[发明专利]检测生物分析物的伏安测量系统

说明书

相关申请的参考

本申请要求2004年5月14日提交的题为“Methods for Using Linear or Cyclic Voltammetry in Assaying Glucose and Other Biological Analytes”的美国临时申请第60/571,388号的权益，该临时申请通过引用而全文结合于此。

背景技术

定量测定生物流体中的分析物对生理异常的诊断和治疗有用。例如，测定生物流体(例如血液)中的葡萄糖水平对必须频繁检查其血糖水平以调整其饮食和/或药物治疗的糖尿病个体很重要。

电化学法已用于这样的用途。电化学生物传感器可使用分析物特异性酶(例如葡萄糖氧化酶或葡萄糖脱氢酶)催化全血样品中的葡萄糖氧化。在酶的催化氧化过程中，酶的氧化还原中心接受来自分析物的电子。

此氧化还原中心可为葡萄糖氧化酶的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，或为酶的辅因子，例如葡萄糖脱氢酶的吡咯并喹啉醌(PQQ)。然后，酶获得的电子可通过介体移动至电极，该介体通过酶的氧化转变为还原形式。最后，介体的还原形式，例如铁氰化物/亚铁氰化物氧化还原对的亚铁氰化物形式，在电极处被氧化，产生可检测的电流。

该过程可通过以下方程式表示：

(1)葡萄糖+E_Ox==E_Red+产物

(2)E_Red+nMed_Ox==nMed_Red+E_Ox

(3)Med_Red==Med_Ox+ne^-

其中，E_Ox和E_Red分别为酶的氧化还原中心的氧化和还原形式，而Med_Ox和Med_Red分别是介体的氧化和还原形式。酶反应的产物可为葡糖酸或葡糖酸内酯。

一种已用来定量生物流体中的分析物的电化学法是电量分析法。例如，Heller等在美国专利第6,120,676号中描述了用于全血葡萄糖检测的电量分析法。在电量分析法中，通过彻底氧化小体积中的分析物，并积分随氧化时间变化的电流，以产生代表分析物浓度的电荷，定量分析物(葡萄糖)浓度。换句话说，电量分析法捕获传感片中的葡萄糖总量。

电量分析法的一个重要方面是到电荷对时间的积分曲线的末端，电荷变化的速率变得相对恒定，产生稳态条件。电量分析曲线的此稳态部分在曲线中形成相对平的平坦区，因此能够精确测定对应的电流。但是，电量分析法需要全体积的分析物完全转变。因此，该方法耗时，不能提供电化学装置(例如监测葡萄糖的产品)的使用者要求的快速结果。电量分析法的另一个问题是为提供精确的结果，必须将传感单元控制成小体积，这对批量生产的器件可能很难。

另一种已用来定量生物流体中的分析物的电化学法是电流分析法。在电流分析法中，以跨接传感片的工作电极和对电极的恒定电位(电压)检测末期的电流。电流用来定量生物样品中的分析物。电流分析法用来测量电化学活性物质被氧化或还原的速率，由此检测分析物被氧化或还原的速率。例如在美国专利第5,620,579、5,653,863、6,153,069和6,413,411中已描述了许多用于生物传感器的电流分析法的变形例。电流分析法通过测量与扩散速率成比例的电流和分析物的体相浓度，抽查电极表面附近的分析物浓度。

电流分析法的缺点是施加电位后电流的非稳态特性。相对于时间的电流变化速率开始时非常快，由于基本扩散过程性质的改变，随着分析进行变得慢一些。一直到电极表面的被还原介体的消耗速率等于扩散速率，才能获得稳态电流。因此，在非稳态时间段内检测电流可能比在稳态时间段内进行检测更不精确。

检测全血样品中的分析物的一个重要方面是血细胞容量的作用。血细胞容量是红细胞(RBC)体积，表示为RBC体积在全血样品中的百分率。全血样品的血细胞容量值在约20-60％的范围内，通常约40％。