專利名稱：用于生物傳感器的低總鹽試劑組合物和系統(tǒng)的制作方法
用于生物傳感器的低總鹽試劑組合物和系統(tǒng)相關申請的參考本申請要求于2008年12月8日提交的題目為“低鹽試劑組合物(Low-Mlt Reagent Composition) ”的美國臨時申請No. 61/201，242的優(yōu)先權，在此引入它的全部內容作為參考。
背景技術：
生物傳感器提供對諸如全血、血清、血漿、尿液、唾液、間質或細胞內液等生物流體的分析。通常，生物傳感器具有用來分析存放在測試傳感器上的樣品的測量裝置。樣品通常是液態(tài)，并且可以是生物流體或生物流體的衍生物，如提取物、稀釋物、濾出物或復水的沉淀物。生物傳感器執(zhí)行的分析測定一種或多種分析物在生物流體中的存在和/或濃度。 分析物的例子包括醇、葡萄糖、尿酸、乳酸鹽、膽固醇、膽紅素、游離脂肪酸、甘油三酸酯、蛋白質、酮、苯丙氨酸或酶。這種分析可以用于診斷和治療生理異常。例如，糖尿病患者可以使用生物傳感器來測定全血中的葡萄糖水平，并且這種信息可以用于調整患者的飲食和/ 或用藥。生物傳感器可以被設計成分析一種或多種分析物，并且可以使用不同的樣品體積。一些生物傳感器可以分析一滴全血，例如體積為0.25-15微升(μ L)的全血。生物傳感器可以利用臺式、便攜式等測量裝置來實施。便攜式測量裝置可以是手持式的，并且可以對樣品中的一種或多種分析物進行識別和/或量化。便攜式測量裝置的例子包括可得自 Tarrytown, New York 的 Bayer HealthCare 的 Ascensia Breeze 禾口 Elite 測量儀；而臺式測量裝置的例子包括可得自Austin，Texas的CH Instruments的電化學工作站。具有更短的分析時間、同時具有所希望的準確度和/或精確度的生物傳感器為使用者提供了巨大的好處。在電化學生物傳感器中，通過當將輸入信號施加到樣品時分析物或響應于分析物的物質的氧化/還原反應或氧化還原反應所產生的電信號來測量分析物濃度。輸入信號可以作為單個電脈沖或多脈沖、序列或循環(huán)的形式來施加?？梢栽跇悠分刑砑又T如酶或類似物質等氧化還原酶以增強在氧化還原反應過程中電子從第一種物質向第二種物質的轉移。 酶或類似物質可以與一種分析物發(fā)生反應，從而對所產生的輸出信號的一部分提供了特異性。電化學生物傳感器通常包括測量裝置，而測量裝置具有與測試傳感器中的電導體連接的電觸點。測試傳感器可以在活有機體的體外、體內或部分體內使用。當在活有機體體外使用時，將生物流體的樣品引入測試傳感器中的樣品儲集器內?？梢栽谝敕治鲇脴悠分?、之后或期間將測試傳感器放在測量裝置中。當在活有機體體內或部分體內時，可以連續(xù)地將測試傳感器浸在樣品中，或者可以間歇地將樣品弓I入測試傳感器中。測試傳感器可以包括部分地隔離一定體積樣品的儲集器，或者測試傳感器可以向樣品開放。類似地，樣品可以連續(xù)地流經測試傳感器或被中斷以進行分析。對于電化學生物傳感器，導體可以由諸如固體金屬、金屬膏、導電碳、導電碳膏和導電聚合物等導電物質制成。電導體通常與延伸到樣品儲集器中的工作電極、反電極、參比電極、和/或其他電極連接。一個或多個電導體也可以延伸到樣品儲集器中以獲得電極不能提供的功能?？梢岳弥T如美國專利No. 6，531，040,5, 798，031和5，120，420等中所描述的多
種技術通過在絕緣基體上設置或印刷電極來形成測試傳感器?？梢酝ㄟ^在一個或多個導體上布置一種或多種試劑組合物來形成電極。例如，當工作電極和反電極由同種組合物涂布時，超過一個的導體可以由同種試劑組合物涂布。本領域技術人員已知的多種技術可以用于將試劑組合物布置在測試傳感器上。試劑組合物可以作為試劑流體布置在導體上，然后干燥。當樣品被引入測試傳感器時，試劑組合物開始再水合。不同的試劑組合物可以布置在導體上。因而，工作電極的試劑組合物可以含有酶、 介體和粘合劑，而反電極的試劑組合物則含有可以與工作電極的介體相同或不同的介體以及粘合劑。試劑組合物可以含有用于促進分析物氧化或還原的諸如氧化還原酶等電離劑以及有助于分析物和工作電極之間的電子轉移的任何介體或其他物質。除了用于將試劑粘合在一起之外，例如，粘合劑可以幫助紅血球的過濾、防止紅血球在導體表面上的涂布以及氧化還原酶的穩(wěn)定。從測試傳感器獲得輸出信號越快，分析完成的就越快，其中在測試傳感器中可以從輸出信號精確測量分析物濃度。因而，具有更短分析時間、同時具有所希望的準確度和/ 或精確度的含有試劑組合物的生物傳感器可以為使用者提供巨大的好處。從準確度和/或精確度方面定義生物傳感器系統(tǒng)的測量性能。準確度和/或精確度的提高可以改善系統(tǒng)的測量性能。準確度可以表示為傳感器系統(tǒng)的分析物讀數相對于參考分析物讀數的偏差，偏差值越大，代表準確度越低。精確度可以表示為多個分析物讀數的偏差相對于平均值的展度或方差。偏差是指從生物傳感器系統(tǒng)測量的生物流體中的分析物濃度的一個或多個值與一個或多個采納的參考值之間的差異。因而，測量分析中的一種或多種誤差會導致生物傳感器系統(tǒng)的測得的分析物濃度的偏差。偏差可以表示為“絕對偏差” 或“偏差％”。絕對偏差可以測量的單位表示，如mg/dL，而偏差％可以表示為絕對偏差值相對于參考值的百分比?？梢允褂脜⒖純x器獲得采納的參考值，例如得自YSI Inc. , Yellow Springs，Ohio 的 YSI 2300 STAT PLUS 。生物傳感器系統(tǒng)可以在包括一種或多種誤差的生物流體分析中提供輸出信號。例如，當輸出信號的一個或多個部分或整個輸出信號未響應于或者不當地響應于樣品的分析物濃度時，這些誤差可能會在異常輸出信號中反映出來。這些誤差可以來自一種或多種貢獻因素，如樣品的物理特性、樣品的環(huán)境方面、系統(tǒng)的操作條件、干擾物質等。樣品的物理特性包括血細胞比容(紅血球)濃度等。樣品的環(huán)境方面包括溫度等。系統(tǒng)的操作條件包括樣品尺寸不夠大時的未足量條件、樣品的緩慢填充、樣品與測試傳感器的一個或多個電極之間的間歇電接觸、與分析物相互作用的試劑的分解等。干擾物質包括抗壞血酸、尿酸、對乙酰氨基酚等?？赡艽嬖谝鹫`差的其他貢獻因素或貢獻因素的組合。許多生物傳感器系統(tǒng)包括一種或多種校正與分析有關的誤差的方法。從具有誤差的分析獲得的濃度值可能不準確。因而，校正這些不準確分析的能力可以提高獲得的濃度值的準確度。誤差校正系統(tǒng)可以補償一種或多種誤差，如不同于參考溫度的樣品溫度或不同于參考血細胞比容值的樣品血細胞比容含量。例如，常規(guī)生物傳感器系統(tǒng)可以被構造成在假設全血樣品的血細胞比容含量為40% (ν/ν)的前提下報告葡萄糖濃度，而不管樣品的實際血細胞比容含量如何。在這些系統(tǒng)中，對于含有小于或大于40%血細胞比容的血液樣品進行的任何葡萄糖測量都將包括誤差，并因而具有歸因于血細胞比容效應的偏差。因此，持續(xù)需要改進的生物傳感器系統(tǒng)，特別是可以提高樣品中的分析物濃度測量的準確度和/或精確度的那些生物傳感器系統(tǒng)。此外，需要可以提供越來越短的分析時間、同時提供所希望的準確度和/或精確度的改進生物傳感器系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法克服了與常規(guī)生物傳感器系統(tǒng)有關的至少一個缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了一種用于測定樣品中的分析物濃度的生物傳感器系統(tǒng)，其包括用于選擇性地進行分析物的氧化還原反應的反應部件和用于測量分析物的氧化還原反應速率的測量部件。所述反應部件含有粘合劑；緩沖鹽；含有至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽的介體；和酶系。所述測量部件包括至少兩個導體。所述測量部件在將樣品引入至所述反應部件的至多7秒內測量最大動力學性能下的輸出信號值，其中所述輸出信號值響應于樣品中的分析物濃度，和所述測量部件確定響應于至少一種誤差參數的至少一個AS值。所述測量部件還從包括至少一種參考相關性和所述至少一個ΔS值的補償方程測定樣品中的分析物濃度，其中所述補償方程的R2值為至少0. 5。本發(fā)明公開了一種用于測定樣品中的分析物濃度的測試傳感器，其包括至少兩個導體，其中一個導體是工作電極，和布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物。所述試劑組合物具有平均試劑組合物表面積并且含有粘合劑；濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多9. 54nmol的緩沖鹽；濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多4. 76nmol的介體， 其中所述介體含有至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽；酶系；和非離子表面活性劑。本發(fā)明公開了一種用于測定樣品中的分析物濃度的測試傳感器，其包括至少兩個導體，其中一個導體是工作電極；具有儲集器容積的儲集器；和布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物，所述試劑組合物含有粘合劑；濃度為每μ L所述儲集器容積至多 67nmol的緩沖鹽；濃度為每μ L所述儲集器容積至多40nmol的介體，其中所述介體含有至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽；酶系；和非離子表面活性劑。本發(fā)明公開了一種用于測定樣品中的分析物濃度的測試傳感器，其包括至少兩個導體，其中一個導體是具有工作電極面積的工作電極，和布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物。所述試劑組合物含有粘合劑；濃度為每mm2所述工作電極面積至多 167nmol的緩沖鹽；濃度為每mm2所述工作電極面積至多SOnmol的介體，其中所述介體含有至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽；酶系，和非離子表面活性劑。本發(fā)明公開了一種用于測定樣品中的分析物濃度的方法，其包括將含有至少一種分析物的含水樣品引入至試劑組合物，用所述含水樣品使所述試劑組合物再水合；在導體間施加輸入信號，所述樣品在所述分析物、所述試劑組合物和所述導體之間提供電連通； 和從一個或多個輸出信號值測定所述樣品中的一種或多種分析物的濃度，其中在將所述含水樣品引入至所述試劑組合物的至多7秒內從所述導體測量輸出信號值。所述試劑組合物具有平均試劑組合物表面積并且可以含有粘合劑；存在濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多9. 54nmol的緩沖鹽；存在濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多4. 76nmol的介體；酶系；和非離子表面活性劑。本發(fā)明公開了一種用于測定樣品中的分析物濃度的方法，其包括響應于樣品中的分析物濃度產生至少一個輸出信號值，確定來自至少一種誤差參數的至少一個Δ S值， 用至少一種參考相關性和至少一個Δ S值來補償所述至少一個輸出信號值，以及從所述至少一個輸出信號值測定樣品中的分析物濃度。本發(fā)明公開了一種用于形成試劑組合物的試劑流體，其含有水；粘合劑；存在濃度為至多115mM的緩沖鹽；存在濃度為至多90mM的介體，其中所述介體含有至多20% (w/ w)的無機非過渡金屬鹽；酶系；和非離子表面活性劑。所述流體的PH可以為4. 5 7. 5。


結合下面的附圖和說明可以更好地理解本發(fā)明。附圖中的組成部分不必依照比例繪制，而是重點在于解釋本發(fā)明的原理。圖IA為經裝配的測試傳感器的立體圖。圖IB為圖IA的蓋子已移除的測試傳感器的俯視圖。圖2為圖IB的測試傳感器的端視圖。圖3代表用于測定與低總鹽試劑組合物接觸的樣品中分析物的存在和/或濃度的電化學分析方法。圖4示出對于葡萄糖濃度為400mg/dL和血細胞比容為70%的全血樣品來自測試傳感器的輸出信號。圖5A示出具有表1中列出的試劑組合物的測試傳感器與含有50mg/dL葡萄糖并具有不同水平血細胞比容的血液樣品接觸的峰值時間圖。圖5B示出具有表1中列出的試劑組合物的測試傳感器與含有l(wèi)OOmg/dL葡萄糖并具有不同水平血細胞比容的血液樣品接觸的峰值時間圖。圖6A示出在具有試劑組合物A的測試傳感器與樣品接觸之后5秒時測量的樣品的ASttrtal隨簡比索引(simple ratio index)變化的相關性圖。圖6B示出在具有試劑組合物B的測試傳感器與樣品接觸之后5秒時測量的樣品的ASttrtal隨簡比索引變化的相關性圖。圖6C示出在具有試劑組合物C的測試傳感器與樣品接觸之后5秒時測量的樣品的ASttrtal隨簡比索引變化的相關性圖。圖6D示出在具有試劑組合物D的測試傳感器與樣品接觸之后5秒時測量的樣品的ASttrtal隨簡比索引變化的相關性圖。圖6E示出在具有試劑組合物E的測試傳感器與樣品接觸之后5秒時測量的樣品的ASttrtal隨簡比索引變化的相關性圖。圖7示出具有表1中列出的試劑組合物的測試傳感器在21. 8°C下的R2值隨化驗時間變化的示圖。圖8示出低總鹽試劑組合物F和G在16°C下的R5/4索引隨血細胞比容水平變化的示圖。圖9示出利用門控電流輸入信號測量生物流體的樣品中的分析物濃度的生物傳感器的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種測試傳感器用的試劑組合物，其具有比測試傳感器用的常規(guī)試劑組合物更低濃度的總鹽。低總鹽試劑組合物中的包括緩沖鹽和無機非過渡金屬鹽的鹽的總濃度，可以是常規(guī)傳感器中的鹽的總濃度的一半或更少。低總鹽試劑組合物可以含有非離子表面活性劑，還可以含有離子表面活性劑。來自包括低總鹽試劑組合物的測試傳感器的輸出信號可以在寬范圍的血細胞比容內與全血樣品的分析物濃度精確地相關。相對于試劑組合物中具有較高濃度總鹽的常規(guī)測試傳感器而言，這是很大的改進，常規(guī)測試傳感器可以在更窄范圍的血細胞比容內提供精確測量。來自包括低總鹽試劑組合物的測試傳感器的輸出信號可以在約7秒內與樣品的分析物濃度精確地相關。相對于試劑組合物中具有較高濃度總鹽的常規(guī)測試傳感器而言， 這是很大的改進，常規(guī)測試傳感器可能需要超過7秒來提供與樣品的分析物濃度精確相關的輸出信號。圖IA和圖IB示出測試傳感器100。圖IA是經裝配的測試傳感器100的立體圖， 它包括傳感器基部110，該傳感器基部至少部分地被蓋子120覆蓋，還包括通風口 130、樣品覆蓋區(qū)140和輸入端開口 150。部分封閉的儲集器160在基部110和蓋子120之間形成。 還可以使用其他測試傳感器設計?？梢酝ㄟ^將液體引入開口 150而將分析用液體樣品轉移到儲集器160中。液體填充在儲集器160中，同時通過通風口 130排出先前含有的空氣。儲集器160可以含有幫助液體樣品保留在儲集器中的保留組合物(圖未示)。保留組合物的例子包括諸如羧甲基纖維素和聚乙二醇等水膨脹性聚合物和諸如右旋糖苷和聚丙烯酰胺等多孔聚合物基質。圖IB為蓋子120已移除的測試傳感器100的俯視圖。導體170、180可以在介電層190下面從測量裝置接口 155分別連至工作電極175和反電極185。工作電極175和反電極185可以大體在同一平面上，如圖所示，或者在不同平面上(圖未示)。工作電極175 和反電極185可以與蓋子120的上部隔開至少100 μ m。介電層190可以部分地覆蓋電極 175、185，并且可以由諸如絕緣聚合物等任何合適的介電材料制成。反電極185可以支持測試傳感器100的工作電極175處的電化學活性。通過從惰性物質(例如碳)形成反電極185且使可溶性氧化還原物質(例如鐵氰化物介體)包含在儲集器160內，從而將支持工作電極175處的電化學活性的電位提供給傳感器系統(tǒng)。在反電極185處的電位可以是通過從氧化還原對(例如Ag/AgCl)形成反電極185而獲得的參考電位，從而提供組合的參考-反電極?？蛇x擇地，測試傳感器100可以設有第三導體和電極(圖未示)，以向傳感器系統(tǒng)提供參考電位。工作電極175的面積可以與反電極185的面積相等，或者一個電極的面積可以大于另一個電極的面積。目前，優(yōu)選的是，工作電極面積小于反電極面積。優(yōu)選地，反電極面積與工作電極面積之比為至少1，更優(yōu)選至少1. 1，更優(yōu)選至少1. 2，更優(yōu)選至少1. 3，更優(yōu)選至少1.4，更優(yōu)選至少1.5。圖2為圖IB的測試傳感器的端視圖，顯示了工作電極175和反電極185的層結構。 導體170、180可以直接設置在基部110上。表面導體層270、280任選地可以分別布置在導體170、180上。表面導體層270、280可以由與導體170、180相同或不同的材料制成。用于形成導體170、180和表面導體層270480的材料可以包括任何電導體。優(yōu)選的電導體是非電離的，使得材料在樣品分析過程中不會發(fā)生凈氧化或凈還原。導體170、180 優(yōu)選包括金屬膏或金屬的薄層，例如金、銀、鉬、鈀、銅或鎢。表面導體層270、280優(yōu)選含有碳、金、鉬、鈀或其組合。如果導體上不存在表面導體層，那么導體優(yōu)選由非電離材料制成。表面導體材料可以通過與測試傳感器的操作兼容的任何常規(guī)方式布置在導體 170、180上，包括箔沉積、化學氣相沉積、漿料沉積等。在漿料沉積的情況下，例如，如美國專利No. 5，798，031中所述，可以作為油墨將混合物涂布在導體170、180上。試劑組合物275、285可以分別布置在導體170、180上或其附近。術語“在…上 (on)”被定義為“在…上面”并且是相對于所描述的方向而言的。例如，如果第一元件沉積在第二元件的至少一部分之上，則寫成“第一元件沉積在第二元件上”。在另一個例子中，如果第一元件位于第二元件的至少一部分上面，則寫成“第一元件在第二元件上”。使用術語 “在…上”時并不排除在所描述的上部元件與下部元件之間還存在著物質。例如，第一元件可以在其頂面上具有涂層，而第一元件及其頂部涂層的至少一部分上面的第二元件可以寫成“在第一元件上”。因此，使用術語“在…上”可以表示有關的兩個元件物理接觸或未物理接觸。試劑組合物含有試劑和粘合劑。粘合劑含有基本溶于水的至少一種聚合物材料和任選地基本不溶于水的多孔顆粒。多孔顆粒可以為聚合物材料提供額外的物理結構。粘合劑在被樣品水合時可以形成凝膠或凝膠狀物質?？蛇x層290可以布置在導體170和/或表面導體層270上?？蛇x層290可以缺少試劑組合物275的一種或多種成分。試劑組合物275、285可以含有相同或不同的試劑。當含有相同的試劑時，試劑組合物275、285可以是相同的組合物。當含有不同的試劑時，在第一組合物275中存在的試劑可以被選擇用于工作電極175，而在第二組合物觀5中存在的試劑可以被選擇用于反電極185。例如，組合物觀5中的試劑可以含有促進電子在樣品和導體180之間自由流動的介體。同樣，組合物275中的試劑可以含有促進分析物反應的酶系和任選的介體。試劑組合物275中包含的酶系可以對分析物具有特異性，并且酶系可以促進分析物的反應，同時增強傳感器系統(tǒng)對分析物的特異性，尤其在復合生物樣品中。酶系可以含有參與分析物的氧化還原反應的一種或多種酶、輔因子和/或其他部分。例如，醇氧化酶可用于提供對樣品中醇的存在敏感的測試傳感器。這種系統(tǒng)可適用于測量血醇濃度。在另一個例子中，葡萄糖脫氫酶或葡萄糖氧化酶可用于提供對樣品中葡萄糖的存在敏感的測試傳感器。例如，這種系統(tǒng)可用于測量已知或疑似患有糖尿病的患者中的血糖濃度。試劑組合物275、285可以通過諸如印刷、液體沉積或噴墨沉積等任何便利方式來布置。例如，一種或多種試劑流體可以沉積在測試傳感器上，并且試劑流體可以被干燥而形成試劑組合物275二85。在測試傳感器的電極上沉積試劑流體的裝置和方法的例子公開在例如申請人為BoruZhu等人的美國專利申請公布US 2009/0145756 Al中。各種因素可能影響獲得的試劑組合物275485的尺寸。這些因素的例子包括所用的試劑流體的粘度、篩網尺寸和乳液組合以及其上沉積試劑流體的傳感器的特征尺寸。當優(yōu)選較薄的試劑組合物時，可以使用印刷之外的方法，如微量吸管法、噴墨法或針銷法。這些方法通常產生微米或亞微米厚度的干試劑組合物，如1-10μπι。例如，針銷法可以提供約1 μ m平均厚度的試劑組合物。由針銷法所產生的試劑組合物的厚度例如可以由試劑組合物中包含的粘合劑的量控制，粘合劑含量越高，試劑組合物越厚。試劑組合物(如275J85)中的各成分可以相對于組合物的尺寸來定量，或者這些成分可以相對于其上布置組合物的傳感器的另一種尺寸來定量，如儲集器容積或工作電極面積。在一個例子中，試劑組合物的各成分可以換算為每平方毫米(mm2)試劑組合物表面積的微克(yg)、納克(ng)、納摩爾(nmol)或酶單位(U)來定量，其中試劑組合物表面積是指試劑組合物的二維面積。在另一個例子中，試劑組合物的各成分可以換算為每微升(μ L) 儲集器容積的微克(μ g)、納摩爾(nmol)或酶單位(U)來定量。在另一個例子中，試劑組合物的各成分可以換算為每平方毫米(mm2)工作電極面積的微克(yg)、納摩爾(nmol)或酶單位⑶來定量。試劑組合物優(yōu)選含有粘合劑。用作粘合劑的合適的基本上溶于水的聚合物材料可以包括聚環(huán)氧乙烷(PEO)、羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羥基亞乙基纖維素(HEC)、羥丙基纖維素(HPC)、乙基羥乙基纖維素、羧甲基乙基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、聚氨基酸(例如聚賴氨酸)、聚苯乙烯磺酸酯、明膠、丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸酐、其鹽、其衍生物及其組合。聚合物材料包括單體、預聚物以及可以形成重復單元或具有重復單元的其他材料。也可以使用其他聚合物材料。在這些聚合物材料中，PEO、PVA、CMC和HEC是優(yōu)選的，HEC是目前更優(yōu)選的。對于HEC,重均分子量(Mw)為約8，000 1，000，000是優(yōu)選的，Mw為約15，000 500，000是更優(yōu)選的，Mw為約90，000 300，000是更優(yōu)選的。目前，Mw為約90，000的HEC和Mw為約 300, 000的HEC的混合物是特別優(yōu)選的。試劑組合物優(yōu)選每mm2試劑組合物表面積含有約0. 14 0. 43 μ g的粘合劑，更優(yōu)選含有約0. 17 0. 38 μ g/mm2的粘合劑，更優(yōu)選含有約0. 22 0. 35 μ g/mm2的粘合劑。試劑組合物優(yōu)選每μ L儲集器容積含有約1 3 μ g的粘合劑，更優(yōu)選含有約1. 2 2. 6 μ g/ μ L的粘合劑，更優(yōu)選含有約1. 5 2. 3μ g/μ L的粘合劑。試劑組合物優(yōu)選每mm2工作電極面積含有約1 7. 5 μ g的粘合劑，更優(yōu)選含有約1. 2 6. 5 μ g/mm2的粘合劑，更優(yōu)選含有約1. 5 5. 7 μ g/mm2的粘合劑。試劑組合物任選地含有基本不溶于水的多孔顆粒。優(yōu)選地，如果多孔顆粒存在于試劑組合物中，那么多孔顆粒和粘合劑之間的比例保持在約1 10 (w/w)。其他比例可以用于為試劑組合物提供不同的性能。試劑組合物的多孔顆粒的例子公開在例如申請人為Boru Zhu的美國專利申請公布2009/0178936 Al中。試劑組合物優(yōu)選含有緩沖鹽。當試劑組合物與含水樣品接觸時，緩沖鹽優(yōu)選保持混合物的PH值為約4. 5 7. 5，更優(yōu)選約6 7。可以選擇試劑組合物的優(yōu)選pH值和緩沖鹽以保持酶的活性。磷酸鹽系緩沖劑是目前優(yōu)選的，但是也可以使用其他緩沖劑。優(yōu)選地， 緩沖鹽包括Na2HP04。試劑組合物優(yōu)選每mm2試劑組合物表面積含有約2. 30 9. 54nmol的緩沖鹽，更優(yōu)選含有約2. 80 6. 43nmol/mm2的緩沖鹽，更優(yōu)選含有約3. 40 4. 77nmol/mm2的緩沖鹽。試劑組合物優(yōu)選每μ L儲集器容積含有約16 67nmol的緩沖鹽，更優(yōu)選含有約20 45nmol/μ L的緩沖鹽，更優(yōu)選含有約M 34nmol/ μ L的緩沖鹽。試劑組合物優(yōu)選每mm2 工作電極面積含有約16 167nmol的緩沖鹽，更優(yōu)選含有約20 113nm0l/mm2的緩沖鹽，更優(yōu)選含有約M 84nm0l/mm2的緩沖鹽。試劑組合物可以含有基本溶于水的單或雙電子介體?；谒鼈兊碾娀瘜W活性，介體可以分成兩類。單電子轉移介體是在電化學反應的條件下能夠獲取一個額外電子的化學部分，而雙電子轉移介體是在反應的條件下能夠獲取兩個額外電子的化學部分。單電子轉移介體的例子包括諸如1，1’ - 二甲基二茂鐵、亞鐵氰化物和鐵氰化物以及六胺合釕(III) 和六胺合釕(II)等化合物。盡管可以使用其他介體，但雙電子轉移介體可以是優(yōu)選的，因為與單電子轉移介體相比，在相同介體摩爾量的情況下，其能夠將大約2倍的電子從酶系轉移至工作電極。因而，與單電子轉移介體相比，在試劑組合物中可以使用更少量的雙電子轉移介體。例如，雙電子轉移介體的量可以為單電子轉移介體量的一半。雙電子轉移介體的例子包括有機醌和氫醌，例如菲啉醌；吩噻嗪和吩噁嗪衍生物； 3-(苯基氨基)-3H-吩噁嗪；吩噻嗪；和7-羥基-9，9- 二甲基-9H-吖啶-2-酮及其衍生物。 優(yōu)選的雙電子轉移介體包括3-苯基亞氨基-3H-吩噻嗪(PIPT)和3-苯基亞氨基-3H-吩噁嗪(PIPO)。更優(yōu)選的雙電子轉移介體包括吩噻嗪衍生物的羧酸或鹽，例如銨鹽。目前， 特別優(yōu)選的雙電子轉移介體包括(E)-2-(3H-吩噻嗪-3-亞基氨基)苯-1，4-二磺酸、 (E) -5- (3H-吩噻嗪-3-亞基氨基)間苯二甲酸、(E) -3- (3H-吩噻嗪-3-亞基氨基)_5_羧基苯甲酸銨及其組合。其他雙電子轉移介體的例子包括美國專利No. 5，393，615,5, 498，542 和5，520，786中記載的電活性有機分子。上面列出的雙電子轉移介體可以含有無機非過渡金屬鹽作為雜質。無機非過渡金屬鹽通常是硫酸根[SO4]2-的堿金屬或堿土金屬鹽。例如，(E)-2-(3H-吩噻嗪-3-亞基氨基)苯-1，4-二磺酸可以含有無機非過渡金屬鹽作為雜質，無機非過渡金屬鹽相對于介體的質量百分比為 50% (w/w)，如3% 30% (w/w)、4% 25% (w/w)和5% 21% (w/w)O試劑組合物優(yōu)選每mm2試劑組合物表面積含有約1. 70 4. 76nmol的介體，更優(yōu)選含有約2. 30 5. 14nmol/mm2的介體，更優(yōu)選含有約2. 80 4. OOnmol/mm2的介體。試劑組合物優(yōu)選每μ L儲集器容積含有約12 40nmol的介體，更優(yōu)選含有約16 36nmol/ μ L的介體，更優(yōu)選含有約20 ^nmol/ μ L的介體。試劑組合物優(yōu)選每mm2工作電極面積含有約12 IOOnmol的介體，更優(yōu)選含有約16 90nmol/mm2的介體，更優(yōu)選含有約20 70nmol/mm2的介體。試劑組合物優(yōu)選每mm2試劑組合物表面積含有至多4. 76nmol的介體， 每μ L儲集器容積含有至多40nmol的介體，或每mm2工作電極面積含有至多IOOnmol的介體。試劑組合物還含有基本溶于水的酶系。在試劑組合物的酶系中使用的優(yōu)選酶包括醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、β-羥基丁酸脫氫酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶、葡萄糖脫氫酶、甲醛脫氫酶、蘋果酸脫氫酶和3-羥基類固醇脫氫酶。優(yōu)選的酶系是不依賴氧的，因此基本上不被氧所氧化。一種不依賴氧的酶家族為葡萄糖脫氫酶(GDH)。使用不同輔酶或輔因子，GDH可以按不同方式由不同介體所介導。根據與GDH的締合情況，諸如黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)等輔因子可以由主酶緊固，例如在FAD-GDH的情況下；或者，諸如吡咯并喹啉醌(PQQ)等輔因子可以與主酶共價連接，例如在PQQ-GDH的情況下。在這些酶系的每一種酶系中的輔因子可以由主酶或輔酶固定，脫輔酶可以在將酶系加至試劑流體之前重構。輔酶也可以獨立地加到試劑流體的主酶部分中，以幫助主酶的催化功能，例如在煙酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD/ NADH+或煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP/NADPH+的情況下。試劑組合物優(yōu)選每mm2試劑組合物表面積含有約0. 07 0. 3活性單位(U，根據制造商規(guī)定)的酶系，更優(yōu)選含有約0. 09 0. 25U/mm2的酶系，更優(yōu)選含有約0. 1 0. 2U/ mm2的酶系。試劑組合物優(yōu)選每μ L儲集器容積含有約0. 5 1. 8U的酶系，更優(yōu)選含有約 0.6 1.6U/μ L的酶系，更優(yōu)選含有約0.8 1.4υ/μ 的酶系。試劑組合物優(yōu)選每mm2 工作電極面積含有約0. 5 OT的酶系，更優(yōu)選含有約0. 6 4U/mm2的酶系，更優(yōu)選含有約 0. 8 3. 5U/mm2的酶系。試劑組合物優(yōu)選含有非離子表面活性劑。表面活性劑可以是有助于形成具有所希望的粘度和穩(wěn)定性的膠狀懸浮液并且與沉積方法和分析兼容的任何非離子表面活性劑。非離子表面活性劑的例子包括糖類表面活性劑，如N-庚酰基-N-甲基葡糖胺、N-辛?；?N-甲基-葡糖胺、N-壬酰基-N-甲基葡糖胺、N-癸酰基-N-甲基葡糖胺、辛基β -D-吡喃葡萄糖甙、己基β-D-吡喃葡萄糖甙和正庚基β-D-吡喃葡萄糖甙。目前，諸如N-辛?；?N-甲基-D-葡糖胺(作為MEGA 8出售，可以從D0JIND0，feiitherSburg，MD獲得)等糖類表面活性劑是優(yōu)選的。例如，這種表面活性劑每分子包括大約8個氧化乙烯單元。其他優(yōu)選的表面活性劑是基于乙氧基化物的中性表面活性劑，如PEG-30四甲基癸炔二醇表面活性劑(例如，從Air Products, Allentown, PA得到的SURFYNOL 485)。能夠提高傳感器的樣品填充率和/或有助于穩(wěn)定酶系的表面活性劑是優(yōu)選的。試劑組合物優(yōu)選每mm2試劑組合物表面積含有約0. 04 0. M μ g的非離子表面活性劑，更優(yōu)選含有約0. 07 0. 21 μ g/mm2的非離子表面活性劑，更優(yōu)選含有約0. 09 0. 18 μ g/mm2的非離子表面活性劑。試劑組合物優(yōu)選每μ L儲集器容積含有約0. 3 1. 7 μ g 的非離子表面活性劑，更優(yōu)選含有約0. 5 1. 5 μ g/μ L的非離子表面活性劑，更優(yōu)選含有約0. 6 1. 3 μ g/μ L的非離子表面活性劑。試劑組合物優(yōu)選每mm2工作電極面積含有約 0. 3 4. 3 μ g的非離子表面活性劑，更優(yōu)選含有約0. 5 3. 8 μ g/mm2的非離子表面活性劑， 更優(yōu)選含有約0. 6 3. 2 μ g/mm2的非離子表面活性劑。試劑組合物任選地含有陰離子表面活性劑。表面活性劑可以是有助于形成試劑組合物的精確限定的外周并且與沉積方法和分析兼容的任何陰離子表面活性劑。陰離子表面活性劑的例子包括磷酸酯，如聚氧乙烯烷基酚磷酸酯；硫酸鹽，如聚氧乙烯烷基酚硫酸鹽；和磺酸鹽，如烷基和雜烷基磺酸鹽。陰離子表面活性劑的具體例子包括聚氧乙烯壬基酚磷酸酯Phospholan CS131和Phospholan CS141、聚氧乙烯壬基酚硫酸鈉(Witcolate D-51-53)、甲基椰油酰基?；撬徕c(Geropon TC-42)和二辛基磺化琥珀酸鈉。試劑組合物優(yōu)選每mm2試劑組合物表面積含有約3 16納克(ng)的陰離子表面活性劑，更優(yōu)選含有4 12ng/mm2的陰離子表面活性劑，更優(yōu)選含有5. 5 9ng/mm2的陰離子表面活性劑。試劑組合物優(yōu)選每μ L儲集器容積含有約20 140ng的陰離子表面活性劑，更優(yōu)選含有30 SOng/μ L的陰離子表面活性劑，更優(yōu)選含有35 60ng/μ L的陰離子表面活性劑。試劑組合物優(yōu)選每mm2工作電極面積含有約10 350ng的陰離子表面活性劑，更優(yōu)選含有30 220ng/mm2的陰離子表面活性劑，更優(yōu)選含有40 150ng/mm2的陰離子表面活性劑。
試劑組合物優(yōu)選是低總鹽試劑組合物，其含有比常規(guī)試劑組合物更低濃度的緩沖鹽和/或更低濃度的其他鹽。優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每mm2試劑組合物表面積含有至多9. Mnmol的緩沖鹽，和介體中的至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。更優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每mm2試劑組合物表面積含有至多6. 43nmol的緩沖鹽，和介體中的至多10% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。更優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每mm2試劑組合物表面積含有至多4.77nmol的緩沖鹽，和介體中的至多5% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每μ L儲集器容積含有至多67nmol的緩沖鹽，和介體中的至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。更優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每μ L儲集器容積含有至多45nmol的緩沖鹽，和介體中的至多10% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。更優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每μ L儲集器容積含有至多34nmol的緩沖鹽，和介體中的至多5% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每mm2工作電極面積含有至多167nmol的緩沖鹽，和介體中的至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。更優(yōu)選the低總鹽試劑組合物每mm2工作電極面積含有至多113nmol的緩沖鹽，和介體中的至多10% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。更優(yōu)選地，低總鹽試劑組合物每mm2工作電極面積含有至多84nmol的緩沖鹽，和介體中的至多5% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。試劑組合物的例子列于下表1。這些組合物被布置在測試傳感器的工作電極和反電極上，其中工作電極的平均直徑為約0. 2mm2 0. 5mm2，反電極直徑與工作電極直徑之比為至少1.2。測試傳感器的儲集器容積為約0.5 μ L。各種試劑組合物的平均直徑為約 2. 1mm，從而提供約3. 5mm2的平均試劑組合物表面積。表1-試劑組合物
權利要求
1.一種用于測定樣品中的分析物濃度的生物傳感器系統(tǒng)，其包括 用于選擇性地進行分析物的氧化還原反應的反應部件，其中所述反應部件含有粘合劑、緩沖鹽、含有至多20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽的介體以及酶系；和用于測量分析物的氧化還原反應速率的測量部件， 其中所述測量部件包括至少兩個導體；其中所述測量部件在將樣品引入至所述反應部件的至多7秒內測量最大動力學性能下的輸出信號值，其中所述輸出信號值響應于樣品中的分析物濃度， 所述測量部件確定響應于至少一種誤差參數的至少一個△ S值，和所述測量部件還從包括至少一種參考相關性和所述至少一個Δ S值的補償方程測定樣品中的分析物濃度；其中所述補償方程的R2值為至少0. 5。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述反應部件含有試劑組合物，所述試劑組合物具有平均試劑組合物表面積并且含有所述粘合劑，所述緩沖鹽，它在所述試劑組合物中的存在濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多 9. 54nmol，所述介體，它在所述試劑組合物中的存在濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多 4. 76nmol,所述酶系，和非離子表面活性劑。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物含有每mm2所述試劑組合物表面積約0. 14 0. 43 μ g的所述粘合劑， 每mm2所述試劑組合物表面積約2. 30 9. 54nmol的所述緩沖鹽， 每mm2所述試劑組合物表面積約1. 70 4. 76nmol的所述介體， 每mm2所述試劑組合物表面積約0. 07 0. 3單位的所述酶系，和每mm2所述試劑組合物表面積約0. 04 0. M μ g的所述非離子表面活性劑。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物含有 約3. 40 4. 77nmol/mm2的所述緩沖鹽，和約2. 80 4. OOnmol/mm2的所述介體。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述反應部件包括基部，所述至少兩個導體在所述基部上，其中一個導體是工作電極，布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物，和在所述至少兩個導體和所述試劑組合物上的儲集器；其中所述儲集器具有儲集器容積，和所述試劑組合物含有所述粘合劑，所述緩沖鹽，它在所述試劑組合物中的存在濃度為每μL所述儲集器容積至多 67nmol，所述介體，它在所述試劑組合物中的存在濃度為每μ L所述儲集器容積至多40nmol， 所述酶系，和非離子表面活性劑。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物含有 每μ L所述儲集器容積約1 3 μ g的所述聚合物粘合劑， 每μ L所述儲集器容積約16 67nmol的所述緩沖鹽，每μ L所述儲集器容積約12 40nmol的所述介體，每μ L所述儲集器容積約0. 5 1. 8單位的所述酶系，和每μ L所述儲集器容積約0. 3 1. 7 μ g的所述非離子表面活性劑。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物含有 約M 34nmol/ μ L的所述緩沖鹽，和約20 ^nmol/ μ L的所述介體。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述反應部件包括基部，所述至少兩個導體在所述基部上，其中一個導體是具有工作電極面積的工作電極，和布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物； 其中所述試劑組合物含有 所述粘合劑，所述緩沖鹽，它在所述試劑組合物中的存在濃度為每mm2所述工作電極面積至多 167nmol，所述介體，它在所述試劑組合物中的存在濃度為每mm2所述工作電極面積至多 IOOnmol，所述酶系，和非離子表面活性劑。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物含有 每mm2所述工作電極面積約1 7. 5 μ g的所述粘合劑， 每mm2所述工作電極面積約16 167nmol的所述緩沖鹽， 每mm2所述工作電極面積約12 IOOnmol的所述介體，每mm2所述工作電極面積約0. 5 5活性單位的所述酶系，和每mm2所述工作電極面積約0. 3 4. 3 μ g的所述非離子表面活性劑。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物含有 約M 84nmol/mm2的所述緩沖鹽，和約20 70nmol/mm2的所述介體。
11.如前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物還含有離子表面活性劑。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述離子表面活性劑包括陰離子表面活性劑。
13.如權利要求2-10中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述試劑組合物還含有每mm2所述試劑組合物表面積約3 16ng/mm2的陰離子表面活性劑、或每μ L所述儲集器容積約20 40ng的離子表面活性劑、或每mm2所述工作電極面積約10 350ng的離子表面活性劑。
14.如前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述緩沖鹽包括Na2HPCV
15.如前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述介體含有至多15%(w/w)、至多 10% (w/w)、至多5% (w/w)或至多4% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。
16.如前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述非離子表面活性劑包括糖類表面活性劑。
17.如前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述測量部件在將樣品引入至所述反應部件的至多5秒內或在將樣品引入至所述反應部件的至多3. 5秒內測量最大動力學性能下的輸出信號值。
18.一種用于測定樣品中的分析物濃度的測試傳感器，其包括 至少兩個導體，其中一個導體是工作電極；和布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物，所述試劑組合物具有平均試劑組合物表面積并且含有 粘合劑，濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多9. 54nmol的緩沖鹽， 濃度為每mm2所述試劑組合物表面積至多4. 76nmol的介體，其中所述介體含有至多 20% (w/w)的無機非過渡金屬鹽， 酶系，和非離子表面活性劑。
19.如權利要求18所述的傳感器，其中所述試劑組合物含有 每mm2所述試劑組合物表面積約0. 14 0. 43 μ g的所述粘合劑， 每mm2所述試劑組合物表面積約2. 30 9. 54nmol的所述緩沖鹽， 每mm2所述試劑組合物表面積約1. 70 4. 76nmol的所述介體， 每mm2所述試劑組合物表面積約0. 07 0. 3單位的所述酶系，和每mm2所述試劑組合物表面積約0. 04 0. M μ g的所述非離子表面活性劑。
20.如權利要求18所述的傳感器，其中所述試劑組合物含有 約3. 40 4. 77nmol/mm2的所述緩沖鹽，和約2. 80 4. OOnmol/mm2的所述介體。
21.一種用于測定樣品中的分析物濃度的測試傳感器，其包括 至少兩個導體，其中一個導體是工作電極；具有儲集器容積的儲集器；和布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物，所述試劑組合物含有 粘合劑，濃度為每μ L所述儲集器容積至多67nmol的緩沖鹽，濃度為每μ L所述儲集器容積至多40nmol的介體，其中所述介體含有至多20% (w/w) 的無機非過渡金屬鹽， 酶系，和非離子表面活性劑。
22.如權利要求21所述的傳感器，其中所述試劑組合物含有 每μ L所述儲集器容積約1 3 μ g的所述聚合物粘合劑，每μ L所述儲集器容積約16 67nmol的所述緩沖鹽， 每μ L所述儲集器容積約12 40nmol的所述介體， 每μ L所述儲集器容積約0. 5 1. 8單位的所述酶系，和每μ L所述儲集器容積約0. 3 1. 7 μ g的所述非離子表面活性劑。
23.如權利要求22所述的傳感器，其中所述試劑組合物含有 約M 34nmol/ μ L的所述緩沖鹽，和約20 ^nmol/ μ L的所述介體。
24.一種用于測定樣品中的分析物濃度的測試傳感器，其包括 至少兩個導體，其中一個導體是具有工作電極面積的工作電極；和布置在所述工作電極上或其附近的試劑組合物，所述試劑組合物含有 粘合劑，濃度為每mm2所述工作電極面積至多167nmol的緩沖鹽，濃度為每mm2所述工作電極面積至多SOnmol的介體，其中所述介體含有至多20% (w/ w)的無機非過渡金屬鹽， 酶系，和非離子表面活性劑。
25.如權利要求M所述的傳感器，含有每mm2所述工作電極面積約1 7. 5 μ g的所述粘合劑， 每mm2所述工作電極面積約16 167nmol的所述緩沖鹽， 每mm2所述工作電極面積約12 IOOnmol的所述介體， 每mm2所述工作電極面積約0. 5 5活性單位的所述酶系，和每mm2所述工作電極面積約0. 3 4. 3 μ g的所述非離子表面活性劑。
26.如權利要求25所述的傳感器，含有約M 84nmol/mm2的所述緩沖鹽，和約20 70nmol/mm2的所述介體。
27.如權利要求18-26中任一項所述的傳感器，還含有離子表面活性劑。
28.如權利要求27所述的傳感器，其中所述離子表面活性劑包括陰離子表面活性劑。
29.如權利要求28所述的傳感器，含有每mm2所述試劑組合物表面積約3 16ng/mm2 的陰離子表面活性劑、或每μ L所述儲集器容積約20 40ng的離子表面活性劑、或每mm2 所述工作電極面積約10 350ng的離子表面活性劑。
30.如權利要求18-29中任一項所述的傳感器，其中所述緩沖鹽包括Na2HP04。
31.如權利要求18-30中任一項所述的傳感器，其中所述介體含有至多15%(w/w)、至多10% (w/w)、至多5% (w/w)或至多4% (w/w)的無機非過渡金屬鹽。
32.如權利要求18-31中任一項所述的傳感器，其中所述非離子表面活性劑包括糖類表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測定樣品中的分析物濃度的生物傳感器系統(tǒng)，其包括用于選擇性地進行分析物的氧化還原反應的反應部件和用于測量分析物的氧化還原反應速率的測量部件。所述反應部件含有粘合劑、緩沖鹽、含有至多20％(w/w)的無機非過渡金屬鹽的介體以及酶系。所述測量部件包括至少兩個導體。所述測量部件在將樣品引入至所述反應部件的至多7秒內測量最大動力學性能下的輸出信號值，其中所述輸出信號值響應于樣品中的分析物濃度，和所述測量部件確定響應于至少一種誤差參數的至少一個ΔS值。所述測量部件還從包括至少一種參考相關性和所述至少一個ΔS值的補償方程測定樣品中的分析物濃度，其中所述補償方程的R2值為至少0.5。
文檔編號C12Q1/00GK102227505SQ200980147993
公開日2011年10月26日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2008年12月8日
發(fā)明者伍煥平, 埃米·H·楚, 朱伯儒 申請人:拜爾健康護理有限責任公司