다:

등식 5:

등식 2를 등식 1에 대입한 다음, 등식 4에 대입하고, 이후 재배열하여 등식 6을 수득한다:

등식 6:

등식 6에서의 적분항은 등식 7에 기재된 전류들의 합산을 사용하여 근사될 수 있다:

등식 7:

여기서, 시험 전류 i_k는 영 교차점 이전의 ¼ 파장으로부터 영 교차점 이후의 ¼ 파장까지 합산된다. 등식 7을 등식 6에 대입하여 등식 8을 수득한다:

등식 8:

여기서, DC 오프셋 전류 i₀은 영 교차점 주위의 하나의 전체 사인 주기에 대한 시험 전류를 평균냄으로써 수득할 수 있다.

또 다른 양태에서, 상기 커패시턴스 측정은 전압 영 교차점 주위가 아니라, 오히려 전류의 최대 AC 성분 주위의 전류들을 합산함으로써 수득할 수 있다. 따라서, 등식 7에서, 시험 전류는 전압 영 교차점의 양쪽에서 ¼ 파장에 합산되는 것이 아니라, 최대 전류 주위의 ¼ 파장에 합산될 수 있다. 이것은 AC 여기에 응답하는 회로 소자가 순수한 커패시터이므로 φ는 π/2라는 가정과 마찬가지가 된다. 따라서, 등식 5는 등식 9로 환산될 수 있다:

등식 9:

이것은 이러한 경우에 합리적인 가정인 것으로 사료되는데, 그 이유는 피복되지 않은 전극은 유동 전류의 DC 또는 실수 성분이 AC 여기에 사용된 전압 범위에서 인가된 전압과 무관하도록 편극되기 때문이다. 따라서, AC 여기에 응답하는 임피던스의 실수부는 무한하고, 이는 순수한 커패시터 소자를 암시한다. 이후, 등식 9를 등식 6과 함께 사용하여 적분 근사를 필요로 하지 않는 단순화된 커패시턴스 등식을 수득할 수 있다. 전압 교차점 주위가 아니라, 전류의 최대 AC 성분 주위의 전류들을 합산했을 때의 커패시턴스 측정이 더욱 정밀하였다는 것이 최종 결과이다.

CS/혈액 식별 시험

하나의 양태에서, 대조 용액(control solution: CS)의 특성들을 사용하여 대조 용액을 혈액으로부터 구별해낸다. 예를 들어, 시료 내의 산화환원 화학종들의 존재 및/또는 농도, 반응 동력학 및/또는 커패시턴스가 대조 용액을 혈액으로부터 구별해내는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법은 시료 내의 산화환원 농도를 나타내는 제1 참조 값 및 시료와 시약의 반응 속도를 나타내는 제2 참조 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 제1 참조 값은 간섭 산화 전류(interferent oxidation current)이고 상기 제2 참조 값은 반응 완료율이다. 몇몇 양태에서, 제3 참조 값은 상기 제1 참조 값에 커패시턴스 지수를 곱하여 산출할 수 있다. 상기 커패시턴스 지수는, 커패시턴스이거나 커패시턴스 값에 관련되는(예를 들면, 비례하는) 임의의 산출된 값일 수 있다. 상기 커패시턴스 지수는, 예를 들면, 측정된 커패시턴스, 공지된 또는 예정된 커패시턴스, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 상기 커패시턴스 지수는 또한 상기 언급된 커패시턴스 및 실험에 의해 유래된 상수 중의 어느 것과 관련될 수 있다. 예시적 양태에서, 상기 커패시턴스 지수는 측정된 커패시턴스에 대한 공지된 커패시턴스의 비 또는 공지된 커패시턴스에 대한 측정된 커패시턴스의 비일 수 있다. 상기 공지된 커패시턴스는, 전류 시험에 사용되는 테스트 스트립으로서의 동일 타입의 테스트 스트립들에 혈액 시료들이 로딩될 때 측정된 평균 커패시턴스일 수 있다. 상기 측정된 커패시턴스는 예를 들면 상기 논의된 알고리즘을 사용하여 측정할 수 있다.

하나의 양태에서, CS/혈액 식별 시험은 제1 참조 값 및 제2 참조 값을 포함할 수 있다. 상기 제1 값은 제1 시간 간격(T₁) 이내의 전류 값들에 기초하여 산출될 수 있고, 상기 제2 참조 값은 제2 시간 간격(T₂)과 제3 시간 간격(T₃) 둘 다에서의 전류 값들에 기초하여 산출될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 제1 참조 값은 도 6의 시험 전압 파형을 사용할 때 제1 시간 과도 전류 동안 수득된 전류 값들의 합산을 수행함으로써 수득할 수 있다. 비제한적 예로서, 제1 참조 값 i_sum은 등식 10으로 나타낼 수 있다:

등식 10:

여기서, 용어 i_sum은 전류 값들의 합산이고, t는 시간이다. 상기 논의된 바와 같이, 몇몇 양태에서, 상기 제1 참조 값에 커패시턴스 지수를 곱할 수 있고, 여기서, 상기 커패시턴스 지수는 측정된 커패시턴스에 대한 공지된 커패시턴스의 비일 수 있다. 이러한 양태들에서, 제3 참조 값 i_capsum은 등식 11로 나타낼 수 있다:

등식 11:

여기서, C_av는 공지된 평균 커패시턴스이고, C_m은 측정된 커패시턴스이고, t는 시간이다. 등식 11의 예시적 양태에서, C_m에 대한 C_av의 비를 상기 더욱 상세히 논의되어 있는 커패시턴스 지수라 명명할 수 있다. 하나의 예시적 양태에서, 본 발명의 양태에 따른 예시적 테스트 스트립에 대한 공지된 평균 커패시턴스 C_av는 약 582nF이다.

때때로 잔여 반응 지수라 명명되는 상기 제2 참조 값은, 등식 12에 기재된 바와 같은, 제2 시간 간격 동안의 전류 값과 제3 시간 간격 동안의 전류 값의 비 Y에 의해 수득될 수 있다:

등식 12:

여기서, abs는 절대 값 함수를 나타내고, 3.8 및 4.15는 각각, 이 특정예에 대한, 제2 및 제3 시간 간격의 시간(단위: 초)을 나타낸다.

식별 기준은 등식 10의 제1 참조 값 또는 등식 11의 제3 참조 값 및 등식 12의 제2 참조 값에 기초하여 당해 시료가 대조 용액인지 혈액인지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 등식 10의 제1 참조 값 또는 등식 11의 제3 참조 값은 사전 결정된 임계값과 비교될 수 있고, 등식 12의 제2 참조 값은 사전 결정된 임계 함수에 비교될 수 있다. 상기 사전 결정된 임계값은 예를 들면 약 12㎂일 수 있다. 상기 사전 결정된 임계 함수는 등식 10 또는 등식 11의 제1 참조 값을 사용하는 함수에 기초할 수 있다. 더욱 상세하게, i_sum 또는 i_capsum의 산출값을 X로 나타낸 등식 13에 예시된 바와 같이, 상기 사전 결정된 임계 함수 F_pdt는 다음과 같을 수 있다:

등식 13:

여기서, Z는 상수, 예를 들면 약 0.2일 수 있다. 따라서, 당해 CS/혈액 식별 시험은, i_sum 또는 i_capsum이 상기 사전 결정된 임계값, 예를 들면 12㎂ 이상인 경우에 그리고 등식 12에 기재된 바와 같은 제2 시간 간격 동안의 전류 값과 제3 시간 간격 동안의 전류 값의 비 Y가 상기 사전 결정된 임계 함수 F_pdt 값보다 더 작은 경우에는 시료를 혈액으로서 식별할 수 있고, 그 밖의 경우에 시료는 대조 용액이다. 하나의 양태에서, 당해 CS/혈액 식별 시험은 또한 예를 들면 등식 14로 나타낼 수 있다:

등식 14:

이고

인 경우에 시료는 혈액이고, 그 밖의 경우에는 대조 용액이다.

도 9는 복수 개의 혈액 시료들 및 대조 용액 시료들에 대한 제1 참조 값 i_sum과, 때때로 잔여 반응 지수라 명명되는 제2 참조 값과의 상관관계를 도시한 차트이다. X축에 제1 참조 값 i_sum을, Y축에 때때로 잔여 반응 지수라 명명되는 제2 참조 값을 플로팅함으로써, 혈액과 대조 용액 사이의 분리를 관찰할 수 있다. 식별선을 그려 당해 시료가 대조 용액인지 혈액인지를 결정할 수 있다. 도 9에서, 제1 참조 값 i_sum은 약 t=0.05와 약 t=1 사이의 제1 시간 과도 전류 동안에 관찰된 전류 값들의 합산이고, 제2 참조 값은

이다.

X축에 제1 참조 값을, Y축에 때때로 잔여 반응 지수라 명명되는 제2 참조 값을 플로팅함으로써, 혈액과 대조 용액의 구분을 관찰할 수 있다. 때때로 잔여 반응 지수라 명명되는 제2 참조 값에 대한 전류 값들을 선택한 시간들(예를 들면, 3.8, 4.15)은 실험에 의해 발견하였다는 것에 주목해야 한다. 다수의 전류 비들이 혈액과 대조 용액 시료를 식별하는 이들의 능력에 대해 평가되었다. 제2 참조 값에 사용된 비를 선택하였는데, 그 이유는 이것이 혈액과 대조 용액 시료의 현저한 구분을 생성하는 것으로 밝혀졌기 때문이다.

도 10은 복수 개의 혈액 시료들 및 대조 용액 시료들에 대한 제3 참조 값 i_cqpsum과, 때때로 잔여 반응 지수라 명명되는 제2 참조 값과의 상관관계를 도시한 차트이다. 도 10에서, 제1 참조 값 i_capsum은 약 t=0.05와 약 t=1 사이의 제1 시간 과도 전류 동안에 수득된 전류 값들의 합산에, 측정된 커패시턴스에 대한 공지된 커패시턴스의 비를 곱한 값이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 커패시턴스 지수에 의한 제1 참조 값의 변형은 대조 용액과 혈액 시료의 개선된 식별을 제공한다.

본 명세서에 기술된 방법에서, 제1 참조 값 i_sum 또는 제3 참조 값 i_capsum 및 때때로 잔여 반응 지수라 명명되는 제2 참조 값의 이러한 통계적 분석으로부터 수득된 정보는, 당해 테스트 미터에 의해, 대조 용액을 혈액 시료로부터 구별해내는 데 사용될 수 있다. 당해 테스트 미터는 제1 참조 값 i_sum 또는 제3 참조 값 i_capsum 및 제2 참조 값을 산출할 수 있고, 이들 값을 상기 유래된 식별선(또는 상기 식별선을 나타내는 등식)과 함께 사용하여 대조 용액을 혈액 시료로부터 구별해낼 수 있다.

혈액 글루코스 알고리즘

시료가 혈액 시료인 것으로 확인된 경우, 시험 전류 값들에 대해 혈액 글루코스 알고리즘을 수행할 수 있다. 테스트 스트립이 도 1a 내지 4b에 도시된 바와 같은 대향면 또는 대면 배열을 갖고, 상기 테스트 스트립에 도 6 또는 도 8a에 도시된 바와 같은 전위 파형이 인가된다고 가정하면, 글루코스 농도 [G]는 등식 15에 기재된 바와 같은 글루코스 알고리즘을 사용하여 산출할 수 있다:

등식 15:

등식 15에서, [G]는 글루코스 농도이고, i₄는 제1 전류 값이고, i₅는 제2 전류 값이고, i₆은 제3 전류 값이고, 용어 p, Z 및 a는 실험에 의해 유래된 캘리브레이션 상수들이다. 등식 15의 유래는 전문이 본 명세서에 참조로 인용되고 2005년 9월 30일자로 출원되고 발명의 명칭이 "신속 전기화학 분석을 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for Rapid Electrochemical Analysis)"인 계류 중인 미국 특허 출원 공보 제2007/0074977호(미국 출원 제11/240,797호)에서 찾을 수 있다. 등식 15에서의 모든 시험 전류 값들(예를 들면, i₄, i₅ 및 i₆)은 전류의 절대 값을 사용한다. 제1 전류 값 i₄ 및 제2 전류 값 i₅는 제3 과도 전류로부터 산출되고, 제3 전류 값 i₆은 제2 과도 전류로부터 산출된다. 본 출원인들은 명칭 "제1" "제2" 및 "제3"은 편의상 선택된 것이며 반드시 상기 전류 값들이 산출 순서를 반영하는 것은 아니라는 것을 알고 있다. 또한, 등식 15에서 언급된 모든 전류 값들(예를 들면, i₄, i₅ 및 i₆)은 전류의 절대 값을 사용한다.

하나의 양태에서, i₅는 제3 과도 전류 동안에 수집된 하나 이상의 전류 값들에 기초할 수 있고, i₆은 제2 과도 전류 동안에 수집된 하나 이상의 전류 값들에 기초할 수 있다. 또 다른 양태에서, i₅는 제3 과도 전류 종결 무렵에 수집된 하나 이상의 전류 값들에 기초할 수 있고, i₆은 제2 과도 전류 시작 무렵에 수집된 하나 이상의 전류 값들에 기초할 수 있다. i₅ 및 i₆은 둘 다 각각의 시간 간격의 일부 동안의 합산, 적분 또는 평균을 사용하여 산출될 수 있다.

또 다른 양태에서, 용어 i₄는 등식 16에 기재된 바와 같이 더욱 정확한 글루코스 농도를 허용하기 위해 제2 및 제3 과도 전류들로부터의 피크 전류 값들을 포함하도록 한정될 수 있다:

등식 16:

용어 i_pb는 제2 시험 전위 시간 간격(T₂) 동안의 피크 전류 값을 나타내고, 용어 i_pc는 제3 시험 전위 시간 간격(T₃) 동안의 피크 전류 값을 나타낸다. 용어 i_ss는 진행 중인 화학 반응들의 부재하에 제3 시험 전위(E₃) 인가 후 오랜 시간이 지났을 때 발생할 것으로 예측되는 전류인, 정상-상태 전류의 추정값이다. i_ss를 산출하기 위한 방법의 몇몇 예는 각각 전문이 본 명세서에 참조로 인용되는 미국 특허 제5,942,102호 및 제6,413,410호에서 발견된다. 생리학적 시료 내의 간섭물질들을 확인하기 위한 피크 전류 값들의 사용은 전문이 본 명세서에 참조로 인용되고 2006년 3월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 "간섭물의 존재하에 샘플을 분석하기 위한 방법 및 장치(Methods and Apparatus for Analyzing a sample in the Presence of Interferents)"인 미국 특허 출원 공보 제2007/0227912호(미국 특허 출원 제11/278,341호)에 기술되어 있다.

하나의 양태에서, 등식 15 및 등식 16을 함께 사용하여 혈액 또는 대조 용액에 대한 글루코스 농도를 산출할 수 있다. 또 다른 양태에서, 등식 15 및 등식 16의 알고리즘은 제1 그룹의 캘리브레이션 인자들(즉, a, p 및 zgr)과 함께 혈액에 사용될 수 있고, 제2 그룹의 캘리브레이션 인자들은 대조 용액에 사용될 수 있다. 상이한 2개의 그룹의 캘리브레이션 인자들을 사용하는 경우, 시험 유체와 대조 용액을 식별하기 위한 본 명세서에 기술된 방법은 분석물 농도 산출의 효율성을 개선시킬 수 있다.

또한, 당해 테스트 미터가 시료를 (혈액이 아니라) 대조 용액인 것으로 결정한 경우, 당해 테스트 미터는 사용자가 시험 시료 농도 데이터를 대조 용액 데이터와 별도로 검토할 수 있도록 상기 대조 시료의 수득된 글루코스 농도를 저장할 수 있다. 예를 들어, 대조 용액에 대한 글루코스 농도는 별도의 데이터베이스에 저장될 수 있고/있거나, 플래깅될 수 있고/있거나, 폐기(즉, 저장되지 않거나 단시간 동안 저장)될 수 있다.

도 6 및 7에 예시된 실시예는, 시약으로 피복되지 않은 전극이 전압 측정을 위한 참조 전극으로서 작용할 때, 제1 및 제2 인가 전압의 극성을 음성으로, 제3 인가 전압의 극성을 양성으로 나타낸다. 그러나, 시약으로 피복된 전극이 전압 측정을 위한 참조 전극으로서 작용하는 경우, 인가된 전압들은 도 6에 예시된 순서에 대해 반대되는 극성일 수 있다. 예를 들어, 도 8a 및 8b의 바람직한 양태에서, 제1 및 제2 인가 전압의 극성은 양성이고, 제3 인가 전압의 극성은 음성이다. 이들 경우 둘 다에서, 글루코스의 산출은 동일한데, 그 이유는 시약으로 피복되지 않은 전극은 제1 및 제2 인가 전압 동안에 양극으로서 작용하고, 시약으로 피복된 전극은 제3 인가 전압 동안에 양극으로서 작용하기 때문이다.

대조 용액을 인지할 수 있다는 것의 또 다른 이점은, 테스트 미터가 상기 대조 용액의 시험 결과들(예를 들면, 글루코스 농도)을 상기 대조 용액의 예측 글루코스 농도와 자동으로 비교하도록 프로그래밍될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 당해 테스트 미터는 대조 용액(들)에 대한 예측 글루코스 수준(들)에 의해 미리 프로그래밍될 수 있다. 또는, 사용자가 대조 용액에 대한 예측 글루코스 농도를 입력할 수도 있다. 당해 테스트 미터가 대조 용액을 인지한 경우, 당해 테스트 미터는 측정된 대조 용액 글루코스 농도를 예측 글루코스 농도와 비교하여 당해 미터가 제대로 기능하고 있는지를 결정할 수 있다. 상기 측정된 글루코스 농도가 예측 범위를 벗어나는 경우, 당해 테스트 미터는 경고 메시지를 출력하여 사용자에게 알릴 수 있다.

당해 기술분야의 숙련가는 상술된 양태들에 기초하여 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법의 추가 특징들 및 이점들을 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법은 첨부된 특허청구범위에 의해 지시된 바를 제외하고는, 특정하게 도시되거나 기술된 것에 의해 한정되지 않는다. 본 명세서에 인용된 모든 공보 및 참조문헌은 명확하게 그 전문이 본 명세서에 참조로 인용된다.

Claims

혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
(a) 전기화학 셀(electrochemical cell)에 시료를 도입할 때 제1 전극과 제2 전극 사이에 제1 시험 전위를 인가하여, 제1 과도 전류(current transient)를 측정하는 단계;
(b) 제1 전극과 제2 전극 사이에 환원된 매개체를 상기 제2 전극에서 산화시키기에 충분한 제2 시험 전위를 인가하여, 제2 과도 전류를 측정하는 단계;
(c) 상기 전기화학 셀의 커패시턴스를 측정하는 단계;
(d) 제1 전극과 제2 전극 사이에 환원된 매개체를 상기 제1 전극에서 산화시키기에 충분한 제3 시험 전위를 인가하여, 제3 과도 전류를 측정하는 단계;
(e) 상기 제1 과도 전류에 기초하여, 제1 참조 값을 산출하는 단계;
(f) 상기 제2 과도 전류 및 상기 제3 과도 전류에 기초하여 제2 참조 값을 산출하는 단계;
(g) 적어도 상기 측정된 커패시턴스에 기초하여, 커패시턴스 지수(capacitance index)를 산출하는 단계;
(h) 상기 제1 참조 값 및 상기 커패시턴스 지수에 기초하여 제3 참조 값을 산출하는 단계;
(i) 상기 제2 참조 값 및 상기 제3 참조 값에 기초하여, 상기 시료가 혈액 시료인지 수성 비-혈액 시료인지를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 커패시턴스 지수가 상기 전기화학 셀의 상기 측정된 커패시턴스에 비례하는, 방법.
제2항에 있어서, 상기 커패시턴스 지수가 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 상기 전기화학 셀의 상기 측정된 커패시턴스의 비인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 참조 값이 상기 제1 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값에 기초하여 산출되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 참조 값이 상기 제1 과도 전류 동안에 측정된 전류 값들의 합산에 기초하여 산출되는, 방법.
제5항에 있어서, 상기 합산이 등식
로 나타내어지고, 여기서, t는 시간이고, i_sum은 시간 n으로부터 시간 M까지의 시간 간격 동안의 전류 값들의 합산인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 참조 값이 화학 반응의 완료율에 기초하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 참조 값이 상기 제2 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값 및 상기 제3 과도 전류로부터의 적어도 하나의 전류 값에 기초하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 참조 값이 상기 제2 과도 전류 종결 무렵의 제2 전류 값 및 상기 제3 과도 전류 시작 무렵의 제3 전류 값에 기초하는, 방법.
제9항에 있어서, 상기 제2 참조 값이 상기 제2 전류 값과 상기 제3 전류 값의 비에 기초하는, 방법.
제1항에 있어서, 분석물의 농도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제11항에 있어서, 상기 시료가 수성 비-혈액 시료인 것으로 밝혀지는 경우, 상기 수성 비-혈액 시료와 관련된 상기 분석물 농도가 플래깅(flagging)되는, 방법.
제1항에 있어서, 단계 (i)가, 상기 시료가 수성 비-혈액 시료인지 혈액 시료인지를 결정하기 위해 2개의 부등식(inequality)들을 사용함을 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 단계 (i)가,
상기 제2 참조 값을 사전 결정된 임계 등식(pre-determined threshold equation)에 비교하고;
상기 제3 참조 값을 사전 결정된 임계값과 비교하여 상기 시료가 수성 비-혈액 시료인지 혈액 시료인지를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 사전 결정된 임계 등식이 상기 제3 참조 값의 함수인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 수성 비-혈액 시료가 대조 시료를 포함하는, 방법.
혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
(a) 테스트 미터 및 전기화학 셀의 결합(mating)을 위한 전기 접촉부들을 포함하는 테스트 스트립(test strip)으로서, 상기 전기화학 셀은,
(i) 서로 떨어져 있는 제1 전극과 제2 전극 및
(ii) 시약을 포함하는, 테스트 스트립; 및
(b) 상기 테스트 스트립으로부터의 전류 데이터를 수용하도록 조정된 프로세서를 포함하는 테스트 미터(test meter), 및 제1 참조 값, 제2 참조 값, 및 커패시턴스 지수를 기초로 하여 혈액 시료를 수성 비-혈액 시료로부터 구별해낼 수 있도록 하는 식별 기준이 포함된 데이터 저장부를 포함하고, 상기 커패시턴스 지수는 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 상기 전기화학 셀의 측정된 커패시턴스의 비를 포함하는, 시스템.
제17항에 있어서, 상기 식별 기준이, 산화방지제 농도를 나타내는 제1 참조 값, 및 반응 동력학(reaction kinetics)을 나타내는 제2 참조 값으로부터 유래되는, 시스템.
제17항에 있어서, 상기 식별 기준이, 실험에 의해 유래된 식별선(discrimination line)을 포함하는, 시스템.
삭제
제17항에 있어서, 상기 수성 비-혈액 시료가 대조 용액인, 시스템.
혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하기 위한 테스트 미터에 프로그래밍하기 위한 식별 기준을 산출하는 방법으로서, 상기 방법은,
(a) 복수 개의 수성 비-혈액 시료들에 대한 제1 참조 값 및 제2 참조 값을 산출하는 단계;
(b) 상기 제1 참조 값에 기초하여, 커패시턴스 지수에 비례하는 제3 참조 값을 산출하는 단계;
(c) 상기 복수 개의 수성 비-혈액 시료들에 대한 상기 제2 참조 값 및 상기 제3 참조 값에 기초하여 식별 기준을 산출하는 단계를 포함하는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 제1 참조 값이 산화방지제 농도를 나타내고 상기 제2 참조 값이 반응 동력학을 나타내는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 커패시턴스 지수가, 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 시료 도입시 상기 전기화학 셀의 측정된 커패시턴스의 비를 포함하는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 복수 개의 수성 비-혈액 시료들이 복수 개의 대조 용액들을 포함하는, 방법.
혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
(a) 전기화학 셀에 시료를 도입하는 단계로서, 상기 전기화학 셀은,
(i) 서로 떨어져 있는 2개의 전극 및
(ii) 시약을 포함하는, 단계;
(b) 제1 극성을 갖는 제1 시험 전위를 상기 전극들 사이에 인가하여, 셀 전류를 측정하는 단계;
(c) 상기 전기화학 셀의 커패시턴스를 측정하는 단계;
(d) 상기 제1 시험 전위 동안에 측정된 적어도 2개의 전류 값들을 합산하여 제1 참조 값을 생성하는 단계;
(e) 상기 측정된 커패시턴스와 관련된 커패시턴스 지수를 산출하는 단계;
(f) 상기 커패시턴스 지수 및 상기 제1 참조 값을 사용하여 혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하는 단계를 포함하는, 방법.
제26항에 있어서, 반응 동력학에 관련된 제2 참조 값을 산출하는 단계; 상기 커패시턴스 지수, 상기 제1 참조 값 및 상기 제2 참조 값을 사용하여 혈액 시료와 수성 비-혈액 시료를 구별하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제26항에 있어서, 상기 수성 비-혈액 시료가 대조 용액을 포함하는, 방법.
제26항에 있어서, 상기 커패시턴스 지수가 동일 타입의 전기화학 셀들의 평균 커패시턴스와 상기 전기화학 셀의 측정된 커패시턴스의 비를 포함하는, 방법.