专利名称：用于生物传感器的低总盐试剂组合物和系统的制作方法
用于生物传感器的低总盐试剂组合物和系统相关申请的参考本申请要求于2008年12月8日提交的题目为“低盐试剂组合物(Low-Mlt Reagent Composition) ”的美国临时申请No. 61/201，242的优先权，在此引入它的全部内容作为参考。
背景技术：
生物传感器提供对诸如全血、血清、血浆、尿液、唾液、间质或细胞内液等生物流体的分析。通常，生物传感器具有用来分析存放在测试传感器上的样品的测量装置。样品通常是液态，并且可以是生物流体或生物流体的衍生物，如提取物、稀释物、滤出物或复水的沉淀物。生物传感器执行的分析测定一种或多种分析物在生物流体中的存在和/或浓度。 分析物的例子包括醇、葡萄糖、尿酸、乳酸盐、胆固醇、胆红素、游离脂肪酸、甘油三酸酯、蛋白质、酮、苯丙氨酸或酶。这种分析可以用于诊断和治疗生理异常。例如，糖尿病患者可以使用生物传感器来测定全血中的葡萄糖水平，并且这种信息可以用于调整患者的饮食和/ 或用药。生物传感器可以被设计成分析一种或多种分析物，并且可以使用不同的样品体积。一些生物传感器可以分析一滴全血，例如体积为0.25-15微升(μ L)的全血。生物传感器可以利用台式、便携式等测量装置来实施。便携式测量装置可以是手持式的，并且可以对样品中的一种或多种分析物进行识别和/或量化。便携式测量装置的例子包括可得自 Tarrytown, New York 的 Bayer HealthCare 的 Ascensia Breeze 禾口 Elite 测量仪；而台式测量装置的例子包括可得自Austin，Texas的CH Instruments的电化学工作站。具有更短的分析时间、同时具有所希望的准确度和/或精确度的生物传感器为使用者提供了巨大的好处。在电化学生物传感器中，通过当将输入信号施加到样品时分析物或响应于分析物的物质的氧化/还原反应或氧化还原反应所产生的电信号来测量分析物浓度。输入信号可以作为单个电脉冲或多脉冲、序列或循环的形式来施加。可以在样品中添加诸如酶或类似物质等氧化还原酶以增强在氧化还原反应过程中电子从第一种物质向第二种物质的转移。 酶或类似物质可以与一种分析物发生反应，从而对所产生的输出信号的一部分提供了特异性。电化学生物传感器通常包括测量装置，而测量装置具有与测试传感器中的电导体连接的电触点。测试传感器可以在活有机体的体外、体内或部分体内使用。当在活有机体体外使用时，将生物流体的样品引入测试传感器中的样品储集器内。可以在引入分析用样品之前、之后或期间将测试传感器放在测量装置中。当在活有机体体内或部分体内时，可以连续地将测试传感器浸在样品中，或者可以间歇地将样品弓I入测试传感器中。测试传感器可以包括部分地隔离一定体积样品的储集器，或者测试传感器可以向样品开放。类似地，样品可以连续地流经测试传感器或被中断以进行分析。对于电化学生物传感器，导体可以由诸如固体金属、金属膏、导电碳、导电碳膏和导电聚合物等导电物质制成。电导体通常与延伸到样品储集器中的工作电极、反电极、参比电极、和/或其他电极连接。一个或多个电导体也可以延伸到样品储集器中以获得电极不能提供的功能。可以利用诸如美国专利No. 6，531，040,5, 798，031和5，120，420等中所描述的多
种技术通过在绝缘基体上设置或印刷电极来形成测试传感器。可以通过在一个或多个导体上布置一种或多种试剂组合物来形成电极。例如，当工作电极和反电极由同种组合物涂布时，超过一个的导体可以由同种试剂组合物涂布。本领域技术人员已知的多种技术可以用于将试剂组合物布置在测试传感器上。试剂组合物可以作为试剂流体布置在导体上，然后干燥。当样品被引入测试传感器时，试剂组合物开始再水合。不同的试剂组合物可以布置在导体上。因而，工作电极的试剂组合物可以含有酶、 介体和粘合剂，而反电极的试剂组合物则含有可以与工作电极的介体相同或不同的介体以及粘合剂。试剂组合物可以含有用于促进分析物氧化或还原的诸如氧化还原酶等电离剂以及有助于分析物和工作电极之间的电子转移的任何介体或其他物质。除了用于将试剂粘合在一起之外，例如，粘合剂可以帮助红血球的过滤、防止红血球在导体表面上的涂布以及氧化还原酶的稳定。从测试传感器获得输出信号越快，分析完成的就越快，其中在测试传感器中可以从输出信号精确测量分析物浓度。因而，具有更短分析时间、同时具有所希望的准确度和/ 或精确度的含有试剂组合物的生物传感器可以为使用者提供巨大的好处。从准确度和/或精确度方面定义生物传感器系统的测量性能。准确度和/或精确度的提高可以改善系统的测量性能。准确度可以表示为传感器系统的分析物读数相对于参考分析物读数的偏差，偏差值越大，代表准确度越低。精确度可以表示为多个分析物读数的偏差相对于平均值的展度或方差。偏差是指从生物传感器系统测量的生物流体中的分析物浓度的一个或多个值与一个或多个采纳的参考值之间的差异。因而，测量分析中的一种或多种误差会导致生物传感器系统的测得的分析物浓度的偏差。偏差可以表示为“绝对偏差” 或“偏差％”。绝对偏差可以测量的单位表示，如mg/dL，而偏差％可以表示为绝对偏差值相对于参考值的百分比。可以使用参考仪器获得采纳的参考值，例如得自YSI Inc. , Yellow Springs，Ohio 的 YSI 2300 STAT PLUS 。生物传感器系统可以在包括一种或多种误差的生物流体分析中提供输出信号。例如，当输出信号的一个或多个部分或整个输出信号未响应于或者不当地响应于样品的分析物浓度时，这些误差可能会在异常输出信号中反映出来。这些误差可以来自一种或多种贡献因素，如样品的物理特性、样品的环境方面、系统的操作条件、干扰物质等。样品的物理特性包括血细胞比容(红血球)浓度等。样品的环境方面包括温度等。系统的操作条件包括样品尺寸不够大时的未足量条件、样品的缓慢填充、样品与测试传感器的一个或多个电极之间的间歇电接触、与分析物相互作用的试剂的分解等。干扰物质包括抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚等。可能存在引起误差的其他贡献因素或贡献因素的组合。许多生物传感器系统包括一种或多种校正与分析有关的误差的方法。从具有误差的分析获得的浓度值可能不准确。因而，校正这些不准确分析的能力可以提高获得的浓度值的准确度。误差校正系统可以补偿一种或多种误差，如不同于参考温度的样品温度或不同于参考血细胞比容值的样品血细胞比容含量。例如，常规生物传感器系统可以被构造成在假设全血样品的血细胞比容含量为40% (ν/ν)的前提下报告葡萄糖浓度，而不管样品的实际血细胞比容含量如何。在这些系统中，对于含有小于或大于40%血细胞比容的血液样品进行的任何葡萄糖测量都将包括误差，并因而具有归因于血细胞比容效应的偏差。因此，持续需要改进的生物传感器系统，特别是可以提高样品中的分析物浓度测量的准确度和/或精确度的那些生物传感器系统。此外，需要可以提供越来越短的分析时间、同时提供所希望的准确度和/或精确度的改进生物传感器系统。本发明的系统、装置和方法克服了与常规生物传感器系统有关的至少一个缺点。
发明内容
本发明公开了一种用于测定样品中的分析物浓度的生物传感器系统，其包括用于选择性地进行分析物的氧化还原反应的反应部件和用于测量分析物的氧化还原反应速率的测量部件。所述反应部件含有粘合剂；缓冲盐；含有至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐的介体；和酶系。所述测量部件包括至少两个导体。所述测量部件在将样品引入至所述反应部件的至多7秒内测量最大动力学性能下的输出信号值，其中所述输出信号值响应于样品中的分析物浓度，和所述测量部件确定响应于至少一种误差参数的至少一个AS值。所述测量部件还从包括至少一种参考相关性和所述至少一个ΔS值的补偿方程测定样品中的分析物浓度，其中所述补偿方程的R2值为至少0. 5。本发明公开了一种用于测定样品中的分析物浓度的测试传感器，其包括至少两个导体，其中一个导体是工作电极，和布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物。所述试剂组合物具有平均试剂组合物表面积并且含有粘合剂；浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多9. 54nmol的缓冲盐；浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多4. 76nmol的介体， 其中所述介体含有至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐；酶系；和非离子表面活性剂。本发明公开了一种用于测定样品中的分析物浓度的测试传感器，其包括至少两个导体，其中一个导体是工作电极；具有储集器容积的储集器；和布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物，所述试剂组合物含有粘合剂；浓度为每μ L所述储集器容积至多 67nmol的缓冲盐；浓度为每μ L所述储集器容积至多40nmol的介体，其中所述介体含有至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐；酶系；和非离子表面活性剂。本发明公开了一种用于测定样品中的分析物浓度的测试传感器，其包括至少两个导体，其中一个导体是具有工作电极面积的工作电极，和布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物。所述试剂组合物含有粘合剂；浓度为每mm2所述工作电极面积至多 167nmol的缓冲盐；浓度为每mm2所述工作电极面积至多SOnmol的介体，其中所述介体含有至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐；酶系，和非离子表面活性剂。本发明公开了一种用于测定样品中的分析物浓度的方法，其包括将含有至少一种分析物的含水样品引入至试剂组合物，用所述含水样品使所述试剂组合物再水合；在导体间施加输入信号，所述样品在所述分析物、所述试剂组合物和所述导体之间提供电连通； 和从一个或多个输出信号值测定所述样品中的一种或多种分析物的浓度，其中在将所述含水样品引入至所述试剂组合物的至多7秒内从所述导体测量输出信号值。所述试剂组合物具有平均试剂组合物表面积并且可以含有粘合剂；存在浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多9. 54nmol的缓冲盐；存在浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多4. 76nmol的介体；酶系；和非离子表面活性剂。本发明公开了一种用于测定样品中的分析物浓度的方法，其包括响应于样品中的分析物浓度产生至少一个输出信号值，确定来自至少一种误差参数的至少一个Δ S值， 用至少一种参考相关性和至少一个Δ S值来补偿所述至少一个输出信号值，以及从所述至少一个输出信号值测定样品中的分析物浓度。本发明公开了一种用于形成试剂组合物的试剂流体，其含有水；粘合剂；存在浓度为至多115mM的缓冲盐；存在浓度为至多90mM的介体，其中所述介体含有至多20% (w/ w)的无机非过渡金属盐；酶系；和非离子表面活性剂。所述流体的PH可以为4. 5 7. 5。
结合下面的附图和说明可以更好地理解本发明。附图中的组成部分不必依照比例绘制，而是重点在于解释本发明的原理。图IA为经装配的测试传感器的立体图。图IB为图IA的盖子已移除的测试传感器的俯视图。图2为图IB的测试传感器的端视图。图3代表用于测定与低总盐试剂组合物接触的样品中分析物的存在和/或浓度的电化学分析方法。图4示出对于葡萄糖浓度为400mg/dL和血细胞比容为70%的全血样品来自测试传感器的输出信号。图5A示出具有表1中列出的试剂组合物的测试传感器与含有50mg/dL葡萄糖并具有不同水平血细胞比容的血液样品接触的峰值时间图。图5B示出具有表1中列出的试剂组合物的测试传感器与含有lOOmg/dL葡萄糖并具有不同水平血细胞比容的血液样品接触的峰值时间图。图6A示出在具有试剂组合物A的测试传感器与样品接触之后5秒时测量的样品的ASttrtal随简比索引(simple ratio index)变化的相关性图。图6B示出在具有试剂组合物B的测试传感器与样品接触之后5秒时测量的样品的ASttrtal随简比索引变化的相关性图。图6C示出在具有试剂组合物C的测试传感器与样品接触之后5秒时测量的样品的ASttrtal随简比索引变化的相关性图。图6D示出在具有试剂组合物D的测试传感器与样品接触之后5秒时测量的样品的ASttrtal随简比索引变化的相关性图。图6E示出在具有试剂组合物E的测试传感器与样品接触之后5秒时测量的样品的ASttrtal随简比索引变化的相关性图。图7示出具有表1中列出的试剂组合物的测试传感器在21. 8°C下的R2值随化验时间变化的示图。图8示出低总盐试剂组合物F和G在16°C下的R5/4索引随血细胞比容水平变化的示图。图9示出利用门控电流输入信号测量生物流体的样品中的分析物浓度的生物传感器的示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种测试传感器用的试剂组合物，其具有比测试传感器用的常规试剂组合物更低浓度的总盐。低总盐试剂组合物中的包括缓冲盐和无机非过渡金属盐的盐的总浓度，可以是常规传感器中的盐的总浓度的一半或更少。低总盐试剂组合物可以含有非离子表面活性剂，还可以含有离子表面活性剂。来自包括低总盐试剂组合物的测试传感器的输出信号可以在宽范围的血细胞比容内与全血样品的分析物浓度精确地相关。相对于试剂组合物中具有较高浓度总盐的常规测试传感器而言，这是很大的改进，常规测试传感器可以在更窄范围的血细胞比容内提供精确测量。来自包括低总盐试剂组合物的测试传感器的输出信号可以在约7秒内与样品的分析物浓度精确地相关。相对于试剂组合物中具有较高浓度总盐的常规测试传感器而言， 这是很大的改进，常规测试传感器可能需要超过7秒来提供与样品的分析物浓度精确相关的输出信号。图IA和图IB示出测试传感器100。图IA是经装配的测试传感器100的立体图， 它包括传感器基部110，该传感器基部至少部分地被盖子120覆盖，还包括通风口 130、样品覆盖区140和输入端开口 150。部分封闭的储集器160在基部110和盖子120之间形成。 还可以使用其他测试传感器设计。可以通过将液体引入开口 150而将分析用液体样品转移到储集器160中。液体填充在储集器160中，同时通过通风口 130排出先前含有的空气。储集器160可以含有帮助液体样品保留在储集器中的保留组合物(图未示)。保留组合物的例子包括诸如羧甲基纤维素和聚乙二醇等水膨胀性聚合物和诸如右旋糖苷和聚丙烯酰胺等多孔聚合物基质。图IB为盖子120已移除的测试传感器100的俯视图。导体170、180可以在介电层190下面从测量装置接口 155分别连至工作电极175和反电极185。工作电极175和反电极185可以大体在同一平面上，如图所示，或者在不同平面上(图未示)。工作电极175 和反电极185可以与盖子120的上部隔开至少100 μ m。介电层190可以部分地覆盖电极 175、185，并且可以由诸如绝缘聚合物等任何合适的介电材料制成。反电极185可以支持测试传感器100的工作电极175处的电化学活性。通过从惰性物质(例如碳)形成反电极185且使可溶性氧化还原物质(例如铁氰化物介体)包含在储集器160内，从而将支持工作电极175处的电化学活性的电位提供给传感器系统。在反电极185处的电位可以是通过从氧化还原对(例如Ag/AgCl)形成反电极185而获得的参考电位，从而提供组合的参考-反电极。可选择地，测试传感器100可以设有第三导体和电极(图未示)，以向传感器系统提供参考电位。工作电极175的面积可以与反电极185的面积相等，或者一个电极的面积可以大于另一个电极的面积。目前，优选的是，工作电极面积小于反电极面积。优选地，反电极面积与工作电极面积之比为至少1，更优选至少1. 1，更优选至少1. 2，更优选至少1. 3，更优选至少1.4，更优选至少1.5。图2为图IB的测试传感器的端视图，显示了工作电极175和反电极185的层结构。 导体170、180可以直接设置在基部110上。表面导体层270、280任选地可以分别布置在导体170、180上。表面导体层270、280可以由与导体170、180相同或不同的材料制成。用于形成导体170、180和表面导体层270480的材料可以包括任何电导体。优选的电导体是非电离的，使得材料在样品分析过程中不会发生净氧化或净还原。导体170、180 优选包括金属膏或金属的薄层，例如金、银、钼、钯、铜或钨。表面导体层270、280优选含有碳、金、钼、钯或其组合。如果导体上不存在表面导体层，那么导体优选由非电离材料制成。表面导体材料可以通过与测试传感器的操作兼容的任何常规方式布置在导体 170、180上，包括箔沉积、化学气相沉积、浆料沉积等。在浆料沉积的情况下，例如，如美国专利No. 5，798，031中所述，可以作为油墨将混合物涂布在导体170、180上。试剂组合物275、285可以分别布置在导体170、180上或其附近。术语“在…上 (on)”被定义为“在…上面”并且是相对于所描述的方向而言的。例如，如果第一元件沉积在第二元件的至少一部分之上，则写成“第一元件沉积在第二元件上”。在另一个例子中，如果第一元件位于第二元件的至少一部分上面，则写成“第一元件在第二元件上”。使用术语 “在…上”时并不排除在所描述的上部元件与下部元件之间还存在着物质。例如，第一元件可以在其顶面上具有涂层，而第一元件及其顶部涂层的至少一部分上面的第二元件可以写成“在第一元件上”。因此，使用术语“在…上”可以表示有关的两个元件物理接触或未物理接触。试剂组合物含有试剂和粘合剂。粘合剂含有基本溶于水的至少一种聚合物材料和任选地基本不溶于水的多孔颗粒。多孔颗粒可以为聚合物材料提供额外的物理结构。粘合剂在被样品水合时可以形成凝胶或凝胶状物质。可选层290可以布置在导体170和/或表面导体层270上。可选层290可以缺少试剂组合物275的一种或多种成分。试剂组合物275、285可以含有相同或不同的试剂。当含有相同的试剂时，试剂组合物275、285可以是相同的组合物。当含有不同的试剂时，在第一组合物275中存在的试剂可以被选择用于工作电极175，而在第二组合物观5中存在的试剂可以被选择用于反电极185。例如，组合物观5中的试剂可以含有促进电子在样品和导体180之间自由流动的介体。同样，组合物275中的试剂可以含有促进分析物反应的酶系和任选的介体。试剂组合物275中包含的酶系可以对分析物具有特异性，并且酶系可以促进分析物的反应，同时增强传感器系统对分析物的特异性，尤其在复合生物样品中。酶系可以含有参与分析物的氧化还原反应的一种或多种酶、辅因子和/或其他部分。例如，醇氧化酶可用于提供对样品中醇的存在敏感的测试传感器。这种系统可适用于测量血醇浓度。在另一个例子中，葡萄糖脱氢酶或葡萄糖氧化酶可用于提供对样品中葡萄糖的存在敏感的测试传感器。例如，这种系统可用于测量已知或疑似患有糖尿病的患者中的血糖浓度。试剂组合物275、285可以通过诸如印刷、液体沉积或喷墨沉积等任何便利方式来布置。例如，一种或多种试剂流体可以沉积在测试传感器上，并且试剂流体可以被干燥而形成试剂组合物275二85。在测试传感器的电极上沉积试剂流体的装置和方法的例子公开在例如申请人为BoruZhu等人的美国专利申请公布US 2009/0145756 Al中。各种因素可能影响获得的试剂组合物275485的尺寸。这些因素的例子包括所用的试剂流体的粘度、筛网尺寸和乳液组合以及其上沉积试剂流体的传感器的特征尺寸。当优选较薄的试剂组合物时，可以使用印刷之外的方法，如微量吸管法、喷墨法或针销法。这些方法通常产生微米或亚微米厚度的干试剂组合物，如1-10μπι。例如，针销法可以提供约1 μ m平均厚度的试剂组合物。由针销法所产生的试剂组合物的厚度例如可以由试剂组合物中包含的粘合剂的量控制，粘合剂含量越高，试剂组合物越厚。试剂组合物(如275J85)中的各成分可以相对于组合物的尺寸来定量，或者这些成分可以相对于其上布置组合物的传感器的另一种尺寸来定量，如储集器容积或工作电极面积。在一个例子中，试剂组合物的各成分可以换算为每平方毫米(mm2)试剂组合物表面积的微克(yg)、纳克(ng)、纳摩尔(nmol)或酶单位(U)来定量，其中试剂组合物表面积是指试剂组合物的二维面积。在另一个例子中，试剂组合物的各成分可以换算为每微升(μ L) 储集器容积的微克(μ g)、纳摩尔(nmol)或酶单位(U)来定量。在另一个例子中，试剂组合物的各成分可以换算为每平方毫米(mm2)工作电极面积的微克(yg)、纳摩尔(nmol)或酶单位⑶来定量。试剂组合物优选含有粘合剂。用作粘合剂的合适的基本上溶于水的聚合物材料可以包括聚环氧乙烷(PEO)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羟基亚乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPC)、乙基羟乙基纤维素、羧甲基乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、聚氨基酸(例如聚赖氨酸)、聚苯乙烯磺酸酯、明胶、丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸酐、其盐、其衍生物及其组合。聚合物材料包括单体、预聚物以及可以形成重复单元或具有重复单元的其他材料。也可以使用其他聚合物材料。在这些聚合物材料中，PEO、PVA、CMC和HEC是优选的，HEC是目前更优选的。对于HEC,重均分子量(Mw)为约8，000 1，000，000是优选的，Mw为约15，000 500，000是更优选的，Mw为约90，000 300，000是更优选的。目前，Mw为约90，000的HEC和Mw为约 300, 000的HEC的混合物是特别优选的。试剂组合物优选每mm2试剂组合物表面积含有约0. 14 0. 43 μ g的粘合剂，更优选含有约0. 17 0. 38 μ g/mm2的粘合剂，更优选含有约0. 22 0. 35 μ g/mm2的粘合剂。试剂组合物优选每μ L储集器容积含有约1 3 μ g的粘合剂，更优选含有约1. 2 2. 6 μ g/ μ L的粘合剂，更优选含有约1. 5 2. 3μ g/μ L的粘合剂。试剂组合物优选每mm2工作电极面积含有约1 7. 5 μ g的粘合剂，更优选含有约1. 2 6. 5 μ g/mm2的粘合剂，更优选含有约1. 5 5. 7 μ g/mm2的粘合剂。试剂组合物任选地含有基本不溶于水的多孔颗粒。优选地，如果多孔颗粒存在于试剂组合物中，那么多孔颗粒和粘合剂之间的比例保持在约1 10 (w/w)。其他比例可以用于为试剂组合物提供不同的性能。试剂组合物的多孔颗粒的例子公开在例如申请人为Boru Zhu的美国专利申请公布2009/0178936 Al中。试剂组合物优选含有缓冲盐。当试剂组合物与含水样品接触时，缓冲盐优选保持混合物的PH值为约4. 5 7. 5，更优选约6 7。可以选择试剂组合物的优选pH值和缓冲盐以保持酶的活性。磷酸盐系缓冲剂是目前优选的，但是也可以使用其他缓冲剂。优选地， 缓冲盐包括Na2HP04。试剂组合物优选每mm2试剂组合物表面积含有约2. 30 9. 54nmol的缓冲盐，更优选含有约2. 80 6. 43nmol/mm2的缓冲盐，更优选含有约3. 40 4. 77nmol/mm2的缓冲盐。试剂组合物优选每μ L储集器容积含有约16 67nmol的缓冲盐，更优选含有约20 45nmol/μ L的缓冲盐，更优选含有约M 34nmol/ μ L的缓冲盐。试剂组合物优选每mm2 工作电极面积含有约16 167nmol的缓冲盐，更优选含有约20 113nm0l/mm2的缓冲盐，更优选含有约M 84nm0l/mm2的缓冲盐。试剂组合物可以含有基本溶于水的单或双电子介体。基于它们的电化学活性，介体可以分成两类。单电子转移介体是在电化学反应的条件下能够获取一个额外电子的化学部分，而双电子转移介体是在反应的条件下能够获取两个额外电子的化学部分。单电子转移介体的例子包括诸如1，1’ - 二甲基二茂铁、亚铁氰化物和铁氰化物以及六胺合钌(III) 和六胺合钌(II)等化合物。尽管可以使用其他介体，但双电子转移介体可以是优选的，因为与单电子转移介体相比，在相同介体摩尔量的情况下，其能够将大约2倍的电子从酶系转移至工作电极。因而，与单电子转移介体相比，在试剂组合物中可以使用更少量的双电子转移介体。例如，双电子转移介体的量可以为单电子转移介体量的一半。双电子转移介体的例子包括有机醌和氢醌，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-羟基-9，9- 二甲基-9H-吖啶-2-酮及其衍生物。 优选的双电子转移介体包括3-苯基亚氨基-3H-吩噻嗪(PIPT)和3-苯基亚氨基-3H-吩噁嗪(PIPO)。更优选的双电子转移介体包括吩噻嗪衍生物的羧酸或盐，例如铵盐。目前， 特别优选的双电子转移介体包括(E)-2-(3H-吩噻嗪-3-亚基氨基)苯-1，4-二磺酸、 (E) -5- (3H-吩噻嗪-3-亚基氨基)间苯二甲酸、(E) -3- (3H-吩噻嗪-3-亚基氨基)_5_羧基苯甲酸铵及其组合。其他双电子转移介体的例子包括美国专利No. 5，393，615,5, 498，542 和5，520，786中记载的电活性有机分子。上面列出的双电子转移介体可以含有无机非过渡金属盐作为杂质。无机非过渡金属盐通常是硫酸根[SO4]2-的碱金属或碱土金属盐。例如，(E)-2-(3H-吩噻嗪-3-亚基氨基)苯-1，4-二磺酸可以含有无机非过渡金属盐作为杂质，无机非过渡金属盐相对于介体的质量百分比为 50% (w/w)，如3% 30% (w/w)、4% 25% (w/w)和5% 21% (w/w)O试剂组合物优选每mm2试剂组合物表面积含有约1. 70 4. 76nmol的介体，更优选含有约2. 30 5. 14nmol/mm2的介体，更优选含有约2. 80 4. OOnmol/mm2的介体。试剂组合物优选每μ L储集器容积含有约12 40nmol的介体，更优选含有约16 36nmol/ μ L的介体，更优选含有约20 ^nmol/ μ L的介体。试剂组合物优选每mm2工作电极面积含有约12 IOOnmol的介体，更优选含有约16 90nmol/mm2的介体，更优选含有约20 70nmol/mm2的介体。试剂组合物优选每mm2试剂组合物表面积含有至多4. 76nmol的介体， 每μ L储集器容积含有至多40nmol的介体，或每mm2工作电极面积含有至多IOOnmol的介体。试剂组合物还含有基本溶于水的酶系。在试剂组合物的酶系中使用的优选酶包括醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、β-羟基丁酸脱氢酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、甲醛脱氢酶、苹果酸脱氢酶和3-羟基类固醇脱氢酶。优选的酶系是不依赖氧的，因此基本上不被氧所氧化。一种不依赖氧的酶家族为葡萄糖脱氢酶(GDH)。使用不同辅酶或辅因子，GDH可以按不同方式由不同介体所介导。根据与GDH的缔合情况，诸如黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)等辅因子可以由主酶紧固，例如在FAD-GDH的情况下；或者，诸如吡咯并喹啉醌(PQQ)等辅因子可以与主酶共价连接，例如在PQQ-GDH的情况下。在这些酶系的每一种酶系中的辅因子可以由主酶或辅酶固定，脱辅酶可以在将酶系加至试剂流体之前重构。辅酶也可以独立地加到试剂流体的主酶部分中，以帮助主酶的催化功能，例如在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD/ NADH+或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP/NADPH+的情况下。试剂组合物优选每mm2试剂组合物表面积含有约0. 07 0. 3活性单位(U，根据制造商规定)的酶系，更优选含有约0. 09 0. 25U/mm2的酶系，更优选含有约0. 1 0. 2U/ mm2的酶系。试剂组合物优选每μ L储集器容积含有约0. 5 1. 8U的酶系，更优选含有约 0.6 1.6U/μ L的酶系，更优选含有约0.8 1.4υ/μ 的酶系。试剂组合物优选每mm2 工作电极面积含有约0. 5 OT的酶系，更优选含有约0. 6 4U/mm2的酶系，更优选含有约 0. 8 3. 5U/mm2的酶系。试剂组合物优选含有非离子表面活性剂。表面活性剂可以是有助于形成具有所希望的粘度和稳定性的胶状悬浮液并且与沉积方法和分析兼容的任何非离子表面活性剂。非离子表面活性剂的例子包括糖类表面活性剂，如N-庚酰基-N-甲基葡糖胺、N-辛酰基-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，诸如N-辛酰基-N-甲基-D-葡糖胺(作为MEGA 8出售，可以从D0JIND0，feiitherSburg，MD获得)等糖类表面活性剂是优选的。例如，这种表面活性剂每分子包括大约8个氧化乙烯单元。其他优选的表面活性剂是基于乙氧基化物的中性表面活性剂，如PEG-30四甲基癸炔二醇表面活性剂(例如，从Air Products, Allentown, PA得到的SURFYNOL 485)。能够提高传感器的样品填充率和/或有助于稳定酶系的表面活性剂是优选的。试剂组合物优选每mm2试剂组合物表面积含有约0. 04 0. M μ g的非离子表面活性剂，更优选含有约0. 07 0. 21 μ g/mm2的非离子表面活性剂，更优选含有约0. 09 0. 18 μ g/mm2的非离子表面活性剂。试剂组合物优选每μ L储集器容积含有约0. 3 1. 7 μ g 的非离子表面活性剂，更优选含有约0. 5 1. 5 μ g/μ L的非离子表面活性剂，更优选含有约0. 6 1. 3 μ g/μ L的非离子表面活性剂。试剂组合物优选每mm2工作电极面积含有约 0. 3 4. 3 μ g的非离子表面活性剂，更优选含有约0. 5 3. 8 μ g/mm2的非离子表面活性剂， 更优选含有约0. 6 3. 2 μ g/mm2的非离子表面活性剂。试剂组合物任选地含有阴离子表面活性剂。表面活性剂可以是有助于形成试剂组合物的精确限定的外周并且与沉积方法和分析兼容的任何阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂的例子包括磷酸酯，如聚氧乙烯烷基酚磷酸酯；硫酸盐，如聚氧乙烯烷基酚硫酸盐；和磺酸盐，如烷基和杂烷基磺酸盐。阴离子表面活性剂的具体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钠(Witcolate D-51-53)、甲基椰油酰基牛磺酸钠(Geropon TC-42)和二辛基磺化琥珀酸钠。试剂组合物优选每mm2试剂组合物表面积含有约3 16纳克(ng)的阴离子表面活性剂，更优选含有4 12ng/mm2的阴离子表面活性剂，更优选含有5. 5 9ng/mm2的阴离子表面活性剂。试剂组合物优选每μ L储集器容积含有约20 140ng的阴离子表面活性剂，更优选含有30 SOng/μ L的阴离子表面活性剂，更优选含有35 60ng/μ L的阴离子表面活性剂。试剂组合物优选每mm2工作电极面积含有约10 350ng的阴离子表面活性剂，更优选含有30 220ng/mm2的阴离子表面活性剂，更优选含有40 150ng/mm2的阴离子表面活性剂。
试剂组合物优选是低总盐试剂组合物，其含有比常规试剂组合物更低浓度的缓冲盐和/或更低浓度的其他盐。优选地，低总盐试剂组合物每mm2试剂组合物表面积含有至多9. Mnmol的缓冲盐，和介体中的至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐。更优选地，低总盐试剂组合物每mm2试剂组合物表面积含有至多6. 43nmol的缓冲盐，和介体中的至多10% (w/w)的无机非过渡金属盐。更优选地，低总盐试剂组合物每mm2试剂组合物表面积含有至多4.77nmol的缓冲盐，和介体中的至多5% (w/w)的无机非过渡金属盐。优选地，低总盐试剂组合物每μ L储集器容积含有至多67nmol的缓冲盐，和介体中的至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐。更优选地，低总盐试剂组合物每μ L储集器容积含有至多45nmol的缓冲盐，和介体中的至多10% (w/w)的无机非过渡金属盐。更优选地，低总盐试剂组合物每μ L储集器容积含有至多34nmol的缓冲盐，和介体中的至多5% (w/w)的无机非过渡金属盐。优选地，低总盐试剂组合物每mm2工作电极面积含有至多167nmol的缓冲盐，和介体中的至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐。更优选the低总盐试剂组合物每mm2工作电极面积含有至多113nmol的缓冲盐，和介体中的至多10% (w/w)的无机非过渡金属盐。更优选地，低总盐试剂组合物每mm2工作电极面积含有至多84nmol的缓冲盐，和介体中的至多5% (w/w)的无机非过渡金属盐。试剂组合物的例子列于下表1。这些组合物被布置在测试传感器的工作电极和反电极上，其中工作电极的平均直径为约0. 2mm2 0. 5mm2，反电极直径与工作电极直径之比为至少1.2。测试传感器的储集器容积为约0.5 μ L。各种试剂组合物的平均直径为约 2. 1mm，从而提供约3. 5mm2的平均试剂组合物表面积。表1-试剂组合物
权利要求
1.一种用于测定样品中的分析物浓度的生物传感器系统，其包括 用于选择性地进行分析物的氧化还原反应的反应部件，其中所述反应部件含有粘合剂、缓冲盐、含有至多20% (w/w)的无机非过渡金属盐的介体以及酶系；和用于测量分析物的氧化还原反应速率的测量部件， 其中所述测量部件包括至少两个导体；其中所述测量部件在将样品引入至所述反应部件的至多7秒内测量最大动力学性能下的输出信号值，其中所述输出信号值响应于样品中的分析物浓度， 所述测量部件确定响应于至少一种误差参数的至少一个△ S值，和所述测量部件还从包括至少一种参考相关性和所述至少一个Δ S值的补偿方程测定样品中的分析物浓度；其中所述补偿方程的R2值为至少0. 5。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述反应部件含有试剂组合物，所述试剂组合物具有平均试剂组合物表面积并且含有所述粘合剂，所述缓冲盐，它在所述试剂组合物中的存在浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多 9. 54nmol，所述介体，它在所述试剂组合物中的存在浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多 4. 76nmol,所述酶系，和非离子表面活性剂。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述试剂组合物含有每mm2所述试剂组合物表面积约0. 14 0. 43 μ g的所述粘合剂， 每mm2所述试剂组合物表面积约2. 30 9. 54nmol的所述缓冲盐， 每mm2所述试剂组合物表面积约1. 70 4. 76nmol的所述介体， 每mm2所述试剂组合物表面积约0. 07 0. 3单位的所述酶系，和每mm2所述试剂组合物表面积约0. 04 0. M μ g的所述非离子表面活性剂。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述试剂组合物含有 约3. 40 4. 77nmol/mm2的所述缓冲盐，和约2. 80 4. OOnmol/mm2的所述介体。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述反应部件包括基部，所述至少两个导体在所述基部上，其中一个导体是工作电极，布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物，和在所述至少两个导体和所述试剂组合物上的储集器；其中所述储集器具有储集器容积，和所述试剂组合物含有所述粘合剂，所述缓冲盐，它在所述试剂组合物中的存在浓度为每μL所述储集器容积至多 67nmol，所述介体，它在所述试剂组合物中的存在浓度为每μ L所述储集器容积至多40nmol， 所述酶系，和非离子表面活性剂。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述试剂组合物含有 每μ L所述储集器容积约1 3 μ g的所述聚合物粘合剂， 每μ L所述储集器容积约16 67nmol的所述缓冲盐，每μ L所述储集器容积约12 40nmol的所述介体，每μ L所述储集器容积约0. 5 1. 8单位的所述酶系，和每μ L所述储集器容积约0. 3 1. 7 μ g的所述非离子表面活性剂。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述试剂组合物含有 约M 34nmol/ μ L的所述缓冲盐，和约20 ^nmol/ μ L的所述介体。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述反应部件包括基部，所述至少两个导体在所述基部上，其中一个导体是具有工作电极面积的工作电极，和布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物； 其中所述试剂组合物含有 所述粘合剂，所述缓冲盐，它在所述试剂组合物中的存在浓度为每mm2所述工作电极面积至多 167nmol，所述介体，它在所述试剂组合物中的存在浓度为每mm2所述工作电极面积至多 IOOnmol，所述酶系，和非离子表面活性剂。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述试剂组合物含有 每mm2所述工作电极面积约1 7. 5 μ g的所述粘合剂， 每mm2所述工作电极面积约16 167nmol的所述缓冲盐， 每mm2所述工作电极面积约12 IOOnmol的所述介体，每mm2所述工作电极面积约0. 5 5活性单位的所述酶系，和每mm2所述工作电极面积约0. 3 4. 3 μ g的所述非离子表面活性剂。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述试剂组合物含有 约M 84nmol/mm2的所述缓冲盐，和约20 70nmol/mm2的所述介体。
11.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述试剂组合物还含有离子表面活性剂。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述离子表面活性剂包括阴离子表面活性剂。
13.如权利要求2-10中任一项所述的系统，其中所述试剂组合物还含有每mm2所述试剂组合物表面积约3 16ng/mm2的阴离子表面活性剂、或每μ L所述储集器容积约20 40ng的离子表面活性剂、或每mm2所述工作电极面积约10 350ng的离子表面活性剂。
14.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述缓冲盐包括Na2HPCV
15.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述介体含有至多15%(w/w)、至多 10% (w/w)、至多5% (w/w)或至多4% (w/w)的无机非过渡金属盐。
16.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述非离子表面活性剂包括糖类表面活性剂。
17.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述测量部件在将样品引入至所述反应部件的至多5秒内或在将样品引入至所述反应部件的至多3. 5秒内测量最大动力学性能下的输出信号值。
18.一种用于测定样品中的分析物浓度的测试传感器，其包括 至少两个导体，其中一个导体是工作电极；和布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物，所述试剂组合物具有平均试剂组合物表面积并且含有 粘合剂，浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多9. 54nmol的缓冲盐， 浓度为每mm2所述试剂组合物表面积至多4. 76nmol的介体，其中所述介体含有至多 20% (w/w)的无机非过渡金属盐， 酶系，和非离子表面活性剂。
19.如权利要求18所述的传感器，其中所述试剂组合物含有 每mm2所述试剂组合物表面积约0. 14 0. 43 μ g的所述粘合剂， 每mm2所述试剂组合物表面积约2. 30 9. 54nmol的所述缓冲盐， 每mm2所述试剂组合物表面积约1. 70 4. 76nmol的所述介体， 每mm2所述试剂组合物表面积约0. 07 0. 3单位的所述酶系，和每mm2所述试剂组合物表面积约0. 04 0. M μ g的所述非离子表面活性剂。
20.如权利要求18所述的传感器，其中所述试剂组合物含有 约3. 40 4. 77nmol/mm2的所述缓冲盐，和约2. 80 4. OOnmol/mm2的所述介体。
21.一种用于测定样品中的分析物浓度的测试传感器，其包括 至少两个导体，其中一个导体是工作电极；具有储集器容积的储集器；和布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物，所述试剂组合物含有 粘合剂，浓度为每μ L所述储集器容积至多67nmol的缓冲盐，浓度为每μ L所述储集器容积至多40nmol的介体，其中所述介体含有至多20% (w/w) 的无机非过渡金属盐， 酶系，和非离子表面活性剂。
22.如权利要求21所述的传感器，其中所述试剂组合物含有 每μ L所述储集器容积约1 3 μ g的所述聚合物粘合剂，每μ L所述储集器容积约16 67nmol的所述缓冲盐， 每μ L所述储集器容积约12 40nmol的所述介体， 每μ L所述储集器容积约0. 5 1. 8单位的所述酶系，和每μ L所述储集器容积约0. 3 1. 7 μ g的所述非离子表面活性剂。
23.如权利要求22所述的传感器，其中所述试剂组合物含有 约M 34nmol/ μ L的所述缓冲盐，和约20 ^nmol/ μ L的所述介体。
24.一种用于测定样品中的分析物浓度的测试传感器，其包括 至少两个导体，其中一个导体是具有工作电极面积的工作电极；和布置在所述工作电极上或其附近的试剂组合物，所述试剂组合物含有 粘合剂，浓度为每mm2所述工作电极面积至多167nmol的缓冲盐，浓度为每mm2所述工作电极面积至多SOnmol的介体，其中所述介体含有至多20% (w/ w)的无机非过渡金属盐， 酶系，和非离子表面活性剂。
25.如权利要求M所述的传感器，含有每mm2所述工作电极面积约1 7. 5 μ g的所述粘合剂， 每mm2所述工作电极面积约16 167nmol的所述缓冲盐， 每mm2所述工作电极面积约12 IOOnmol的所述介体， 每mm2所述工作电极面积约0. 5 5活性单位的所述酶系，和每mm2所述工作电极面积约0. 3 4. 3 μ g的所述非离子表面活性剂。
26.如权利要求25所述的传感器，含有约M 84nmol/mm2的所述缓冲盐，和约20 70nmol/mm2的所述介体。
27.如权利要求18-26中任一项所述的传感器，还含有离子表面活性剂。
28.如权利要求27所述的传感器，其中所述离子表面活性剂包括阴离子表面活性剂。
29.如权利要求28所述的传感器，含有每mm2所述试剂组合物表面积约3 16ng/mm2 的阴离子表面活性剂、或每μ L所述储集器容积约20 40ng的离子表面活性剂、或每mm2 所述工作电极面积约10 350ng的离子表面活性剂。
30.如权利要求18-29中任一项所述的传感器，其中所述缓冲盐包括Na2HP04。
31.如权利要求18-30中任一项所述的传感器，其中所述介体含有至多15%(w/w)、至多10% (w/w)、至多5% (w/w)或至多4% (w/w)的无机非过渡金属盐。
32.如权利要求18-31中任一项所述的传感器，其中所述非离子表面活性剂包括糖类表面活性剂。
全文摘要
本发明公开了一种用于测定样品中的分析物浓度的生物传感器系统，其包括用于选择性地进行分析物的氧化还原反应的反应部件和用于测量分析物的氧化还原反应速率的测量部件。所述反应部件含有粘合剂、缓冲盐、含有至多20％(w/w)的无机非过渡金属盐的介体以及酶系。所述测量部件包括至少两个导体。所述测量部件在将样品引入至所述反应部件的至多7秒内测量最大动力学性能下的输出信号值，其中所述输出信号值响应于样品中的分析物浓度，和所述测量部件确定响应于至少一种误差参数的至少一个ΔS值。所述测量部件还从包括至少一种参考相关性和所述至少一个ΔS值的补偿方程测定样品中的分析物浓度，其中所述补偿方程的R2值为至少0.5。
文档编号C12Q1/00GK102227505SQ200980147993
公开日2011年10月26日 申请日期2009年12月7日 优先权日2008年12月8日
发明者伍焕平, 埃米·H·楚, 朱伯儒 申请人:拜尔健康护理有限责任公司