[0002] 本
申请涉及用于在电化学试验条上编码信息的方法和用于获得试验条上编码的信息的方法以及能够获得该信息的仪表。
[0003] 经常将小型的一次性电化学试验条用于监测糖尿病患者的血糖。也可将这些试验条用于检测其它关注的生理学化学品和滥用的物质。总体上，试验条包含至少两个
电极和用于要实施的试验的适当
试剂，和制造成单次使用的一次性元件。将试验条在插入可再次使用的仪表之前和之后与样品如血液、唾液或尿组合，所述仪表含有用于监测来自试验条的电化学
信号并将其处理为由试验条测定的分析物存在/不存在或分析物的量的指示信号的机构。
[0004] 电化学试验仪表在本领域中(例如用于测定血糖
水平)已知。见例如美国
专利号美国专利号7771583、7645374、7601249、7547382、7517439、7501052、7344626、7090764、6662439、6284125、6071391、5942102、53522351和5243516，所有这些都以引用方式并入本文。
[0005] 试验条经常具有与其有关的信息，例如尤其是校准信息、区域或国家代码、产品识别、用户识别、试验类型(例如
葡萄糖试验条或
酮试验条)和制造日期。PCT专利申请序列号PCT/US11/51983和美国专利号7713392、7695608、7645421、7625473、7601299和4714874，这些都以引用方式并入本文，其提供具有这个和其它类型信息(所述信息被编码在试验条和相关仪表上)的条以及用于解码来自条的信息的方法。对于制造商的挑战在于如何将信息编码在试验条上和如何以成本有效的、可靠的、安全的和稳健的方式获得编码信息。本发明提供解决这些困难的系统和方法。
[0006] 发明概述
[0007] 本发明提供用于将信息编码在试验条上的方法和用于获得编码在电化学试验条上的信息的方法以及能获得所述信息的仪表。获得信息的方法采用测定指示样品引入之后试验条的双层电容或等效电容的值的步骤。随后可将该值转换为关于试验条的特征的信息，所述信息在样品引入之前被编码在试验条上。
[0008] 本
发明人已发现条的双层和/或等效电容是可以控制/改变的变量，以将信息编码到试验条上。此外，本发明人已发现，当样品存在于样品空间并随后将该值转换为反映在引入样品之前试验条的特征的信息时，测定指示所述条的双层电容或等效电容的值允许获得所述信息。然后可将编码信息用于随后的分析或修正步骤以调整计算值(例如在分析物的测定或检测中获得的值)或可将它用于向用户生成和/或显示错误结果或信息。
[0009] 在本发明的第一方面中，提供用于获得编码在电化学试验条上的信息的方法，所述电化学试验条具有至少两个在样品空间内的电极。将信息在引入样品之前编码在条上面。所述方法包含以下步骤：
[0010] (a)将样品引入样品空间，使得样品与样品空间内的两个电极
接触。
[0011] (b)测定代表试验条的双层电容或等效电容的值，和
[0012] (c)将步骤(b)中确定的值转换为反映在引入样品之前试验条的特征的信息，[0013] 从而获得编码在电化学试验条上的信息。
[0014] 在本发明的第二方面中，提供用于检测样品中的分析物的方法，所述样品与电化学试验条的样品空间内的两个电极接触。试验条具有在引入样品之前编码在其上的特征信息。所述方法包含以下步骤：
[0015] (a)将样品引入样品空间，使得样品与样品空间内的两个电极接触，
[0016] (b)测定代表试验条的双层电容或等效电容的值，和
[0017] (c)将步骤(b)中确定的值转换为反映引入样品之前试验条的特征的信息，[0018] (d)检测配置在样品空间内的样品中的分析物，和
[0019] (e)使用步骤(c)中转化的特征信息来
修改步骤(d)的结果。
[0020] 本发明还提供仪表，所述仪表用于接收具有电极的电化学试验条，并且在仪表中接收时提供对施加于电化学试验条的样品中的分析物的测定。该仪表包括：
[0021] (a)具有用于接收电化学试验条的开口的
外壳，所述试验条具有编码于其上的特征信息，
[0022] (b)用于接收用户输入并将结果传达给用户的通信设备，和
[0023] (c)用于对试验条上的双层电容或等效电容进行测定的
电路，所述试验条在含有仪表内接收的样品的样品空间内具有两个电极；用于将测定的双层电容或等效电容转换为反映引入样品之前试验条特征的信息的电路；和用于测定试验条样品空间内的样品中的分析物的电路。
[0024] 在本发明的另一方面中，提供测量系统。所述系统包含如上所述的仪表和在样品空间内具有两个电极的试验条，其中所述试验条配置在仪表外壳的槽中。
[0026] 图1为显示本发明实施方案步骤的
流程图。
[0027] 图2-6显示含有电容值和相关特征信息的不同的查找表格。
[0028] 图7显示依照本发明的仪表的外视图。
[0029] 发明详述
[0030] 当试验条的样品空间被样品填充时，或备选地当样品空间内的电极(或支配电极)整体被样品
覆盖时，则可以将代表试验条的双层电容或等效电容的值的测定转换为在样品引入之前编码在试验条上的特征信息。可通过改变样品空间内的变量将信息编码在试验条上，所述变量影响在样品覆盖样品空间中的电极时条的等效和/或双层电容。这些变量包括：控制或改变试验条空间样品内的电极的有效面积，控制或改变电极的结构材料，电极表面修饰，控制或改变离子的类型或浓度(例如离子的类型和数量，例如作为盐存在于试剂中的那些离子)，控制或改变介质的类型或浓度。
[0031] 定义
[0032] 如用于本申请的
说明书和
权利要求，应适用以下定义：
[0033] (a)“分析物”指可存在于样品中的关注的材料。在本申请中，
实施例使用葡萄糖作为分析物，但本发明独立于分析物的类型和量两者。因此，应将对葡萄糖检测系统的应用视作仅为具体的且非限制性的实施方案。
[0034] (b)“分析物的测定”指用于评估样品的定性、半定量和定量的过程。在定性评估中，结果表明是否在样品中检测出分析物。在半定量的评估中，结果表明分析物是否高于一些预限定的
阈值而存在。在定量评估中，结果为存在的分析物的量的数字指示。
[0035] (c)“双层”指在导体/
电解质界面形成的带电层，由于在导体表面上离子
吸附，导致在固体表面附近形成使导体中的镜像电荷中和的局域层。当存在液体样品与电极接触时，无论是否施加电势，都会在电化学试验条中的每个电极处形成双层。然而，双层中的电荷量是电极电势的函数。双层结构本质上表现为电容器。
[0036] (d)“双层电容”为双层的电容。它可以为积分电容(在该情况下，可将其用公式Cint=IΔt/ΔV表示)或微分电容(在该情况下，可将其用公式Cdif=I/(dV/dt)表示，其中I为流
电流，t为时间和V为
电压)。如Harding(美国专利号7547382)所述，在一些情况中，测量的双层电容可由一个电极支配，例如若一个电极具有基本上更大的面积，或在样品中一个电荷的离子吸附比另一个电荷的离子更强的情况下。在这些情况下测定的双层电容在本发明的范围内，但应注意其中一个电极占支配的情况，填充的几何形状使得支配电极的双层电容代表电化学条的填充状态。在测定试验条的双层电容的情况中，优选依照美国专利号7547382，Harding等人的教导确定，所述美国专利以引用方式并入本文用于所有目的。
[0037] (e)“双层充电”是由于施加电势，增大贮存在双层中的电荷的过程。词组“电极处的双层充电”指在两个电极处充电或在支配电极处充电。
[0038] (f)“双层放电”是由于断开施加电势，减少贮存在双层中的电荷的过程。词组“在电极处的双层放电”指在两个电极处或在支配电极处的放电。
[0039] (g)“等效电容”在本文中理解为表示当在电极之间施加电势时，电极之间(例如当电极与样品空间中的样品接触时，跨样品空间电化学试验条)的总等效电容。试验条的“等效电容”为条的双层电容和条的法拉第电容的组合。在等效电容测定的情况中，优选依照美国专利号6872298和/或美国专利申请序列号09/974597(如US2003/0098233所公布)的其中任一个或两者的教导确定。
[0040] (h)如用于本文的“法拉第电容”是指试验条的等效电容的赝电容组件且代表发生在电极表面上的电化学反应过程。
[0041] (i)“电化学试验条”或简称“试验条”指在样品空间内具有至少两个电极和用于测定置于电极之间的样品中的分析物的任何必需试剂的条。在优选实施方案中，电化学试验条为单次使用后可弃的，并具有用于连接到单独的并可再次使用的仪表的电连接体，所述仪表含有用于施加电势、分析信号和显示结果的
电子器件。在另一个实施方案中，所述电化学试验条包括多个样品空间和在那些样品空间内配置的电极。在后面这个实施方案中，在将样品在不同时间引入样品空间中的一个或多个的情况下，可多次使用“试验条”。
[0042] (j)“对面电极(facing electrodes)”为一对彼此平行但在单独平面中配置的电极。优选使一对对面电极的相对表面的一些或全部重叠，使得电极之间的电势梯度和电流在基本上垂直于相对表面的方向上。对面电极不同于并排电极，在并排电极中，两个电极表面位于相同的平面中，且其中电势梯度和电流基本上平行于电极的表面。本发明可以使用对面或并排电极以及其它几何排列。
[0043] (k)“编码在试验条上的信息”为详述试验条的特征的任何类型的信息，所述信息在制造期间或在引入待分析的样品之前被有意地、无意地或固有地编码在试验条上。将信息在将样品引入样品空间之前编码在试验条上。可通过改变样品空间内的变量将信息编码在试验条上，所述变量影响在样品覆盖样品空间中的电极时条的等效和/或双层电容。这些变量包括：控制或改变试验条空间样品内的电极的有效面积，控制或改变电极的结构材料，电极表面修饰，控制或改变离子的类型或浓度(例如离子的类型和量，例如作为盐存在于试剂中的那些离子)，控制或改变介质的类型或浓度。将信息编码到试验条，例如可以通过在制造期间在具有
指定有效面积的样品空间中形成电极来实现，或可以作为生产后步骤通过靠浸蚀、
冲压、烧蚀、刻痕或其它方式从样品空间内的电极中除去导电材料改变样品空间内电极的有效面积来实现。可编码在试验条上的特征信息类型的非限制示例性列举包括：校准信息、区域或国家代码、产品识别、用户识别、试验类型(例如葡萄糖试验条或酮试验条)和制造日期。
[0044] (l)本文中的“获得信息”理解为表示解码、读取、转换、恢复或以其它方式获得或确定试验条上编码的信息。
[0045] (m)本文中的“转换”理解为表示使用在一组步骤中测定的值来提供关于试验条的信息，所述信息代表在将样品引入试验条之前试验条的特征。例如，可以使代表试验条双层电容或等效电容的测定值与贮存在仪表中或由仪表获得的查找表格一致。查找表格可具有值的一个或多个范围，所述范围指示试验条的各种特征信息。
[0046] (n)本文中“代表双层电容或等效电容的值”理解为表示实际的测定电容或包含关于条电容信息的单独的值(例如
电信号或一些其它值)。
[0047] (o)本文中“电极的有效面积”理解为表示电极的导电部分或支配电极，其与样品空间中的样品接触并可电连接至仪表。“有效面积”包括当存在于样品空间时暴露于样品的电极的导电部分。“有效面积”包括暴露于位于二维平面底区域(footprint)(例如长度、宽度、半径等)内的样品的导电部分和暴露于位于第三维(例如深度或厚度)如位于电极的凹点、裂缝和/或孔内的样品的电极导电部分。
[0048] 说明书中全篇提及的“一个实施方案”、“另一个实施方案”、“实施方案”、“一些实施方案”等意味着将结合实施方案描述的特定要素(例如特征、结构、性质和/或特性)归入本文所述的至少一个实施方案中，且可能或可能不存在于其它实施方案中。此外，应明白，可在多种实施方案中以任何合适的方式组合所述要素。
[0049] 获得来自试验条的编码信息的方法：
[0050] 在第一方面，本发明提供用于获得编码在电化学试验条上的信息的方法。试验条具有至少两个配置在样品空间内的电极，且将信息在引入液体样品之前编码在试验条上。如图1所示，该方法包含以下步骤：
[0051] (a)将样品引入样品空间，使得样品与样品空间内的两个电极接触，
[0052] (b)测定代表试验条的双层电容(DLC)或等效电容(EC)的值，和
[0053] (c)将步骤(b)中测定的值转换为反映在引入样品之前试验条的特征的信息，[0054] 从而获得编码在电化学试验条上的信息。
[0055] 测定代表试验条的双层电容或等效电容的值的步骤(b)为本领域已知且在本文中不受特别限制。测定值可以为试验条的双层电容或它的等效电容的实际值，或它可以为代表这些电容值中任一个或两者的值或信号。
[0056] 本文讨论的
现有技术参考文献将试验条的双层电容或等效电容用于测定是否已将充足量的样品施用于样品空间并用样品空间配置以实施分析物的电化学测定。在这些参考文献中公开了可将样品体积作为由样品浸润的电极面积和间隔层厚度和/或电极间距的函数来测定。这些参考文献各自描述并采用用于测定样品空间内样品浸润的电极面积的不同电容测定法，并因此提供测定样品空间内的样品充足度的不同方法。可采用任何这些用于测定双层电容或等效电容的方法以实现本发明的步骤(b)。
[0057] 例如，以引用方式并入本文的美国专利号7547382，Harding等人，公开了多种用于测量试验条的双层电容的不同方法。Harding将条的双层电容用于测定样品空间内是否存在充足的样品以实施样品内分析物的电化学测定。
[0058] Harding描述可使用以下步骤测定样品空间中具有样品的试验条的双层电容：
[0059] (i)在试验条的电极之间施加电势差，
[0060] (ii)断开施加电势并任选地再施加第二电势，
[0061] (iii)观察产生的电流并由所观察的电流测定电极处的双层充电或放电，和[0062] (iv)观察断开施加电势之后的电压变化，和
[0063] (v)由测量的双层充电或放电以及观察到的电压变化测定试验条的双层电容。
[0064] Harding采用这些步骤来测定试验条的双层电容，所述双层电容为试验条的积分电容或微分电容。
[0065] 在测定代表试验条的等效电容的值的情况中，它可以依照美国专利号6872298和/或美国专利申请序列号09/974597(如US2003/0098233所公布)的其中任一个或两者中的教导来测定，它们两者列出Kermani作为发明人且以引用方式并入本文。在这些参考文献中，当样品空间内存在样品时，Kermani将试验条的等效电容用于测定样品空间内是否存在充足的样品以实施样品内分析物的电化学测定。在US2003/0098233中，Kermani描述了测定试验条的等效电容的方法，其包括以下步骤：
[0066] (i)在试验条的电极之间施加具有选择振幅和选择
频率的交流电压，
[0067] (ii)测量由步骤(I)中电势施加而产生的电流，和
[0068] (iii)由步骤(ii)中测量的电流测定试验条的等效电容，其中所述等效电容包括试验条的双层电容和法拉第电容两者。
[0069] 在Kermani的美国专利号6872298中，他描述了另一个测定试验条的等效电容的方法，其包括以下步骤：
[0070] (i)在试验条的电极之间施加电势差，从而给试验条充电，其中在试验条内造成双层电容并通过给试验条充电来产生电压，
[0071] (ii)将通过给试验条充电而造成的电压转换为具有与所造成的双层电容成比例的周期的振荡电压，
[0072] (iii)观察振荡电压，和
[0073] (iv)由观察到的振荡电压测定试验条的等效电容。
[0074] 如上所讨论，步骤(b)可使用现有技术的教导合适地实现且在本文中不受特别限制。
[0075] 为了获得代表条的双层电容或等效电容的值的最精确(b)测定，用于获得在引入样品前编码在试验条上的信息的目的，优选将样品空间用样品完全填充。例如，优选将样品配置于电极(或支配电极)之间并将其完全覆盖。这可表示样品空间被样品完全填充或这可表示样品空间没有被样品完全填充，但样品覆盖电极。在优选的实施方案中，本发明的方法、条、仪表和仪表/条组合进一步包含结构或功能以测定样品是否完全覆盖样品空间内的电极(或支配电极)。该步骤可发生在引入样品之后的任何时间，然而，如图1所示，这优选发生在测定条的电容值之前。有用于填充检测的方法和装置为本领域所公知且在本文中不受特别限制。例如，US4929426公开了当样品室被填充时，样品流经的阻抗电极的使用，而US5582697、US6212417和US6299757公开可用于填充检测的第三电极的使用，全部这些都以引用方式并入本文。以引用方式并入的US6743635公开了四电极法，其包括单独的填充检测
阳极和
阴极。以引用方式并入的US5997817公开了具有窗(透过所述窗可观察样品)和“填充至此”的线的试验条以评估样品的充足度。
[0076] 一旦测定代表试验条的双层电容或等效电容的值，则可将该值(c)转换为反映引入样品之前试验条的特征的信息。如示于图2和3，转换步骤优选为使试验条的测定双层电容或等效电容与查找表格一致(例如参照)。图2中，查找表格使电容值的范围与试验条的区域识别或国家代码相关联。图3中，查找表格使电容值范围与分析物的类型相关联，将试验条设计为测量。图4中，查找表格使电容值的范围与试验条的校准信息相关联。图5中，查找表格使电容值的范围与试验条的产品识别相关联。图6中，查找表格使电容值的范围与生产或到期年份相关联。
[0077] 将条的双层电容或等效电容的值转换为反映引入样品前试验条的特征的信息，允许获得试验条的有用特征信息。如示于图1，在优选的实施方案中，获得的信息导致或用于随后的行动或步骤。在一些实施方案中，随后的行动或步骤将产生或导致错误结果或错误信息的显示，这表明试验条不适用于所述仪表或发生了一些其它错误。在其它实施方案中，随后的行动或步骤是这样的行动或步骤：将获得或转换的信息用于随后测量或分析物测定步骤，或用以修改由随后的测量或分析物测定步骤得到的结果。
[0078] 在试验条上编码信息
[0079] 可通过改变样品空间内的变量将信息编码在试验条上，所述变量影响在样品覆盖样品空间中的电极时条的等效和/或双层电容。这些变量包括：控制或改变试验条样品空间内的电极的有效面积，控制或改变电极的结构材料，电极表面修饰，控制或改变离子的类型或浓度(例如离子的类型和量，例如作为盐存在于试剂中的那些离子)，控制或改变介质的类型或浓度。
[0080] 例如在一个实施方案中，当将信息编码在试验条上时，有效的电极面积可通过增大或减少与样品接触的它的二维传导表面积底区域(例如增大/减小长度、宽度或半径等)而改变或形成。备选地，或与对二维表面积底区域的控制组合，可通过增大/减少电极的厚度改变/控制电极的第三导电维度(例如其中电极具有提供样品接触的第三维度的凹陷或多孔面)。在其它实施方案中，可改变存在于配置在样品空间内的试剂中的介质或离子(例如盐)的类型和/或浓度来将信息编码到试验条，这继而将改变条的双层和/或等效电容，这允许根据本文描述的方法转化和获得信息。
[0081] 测定分析物，例如葡萄糖
[0082] 本发明方法优选与涉及样品中分析物的检测和/或测定的子程序组合。分析物的检测和/或测定的子程序可发生在从试验条获得编码信息之前、期间或之后。在一些实施方案中，取决于得自试验条的信息的类型和内容调节或修正实施的子程序和/或检测的结果和/或分析物的测定。在其它实施方案中，取决于得自试验条的信息的类型和内容停止或不实施检测和/或测定步骤的子程序。在另外的其它实施方案中，取决于得自和编码在试验条上的特征仅向用户显示错误信息。
[0083] 通常通过向含有样品的
电化学电池施加电势实现用于分析物如葡萄糖的电化学检测和测定的子程序，对所述样品评估葡萄糖的存在/量、
氧化或还原葡萄糖的酶如葡萄糖
氧化酶、脱氢酶或还原酶和氧化还原介质或它们的量。还原介质在一个电极处被氧化，并通过在另一个电极处的还原反应保持电化学平衡以产生可测量的电流。测量电流与样品中葡萄糖的浓度相关，且已知用于在这类系统中测定葡萄糖浓度的多种技术。(见例如美国专利号6284125、5942102、53522351和5243516，这些以引用方式并入本文。)
[0084] 还可使用其它电化学技术进行对样品中葡萄糖或其它分析物的测定。这些包括电势测定法，例如以引用方式并入本文的美国专利号6251260中所述，或电量分析法，例如以引用方式并入本文的美国专利号6299757中所述。
[0085] 在一个实施方案中，提供用于测定与电化学试验条的样品空间内的两个电极接触的样品中的分析物的方法。试验条具有在引入样品之前编码在其上的特征信息。所述方法包含以下步骤：
[0086] (a)将样品引入样品空间，使得样品与样品空间内的两个电极接触，
[0087] (b)测定代表试验条的双层电容或等效电容的值，和
[0088] (c)将步骤(b)中测定的值转换为反映在引入样品之前试验条的特征的信息，[0089] (d)测定配置在样品空间内的样品中的分析物，和
[0090] (e)将步骤(c)中转化的特征信息用以修改步骤(d)的结果。
[0091] 步骤(c)发生在步骤(b)之后，然而步骤(d)可发生在步骤(b)或(c)之前或之后。
[0092] 本发明的装置
[0093] 可利用任何具有至少两个电极的条使用本发明的方法，只要仪表装置可接收所述条并提供必要的电压施加和
信号处理。这类仪表还形成本发明的一个方面。因此，本发明提供仪表，所述仪表用于接收具有电极的电化学试验条，并当在仪表中接收时，提供对施用于电化学试验条的样品中的分析物的测定，所述仪表包含：
[0094] (a)具有用于接收电化学试验条的开口的外壳，所述试验条具有编码于其上的特征信息，
[0095] (b)用于将结果传达给用户的通信设备，和
[0096] (c)用于对试验条上的双层电容或等效电容进行测定的电路和处理器，所述试验条在含有仪表内接收的样品的样品空间内具有两个电极；用于将测定的双层电容或等效电容转换为反映引入样品之前的试验条特征的信息的电路和处理器；和用于测定试验条样品空间内的样品中的分析物的电路和处理器。
[0097] 图7显示依照本发明的仪表的外视图。所述仪表具有外壳61和显示器62。外壳61具有插入试验条用于使用的开口63。所述仪表还可具有用于对测量循环开始发信号的按钮64，或可具有用于检测试验条插入和/或样品施用的内机构。这些机构在本领域中为已知，例如来自美国专利号5266179、5320732、5438271和6616819，这些都以引用方式并入本文。
在本发明的仪表中，按钮、显示器如LCD显示器、RF、红外线或其它无线发射机、接线器如USB、并联或
串联连接，构成用于接收用户输入并将结果传达给用户的设备，且可单独或以多种组合使用。
[0098] 本发明的仪表包括处理器、
软件和/或
固件形式的电路或任何其它类型的指令或能够进行上述方法步骤的电路。实施例
[0099] 由试验条获得信息-实施例1
[0100] 设置电化学仪表以测定试验条
接口内配置的试验条的双层电容。将对照液体样品引入到两个不同的试验条，由于具有不同有效的电极面积(例如条1-信息1/条2-信息2)，具有编码于其上的不同信息。确定对照液填充样品空间且完全覆盖样品空间内的两个电极。测定两个条的双层电容并得到不同的值。随后转换这些测定值(例如通过与具有已知双层电容范围的查找表格一致，确定特征信息)并将编码在条上的信息确定为条1-信息1/条2-信息2。
[0101] 由试验条获得信息-实施例2
[0102] 设置电化学仪表以测定它的试验条接口内配置的试验条的等效电容。将对照液样品引入到两个不同的试验条，由于具有存在于样品空间中的不同离子盐(例如条1-
钾-信息1/条2-钠-信息2)，具有编码于其上的不同信息。随后确定对照液填充样品空间且完全覆盖样品空间内的两个电极。随后测定两个条的等效电容并得到不同的值。随后转换这些测定值(例如通过与具有已知等效电容范围的查找表格与特征信息一致)并将编码在条上的信息确定为条1-信息1/条2-信息2。
