DE60122517T2

DE60122517T2 - Elektrisch leitfähige muster zur überwachung der befüllung medizinischer geräte

Info

Publication number: DE60122517T2
Application number: DE60122517T
Authority: DE
Inventors: Justice Robert Livermore SHARTLE; J. Timothy San Ramon OHARA; Z. Mahyar Pleasanton KERMANI
Original assignee: LifeScan Inc
Current assignee: LifeScan Inc
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2021-03-24
Also published as: ATE337551T1; RU2267131C2; CN1432132A; HK1052384A1; HK1052384B; WO2001075438A2; ES2269377T3; IL151914A0; CA2404618C; AU2001250968B2; PL365420A1; US20060200021A1; EP1292825B1; AU5096801A; JP2003529765A; US7050843B2; EP1292825A2; AR028307A1; RU2002125857A; US20050059872A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung mit einem isolierenden Muster, das in eine leitende Beschichtung auf der Vorrichtung eingeritzt ist, um analytische Messungen zu erleichtern; insbesondere um das Befüllen der Vorrichtung zu überwachen.
Hintergrund der Erfindung
Eine Vielzahl medizinischer Diagnoseverfahren schließt Tests für biologische Fluids wie Blut, Urin oder Speichel ein, um eine Analytkonzentration im Fluid zu bestimmen. Die Verfahren messen zahlreiche physikalische Parameter – mechanische, optische, elektrische usw. – des biologischen Fluids.
Unter den Analyten ist Glukose vom größten Interesse, und trockene Reagenzstreifen, die enzymbasierte Zusammensetzungen integrieren, finden breite Verwendung in klinischen Labors, Arztpraxen, Krankenhäusern und Privathaushalten, um Proben von biologischen Fluids auf ihre Glukosekonzentration hin zu untersuchen. Tatsächlich sind Reagenzstreifen eine alltägliche Notwendigkeit für viele der landesweit geschätzten 16 Millionen Menschen mit Diabetes geworden. Da Diabetes zu gefährlichen Anomalien in der Blutchemie führen kann, kann er zu Sehverlust, Nierenversagen und anderen schwerwiegenden Folgen beitragen. Zur Minimierung des Risikos dieser Folgen müssen sich die meisten Menschen mit Diabetes regelmäßig selbst testen und dann ihre Glukosekonzentration entsprechend anpassen, zum Beispiel durch Diät, Sport und/oder Insulininjektionen. Einige Patienten müssen ihre Blutglukosekonzentration vier Mal täglich oder häufiger testen.
Eine Art von Glukosemesssystem arbeitet elektrochemisch, indem es die Blutglukoseoxidation auf einem trockenen Reagenzstreifen erfaßt. Das Reagenz weist im Allgemeinen ein Enzym wie Glukoseoxidase oder Glukosedehydrogenase und einen Redoxmediator wie Ferrocen oder Ferricyanid auf. Diese Art von Meßsystem wird im U.S.-Patent 4,224,125 sowie im U.S.-Patent 4,545,382 beschrieben.
WO 97/18464 A1 offenbart eine elektrochemische Vorrichtung zum Messen der Blutglukose, die zwei metallisierte Polyethylenterephtalat (PET)-Schichten aufweist, zwischen denen eine mit Haftmittel beschichtete PET-Zwischenschicht angeordnet ist. Die metallisierten Schichten bilden eine erste und eine zweite Elektrode. und eine Ausschneidung in der mit Haftmittel beschichteten Schicht bildet eine elektrochemische Zelle. Die Zelle enthält das Reagenz, das mit der Glukose in einer Blutprobe reagiert. Die Vorrichtung ist verlängert ausgeführt, und die Probe wird am Einlaß an einer der langen Seiten eingeführt.
U.S.-Patent 5,266,179 offenbart ein elektrochemisches System zum Messen der Blutglukose, in dem die Probenapplikationszeit durch einen Abfall des Widerstands zwischen einem Elektrodenpaar, an das eine konstante Spannung angelegt wurde, bestimmt wird.
U.S.-Patent 5,366,609 beschreibt dasselbe Prinzip zur Überwachung des Abfalls des Widerstands zwischen den Elektroden, um die Zeit zu bestimmen, in der Blut auf einen trockenen Glukosereagenzstreifen aufgebracht wurde. In beiden Patenten wird eine konstante Spannung zwischen Arbeits- und Referenzelektroden angelegt, um die Veränderungen des Widerstands zu verfolgen, die aus der Einführung einer Blutprobe in einen trockenen Reagenzstreifen resultieren.
WO 95/22597 offenbart ein Verfahren zur Herstellung biokompatibler Elektroden mit hoher Auflösung, welche die Produktion eines elektrochemischen Sensors ermöglichen, der in der Lage ist, die Analytkonzentration bei einer sehr kleinen Probenmenge präzise zu bestimmen. Elektrisch leitendes Material wird auf einem ersten isolierenden Substrat angebracht. Anschließend wird ein zweites isolierendes Substrat auf dem elektrisch leitenden Material angebracht und mittels Fotolithographie mit einem Muster versehen, um einen Elektrodenbereich zu bilden. Alternativ kann das elektrisch leitende Material im Falle einer Gegen- oder Referenzelektrode direkt auf das Substrat einer standardmäßig gedruckten Leiterplatte mittels Siebdruck aufgebracht werden. In beiden Fällen kann das Substrat starr oder flexibel sein.
US 6,004,441 offenbart einen Biosensor, der hergestellt wird, indem ein Metallfilm durch Verdampfen, Sputtering oder Aufkleben einer Metallfolie auf der Oberfläche eines Substrats gebildet wird. Der Metallfilm ist in drei Abschnitte unterteilt, die eine Reagenzschicht auf einem Bereich der Meßelektrode und zwei Gegenelektroden zur Plazierung einer flüssigen Probe bilden. Diese beiden Elektroden bieten eine Abdeckung, die über dem geteilten Metallfilm angeordnet ist. Da keine der Elektroden mittels konventioneller Drucktechnologie gebildet wird, können sie ohne Dispersion gebildet werden.
EP 0 974 840 offenbart eine fluidische medizinische Diagnosevorrichtung, welche die Messung der Analytkonzentration oder einer Eigenschaft eines biologischen Fluids, insbesondere die Koagulationszeit von Blut, erlaubt. Die Vorrichtung besitzt an einem Ende einen Proben anschluß zur Einführung einer Probe und am anderen Ende einen Balg, um die Probe in einen Meßbereich zu ziehen. Ein Kanal befördert die Probe vom Probenanschluß zum Meßbereich, und eine Stoppstelle, zwischen dem Meßbereich und dem Balg, hält den Probenfluß auf. Die gewünschte Messung kann durchgeführt werden, indem die Vorrichtung in ein Meßgerät gegeben wird, das eine physikalische Eigenschaft der Probe – in der Regel die optische Transmission – mißt, nachdem sie mit einem Reagenz im Meßbereich in Wechselwirkung getreten ist.
Die genaue Bestimmung einer Analytkonzentration erfordert im Allgemeinen die Zufuhr einer ausreichenden Probenmenge. U.S.-Patent 5,264,103 offenbart einen Biosensor zur elektrochemischen Messung der Konzentration eines Analyts wie Glukose in einem biologischen Fluid. Eine Impedanzveränderung weist darauf hin, daß dem Sensor eine ausreichende Probenmenge zugeführt wurde.
U.S.-Patent 4,940,945 offenbart einen tragbaren Apparat, der den pH-Wert einer Blutprobe messen kann. Der Apparat erkennt das Vorhandensein einer Probe in einer Zelle, indem er einen konstanten Strom zwischen einer Füllelektrode außerhalb der Probenkammer und einer von zwei Elektroden im Innern der Kammer anlegt. Wenn die Impedanz um mindestens zwei Größenordnungen zurückgeht, erkennt das Meßgerät, daß eine ausreichende Probenmenge zur Verfügung steht, und gibt ein akustisches Signal aus. Die Füllelektrode wird dann aus dem Stromkreis ausgeschnitten, der die beiden Elektroden im Innern der Probenzelle aufweist, und es werden potentiometrische Messungen durchgeführt.
U.S.-Patent 5,997,817 offenbart einen elektrochemischen Sensorstreifen, der ein Fenster aufweist, durch das ein Benutzer visuell feststellen kann, ob eine ausreichende Probenmenge auf den Streifen aufgebracht wurde.
Keines der vorstehend genannten Dokumente offenbart einen Mechanismus zur Überwachung der Bewegung einer Blutprobe in (und durch) eine elektrochemische Zelle.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine medizinische Diagnosevorrichtung zur Messung einer Analytkonzentration eines elektrisch leitenden, biologischen Fluids nach Anspruch 1 bereit.
Die Erfindung stellt eine medizinische Diagnosevorrichtung bereit, die auf einfache Weise erkennen kann, wenn eine adäquate Probenmenge eines leitenden, biologischen Fluids in die Vorrichtung eingeführt wurde, ohne sich auf die Sehkraft des Benutzers zu verlassen. Wenn die Vorrichtung die Glukosekonzentration mißt, leidet der Benutzer im Allgemeinen an Diabetes und ist häufig sehbehindert.
Beschreibung von bevorzugten Ausführunsgbeispielen
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine Explosionsperspektive einer Vorrichtung der Erfindung;
2 eine Draufsicht einer anderen Vorrichtung der Erfindung;
3A eine schematische Darstellung der Funktion einer Stoppstelle beim Stoppen des Fluidflusses durch einen Kapillarkanal;
3B und 3C schematische Darstellungen des Fluidflusses durch einen Kapillarkanal der Vorrichtung von 2;
4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung von 4;
5 ein Blockdiagramm eines Füllerkennungsschaltkreises gemäß der Erfindung;
6 eine Explosionsperspektive einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung von 1; und
7 ein Apparat zur Ausführung einer Methode der Erfindung.
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Methode zur Messung einer Analytkonzentration eines elektrisch leitenden, biologischen Fluids. Im Interesse der Kürze betont die nachstehende Beschreibung das amperometrische Messen der Glukosekonzentration in Vollblutproben; allerdings wird der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der medizinischen Diagnostik wissen, wie die Beschreibung angepaßt werden kann, um andere Analyte (z. B. Cholesterin, Ketonkörper, Alkohol usw.) in anderen Fluids (z. B. Speichel, Urin, interstitielle Flüssigkeit usw.) zu messen.
Die elektrochemische (amperometrische) Methode zum Messen einer Analytkonzentration in einer wasserartigen Probe schließt das Plazieren der Probe in eine elektrochemische Zelle ein, die mindestens zwei Elektroden und eine Impedanz, die für die amperometrische Messung geeignet ist, besitzt. Das Analyt hat die Möglichkeit, direkt mit einer Elektrode oder mit einem Redoxreagenz zu reagieren, um eine oxidierbare (oder reduzierbare) Substanz in einer Menge zu bilden, die der Analytkonzentration entspricht. Die Menge der oxidierbaren (oder reduzierbaren) Substanz wird anschließend elektrochemisch bestimmt.
Um eine exakte Messung der Substanz zu erhalten, ist es wichtig sicherzustellen, daß der Zelle eine ausreichende Probenmenge zugeführt wird. Wenn die Probenmenge beispielsweise nicht ausreichend ist, kann sie den wirksamen Elektrodenbereich verringern und zu einem falschen Ergebnis führen. Daß die Probenmenge ausreichend ist, wird durch die Vorrichtung dieser Erfindung, die in 1 dargestellt ist, sichergestellt.
1 ist eine Explosionsansicht einer Ausführungsform der Mehrschichtvorrichtung 10. Das obere isolierende Blatt 12 besitzt eine elektrisch leitende Oberfläche 14, die normalerweise ein Metall ist, plattiert auf einer Oberfläche des isolierenden Blatts 12 durch Vakuumauftrag, Sputtering, Galvanisierung oder ein anderes geeignetes Verfahren zur Bereitstellung einer leitenden Oberfläche, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Aus einem länglichen Rand von Oberfläche 14 wird eine isolierende Linie 16 eingeritzt. Die eingeritzte Linie 16 erstreckt sich durch die Dicke von Oberfläche 14, um eine Lücke im leitenden Pfad über die Breite der Vorrichtung bereitzustellen.
Die isolierende Zwischenschicht 18 ist zwischen der leitenden Oberfläche 14 des oberen isolierenden Blatts 12 und der leitenden Oberfläche 20 des unteren isolierenden Blatts 22 angeordnet. Die Zwischenschicht 18 ist vorzugsweise ein thermoplastisches Blatt mit Haftmitteln auf beiden Oberflächen zum Haften an den Blättern 12 und 22. Die leitende Oberfläche 20 ist normalerweise ein Metall, das mittels eines der bereits genannten Verfahren auf Blatt 22 plattiert wurde. Die Ausschneidung 30 in der Zwischenschicht 18 stellt – zwischen den leitend beschichteten Blättern 12 und 22 – Einlaß 32, Auslaß 34 sowie die elektrochemische Zelle 36, die zwischen Ein- und Auslaß liegt, bereit. Ein Zacken 17 in der eingeritzten Linie 16 verbessert den Fluß von Einlaß 32 zu Auslaß 34 durch einen Mechanismus, der später beschrieben wird. In Kanal 30 ist ein trockenes Reagenz, bestehend aus Puffer, Mediator und Enzym, auf einer leitenden Oberfläche 20 und/oder 14 aufgebracht. Die elektrochemische Zelle 36 ist der Abschnitt, in dem ein elektrischer Parameter der Fluid/Reagenz-Kombination gemessen wird. Der Abschnitt, in dem das Reagenz im Allgemeinen beschichtet ist, entspricht, allerdings nicht notwendigerweise, der Zelle 36. Der Einfachheit halber wird diese Entsprechung in der nachstehenden Beschreibung angenommen. Das Reagenz und die elektrochemische Zelle 36 können auf den Abschnitt zwischen der isolierenden Linie 16 und dem Einlaß 32 beschränkt sein. Alternativ kann sich die Reagenzbeschichtung (und die Zelle) über den gesamten Bereich der Ausschneidung zwischen den Rändern der Vorrichtung erstrecken.
2 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung von 1. Die Vorrichtung 10' von 2 weist eine zweite eingeritzte Linie 16A aus dem anderen länglichen Rand der leitenden Oberfläche 14 auf. Infolgedessen ist die Vorrichtung von 2 symmetrisch, so daß die Probe von jedem der beiden Ränder aus aufgenommen werden kann; d. h. daß kein Unterschied zwischen Ein- und Auslaß besteht. Die Ritzlinien 16 und 16A teilen die leitende Oberfläche 14 in drei Abschnitte – 14A, 14B und 14C –, von denen jeder von den beiden anderen isoliert ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, besitzen die Ritzlinien 16 und 16A die Zacken 40 bzw. 40A, die Winkel bilden, deren Scheitelpunkte zu beiden Rändern der Vorrichtung „zeigen". Die Zacken werden bereitgestellt, um den Fluß durch Kanal 30 in beide Richtungen zu verbessern, wie nachstehend beschrieben wird.
Wenn Fluid durch einen Kapillarkanal wie Kanal 30 fließt, kann eine Unterbrechung im Kanalquerschnitt eine „Stoppstelle" bilden, die den Fluidfluß wie in den U.S.-Patenten 4,426,451; 5,230,866 und 5,912,134 beschrieben stoppen kann. Die Ritzlinien 16 und 16A schaffen solche Querschnittsunterbrechungen. Die Stoppstelle resultiert aus der Oberflächenspannung, die einen Rückdruck erzeugt, der verhindert, daß der Fluidmeniskus weiter durch die Unterbrechung fließt. Die Stoppstelle wird abgeschwächt und der Fluß dadurch verbessert, wenn der führende Rand des Meniskus auf den Scheitelpunkt eines spitzen Winkels trifft, und wird dann entlang der Schenkel des Winkels ausgedehnt. Dies kann so beschrieben werden, daß der Winkel in eine Richtung „zeigt", die der Richtung des Fluidflusses entgegengesetzt ist. Dieser Vorgang läßt sich unter Umständen besser durch Verweis auf die 3A, 3B und 3C verstehen.
3A stellt die Wirkung der Stoppstelle bei fehlendem Zacken dar. Das Fluid (das in der Abbildung von links nach rechts fließt) wird an der Ritzlinie 16 gestoppt. Ein Zacken in Ritzlinie 16 (z. B. Zacken 17 in 1) dient dazu, die Stoppstelle abzuschwächen und den Fluß durch den eingeritzten Abschnitt zu erleichtern. Obwohl der Zacken 17 die Stoppstelle abschwächen und dadurch den Fluidfluß in beide Richtungen durch den Kapillarkanal 30 erleichtern würde, ist die Auswirkung nicht für beide Richtungen identisch.
Die 3B und 3C zeigen das Fluid, bevor und unmittelbar nachdem der Meniskus eine Stoppstelle durchbricht, die Zacken besitzt, deren Scheitelpunkte in entgegengesetzte Richtungen zeigen (wie die in 2). Es ist zu beachten, daß der Durchbruch zuerst an dem Scheitelpunkt erfolgt, der in die entgegengesetzte Richtung des Fluidflusses „zeigt". Die Wirksamkeit des Zackens bei der Verbesserung des Flusses durch eine Stoppstelle in einem Kapillarkanal hängt vom Winkel und der Länge der Schenkel, die diesen Winkel bilden, ab. Je kleiner der Winkel ist und je länger die Schenkel sind, desto größer ist die Wirksamkeit des Zackens. Wenn also der Winkel klein ist und die Schenkel lang sind, veranlaßt bereits ein kleiner hydraulischer Druckunterschied über dem eingeritzten Abschnitt die Probe, durch ihn hindurch zu fließen.
4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 von 2. Wie aus 4 ersichtlich ist, unterbrechen die Ritzlinien 16 und 16A die leitende Oberfläche 14 und erstrecken sich in das isolierende Blatt 12. Die leitende Oberfläche 14 ist normalerweise in Gold und die leitende Oberfläche 20 normalerweise in Palladium ausgeführt, für jede ist jedoch alternativ ein beliebiges anderes leitendes Material möglich, das nicht mit dem Reagenz oder der Probe reagiert und das auf eine isolierende Oberfläche aufgebracht werden kann. Geeignete Materialien sind Zinnoxid, Platin, Iridium, Edelstahl und Kohlenstoff. Die Dicke der Beschichtung sollte zumindest ausreichen, um eine angemessene Leitfähigkeit – im Allgemeinen etwa 10 Ohm pro Quadrat oder weniger – zu liefern. Goldbeschichtungen sind normalerweise ungefähr 10–20 nm und Palladiumbeschichtungen ungefähr 20–40 nm dick. Die leitenden Beschichtungen besitzen vorzugsweise eine hydrophile Überbeschichtung, um das Befüllen zu verbessern, wenn Kanal 30 ein Kapillarkanal ist. Die Überbeschichtung muß an der leitenden Beschichtung haften, darf aber nicht mit der Probenflüssigkeit reagieren. Die isolierenden Blätter 12 und 22 können ein beliebiges geeignetes thermoplastisches Blatt sein, z. B. Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polyimid usw. Polyester mit einer Dicke von etwa 0,2 mm ist geeignet und kostengünstig.
Wie aus den 4 und 5 hervorgeht, stehen einer Füllerkennungsvorrichtung 10' des in 2 dargestellten Typs vier einzelne Elektroden zur Verfügung – 14A, 14B, 14C und 20. Infolgedessen könnte ein elektrochemisches Meßgerät im Prinzip die Strom- oder Spannungsausgangsleistung an sechs verschiedenen Elektrodenpaaren – 14A, 20; 14B, 20; 14C, 20; 14A, 14B; 14B, 14C und 14A, 14C – messen. In einer bevorzugten Ausführungsform mißt ein Meßgerät regelmäßig (z. B. alle 0,1 Sekunden) die Spannungen (bei konstantem Strom) an 14A, 20 und 14C, 20. Auf diese Weise erkennt das Meßgerät den Probeneintritt und ermittelt, auf welcher Seite von Kanal 30 die Probe eintritt. Wenn beispielsweise eine (leitende) Probe am linken Rand eintritt (siehe die 4 und 5), fällt die Spannung an 14A, 20. Anschließend signalisiert ein Spannungsabfall an 14A, 14C; 14B, 14C oder 14C, 20, daß das Volumen von Kanal 30 zwischen 16 und 16A befüllt wird. Wenn die Befüllungszeit unter normalen Bedingungen bekannt ist, macht es ein einfacher Fehlervermeidungsmechanismus möglich, daß ein Streifen abgelehnt wird, wenn die Befüllungszeit einen voreingestellten Höchstwert überschreitet. Gleiches gilt, wenn eine Probe am rechten Rand eintritt, die Spannung an 14C, 20 fällt und ein Spannungsabfall an 14A, 14C; 14A, 14B oder 14A, 20 signalisiert, daß Kanal 30 befüllt wird (mindestens über den Zacken hinaus, der am weitesten vom Probeneintritt entfernt ist).
Anstatt oder zusätzlich zu der Überwachung von 14A, 20 und 14C, 20 zur Erkennung des Probeneintritts könnten 14A, 14B und 14B, 14C überwacht werden, um eine Teilbefüllung von Kanal 30 zu erkennen. Die Zeit, in der die Zelle befüllt wurde, wird wie oben beschrieben bestimmt.
Eine andere Alternative zur Überwachung von Teilbefüllung besteht darin, einfach die Spannung an 14B, 20 zu messen. Diese Alternative erfordert weniger Schalten und nur einfache Kontrollen. Dadurch, daß kein sehr schnelles Schalten erforderlich ist, ist auch eine Kostenersparnis möglich. Die Zeit, in der die Zelle befüllt wurde, wird dann durch einen Spannungsabfall an 14A, 14C signalisiert. Allgemeiner ausgedrückt bedeutet das, daß Strom- oder Spannungsveränderungen an einem oder mehreren der Paare dazu benutzt werden können, die Vorwärtsbewegung der Probe in der und durch die Zelle zu verfolgen. Wenn nur eine einzige Ritzung verwendet wird (wie in 1 dargestellt), sind natürlich nur drei einzelne Elektroden vorhanden, und die Überwachungsoptionen sind dementsprechend verringert. Umgekehrt, wenn die Oberfläche 20 anstatt oder zusätzlich zu der Oberfläche 14 eingeritzt wird, kann der Probenfluß mittels anderer oder zusätzlicher Spannungspaare überwacht werden.
5 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Schaltschema darstellt, das die oben beschriebene Füllerkennung leisten kann. Zu Beginn wird unter Verwendung der Schalter 105 und 106 eine konstante Stromquelle (101) an eine der Elektrodenpaar-Kombinationen angelegt. Ohne Probe auf dem Streifen sind die Widerstände zwischen allen sechs Elektrodenpaaren sehr groß, und der Strom, der durch den Streifen fließt, ist vernachlässigbar. Die Ausgangsspannung von Spannungspuffer 104 (V) ist unter diesen Bedingungen hoch. Wenn die Probe die Lücke eines überwachten Paares überbrückt, verringern sich Widerstand und Spannung beträchtlich. V wird dann über den Analog-Digital-Wandler 103 dem Mikrocontroller 104 zugeführt. Der Mikrocontroller 104, der diese verringerte Spannung als Probenerkennung interpretiert, schaltet 105 und 106, um eines der anderen Elektrodenpaare zu untersuchen, um zu bestätigen, daß die Zelle befüllt wird.
6 ist eine Explosionsperspektivenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung dieser Erfindung, in der eine Probe am Ende anstatt an der Seite der Vorrichtung aufgebracht wird. Die obere Schicht 112 besitzt eine Beschichtung 114 aus einem Leiter, z. B. Gold, auf ihrer Unterseite. Die Beschichtung besitzt eine isolierende Linie 116, die in die Oberfläche eingeritzt ist, und der Zacken 140 in Ritzlinie 116 erleichtert den Fluß der Probe in Kanal 130 der isolierenden Schicht 118. Die untere Schicht 122 besitzt eine Beschichtung aus Palladium oder einem anderen Leiter. Der elektrische Kontakt mit Beschichtung 120 erfolgt über die Zugangsöffnung 142 in der oberen Schicht 112 und Lücke 144 in der isolierenden Schicht 118. Der elektrische Kontakt mit Beschichtung 114 erfolgt durch die Öffnungen 146 in der unteren Schicht 122 und Lücke 144 in der isolierenden Schicht 118. Die elektrochemische Zelle 136 wird von Kanal 130 und den metallbeschichteten oberen und unteren Schichten gebildet. Es ist zu beachten, daß nach dem Zusammenbau der Vorrichtung die Durchgangsbohrung 148 durch alle drei Schichten getrieben wird, um eine Entlüftung in der oberen Schicht 112 bereitzustellen, um das Befüllen von Kanal 130 zu erlauben und am distalen Ende des Kanals (wo Bohrung 148 in die isolierende Schicht 118 geschnitten ist) eine Stoppstelle bereitzustellen. Gleichzeitig wird das proximale (offene) Ende des Kanals zusammen mit den angrenzenden Enden der Schichten 112 und 122 geschnitten. Die beiden Schnitte, die gleichzeitig in die zusammengebauten Schichten erfolgen, liefern eine genaue und reproduzierbare Kanallänge, die wiederum genaue und reproduzierbare Messungen erlaubt.
Eine Vorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs kam ein Glukoseoxidase (GOD)/Ferricyanid-System verwenden, um über die folgenden Reaktionen die Glukosekonzentrationen zu bestimmen, wobei GOD* das reduzierte Enzym ist. Glukose + GOD → Glukonsäure + GOD* Reaktion 1 GOD* + 2Ferricyanid → GOD + 2Ferrocyanid Reaktion 2
Ferricyanid ([Fe(CN)₆]^3–) ist der Mediator, der die GOD* in ihren katalytischen Zustand zurückführt. GOD, ein Enzymkatalysator, fährt mit der Glukoseoxidierung fort, solange überschüssiger Mediator vorhanden ist. Ferrocyanid ([Fe(CN)₆]^4–) ist das Produkt der Gesamtreaktion. Idealerweise ist zu Beginn kein Ferrocyanid vorhanden, obwohl in der Praxis häufig eine kleine Menge festzustellen ist. Nach Abschluß der Reaktion gibt die (elektrochemisch gemessene) Ferrocyanidkonzentration die Anfangsglukosekonzentration an. Die Gesamtreaktion, Reaktion 3, ist die Summe der Reaktionen 1 und 2.
Der Begriff „Glukose" bezieht sich speziell auf β-D-Glukose.
Die Einzelheiten dieses Systems sind in U.S.-Patent 5,942,102 beschrieben.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Methode zur Bereitstellung eines elektrisch leitenden Musters aus einem leitend beschichteten, flexiblen Isolator wie Blatt 12 von 2. Ein Apparat zur Erstellung eines Musters wie das, welches als 16 und 16A in der leitenden Beschichtung 14 bezeichnet wird, ist in 7 dargestellt.
Wie in 7 abgebildet, läuft das Gewebe 42, das die leitende Beschichtung 44 auf dem flexiblen Isolator 46 umfaßt, zwischen Amboß 48 und Schneidform 50 hindurch, damit ausgewählte Bereiche der Beschichtung 44 eingeritzt werden. Die Messerabschnitte von Form 50 sind in Höhe h angehoben, die größer als die Dicke der Beschichtung 44 ist, so daß die Schnittbereiche zu isolierenden Abschnitten in der Beschichtung werden. Jedoch sollten die Messerabschnitte nicht so weit angehoben werden, daß die mechanische Festigkeit des Isolators 46 unterminiert wird. Vorzugsweise beträgt die Messerhöhe h abhängig von der Einheitlichkeit und Präzision des Schneidwerkzeugs etwa das Tausend- bis Zehntausendfache der Dicke von Beschichtung 44. Vorzugsweise sind Amboß 48 und Schneidform 50 wie abgebildet Rollen, zwischen denen das Gewebe hindurchläuft.
Alternative Methoden zur Bereitstellung eines Musters von Ritzlinien in einer leitenden Schicht werden für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich sein. Wenn beispielsweise Isolator 46 verformbar ist, dann können standardmäßige Reliefnachbildungsverfahren zum Einsatz kommen wie die, welche in der Mikroreplikation Verwendung finden. (siehe U.S.-Patente 5,642,015; 5,514,120 und 5,728,446.)
Fachleute werden erkennen, daß es sich bei der vorstehenden Beschreibung um Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung handelt, ohne jedoch die Erfindung hierauf zu beschränken. Abwandlungen der hier vorgestellten Details sind möglich, ohne daß dadurch vom Umfang der Erfindung abgewichen wird.

Claims

Medizinische Diagnosevorrichtung zum Messen einer Analytkonzentration eines elektrisch leitenden biologischen Fluids, mit einer Mehrschichtsstrucktur mit einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht, zwischen denen eine Zwischenschicht angeordnet ist, wobei a) die erste und die zweite Schicht jeweils ein isolierendes Blatt (12, 22) mit einer an der Zwischenschicht (18) angrenzenden leitenden Oberfläche (14, 20) umfassen, b) die Zwischenschicht (18) eine isolierende Schicht mit einer Ausschneidung (30) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende ist, die zusammen mit der ersten und der zweiten Schicht einen Kapillarkanal (30) bildet, um es dem Probenmaterial zu erlauben, vom ersten Ende zum zweiten Ende zu fließen, c) der Kapillarkanal (30) (i) ein auf der leitenden Oberfläche von mindestens einem der leitenden Schichten (14, 20) aufgetragenes trockenes Reagenz zum Reagieren mit der Probe zum Erhalten einer Änderung in einem elektrischen Parameter, die mit der Analytkonzentration des Fluids in Beziehung gebracht werden kann, und (ii) eine elektrochemische Zelle (36) umfaßt, innerhalb welcher der elektrische Parameter gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß d) die leitende Oberfläche von mindestens einem der Schichten ein erstes isolierendes Muster (16) aufweist, welches in ihre leitende Oberfläche eingeritzt ist, um die Schicht in zwei voneinander isolierte Abschnitte zu teilen, wobei das isolierende Muster (16) mindestens einen Zacken (40) im Kapillarkanal (30) umfaßt, wobei über das Muster fließendes Probenmaterial einen leitenden Pfad vom ersten Ende zum zweiten Ende bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende der Ausschneidung (30) an einem ersten Rand der Zwischenschicht (18) angeordnet ist und das zweite an einem zweiten Rand der Zwischenschicht (18), gegenüber dem ersten Rand, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das trockene Reagenz auf der leitenden Oberfläche (14) der ersten Schicht angeordnet ist und das isolierende Muster (16) in die leitende Oberfläche (209) der zweiten Schicht eingeritzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Ende in den Kapillarkanal (30) eintretendes Probenmaterial durch die elektrochemische Zelle (36) fließt, bevor es das erste isolierende Muster (14) erreicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Fluid Blut ist und das Analyt, welches gemessen wird, Glukose ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schicht jeweils metallisierte thermoplastische Blätter umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (18) ein thermoplastisches Blatt mit Haftmitteln auf beiden Oberflächen zum Haften an der ersten und der zweiten Schicht umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reagenz auf der leitenden Oberfläche (14 und/oder 20) einen Puffer, einen Mediator und ein Enzym umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Muster (16) mindestens einen, in Richtung jedes Endes des Kanals zeigenden Zacken (40) im Kapillarkanal (30) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein zweites isolierendes Muster (16A), welches in die leitende Oberflächen der geritzten Schicht zwischen dem ersten Ende und dem ersten isolierenden Muster (16) geritzt ist, um die geritzte Schicht in drei Bereiche (14A, 14B, 14C) zu teilen, welche voneinander isoliert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am erste Ende in den Kapillarkanal (30) eintretendes Probematerial das zweite isolierende Muster (16A) erreicht, ehe es durch die elektrochemische Zelle (36) fließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch elektrische Schaltungsmittel zum Erfassen des Flusses von Fluid durch den Kapillarkanal (30).