生物样品内待分析物质的浓度检测方法及检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术一实施例的利用电化学生物传感器的生物样本内待分析物质的浓度检测方法，将全血样品注入所述电化学生物传感器后，施加直流电压来获得感应电流值，接着在短时间内进一步施加阶梯化梯形扰动电压来获得整体感应电流，由这些感应电流值获得预定特征，并将所述一个以上的特征结合为函数导出校准方程，针对各种条件下的所述生物样品通过多元回归分析进行优化，从而最大限度地减小干扰物质导致的检测误差。这种进一步施加扰动电压方式可以保持已用生物传感装置、检测装置及其电路，检测方式的校准方程不变，而且能偶有效地使生物样品内的基质干扰效应，尤其是红细胞比容变化导致的不准确性最小化，从而提高检测准确性，只需对目前市场上供应的检测装置的检测程序进行简单升级，就能显著改善检测准确性。

【技术实现步骤摘要】
生物样品内待分析物质的浓度检测方法及检测装置
本专利技术涉及一种生物样品内待分析物质的浓度检测方法及检测装置，具体地涉及一种通过计时电流法(chronoamperometry)检测血样浓度时，因血液中的各种干扰物质，尤其是红细胞比容导致检测结果出现较大偏差的情况下，在短时间内进一步施加被阶梯化的梯形波状扰动电压，由施加一定电压及扰动电压的领域的感应电流获得特征(feature)，并将由这些特征组成的函数针对各种条件下的样品通过多元回归分析(multivariableregressionanalysis)优化为校准方程，以检测出使干扰物质导致的偏差最小化的血样浓度的生物样品内待分析物质的浓度检测方法及检测装置。
技术介绍
在临床学上，检测重要物质的浓度对诊断及健康管理是一件重要的事情。尤其，从血液等生物体内的液体中检测出葡萄糖、酮、肌酸、乳酸、中性脂肪、丙酮酸盐、乙醇、胆红素、NAD(P)H、尿酸等代谢物质(待分析物质)的浓度成为疾病诊断、病症管理的核心。作为一种从生物体内的液体中准确、迅速、经济地检测出临床学上有价值的物质浓度的方法，使用电化学生物传感器的方法被广泛应用。在这种电化学生物传感器(常被称为“电化学生物传感器(strip)”)中，毛细管结构的样品池(cell)上配置有一对电极(工作电极和辅助电极)，这对电极上涂覆有包含酶、电子传递介质、各种稳定剂及分散剂的试剂。将使用者的血液放入所述电化学生物传感器的样品池后安装到便携式检测装置，然后通过工作电极施加一定电压并检测由此获得的电流，根据编程的演算法计算出的待分析物质的浓度值就会在所述便携式检测装置的屏幕上显示几秒钟至几分钟。使用如上所述的电化学生物传感器，代谢物质(即待分析物质)的检测及监控迅速、方便，而且费用也低廉，因此在全世界被广泛被应用。然而，对于电化学生物传感器，使用者及各国的保健管理机构比起方便性更要求具有准确性，这种要求具体到如ISO15197:2013的国际标准。对于检测血液浓度的电化学生物传感器，干扰准确性的因素中重要的干扰因素为血液中的红细胞比容。这是因为氧化/还原物质的移动及扩散速度依赖于包含在全血样品中的红细胞比容，所以会给检测电流信号带来很大影响。例如，即使是血糖浓度相同的血液，在红细胞比容大的血液中，对氧化/还原物质的移动会产生阻力，导致检测电流信号减小。相反，在红细胞比容低的血液中，检测电流信号会增加。这种电流信号的增减会将检测的血糖浓度计算得高于或者低于实际浓度，导致检测不准确。为了校正这种不准确性而提出的技术方案是将电化学反应时间调长，或者即使承受检测费用上升也引入额外装置到生物传感器内。为了最大限度地减小红细胞比容导致的偏差，提出了一种使用过滤器预先除去红细胞后检测待分析物质的方法(美国专利第5,708,247号，第5,951,836号)。该方法虽有效，但需要在传感条上加设过滤器，因此生产工艺变得复杂，产品的费用会增加。红细胞在血样中干扰物质的扩散和移动，进而改变血液的电阻，因此曾提出过一种方法，使用网结构来减少红细胞比容导致的偏差(美国专利第5,628,890号)。而且，还提出过一种方法，用试剂使红细胞溶解，以使逸入血浆的血红蛋白起到辅助性地调节随比容的变化而增减的电流信号的作用(美国专利第7,641,785号)。然而，这些方法在较宽的红细胞比容范围内效果有限。最近，提出了一种方法，通过电化学方法获得附加信号来校正红细胞比容导致的偏差。例如，施加交流电压并检测出血样的阻抗，借以测出红细胞比容，然后利用该值校正分析物质的检测值(美国专利第7,390,667号，美国公开专利第2004-0079652号，第2005-0164328号，第2011-0139634号，第2012-0111739号)。但是，这种方法为了检测阻抗，除了简单的施加直流电压及检测电流的电路之外，还需要用于检测交流电和阻抗的额外电路，生物传感器也要具有额外的导电性或者阻抗检测电极。因此，该方法存在整体检测系统的复杂性及费用增加的问题(美国专利第7,597,793号，美国公开专利第2011-0139634号)。另一方面，诸多专利中提出了不使用交流电压，将多个大小不同的方波电压以多个时间间隔混合施加并获得多个感应电流值，然后基于此补偿红细胞比容的方法(美国专利第6,475,372号，第8,460,537号，美国公开专利第2009-0026094号，欧洲公开专利第2,746,759号，WO2013/164632)。这些方法具有不用替换以往的生物传感器和检测装置也可以适用的优点。但是，这些方法不仅通过待测物质、酶及电子传递介质的电化学反应产生电流，而且通过施加电压突然变化时，留在电极表面的双电层的氧化/还原反应物质的不可控电化学反应也可以产生电流(背景电流：backgroundcurrent)。因此，在批量生产的生物传感器中，很难做到电极表面状态或者试剂溶解性及反应均匀性在每个条状传感器精确一致，所以施加电压突然变化时产生的背景电流的复现性也难以控制在统计误差范围内。而且，也无法将施加电压突然变化时产生的充电电流精确地控制为在每个生物传感器电极都相同，因此具有校正复现性降低的缺点。本专利技术人们发现具有周期性的循环伏安法可有效减少红细胞比容导致的偏差，因此并用过循环伏安法和计时电流法(韩国公开专利第2013-0131117号)。与为校正红细胞比容混合使用多种方波电压的方法相比，其优点在于，降低电压剧变导致的不稳定充电电流的影响，并且在电压扫描(scan)期间，在电极表面上双电层中的氧化还原物质的浓度相对于电压变化以适当的斜率变化，因此所产生的背景电流的大小控制在特定范围内，从而还可以提升整体校正效果。只是，在该方法中，利用由循环伏安法获得的电流另行估算红细胞比容，然后将所估算的红细胞比容适用于浓度计算公式来校正红细胞比容的影响，因此具有整体校正效果很大程度取决于所估算的红细胞比容的准确性的缺点。而且，与仅使用施加方波形一定电压的计时电流法的情形相比，为了稳定地实现循环伏安法并检测出与此对应的感应电流，可能需要复杂的检测电路，这也是该方法的缺点。曾提出过一种方法，在电化学生物传感器中使用非对称循环伏安法(acyclicvoltammetry)，非对称地适用正向扫描和反方向扫描的电压来求出红细胞比容得到校正的血液的浓度(美国专利第8,287,717号)。在此方法中同样存在如下缺点：需要通过适当组合感应电流来求出红细胞比容，该感应电流由适用非对称循环伏安法能够获得的电压的函数构成，并将通过另外的计算公式求出的红细胞比容适用于求出血液浓度的公式中，以消除干扰效应，而且需要在宽范围的电压下能够回应快速扫描的额外电路。除了上面涉及的方法之外，也做出诸多努力试图最大限度地减小或者消除红细胞比容的影响。然而，这些方法大部分需要新的电化学生物传感器结构或者使用具有额外的电路结构的检测装置或者无法使用目前市场上供应的电化学生物传感器及检测装置。
技术实现思路
本专利技术是为解决这种问题而提出的，本专利技术的目的在于提供一种直接使用目前市场上供应的电化学生物传感器和检测装置硬件，只对检测装置的固件进行简单的升级，就能够减小红细胞比容导致的检测误差的生物样品内待检测物质的浓度检测方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物样品内待分析物质的浓度检测方法，包括以下步骤：将液状生物样品注入样品池，该样品池固定有对所述待分析物质的氧化还原反应起到催化作用的氧化还原酶和电子传递介质，且具有工作电极和辅助电极；将一定直流电压施加到所述工作电极，使所述待分析物质能够开始进行氧化还原反应及电子传递反应，以获得第一感应电流；施加所述一定直流电压后，再施加Λ形阶梯化梯形扰动电压，以获得第二感应电流；由所述第一感应电流或者所述第二感应电流的两点以上的特性点计算出预定特征；及用由至少一个特征函数构成的校准方程计算出所述待分析物质的浓度，以使所述生物样品内至少一个干扰物质的影响变得最小。

【技术特征摘要】
2014.09.17 KR 10-2014-01238161.一种生物样品内待分析物质的浓度检测方法，包括以下步骤：将液状生物样品注入样品池，该样品池固定有对所述待分析物质的氧化还原反应起到催化作用的氧化还原酶和电子传递介质，且具有工作电极和辅助电极；将一定直流电压施加到所述工作电极，使所述待分析物质能够开始进行氧化还原反应及电子传递反应，以获得第一感应电流；施加所述一定直流电压后，再施加Λ形阶梯化梯形扰动电压，以获得第二感应电流；由所述第一感应电流或者所述第二感应电流的两点以上的特性点计算出预定特征；及用由至少一个特征函数构成的校准方程计算出所述待分析物质的浓度，以使所述生物样品内至少一个干扰物质的影响变得最小，其中，所述Λ形阶梯化梯形扰动电压的特征由各阶梯的高度V阶梯、各阶梯的施加时间t阶梯、在整个变化范围内的中间电压与一定电压之差V中心、中间电压与峰电压值之差V峰、整个阶梯化梯形波的波峰电压值与相邻的下一个阶梯化梯形波的峰值电压值的时间差t周期构成，所述一定直流电压和所述Λ形阶梯化梯形扰动电压通过与微控制器联动的同一数字模拟转换电路施加到所述工作电极上，并且由所述第一感应电流或者第二感应电流中选择对所述待分析物质和干扰物质的线性依赖性不同的特性点，并用所述特性点建立特征，进而导出由所述特征构成的校准方程。2.根据权利要求1所述的生物样品内待分析物质的浓度检测方法，其中，所述第二感应电流是在获得第一感应电流后的0.1至1秒内获得的。3.根据权利要求1所述的生物样品内待分析物质的浓度检测方法，其中，用所述特性点建立所述特征的方法使用特定阶梯化梯形波的峰值及谷值电压附近的第二感应电流、在所述阶梯化梯形扰动电压下由各阶梯的感应电流构成的曲线的曲率、所述阶梯化梯形扰动电压下的峰值下的电流值和谷值下的电流值之差、上坡和下坡中间阶梯化梯形扰动电压下的感应电流、各阶梯化梯形扰动电压周期的起点和终点的感应电流及由阶梯化梯形扰动电压下获得的感应电流的平均值之一，或者将由此获得的电流值用四则运算、数学函数来表示进而能够获得的值。4.根据权利要求3所述的生物样品内待分析物质的浓度检测方法，其中，所述数学函数选自指数函数、对数函数和三角函数。5.根据权利要求1所述的生物样品内待分析物质的浓度检测方法，其中，所述校准方程是对将所述特征线性结合的所述特征函数适用多元回归分析而获得的，所述校准方程根据电极材料、电极排列方式、通道形状、所使用试剂的特性而不同。6.根据权利要求5所述的生物样品内待分析物质的浓度检测方法，其中，所述待分析物质为葡萄糖、β-羟丁酸、胆固醇、甘油三酯、乳酸、丙酮酸、乙醇、胆红素、尿酸、苯丙酮尿、肌酸、肌氨酸酐、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、NADPH、酮体之一。7.根据权利要求5所述的生物样品内待分析物质的浓度检测方法，其中，所述氧化还原酶为葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶、谷氨酸氧化酶、谷氨酸脱氢酶、胆固醇氧化酶、胆固醇酯化酶、乳酸氧化酶、抗坏血酸氧化酶、乙醇氧化酶、乙醇脱氢酶、胆红素氧化酶、酮体脱氢酶之一。8.根据权利要求1所述的生物样品内待分析物质的浓度检测方法，其中，所述电子传递介质为二茂铁、六胺氯化钌(III)、铁氰化钾、1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮、作为配位体具有联吡啶或者邻二氮杂菲的锇络合物，2,6-二甲基-1,4-苯醌、2,5-二氯-1,4-苯醌、3,7-二氨基-5-吩...

【专利技术属性】
技术研发人员：车根植，南学铉，李锡沅，崔承爀，康荣宰，李明澔，朴镐东，赵盛必，
申请(专利权)人：爱森新株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR