在电化学电池中测定氧化还原物质的浓度的方法技术

一种用于测定在具有一个工作电极和一个与该工作电极隔开一予定间距的反电极的电化学电池中还原（或氧化）形态的氧化还原物质的浓度的方法，所述方法包括如下步骤： （ａ）在电极之间施加电压，其中该电极被隔开以致于反应产物从反电极通过扩散到达工作电极，并且其中工作电极的电位使得还原形态（或氧化形态）的氧化还原物质的电解氧化速率受扩散控制， （ｂ）在施加电压之后并且在达到稳定状态之前，测定作为时间函数的电流， （ｃ）估算稳态电流的强度， （ｄ）中断电压，或者反转电压极性， （ｅ）重复步骤（ｂ）和步骤（ｃ）。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测定载体中分析物浓度的并涉及一种用于实施该方法的装置。
技术介绍
此处描述的专利技术是对我们共同未决的申请PCT／AU96／00365中所述的专利技术的改进或修改，其内容在此引入以供参考。此处将特别结合一种用以测量血液中葡萄糖浓度的生物传感器对本专利技术进行描述，但是应当理解本专利技术并不限于这种特定应用，也可以用于其它分析测量中。为测量含水液体样品中的待分析成分的浓度，公知方法是通过将样品置于电化学电池的反应区进行测量，其中电化学电池具有两个电极，其间具有使它们适于电流测量的阻抗。允许待分析成分直接与一个电极反应，或者直接或间接与氧化还原剂反应，从而形成一种可氧化的(或可还原的)物质，其总量与待分析成分的浓度相对应。然后通过测量存在的可氧化(或可还原的)物质的分量。这种方法通常需要使电极充分分离，以使测量期间一个电极的电解产物不会到达另一电极而影响另一电极的反应过程。在我们共同未决的申请中，我们描述了一种用于测定在具有一个工作电极和一个与该工作电极隔开的反电极(或反／参考电极)的电化学电池中还原(或氧化)形态的氧化还原物质的浓度的新方法。该方法包括如下步骤，在电极之间施加电位差，将工作电极与反电极隔开以便反应产物从反电极到达工作电极，以及选择工作电极的电位使得还原形态的物质的电解氧化(或氧化形态物质的电解还原)速率受扩散控制。通过在施加电压之后并且在达到稳态电流之前测定作为时间函数的电流，然后估算稳态电流的强度，前述方法使得能够测定还原(或氧化)形态物质的扩散系数和／或浓度。在我们共同未决的申请中，结合使用了采用GOD／氰亚铁酸盐系统(GOD／Ferrocyanide system)的“薄层”电池对该方法进行了举例说明。这里所用的术语“薄层电化学电池”是指具有小间距的电极从而使反应产物可由反电极到达工作电极的电池。实际上，用于测量血液中葡萄糖浓度的这种电池中电极的间隔小于500微米，并且最好小于200微米。例示的电化学电池中所用化学原理如下反应1反应2其中GOD为葡萄糖氧化酶，GOD*为‘活化’酶。氰铁酸盐(3)为使GOD*返回其催化状态的‘介体’。反应过程中只要存在过量介体，催化酶GOD就不会消耗。氰亚铁酸盐(4)为整个反应的产物。理论上开始时没有氰亚铁酸盐，但实际中常有少量。在反应结束后，氰亚铁酸盐的浓度(以测量)表示葡萄糖的初始浓度。整个反应过程是反应1和2之和反应3“葡萄糖”具体指β-D-葡萄糖。已有技术具有诸多缺点。首先，所需样品尺寸大于所希望尺寸。通常希望能对较小体积的样品进行测量，因为这反过来使得能够在获取样品时采用较少侵入的方法。其次，通常希望提高测量精度并且消除或减少由于例如电池不对称或者在批量生产微电池时引入的其它因素所导致的偏差。再者，通常希望减少得到测量值所需的时间。目前市场上可获得的电化学葡萄糖探测器中采用的测试议定书在开始测试时包含一个预定的等待时间，此时酶与葡萄糖反应以产生供电化学探测的物质。此开始时间设定为在所有使用条件下实现所需反应所必需的最大值。再次，希望消除由氧引起的偏差。氧可以富含于血液中，或者溶解在血浆中，或者与血红蛋白结合。它也可以在“指刺”(finger sticking)时引入，其时小体积而大表面积的血滴在加入电池之前暴露于空气中。因为氧是GOD的介体，所以氧会造成干扰。其反应如下反应4 反应5其总体反应由下式给出反应6在多数场合，氧气也用作介体的复杂状态是不希望的，因为最终氰亚铁酸盐的浓度已不再直接与初始葡萄糖浓度成正比。其结果是，初始葡萄糖浓度既与氰亚铁酸盐的最终浓度也与过氧化氢的最终浓度相关。专利技术目的本专利技术目的在于提供一种用于测定载体中分析物浓度的方法，它避免或弥补了已有技术的缺点。本专利技术优选形式的目的在于提供一种具有改进精度、和／或可靠性和／或速度的生物传感器。专利技术概述根据一个方面，本专利技术包括一种用于测定在具有一个工作电极和一个与该工作电极隔开一予定间距的反电极的电化学电池中还原(或氧化)形态的氧化还原物质的浓度的方法，所述方法包括如下步骤(a)在电极之间施加电压，其中该电极被隔开以致于反应产物从反电极通过扩散到达工作电极，并且其中工作电极的电位使得还原形态(或氧化形态)的氧化还原物质的电解氧化速率受扩散控制，(b)在施加电压之后并且在达到稳定状态之前，测定作为时间函数的电流，(c)估算稳态电流的强度，(d)中断电压，或者反转电压极性，(e)重复步骤(b)和步骤(c)。本专利技术缘于如下发现，即如果在达到初始稳定状态之后反转极性(即阳极变为阴极而阴极变为阳极)，则可以观察到第二暂态电流，并且在过一段时间后达到第二稳定状态。这已被证明对诊断是有帮助的，有助于降低电池不对称和其它影响暂态电流的因素所造成的影响。通过采用反转电极允许重复进行测量，还可以实现较高可靠性和／或精度的测量。类似地，如果使电压中断一段足以使浓度分布恢复随机状态的时间，然后再重新施加，则可以重复步骤(b)和步骤(c)。根据第二方面，本专利技术包括一种根据第一方面的方法，用于通过一个电池测量样品中的葡萄糖浓度，其中该电池具有一个工作电极、一个反电极、催化酶和氧化还原介体，该方法包括使电池在高于氧化还原反应电位的的电位下工作的步骤，以便使过氧化氢在阳极氧化，从而构成一种根据第一方面的方法。通过此方法可以弥补氧气影响，这在后面将进一步说明。根据第三方面，本专利技术包括一种根据第一或第二方面的方法，其中允许样品与催化酶及氧化还原介体反应，包括如下步骤(a)在填充电池之前或其间，在电极之间施加电压，(b)测量作为时间函数的电流的增加，(c)根据步骤(b)中的测量结果确定或预计与所述催化剂反应完成的时间，以及(d)然后中断电压，或者反转电压极性。附图的简要说明下面仅以示例方式并且参照附图对本专利技术进行更详细的说明，附图中附图说明图1例示出在根据本专利技术的电池中发生的反应。图2表示在根据本专利技术的电化学电池中，在施加电压之前和施加电压之后且在达到稳定状态之前的浓度分布以及在稳定状态的浓度分布。图3表示在施加电压之前和之后电流随时间变化的曲线。图4表示在根据本专利技术的电化学电池中，在极性反转之前，反转之后达到稳定状态之前，以及在稳定状态时氰亚铁酸盐的浓度分布。图5表示在极性反转之前和之后电流随时间变化的曲线。图6表示在中断所施加电压15秒之前和之后电流随时间变化的曲线。图7表示其中过氧化物被氧化的电化学电池中发生的反应。图8表示在施加足以使过氧化氢氧化的初始电压时电流随时间变化的曲线。图9画出了图7中电池的平面图。图10通过沿图9中线10-10的剖面图描述了适用于本专利技术的电池的一个实施例。图11画出了图7中电池的端剖面图。参照图9、10和11，仅以示例方式画出了(未按比例)适于本专利技术方法采用的一种电化学电池。该电池包括一聚酯芯层4，大约18mm×5mm且厚约100微米，并且具有一直径3．4mm的圆孔8。孔8限定了一个圆柱状电池侧壁10。在芯层4的一侧粘接有一个带有钯溅射镀层2的聚酯板1。溅镀是在4至6毫巴压强的氩气氛中进行的，以产生厚约100-1000埃的均匀镀层。所述板通过粘合剂3粘接至芯层4，使钯2与芯层4相邻并覆盖孔8。具有第二钯溅射镀层6的第二聚酯板7，通过压合式粘合剂5粘接至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：阿拉思泰·麦金德·霍杰斯，托马斯·威廉姆·伯克，奥德瓦·约翰森，伊恩·安德鲁·马克思沃尔，
申请(专利权)人：USF过滤分离集团公司，
类型：发明
国别省市：