擴散阻擋層中的濃度測定的製作方法

2023-05-28 15:54:01

專利名稱：擴散阻擋層中的濃度測定的製作方法
相關申請的引用
本申請要求2004年10月12日提交的題為「擴散阻擋層中的濃度測定」的美國臨時申請第60/617,889號和2005年2月22日提交的題為「擴散阻擋層中的濃度測定」的美國臨時申請第60/655,180號，所述申請通過引用整體結合到本文中。
背景
在監測醫療狀況和患者對治療效果的反應時，需要給患者使用快速、準確和便捷的分析方法。已將電化學方法用於定量檢測體液特別是血液樣品中的一些分析物。通常，這些生物分析物如葡萄糖當與特定的酶接觸時會發生氧化還原反應。可將這種氧化還原反應所產生的電流與樣品中的生物分析物的濃度建立關聯。已開發出微小的電化學單元，便於患者不需要陪護人員或臨床技師就可以監測血液分析物濃度。典型的患者操作電化學系統採用帶專用測量裝置的一次性傳感片(sensor strip)，所述測量裝置包括必要的電路和輸出系統。在進行分析時，將測量裝置連接到包括電極和試劑的一次性電化學傳感片，以測量施加到傳感片的樣品中的分析物濃度。這些微型電化學系統最常見的是測量血液葡萄糖水平的葡萄糖傳感器。理想的是，微型葡萄糖傳感器應能通過分析一滴全血(通常1-15微升(μL))就可提供血液葡萄糖水平的準確讀數。在典型的分析用電化學電池中，涉及分析物的氧化或還原半電池反應分別產生或消耗電子。該電子流動是可以測量的，條件是電子能與接觸待分析樣品的工作電極發生相互作用。通過同樣接觸樣品的對電極，就構成完全的電路。在對電極處也發生化學反應，該反應的類型(氧化或還原)與工作電極處的反應類型相反。因此，如果在工作電極處發生氧化反應，則在對電極處發生還原反應。參見例如Fundamentals Of Analytical Chemistry，4th Edition，D.A.Skoog andD.M.West；PhiladelphiaSaunders College Publishing(1982)第304-341頁。一些常規的微型化電化學系統包括真(true)參比電極。在這些系統中，真參比電極可以是工作電極和對電極之外的給系統提供非差異(non-variant)參比電位的第三電極。雖然參比電極材料已知有多種，但典型的是銀(Ag)和氯化銀(AgCl)的混合物。用以提供非差異參比電位的材料如銀和氯化銀的混合物，藉助它們的不溶性或其它手段而與分析溶液中的反應成分分隔開來。在其它微型電化學系統中，採用了對電極/參比電極組合。這些電化學傳感片通常是兩電極系統，包括工作電極和對電極/參比電極。當真參比電極也用作對電極時，就可能出現對電極/參比電極組合。因為對電極/參比電極是真參比電極，它們通常是銀(Ag)和氯化銀(AgCl)的混合物，所述混合物因其在分析溶液的含水環境中的不溶性而顯示出穩定的電化學特性。由於在短暫使用過程中Ag與AgCl的比率不發生顯著變化，電極的電位也不會顯著改變。電化學傳感片通常是通過將試劑層包覆到分析片的導體表面上來製作的。為使製造便利進行，試劑層可作為單層包覆到所有的電極上。試劑層可包含促進分析物的氧化或還原反應的酶，以及幫助電子在分析物反應和導體表面之間轉移的任何介質(mediator)或其它物質。試劑層還可包括將酶和介質聯結在一起的粘合劑，從而使它們能包覆到電極上。全血(WB)樣品含有紅細胞(RBC)和血漿。血漿主要是水分，但還含有一些蛋白質和葡萄糖。血細胞比容是RBC組分的體積與WB樣品的總體積之比，一般用百分比表示。全血樣品的血細胞比容通常在20-60％的範圍，平均約40％。用以測量WB中葡萄糖濃度的常規電化學傳感片的一個缺陷被稱之為「血細胞比容效應(hematocrit effect)」。血細胞比容效應是由RBC妨礙介質或其它可測量物類(species)擴散到導體表面進行測量而引起的。由於每次樣品測試時測量都是進行相同的時間，因此RBC濃度不相同的各血液樣品會造成測量的不準確。事實的確如此，因為在RBC幹擾可測量物類嚮導體表面擴散的情況下，傳感器不能區分較低的可測量物類濃度和較高的可測量物類濃度。因此，WB樣品中RBC濃度的差異導致葡萄糖讀數不準確(血細胞比容效應)。如果對具有同一葡萄糖水平但血細胞比容各為20、40和60％的WB樣品進行測試，用基於一套校準常數(例如斜率和截距)的常規系統，則會報告出三個不同的葡萄糖讀數。即使葡萄糖濃度是相同的，該系統還是會報告出，血細胞比容20％的樣品含有的葡萄糖比血細胞比容60％的樣品多，因為RBC幹擾了可測量物類嚮導體表面的擴散。常規系統通常設置成假定WB樣品的血細胞比容為40％來報告葡萄糖濃度，而不管血液樣品的實際血細胞比容。對於這些系統，在含有小於或大於40％血細胞比容的血液樣品上進行的任何葡萄糖測量，都會包含因血細胞比容效應所致的一些誤差。減少安培傳感器的血細胞比容效應的常規方法包括使用過濾器(如美國專利第5,708,247號和第5,951,836號所公開)；反轉讀脈衝的電位(如WO01/57510所公開)和藉助使樣品的固有電阻最大化的方法(如美國專利第5,628,890號所公開)。雖然每個這些方法平衡了多個優點和缺點，但它們沒有一個是理想的。由以上描述可見，仍不斷需要有改進的裝置和方法，用以測量生物分析物(包括葡萄糖)的濃度。本發明的裝置和方法可減少WB樣品的血細胞效應或其它效應所引入的誤差。
概述在一個方面，提供包括基體(base)和在所述基體上的第一電極和第二電極的電化學傳感片。所述第一電極包括至少一個在第一導體上的第一層，其中所述第一層包括氧化還原酶和粘合劑。選擇所述第一層的厚度，使得當在使用過程中給所述第一電極和第二電極施加一讀脈衝時，可測量物類基本上在所述第一層當中被檢測，而基本上不在所述第一層外部被檢測。在另一個方面，提供提高分析物定量測定的準確度的方法。所述方法包括提供具有至少一個第一層的電化學傳感片，所述第一層包括氧化還原酶、介質和粘合劑。然後將含分析物的樣品引入到電化學傳感片中，並以讀脈衝的形式施加一電位。讀脈衝的持續時間基本上檢測所述第一層當中的離子化形式的介質，同時基本上將所述第一層外部的離子化形式的介質排除在檢測之外。在一個實施方案中，提供電化學傳感片，所述電化學傳感片包括基體；在所述基體上的第一電極，其中所述第一電極包括至少一個在第一導體上的第一層，所述第一層包括試劑層；和在所述基體上的第二電極，選擇所述第一層的厚度，使得在使用過程中施加給所述第一電極和第二電極的讀脈衝基本上檢測所述第一層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第一層外部的可測量物類。在另一個實施方案中，所述電化學傳感片進一步包括在所述第一導體和第一層之間的第二層，選擇所述第二層的厚度，使得在使用過程中給所述第一電極和第二電極施加的讀脈衝基本上檢測所述第二層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第二層外部的可測量物類(包括所述第一層當中的可測量物類)，其中不選擇所述第一層的厚度使得在使用過程中給所述第一電極和第二電極施加的讀脈衝基本上檢測所述第一層當中的可測量物類。所述第二層可至少為5μm厚或者8-25μm厚。在另一個方面，所述第二層可至少為1μm厚或者5-25μm厚。所述第二層可不包含氧化還原酶和/或介質，但可包括高分子材料。在另一個實施方案中，提供提高分析物定量測定的準確度的方法，所述方法包括提供電化學傳感片，所述電化學傳感片包括基體、在所述基體上的第一導體、在所述基體上的第二導體和至少一個在至少所述第一導體上的第一層，其中所述至少一個第一層包括包含粘合劑的試劑層；將具有液體成分的含分析物的樣品引入到所述電化學傳感片，其中所述樣品提供所述第一導體和第二導體之間的電接通；在所述第一導體和第二導體之間施加讀脈衝形式的電位，所述讀脈衝施加的持續時間基本上檢測所述第一層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第一層外部的可測量物類；測量所述讀脈衝，以提供所述樣品中分析物濃度的定量數值，這樣測量的準確度比基本上檢測所述第一層外部的可測量物類的電化學傳感片要高。在施加讀脈衝之前可施加初始脈衝和時間延遲。在另一個實施方案中，提供電化學傳感片，所述電化學傳感片包括基體；在所述基體上的第一電極，其中所述第一電極包括至少一個在第一導體上的第一層，所述第一層包括介質、粘合劑以及葡萄糖氧化酶、葡萄糖脫氫酶和它們的混合物之至少一者；和在所述基體上的第二電極，所述第二電極包括可溶性氧化還原物類，所述可溶性氧化還原物類包括有機過渡金屬絡合物、過渡金屬配位化合物和它們的混合物之至少一者，選擇所述第一層的厚度，使得在使用過程中給所述第一電極和第二電極施加的讀脈衝基本上檢測所述第一層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第一層外部的可測量物類。電化學傳感片的所述第二電極可包括在第二導體上的第二氧化還原物類，其中所述可溶性氧化還原物類是包括第一物類和第二物類的氧化還原對中的第一氧化還原物類，且其中所述第一氧化還原物類與所述第二氧化還原物類的摩爾比大於約1.2∶1。在另一個實施方案中，提供電化學傳感片，所述電化學傳感片包括基體；接觸所述基體以確定間隙的蓋；在所述基體上的包括第一導體的第一電極；在所述第一導體上的第二層，其中在所述第一導體和第二層之間不存在試劑層；在所述基體上的第二電極；和在所述間隙中的試劑層，選擇所述第二層的厚度，使得在使用過程中給所述第一電極和第二電極施加的讀脈衝基本上檢測所述第二層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第一層外部的可測量物類。為對本說明書和權利要求書有清楚一致的理解，提供了以下定義。術語「系統」定義為通過其導體與電子測量裝置成電接通的電化學傳感片，所述裝置周以定量檢測樣品中的分析物。術語「測量裝置」定義為可給電化學傳感片的導體施加電位並測量隨後電流的電子裝置。測量裝置還可包括處理能力，以響應所測量到的電流而確定一種或多種分析物的存在和/或濃度。術語「樣品」定義為含有未知量的目標分析物的組合物。通常，進行電化學分析的樣品為液體形式，優選樣品是含水混合物。樣品可以是生物樣品，如血液、尿液或唾液。樣品可以是生物樣品的衍生物，如提取物、稀釋液、過濾液或復水的沉澱物。術語「分析物」定義為樣品中所存在的一種或多種物質。測量過程即是確定樣品中所存在的分析物的存在、數量、數目或濃度。分析物可與分析過程中所存在的酶或其它物類發生相互作用。術語「準確度」定義為傳感片所測量到的分析物量對應樣品中分析物的真實量的接近程度。術語「精密度」定義為同一樣品進行的多次分析物測量的接近程度。術語「導體」定義為在電化學分析過程中保持不變的導電物質。導體材料的實例包括固體金屬、金屬漿、導電碳、導電碳漿和導電聚合物。術語「非離子化材料」定義為在對分析物的電化學分析過程中不發生電離的材料。非離子化材料的實例包括碳、金、鉑和鈀。術語「可測量物類」定義為可在適當電位下在電化學傳感片的電極表面處被氧化或還原的任何電化學活性物類。可測量物類的實例包括分析物、底物或介質。術語「穩態」定義為可測量物類向擴散阻擋層(DBL)中的擴散速度基本上恆定時。術語「氧化還原酶」定義為促進可測量物類的氧化或還原的任何酶類。氧化還原酶為試劑。術語氧化還原酶包括「氧化酶」，其促進以分子氧為電子受主的氧化反應；「還原酶」，其促進分析物被還原而分子氧不是分析物的還原反應；和「脫氫酶」，其促進分子氧不是電子受主的氧化反應。參見例如Oxford Dictionary ofBiochemistry and Molecular Biology，Revised Edition，A.D.Smith，Ed.，New YorkOxford University Press(1997)的第161、476、477和560頁。術語「介質」定義為能被氧化或還原且能在第一物質和第二物質之間轉移一個或多個電子的物質。介質在電化學分析中屬試劑，不是目標分析物，但提供分析物的間接測量。在簡單化的系統中，在氧化還原酶通過與適當的分析物或底物接觸而被還原或氧化後，介質與該氧化還原酶進行氧化還原反應。該被氧化或還原的介質在工作電極處發生相反的反應，而再生到它原來的氧化值。術語「電活性有機分子」定義為不含金屬而又能夠進行氧化或還原反應的有機分子。電活性有機分子可表現為氧化還原物類或為介質。電活性有機分子的實例包括輔酶吡咯並喹啉醌(PQQ)、苯醌和萘醌、N-氧化物、亞硝基化合物、羥胺、8-羥基喹啉、黃素、吩嗪、吩噻嗪、靛酚和吲達胺。術語「粘合劑」定義為與工作電極的試劑層中所採用的試劑化學上相容，在容納電極導體上的試劑的同時給試劑提供物理載體(support)的材料。術語「平均初始厚度」指層在引入液體樣品前在其乾燥狀態下的平均高度。使用術語「平均」是因為層的上表面並不平坦，而是有峰有谷。術語「氧化還原反應」定義為涉及至少一個電子從第一物類向第二物類轉移的兩種物類之間的化學反應。因此，氧化還原反應包括氧化和還原。所述反應的氧化部分涉及到所述第一物類失去至少一個電子，還原部分涉及到所述第二物類加入至少一個電子。被氧化的物類的離子電荷其正電性增加量等於所轉移的電子數目。同樣，被還原的物類的離子電荷其正電性減少量等於所轉移的電子數目。術語「氧化值」定義為化學物類如原子的形式離子電荷。氧化值較高(如(III))，則正電性較大，氧化值較低(如(II))，則正電性較小。中性物類的離子電荷為零(0)。物類的氧化導致該物類的氧化值升高，物類的還原導致該物類的氧化值下降。術語「氧化還原對」定義為具有不同氧化值的化學物質的兩種共軛物類。氧化值較高的物類的還原產生氧化值較低的物類。或者，氧化值較低的物類的氧化產生氧化值較高的物類。術語「可氧化物類」定義為氧化還原對中氧化值較低並因此能夠被氧化成氧化值較高的物類的物類。類似地，術語「可還原物類」定義為氧化還原對中氧化值較高並因此能夠被還原成氧化值較低的物類的物類。術語「可溶性氧化還原物類」定義為能夠進行氧化或還原且在水(pH7，25℃)中以至少1.0克/升的溶解水平可溶的物質。可溶性氧化還原物類包括電活性有機分子、有機過渡金屬絡合物和過渡金屬配位化合物。術語「可溶性氧化還原物類」排除元素金屬和孤金屬離子，尤其是在水中不可溶或難溶者。術語「有機過渡金屬絡合物」也稱為「OTM絡合物」，定義為過渡金屬通過δ鍵或π鍵鍵合到至少一個碳原子的絡合物(通過δ鍵鍵合到過渡金屬的碳原子上的形式電荷為-1，通過π鍵鍵合到過渡金屬的碳原子上的形式電荷為0)。例如，二茂鐵是OTM絡合物，其具有兩個環戊二烯基(Cp)環，每個環通過其五個碳原子籍兩個π鍵和一個δ鍵鍵合到鐵中心。OTM絡合物的另一個實例是鐵氰化物(III)及其還原的相對物即亞鐵氰化物(II)，其中六個氰基配位體(6個配位體的每一個上的形式電荷都是-1)通過氰基碳原子籍δ鍵鍵合到鐵中心。術語「配位化合物」定義為具有明確的配位幾何，如八面體或平面正方形幾何形狀的絡合物。與通過其鍵合情況定義的OTM絡合物不同，配位化合物是通過其幾何形狀定義的。因此，配位化合物可以是OTM絡合物(如前面提到的鐵氰化物)，或者是碳以外的非金屬原子(如包括氮、硫、氧和磷在內的雜原子)以給予方式(datively)鍵合到過渡金屬中心的絡合物。例如，六胺釕(ruthenium hexaamine)是具有明確的八面體幾何形狀的配位化合物，其中六個NH3配位體(6個配位體的每一個上的形式電荷都是0)以給予方式鍵合到釕中心。有關有機過渡金屬絡合物、配位化合物和過渡金屬鍵合的更完全討論可參見Collman et al.，Principles and Applications of OrganotransitionMetal Chemistry(1987)和MiesslerTarr，Inorganic Chemistry(1991)。術語「在......上」定義為「處在上方」，是相對於所描述的方向而言。例如，如果第一要素(element)沉積在至少一部分第二要素的上方，則說所述第一要素「沉積在」所述第二要素「上」。又例如，如果第一要素存在於至少一部分第二要素的上方，則說所述第一要素「在」所述第二要素「上」。使用術語「在......上」並不排除所描述的上方要素和下方要素之間存在著物質。例如，第一要素在其上表面可能覆蓋有覆層，但位於至少一部分所述第一要素及其上覆層的上方的第二要素可被描述為「在」所述第一要素「上」。因此，使用術語「在......上」可能或可不意味著所涉及的兩個要素的相互物理接觸。
附圖簡述參考以下附圖和描述，可更好地理解本發明。圖中的各部件不一定按比例繪製，而是重在說明本發明的原理。此外，在各圖中，同樣的旁註數字一般都指不同視圖中的相應部分。

圖1是容納工作電極和對電極的傳感器基體的頂視圖。圖2是圖1的傳感器基體的端視圖。圖3是傳感器基體和在介電層下方的電極的頂視圖。圖4-6是三電極傳感片的頂視圖。圖7是圖5的傳感器基體的端視圖，描繪了第三電極。圖8是裝配完整的傳感片的透視圖。圖9A和9B描繪了施加長和短的讀脈衝過程中具有導體表面和DBL的工作電極。圖10A和10B這兩個圖說明了當按本發明將DBL與短讀脈衝結合時測量準確度的改進。圖11A和11B這兩個圖證實了當採用DBL時由讀脈衝持續時間減少引起的準確度改進。圖12的表格比較了用具有擴散阻擋層的多種類型傳感片以1秒和10秒讀脈衝進行的多個分析的偏差結果。圖13A-13C這三個圖說明了本發明具有DBL的傳感片採用短讀脈衝準確測量樣品的真實葡萄糖濃度的能力。圖14A-14F這六個圖顯示了當採用不同厚度的DBL/試劑層組合及連續的1秒讀脈衝時，多個葡萄糖濃度的衰減圖譜(decayprofile)。圖14G顯示了在1-2μm的DBL/試劑層組合及初始1秒讀脈衝、然後連續的0.25秒讀脈衝下，多個葡萄糖濃度的衰減圖譜。圖15比較了當施加1、5、10和15秒讀脈衝時，具有DBL和1、3、5和10mL間隙體積的各傳感片之間的精密度。詳述微型電化學電池給患者提供幾乎即時測量其葡萄糖水平的好處。這些測量中產生誤差的一個主要原因血細胞比容效應。當紅細胞隨機影響可測量物類向工作電極的導體表面的擴散時，就發生血細胞比容效應。通過測量位於擴散阻斷層(DBL)中的可測量物類，而基本上排除位於DBL外部的可測量物類，就可減少由血細胞比容和製造差異引入的測量誤差。對DBL外部的可測量物類的基本排除可通過在讀脈衝持續時間的基礎上選擇DBL的厚度或者通過在DBL的厚度的基礎上選擇讀脈衝的持續時間來實現。圖1是具有導體12和14的傳感器基體10的頂視圖，其容納工作電極20和對電極30。圖2是傳感器基體10的端視圖，描繪了工作電極20和對電極30。工作電極20可包括第一主導體22，而對電極30可包括第二主導體32。任選地，表面導體24和34可分別位於主導體22和32上。擴散阻斷層(DBL)28也可位於工作電極20的主導體22上。在一個方面，主導體22和32可包括金屬箔，其與包括一層或多層導電碳粉的表面導體24和34接觸。工作電極20可包括位於第一主導體22上的第一試劑層26，而對電極30可包括位於第二主導體32上的第二試劑層36。在另一個方面，對電極30可以是對電極/參比電極或包覆著具有已知氧化或還原電位的可溶性氧化還原物類的對電極。傳感器基體10可具有其它的構造，包括如本領域所公知具有更少的部件或另外的部件的構造。有關另外的傳感器設計，參見例如美國專利第5,120,420號和第5,798,031號，這兩個專利通過引用結合到本文中。傳感器基體10優選是可將電化學系統與其周圍環境隔開的電絕緣體。在使用時，工作電極20和對電極30分別通過導體12和14與測量裝置(未顯示)電接通。測量裝置可在工作電極20和對電極30之間施加電位。測量裝置然後可定量測定在工作電極20、樣品(未顯示)和對電極30之間流動的電流。樣品可建立電極20和30之間的電接通。電極20和30的主導體22和32和任選的表面導體24和34可含有任何導電物質，包括金屬、導電聚合物和導電碳。導電物質的實例包括金屬如金、銀、鉑、鈀、銅或鎢的薄層以及導電碳粉的薄層。優選的是，在傳感器的使用過程中與樣品接觸的導體由惰性材料製成，使得導體在分析過程中不發生淨氧化或淨還原。更優選的是，在傳感器的使用過程中與樣品接觸的導體由非電離材料如碳、鉑和鈀製成。金屬可通過金屬箔的沉積、通過化學氣相沉積或通過金屬漿液的沉積來沉積在基體10上。導電碳可例如通過含碳材料的熱解或通過碳粉漿液的沉積來沉積在基體10上。所述漿液可含有超過一種類型的導電物質。例如，漿液可同時含有鈀和碳粉。在漿液沉積的情況下，流體混合物可如美國專利第5,798,031號所述作為墨水施加到基體材料。當表面導體24和34沉積在主導體22和32上時，優選製作表面導體的物質是非電離導電材料。當使用主導體22和32而沒有獨立的表面導體24和34時，優選製作主導體的導電材料是非電離材料。更優選的是，對電極30接觸第二試劑層36的部分(主導體32或表面導體34)是非電離材料。DBL可與試劑層26構成一整體，或者可以是圖2所描繪的獨立的層28。因此，DBL可形成為導體表面上的試劑/擴散阻斷層組合；形成為導體表面上的獨立的層；形成為導體表面上的獨立的層，其上是試劑層；或者形成為試劑層上的獨立的層。DBL提供具有內部體積的多孔空間，可測量物類可位於其中。選擇DBL的孔，使得可測量物類可擴散到DBL中，而實體上較大的樣品組分如RBC基本上被排斥在外。雖然常規的傳感片已使用多種材料來將RBC過濾排除出工作電極，但本發明的DBL另外提供了內部多孔空間來容納一部分可測量物類並使其與樣品主體(sample volume)分離。通過控制導體表面處的測量反應的時間長短，傳感片可以測量DBL內部的可測量物類，而將DBL外部的可測量物類排除在測量之外。相對於導體表面，DBL的內部體積會改變其所容納的可測量物類的擴散速度相對於DBL外部可測量物類的擴散速度的物理參數。由於DBL內部的可測量物類與DBL外部的可測量物類以不同的速度擴散到導體表面，工作電極處的測量反應的時間長短決定優先測量哪類可測量物類。DBL內部和外部的可測量物類雖然從分子的角度來看完全相同，但它們不同的擴散速度決定了它們的本質區別。由於工作電極20的試劑層26可包括粘合劑，在施加讀脈衝前不溶解到樣品中的任何粘合劑部分都可充當DBL。當將試劑與粘合材料組合在一起以提供對試劑的支撐並提供DBL時，粘合材料優選是至少部分水溶性的高分子材料。這樣，一部分粘合材料能溶解，而粘合材料的其餘部分可保持在主電極22上充當DBL。合適的部分水溶性高分子材料包括但不限於聚環氧乙烷(PEO)、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羥乙基纖維素(HEC)、羥丙基纖維素(HPC)、甲基纖維素、乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、羧甲基乙基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚胺基酸如聚賴氨酸、聚磺苯乙烯、明膠、丙烯酸、甲基丙烯酸、澱粉及它們的馬來酐鹽、它們的衍生物和它們的組合。以上當中，優選存在PEO、PVA、CMC和HEC，其中特別優選存在CMC和PEO。常規上用來形成將RBC排除出工作電極的過濾器的材料也可用於DBL中。相對於當材料用作過濾器時，這可通過增加材料的厚度或通過減少工作電極處測量反應的時間長短來實現。還可通過以改變材料粘度的方式形成材料來實現，粘度的改變例如通過引入鹽如氯化鈉或氯化鉀來進行。在另一個方面，DBL可以是獨立的DBL28。獨立的層28的平均初始厚度可至少為5μm，優選8-25μm，更優選8-15μm。在另一個方面，獨立的層28的平均初始厚度可至少為1μm，或優選5-25μm。當DBL是獨立的層時，它可由部分可溶性高分子材料製成，所述高分子材料例如是在試劑層26中用作粘合劑的相同材料，但不含試劑。獨立的層28可以是任何能提供所需的孔空間，但在傳感器的使用過程中部分或緩慢溶於水的材料。雖然在圖中沒有顯示，但當DBL是獨立的層28時，試劑層26可不位於獨立的層28上。相反，試劑層26可位於任何允許試劑溶解於樣品中的傳感片部分上。例如，如下文針對圖8的描述，試劑層26可位於傳感器基體10上或蓋50上。在一個方面，第一和第二試劑層可包含相同的組分，且可都位於第一和第二主導體22和32上。當分別用於工作電極20和對電極30的試劑層26和36具有不同的組成時，每個電極的試劑層可單獨進行最優化。因此，第一試劑層26可含有促進分析物反應和該反應結果向第一主導體22通訊的成分。類似地，第二試劑層36可含有促進電子在所分析樣品和第二主導體32之間自由流動的成分。例如，摻入到第二試劑層36中的可溶性氧化還原物類可進行與分析物相反的氧化還原反應。儘管氧化還原物類在使用過程中被消耗(即轉化成其對應物類)，但它可在第二試劑層36中以足夠高的濃度存在，以在分析的時標內提供相對恆定的測量電流與分析物濃度間的線性關係。因此，與兩種電極採用同樣的試劑層的傳感片相比，通過對試劑層26和36進行單獨最優化可獲得改進的性能。放置在對電極30上的可溶性氧化還原物類的摩爾比率較大，可增加傳感片的保存限期。在傳感片的製造和應用於樣品之間的時間裡，可能發生輕微程度的可溶性氧化還原物類向其對應物類的自發轉化。由於可溶性氧化還原物類過量，相對濃度還會保持很高，故傳感器在保存後還可產生準確的結果。位於第一主導體22上的第一試劑層26可包括氧化還原酶。氧化還原酶可對目標分析物具有特異性。氧化還原酶可對底物具有特異性，這樣氧化還原酶與其底物的反應受目標分析物的存在或量影響。雖然在形式意義上底物受分析物的量影響，但在本說明書和所附權利要求書中，除非另有規定，否則術語分析物意在包括樣品中存在的實際分析物或其底物。下表I中給出各種氧化還原酶及其特異性分析物的實例。
表I 例如，可將醇氧化酶用於試劑層中，以提供對樣品中醇的存在靈敏的傳感器。這種系統在測量血液醇濃度方面會很有用。在另一個實例中，可將葡萄糖脫氫酶或葡萄糖氧化酶用於試劑層中，以提供對樣品中葡萄糖的存在靈敏的傳感器。該系統在測量血液葡萄糖濃度方面，例如在已知或懷疑患糖尿病的患者中會很有用。如果兩種不同物質的濃度通過已知的關係互相關聯，那麼通過一種物質與氧化還原酶的相互作用對其進行測量，就可計算出另一種物質濃度。例如，氧化還原酶可提供對特定底物靈敏的傳感器，然後就可用該底物的測量濃度來計算目標分析物的濃度。第一試劑層26可包括介質。雖然不想受任何解釋理論的約束，但還是認為介質可在初始酶促反應中充當氧化還原輔因子，或者在與分析物的反應發生後充當氧化還原收集器(collector)，接受電子於或供給電子給酶或其它物類。在氧化還原輔因子的情況下，介質據認為是平衡分析物的氧化還原反應的物類。因此，如果分析物被還原，那麼介質就被氧化。在氧化還原收集器的情況下，另一物類可先被氧化或還原，以平衡分析物的氧化還原反應。該物類可以是氧化還原酶本身，或者可以是另一物類如氧化還原輔因子。酶促電化學電池中的介質在例如美國專利第5,653,863號中有描述，該專利通過引用結合到本文中。在一些情況下，介質可起到使氧化還原酶再生的作用。在一個方面，如果酶將分析物氧化，則酶本身被還原。該酶與介質的相互作用可導致介質被還原，同時酶被氧化回到其原始的未反應狀態。介質與工作電極20在適當的電位下的相互作用能導致一個或多個電子釋放到電極，同時介質被氧化回到其原始的未反應狀態。介質的實例包括OTM和配位化合物，包括二茂鐵化合物如1，1′-二甲基二茂鐵；和包括美國專利第5,653,863號中描述的絡合物，如亞鐵氰化物和鐵氰化物。介質的實例還包括電活性有機分子，包括輔酶如吡咯並喹啉醌(PQQ)；美國專利第4,746,607號(其通過引用結合到本文中)公開的取代的苯醌和萘醌；EP 0354441(其通過引用結合到本文中)具體公開的N-氧化物、亞硝基化合物、羥胺和8-羥基喹啉；EP 0330517(其通過引用結合到本文中)具體公開的黃素、吩嗪、吩噻嗪、靛酚和取代的1，4-苯醌和吲達胺；和美國專利第3,791,988號(其通過引用結合到本文中)公開的吩嗪鹽和吩嗪鹽。有關生物氧化還原系統的電化學介質的綜述可參見AnalyticaClinica Acta.140(1982)第1-18頁。電活性有機分子介質的實例還包括美國專利第5,520,786號(其通過引用結合到本文中)描述的介質，包括3-苯基亞氨基-3H-吩噻嗪(PIPT)和3-苯基亞氨基-3H-吩嗪(PIPO)。第二試劑層36可包括可溶性氧化還原物類。可溶性氧化還原物類進行與氧化還原酶的分析物反應相對的氧化還原反應，並因此被轉化成氧化還原對中的其對應物類。例如，如果分析物被還原，則可溶性氧化還原物類被氧化；而如果分析物被氧化，則可溶性氧化還原物類被還原。氧化還原對的對應物類也可存在於所述層中，但優選以低於第一(primary)氧化還原物類的濃度的濃度存在。更優選的是，對電極上試劑層中的氧化還原物類專門是進行與氧化還原酶底物反應相對的反應的可溶性氧化還原物類。可溶性氧化還原物類可以是電活性有機分子、有機過渡金屬絡合物、過渡金屬配位化合物或者它們的組合。合適的電活性有機分子可包括輔酶吡咯並喹啉醌(PQQ)、取代的苯醌和萘醌、N-氧化物、亞硝基化合物、羥胺、8-羥基喹啉、黃素、吩嗪、吩噻嗪、靛酚、吲達胺、吩嗪鹽和吩嗪鹽。合適的可溶性氧化還原物類還可以是OTM絡合物或過渡金屬配位化合物。許多過渡金屬作為與氫、氧、硫或其它過渡金屬的化合物的形式天然存在，通常觀察到這些過渡金屬處在一個或多個氧化態。例如，通常發現鐵、鉻和鈷處在+2(即II)或+3(即III)氧化態。因此，鐵(II)和鐵(III)是氧化還原對的兩個物類。許多元素金屬或金屬離子只微溶於含水環境中。該溶解性的缺乏限制了它們在電化學分析系統中作為氧化還原物類平衡氧化還原反應的效用。本來微溶的金屬或金屬離子的溶解性可通過與配位體的鍵合或配位來改進。通常，有機過渡金屬絡合物或過渡金屬配位化合物中的金屬，是在傳感片的使用過程中絡合物中實際發生還原或氧化的部分。例如，二茂鐵[Fe(II)(C5H6)2]和亞鐵氰化物[Fe(II)(CN)6]4-中的鐵中心處在+2形式氧化態，而鐵氰化物[Fe(III)(CN)6]3-則含有處於+3形式氧化態的鐵。亞鐵氰化物和鐵氰化物一起形成氧化還原對。取決於工作電極試劑層中存在的氧化還原酶的類型，這兩個金屬絡合物之任一者都可用作對電極上試劑層中的可溶性氧化還原物類。含有過渡金屬配位化合物的氧化還原對的實例是兩種六胺釕物類[Ru(III)(NH3)6]3+和[Ru(II)(NH3)6]2+的組合。可溶性氧化還原物類在電化學傳感片的使用過程中能夠形成氧化還原對。存在於對電極30上試劑層36中的該氧化還原對物類(稱為第一物類)，優選以比同一氧化還原對中的對應物類(即第二物類)更大的摩爾數量存在。優選的是，第一物類與第二物類的摩爾比為至少1.2∶1。更優選的是，第一物類與第二物類的摩爾比為至少2∶1。再更優選的是，第一物類與第二物類的摩爾比至少為10∶1或至少100∶1。在目前特別優選的一個方面，在傳感片用於分析前氧化還原對的第二物類以至多千分之一(1ppt)或至多百萬分之一(1ppm)的量存在。優選的是，可溶性氧化還原物類溶解於樣品中，並與分析物和其它樣品組分混合。可溶性氧化還原物類隨時間推移會與酶和介質混合，儘管這在分析的進程中可能不會發生到任何可測量程度。可溶性氧化還原物類不被機械屏障將其與液體樣品分離開來，也不會由於其在與液體樣品不同的單獨相中的存在而與液體樣品分離開來。在一個優選實施方案中，選擇相對於標準氫電極(SHE)具有+0.24伏或更高的標準還原電位的可溶性氧化還原物類。在另一個優選實施方案中，選擇相對於SHE具有+0.35伏或更高的標準還原電位的可溶性氧化還原物類。在又一個優選實施方案中，選擇相對於SHE(0.01MHCl中)具有約+0.48伏還原電位的氧化還原物類。因此，有很多種氧化還原酶、介質和可溶性氧化還原物類組合可用來製備電化學分析傳感器。氧化值相對於氧化還原對中的對應物類較高或較低的可溶性氧化還原物類的使用，受在工作電極處要進行的反應類型支配。在一個實施例中，分析物通過與氧化酶或脫氫酶的相互作用而發生氧化。在該情況下，對電極上的較為濃縮的氧化還原物類具有較高的氧化值。該情形的一個具體實例是用葡萄糖氧化酶或葡萄糖脫氫酶分析葡萄糖。在另一個實施例中，分析物通過與還原酶的相互作用而受到還原。在該情況下，對電極上的較為富集的氧化還原物類具有較低的氧化值。在任一個這些實施例中，介質可以是和對電極上較為富集的氧化還原物類相同的物質，或者是另一氧化還原對的氧化還原物類。圖3是傳感器基體10的頂視圖，包括在介電層40下方的導體12和14以及電極20和30。介電層40可部分覆蓋電極20和30，且可由任何合適的介電層如絕緣聚合物製成。介電層40可將電極接觸到第一和第二試劑層26和36的部分與電極接觸到導體12和14的部分分隔開來。如果存在介電層40，可在分別用試劑層26和36包覆電極20和30之前、過程中或之後將其沉積在傳感器基體10上。可通過任何便利的方法，如印刷沉積、液體沉積或噴墨沉積，用試劑層26、36包覆電極20、30。在一個方面，試劑層通過印刷法沉積在電極20、30上。在其它因素相當的條件下，印刷刀片的角度會逆向影響位於電極20、30上的試劑層的厚度。例如，當刀片以大約82°角度向傳感器基體10移動時，所得的一層或多層試劑層可具有大約10μm的厚度。類似地，當採用朝向傳感器基體10大約為62°的刀片角度時，則可產生更厚的30μm層。在這個方面，較低的刀片角度可提供較厚的試劑層。除刀片角度外，其它因素也會影響所得的試劑層26、36的厚度，包括構成試劑層的材料的厚度。圖4-6是三電極傳感片的頂視圖，每個傳感片都具有傳感器基體10、工作電極20、對電極30、導體12和14、導體13和第三電極70。第三電極70可通過導體13與測量裝置(未顯示)電接通。測量裝置可測量在工作電極20、第三電極70和建立電極間電連通的樣品(未顯示)之間的電位流動。在另一個方面，測量裝置可給工作電極20、第三電極70和樣品施加電位並進行測量。傳感器基體10可具有其它的構造，包括如本領域所公知具有更少的部件或另外的部件的構造。圖7是圖5的傳感器基體10的端視圖，描繪任選第三電極70。在一個方面，任選第三電極70可以是真參比電極。在另一個方面，第三電極70可以用包含可溶性氧化還原物類的第三試劑層76進行包覆。任選第三電極表面導體74可位於第三主導體72上。在一個方面，第三主導體72包括金屬箔，而表面導體74包括一層或多層導電碳粉。第三試劑層76和第二試劑層36可包括相同的組分，或者具有不同的組分，這取決於預定的用途。在一個方面，第三試劑層76是第二試劑層36的一部分，第二試劑層36沉積在主導體32和72上。當表面導體74沉積在主導體72上時，優選製作表面導體的物質是非電離導電材料。當使用主導體72而沒有獨立的表面導體層74時，優選製作主導體的導電材料是非電離材料。更優選的是，第三電極70接觸第三試劑層76的部分(主導體72或表面導體74)是非電離材料。第三試劑層76可包括與第一和第二試劑層26(未顯示)和36相同的組分。在另一個方面，第三試劑層76可包括與第二試劑層36相同的組分。在又一個方面，第三試劑層76可包括專門適用於促進電子在待分析樣品和第三主導體72之間自由流動的成分。試劑層76可含有如上針對圖2所述的可溶性氧化還原物類。優選第三電極70的試劑層76在組成上與對電極30的試劑層36完全相同。如果第三電極和對電極上的試劑層完全相同，那麼用單獨一份試劑層組合物來包覆這兩個電極是適宜的。第三電極70的使用對於一些應用來說是適宜的。所施加的電壓準確度提高，能使分析物的測量準確度更好。當使用第三電極70時，還有可能做到減少對電極30的尺寸或者施加更少量的氧化還原物類到對電極。如果如圖6所示將第三電極70安置在對電極30的上遊，則當施加到傳感片的樣品不足時(這種情況稱之為「未充滿」)也有可能進行檢測。當有充足的樣品來使工作電極20和第三電極70之間的電路完整，但沒有充足的樣品來覆蓋對電極30時，會出現未充滿檢測的情況。電池中電流的缺乏會被以電子方式轉換成信號送給使用者，指示使用者給傳感片添加更多的樣品。圖8是裝配好的傳感片800的透視圖，所述傳感片包括傳感器基體10，其至少部分上被蓋50覆蓋，所述蓋包括出口54、凹入區52和輸入端開口60。優選蓋50覆蓋但不接觸試劑層26和36(未顯示)，從而提供蓋50和電極之間的間隙56。可通過將液體樣品引入到傳感片800的開口60，將生物樣品轉移到電極。液體將間隙56充滿，同時通過出口54將間隙56先前包含的空氣排出。這樣，樣品造成電極間的電接通。間隙56可含有幫助將液體樣品保留在間隙中的物質(未顯示)，所述保留通過將樣品及其內容物固定化在電極上方區域中來進行。這種物質的實例包括水可溶脹聚合物如羧甲基纖維素和聚乙二醇；和多孔聚合物基質如葡聚糖和聚丙烯醯胺。如果通過開口60引入的樣品含有氧化還原酶所作用的分析物，則一旦試劑層和樣品發生接觸，分析物和該酶之間的氧化還原反應就會開始。所發生的氧化還原反應產生或消耗的電子可通過在工作電極和對電極之間施加電位(即電壓)並測量電流來定量。可將該電流測量與樣品中的分析物濃度關聯起來，條件是系統已用含有已知量分析物的類似樣品進行過校準。或者，可用第三電極70(圖4-7)來監測所施加的電壓。電位預定值的任何偏移都可通過第三電極給電路提供反饋，使電壓能得到適當調整。測量裝置優選具有必要的電路和微處理器來提供有用的信息，如樣品中的分析物濃度、患者體內的分析物濃度或者與被測分析物相關的另一物質的相應濃度。一旦通過開口60引入樣品，樣品就開始溶解並與試劑層26、36和任選的76發生反應。在施加電位前提供一「孵化期」是有利的，在這期間試劑將一部分分析物轉化成可測量物類。雖然可採用較長的孵化期，但優選在通過開口60引入樣品的同時或緊接之後，就給傳感片800初始施加電壓。對孵化期的更為深入的論述可在美國專利第5,620,579號和第5,653,863號中找到。初始施加的電壓可維持設定的時間段，如對於常規傳感片為約10秒，然後停止。然後在設定的延遲時間段可不施加電壓，例如常規傳感片的約10秒。在該延遲時間後，可在傳感片的工作電極和對電極之間施加恆定的電位或「讀脈衝」，以測量分析物的濃度。對於常規的安培傳感器，施加該讀脈衝，同時在5-10秒的讀時間內監測電流。就間隙56所容納的樣品體積而言，5-10秒的讀脈衝是相當長的。與常規的5-10秒的讀脈衝不同，當工作電極20(圖2)配置本發明的DBL時，優選較短的讀時間。圖9A和9B描繪了在施加長和短的讀脈衝過程中具有導體表面930和DBL 905的工作電極900。樣品(未顯示)施加到工作電極900，包括位於DB L905上的RBC920、位於樣品中的外部可測量物類910和位於DBL 905當中的內部可測量物類915。如圖9A所示，當將長的10秒讀脈衝施加到工作電極900時，外部和內部可測量物類910和915都通過氧化態的變化在導體表面930的表面處被測量。在該測量過程中，外部可測量物類910擴散通過保留著RBC 920的樣品區和通過DBL 905，從而在表面930處被測量。如前面所討論，測量過程中外部可測量物類910通過RBC920的擴散會引入血細胞比容效應。此外，如圖9A所描繪，施加到具有DBL的傳感片的長讀脈衝的運行方式與施加到無DBL的傳感片的短讀脈衝相似。相似是因為可測量物類在讀脈衝期間要擴散通過RBC才在導體表面處被測量。在任一情況下，讀脈衝期間所測量到的物類基本上來源於測試樣品。和圖9A不同，圖9B描繪的情況是讀脈衝施加到具有本發明的DBL 905的傳感片900。在這種情況下，DBL 905中存在的內部可測量物類915在表面930處發生氧化態的變化。在讀脈衝期間基本上所有的位於DBL 905外部的可測量物類910要麼仍保持在DBL的外部，要麼基本上沒有擴散通過DBL 905到達導體表面930。因此，本發明基本上將外部可測量物類910排除在測量之外，而是測量位於DBL 905內部的可測量物類915。圖10A和10B這兩個圖說明了當按本發明將DBL與短讀脈衝結合時測量準確度的改進。將全血樣品與亞鐵氰化物以5∶1稀釋比組合，以代表潛在的葡萄糖濃度，並以1秒讀脈衝進行測量。因此，初始的20％、40％和60％血細胞比容全血樣品被稀釋成16％、32％和48％血細胞比容(所有三個血細胞比容值都減少20％)。20％、40％和60％圖線代表血細胞比容分別為16％、32％和48％的血液樣品所測量到的電流。圖10A顯示由沒有DBL的裸導體傳感片因血細胞比容和其它效應所引入的誤差。誤差以20％和60％血細胞比容圖線之間的差異(總血細胞比容偏差範圍)表示，代表了可歸因於血細胞比容效應的最大測量誤差。偏差值越小則代表結果越準確。如上文針對圖9A所討論，當使用DBL和較長的讀脈衝時，觀察到類似的表現。相反，圖10B顯示當將本發明的DBL與1秒讀脈衝結合時，20％和60％校準圖線之間的距離明顯減少。將PEO聚合物和10％KCl的獨立DBL(不含試劑)印刷在上文圖10A所用的導體表面上。令人驚訝的是，DBL/短讀脈衝情況下的血細胞比容總偏差範圍比無DBL的總偏差範圍少了差不多三分之二。因此，本發明與常規的裸導體電極相比顯著增加了測量準確度。雖然不想受任何具體理論的約束，但目前還是認為，通過相對於DBL厚度限制讀時間的長度，本發明可利用到這樣的現象可測量物類擴散到DBL孔中的速度是可變的，而可測量物類從DBL的內部體積嚮導體表面的擴散速度是恆定的。認為由全血基質造成的向DBL中擴散程度的變化產生了血細胞比容效應。因此，由包括RBC的樣品組分引入的測量誤差(偏差)，可通過基本上將測量限制於DBL內部體積中存在的可測量物類(其據認為具有相對恆定的擴散速度)來減少。圖11A和11B這兩個圖證實了當採用DBL時由讀脈衝持續時間的減少引起的準確度改進。圖11A顯示在無DBL情況下，0.9、5、10和15秒讀脈衝下的偏差幾乎完全相同。不管讀脈衝的長度如何，總偏差範圍值為～40％和以上(平均50％)，因為介質到達導體表面的能力受到樣品組分(包括RBC)的影響。但是，如圖11B所示，當採用DBL時，取決於亞鐵氰化物濃度，0.9秒讀脈衝的偏差總體上是5秒讀脈衝所觀察到的偏差的一半以下，且可比常規的10秒讀脈衝所觀察到的偏差低2.5倍。當與DBL結合時優選小於5秒的讀脈衝，更優選小於3秒的讀脈衝。在另一個方面，優選0.1-2.8或0.5-2.4秒的讀脈衝。在又一個方面，優選0.05-2.8或0.1-2.0秒的讀脈衝。目前，更優選0.8-2.2或0.8-1.2秒的讀脈衝，尤其優選0.1-1.5或0.125-0.8秒的讀脈衝。可選擇施加讀脈衝過程中存在的DBL的厚度，使得在脈衝過程中基本上阻止位於DBL外部的可測量物類擴散到導體表面。圖12這個表格比較了用多種類型具有DBL的傳感片進行的多個分析得到的，1秒和10秒讀脈衝的偏差結果。該表顯示了含有50、100、200和400mg/dL葡萄糖的全血樣品的總偏差範圍值。50mg/dL樣品列出的是絕對偏差值，而100、200和400mg/dL樣品則顯示％偏差。對於10秒和1秒讀脈衝，都對各個葡萄糖濃度的偏差值取平均值。較短的1秒讀脈衝與常規的10秒都脈衝相比，使偏差值極大地降低，降低率為約21％至約90％。對於所進行的36個試驗，總體的平均偏差降低率為約50％。因此，本發明的DBL與短讀脈衝的組合顯著地提高了測量準確度。圖13A-13C這三個圖說明了具有DBL的傳感片採用短讀脈衝準確測量樣品的真實葡萄糖濃度的能力。這些圖的基礎數據通過測量含有作為可測量物類的亞鐵氰化物的全血和血漿溶液中的電流來收集。由於血漿樣品缺乏RBC，血漿測量沒有因血細胞比容效應而引入的誤差。相反，在全血樣品上所作的測量包括了血細胞比容效應所引入的誤差。圖13A將裸導體傳感片在1秒讀脈衝下收集到的血漿和全血測量值建立關聯。所得相關性圖線的斜率只有0.43，表明全血樣品中存在的可測量物類平均只有43％被測量到。與此對比，圖13B將具有DBL的傳感片在1秒讀脈衝下收集到的血漿和全血測量值建立關聯。所得相關性圖線的斜率為明顯較高的0.86，表明全血樣品中存在的可測量物類有86％被測量到。因此，與裸導體相比，相對全血樣品中實際分析物濃度，本發明短的讀脈衝結合DBL可提供測量的100％改進。圖13C說明讀脈衝持續時間降低能提高配置有本發明DBL的傳感片的測量性能。圖中顯示了前面針對圖13A和13B描述的全血和血漿樣品中獲得的1、5和10秒讀脈衝測量值的相關性圖線。1、5和10秒脈衝的相關性圖線斜率分別為0.86、0.78和0.71。因此，讀脈衝持續時間的降低能減少測量誤差。當使用DBL/試劑層組合時，初始脈衝和延遲的長度影響到在以後施加的讀脈衝過程中的DBL厚度。如前面所討論，DBL/試劑層組合依賴於能在施加讀脈衝前部分溶解到樣品中的水溶性粘合材料。在讀脈衝過程中仍保持的含試劑的粘合材料充當著DBL。由於樣品一通過開口60(圖8)引入，粘合材料就開始溶解，在初始脈衝和延遲期過程中所經過的時間影響到有多少組合層在讀脈衝過程中仍保持導體表面上。因此，為確保有充足的粘合材料保持在導體上充當有效的DBL，可優選較短的初始脈衝和延遲時間。但是，取決於讀脈衝的持續時間，DBL厚度存在著優選的上限，因為DBL厚度增加可能導致傳感器系統未能在施加讀脈衝前達到「穩態」。在傳感器系統達到穩態前，DBL中的可測量物類的濃度並不準確地代表樣品中的可測量物類的濃度。在一個方面，DBL和樣品中可測量物類濃度間的該差異可歸因於DBL復水狀態的變化。因此，如果在達到穩態條件前施加讀脈衝和進行記錄，所測量到的可測量物類的濃度可能與樣品中的濃度不相關。DBL和樣品中可測量物類濃度間的相關性的該缺乏可能會給測量引入誤差，從而抵消掉通過將位於DBL外部的可測量物類排除在測量之外所另外獲得的準確度改進。圖14A至14F這六個圖說明了當採用不同初始厚度的DBL/試劑層組合及連續的1秒讀脈衝時，所獲得的多個葡萄糖濃度結果。數據是採用多個200mV讀脈衝獲得的，每個讀脈衝持續時間1秒，被0.5秒等待時間隔開。下表II列出了每個圖的大約平均DBL/試劑層厚度和達到穩態的大約時間。當單個讀脈衝獲得的最後時間數據點代表了任何單個讀脈衝獲得的最後時間數據點中的最大電流值時，可觀察到穩態條件的大致開始。因此，對於圖14F，在約1.5秒時起始的讀脈衝的最後時間(最右邊)～1750nA數據點確定出，穩態在674.8mg/dL葡萄糖濃度下在約2.5秒時達到。
表II 表II的數據確定，對於0.5秒延遲後1秒讀脈衝來說，DBL/試劑層組合的平均初始厚度優選小於30或23微米(μm)，更優選小於16μm。0.5-5秒延遲後0.5-1.2秒讀脈衝時所用的DBL/試劑層組合的優選平均初始厚度是5-15μm或11-14μm。0.5-5秒延遲後0.05-2.8秒讀脈衝時所用的DBL/試劑層組合的更優選平均初始厚度是1-15μm或2-5μm。因此，對於0.8-1.2秒讀脈衝來說，這些厚度在讀脈衝過程中基本上將可測量物類排除在導體表面之外，同時讓傳感器系統達到穩態。雖然施加到導體的試劑層的優選初始厚度決定於初始脈衝長度、延遲時間和讀脈衝的持續時間，但對於5秒以下的讀脈衝持續時間，優選5-30μm或1-20μm的試劑層厚度。此外，對於持續時間1.5秒或以下的讀脈衝，優選試劑層厚度為1-10μm或2-5μm。可根據何時達到穩態，給特定的讀脈衝長度(如表II的1秒讀脈衝)選擇所需的DBL/試劑層組合平均初始厚度。在一個方面，優選6秒以下的初始脈衝和延遲時間。更優選初始脈衝時間1-4秒，延遲時間0.5-5秒。在一個更優選的方面，選定初始脈衝和延遲時間，使得當施加讀脈衝時，至少有50％的DBL/試劑層組合平均初始厚度仍保持在導體表面上。在另一個方面，當施加讀脈衝時，有60-85％或70-80％的組合層平均初始厚度仍保持在導體表面上。對於特定的讀脈衝長度，優選的DBL厚度還可能取決於DBL的性質。測量過程中可測量物類移動通過DBL越慢，所需的DBL越薄。但是，如果可測量物類擴散通過DBL太慢，則可能難以獲得所需的穩態條件。可測量物類擴散通過DBL的速度，還可用會影響測試樣品和/或DBL孔內部的離子強度的添加劑來改變。在一個方面，添加劑可以是鹽如氯化鈉或氯化鉀，其以1-2摩爾的濃度存在於沉積溶液/漿中。也可使用化學領域普通技術人員公知的影響測試樣品離子強度的其它鹽和組合物。以3秒以下的讀脈衝測量DBL中可測量物類的另一個優點是，因傳感片800(圖8)的間隙56中樣品體積不同造成的測量不精確得以減少。如果讀脈衝持續到基本上所有間隙56中存在的可測量物類都被測量，則所作測量不再代表樣品中可測量物類的濃度，相反是在測量間隙56中的可測量物類的量；這是完全不同的測量。當讀脈衝相對於間隙56的體積來說變長時，電流測量將決定於間隙56的體積而不是潛在的分析物濃度。因此，如果脈衝長度「超越(overshoot)」間隙56中存在的可測量物類，則較長的讀脈衝可導致出現對分析物濃度而言十分不準確的測量。因此，電化學傳感片中間隙56的體積的任何差異，都可能導致測量不精確，因為測量裝置中的電子器件對每個測試都施加相同的電位和執行相同的計算。因此，對於相同的樣品，如果讀脈衝超越間隙體積，間隙體積較大的常規傳感片顯示的分析物濃度高於間隙體積較小的傳感片。通過將測量基本上限制於DBL中存在的可測量物類，本發明可減少由間隙體積不同的各個傳感片所引入的不精確。這樣就可減少其它情況下傳感片的製造差異對測量結果產生的影響。圖15比較了當施加1、5、10和15秒讀脈衝時，具有DBL和1、3、5和10mL間隙體積的各傳感片之間的精密度。表A給出的數據是在2秒前脈衝和4秒延遲後緊接著1、5、10和15秒讀脈衝時收集的數據。表B給出的數據是在4秒前脈衝和2秒延遲後緊接著1、5、10和15秒讀脈衝時收集的數據。對於每個間隙體積和讀脈衝持續時間的組合，各校準圖線的斜率和截距間的差異以％-CV表示。表A和B的％-CV值表明，隨著讀脈衝持續時間的增加，因間隙體積的差異造成的測量不精確也增加。對於兩種脈衝順序，各間隙體積之間的偏差對～1秒讀脈衝來說最小，對15秒讀脈衝來說最大。這些結果進一步證實了按本發明採用DBL與短脈衝長度的好處。當測量間隙56(圖8)中存在的可測量物類時，除了血細胞比容效應和間隙體積差異之外，如果液體樣品在測量過程中移動，也會引入分析物讀數正誤差。樣品的該移動會將新分析物引入到工作電極周圍已經存在恆定擴散模式的區域，從而使測量歪曲。本發明通過測量DBL內部的具有相對恆定擴散速度的可測量物類，同時基本上將DBL外部的擴散速度可變的可測量物類排除在測量之外，可進一步減少由樣品移動引入的測量誤差。雖然已描述了本發明的各種實施方案，但本領域技術人員顯而易見的是，在本發明的範圍內還可能有其它實施方案和實施方式。因此，除所附權利要求及其等同權利要求外，本發明不受其它限制。
權利要求
1.一種電化學傳感片，所述傳感片包括基體；在所述基體上的第一電極，所述第一電極包括至少一個在第一導體上的第一層，所述第一層包括試劑層；和在所述基體上的第二電極，選擇所述第一層的厚度，使得分析物分析過程中給所述第一電極和第二電極施加的讀脈衝基本上檢測在所述第一層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第一層外部的可測量物類。
2.權利要求1的電化學傳感片，其中所述試劑層包含氧化還原酶和粘合劑。
3.前述權利要求中任一項的電化學傳感片，其中所述第二電極包括在第二導體上的第一層。
4.前述權利要求中任一項的電化學傳感片，其中所述讀脈衝的持續時間在5秒以下。
5.權利要求1-3中任一項的電化學傳感片，其中所述讀脈衝的持續時間在3秒以下。
6.權利要求1-3中任一項的電化學傳感片，其中所述讀脈衝的持續時間為0.05秒至2.8秒。
7.權利要求1-3中任一項的電化學傳感片，其中所述讀脈衝的持續時間為0.1秒至1.5秒。
8.前述權利要求中任一項的電化學傳感片，其中所述第一層的平均初始厚度為至少1μm。
9.權利要求1-7中任一項的電化學傳感片，其中所述第一層的平均初始厚度在30μm以下。
10.權利要求1-7中任一項的電化學傳感片，其中所述第一層的平均初始厚度為1-30μm。
11.權利要求1-7中任一項的電化學傳感片，其中所述第一層的平均初始厚度為5-25μm。
12.前述權利要求中任一項的電化學傳感片，其中進一步選擇所述第一導體上的第一層的平均初始厚度，使得當施加讀脈衝時至少50％的厚度保持在所述導體上。
13.權利要求1-11中任一項的電化學傳感片，其中進一步選擇所述第一導體上的第一層的平均初始厚度，使得當施加讀脈衝時70-80％的厚度保持在所述導體上。
14.一種電化學傳感片，所述傳感片包括基體；在所述基體上的第一電極，其中所述第一電極包括至少一個在第一導體上的第一層，所述第一層包括試劑層和在所述第一導體與所述第一層之間的第二層；和在所述基體上的第二電極，選擇所述第二層的厚度，使得分析物分析過程中給所述第一電極和第二電極施加的讀脈衝基本上檢測所述第二層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第二層外部的可測量物類。
15.權利要求14的電化學傳感片，其中所述第二層的平均初始厚度為至少1μm。
16.權利要求14的電化學傳感片，其中所述第二層的平均初始厚度為5-25μm。
17.權利要求14-16中任一項的電化學傳感片，其中所述第二層不包括大量的氧化還原酶和介質之至少一者。
18.權利要求14-17中任一項的電化學傳感片，其中所述第二層包含聚合物材料。
19.權利要求18的電化學傳感片，其中所述所述聚合物材料包括聚環氧乙烷、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、它們的衍生物和它們的組合之至少一者。
20.權利要求18的電化學傳感片，其中所述所述聚合物材料部分溶於水。
21.一種提高定量分析物測定的準確度的方法，所述方法包括將具有液體成分的含分析物的樣品引入到電化學傳感片，所述傳感片具有基體、在所述基體上的第一導體、在所述基體上的第二導體和至少一個在至少所述第一導體上的第一層，其中所述至少一個第一層包括包含粘合劑的試劑層，而樣品提供所述第一導體和第二導體之間的電接通；在所述第一導體和第二導體之間施加讀脈衝形式的電位，所述讀脈衝施加的持續時間基本上檢測所述第一層當中的可測量物類，而基本上不檢測所述第一層外部的可測量物類；測量所述讀脈衝，以提供所述樣品中分析物濃度的定量數值，所述測量相對於基本上檢測所述第一層外部的可測量物類的電化學傳感片具有提高的準確度。
22.權利要求21的方法，其中所述提高的準確度至少部分由通過液體移動效應引入到分析物濃度測定的誤差的減少所導致。
23.權利要求21-22中任一項的方法，所述方法進一步包括改進多個電化學傳感片之間的分析物濃度定量值的精密度，其中所述樣品位於每個傳感片的基底和蓋之間形成的間隙中，所述間隙的體積在所述多個電化學傳感片的個體之間有變化。
24.權利要求21-23中任一項的方法，所述方法進一步包括在施加讀脈衝之前施加初始脈衝和時間延遲。
25.權利要求24的方法，其中所述初始脈衝為1-4秒。
26.權利要求24的方法，其中所述時間延遲為2-4秒。
全文摘要
本發明涉及改進的電化學生物傳感片和測定樣品中分析物濃度的方法。通過選擇性測量位於擴散阻擋層中的可測量物類，而基本上排除位於擴散阻擋層外部的可測量物類，可減少由樣品組成(如紅細胞)和製造差異引入的測量誤差。
文檔編號G01N33/487GK101073000SQ200580042103
公開日2007年11月14日 申請日期2005年10月12日 優先權日2004年10月12日
發明者伍煥平 申請人:拜爾健康護理有限責任公司