DE4335241A1 - Method for continuous analysis of components of a liquid - Google Patents

Method for continuous analysis of components of a liquid

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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
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    • G01N27/38—Cleaning of electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001—Enzyme electrodes

Abstract

A known method for continuous analysis of components in liquid requires an additional reference electrode, which is made impossible by the application of highly miniaturized biosensors in the field of human medicine. By virtue of the invention, it is intended to achieve high reproducibility of the measurement results by continuous contact of the biosensor with the liquid to be analysed. The polarisation voltage applied between the working electrode and the other electrode of the biosensor is a pulsed voltage of alternating polarity, the sensor signal always being measured at the same time within a measurement interval (A). The biosensor is regenerated by a voltage pulse of the polarisation voltage with polarity opposite to the polarisation voltage in the measurement interval (A). The invention is used for analysis of components in liquids, in particular in the field of human medicine. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Analyse von Bestandteilen einer Flüssigkeit, wobei sich ein Biosensor in ständigem Kontakt mit der zu analysierenden Flüssigkeit befindet. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Humanmedizin, z. B. zur ständigen Überwachung des Blutzuckergehaltes.The invention relates to a process for continuous Analysis of constituents of a liquid, whereby a Biosensor in constant contact with the one to be analyzed Liquid. Preferred field of application of the invention is human medicine, e.g. B. for constant monitoring of Blood sugar levels.

Bekannte Verfahren zur Analyse von Bestandteilen in Flüssigkeiten mittels eines Biosensors, welcher mit einer konstanten Polarisationsspannung betrieben wird, können keine ständige Messung in der zu analysierenden Flüssigkeit durchführen. So erfordern die bekannten Verfahren mit Durchflußmeßanordnungen, z. B. aus US-PS 4 759 828, nach jeder Messung einen Reinigungsvorgang und eine Kalibrierung des Biosensors, um reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten. Bei ständiger Messung mittels eines Biosensors kommt es innerhalb kurzer Zeit zur Ausbildung eines Störfilms auf der Elektrodenoberfläche, so daß keine reproduzierbaren Messungen mehr möglich sind.Known methods for analyzing components in Liquids by means of a biosensor, which with a constant polarization voltage can not be operated constant measurement in the liquid to be analyzed carry out. So the known methods require Flow measurement arrangements, e.g. B. from U.S. Patent 4,759,828, after each Measuring a cleaning process and a calibration of the Biosensors to get reproducible measurement results. With constant measurement using a biosensor, it happens within a short time to form a disturbing film on the Electrode surface, so that no reproducible measurements are more possible.

Um diesen zwangsläufigen Effekt beim ständigen Betrieb eines Biosensors zu beseitigen, wurde in der DE-OS 38 22 911 eine Elektrodenauffrischanordnung vorgeschlagen, welche unter Verwendung einer Bezugselektrode, einer zweiten Konstantspannungsversorgung und einer Wähleinrichtung vor jeder Messung eine Auffrischung der Aktivität der Arbeitselektrode bewirkt. Zu diesem Zweck wird zwischen Arbeitselektrode und Bezugselektrode eine Spannung umgekehrter Polarität gegenüber der Polarität der Spannung zwischen Arbeits- und Gegenelektrode beim Meßvorgang angelegt und somit der Störfilm auf der Oberfläche der Arbeitselektrode beseitigt. Nachteilig bei dem Verfahren nach DE-OS 38 22 911 ist, daß aufgrund der zusätzlichen Bezugselektrode eine Hochminiaturisierung des Biosensors zur Verwendung in der Humanmedizin nicht möglich ist und eine zweite Konstantspannungsversorgung notwendig ist.In order to avoid this inevitable effect in the permanent operation of a Eliminating biosensors has been described in DE-OS 38 22 911 Electrode refresh arrangement proposed, which under Using a reference electrode, a second Constant voltage supply and a selector in front of each Measuring a refresh of the activity of the working electrode causes. For this purpose, between the working electrode and Reference electrode a voltage of opposite polarity the polarity of the voltage between the working and counter electrodes created during the measurement process and thus the interference film on the Removed the surface of the working electrode. A disadvantage of that The method according to DE-OS 38 22 911 is that due to additional reference electrode a high miniaturization of the Biosensors for use in human medicine is not possible and a second constant voltage supply is necessary.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur kontinuierlichen Analyse von Bestandteilen einer Flüssigkeit mittels eines Biosensors zu schaffen, wobei im Ergebnis einer biochemischen Reaktion bzw. einer Enzymreaktion ein Sensorsignal gemessen wird, welches zur Bestimmung des entsprechenden Bestandteils der Flüssigkeit dient. Dabei soll eine hochminiaturisierbarer Biosensor, welcher sich für den Einsatz in der Humanmedizin eignet, verwendet werden können und die Stabilität des Biosensors bei gleichzeitiger Verkürzung der Einlaufzeit erhöht sowie seine Empfindlichkeit langzeitig erhalten bleiben.The object of the invention is to provide a process for continuous Analysis of components of a liquid using a To create biosensors, the result being a biochemical Reaction or an enzyme reaction, a sensor signal is measured which is used to determine the corresponding component of the Liquid serves. It is said to be highly miniaturizable Biosensor, which is for use in human medicine is suitable, can be used and the stability of the Biosensor increased while shortening the warm-up time as well as its sensitivity are preserved for a long time.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den im Anspruch 1 genannten kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 aufgeführt. Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The object of the invention is with those mentioned in claim 1 characteristic features solved. Advantageous training of the Invention are listed in subclaims 2 and 3. In the following, the invention is to be illustrated using an exemplary embodiment are explained in more detail.

Dabei zeigenShow

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Verlauf der Polarisationsspannung, Fig. 1 shows the course of the invention, the polarization voltage,

Fig. 2 den Verlauf der Polarisationsspannung mit zusätzlichem Erholungsimpuls und Ladeimpuls, Fig. 2 shows the course of the polarization voltage with additional recovery pulse and charge pulse,

Fig. 3 den Verlauf des Sensorsignals bei Verwendung der Polarisationsspannung nach Fig. 2. Fig. 3 shows the profile of the sensor signal by using the bias voltage in FIG. 2.

Erfindungsgemäß ist die zwischen Arbeits- und Gegenelektrode des Biosensors anliegende Polarisationsspannung eine pulsförmige Spannung wechselnder Polarität. Gemäß Fig. 1 ist die Polarisationsspannung eine rechteckförmige Spannung wechselnder Polarität, welche abwechselnd aus einem positiven Spannungsimpuls im Meßintervall A und einem negativen Spannungsimpuls im Regenerationsintervall B besteht. Im Meßintervall A bildet sich vor der Arbeitselektrode des Bisoensors eine elektrochemische Doppelschicht und es erfolgt eine Adsorbtion von Ionen an der Elektrodenoberfläche. Zu einem definierten Zeitpunkt tmeß während der Dauer des Meßintervalls A erfolgt die Messung des Sensorsignals Imeß. Im nachfolgenden Regenerationsintervall B werden bei negativer Polarisationsspannung die chemisorbierten Ionen von der Oberfläche der Arbeitselektrode gelöst und gleichzeitig die elektrochemische Doppelschicht abgebaut. Bei der Anwesenheit von Chloridionen kann dabei gleichzeitig eine Regeneration der Gegenelektrode durch eine polarisationsbedingte Neubildung z. B. einer Silberchloridschicht erfolgen. Aufgrund der Messung des Sensorsignals Imeß stets zum gleichen Zeitpunkt tmeß innerhalb des Meßintervalls A und der beschriebenen Regenerationseffekte werden eine sehr kurze Einlaufzeit des Biosensors und eine hohe Langzeitstabilität und Empfindlichkeit erreicht.According to the invention, the polarization voltage applied between the working and counter electrodes of the biosensor is a pulsed voltage of alternating polarity. Referring to FIG. 1, the polarization voltage is a square-wave voltage of alternating polarity, which consists alternately of a positive voltage pulse during the measurement interval A, and a negative voltage pulse in the regeneration interval B. In measuring interval A, an electrochemical double layer forms in front of the working electrode of the biso sensor, and ions are adsorbed on the electrode surface. The sensor signal I meas is measured at a defined time t meas during the duration of the measuring interval A. In the subsequent regeneration interval B, with a negative polarization voltage, the chemisorbed ions are detached from the surface of the working electrode and at the same time the electrochemical double layer is broken down. In the presence of chloride ions, regeneration of the counterelectrode by polarization-related new formation can occur at the same time. B. a silver chloride layer. Due to the measurement of the sensor signal I measure always at the same time t measure within the measurement interval A and the regeneration effects described, a very short running-in time of the biosensor and a high long-term stability and sensitivity are achieved.

Gemäß Fig. 2 kann eine weitere Verkürzung der Einlaufzeit des Biosensors erfolgen, indem das Meßintervall A aus einem Meßimpuls A1 und einem vorgelagerten Ladeimpuls A2 besteht. Dabei weist der Ladeimpuls A2 einen höheren Spannungswert UL als den Spannungswert Umeß des Meßimpulses A1 auf. Die Messung des Sensorsignals Imeß erfolgt dabei während der Dauer des Meßimpulses A1 stets zum gleichen Zeitpunkt. Durch den Ladeimpuls A2 wird eine beschleunigte Ladung der elektrochemischen Doppelschicht bewirkt und somit die Einlaufzeit des Bisoensors verkürzt.According to FIG. 2, the run-in time of the biosensor can be shortened further by the measuring interval A consisting of a measuring pulse A1 and an upstream charging pulse A2. The charging pulse A2 has a higher voltage value U L than the voltage value U meas of the measuring pulse A1. The measurement of the sensor signal I meas is always carried out at the same time during the duration of the measurement pulse A1. The charging pulse A2 causes an accelerated charging of the electrochemical double layer and thus shortens the running-in time of the biso sensor.

Gemäß Fig. 2 ist durch einen dem Regenerationsintervall B1 folgenden Erholungsimpuls B2 eine weitere Verbesserung der Signalstabilität des Biosensors möglich. Da der Erholungsimpuls B2 einen Spannungswert gleich Null besitzt, kann sich vor der Arbeitselektrode ein Ionengleichgewicht (Ausgleich der Ionenkonzentration durch Diffusion) einstellen.According to FIG. 2 by a regeneration interval the following B1 B2 recovery pulse to further improve the signal stability of the biosensor possible. Since the recovery pulse B2 has a voltage value equal to zero, an ion balance (compensation of the ion concentration by diffusion) can occur in front of the working electrode.

Aus Fig. 3 ist das Antwortverhalten des Sensorsignals I bei Verwendung der Polarisationsspannung nach Fig. 2 zu ersehen. Der Zeitpunkt tmeß zu welchem das Sensorsignal Imeß gemessen wird, wird so gewählt , daß am Biosensor ein konstantes Sensorsignal I vorliegt. FIG. 3 shows the response behavior of the sensor signal I when using the polarization voltage according to FIG. 2. The measuring time t at which the sensor signal is measured I measurement, is chosen such that at the present biosensor, a constant sensor signal I.

Die Zeitdauer des Regenerationsintervalls B bzw. B1 und des Meßintervalls A sowie die Höhe des negativen Spannungsimpulses im Regenerationsintervall B bzw. B1 und die der positiven Spannungsimpulse A1 bzw. A2 sind abhängig von den spezifischen Eigenschaften des Biosensors, wie Elektrodenmaterial, Bauform, Geometrie und Oberflächengröße der Einzelelektroden des Biosensors sowie der Betriebsweise des Biosensors, und müssen entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden.The duration of the regeneration interval B or B1 and the Measuring interval A and the level of the negative voltage pulse in the regeneration interval B or B1 and that of the positive ones Voltage pulses A1 and A2 depend on the specific ones Properties of the biosensor, such as electrode material, design, Geometry and surface size of the individual electrodes of the  Biosensor and the mode of operation of the biosensor, and must be optimized according to the respective application.

Claims (3)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Analyse von Bestandteilen einer Flüssigkeit mittels eines im ständigen Kontakt mit der zu analysierenden Flüssigkeit stehenden Biosensors, vorzugsweise einer Enzymelektrode, wobei an den Elektroden des Biosensors eine Polarisationsspannung anliegt, und im Ergebnis der biochemischen Reaktion bzw. der Enzymreaktion ein Sensorsignal zur Bestimmung des entsprechenden Flüssigkeitsbestandteils gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Biosensor betreibende und zwischen einer Arbeits- und einer Gegenelektrode liegende Polarisationsspannung eine pulsförmige Spannung wechselnder Polarität ist, wobei zum ständig gleichen Zeitpunkt während der Dauer eines Meßintervalls (A) das Sensorsignal (Imeß) gemessen wird und in einem anschließenden Regenerationsintervall (B) ein Spannungsimpuls mit entgegengesetzter Polarität als im Meßintervall (A) eine Regeneration des Biosensors bewirkt.1. A method for the continuous analysis of constituents of a liquid by means of a biosensor which is in constant contact with the liquid to be analyzed, preferably an enzyme electrode, a polarization voltage being applied to the electrodes of the biosensor, and a sensor signal as a result of the biochemical reaction or the enzyme reaction Determination of the corresponding liquid component is measured, characterized in that the polarization voltage operating the biosensor and lying between a working and a counter electrode is a pulsed voltage of alternating polarity, the sensor signal (I measure at the same time during the duration of a measurement interval (A) ) is measured and in a subsequent regeneration interval (B) a voltage pulse with opposite polarity than in the measuring interval (A) causes a regeneration of the biosensor. 2. Verfahren zur kontinuierlichen Analyse von Bestandteilen einer Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßintervall (A) aus einem Ladeimpuls (A2) und einem nachfolgenden Meßimpuls (A1) besteht, wobei der Ladeimpuls (A2) einen höheren Spannungswert (UL) als der Meßimpuls (A1) aufweist.2. A method for the continuous analysis of constituents of a liquid according to claim 1, characterized in that the measuring interval (A) consists of a charging pulse (A2) and a subsequent measuring pulse (A1), the charging pulse (A2) having a higher voltage value (U L ) than the measuring pulse (A1). 3. Verfahren zur kontinuierlichen Analyse von Bestandteilen einer Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Regenerationsintervall (B) und Meßintervall (A) am Biosensor ein Erholungsimpuls (B2) anliegt, in welchem die Polarisationsspannung gleich Null ist.3. Process for continuous analysis of components a liquid according to claim 1 or 2, characterized featured, that between regeneration interval (B) and measuring interval (A) a recovery pulse (B2) is present at the biosensor, in which the Polarization voltage is zero.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005073708A2 (en) * 2004-01-29 2005-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for measuring the concentration or change in concentration of a redox-active substance and corresponding device
US7195704B2 (en) 2001-10-10 2007-03-27 Lifescan, Inc. Determination of sample volume adequacy in biosensor devices
EP1839571A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-03 LifeScan, Inc. Methods for analyzing a sample in the presence of interferents
DE102008025680A1 (en) 2008-05-29 2009-12-03 Siemens Healthcare Diagnostics Gmbh Sensor element for use in sensor array for analytical apparatus for analysis kit for use in immunoassay or in hybridization assay, comprises two working electrodes, which are floated in their electrical potentials
US8128803B2 (en) 2005-08-04 2012-03-06 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for determining the concentration of an analyte/enzyme complex or of an analyte/enzyme conjugate, especially for the electrochemical detection of the analyte, and corresponding measuring device

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7195704B2 (en) 2001-10-10 2007-03-27 Lifescan, Inc. Determination of sample volume adequacy in biosensor devices
WO2005073708A2 (en) * 2004-01-29 2005-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for measuring the concentration or change in concentration of a redox-active substance and corresponding device
WO2005073708A3 (en) * 2004-01-29 2005-10-27 Siemens Ag Method for measuring the concentration or change in concentration of a redox-active substance and corresponding device
US8105478B2 (en) 2004-01-29 2012-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Method for measuring the concentration or change in concentration of a redox-active substance and corresponding device
DE102005003911B4 (en) * 2004-01-29 2018-11-15 Boehringer Ingelheim Vetmedica Gmbh Method for measuring the concentration or concentration change of a redox-active substance and associated device
US8128803B2 (en) 2005-08-04 2012-03-06 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for determining the concentration of an analyte/enzyme complex or of an analyte/enzyme conjugate, especially for the electrochemical detection of the analyte, and corresponding measuring device
EP1839571A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-03 LifeScan, Inc. Methods for analyzing a sample in the presence of interferents
EP2263522A1 (en) * 2006-03-31 2010-12-22 LifeScan, Inc. Methods for analyzing a sample in the presence of interferents
EP2263521A1 (en) * 2006-03-31 2010-12-22 LifeScan, Inc. Methods for analyzing a sample in the presence of interferents
EP2266455A1 (en) * 2006-03-31 2010-12-29 LifeScan, Inc. Methods for analyzing a sample in the presence of interferents
US8163162B2 (en) 2006-03-31 2012-04-24 Lifescan, Inc. Methods and apparatus for analyzing a sample in the presence of interferents
DE102008025680A1 (en) 2008-05-29 2009-12-03 Siemens Healthcare Diagnostics Gmbh Sensor element for use in sensor array for analytical apparatus for analysis kit for use in immunoassay or in hybridization assay, comprises two working electrodes, which are floated in their electrical potentials

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